Définition des valeurs d’alarme pour les réservoirs sphériques à hydrocarbures liquides : alarmes de température, de pression et de niveau minimum et maximum

Article vu en ligne, à partager : les réservoirs de stockage de liquides sont largement utilisés dans le domaine chimique. Lors de la conception des systèmes de traitement, il est souvent nécessaire de mettre en place des alertes et des indicateurs de niveau de liquide dans les réservoirs, afin d’assurer un fonctionnement stable et sûr des réservoirs ainsi que des équipements associés. Pour les réservoirs du système qui nécessitent une surveillance ou une protection particulières, il est également nécessaire de mettre en place des alarmes de niveau de liquide très bas et très élevé, ainsi que des interlocks correspondants. Quant à la définition de la valeur d’alarme de hauteur, il convient de prendre pleinement en compte les exigences spécifiques du processus de production ainsi que les paramètres propres au récipient. Les réservoirs sont des installations essentielles dans les entreprises pétrochimiques, servant à stocker des matières premières, des produits et des produits intermédiaires à l’état liquide et gazeux. La quantité de matières stockées dans les réservoirs pétrochimiques est bien supérieure à la quantité critique pour les sources de danger majeur, ce qui entraîne un risque potentiel élevé et une situation à haut risque. Une erreur mineure peut provoquer un accident catastrophique. Selon les statistiques, le taux d’accidents des réservoirs est bien supérieur à celui des installations de transformation pétrochimique soumises à des conditions de haute température, de haute pression et de réaction continue. On voit donc que les réservoirs de stockage constituent un point clé de la gestion de la sécurité dans les entreprises pétrochimiques. Quelles sont donc les exigences concernant l’alarme de niveau élevé dans le réservoir, les valeurs d’alarme pour niveau très élevé, ainsi que la configuration de la vanne de coupure d’urgence ? Une entreprise peut-elle modifier à sa guise les valeurs de détection du niveau dans les réservoirs ? Dans cet article, nous allons en discuter ensemble. Examinons d’abord un cas d’écoulement dû à une panne du niveaumètre : il s’agissait d’un réservoir de solvant dans lequel un écoulement s’est produit lors du chargement. Un solvant inflammable s’est répandu à l’extérieur du réservoir, mais heureusement, il n’y a pas eu d’incendie. L’enquête sur l’accident a révélé que, avant le débordement, le niveaumètre à distance du réservoir avait cessé de fonctionner. Le réservoir disposait à l’origine d’un alarme de niveau élevé, mais elle a été modifiée lors d’une réparation récente et ne fonctionne plus correctement (il s’agit d’une modification inappropriée). Leçons tirées de cet accident : ◆ Il est très important de maintenir une alarme de niveau élevé et de s’assurer que le débitmètre fonctionne correctement. L’usine doit tester périodiquement les niveleurs pour s’assurer de leur bon fonctionnement. ◆Les niveauurs présentent toujours un certain taux de panne, avec une panne pouvant survenir en moyenne une fois tous les 10 ans. Par conséquent, pour les solvants à haut risque, il convient de considérer, si nécessaire, des débitmètres ou des interrupteurs de niveau supplémentaires. ◆Tous les changements concernant les capteurs de niveau et les alertes de niveau doivent faire l’objet d’une gestion des modifications, en respectant strictement les procédures prévues ; il est interdit d’annuler arbitrairement la fonction de surveillance du niveau. ◆Le déroutement de l’alarme de niveau de liquide doit faire l’objet d’une évaluation des modifications. Bypasser arbitrairement l’alarme de niveau de liquide peut entraîner un débordement, voire des incendies et des explosions. Règles et normes relatives à la configuration des alarmes de niveau dans les réservoirs. Cet exemple de configuration des alarmes de niveau pour les réservoirs est tiré des normes API. Le temps indiqué sert uniquement d’exemple ; des ajustements appropriés peuvent être faits en fonction de la situation réelle. ◆La norme « Spécifications de conception des zones de réservoirs pour les systèmes de stockage et de transport dans l’industrie pétrochimique » SH/T 3007-2014 énonce également des règles détaillées concernant la fixation des valeurs d’alarme de niveau de liquide dans les réservoirs : 5.4.2 Des alarmes de niveau haut et bas doivent être mises en place dans le système de contrôle automatique et doivent respecter les dispositions suivantes : a) La hauteur de réglage de l’alarme de niveau haut du réservoir ne doit pas être supérieure au niveau maximal de stockage conçu pour le réservoir ； b) La hauteur de réglage de l’alarme de niveau bas du réservoir ne doit pas être inférieure au niveau de