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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

Influence des conduites d’évent en aval de l’orifice limitant. Cas des disques de rupture
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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4. Influence des conduites d’évent en aval de l’orifice limitant. Cas des disques de rupture

Comme cela a été expliqué dans le cas des systèmes réactionnels à forte pression de vapeur, il est nécessaire de disposer de lignes d’évents en aval de l’orifice limitant, pour diriger le rejet diphasique gaz-liquide vers une capacité tampon permettant de collecter la fraction liquide du rejet diphasique. Ces lignes d’évent ont pour effet de diminuer la capacité de l’évent pour la protection du réacteur ou de l’enceinte situés en amont.

Cet effet se traduit par un facteur de réduction du flux massique appliqué au flux massique critique G0C calculé pour l’orifice de surface d’évent idéale A0.

La méthode de calcul présentée ci-après s’applique aux lignes d’évent situées en aval d’un disque de rupture. Le cas des soupapes sera traité en [SE 5 043].

Pour évaluer le facteur de réduction du flux massique induit par la ligne d’évent, on détermine la résistance équivalente de la ligne de longueur équivalente L et de diamètre D.

La longueur équivalente de la conduite est évaluée en tenant compte des longueurs de conduites et des contributions des coudes, tés et items présents sur la ligne. Dans cette expression, f est le facteur de friction applicable aux écoulements diphasiques. Suivant Wallis f = 0,005.

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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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