Cet article présente des informations sur l'équipement de traitement de base, le stockage, l'aménagement de l'usine et les considérations d'exploitation dans les industries de traitement chimique, y compris les principaux éléments et concepts largement applicables dans l'ensemble de l'industrie chimique. Cependant, une grande partie de l'équipement requis dans le traitement chimique est hautement spécialisé et ne peut pas être généralisé à grande échelle. Des informations plus détaillées sur la toxicité et les matières dangereuses et la sécurité des procédés sont examinées ailleurs dans ce Encyclopédie.

Il existe deux catégories de base d'agencement dans les industries de transformation chimique : l'agencement de l'usine, qui couvre toutes les unités de traitement, les services publics, les zones de stockage, les zones de chargement/déchargement, les bâtiments, les ateliers et l'entreposage, et l'agencement de l'unité ou du procédé, qui ne couvre que le placement de l'équipement pour un processus spécifique, également appelé bloc de processus.

Aménagement de l'usine

Implantation

La localisation ou l'implantation d'une usine globale est basée sur un certain nombre de facteurs généraux, comme indiqué dans le tableau 1 (CCPS 1993). Ces facteurs varient considérablement selon les lieux, les gouvernements et les politiques économiques. Parmi ces divers facteurs, les considérations de sécurité sont une préoccupation extrêmement importante et, dans certains endroits, elles peuvent être le principal facteur qui régit l'emplacement de l'usine.

Tableau 1. Quelques facteurs généraux de sélection du site

• Densité de population autour du site
• Catastrophe naturelle (tremblement de terre, inondation, etc.)
• Vents dominants et données météorologiques
• Disponibilité de l'électricité, de la vapeur et de l'eau
• Considérations de sécurité
• La réglementation de l'air, de l'eau et des déchets et leur complexité
• Accessibilité aux matières premières et aux marchés
• Transports
• Permis d'implantation et complexité de leur obtention
• Exigences d'interaction dans les développements industriels
• Disponibilité et coûts de la main-d'œuvre
• Incitations à l'investissement

Un aspect important de la sécurité de l'usine dans l'implantation est la définition d'une zone tampon entre une usine avec des processus dangereux et les usines, habitations, écoles, hôpitaux, autoroutes, voies navigables et couloirs d'avion à proximité. Certaines considérations générales de sécurité sont présentées dans le tableau 2. La zone tampon est importante parce que la distance tend à réduire ou à atténuer les expositions potentielles à divers accidents. La distance nécessaire pour réduire les concentrations toxiques à des niveaux acceptables par l'interaction atmosphérique et la dispersion des matières toxiques provenant d'un rejet accidentel peut être définie. De plus, le délai entre un rejet toxique et l'exposition du public créé par une zone tampon peut être utilisé pour avertir la population par le biais de programmes d'intervention d'urgence pré-planifiés. Étant donné que les usines ont divers types d'installations contenant des matières toxiques, des analyses de dispersion doivent être effectuées sur les systèmes potentiellement dangereux pour s'assurer que la zone tampon est adéquate dans chaque zone entourant le périmètre de l'usine.

Tableau 2. Considérations relatives à la sécurité de l'emplacement de l'usine

• Zone tampon
• Localisation d'autres installations dangereuses à proximité
• Inventaire des matières toxiques et dangereuses
• Adéquation de l'approvisionnement en eau de lutte contre l'incendie
• Accès aux équipements d'urgence
• Disponibilité du soutien d'intervention d'urgence des industries adjacentes et de la communauté
• Conditions météorologiques extrêmes et vents dominants
• Localisation des autoroutes, des voies navigables, des voies ferrées et des corridors aériens
• Restrictions environnementales et d'élimination des déchets en cas d'urgence
• Drainage et talus
• Maintenance et inspection

Le feu est un danger potentiel dans les usines et les installations de traitement. Les grands incendies peuvent être une source de rayonnement thermique qui peut également être atténué par la distance. Les torchères surélevées peuvent également être une source de rayonnement thermique lors d'une opération d'urgence ou de démarrage/arrêt. Une torchère est un dispositif qui brûle automatiquement les gaz d'échappement ou les dégagements de vapeur d'urgence à des positions élevées ou à des emplacements au sol spéciaux. Ceux-ci doivent être situés loin du périmètre de l'usine (pour la protection de la communauté) et une zone à la base de la torche doit être interdite aux travailleurs. S'il n'est pas utilisé correctement, le transfert de liquide dans la torche peut entraîner la combustion de gouttelettes de liquide. En plus du feu, il peut y avoir des explosions à l'intérieur de l'équipement ou un nuage de vapeur qui produit des ondes de choc. Bien que la distance réduise quelque peu l'intensité de l'explosion au-dessus de la zone tampon, l'explosion aura toujours un effet sur la communauté voisine.

Le potentiel de rejets accidentels ou d'incendies provenant d'installations existantes susceptibles de se trouver à proximité du site proposé doit également être pris en compte. Les incidents potentiels doivent être modélisés et évalués pour déterminer l'effet possible sur l'aménagement proposé de l'usine. Les réponses d'urgence à un événement externe doivent être évaluées et les réponses coordonnées avec d'autres usines et communautés affectées.

Autres considérations

Dow Chemical Company a développé une autre approche de l'aménagement de l'usine basée sur un niveau acceptable de dommages matériels maximum probables (MPPD) et de risque d'interruption d'activité (B1) (Dow Chemical Company 1994a). Ces considérations sont importantes pour les usines nouvelles et existantes. L'indice Dow d'incendie et d'explosion est utile dans les nouveaux aménagements d'usines ou dans l'ajout d'équipements aux usines existantes. Si les risques calculés à partir de l'indice s'avèrent inacceptables, les distances de séparation doivent être augmentées. Alternativement, les changements de disposition peuvent également réduire le potentiel de risque.

Disposition générale

Dans une configuration globale d'usine, les vents dominants sont une considération importante. Les sources d'inflammation doivent être situées en amont des sources potentielles de fuite. Les appareils de chauffage à combustion, les chaudières, les incinérateurs et les torches font partie de cette catégorie (CCPS 1993). L'emplacement des réservoirs de stockage sous le vent des unités de traitement et des services publics est une autre recommandation (CCPS 1993). Les réglementations environnementales ont permis de réduire considérablement les fuites des réservoirs (Lipton et Lynch, 1994).

Les distances de séparation minimales ont été décrites dans diverses publications pour les unités de traitement, l'équipement et les différentes fonctions de l'usine (CCPS 1993; Dow Chemical Company 1994a; IRI 1991). Les installations générales qui ont normalement des séparations de distance recommandées dans les dispositions générales de l'usine sont indiquées dans le tableau 3. Les recommandations de distance réelles doivent être soigneusement définies. Bien que les appareils de chauffage à combustion et les fours de procédé ne soient pas indiqués dans le tableau 3, ils constituent un élément important et les distances de séparation recommandées doivent être incluses dans une configuration de procédé unitaire.

Tableau 3. Installations généralement séparées dans l'agencement général de l'usine

• Unités de processus
• Fermes de réservoir
• Installations de chargement et de déchargement
• Fusées
• Électricité, chaudières et incinérateurs
• Les tours de refroidissement
• Sous-stations, grands chantiers de commutation électrique
• Maisons de contrôle central
• Les entrepôts
• Laboratoires analytiques
• Systèmes de comptage et de blocage des services publics entrants
• Tuyaux d'incendie, moniteurs fixes, réservoirs et pompes à incendie de secours
• Zones de traitement des déchets
• Bâtiments et aires de maintenance
• Bâtiments administratifs

De plus, des routes sont nécessaires pour l'accès des véhicules ou de l'équipement d'urgence et d'entretien et doivent être placées avec soin entre les unités de traitement et dans les différentes sections de l'usine. Des dégagements acceptables pour les supports de tuyaux suspendus et autres équipements suspendus doivent être établis ainsi que des dégagements latéraux aux carrefours et aux entrées de toutes les installations.

Les exigences d'aménagement peuvent être fondées sur les distances de séparation minimales recommandées (CCPS 1993; NFPA 1990; IRI 1991; Mecklenburgh 1985) ou déterminées par une analyse des risques (Dow Chemical Company 1994a).

Disposition de l'unité de processus

Le tableau 3 présente un résumé général de la disposition des séparations de l'usine. Les unités de processus sont contenues dans le bloc spécifique indiqué dans la disposition générale. Le processus chimique est généralement illustré en détail dans des diagrammes de processus et de mise en œuvre (P&ID). Une disposition de processus nécessite des considérations au-delà des distances de séparation d'équipement spécifiques, dont certaines sont présentées dans le tableau 4.