stockage minimal conçu pour le réservoir. Les réservoirs de différentes capacités présentent des rapports hauteur/diamètre qui varient en fonction des exigences du procédé ou de l’aménagement sur site. Selon les données des instruments numériques, la capacité des réservoirs le plus couramment utilisés est la suivante : pour les réservoirs de grande capacité, le rapport hauteur/diamètre est proche de 1:1, tandis que pour ceux de petite capacité, ce rapport est généralement supérieur à 1. Pour les réservoirs de petite capacité, pour une même capacité, plus le rapport hauteur/diamètre est élevé, plus les variations de niveau sont marquées, ce qui favorise l’amélioration de la précision d’affichage des compteurs de niveau sur site. Dans la pratique industrielle, les « Normes de conception pour les zones de réservoirs des systèmes de stockage et de transport dans l’industrie pétrochimique » sont très adaptées aux réservoirs de grande capacité, mais ne conviennent pas pleinement aux réservoirs de petite capacité ayant des exigences technologiques particulières. Pour les réservoirs de petite capacité, il convient d’utiliser un pourcentage de la capacité pour définir les valeurs d’alarme, afin de respecter le temps de réaction des opérateurs et des vannes en chaîne. Certaines exigences normatives concernant l’installation de systèmes d’interblocage et de vannes de coupure d’urgence dans les zones de réservoirs : sans règles, il n’y a pas d’ordre. Il existe également des normes à respecter pour la définition des valeurs de détection de niveau dans les réservoirs. Changhui Instruments a rassemblé les dispositions des normes en vigueur relatives à la « définition des valeurs de détection de niveau dans les réservoirs » afin de les partager avec les techniciens en instrumentation à titre de référence. ◆SH/T 3007-2014 Normes de conception pour les zones de réservoirs des systèmes de stockage et de transport dans l’industrie pétrochimique 5.4.1 Les réservoirs d’une capacité supérieure à 100 m³ doivent être équipés d’instruments de mesure continue du niveau de liquide à transmission à distance. 5.4.2 Des alarmes de niveau de liquide élevé et bas doivent être installées dans le système de contrôle automatique et doivent respecter les dispositions suivantes : a) Le niveau d’alarme de niveau de liquide élevé dans le réservoir ne doit pas être supérieur au niveau de stockage maximal conçu pour le réservoir ； b) La hauteur de réglage de l’alarme de niveau bas du réservoir ne doit pas être inférieure au niveau de stockage minimal conçu pour le réservoir. 5.4.3 Les réservoirs destinés au stockage de liquides toxiques de classe I et II, les réservoirs de liquides inflammables de catégorie A B et A C d’une capacité égale ou supérieure à 3000 m³, ainsi que les réservoirs d’autres liquides d’une capacité égale ou supérieure à 10 000 m³ doivent être équipés d’alarmes de niveau élevé et de systèmes d’interconnexion ; l’alarme de niveau élevé doit déclencher l’arrêt automatique de la vanne de contrôle des entrées du réservoir. 5.4.4 Les réservoirs de stockage des matières premières du dispositif doivent être équipés d’un alarme de niveau de liquide très bas, et cette alarme doit déclencher l’arrêt automatique de la pompe. http://yunrun.com.cn/upload/201812/20/201812201607161244.png ◆SH3136-2003 Normes de conception de sécurité pour les réservoirs sphériques à hydrocarbures liquéfiés 5.3.1 Les réservoirs sphériques à hydrocarbures liquéfiés doivent être équipés de niveaumes locaux et à distance, mais il ne convient pas d’utiliser des niveaumes à plaque de verre. Le niveaumètre utilisé doit être sûr et fiable, et réduire autant que possible le nombre de ouvertures sur le réservoir sphérique à hydrocarbures liquéfiés. 5.3.2 Les réservoirs sphériques à hydrocarbures liquéfiés doivent être équipés d’un détecteur de niveau élevé et d’une interconnexion pour niveau très élevé. Un alarme de niveau bas doit être ajoutée si nécessaire. 5.3.3 Pour les réservoirs sphériques de GPL opérant en mode intermittent par chargement/déchargement depuis des camions-citernes, un dispositif de coupure d’alimentation automatique en cas de niveau de liquide trop élevé doit être installé. Pour les réservoirs sphériques opérant en continu dans des installations de liquéfaction monocomposant ou de raffinage, les exigences en matière d’interlocks doivent être déterminées en fonction des exigences des processus de production en amont et en aval. 6.1 Les entrées et sorties de la phase liquide des réservoirs sphériques à gaz de pétrole liquéfié doivent être équipées de vannes de coupure d’urgence, dont l’emplacement doit être proche du réservoir sphérique ； ◆Norme de conception des entrepôts pétroliers GB50074-2014 8.3.10 : Lorsque les tuyauteries de liquides inflammables et combustibles se trouvent en un endroit approprié au bord du rivage, des vannes de coupure doivent être installées en cas d’urgence. 