Brevet FR3011613A1 — publié le 20150410

Dispositif de sécurisation d'une fuite; local équipé d'un tel dispositif ; méthode associée de sécurisation d'une fuite. La présente invention concerne un dispositif de sécurisation d'une fuite; elle vise également un local équipé d'un tel dispositif, ainsi qu'une méthode de sécurisation d'une fuite associée. Un tel dispositif de sécurisation d'une fuite est adapté à sécuriser une 10 installation comprenant un fluide sous pression. On désigne également une installation comprenant un fluide sous pression par l'appellation « équipement sous pression ». On entend communément par « installation comprenant un fluide sous pression » ou « équipement sous pression », un appareil ou un ensemble 15 d'appareils destiné(s) à la production, la fabrication, l'emmagasinage ou la mise en oeuvre, sous une pression supérieure à la pression atmosphérique, de vapeurs ou gaz comprimés, liquéfiés ou dissous. A titre d'exemples, on peut citer parmi les installations comprenant un fluide sous pression les installations suivantes : une turbine, une pompe, un 20 moteur diesel, un échangeur, une canalisation, une vanne, une colonne, un ballon, un réservoir. Les tuyauteries et accessoires de sécurité font également partie des équipements sous pression. Ces installations comprenant un fluide sous pression peuvent présenter un risque important en cas de défaillance, notamment en cas de fuite. Le 25 danger provient notamment de la quantité d'énergie stockée sous forme pneumatique, et s'accroit si le fluide contenu sous pression est lui-même dangereux (inflammable, toxique, explosif, etc...). En cas de rupture d'un composant, une onde de choc, des effets thermiques intenses, ou des projections à très grandes vitesse de débris peuvent se produire. 30 Il convient donc de sécuriser de telles installations comprenant un fluide sous pression. Afin d'améliorer les dispositifs de sécurisation d'une fuite connus, l'invention vise un dispositif de sécurisation d'une fuite d'un fluide pouvant 35 survenir d'une installation comprenant le fluide sous pression, où le dispositif de sécurisation est configuré pour sécuriser une fuite ayant un débit de fuite donné dudit fluide, Qf, ledit dispositif de sécurisation comprenant : - un dispositif de confinement étanche au gaz, disposé autour de l'installation comprenant le fluide sous pression, et définissant un volume, Vconf, 5 entre la surface interne dudit dispositif de confinement étanche et la surface externe de l'installation comprenant le fluide sous pression; - un évent constitué d'un ou plusieurs orifice(s) dans le dispositif de confinement étanche, chaque orifice étant défini par sa section et par sa forme; Selon la présente invention, le volume, Vconf, la section et la forme de 10 chaque orifice sont configurés de manière à ce qu'en cas de fuite d'un débit Qf, le fluide s'évacue à travers chaque orifice sous la forme d'un jet turbulent. La présence, ainsi définie, d'un dispositif de confinement étanche au gaz, disposé autour de l'installation comprenant le fluide sous pression, et d'un évent 15 constitué d'un ou plusieurs orifice(s) dans ledit dispositif de confinement étanche permet au fluide sous pression de s'expanser en cas de fuite dans le volume, Vconf, puis de s'évacuer hors du dispositif de confinement étanche au gaz sous la forme d'un ou plusieurs jet(s) turbulent(s). On permet ainsi la concentration du fluide jusqu'à chaque orifice ce qui est particulièrement avantageux dans le cas 20 d'un fluide présentant des risques d'explosion avec le(s) gaz environnant le dispositif de confinement étanche au gaz. De manière usuelle, on entend par « jet » le mouvement d'un fluide qui sort avec force, jaillit de l'endroit où il est contenu, généralement par une ouverture 25 réduite ; un jet s'étend selon une direction sensiblement perpendiculaire à la section de l'ouverture dont il jaillit. Dans le cas d'une ouverture circulaire, un jet a sensiblement la forme d'un tronc de cône dont l'ouverture angulaire est inférieure ou égale à 20°, voire à 10°. 