Tableau 4. Considérations générales dans une disposition d'unité de procédé

• Définition de la zone pour l'expansion future et l'accessibilité de l'unité
• Accessibilité des équipements de réparation pour un entretien fréquent
• Exigences d'espace pour la réparation d'équipement individuel (par exemple, zone nécessaire pour tirer le faisceau d'échangeurs de chaleur ou l'accessibilité pour la vanne de régulation)
• Barrières pour équipements haute pression ou réacteurs à potentiel explosif
• Exigences mécaniques et d'espace pour le chargement/déchargement de réacteurs ou de tours remplis de solides
• Espace pour évacuer les explosions de poussière
• Séparation des équipements fréquemment ouverts ou entretenus des tuyauteries, cuves, etc. à haute température.
• Bâtiments ou structures spéciaux et dégagement nécessaire (par exemple, une salle de compression avec un pont roulant interne ou une grue externe)

L'assemblage d'équipements dans une unité de traitement particulière variera considérablement, selon le procédé. La toxicité et les caractéristiques dangereuses des flux et des matériaux dans les unités varient également considérablement. Malgré ces différences, des normes de distance minimale ont été élaborées pour de nombreux éléments d'équipement (CCPS 1993; NFPA 1990; IRI 1991; Mecklenburgh 1985). Des procédures de calcul des fuites potentielles et des expositions toxiques des équipements de traitement qui peuvent également affecter la distance de séparation sont disponibles (Dow Chemical Company 1994b). De plus, l'analyse de la dispersion peut être appliquée lorsque les estimations de fuite ont été calculées.

Équipement et distance de séparation

Une technique matricielle peut être utilisée pour calculer l'espace nécessaire pour séparer l'équipement (CCPS 1993; IRI 1991). Les calculs basés sur des conditions de traitement spécifiques et une évaluation des risques de l'équipement peuvent entraîner des distances de séparation qui diffèrent d'un guide de matrice standard.

Des listes étendues pour une matrice peuvent être développées en affinant les catégories individuelles et en ajoutant de l'équipement. Par exemple, les compresseurs peuvent être divisés en plusieurs types, tels que ceux manipulant des gaz inertes, de l'air et des gaz dangereux. Les distances de séparation pour les compresseurs à moteur peuvent différer de celles des machines à moteur ou à vapeur. Les distances de séparation dans les installations de stockage qui abritent des gaz liquéfiés doivent être analysées en fonction de l'inertie du gaz.

Les limites de la batterie de processus doivent être soigneusement définies. Ce sont les lignes de démarcation ou les limites de parcelle pour une unité de traitement (le nom dérive de l'utilisation précoce d'une batterie de fours dans le traitement). D'autres unités, routes, services publics, canalisations, fossés de ruissellement, etc. sont tracés en fonction des limites de la batterie. Bien que l'emplacement de l'équipement de l'unité ne s'étende pas aux limites de la batterie, les distances de séparation de l'équipement par rapport aux limites de la batterie doivent être définies.

Salles de contrôle ou maisons de contrôle

Dans le passé, chaque unité de traitement était conçue avec une salle de contrôle qui assurait le contrôle opérationnel du processus. Avec l'avènement de l'instrumentation électronique et du traitement contrôlé par ordinateur, les salles de contrôle individuelles ont été remplacées par une salle de contrôle centrale qui contrôle un certain nombre d'unités de traitement dans de nombreuses opérations. La salle de contrôle centralisée est économiquement avantageuse en raison de l'optimisation des processus et de l'augmentation de l'efficacité du personnel. Des unités de traitement individuelles existent toujours et, dans certaines unités spécialisées, des maisons de contrôle plus anciennes qui ont été supplantées par des salles de contrôle centralisées peuvent encore être utilisées pour la surveillance locale des processus et pour le contrôle d'urgence. Bien que les fonctions et les emplacements de la salle de contrôle soient généralement déterminés par l'économie du procédé, la conception de la salle de contrôle ou de la salle de contrôle est très importante pour maintenir le contrôle d'urgence et pour la protection des travailleurs. Certaines considérations pour les maisons de contrôle centrales et locales incluent :

• pressuriser la salle de contrôle pour empêcher l'entrée de vapeurs toxiques et dangereuses
• conception de la salle de contrôle pour la résistance au souffle et à l'explosion
• établir un emplacement à risque minimal (basé sur la distance de séparation et la probabilité de rejets de gaz)
• purifier tout l'air d'admission et installer un emplacement de cheminée d'admission qui minimise l'admission de vapeurs toxiques ou dangereuses
• sceller toutes les sorties d'égout de la maison de contrôle
• installation d'un système d'extinction d'incendie.

Réduction des stocks

La quantité de matières toxiques et dangereuses dans l'inventaire global, y compris l'équipement, est un élément important à prendre en compte dans l'aménagement des processus et des usines. Les conséquences d'une fuite sont d'autant plus graves que le volume de matière augmente. Par conséquent, l'inventaire doit être réduit autant que possible. Un traitement amélioré qui réduit le nombre et la taille des pièces d'équipement réduit l'inventaire, réduit le risque et entraîne également une baisse des investissements et une amélioration de l'efficacité opérationnelle.

Certaines considérations potentielles de réduction des stocks sont présentées dans le tableau 6. Lorsqu'une nouvelle installation de traitement sera installée, le traitement doit être optimisé en tenant compte de certains des objectifs indiqués dans le tableau 5.

Tableau 5. Étapes pour limiter l'inventaire

• Réduire la réduction des stocks des réservoirs de stockage grâce à un meilleur contrôle des processus, à l'exploitation et au contrôle des stocks juste à temps
• Éliminer ou minimiser l'inventaire des réservoirs sur site grâce à l'intégration des processus
• Utilisation de l'analyse et du développement des variables de réaction pour la réduction du volume du réacteur
• Remplacement des réacteurs discontinus par des réacteurs continus, ce qui réduit également la rétention en aval
• Réduction de la rétention de la colonne de distillation grâce à des réductions de volume de fond et à la rétention des plateaux avec des plateaux ou des garnitures plus avancés
• Remplacement des rebouilleurs de chaudière par des rebouilleurs à thermosiphon
• Minimisation des volumes des tambours aériens et des fonds de tambour tampon
• Amélioration de la disposition et du dimensionnement des tuyaux pour minimiser la rétention
• Là où des matériaux toxiques sont produits, minimisant la rétention de la section toxique

Installations de stockage

Les installations de stockage d'une usine de traitement chimique peuvent contenir des aliments liquides et solides, des produits chimiques intermédiaires, des sous-produits et des produits de transformation. Les produits stockés dans de nombreuses installations servent d'intermédiaires ou de précurseurs pour d'autres processus. Le stockage peut également être nécessaire pour les diluants, les solvants ou d'autres matériaux de traitement. Tous ces matériaux sont généralement stockés dans des cuves de stockage hors sol (AST). Les réservoirs souterrains sont encore utilisés à certains endroits, mais leur utilisation est généralement limitée en raison de problèmes d'accès et d'une capacité limitée. De plus, les fuites potentielles de ces réservoirs de stockage souterrains (UST) présentent des problèmes environnementaux lorsque les fuites contaminent les eaux souterraines. La contamination générale du sol peut entraîner des expositions atmosphériques potentielles avec des fuites de matériaux à pression de vapeur plus élevée. Les matériaux qui fuient peuvent constituer un problème d'exposition potentiel lors des efforts de restauration du sol. Les fuites UST ont entraîné des réglementations environnementales strictes dans de nombreux pays, telles que les exigences relatives aux réservoirs à double paroi et à la surveillance souterraine.

Les réservoirs de stockage hors sol typiques sont illustrés à la figure 1. Les AST verticaux sont des réservoirs à toit conique ou en dôme, des réservoirs à toit flottant couverts ou non couverts ou des réservoirs à toit flottant externe (EFRT). Les réservoirs à toit converti ou fermé sont des EFRT avec des couvercles installés sur les réservoirs qui sont souvent des dômes de type géodésique. Comme les EFRT ne conservent pas dans le temps une forme parfaitement circulaire, l'étanchéité du toit flottant est difficile et un revêtement est installé sur le réservoir. Une conception de dôme géodésique élimine les fermes de toit nécessaires pour les réservoirs à toit conique (FRT). Le dôme géodésique est plus économique qu'un toit conique et, en plus, le dôme réduit les pertes de matériaux dans l'environnement.

Figure 1. Réservoirs de stockage hors sol typiques

Normalement, les réservoirs sont limités au stockage de liquide où la pression de vapeur liquide ne dépasse pas 77 kPa. Lorsque la pression dépasse cette valeur, des sphéroïdes ou des sphères sont utilisés puisque les deux sont conçus pour un fonctionnement sous pression. Les sphéroïdes peuvent être assez grands mais ne sont pas installés là où la pression peut dépasser certaines limites définies par la conception mécanique. Pour la plupart des applications de stockage à haute pression de vapeur, les sphères sont normalement le conteneur de stockage et sont équipées de soupapes de surpression pour éviter une surpression. Un problème de sécurité qui s'est développé avec les sphères est le renversement, qui génère une vapeur excessive et entraîne des décharges de la soupape de décharge ou dans des situations plus extrêmes telles que la rupture de la paroi de la sphère (CCPS 1993). En général, le contenu liquide se stratifie et si un matériau chaud (moins dense) est chargé dans le fond de la sphère, le matériau chaud monte à la surface avec le matériau de surface plus froid et de densité plus élevée roulé vers le bas. Le matériau de surface chaud se vaporise, augmentant la pression, ce qui peut entraîner une décharge de la soupape de décharge ou une surpression de la sphère.