13.2.2 Lorsque les tuyauteries d’eaux usées contenant du pétrole situées à l’intérieur de la digue de prévention des incendies de la zone des réservoirs sortent de cette digue, des mesures de coupure doivent être mises en place à l’extérieur de la digue pour empêcher les fuites de liquides inflammables et combustibles hors de la zone des réservoirs. 15.1.4 Les instruments de mesure du niveau utilisés pour les signaux d’alarme de niveau élevé, bas et très bas des réservoirs doivent être des instruments de mesure continue du niveau indépendants ou des interrupteurs de niveau, et des systèmes d’alarme et d’interblocage doivent être mis en place dans le système de contrôle automatique. ◆Norme de conception anti-incendie pour les entreprises pétrochimiques GB50160-2008 6.3.11 Les réservoirs de hydrocarbures liquéfiés doivent être équipés de débitmètres, de thermomètres, de manomètres, de soupapes de sécurité, ainsi que d’un système d’alarme en cas de niveau élevé et d’un dispositif de coupure automatique du flux en cas de niveau extrêmement élevé. Pour les réservoirs de hydrocarbures liquéfiés entièrement cryogéniques, des dispositifs de décharge sous vide ainsi que des capteurs de température élevée et basse doivent également être installés, et ils doivent être connectés au système de contrôle automatique. 6.3.12 Les réservoirs à gaz doivent être équipés de dispositifs d’alarme de limite supérieure et inférieure, et il est préférable qu’ils disposent de dispositifs de coupure automatique par interblocage des tuyaux d’entrée et de sortie. 6.3.14 Les réservoirs de hydrocarbures liquéfiés à pression totale doivent être équipés d’un système de déshydratation secondaire avec des mesures anti-gel, et une vanne de coupure d’urgence doit être installée à la base du réservoir. ◆AQ 3053-2015 Spécifications techniques de sécurité pour les réservoirs soudés en acier cylindriques verticaux 6.13 Vannes de coupure Une vanne de coupure principale doit être installée près du corps du réservoir, sur les tuyaux d’entrée et de sortie du matériau. Pour les grands réservoirs, des vannes équipées d’un actionneur pneumatique, hydraulique ou électrique doivent être utilisées. Lorsque l’actuateur est électrique, son câble d’alimentation, son câble de signalisation et l’actuateur électrique doivent être protégés contre l’incendie. La vanne de coupure doit disposer d’une fonction de fermeture automatique et d’une fonction de fermeture manuelle, la fermeture manuelle comprenant la fermeture manuelle à distance et la fermeture manuelle sur site. 12.2.2 Accessoires de limitation du niveau de liquide Pour les réservoirs de liquides inflammables, des compteurs de niveau ainsi que des dispositifs d’alarme pour niveau haut/bas et niveau très haut doivent être installés conformément aux exigences des normes et aux besoins opérationnels, et les informations d’alarme et d’affichage du niveau doivent être transmises à la salle de contrôle. Les réservoirs soumis à des opérations fréquentes devraient être équipés d’un dispositif de coupure d’urgence à verrouillage automatique. Les grands réservoirs doivent être équipés d’alarmes de niveau bas et élevé, d’alarmes de niveau très élevé ainsi que de dispositifs de coupure d’urgence. Des mesures doivent être prises pour interconnecter les alarmes de niveau très élevé aux dispositifs de coupure d’urgence. Des boutons d’interconnexion des vannes de coupure d’urgence doivent être installés à l’extérieur du remblai anti-incendie ainsi que dans les postes de commande. Lorsqu’un alarme de niveau de liquide trop élevé ou un incendie se produit dans le réservoir, il est possible de fermer à distance ou manuellement la vanne de coupure d’alimentation ; une fois cette vanne fermée, la pompe d’alimentation doit s’arrêter automatiquement par interblocage. ◆AQ3036-2010 Normes pour l’installation des équipements de surveillance de la sécurité sur site dans les zones de réservoirs de produits chimiques dangereux à haut risque 4.2.5 Pour la rénovation de vieux réservoirs, il convient de privilégier les capteurs qui peuvent être installés sans vidanger le réservoir. 5 Exigences de mise en place des équipements de contrôle par interconnexion 5.1 Il est possible, en fonction des conditions réelles, de mettre en place des équipements de contrôle automatique par interconnexion pour les paramètres tels que la température du réservoir, le niveau du liquide, la pression ainsi que la température ambiante, y compris l’arrêt ou le transfert automatique des matériaux et les équipements de refroidissement par pulvérisation. 