Brevet FR2904678A1 — publié le 20080208

--> La présente invention concerne un procédé et dispositif pour la dispersion contrôlée de fuites accidentelles de gaz liquéfiés inflammables. L'invention s'applique aux usines de gaz naturel liquéfié (GNL) et à leurs zones de stockage de produits finis et fluides réfrigérants, ainsi qu'aux usines de regazéification du GNL. Elle peut aussi s'appliquer aux usines de production de gaz éthylène ou ammoniac. L'invention vise à améliorer la sécurité du personnel d'exploitation des usines, ainsi que celle du public vivant à proximité et aussi à éviter les pertes matérielles en évitant l'escalade d'incidents mineurs en accidents aux conséquences potentiellement catastrophiques. Le procédé consiste à contenir le nuage de gaz froid et dense généré par la vaporisation de fuites initialement liquides, à l'intérieur d'une cloison légère encerclant la zone de fuites potentielles au niveau du sol, tout en aspirant ce nuage de gaz froid et dense afin de le faire passer à travers un système de réchauffage, un ventilateur axial ou centrifuge, puis de disperser le gaz ainsi réchauffé et devenu plus léger que l'air dans l'atmosphère dans une zone située à l'écart des risques. Magré les progrès réalisés dans la conception et l'exploitation des usines de GNL, en particulier grâce aux réservoirs de stockage à double enveloppe et à l'amélioration de la fiabilité des équipements en général et équipements de sécurité en particulier, des fuites accidentelles continuent à se produire, certaines d'entre elles ayant eu des conséquences tragiques, lourdes en termes de vies humaines, de coût financier et d'image de marque pour l'industrie du pétrole et du gaz. Des systèmes de limitation des conséquences ultimes des fuites accidentelles continuent donc à être nécessaires. Dans l'état actuel de la technique, lorsqu'une fuite accidentelle se produit dans une usine de GNL et que du liquide volatile et inflammable se répand sur le sol, l'alerte est donnée par des détecteurs de gaz ou du niveau d'explosivité ainsi que par des détecteurs de température anormalement basse sur le sol ou dans les caniveaux de collecte des fuites liquides. Des recherches sont alors immédiatement entreprises par le personnel d'exploitation afin d'établir l'origine des fuites et qu'elle est leur importance, ensuite des décisions sont prises soit d'arrêter les équipements et de les isoler les uns des autres afin de limiter la quantité de produit pouvant être -->répandu. Dans les cas les plus graves, l'ensemble des équipements est dépressurisé vers un système de torche et une partie des liquides inflammables est transférée dans des réservoirs de sécurité (Blow down). De cette manière il est communément admit que la quantité de produits inflammables qui peut être répandue sur le sol est limitée à une quantité qui ne devrait pas excéder quelques dizaines de mètres cube. D'autre part, le liquide répandu sur le sol est généralement canalisé par des caniveaux à ciel ouvert par lesquels il s'écoule par gravité vers un ou des bassins de rétention à ciel ouvert situés à distance de sécurité des équipements principaux. Ces bassins peuvent alors être recouverts par de la mousse de lutte contre l'incendie afin d'isoler la surface du liquide inflammable de l'oxygène de l'air et aussi pour limiter l'échange thermique et la vaporisation du liquide. Toute la panoplie des moyens de lutte contre l'incendie est bien entendu disponible et mise en action. Les dispositifs actuels sont sans aucun doute efficaces et bien adaptés dans le cas de fuite de produits dont le point d'ébullition est proche de, ou plus élevé que la température ambiente. Par contre lorsqu'il s'agit de liquides tels que le GNL dont le point d'ébullition est de - 160 °C, le système précédement décrit n'est plus du tout adapté. Lorsque du GNL est répandu en nappe sur le sol il subit immédiatement une vaporisation massive et quasi instantanée due à l'apport de chaleur venant du sol et de l'atmosphère. Les premiers mètres cube répandus sont généralement entièrement vaporisés sur une distance de quelques dizaines de mètres, ensuite la vitesse à laquelle le liquide se vaporisa diminue au