Disposition du réservoir

La disposition des réservoirs nécessite une planification minutieuse. Il existe des recommandations sur les distances de séparation des réservoirs et d'autres considérations (CCPS 1988; 1993). Dans de nombreux endroits, les distances de séparation ne sont pas spécifiées par le code, mais les distances minimales (OSHA 1994) peuvent être le résultat de diverses décisions applicables aux distances de séparation et aux emplacements. Certaines de ces considérations sont présentées dans le tableau 6. De plus, le service des réservoirs est un facteur de séparation des réservoirs pour les réservoirs sous pression, réfrigérés et atmosphériques (CCPS 1993).

Tableau 6. Considérations relatives à la séparation et à l'emplacement des réservoirs

• La séparation basée sur les distances coque à coque peut être basée sur des références et soumise au calcul de la distance de rayonnement thermique en cas d'incendie dans un réservoir adjacent.
• Les réservoirs doivent être séparés des unités de traitement.
• Un emplacement du réservoir, de préférence sous le vent d'autres zones, minimise les problèmes d'inflammation dans le cas où un réservoir libère une quantité importante de vapeur.
• Les réservoirs de stockage doivent avoir des digues, qui sont également requises par la loi dans la plupart des régions.
• Les réservoirs peuvent être regroupés pour l'utilisation de digues communes et d'équipements de lutte contre l'incendie.
• Les digues doivent avoir une capacité d'isolation en cas d'urgence.

Des digues sont nécessaires et sont nominalement dimensionnées volumétriquement pour contenir le contenu d'un réservoir. Lorsque plusieurs réservoirs se trouvent dans une digue, la capacité volumétrique minimale de la digue équivaut à la capacité du plus grand réservoir (OSHA 1994). Les murs de la digue peuvent être construits en terre, en acier, en béton ou en maçonnerie solide. Cependant, les digues en terre doivent être impénétrables et avoir un sommet plat d'une largeur minimale de 0.61 m. De plus, le sol à l'intérieur de la zone endiguée doit également avoir une couche impénétrable pour empêcher toute fuite de produits chimiques ou d'huile dans le sol.

Fuite de réservoir

Un problème qui s'est développé au fil des ans est la fuite du réservoir en raison de la corrosion au fond du réservoir. Souvent, les réservoirs ont des couches d'eau dans le fond du réservoir qui peuvent contribuer à la corrosion, et une corrosion électrolytique peut se produire en raison du contact avec la terre. En conséquence, des exigences réglementaires ont été instituées dans diverses régions pour contrôler les fuites au fond des réservoirs et la contamination des sols et de l'eau souterrains par des contaminants dans l'eau. Diverses procédures de conception ont été élaborées pour contrôler et surveiller les fuites (Hagen et Rials 1994). De plus, des doubles fonds ont également été installés. Dans certaines installations, une protection cathodique a été installée pour mieux contrôler la détérioration du métal (Barletta, Bayle et Kennelley 1995).

Prélèvement d'eau

L'évacuation manuelle périodique de l'eau du fond du réservoir peut entraîner une exposition. L'observation visuelle pour déterminer l'interface par le biais d'un drainage manuel ouvert peut entraîner une exposition des travailleurs. Une décharge fermée peut être installée avec un capteur d'interface et une vanne de contrôle minimisant les expositions potentielles des travailleurs (Lipton et Lynch 1994). Une variété de capteurs sont disponibles dans le commerce pour ce service.

Trop remplir les réservoirs

Souvent, les réservoirs sont trop remplis, ce qui crée des risques potentiels pour la sécurité et l'exposition des travailleurs. Cela peut être évité avec des instruments redondants ou à double niveau contrôlant les vannes d'arrêt d'entrée ou les pompes d'alimentation (Bahner 1996). Pendant de nombreuses années, des conduites de trop-plein ont été installées sur les réservoirs de produits chimiques, mais elles se terminaient à une courte distance au-dessus d'une ouverture de vidange pour permettre l'observation visuelle de la décharge de trop-plein. De plus, le drain devait être dimensionné pour un taux de remplissage supérieur au maximum afin d'assurer un bon drainage. Cependant, un tel système est une source d'exposition potentielle. Ceci peut être éliminé en connectant la ligne de trop-plein directement au drain avec un indicateur de débit dans la ligne pour montrer le trop-plein. Bien que cela fonctionne de manière satisfaisante, cela entraîne une surcharge du système de vidange avec un très grand volume de contaminants et des problèmes potentiels de santé et de sécurité.

Inspection et nettoyage du réservoir

Périodiquement, les réservoirs sont retirés du service pour inspection et/ou nettoyage. Ces procédures doivent être soigneusement contrôlées pour éviter l'exposition des travailleurs et minimiser les risques potentiels pour la sécurité. Après la vidange, les réservoirs sont fréquemment rincés à l'eau pour éliminer les traces de liquide de traitement. Historiquement, les réservoirs ont ensuite été nettoyés manuellement ou mécaniquement si nécessaire. Lorsque les réservoirs sont vidangés, ils sont remplis de vapeurs qui peuvent être toxiques et se trouver dans une plage de combustible. Le rinçage à l'eau peut ne pas affecter de manière significative la toxicité des vapeurs, mais il peut réduire les problèmes de combustion potentiels. Avec les toits flottants, le matériau sous le toit flottant peut être rincé et drainé, mais certains réservoirs peuvent encore contenir du matériau dans le puisard. Ce matériau de fond doit être enlevé manuellement et peut présenter des problèmes d'exposition potentiels. Le personnel peut être tenu de porter un équipement de protection individuelle (EPI).

Normalement, les réservoirs fermés et tout volume sous les toits flottants sont purgés avec de l'air jusqu'à ce qu'un niveau de concentration d'oxygène spécifié soit atteint avant que l'entrée ne soit autorisée. Cependant, les mesures de concentration doivent être obtenues en permanence pour s'assurer que les niveaux de concentration toxique sont satisfaisants et ne changent pas.

Evacuation des vapeurs et contrôle des émissions

Pour les réservoirs à toit fixe ou à toit flottant converti (CFRT), la ventilation dans l'atmosphère peut ne pas être acceptable dans de nombreux endroits. L'évent sous pression-vide (PV) (illustré à la figure 2, ces réservoirs sont retirés et les vapeurs s'écoulent à travers un conduit fermé vers un dispositif de contrôle où les contaminants sont détruits ou récupérés. Pour les deux réservoirs, une purge inerte (par exemple, de l'azote) peut être injecté pour éliminer l'effet de vide diurne et maintenir une pression positive pour le dispositif de récupération. Dans le réservoir CFRT, l'azote élimine l'effet diurne et réduit les éventuelles vapeurs dans l'atmosphère par un évent PV. Cependant, les émissions de vapeur ne sont pas éliminées. un grand nombre de dispositifs et de techniques de contrôle sont disponibles, y compris la combustion, les absorbeurs, les condenseurs et l'absorption (Moretti et Mukhopadhyay 1993 ; Carroll et Ruddy 1993 ; Basta 1994 ; Pennington 1996 ; Siegall 1996). La sélection d'un système de contrôle est fonction des objectifs finaux d'émission et les coûts d'exploitation et d'investissement.

Dans les réservoirs à toit flottant, à la fois externes et internes, les joints et les contrôles des raccords auxiliaires minimisent efficacement les pertes de vapeur.

Dangers pour la sécurité

L'inflammabilité est une préoccupation majeure dans les réservoirs et les systèmes de lutte contre l'incendie sont nécessaires pour aider au contrôle et à la prévention des zones d'incendie étendues. Des systèmes d'eau d'incendie et des recommandations d'installation sont disponibles (CCPS 1993; Dow Chemical Company 1994a; NFPA 1990). L'eau peut être pulvérisée directement sur un feu dans certaines conditions et est essentielle pour refroidir les réservoirs ou équipements adjacents afin d'éviter la surchauffe. De plus, la mousse est un agent anti-incendie efficace et des équipements à mousse permanente peuvent être installés sur les réservoirs. L'installation d'équipements à mousse sur les équipements mobiles de lutte contre l'incendie doit être examinée avec un fabricant. Des mousses écologiquement acceptables et à faible toxicité sont maintenant disponibles qui sont efficaces et comparables à d'autres mousses pour éteindre rapidement les incendies.

Equipment de développement 

Une grande variété d'équipements de traitement est nécessaire dans le traitement des produits chimiques en raison des nombreux processus, des exigences de processus spécialisés et des variations de produits. Par conséquent, tous les équipements chimiques utilisés aujourd'hui ne peuvent pas être passés en revue ; cette section se concentrera sur les équipements les plus largement appliqués trouvés dans les séquences de traitement.

Réacteurs

Il existe un grand nombre de types de réacteurs dans l'industrie chimique. La base de la sélection du réacteur est fonction d'un certain nombre de variables, en commençant par classer si la réaction est une réaction discontinue ou continue. Fréquemment, les réactions discontinues sont converties en opérations continues à mesure que l'expérience avec la réaction augmente et que certaines modifications, telles que des catalyseurs améliorés, deviennent disponibles. Le traitement par réaction continue est généralement plus efficace et produit un produit plus homogène, ce qui est souhaitable pour atteindre les objectifs de qualité du produit. Cependant, il existe encore un grand nombre d'opérations par lots.