30 De manière usuelle, on entend par « turbulent » un mode d'écoulement d'un fluide dans lequel se superpose au mouvement moyen du fluide un mouvement d'agitation aléatoire. La turbulence se caractérise par l'existence de transferts de matière s'effectuant dans des directions différentes de la direction moyenne d'écoulement. Dans un mode d'écoulement turbulent, les forces d'inertie 301 1 6 1 3 3 l'emportent sur les forces de viscosité ; ce phénomène apparait dans des conditions d'écoulement au-delà d'une valeur seuil. Le « nombre de Reynolds », Re, d'un fluide dans une configuration donnée est un des indicateurs permettant de caractériser la turbulence d'un fluide. Le nombre de Reynolds est un nombre sans dimension qui représente le rapport entre les forces d'inertie et les forces visqueuses. On le définit de la manière suivante : = VL avec - V : vitesse caractéristique du fluide; - L : dimension caractéristique; - : viscosité cinématique du fluide. Dans le cas d'une conduite à section circulaire, où le diamètre est la dimension caractéristique, on constate que l'écoulement est turbulent lorsque le 15 nombre de Reynolds est supérieur à une valeur seuil comprise entre 2000 et 3000. Il convient de noter qu'un homme du métier sait aisément reconnaitre si un fluide présente un mode d'écoulement turbulent ; il peut notamment faire des observations de l'écoulement du fluide et déterminer si cet écoulement présente 20 des volutes, ce qui est une des caractéristiques facilement observable d'un mode d'écoulement turbulent. La présente invention vise également un dispositif de sécurisation d'une fuite comprenant les caractéristiques énoncées dans les modes de réalisations 25 suivants, qui peuvent se combiner selon tous les configurations techniquement envisageables : - le fluide est un gaz, notamment sélectionné parmi un ou plusieurs gaz de la liste constituée du méthane, du propane ; selon un autre mode de réalisation, le fluide est un liquide, notamment sélectionné 30 parmi un ou plusieurs liquides de la liste constituée d'un gaz liquéfié ; - le fluide est sous une pression comprise entre 100 et 1000 bar dans l'installation, quand celle-ci est en fonctionnement ; - l'installation est choisie parmi une machine tournante ou un dispositif statique, notamment choisie parmi une ou plusieurs installations de la liste constituée d'une turbine, d'une pompe, d'un moteur diesel, d'un échangeur, d'une canalisation, d'une vanne, d'une colonne, d'un ballon, d'un réservoir ; - le débit de fuite, Qf, donné est compris entre 1 et 10 kilogramme par seconde (kg/s) ; - le dispositif de confinement étanche est formé essentiellement par une paroi disposée sur un socle sur lequel repose l'installation comprenant le fluide sous pression ; selon un mode de réalisation, cette paroi est constituée d'un matériau déformable, par exemple un matériau composite comprenant des fibres de Carbone et/ou des fibres d'aramide, notamment Kevlar0 ou Nomex0 ; selon un mode de réalisation, le matériau déformable est supporté par une structure métallique ; - le nombre de Reynolds du fluide qui s'évacue à travers chaque orifice sous la forme d'un jet turbulent est compris entre 105 et 106. ; - la forme d'un (ou des) orifice(s) dans le dispositif de confinement étanche est polylobée ; - au moins un orifice dans le dispositif de confinement étanche est prolongé dans la direction d'évacuation du jet de fluide par un dispositif de dilution adapté à diluer le fluide du jet avec un gaz situé au-delà de la surface externe du dispositif de confinement étanche ; selon un mode de réalisation, le dispositif de dilution est un mélangeur à effet Venturi ; selon un mode de réalisation, le dispositif de dilution est une succession de mélangeurs à effet Venturi ; selon un mode de réalisation la section du (ou des) mélangeurs à effet Venturi est polylobée ; selon un mode de réalisation la surface du (ou des) mélangeurs à effet Venturi est rugueuse ; selon un mode de réalisation, un ou plusieurs composant (s) du dispositif de dilution est prolongé dans la direction d'évacuation du jet de fluide par une grille adaptée à générer de la turbulence dans le fluide du jet ; La présente invention vise également un local équipé d'au moins un dispositif de sécurisation d'une fuite selon l'un quelconque des modes de réalisations de la présente invention, tels qu'énoncés ci-dessus. La présente invention vise également un local ci-dessus comprenant en outre une