fur et à mesure que les couches superficielles du sol se refroidissent pour, après un certain temps, atteindre un équilibre avec un taux de vaporisation réduit et constant. Le nuage de gaz généré est froid, sa température est d'environ - 150 °C, il se réchauffe très lentement et s'étale au ras du sol car il est plus lourd que l'air avec une densité de 2 par rapport à l'air ambient. Le volume de gaz froid et dense généré par la vaporisation de 1 M3 de GNL représente environ 270 M3. Si l'on considère que 4 à 5 M3 de GNL sont vaporisés entièrement durant les 15 premières minutes de l'incident, avant que des mesures d'isolation ou limitation des fuites puissent être mise en place, un nuage de gaz froid et lourd d'un volume de 1000 à 1400 M3 est généré et se déplace en s'étalant sur le sol, suivant les pentes du sol -->et aussi poussé par le vent. Ce nuage peut voyager sur des distances de plusieurs centaines de mètres avant de se réchauffer suffisament pour pouvoir se disperser dans l'atmosphère. Avant de se disperser, ce nuage de gaz comportera des parties plus ou moins diluées par l'air atmosphérique et comportera des zones ou un niveau d'explosivité est présent sachant que le mélange gaz naturel dans l'air présente des risques de feu ou d'explosion dans la bande de concentration de 5% à 15% de gaz dans l'air. Il est clair que le risque majeur présenté par les fuites de liquides inflammables à bas point d'ébullition ne se situe pas en phase liquide mais en phase gazeuse. La présente invention permet d'améliorer de manière significative l'efficacité des systèmes actuels en prenant en compte la phase gazeuse et en permettant son confinement immédiat suivi de la dispersion contrôlée du nuage de gaz. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé 1/1. F. ' cj t . Le dispositif consiste en une cloison légère (1) réalisée en tôle d'acier, aluminium ou en plaques de polycarbonate d'environ 150 cm de hauteur par rapport au sol et entourant la ou les zones (2) ou des fuites accidentelles de gaz liquéfié peuvent se produire. Cette cloison, destinée à contenir les fuites vaporisées est étanche par rapport à un nuage de gaz dense se déplaçant au niveau du sol, et comporte des portillons (3) avec système de rappel par ressort afin de laisser entrer et sortir librement le personnel d'exploitation tout en maintenant l'étanchéité du système ainsi que des parties démontables (4) afin de permettre l'accès de matériel lourd tels que camions et grues pendant les phases d'arrêt pour entretien de l'usine. Une ou plusieurs ouvertures (5) dans la partie basse de cette cloison permettent l'aspiration du nuage de gaz dense par un système d'aspiration qui consiste en une gaine métallique en tôle mince (6) connectée aux ouvertures dans la cloison légère, un échangeur de chaleur pour réchauffer le gaz froid (7), un ventilateur axial ou centrifuge (8) refoulant dans un event de dispersion (9) situé dans une zone à l'écart des risques. L'ensemble des éléments du dispositif : cloisons, gaine d'aspiration, -->réchauffeur, ventilateur et évent sont reliés au potentiel de terre et utilisent du matériel électrique anti-explosion, d'autre part, afin d'éviter le plus possible le risque de générer de l'électricité statique, la vitesse de circulation du gaz dans la gaine d'aspiration est limitée à quelques métrés par seconde et une pulvérisation de produit antistatique dans la gaine est possible. La gaine d'aspiration comporte une ou plusieurs trappes anti-explosion (14) sur sa partie supérieure, qui s'ouvrent sous l'effet d'une surpression. La température du gaz est mesurée dans la gaine en amont (11) et en aval (12) du réchauffeur (7). Le niveau d'explosivité est mesuré par un détecteur (10) situé dans la gaine d'aspiration. Le réchauffeur (7) peut être chauffé par n'importe quelle source de chaleur (13) disponible dans l'usine, que ce soit : vapeur d'eau, eau chaude, fluide caloporteur ou électricité. Le dispositif selon l'invention présente non seulement l'avantage d'avoir plein contrôle sur la phase gazeuse et sur sa dispersion mais aussi de pouvoir réduire les distances de sécurité et de permettre d'inclure les bassins de rétention classiques (pour la phase liquide) dans l'enceinte de la cloison légère (1). Selon le procédé, en marche normale de l'usine (pas de fuite), le ventilateur (8) est en marche, aspirant l'air atmosphérique à l'intérieur de l'enceinte délimitée par la cloison légère (1). Il ne peut pas y avoir d'accumulation de gaz plus lourd que l'air au ras du sol du fait de la ventilation continue. Tout niveau d'explosivité sera détecté rapidement par le détecteur (10) à l'intérieur de la gaine du fait de cette aspiration continue. Le réchauffeur (7) n'est normalement pas sollicité car la température en amont (11) est égale à la température ambiente. En cas de fuite de GNL, celui ci se répand sur le sol et commence à se vaporiser, les vapeurs froides et lourdes s'étalent sur le sol (2), contenues par la cloison légère (1) ces vapeurs commencent à être aspirées dans la gaine d'aspiration (6), cette situation anormale est détectée par l'analyseur d'explosivité (10) ainsi que par la température (11) anormalement basse, l'alerte est donnée, le réchauffeur (7) se met en service pour réchauffer les vapeurs froides et permettre leur dispersion rapide dans l'atmosphère par l'évent (9) du fait que lorsque les vapeurs de GNL sont réchauffées au delà de - 100°C, elles deviennent plus légères que l'air. --> REVENDICATIONS 1. Procédé de dispersion contrôlée de fuites accidentelles de gaz liquéfiés inflammables caractérisé en qu'il consiste à contenir le nuage de gaz froid et dense généré par la vaporisation de fuites liquides, à l'intérieur d'une cloison légère (1) encerclant la zone de fuites potentielles au niveau du sol, tout en aspirant ce nuage de gaz froid et dense afin de le faire passer à travers un système de réchauffage (7), un ventilateur (8), puis de disperser le gaz ainsi réchauffé et devenu plus léger que l'air dans l'atmosphère dans une zone située à l'écart des risques (9). 2. Procédé selon revendication 1. caractérisé par ce que le ventilateur (8) est en marche continue. 3. Procédé selon revendication 1. caractérisé par ce que la gaine d'aspiration comporte un détecteur d'explosivité qui alerte le personnel d'exploitation lorsque le niveau d'explosivité atteint un seuil prédéterminé. 4. Procédé selon revendication 1. caractérisé par ce que le réchauffeur (7) se met en service automatiquement lorsque la température dans la gaine en amont du réchauffeur baisse en deçà d'une valeur prédéterminée. 5. Dispositif de dispersion contrôlée de fuites accidentelles de gaz liquéfiés inflammables caractérisé en qu'il est constitué par une cloison légère (1) d'environ 150 cm de hauteur par rapport au sol et entourant la zone (2) ou des fuites accidentelles de gaz liquéfié peuvent se produire afin de contenir un nuage de gaz dense se déplaçant au niveau du sol, une gaine métallique d'aspiration (6) qui est racordee à une ouverture dans la cloison légère (5), un échangeur de chaleur pour réchauffer le gaz froid (7), un ventilateur axial ou centrifuge (8) refoulant vers un event de dispersion (9) situé dans une zone à l'écart des risques. --> 6. Dispositif selon revendication 5 caractérisé par ce que la cloison légère (1) est réalisée en tôle d'acier, aluminium ou plaques de polycarbonate. 7. Dispositif selon revendication 5 caractérisé par ce que la cloison légère (1) comporte des portillons (3) étanches au gaz avec ressort de rappel pour laisser passer librement le personnel d'exploitation. 8. Dispositif selon revendication 5 caractérisé par ce que la cloison légère (1) comporte une ou plusieurs parties démontables (4) pour laisser passer du matériel lourd tel que camions et grues pendant les périodes d'arrêt pour entretien de l'usine. 9. Dispositif selon revendication 5 caractérisé par ce que la gaine d'aspiration (6) comporte une ou plusieurs trappes anti-explosion (14) qui s'ouvrent sous l'effet d'une surpression. 10. Dispositif selon revendication 5 caractérisé par ce que la gaine d'aspiration (6) comporte un détecteur d'explosivité (10) et des mesures de température en amont (11) et en aval (12) du réchauffeur (7) 11. Dispositif selon revendication 5 caractérisé par ce que le réchauffeur (7) fonctionne avec fluide caloporteur (13) ou électricité.