Réaction

Dans toutes les réactions, les classifications d'une réaction comme exothermique ou endothermique (produisant de la chaleur ou nécessitant de la chaleur) sont nécessaires afin de définir les exigences de chauffage ou de refroidissement nécessaires pour contrôler la réaction. De plus, des critères de réaction d'emballement doivent être établis pour installer des capteurs et des commandes d'instruments qui peuvent empêcher une réaction de devenir incontrôlable. Avant l'exploitation à pleine échelle d'un réacteur, des procédures d'urgence doivent être étudiées et élaborées pour s'assurer que la réaction d'emballement est contenue en toute sécurité. Certaines des diverses solutions potentielles sont un équipement de contrôle d'urgence qui est automatiquement activé, l'injection d'un produit chimique qui arrête la réaction et des installations de ventilation qui peuvent accueillir et contenir le contenu du réacteur. Le fonctionnement de la soupape de sécurité et de l'évent est extrêmement important et nécessite un équipement bien entretenu et fonctionnel à tout moment. Par conséquent, plusieurs soupapes de sécurité verrouillées sont fréquemment installées pour s'assurer que l'entretien d'une soupape ne réduira pas la capacité de décharge requise.

En cas de décharge d'une soupape de sécurité ou d'un évent en raison d'un dysfonctionnement, l'effluent de décharge doit être contenu dans pratiquement toutes les circonstances afin de minimiser les risques potentiels pour la sécurité et la santé. En conséquence, la méthode de confinement de la décharge d'urgence par la tuyauterie ainsi que la disposition finale de la décharge du réacteur doivent être soigneusement analysées. En général, le liquide et la vapeur doivent être séparés, la vapeur étant envoyée à une torche ou récupérée et le liquide recyclé si possible. L'élimination des solides peut nécessiter une étude.

Lot

Dans les réacteurs impliquant des réactions exothermiques, une considération importante est l'encrassement des parois ou des tubes internes par les fluides de refroidissement utilisés pour maintenir la température. L'élimination des matériaux encrassés varie considérablement et la méthode d'élimination est fonction des caractéristiques des matériaux encrassés. Le matériau encrassé peut être éliminé avec un solvant, un jet de buse à haute pression ou, dans certains cas, manuellement. Dans toutes ces procédures, la sécurité et l'exposition doivent être soigneusement contrôlées. Le mouvement des matières entrant et sortant du réacteur ne doit pas permettre l'entrée d'air, ce qui peut entraîner la formation d'un mélange de vapeurs inflammables. Les vides doivent être rompus avec un gaz inerte (par exemple, de l'azote). L'entrée d'un navire à des fins d'inspection ou de travail peut être considérée comme une entrée dans un espace confiné et les règles de cette procédure doivent être respectées. La toxicité des vapeurs et dermique doit être comprise et les techniciens doivent connaître les risques pour la santé.

Cyber ​​reconnaissance

Les réacteurs à circulation peuvent être remplis de liquide ou de vapeur et de liquide. Certaines réactions produisent des boues dans les réacteurs. De plus, il existe des réacteurs qui contiennent des catalyseurs solides. Le fluide réactionnel peut être liquide, vapeur ou une combinaison de vapeur et de liquide. Les catalyseurs solides, qui favorisent une réaction sans y participer, sont normalement contenus dans des grilles et sont appelés lits fixes. Les réacteurs à lit fixe peuvent avoir des lits simples ou multiples et peuvent avoir des réactions exotherines ou endothermiques, la plupart des réactions nécessitant une température constante (isotherme) à travers chaque lit. Cela nécessite fréquemment l'injection de courants d'alimentation ou d'un diluant à divers endroits entre les lits pour contrôler la température. Avec ces systèmes de réaction, l'indication de la température et l'emplacement du capteur à travers les lits sont extrêmement importants pour empêcher un emballement de la réaction et des changements de rendement ou de qualité du produit.

Les lits fixes perdent généralement leur activité et doivent être régénérés ou remplacés. Pour la régénération, les dépôts sur le lit peuvent être brûlés, dissous dans un solvant ou, dans certains cas, régénérés par l'injection d'un produit chimique dans un fluide inerte dans le lit, restaurant ainsi l'activité du catalyseur. Selon le catalyseur, l'une de ces techniques peut être appliquée. Lorsque les lits sont brûlés, le réacteur est vidé et purgé de tous les fluides de traitement, puis rempli d'un gaz inerte (généralement de l'azote), qui est chauffé et recirculé, élevant le lit à un niveau de température spécifié. À ce stade, un très petit volume d'oxygène est ajouté au flux inerte pour initier un front de flamme qui se déplace progressivement à travers le lit et contrôle l'augmentation de la température. Des quantités excessives d'oxygène ont un effet néfaste sur le catalyseur.

Élimination du catalyseur à lit fixe

L'élimination des catalyseurs à lit fixe doit être soigneusement contrôlée. Les réacteurs sont vidangés du fluide de traitement, puis le fluide restant est déplacé avec un fluide de rinçage ou purgé avec une vapeur jusqu'à ce que tout le fluide de traitement ait été éliminé. La purge finale peut nécessiter d'autres techniques avant que le récipient puisse être purgé avec un gaz inerte ou de l'air avant d'ouvrir le récipient ou de décharger le catalyseur du récipient sous une couverture inerte. Si de l'eau est utilisée dans ce procédé, l'eau est évacuée par une tuyauterie fermée vers un égout de procédé. Certains catalyseurs sont sensibles à l'air ou à l'oxygène, devenant pyrophoriques ou toxiques. Ceux-ci nécessitent des procédures particulières pour éliminer l'air lors du remplissage ou de la vidange des cuves. La protection personnelle ainsi que les procédures de manipulation doivent être soigneusement définies pour minimiser les expositions potentielles et protéger le personnel.

L'élimination du catalyseur usé peut nécessiter un traitement supplémentaire avant d'être envoyé à un fabricant de catalyseur pour recyclage ou dans une procédure d'élimination acceptable pour l'environnement.

Autres systèmes catalytiques

Le gaz s'écoulant à travers un lit de catalyseur solide lâche dilate le lit et forme une suspension qui est similaire à un liquide et appelée lit fluidisé. Ce type de réaction est utilisé dans divers procédés. Les catalyseurs usés sont éliminés sous forme de flux latéral gaz-solides pour la régénération, puis renvoyés au procédé via un système fermé. Dans d'autres réactions, l'activité du catalyseur peut être très élevée et, bien que le catalyseur soit rejeté dans le produit, la concentration est extrêmement faible et ne pose pas de problème. Lorsqu'une concentration élevée de catalyseurs solides dans la vapeur de produit n'est pas souhaitable, le résidu de solides doit être éliminé avant la purification. Cependant, des traces de solides resteront. Ceux-ci sont retirés pour être éliminés dans l'un des flux de sous-produits, qui à son tour doit être clarifié.

Dans les situations où le catalyseur usé est régénéré par combustion, de vastes installations de récupération des solides sont nécessaires dans les systèmes à lit fluidisé pour répondre aux restrictions environnementales. La récupération peut consister en diverses combinaisons de cyclones, de précipitateurs électriques, de filtres à manches) et/ou d'épurateurs. Lorsque la combustion se produit dans des lits fixes, la préoccupation fondamentale est le contrôle de la température.

Étant donné que les catalyseurs à lit fluidisé se trouvent fréquemment dans la plage respiratoire, des précautions doivent être prises lors de la manipulation des solides pour assurer la protection des travailleurs avec des catalyseurs frais ou récupérés.

Dans certains cas, un vide peut être utilisé pour retirer divers composants d'un lit fixe. Dans ces situations, un jet de vide entraîné par la vapeur est souvent le producteur de vide. Cela produit une décharge de vapeur qui contient fréquemment des matières toxiques bien qu'en très faible concentration dans le courant-jet. Cependant, le rejet d'un jet de vapeur doit être soigneusement examiné pour déterminer les quantités de contaminants, la toxicité et la dispersion potentielle s'il est rejeté directement dans l'atmosphère. Si cela n'est pas satisfaisant, l'évacuation du jet peut nécessiter une condensation dans un puisard où toutes les vapeurs sont contrôlées et l'eau est envoyée au système d'égout fermé. Une pompe à vide rotative fonctionnera dans ce service. Le refoulement d'une pompe à vide alternative peut ne pas être autorisé à se décharger directement dans l'atmosphère, mais peut dans certains cas se décharger dans une ligne de torche, un incinérateur ou un réchauffeur de processus.

Sécurité

Dans tous les réacteurs, les augmentations de pression sont une préoccupation majeure puisque la pression nominale de la cuve ne doit pas être dépassée. Ces augmentations de pression peuvent résulter d'un mauvais contrôle du procédé, d'un dysfonctionnement ou d'un emballement de la réaction. Par conséquent, des systèmes de décompression sont nécessaires pour maintenir l'intégrité de la cuve en empêchant la surpression du réacteur. Les décharges des soupapes de décharge doivent être soigneusement conçues pour maintenir une décharge adéquate dans toutes les conditions, y compris l'entretien de la soupape de décharge. Plusieurs vannes peuvent être nécessaires. Si une soupape de décharge est conçue pour se décharger dans l'atmosphère, le point de décharge doit être élevé au-dessus de toutes les structures voisines et une analyse de dispersion doit être effectuée pour assurer une protection adéquate des travailleurs et des communautés voisines.