pluralité de parois et dans au moins une paroi un dispositif d'ouverture actionnable par la poussée exercée par le jet turbulent du fluide pendant la fuite ; selon un mode de réalisation, le dispositif d'ouverture actionnable est un clapet disposé dans une paroi à l'aplomb d'un orifice, dans la direction du jet turbulent du fluide sortant dudit orifice. La présente invention vise également une méthode de sécurisation en cas de fuite d'un fluide d'une installation comprenant le fluide sous pression, mettant en oeuvre au moins un dispositif de sécurisation d'une fuite selon l'un quelconque des modes de réalisations de la présente invention, tels qu'énoncés ci-dessus, et comprenant les étapes successives suivantes: - on laisse le fluide s'étendre dans le dispositif de confinement étanche au gaz; - on permet au fluide de s'évacuer sous la forme d'un jet turbulent à 20 travers chaque orifice de l'évent. Selon le mode de réalisation de ladite méthode de sécurisation, celle-ci comprend l'étape additionnelle suivante : - on permet la dilution du fluide au-delà d'un orifice dans la direction 25 d'évacuation du jet de fluide grâce à un dispositif de dilution de manière à diluer le fluide du jet avec un gaz situé au-delà de la surface externe du dispositif de confinement étanche. La présente invention vise également une méthode de calcul des 30 caractéristiques d'un dispositif de sécurisation d'une fuite selon l'un quelconque des modes de réalisations de la présente invention, tels qu'énoncés ci-dessus, mise en oeuvre par des moyens de calcul informatique, où : - on introduit un débit de fuite du fluide, 0f; - on introduit les caractéristiques géométriques de l'installation comprenant le fluide sous pression ; - on calcule par itérations et/ou par optimisation les caractéristiques géométriques du dispositif de confinement étanche au gaz et de l'évent de 5 manière à ce que le fluide s'évacue à travers chaque orifice de l'évent sous la forme d'un jet turbulent. La présente invention vise également l'utilisation d'au moins un dispositif de sécurisation d'une fuite selon l'un quelconque des modes de réalisations de 10 la présente invention, tels qu'énoncés ci-dessus, ou d'un local selon la présente invention, selon tel qu'énoncé ci-dessus, dans des conditions de grand froid. On entend par « grand froid » des conditions où les températures extérieures sont inférieures ou égales à - 40 °C, notamment inférieure ou égale à - 50 °C. Ces conditions se rencontrent notamment en milieu arctique. 15 Les exemples qui suivent illustrent la présente invention. L'invention sera mieux comprise si l'on se réfère aux dessins annexés sur lesquels : - les figures 1 à 6 représentent schématiquement un mode de 20 réalisation d'un dispositif de sécurisation d'une fuite selon l'invention protégeant une installation comprenant un fluide sous pression, respectivement selon une vue de côté, une vue de dessus, une vue en coupe selon l'axe III-III, une vue en coupe selon l'axe IV-IV, une vue de face, une vue isométrique ; - la figure 7 représente schématiquement une partie d'un mode de 25 réalisation d'un dispositif de sécurisation d'une fuite selon l'invention, en vue de dessus. Il convient de noter que les proportions des composants du dispositif représenté ne sont pas nécessairement respectées et que la figure a pour seule fonction de faciliter la compréhension de la présente invention. 30 Dans l'exemple représenté en figures 1 à 6, on illustre une installation 1 comprenant un fluide sous pression, protégée par un dispositif de sécurisation selon la présente invention, où ledit dispositif de sécurisation comprend un dispositif de confinement étanche au gaz 3 disposé autour de l'installation 1 sur un socle 2. Ce dispositif de confinement étanche 3 comprend un évent 4 situé dans sa partie supérieure. Aux fins de la présente description, on définit la ligne correspondant au bas du socle 2 sur lequel repose l'installation 1 comprenant le fluide sous 5 pression comme une ligne horizontale de référence; cette ligne peut notamment correspondre à un sol sur lequel repose le socle 2. On définit une direction de haut en bas selon une ligne perpendiculaire à ladite ligne horizontale où le haut est situé au-dessus de l'évent 4 et le bas sous le socle 2. On considère qu'un premier composant est situé au-dessus ou est 10 supérieur d'un deuxième composant si le premier composant est disposé plus près du haut que le deuxième composant ; de même, on considère qu'un premier composant est situé au-dessous ou est inférieur d'un deuxième composant si le premier composant est disposé plus près du bas que le deuxième composant. 