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Article

1 - PRINCIPE

2 - OBTENTION DES DONNÉES EXPÉRIMENTALES

3 - DIMENSIONNEMENT D’ÉVENT

4 - INFLUENCE DES CONDUITES D’ÉVENT EN AVAL DE L’ORIFICE LIMITANT. CAS DES DISQUES DE RUPTURE

5 - EXEMPLES DE RÉACTIONS PRODUISANT DES GAZ INCONDENSABLES

6 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : SE5042 v1

Conclusion
Calcul d’évents : méthodes du DIERS - Gassy Reactions

Auteur(s) : Jean-Louis GUSTIN

Date de publication : 10 oct. 2006

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RÉSUMÉ

Les réacteurs de l’industrie chimique sont en général équipés d’évents de secours permettant d’éviter leur éclatement en cas d’emballements de réactions. Cet article traite du dimensionnement de ces dispositifs dans le cas des réactions de Gassy : sa détermination, ses paramètres d’influence et quelques exemples. La particularité de ces réactions, souvent de décomposition, est de produire des gaz incondensables. En cas d’accident, ces gaz s’accumulent provoquant une importante montée en pression, d’autant plus forte que le taux de remplissage est élevé.

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ABSTRACT

 

Auteur(s)

INTRODUCTION

Dans un premier dossier , nous avons présenté les méthodes développées par le DIERS de dimensionnement des évents, pour le contrôle des emballements de réactions dans des réacteurs ou appareils de l’industrie chimique. Dans ce même texte, nous avons présenté de manière détaillée les méthodes applicables aux systèmes réactionnels à forte pression de vapeur (« High Vapor Systems »).

Ce second dossier concerne les « Gassy Reactions ». Dans la méthodologie du DIERS , les « Gassy Reactions » sont des réactions en phase condensée qui produisent des gaz incondensables comme CO, CO2, N2, NO, N2O, O2, H2, HCl... Il s’agit souvent de réactions de décomposition. Lors de l’emballement d’une de ces réactions dans une enceinte, la pression dans l’enceinte est uniquement ou essentiellement liée à l’accumulation de gaz incondensables ; il n’y a pas de pression de vapeur ou cette contribution est négligeable ou encore n’est pas essentielle.

De ce fait, la température du système n’est pas contrôlable. Même si l’on parvient à limiter la pression dans l’enceinte par le fonctionnement d’un évent, il n’y a pas de puits thermique de vaporisation, l’augmentation de la température n’est pas modifiée et les réactions chimiques s’accélèrent avec l’augmentation de la température. On dit que ces systèmes réactionnels ne sont pas tempérés, ce qui signifie que la température du mélange réactionnel n’est pas liée à la pression par la relation P = f(T) qui serait imposée par un équilibre liquide – vapeur.

Pour ces réactions, la pression dans l’enceinte dépend du taux de remplissage. Plus celui-ci est élevé, plus l’augmentation de la pression est importante et la vitesse d’augmentation de la pression élevée. Dans les essais de laboratoire visant à reproduire les conditions industrielles, comme par exemple des essais en « Vent Sizing Package », utilisant des cellules de mesure fermées, le taux de remplissage doit fréquemment être limité pour éviter l’éclatement de la cellule de mesure. De ce fait, les conditions expérimentales peuvent se trouver éloignées des conditions adiabatiques ou des conditions industrielles et il peut être préférable dans ce cas de recourir à des essais en cellule ouverte pour éviter cet inconvénient. Le dimensionnement d’évents pour le contrôle des emballements de réactions produisant des gaz incondensables est basé sur la vitesse maximale de production de gaz mesurée dans des conditions adiabatiques ou dans des conditions représentatives de la situation industrielle. Il est en effet conservatif de considérer que cette vitesse maximale sera atteinte même si l’évent est activé et de dimensionner l’évent sur la base de cette hypothèse.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-se5042


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6. Conclusion

Le dimensionnement d’évents pour le contrôle des emballements thermiques concernant des Gassy reactions représente une activité relativement marginale dans le calcul d’évent mais qui pose cependant de nombreux problèmes. Ces réactions sont dangereuses par le type de pressurisation des enceintes qu’elles entraînent en cas de confinement.

Des pressions très importantes peuvent être générées avec une production de gaz relativement faible, si le taux de remplissage est élevé ou voisin de 100 %, par exemple dans des conduites isolées. La mesure du comportement ou des caractéristiques de ces réactions n’est pas simple et il est fréquent que la vitesse de ces réactions et de la production de gaz soit influencée par la pression. Les méthodes de dimensionnement d’évents pour ce type de réaction sont fréquemment discutées ou remise en cause en raison de la surface d’évent requise très importante et jugée excessive. Il n’existe pas de critère de désengagement gaz-liquide spécifique pour les mélanges réactionnels produisant des gaz incondensables. Toutes les hypothèses sont envisagées, y compris celle de rejets uniquement gazeux ou d’un faible entraînement du liquide dans l’évent. La comparaison avec la décomposition des peroxydes organiques est intéressante car il existe pour ceux-ci des méthodes empiriques spécifiques de détermination de la surface d’évent nécessaire. Les évents dimensionnés en utilisant les méthodes du DIERS sont en général de surface plus grande et donc ces méthodes sont conservatives pour la protection des enceintes contre des surpression excessives.

Les méthodes de dimensionnement d’évents exposées pour les systèmes à forte pression de vapeur dans le dossier et pour les réactions produisant des gaz incondensables dans le présent dossier [SE 5 042] sont en continuité par le fait du modèle d’écoulement diphasique décrit par la méthode oméga. Il faut noter cependant que ces méthodes ne conviennent pas pour les systèmes hybrides dans lesquels la pression résulte simultanément d’une pression de vapeur et de la production de gaz incondensables. Les systèmes...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - GUSTIN (J.L.) -   Risque d’explosion en phase condensée  -  . Techniques de l’Ingénieur, Sécurité et gestion des risques.

  • (2) - GUSTIN (J.L.) -   Calculs d’évents. Méthodes du DIERS. Systèmes à forte pression de vapeur  -  . Techniques de l’Ingénieur , 2006. Sécurité et gestion des risques.

  • (3) - BOYLE (W.J.) -   Sizing relief area for polymerisation reactors  -  . Chem. Eng. Prog. 63 (8), 61-66, 1967.

  • (4) - LEUNG (J.C.) -   Chemical Process Relief System Design Seminar  -  . École des Mines de Saint Étienne, 9-11 Avril 2003.

  • (5) - GUSTIN (J.L.) -   Assessment of runaway reaction hazards using the experimental methods of the process safety laboratories  -  . Int. symp. on runaway reactions and pressure relief design, A.I.Ch.E., Boston, p. 150-185, 2-4 August 1995. ISBN 0-8169-0676-9.

  • (6)...

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