Si un disque de rupture est installé avec une soupape de sécurité, la décharge doit également être fermée et l'emplacement de décharge final désigné comme décrit ci-dessus. Étant donné qu'une rupture de disque ne se réinstallera pas, un disque sans soupape de sécurité libérera probablement la majeure partie du contenu du réacteur et de l'air peut pénétrer dans le réacteur à la fin de la libération. Cela nécessite une analyse minutieuse pour s'assurer qu'une situation inflammable n'est pas créée et qu'aucune réaction hautement indésirable ne se produit. De plus, la décharge d'un disque peut libérer du liquide et le système de ventilation doit être conçu pour contenir tous les liquides avec de la vapeur évacuée, comme décrit ci-dessus. Les déclencheurs d'urgence atmosphériques doivent être approuvés par les autorités réglementaires avant l'installation.

Les agitateurs mélangeurs installés dans les réacteurs sont scellés. Les fuites peuvent être dangereuses et si elles se produisent, le joint doit être réparé, ce qui nécessite un arrêt du réacteur. Le contenu du réacteur peut nécessiter une manipulation ou des précautions spéciales et une procédure d'arrêt d'urgence doit inclure l'arrêt de la réaction et l'élimination du contenu du réacteur. L'inflammabilité et le contrôle de l'exposition doivent être soigneusement examinés pour chaque étape, y compris la disposition finale du mélange du réacteur. Étant donné qu'un arrêt peut être coûteux et entraîner une perte de production, des mélangeurs à entraînement magnétique et de nouveaux systèmes de joints ont été introduits pour réduire la maintenance et les arrêts du réacteur.

L'entrée dans tous les réacteurs nécessite le respect des procédures d'entrée en espace confiné en toute sécurité.

Tours de fractionnement ou de distillation

La distillation est un processus par lequel les substances chimiques sont séparées par des méthodes qui tirent parti des différences de points d'ébullition. Les tours familières dans les usines chimiques et les raffineries sont des tours de distillation.

La distillation sous diverses formes est une étape de transformation que l'on retrouve dans la grande majorité des procédés chimiques. Le fractionnement ou la distillation peuvent être trouvés dans les étapes de purification, de séparation, d'extraction, d'azéotropie et d'extraction. Ces applications incluent désormais la distillation réactive, où une réaction se produit dans une section séparée de la tour de distillation.

La distillation est effectuée avec une série de plateaux dans une tour, ou elle peut être effectuée dans une tour remplie de garnissage. Les garnitures ont des configurations spéciales qui permettent facilement le passage de la vapeur et du liquide, mais offrent une surface suffisante pour un contact vapeur-liquide et un fractionnement efficace.

Opération

La chaleur est normalement fournie à une tour avec un rebouilleur, bien que la teneur en chaleur de flux spécifiques puisse être suffisante pour éliminer le rebouilleur. Avec la chaleur du rebouilleur, une séparation vapeur-liquide en plusieurs étapes se produit sur les plateaux et les matériaux plus légers montent à travers la tour. Les vapeurs du plateau supérieur sont entièrement ou partiellement condensées dans le condenseur supérieur. Le liquide condensé est collecté dans le ballon de récupération du distillat, où une partie du liquide est recyclée vers la tour et l'autre partie est retirée et envoyée vers un emplacement spécifique. Les vapeurs non condensées peuvent être récupérées ailleurs ou envoyées vers un dispositif de contrôle qui peut être une chambre de combustion ou un système de récupération.

Pression

Les tours fonctionnent généralement à des pressions supérieures à la pression atmosphérique. Cependant, les tours fonctionnent fréquemment sous vide pour minimiser les températures du liquide qui peuvent affecter la qualité du produit ou dans des situations où les matériaux de la tour deviennent un problème mécanique et économique en raison du niveau de température qui peut être difficile à atteindre. De plus, des températures élevées peuvent affecter le liquide. Dans les fractions pétrolières lourdes, des températures très élevées en fond de tour entraînent fréquemment des problèmes de cokéfaction.

Les vides sont généralement obtenus avec des éjecteurs ou des pompes à vide. Dans les unités de traitement, les charges sous vide consistent en certains matériaux à vapeur légère, des inertes qui peuvent avoir été dans le flux d'alimentation de la tour et de l'air provenant des fuites. Normalement, le système de vide est installé après un condenseur pour réduire la charge organique du système de vide. Le système de vide est dimensionné en fonction de la charge de vapeur estimée, avec des éjecteurs gérant des charges de vapeur plus importantes. Dans certains systèmes, une machine à vide peut être directement connectée à une sortie de condenseur. Un fonctionnement typique du système d'éjecteur est une combinaison d'éjecteurs et de condenseurs barométriques directs où les vapeurs de l'éjecteur sont en contact direct avec l'eau de refroidissement. Les condenseurs barométriques sont de très gros consommateurs d'eau et le mélange vapeur-eau entraîne des températures de sortie d'eau élevées qui ont tendance à vaporiser toute trace de composé organique dans le puisard barométrique atmosphérique, augmentant potentiellement les expositions sur le lieu de travail. De plus, une charge importante d'effluents est ajoutée au système d'eaux usées.

Une grande réduction d'eau est obtenue avec une réduction substantielle de la consommation de vapeur dans les systèmes de vide modifiés. Étant donné que la pompe à vide ne gérera pas une charge de vapeur importante, un éjecteur de vapeur est utilisé dans la première étape en combinaison avec un condenseur de surface pour réduire la charge de la pompe à vide. De plus, un tambour de puisard est installé pour un fonctionnement hors sol. Le système plus simple réduit la charge des eaux usées et maintient un système fermé qui élimine les expositions potentielles aux vapeurs.

Sécurité

Toutes les tours et tous les tambours doivent être protégés contre la surpression pouvant résulter d'un dysfonctionnement, d'un incendie (Mowrer 1995) ou d'une panne des services publics. Un examen des dangers est nécessaire et exigé par la loi dans certains pays. Une approche générale de gestion de la sécurité des procédés qui s'applique au procédé et à l'exploitation de l'usine améliore la sécurité, minimise les pertes et protège la santé des travailleurs (Auger 1995 ; Murphy 1994 ; Sutton 1995). La protection est assurée par des soupapes de surpression (PRV) qui se déchargent dans l'atmosphère ou dans un système fermé. Le PRV est généralement monté au sommet de la tour pour soulager la charge de vapeur importante, bien que certaines installations placent le PRV à d'autres emplacements de la tour. Le PRV peut également être situé sur le ballon de récupération du distillat en tête tant que les vannes ne sont pas placées entre le PRV et le sommet de la tour. Si des vannes d'arrêt sont installées dans les conduites de traitement vers le condenseur, le PRV doit être installé sur la tour.

Lorsque la surpression de la tour de distillation est soulagée, dans certains scénarios d'urgence, la décharge du PRV peut être extrêmement importante. Une charge très élevée dans une conduite d'évent de refoulement d'un système fermé peut être la plus grande charge du système. Étant donné qu'une décharge PRV peut être soudaine et que le temps de soulagement global peut être assez court (moins de 15 minutes), cette charge de vapeur extrêmement importante doit être analysée avec soin (Bewanger et Krecter 1995; Boicourt 1995). Étant donné que cette charge de pointe courte et importante est difficile à traiter dans des dispositifs de contrôle tels que des absorbeurs, des adsorbeurs, des fours, etc., le dispositif de contrôle préférable dans la plupart des situations est une torche pour la destruction des vapeurs. Normalement, un certain nombre de PRV sont connectés à un en-tête de ligne de torche qui à son tour est connecté à une seule torche. Cependant, la torche et le système global doivent être soigneusement conçus pour couvrir un large groupe de contingences potentielles (Boicourt 1995).

Dangers pour la santé

Pour une décharge directe dans l'atmosphère, une analyse détaillée de la dispersion des vapeurs de décharge de la soupape de décharge doit être effectuée pour s'assurer que les travailleurs ne sont pas exposés et que les concentrations de la communauté sont bien en deçà des directives de concentration admissibles. Dans le contrôle de la dispersion, les conduites de décharge des soupapes de décharge atmosphérique peuvent devoir être surélevées pour éviter des concentrations excessives sur les structures voisines. Une cheminée très haute en forme d'évasement peut être nécessaire pour contrôler la dispersion.

Un autre sujet de préoccupation est l'entrée dans une tour pour l'entretien ou des modifications mécaniques lors d'un arrêt. Cela implique d'entrer dans un espace confiné et expose les travailleurs aux risques associés. La méthode de rinçage et de purge avant l'ouverture doit être effectuée avec soin pour garantir des expositions minimales en réduisant toute concentration toxique en dessous des niveaux recommandés. Avant de commencer les opérations de rinçage et de purge, la pression de la tour doit être réduite et tous les raccords de tuyauterie à la tour doivent être obturés (c'est-à-dire que des disques métalliques plats doivent être placés entre les brides de la tour et les brides des tuyaux de raccordement). Cette étape doit être soigneusement gérée pour garantir des expositions minimales. Dans différents processus, les méthodes de nettoyage de la tour des fluides toxiques varient. Fréquemment, le fluide de la tour est déplacé avec un fluide qui a des caractéristiques de toxicité très faibles. Ce fluide de déplacement est ensuite drainé et pompé vers un emplacement sélectionné. Le film liquide restant et les gouttelettes peuvent être vaporisés dans l'atmosphère à travers une bride supérieure dotée d'un aveugle spécial avec une ouverture entre l'aveugle et la bride de la tour. Après la cuisson à la vapeur, l'air pénètre dans la tour par l'ouverture aveugle spéciale pendant que la tour se refroidit. Un trou d'homme au bas de la tour et un au sommet de la tour sont ouverts permettant le soufflage d'air à travers la tour. Lorsque la concentration interne de la tour atteint un niveau prédéterminé, la tour peut être entrée.