15 Afin de dimensionner le dispositif de sécurisation selon la présente invention, on prend en compte un débit de fuite donné du fluide sous pression, Q. Ce débit de fuite, Qf, est définit en fonction des caractéristiques de l'installation à protéger et est en général définit par des services en charge de la sécurité des 20 installations comprenant un fluide sous pression. Parmi les paramètres pris en compte pour définir le débit de fuite, Qf, on peut citer par exemple : le type de fluide, les dimensions de l'installation à protéger, la pression du fluide quand l'installation est en fonctionnement, la température du fluide quand l'installation est en fonctionnement. 25 Le volume, Vconf, est définit entre la surface interne dudit dispositif de confinement étanche 3 et la surface externe de l'installation 1 comprenant le fluide sous pression. L'évent 4 est constitué d'un ou plusieurs orifice(s) dans le dispositif de confinement étanche, chaque orifice étant défini par sa section et par sa forme. 30 Dans le cas représenté, il y a un unique orifice circulaire dans le dispositif de confinement étanche et il y a donc identité entre l'évent et l'orifice. Cependant de nombreux autres modes de réalisation peuvent être envisagés, notamment où l'évent 4 est constitué de plusieurs orifices, et/ou où les orifices ne sont pas circulaires, mais peuvent avoir d'autres formes, comme notamment la forme 301 1 6 1 3 8 d'ellipse, de carré, de fente parallélépipédique. Des formes plus complexes peuvent également être choisies. Le volume, Vconf, la section et la forme de l'orifice de l'évent 4 sont configurés de manière à ce qu'en cas de fuite d'un débit Qf, le fluide s'évacue à travers l'orifice sous la forme d'un jet turbulent. En cas de pluralité d'orifices de l'évent, le volume, Vconf, la section et la forme des orifices de l'évent sont configurés de manière à ce qu'en cas de fuite d'un débit Qf, le fluide s'évacue à travers chaque orifice sous la forme d'un jet turbulent. En cas de fuite d'un fluide d'un composant de l'installation 1 comprenant le fluide sous pression et mettant en oeuvre le dispositif de sécurisation d'une fuite précédemment décrit : ^ le fluide sous pression s'étend dans le dispositif de confinement étanche au 15 gaz 3; - puis, le fluide sous pression s'évacue sous la forme d'un jet turbulent à travers l'orifice de l'évent 4. Le volume, Vconf, permet en un premier temps au fluide sous pression de s'expanser dans le volume ; le fluide sous pression ne se trouve alors pas en 20 présence du milieu environnant le dispositif de confinement étanche au gaz ; il occupe très rapidement le volume, Vconf, et est confiné dans les premiers instants après une fuite ; dès que le volume, Vconf, est rempli, le fluide sous pression s'évacuer sous la forme d'un jet turbulent à travers chaque orifice de l'évent 4. 25 Selon un exemple de réalisation, le fluide est un gaz, notamment sélectionné parmi un ou plusieurs gaz de la liste constituée du méthane, du propane. Selon un autre exemple de réalisation, le fluide est un liquide, notamment sélectionné parmi un ou plusieurs liquides de la liste constituée d'un gaz liquéfié. 30 A titre d'exemple, le fluide est sous une pression comprise entre 100 et 1000 bar dans l'installation, quand celle-ci est en fonctionnement. A titre d'exemple, le débit de fuite, Qf, donné est compris entre 1 et 10 kilogramme par seconde (kg/s). A titre d'exemple, le nombre de Reynolds du fluide qui s'évacue à travers l'orifice sous la forme d'un jet turbulent est compris entre 105 et 106. Selon un mode de réalisation de l'exemple représenté sur les figures 1 à 6, le dispositif de confinement étanche est formé essentiellement par une paroi disposée sur un socle 2 sur lequel repose l'installation comprenant le fluide sous pression, où la paroi est constituée d'un matériau déformable, par exemple un matériau