Dimensionnement Fuite sous forme liquide ou gazeuse

D3 Fuite gazeuseBernard FRANOZ
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Méthode de calcul :

Le calcul aboutissant à la définition des distances d’effets se réalise en plusieurs étapes. Il convient en premier lieu de procéder à l’évaluation du débit de fuite à la brèche.

Ce type de calcul s’avère nécessaire en plusieurs circonstances :

  • pour calculer la vitesse de remplissage d’une cuvette de rétention lors de la fuite d’un produit liquide,

  • pour dimensionner les effets de l’onde de pression en cas de survenue d’un UVCE,

  • pour évaluer les effets d’un nuage toxique consécutif à la fuite d’un produit comprimé ou liquéfié sous pression.
     

Selon l’état physique du produit au point de fuite :

  • monophasique gazeux si c’est un gaz comprimé,

  • monophasique liquide,

  • en phase gazeuse si la fuite se trouve dans la phase gaz d’un gaz liquéfié sous pression,

  • en phase liquide si la fuite concerne la phase liquide d’un gaz liquéfié sous pression,

Il sera possible d’estimer la quantité de produit s’écoulant en phase liquide et/ou gazeuse et de dimensionner les distances auxquelles seront potentiellement matérialisés les effets d’un produit toxique ou d’une onde de pression aux valeurs seuils des flux indiquée dans la fiche F1.

  • Calcul du débit de rejet à la brèche en phase gaz
     

​(à utiliser pour une fuite de gaz comprimé ou sur la phase gazeuse d’un liquéfié sous pression)

Avec: 

QGazeux : débit massique en kg/s

C : coefficient d'orifice (pouvant être compris entre 0,6 et 1) pris majoritairement à 0,6

ρ : masse volumique du produit en phase gazeuse en kg/m3
S : surface de la brèche en m2

P-Patmo : différence entre la pression interne du stockage et la pression atmosphérique en Pa  

Attention : les pièges à éviter sont les suivants, utiliser le diamètre de la brèche au lieu de sa section ; exprimer la pression en bar et non en Pascal, utiliser la densité au lieu de la masse volumique dans la formule ci-dessus, utiliser ρ liquide au lieu de ρ gazeux.

Avec : 

Q : débit massique en kg/s

C : coefficient d’orifice (pouvant être compris entre 0,6 et 1) pris majoritairement à 0,6

ρ : masse volumique du produit en phase liquide en kg/m3

S : Surface de la brèche en m2

P-Patmo : différence entre la pression interne du stockage et la pression atmosphérique en Pa

g : gravité = 9,81 m/s2
h : hauteur de liquide au-dessus de la brèche en m

Attention : les pièges à éviter sont les suivants, utiliser le diamètre de la brèche au lieu de sa section ; exprimer la pression en bar et non en Pascal, utiliser la densité au lieu de la masse volumique dans la formule ci-dessus, utiliser ρ gazeux au lieu de ρ liquide.

  • Pour une fuite sur la phase liquide d’un gaz liquéfié sous pression toxique

Le calcul ci-dessus ne constitue qu’une première étape. En effet, pour une fuite intervenant sur la phase liquide d’un produit liquéfié sous pression, pour un orifice identique, le débit d’un écoulement biphasique est nettement inférieur à celui d’un écoulement liquide.

L’Union des Industries Chimiques (U.I.C.) a déterminé un coefficient de réduction (a), variant entre 2,5 et 3.

Calcul du débit de rejet à la brèche en phase liquide

  • Pour une fuite monophasique liquide

(ex : fuite de liquide dans une cuvette de rétention)

Avec :

Qd : débit de fuite d’un écoulement diphasique
Ql  : débit de fuite d’un écoulement liquide (calculé à l’aide de l’équation de Bernoulli).

Le nuage toxique gazeux généré par la fuite sera constitué de :

  • la masse de gaz ou de vapeur libérée instantanément par flash lors de la rupture du réservoir ou de la canalisation,

  • la fraction de produit rejetée dans l’air sous forme d’aérosol pour certains gaz liquéfiés (l’ammoniac notamment),

  • la fraction de la phase liquide s’écoulant au sol qui va se vaporiser instantanément du fait de l’apport thermique important apporté par le sol,

  • la vaporisation plus lente du reste de la nappe liquide liée aux apports de chaleur par le sol, l’atmosphère et le rayonnement solaire. Cette dernière fraction peut être négligée car elle constitue tout au plus 10 % des apports au nuage.

 

Lorsque l’on dispose des caractéristiques physico-chimiques du produit concerné, il est possible de réaliser une approche plus précise de ce débit en ayant recours au taux de flash (      ).

Le taux de flash représente la fraction de liquide vaporisée lors de sa détente.

D'où:

Avec:

De façon majorante, la fraction vaporisée instantanément peut être estimée à :

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