Les échangeurs de chaleur

Il existe une grande variété d'échangeurs de chaleur dans l'industrie des procédés chimiques. Les échangeurs de chaleur sont des dispositifs mécaniques pour le transfert de chaleur vers ou depuis un flux de processus. Ils sont sélectionnés en fonction des conditions de process et de la conception des échangeurs. Quelques-uns des types d'échangeurs courants sont illustrés à la figure 2. La sélection de l'échangeur optimal pour un service de processus est quelque peu compliquée et nécessite une enquête détaillée (Woods 1995). Dans de nombreuses situations, certains types ne conviennent pas en raison de la pression, de la température, de la concentration en solides, de la viscosité, du débit et d'autres facteurs. De plus, la conception d'un échangeur de chaleur individuel peut varier considérablement ; plusieurs types d'échangeurs à tubes de direction flottants et à plaques sont disponibles (Green, Maloney et Perry 1984). La tête flottante est normalement sélectionnée là où les températures peuvent provoquer une dilatation excessive des tubes qui, autrement, ne pourrait pas maintenir l'intégrité dans un échangeur à plaque tubulaire fixe. Dans l'échangeur à tête flottante simplifié de la figure 2, la tête flottante est entièrement contenue à l'intérieur de l'échangeur et n'a aucun lien avec la calandre. Dans d'autres conceptions à tête flottante, il peut y avoir un garnissage autour de la plaque tubulaire flottante (Green, Maloney et Perry 1984).

Figure 2. Échangeurs de chaleur typiques

Fuite

La garniture des plaques tubulaires flottantes est en contact avec l'atmosphère et peut être une source de fuite et d'exposition potentielle. D'autres échangeurs peuvent également avoir des sources de fuites potentielles et doivent être examinés attentivement. En raison de leurs caractéristiques de transfert de chaleur, les échangeurs à plaques et cadres sont souvent installés dans l'industrie chimique. Les plaques ont diverses ondulations et configurations. Les plaques sont séparées par des joints qui empêchent le mélange des flux et assurent une étanchéité externe. Cependant, les joints limitent les applications de température à environ 180 ºC, bien que des améliorations des joints puissent surmonter cette limitation. Comme il y a plusieurs plaques, les plaques doivent être comprimées correctement pour assurer une bonne étanchéité entre elles. Par conséquent, une installation mécanique soignée est nécessaire pour éviter les fuites et les dangers potentiels. Puisqu'il existe un grand nombre de phoques, une surveillance attentive des phoques est importante pour minimiser les expositions potentielles.

Les échangeurs refroidis par air sont intéressants sur le plan économique et ont été installés dans un grand nombre d'applications de procédé et à divers endroits au sein des unités de procédé. Pour économiser de l'espace, ces échangeurs sont souvent installés sur des conduites et sont fréquemment empilés. Étant donné que la sélection des matériaux des tubes est importante, une variété de matériaux est utilisée dans l'industrie chimique. Ces tubes sont reliés à la plaque tubulaire. Cela nécessite l'utilisation de matériaux compatibles. Une fuite à travers une fissure de tube ou au niveau de la plaque tubulaire est un problème car le ventilateur fera circuler les vapeurs de la fuite et la dispersion peut entraîner des expositions potentielles. La dilution dans l'air peut réduire considérablement le risque d'exposition potentiel. Cependant, les ventilateurs sont fréquemment arrêtés dans certaines conditions météorologiques et, dans ces circonstances, les concentrations de fuites peuvent augmenter, augmentant ainsi les expositions potentielles. De plus, si les tubes qui fuient ne sont pas réparés, la fissure peut s'aggraver. Avec des liquides toxiques qui ne se vaporisent pas facilement, un égouttement peut se produire et entraîner une exposition cutanée potentielle.

Les échangeurs de chaleur à calandre et à tube peuvent développer des fuites à travers l'une des diverses brides (Green, Maloney et Perry 1984). Étant donné que les échangeurs de chaleur à coque et à tube varient en taille de petites à très grandes surfaces, le diamètre des brides extérieures est généralement beaucoup plus grand que les brides de tuyau typiques. Avec ces grandes brides, les joints doivent non seulement résister aux conditions de process, mais également fournir une étanchéité aux variations de charge des boulons. Divers modèles de joints sont utilisés. Il est difficile de maintenir des contraintes de charge de boulon constantes sur tous les boulons de bride, ce qui entraîne des fuites dans de nombreux échangeurs. La fuite de la bride peut être contrôlée avec des bagues d'étanchéité de bride (Lipton et Lynch 1994).

Des fuites de tube peuvent se produire dans tous les types d'échangeurs disponibles, à l'exception des échangeurs à plaques et de quelques autres échangeurs spécialisés. Cependant, ces derniers échangeurs présentent d'autres problèmes potentiels. Lorsque des tubes fuient dans un système d'eau de refroidissement, l'eau de refroidissement rejette le contaminant dans une tour de refroidissement qui peut être une source d'exposition pour les travailleurs et une communauté voisine. Par conséquent, l'eau de refroidissement doit être surveillée.

La dispersion des vapeurs des tours de refroidissement peut être généralisée en raison des ventilateurs des tours de refroidissement à tirage forcé et induit. De plus, les tours à convection naturelle rejettent des vapeurs dans l'atmosphère qui se dispersent ensuite. Cependant, la dispersion varie considérablement en fonction des conditions météorologiques et de l'élévation du débit. Des matières toxiques moins volatiles restent dans l'eau de refroidissement et le flux de purge de la tour de refroidissement, qui devrait avoir une capacité de traitement suffisante pour détruire les contaminants. La tour de refroidissement et le bassin de la tour doivent être nettoyés périodiquement et les contaminants ajoutent aux dangers potentiels dans le bassin et dans le remplissage de la tour. La protection personnelle est nécessaire pour une grande partie de ce travail.

Nettoyage échangeur

Un problème avec les tubes dans le service d'eau de refroidissement est l'accumulation de matière dans les tubes résultant de la corrosion, des organismes biologiques et du dépôt de solides. Comme décrit ci-dessus, les tubes peuvent également fuir à travers des fissures, ou des fuites peuvent se produire lorsque les tubes sont enroulés en stries dans la plaque tubulaire. Lorsque l'une de ces conditions se produit, une réparation de l'échangeur est nécessaire et les fluides de traitement doivent être retirés de l'échangeur. Cela nécessite une opération complètement confinée, ce qui est nécessaire pour atteindre les objectifs d'exposition en matière d'environnement, de sécurité et de santé.

Généralement, le fluide de traitement est drainé vers un récepteur et le matériau restant est chassé de l'échangeur avec un solvant ou un matériau inerte. Ce dernier matériau est également envoyé vers un récepteur du matériau contaminé par vidange ou pressurisation avec de l'azote. Lorsqu'un matériau toxique se trouvait dans l'échangeur, l'échangeur doit être surveillé pour toute trace de matériau toxique. Si les résultats des tests ne sont pas satisfaisants, l'échangeur peut être vaporisé pour vaporiser et éliminer toute trace de matière. Cependant, l'évent de vapeur doit être connecté à un système fermé pour empêcher la vapeur de s'échapper dans l'atmosphère. Bien que l'évent fermé ne soit pas absolument nécessaire, il peut parfois y avoir plus de matières contaminantes dans l'échangeur, ce qui nécessite une évacuation de la vapeur fermée à tout moment pour contrôler les dangers potentiels. Après la cuisson à la vapeur, un évent à l'atmosphère admet de l'air. Cette procédure générale s'applique au(x) côté(s) échangeur(s) contenant des matières toxiques.

Les produits chimiques ensuite utilisés pour nettoyer les tubes ou le côté calandre doivent circuler dans un système fermé. Normalement, la solution de nettoyage est remise en circulation à partir d'un système de camion-citerne et la solution contaminée dans le système est évacuée vers un camion pour être éliminée.

Pompes

L'une des fonctions de processus les plus importantes est le mouvement des liquides et dans l'industrie chimique, tous les types de matériaux liquides sont déplacés avec une grande variété de pompes. Les pompes noyées et magnétiques sont des pompes centrifuges sans joint. Des pilotes de pompe magnétiques sont disponibles pour une installation sur d'autres types de pompes afin d'éviter les fuites. Les types de pompes utilisées dans l'industrie des procédés chimiques sont répertoriés dans le tableau 7.