composite comprenant des fibres de Carbone et/ou des fibres d'aramide, notamment Kevlar0 ou Nomex0. Le choix d'un matériau déformable permet une déformation contrôlée du dispositif de confinement étanche quand le fluide sous pression est libéré ; le choix d'un matériau composite comprenant des fibres de Carbone et/ou des fibres d'aramide permet de résister aux efforts importants que peut subir le dispositif de confinement. Ces matériaux sont en effet susceptibles de se déformer de manière importante sans se déchirer. Le matériau déformable est par exemple supporté par une structure métallique. En outre, l'orifice dans le dispositif de confinement étanche est prolongé dans la direction d'évacuation du jet de fluide par un dispositif de dilution adapté à diluer le fluide du jet avec un gaz situé au-delà de la surface externe du dispositif de confinement étanche. Le dispositif de dilution est une succession de deux mélangeurs à effet Venturi, 51, 52. La surface du (ou des) mélangeurs à effet Venturi peut être rugueuse. Ces différents moyens permettent d'augmenter la turbulence du fluide dans le jet et de d'augmenter la dilution du fluide sous pression avec le milieu 25 environnant le dispositif de confinement étanche au gaz. Il est possible d'augmenter encore la turbulence en ajoutant au dispositif de dilution une grille disposée dans la direction d'évacuation du jet de fluide. Dans un mode de réalisation représenté en figure 7, la forme de l'orifice 4 30 dans le dispositif de confinement étanche est polylobée. La section des deux mélangeurs à effet Venturi 51, 52 est également polylobée. Ces formes polylobées permettent d'augmenter encore la turbulence et la dilution du fluide sous pression avec le milieu. Selon un mode de réalisation non représenté, le dispositif de sécurisation d'une fuite selon la présente invention et précédemment décrit est installé dans un local, par exemple de la forme d'un hangar, qui comprend une pluralité de parois. Un dispositif d'ouverture actionnable par la poussée exercée par le jet turbulent du fluide pendant la fuite, par exemple un clapet, est disposé dans la paroi située dans la direction du jet turbulent du fluide sortant de l'orifice. Ce dispositif d'ouverture est disposé dans une paroi à l'aplomb de l'orifice ; le jet turbulent du fluide sortant de l'orifice l'actionne par la poussée quand une fuite se produit, permettant ainsi d'évacuer le fluide sous pression hors du local. Le présent dispositif est particulièrement adapté dans le cas où le fluide sous pression est un gaz explosif (par exemple méthane ou propane); en effet, il permet en un premier temps de concentrer le gaz ce qui permet d'éviter les risques d'explosions, puis dans un second temps de le diluer avec le milieu environnant le dispositif de confinement étanche; ce milieu est en général constitué d'air. On peut ainsi éviter que le fluide sous pression ne demeure dans une gamme de concentration critique où les risques d'explosion sont maximaux. L'invention n'est cependant pas limitée à des installations comprenant un 20 gaz explosif sous pression, mais peut trouver des applications avec des installations comprenant un autre fluide sous pression. REVENDICATIONS1. Dispositif de sécurisation d'une fuite d'un fluide pouvant survenir d'une installation (1) comprenant le fluide sous pression, où le dispositif de 5 sécurisation est configuré pour sécuriser une fuite ayant un débit de fuite donné dudit fluide, Qf, ledit dispositif de sécurisation comprenant : - un dispositif de confinement étanche au gaz (3), disposé autour de l'installation comprenant le fluide sous pression, et définissant un volume, Vconf, entre la surface interne dudit dispositif de confinement étanche et la surface 10 externe de l'installation comprenant le fluide sous pression; - un évent (4) constitué d'un ou plusieurs orifice(s) dans le dispositif de confinement étanche, chaque orifice étant défini par sa section et par sa forme; et où le volume, Vconf, la section et la forme de chaque orifice sont configurés de manière à ce qu'en cas de fuite d'un débit Qf, le fluide s'évacue à 15 travers chaque orifice sous la forme d'un jet turbulent. 