5.2 Le dispositif de basculement d’urgence doit prendre en compte en même temps l’impact sur la sécurité de production des équipements en amont et en aval, et assurer la communication d’alarme avec ces équipements ainsi que la fonction de mise en œuvre différée. Le cas échéant, des installations d’évacuation d’urgence ◆ ou de récupération des matériaux doivent être mises en place en même temps. 6.3.7 Les grands réservoirs de liquides inflammables (de plus de 5000 m³) et les réservoirs sous pression de produits dangereux (de plus de 400 m³) doivent disposer d’un système distinct de détection et d’alarme du niveau élevé du liquide, ainsi que d’un système de commande en interconnexion. 6.3.8 Le système de contrôle de détection du niveau élevé de liquide dans le réservoir à pression doit se composer d’alertes logicielles et d’alertes matérielles. La logique de contrôle d’alarme devrait reposer sur une structure logique OU. ◆Avis n° 368 du Directeur général de la surveillance de la sécurité : Renforcer davantage la gestion de la sécurité des zones de stockage de produits chimiques (1) Améliorer encore les installations de surveillance des zones de stockage de produits chimiques. Conformément aux exigences des normes, des alarmes de niveau élevé et bas sont mises en place pour les réservoirs, avec un verrouillage automatique en cas de niveau trop élevé afin de fermer la vanne d’alimentation du réservoir, et un verrouillage automatique en cas de niveau trop bas pour arrêter l’acheminement des matières. Vérifier que le système d’alarme en cas de fuite de gaz inflammables, explosifs, toxiques ou nocifs est en bon état et fonctionnel. Des vannes de coupure d’urgence doivent être installées dans les grands réservoirs de stockage, tels que ceux destinés aux gaz liquéfiés et aux produits chimiques hautement toxiques. ◆Avis relatif à la publication des directives pour la prévention des accidents graves liés aux produits chimiques dangereux et aux feux d’artifice, numéro de notification An Jian Zong Guan San 62 : renforcer le contrôle des risques et la détection ainsi que la gestion des dangers potentiels. 3. Mener à bien des actions ciblées pour les produits chimiques dangereux et mettre en œuvre pleinement des mesures de prévention prioritaires : (4) À partir du 1er janvier 2017, tous les réservoirs de produits chimiques dangereux qui constituent des sources de danger de premier ou deuxième niveau et ne disposent pas d’une fonction d’arrêt d’urgence (découpage d’urgence) doivent cesser d’être utilisés ； ◆SH/T 3184-2017 Normes de conception pour les systèmes d’automatisation des zones de réservoirs pétrochimiques 4.2.3.1 Deux ensembles de capteurs de mesure continue du niveau doivent être installés sur le sommet des réservoirs, l’un d’eux servant à déclencher des alertes de niveau haut et bas dans le système de contrôle. 4.2.3.2 Selon les exigences du procédé, un système de contrôle doit être mis en place pour déclencher des alarmes en cas de niveau de liquide trop élevé et pour fermer automatiquement la vanne de commande de l’alimentation du réservoir. Les signaux doivent être fournis par un autre ensemble d’instruments de mesure continue du niveau mentionné ci-dessus ; si un troisième instrument de mesure du niveau est nécessaire, il convient d’utiliser un instrument de mesure continue ou bien un interrupteur de niveau. 4.2.4.1 Deux ensembles de capteurs de mesure continue du niveau de liquide doivent être installés sur le dessus du réservoir, l’un d’eux servant à déclencher des alarmes de niveau haut et bas dans le système de contrôle. 5.3.7.1 Les réservoirs en acier au carbone pour liquides, dont les parois intérieures ne sont pas revêtues ni souillées, peuvent être équipés de détecteurs de niveau ultrasonores à fixation externe. 5.3.7.2 Pour les réservoirs à toit flottant ou les réservoirs de produits pétroliers lourds, il est préférable d’utiliser des interrupteurs de niveau ultrasonores montés à l’extérieur. 5.3.7.3 Pour les réservoirs sphériques à hydrocarbures liquéfiés, il est préférable d’utiliser des interrupteurs de niveau ultrasonores montés à l’extérieur. 5.3.7.4 L’installation du capteur à ultrasons doit garantir que la direction de mesure du capteur ne soit pas entravée par des tuyaux, des composants ou d’autres obstacles à l’intérieur du réservoir, et doit éviter les soudures des parois du réservoir.

Le niveau du liquide dans le réservoir est principalement déterminé par le coefficient de remplissage prévu lors de la conception. La taille du réservoir est choisie en fonction de la capacité maximale de stockage, puis sa dimension est calculée en utilisant ce coefficient de remplissage. De nombreuses entreprises fixent arbitrairement les valeurs d’alarme de niveau de liquide, ce qui n’est pas réaliste ; de plus, les valeurs de verrouillage ne doivent pas dépasser la valeur maximale de remplissage. La température et la pression sont principalement conçues en fonction des propriétés du milieu.