Tableau 7. Pompes dans l'industrie chimique

• Centrifuge
• Alternatif (piston)
• En conserve
• Magnétique
• Turbine
• équipement
• Diaphragme
• Écoulement axial
• Vis
• Cavité mobile
• lobe
• Girouette

Scellage

Du point de vue de la santé et de la sécurité, l'étanchéité et la réparation des pompes centrifuges sont des préoccupations majeures. Les joints mécaniques, qui constituent le système d'étanchéité d'arbre le plus courant, peuvent fuir et parfois éclater. Cependant, il y a eu des progrès majeurs dans la technologie des joints depuis les années 1970 qui ont entraîné des réductions significatives des fuites et une durée de vie prolongée de la pompe. Certaines de ces améliorations sont des joints à soufflet, des joints à cartouche, des conceptions de visage améliorées, de meilleurs matériaux de visage et des améliorations dans la surveillance variable de la pompe. De plus, la poursuite des recherches sur la technologie des phoques devrait se traduire par d'autres améliorations technologiques.

Là où les fluides de traitement sont hautement toxiques, des pompes en conserve ou magnétiques sans fuite ou sans joint sont fréquemment installées. Les durées d'exploitation ou le temps moyen entre maintenances (MTBM) se sont nettement améliorés et varient généralement entre XNUMX et XNUMX ans. Dans ces pompes, le fluide de traitement est le fluide de lubrification des paliers du rotor. La vaporisation du fluide interne affecte négativement les roulements et rend souvent nécessaire le remplacement des roulements. Les conditions de liquide dans les pompes peuvent être maintenues en s'assurant que la pression interne dans le système de roulement est toujours supérieure à la pression de vapeur de liquide à la température de fonctionnement. Lors de la réparation d'une pompe sans joint, la vidange complète d'un matériau à volatilité relativement faible est importante et doit être soigneusement examinée avec le fournisseur.

Dans les pompes de process centrifuges typiques, la garniture a été essentiellement remplacée par des joints mécaniques. Ces garnitures sont généralement classées comme garnitures mécaniques simples ou doubles, ce dernier terme couvrant les garnitures mécaniques tandem ou doubles. Il existe d'autres combinaisons de joints doubles, mais elles ne sont pas aussi largement utilisées. En général, des garnitures mécaniques en tandem ou doubles avec des fluides tampons liquides entre les garnitures sont installées pour réduire les fuites d'étanchéité. L'American Petroleum Institute (API 1994) a publié des normes sur les garnitures mécaniques des pompes centrifuges et rotatives couvrant les spécifications et l'installation des garnitures mécaniques simples et doubles. Un guide d'application des garnitures mécaniques est maintenant disponible pour faciliter l'évaluation des types de garnitures (STLE 1994).

Pour éviter les fuites excessives ou l'éclatement d'un joint défectueux, une plaque presse-étoupe est installée après le joint. Il peut avoir un liquide de rinçage de presse-étoupe pour déplacer la fuite dans un système de vidange fermé (API 1994). Étant donné que le système de presse-étoupe n'est pas un joint complet, des systèmes de joints auxiliaires, tels que des bagues d'étranglement, sont disponibles. Ils sont installés dans le presse-étoupe qui contrôle les fuites excessives vers l'atmosphère ou l'éclatement du joint (Lipton et Lynch 1994). Ces joints ne sont pas conçus pour un fonctionnement continu ; après activation, ils fonctionneront jusqu'à deux semaines avant la panne, laissant ainsi le temps aux opérations de changer de pompe ou d'effectuer des ajustements de processus.

Un nouveau système de joint mécanique est disponible qui réduit essentiellement les émissions à un niveau nul. Il s'agit d'un système à double joint mécanique avec un système tampon de gaz qui remplace le tampon liquide dans le système standard à double joint mécanique (Fone 1995 ; Netzel 1996 ; Adams, Dingman et Parker 1995). Dans les systèmes à tampon liquide, les faces d'étanchéité sont séparées par un film lubrifiant extrêmement fin de fluide tampon qui refroidit également les faces d'étanchéité. Bien que légèrement séparés, un certain degré de contact de face existe, ce qui entraîne une usure du joint et un échauffement de la face du joint. Les joints à gaz sont appelés joints sans contact car une face de joint avec des indentations incurvées pompe le gaz à travers les faces de joint et construit une couche de gaz ou un barrage qui sépare complètement les faces de joint. Ce manque de contact se traduit par une très longue durée de vie du joint et réduit également la perte de frottement du joint, diminuant ainsi sensiblement la consommation d'énergie. Étant donné que le joint pompe le gaz, il y a un très faible débit dans le processus et dans l'atmosphère.

Dangers pour la santé

Une préoccupation majeure avec les pompes est la vidange et le rinçage pour préparer la pompe à l'entretien ou à la réparation. La vidange et l'évacuation couvrent à la fois les fluides de procédé et les fluides tampons. Les procédures doivent exiger la décharge de tous les fluides dans un système de vidange à connexion fermée. Dans le presse-étoupe de la pompe où une bague à gorge sépare la roue du presse-étoupe, la bague agit comme un déversoir en retenant du liquide dans le presse-étoupe. Des trous d'évacuation dans la bague ou un drain dans la boîte à garniture permettront l'élimination complète du liquide de procédé par vidange et rinçage. Pour les fluides tampons, il doit y avoir une méthode de vidange de tout le fluide de la zone à double joint. L'entretien nécessite le retrait du joint et si le volume du joint n'est pas complètement vidé et rincé, les joints sont une source potentielle d'exposition pendant la réparation.

Poussières et poudres

La manipulation des poussières et des poudres dans les équipements de traitement des solides est une préoccupation en raison du potentiel d'incendie ou d'explosion. Une explosion à l'intérieur d'un équipement peut éclater à travers un mur ou une enceinte en raison de la pression générée par l'explosion envoyant une pression combinée et une onde de feu dans la zone de travail. Les travailleurs peuvent être à risque et les équipements adjacents peuvent être gravement touchés avec des effets drastiques. Les poussières ou poudres en suspension dans l'air ou dans un gaz contenant de l'oxygène et dans un espace confiné sont susceptibles d'exploser lorsqu'une source d'inflammation suffisamment énergétique est présente. Certains environnements typiques d'équipement explosif sont présentés dans le tableau 8.

Tableau 8. Sources potentielles d'explosion dans l'équipement

Une explosion produit de la chaleur et une expansion rapide du gaz (augmentation de la pression) et entraîne généralement une déflagration, qui est un front de flamme qui se déplace rapidement mais à une vitesse inférieure à la vitesse du son dans ces conditions. Lorsque la vitesse du front de flamme est supérieure à la vitesse du son ou est à une vitesse supersonique, la condition est appelée détonation, qui est plus destructrice que la déflagration. L'explosion et l'expansion du front de flamme se produisent en quelques millisecondes et ne fournissent pas suffisamment de temps pour les réponses de processus standard. Par conséquent, les caractéristiques potentielles d'incendie et d'explosion de la poudre doivent être définies pour déterminer les dangers potentiels qui peuvent exister dans les différentes étapes de traitement (CCPS 1993; Ebadat 1994; Bartknecht 1989; Cesana et Siwek 1995). Ces informations peuvent ensuite servir de base à l'installation de contrôles et à la prévention des explosions.

Quantification du risque d'explosion

Étant donné que les explosions se produisent généralement dans des équipements fermés, divers tests sont effectués dans des équipements de laboratoire spécialement conçus. Bien que les poudres puissent sembler similaires, les résultats publiés ne doivent pas être utilisés car de petites différences dans les poudres peuvent avoir des caractéristiques d'explosion très différentes.

Une variété de tests effectués sur de la poudre peut définir le risque d'explosion et la série de tests doit englober les éléments suivants.

Le test de classification détermine si un nuage de poussière de poudre peut initier et propager des flammes (Ebadat 1994). Les poudres qui présentent ces caractéristiques sont considérées comme des poudres de classe A. Les poudres qui ne s'enflamment pas sont appelées classe B. Les poudres de classe A nécessitent ensuite une nouvelle série de tests pour évaluer leur potentiel d'explosion et de danger.

Le test d'énergie d'allumage minimum définit l'énergie d'étincelle minimum nécessaire pour l'allumage d'un nuage de poudre (Bartknecht 1989).

Dans la gravité et l'analyse des explosions, les poudres du groupe A sont ensuite testées sous forme de nuage de poussière dans une sphère où la pression est mesurée lors d'une explosion d'essai basée sur l'énergie d'allumage minimale. La pression d'explosion maximale est définie avec le taux de changement de pression par unité de temps. À partir de ces informations, la valeur caractéristique spécifique à l'explosion (Kst) en bar mètres par seconde est déterminée et la classe d'explosion est définie (Bartknecht 1989 ; Garzia et Senecal 1996) :

Kst(bar·m/s) Classe d'explosion de poussière Résistance relative

1-200 St 1 Un peu plus faible

201-300 Rue 2 Fort

300+ St 3 Très fort

Un grand nombre de poudres ont été testées et la majorité appartenait à la classe St 1 (Bartknecht 1989 ; Garzia et Senecal 1996).

Lors de l'évaluation des poudres non nuageuses, les poudres sont testées pour déterminer les procédures et les conditions d'exploitation sûres.

Essais de prévention des explosions

Les tests de prévention des explosions peuvent être utiles lorsque les systèmes de suppression des explosions ne peuvent pas être installés. Ils fournissent des informations sur les conditions d'exploitation souhaitables (Ebadat 1994).