2. Dispositif de sécurisation d'une fuite selon la revendication 1, où le fluide est un gaz, notamment sélectionné parmi un ou plusieurs gaz de la liste constituée du méthane, du propane. 20 3. Dispositif de sécurisation d'une fuite selon la revendication 1, où le fluide est un liquide, notamment sélectionné parmi un ou plusieurs liquides de la liste constituée d'un gaz liquéfié. 25 4. Dispositif de sécurisation d'une fuite selon l'une quelconque des revendications précédentes, où l'installation est choisie parmi une machine tournante ou un dispositif statique, notamment choisie parmi une ou plusieurs installations de la liste constituée d'une turbine, d'une pompe, d'un moteur diesel, d'un échangeur, d'une canalisation, d'une vanne, d'une colonne, d'un 30 ballon, d'un réservoir. 5. Dispositif de sécurisation d'une fuite selon l'une quelconque des revendications précédentes, où le dispositif de confinement étanche est formé essentiellement par une paroi disposée sur un socle (2) sur lequel reposel'installation comprenant le fluide sous pression et où la paroi est constituée d'un matériau deformable, par exemple un matériau composite comprenant des fibres de Carbone et/ou des fibres d'aramide, notamment Kevlar0 ou Nomex0. 6. Dispositif de sécurisation d'une fuite selon l'une quelconque des revendications précédentes, où la forme d'un (ou des) orifice(s) dans le dispositif de confinement étanche est polylobée. 7. Dispositif de sécurisation d'une fuite selon l'une quelconque des revendications précédentes, où au moins un orifice dans le dispositif de confinement étanche est prolongé dans la direction d'évacuation du jet de fluide par un dispositif de dilution (51, 52) adapté à diluer le fluide du jet avec un gaz situé au-delà de la surface externe du dispositif de confinement étanche. 8. Dispositif de sécurisation d'une fuite selon la revendication précédente, où le dispositif de dilution est un mélangeur à effet Venturi ou une succession de mélangeurs à effet Venturi (51, 52). 9. Dispositif de sécurisation d'une fuite selon l'une des 20 revendications 7 ou 8, où un ou plusieurs composant(s) du dispositif de dilution est prolongé dans la direction d'évacuation du jet de fluide par une grille adaptée à générer de la turbulence dans le fluide du jet. 10. Local équipé d'au moins un dispositif de sécurisation d'une fuite 25 selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. 11. Local équipé d'au moins un dispositif de sécurisation d'une fuite selon la revendication précédente comprenant une pluralité de parois et dans au moins une paroi un dispositif d'ouverture actionnable par la poussée exercée 30 par le jet turbulent du fluide pendant la fuite. 12. Méthode de sécurisation en cas de fuite d'un fluide d'une installation (1) comprenant le fluide sous pression, mettant en oeuvre undispositif de sécurisation d'une fuite selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 comprenant les étapes successives suivantes: - on laisse le fluide s'étendre dans le dispositif de confinement étanche au gaz (3); - on permet au fluide de s'évacuer sous la forme d'un jet turbulent à travers chaque orifice de l'évent (4). 13. Méthode de sécurisation selon la revendication précédente comprenant l'étape additionnelle suivante : - on permet la dilution du fluide au-delà d'un orifice dans la direction d'évacuation du jet de fluide grâce à un dispositif de dilution (51, 52) de manière à diluer le fluide du jet avec un gaz situé au-delà de la surface externe du dispositif de confinement étanche. 14. Méthode de calcul des caractéristiques d'un dispositif de sécurisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, mise en oeuvre par des moyens de calcul informatique où : - on introduit un débit de fuite du fluide, 0f; - on introduit les caractéristiques géométriques de l'installation 20 comprenant le fluide sous pression ; - on calcule par itérations et/ou par optimisation les caractéristiques géométriques du dispositif de confinement étanche au gaz (3) et de l'évent (4) de manière à ce que le fluide s'évacue à travers chaque orifice de l'évent sous la forme d'un jet turbulent. 25 15. Utilisation d'au moins un dispositif de sécurisation d'une fuite selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 ou d'un local selon l'une des revendications 10 ou 11 dans des conditions de grand froid.