Le test d'oxygène minimum définit le niveau d'oxygène en dessous duquel la poussière ne s'enflamme pas (Fone 1995). Le gaz inerte dans le processus empêchera l'inflammation si le gaz est acceptable.

La concentration minimale de poussière est déterminée afin d'établir le niveau de fonctionnement en dessous duquel l'inflammation ne se produira pas.

Essais de danger électrostatique

De nombreuses explosions sont le résultat d'allumages électrostatiques et divers tests indiquent les dangers potentiels. Certains des tests couvrent l'énergie minimale d'allumage, les caractéristiques de charge électrique de la poudre et la résistivité volumique. À partir des résultats des tests, certaines mesures peuvent être prises pour éviter les explosions. Les étapes comprennent l'augmentation de l'humidité, la modification des matériaux de construction, une mise à la terre appropriée, le contrôle de certains aspects de la conception de l'équipement et la prévention des étincelles (Bartknecht 1989; Cesana et Siwek 1995).

Contrôle des explosions

Il existe essentiellement deux méthodes pour empêcher les explosions ou les fronts de se propager d'un endroit à un autre ou de contenir une explosion dans un équipement. Ces deux méthodes sont les suppresseurs chimiques et les vannes d'isolement (Bartknecht 1989 ; Cesana et Siwek 1995 ; Garzia et Senecal 1996). Sur la base des données de pression d'explosion des tests de gravité d'explosion, des capteurs à réponse rapide sont disponibles qui déclencheront un suppresseur chimique et/ou fermeront rapidement les vannes de barrière d'isolement. Les suppresseurs sont disponibles dans le commerce, mais la conception des injecteurs de suppresseurs est très importante.

Évents d'explosion

Dans les équipements où une explosion potentielle peut se produire, des évents d'explosion qui se rompent à des pressions spécifiques sont fréquemment installés. Ceux-ci doivent être soigneusement conçus et le chemin d'échappement de l'équipement doit être défini pour empêcher la présence d'un travailleur dans cette zone de chemin. De plus, l'impact sur l'équipement dans la trajectoire d'explosion doit être analysé pour assurer la sécurité de l'équipement. Une barrière peut être nécessaire.

Chargé et déchargé

Les produits, intermédiaires et sous-produits sont chargés dans des camions-citernes et des wagons. (Dans certains cas, selon l'emplacement des installations et les exigences en matière d'impuretés, des pétroliers et des barges sont utilisés.) L'emplacement des installations de chargement et de déchargement est important. Alors que les matériaux chargés et déchargés sont généralement des liquides et des gaz, les solides sont également chargés et déchargés à des emplacements préférés en fonction du type de solides déplacés, du risque d'explosion potentiel et du degré de difficulté de transfert.

Trappes ouvertes

Lors du chargement de camions-citernes ou de wagons par des trappes à ouverture supérieure, il est très important de minimiser les éclaboussures lors du remplissage du conteneur. Si le tuyau de remplissage est situé bien au-dessus du fond du récipient, le remplissage entraîne des éclaboussures et la génération de vapeur ou un dégagement mixte liquide-vapeur. Les éclaboussures et la génération de vapeur peuvent être minimisées en plaçant la sortie du tuyau de remplissage bien en dessous du niveau de liquide. Le tuyau de remplissage est normalement prolongé à travers le conteneur à une distance minimale au-dessus du fond du conteneur. Étant donné que le remplissage liquide déplace également la vapeur, les vapeurs toxiques peuvent constituer un danger potentiel pour la santé et présenter également des problèmes de sécurité. Par conséquent, les vapeurs doivent être collectées. Des bras de remplissage sont disponibles dans le commerce qui ont des tuyaux de remplissage profonds et s'étendent à travers un couvercle spécial qui ferme l'ouverture de l'écoutille (Lipton et Lynch 1994). De plus, un tuyau de collecte de vapeur s'étend sur une courte distance sous le couvercle de trappe spécial. À l'extrémité amont du bras, la sortie de vapeur est reliée à un dispositif de récupération (p. ex., un absorbeur ou un condenseur), ou la vapeur peut être renvoyée au réservoir de stockage sous forme de transfert d'équilibre de vapeur (Lipton et Lynch, 1994).

Dans le système de trappe ouverte du camion-citerne, le bras est relevé pour permettre la vidange dans le camion-citerne et une partie du liquide dans le bras peut être mise sous pression avec de l'azote lorsque le bras est retiré, mais les tuyaux de remplissage pendant cette opération doivent rester à l'intérieur de la trappe ouverture. Lorsque le bras de remplissage dégage la trappe, un seau doit être placé sur la sortie pour recueillir les gouttes du bras.

Wagons de chemin de fer

De nombreux wagons ont des écoutilles fermées avec des jambes de remplissage profondes très près du fond du conteneur et une sortie de collecte de vapeur séparée. Grâce à un bras qui s'étend jusqu'à la trappe fermée, le liquide est chargé et la vapeur collectée d'une manière similaire à la méthode du bras à trappe ouverte. Dans les systèmes de chargement de wagons, après la fermeture de la vanne à l'entrée du bras, de l'azote est injecté dans le côté conteneur des bras pour souffler le liquide restant dans le bras dans le wagon avant que la vanne de remplissage du wagon ne soit fermée (Lipton et Lynch 1994) .

Camions-citernes

De nombreux camions-citernes sont remplis par le bas pour minimiser la génération de vapeur (Lipton et Lynch 1994). Les conduites de remplissage peuvent être des flexibles spéciaux ou des bras manoeuvrables. Des coupleurs à coupure sèche sont placés sur les extrémités des flexibles ou des bras et sur les raccords inférieurs du camion-citerne. Lorsque le camion-citerne est rempli et que la ligne est automatiquement bloquée, le bras ou le tuyau est déconnecté au niveau du raccord à sec, qui se ferme automatiquement lorsque les raccords sont séparés. Les raccords plus récents ont été conçus pour se déconnecter avec presque aucune fuite.

Lors du chargement par le bas, la vapeur est collectée par un évent supérieur et la vapeur est conduite par une conduite externe qui se termine près du fond du conteneur (Lipton et Lynch 1994). Cela permet aux travailleurs d'accéder aux raccords de couplage de vapeur. La vapeur collectée, qui est à une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique, doit être collectée et envoyée vers un dispositif de récupération (Lipton et Lynch 1994). Ces dispositifs sont sélectionnés en fonction du coût initial, de l'efficacité, de la maintenance et de l'opérabilité. Généralement, le système de récupération est préférable à une torche qui détruit les vapeurs récupérées.

Contrôle de chargementl

Dans les camions-citernes, des capteurs de niveau sont installés en permanence dans la carrosserie du camion pour indiquer quand le niveau de remplissage a été atteint et signaler une vanne de sectionnement à distance qui arrête le débit vers le camion. (Lipton et Lynch 1994). Il peut y avoir plus d'un capteur dans le camion-citerne en tant que sauvegarde pour s'assurer que le camion n'est pas trop rempli. Un remplissage excessif peut entraîner de graves problèmes de sécurité et d'exposition à la santé.

Les wagons en service chimique dédié peuvent avoir des capteurs de niveau montés à l'intérieur de la voiture. Pour les wagons non dédiés, un totalisateur de débit contrôle la quantité de liquide envoyée au wagon et ferme automatiquement la vanne de sectionnement à distance à un réglage prédéterminé (Lipton et Lynch 1994). Les deux types de conteneurs doivent être examinés pour déterminer s'il reste du liquide dans le conteneur avant le remplissage. De nombreux wagons ont des indicateurs de niveau manuels qui peuvent être utilisés pour ce service. Cependant, lorsque le niveau est indiqué en ouvrant un petit évent de niveau vers l'atmosphère, cette procédure ne doit être effectuée que dans des conditions correctement contrôlées et approuvées en raison de la toxicité de certains des produits chimiques chargés.

Déchargement

Lorsque les produits chimiques ont une pression de vapeur très élevée et que le wagon ou le camion-citerne a une pression relativement élevée, le produit chimique est déchargé sous sa propre pression de vapeur. Si la pression de vapeur chute à un niveau qui interfère avec la procédure de déchargement, de l'azote gazeux peut être injecté pour maintenir une pression satisfaisante. La vapeur d'un réservoir du même produit chimique peut également être comprimée et injectée pour augmenter la pression.

Pour les produits chimiques toxiques qui ont une pression de vapeur relativement faible, comme le benzène, le liquide est déchargé sous pression d'azote, ce qui élimine le pompage et simplifie le système (Lipton et Lynch 1994). Les camions-citernes et les wagons pour ce service ont des pressions de conception capables de gérer les pressions et les variations rencontrées. Cependant, des pressions plus basses après le déchargement d'un conteneur sont maintenues jusqu'à ce que le camion-citerne ou le wagon soit rempli; la pression se reconstitue pendant le chargement. De l'azote peut être ajouté si une pression suffisante n'a pas été atteinte pendant le chargement.

L'un des problèmes des opérations de chargement et de déchargement est la vidange et la purge des conduites et des équipements dans les installations de chargement/déchargement. Des drains fermés et des drains particulièrement bas sont nécessaires avec des purges d'azote pour éliminer toute trace de produits chimiques toxiques. Ces matériaux peuvent être recueillis dans un baril et retournés à une installation de réception ou de récupération (Lipton et Lynch 1994).

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