Sécurité dans les Opérations
RISQUES LIÉS AUX PRODUITS
DANGERS LIÉS AU COMPORTEMENT DES FLUIDES
A3
I - PRESSION RÉGNANT DANS UNE CAPACITÉ ....................................................................... 1
1 - Capacité pleine de gaz .................................................................................................................1
2 - Capacité contenant une phase liquide et une phase vapeur ....................................................... 1
3 - Capacité pleine de liquide ............................................................................................................ 4
II - CONSÉQUENCES D’UN APPORT OU D’UN RETRAIT DE CHALEUR À UN CORPS ........... 5
1 - Apport de chaleur .........................................................................................................................5
2 - Retrait de chaleur .......................................................................................................................13
3 - Vaporisation d’un liquide par détente .........................................................................................15
III - COUPS DE BÉLIER ................................................................................................................ 19
1 - Description du phénomène ........................................................................................................ 19
2 - Effets de coups de bélier et prévention...................................................................................... 21
ANNEXES
Courbes de tension de vapeur de quelques hydrocarbures ..................................................................23
Courbe de tension de vapeur de l’eau...................................................................................................24
Courbes de tension de vapeur de quelques composés chimiques ....................................................... 25
Variation de la densité de quelques liquides avec la température ........................................................ 26
SE PRO - 00549_A_F - Rév. 4
Ce document comporte 27 pages
 2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training
21/03/2005
1
I-
A3
PRESSION RÉGNANT DANS UNE CAPACITÉ
1-
CAPACITÉ PLEINE DE GAZ
PRESSION = CHOCS
DES MOLÉCULES
Un gaz est constitué de molécules qui
peuvent se déplacer librement les unes
par rapport aux autres et qui sont
soumises à une agitation incessante et
désordonnée.
t
D MEQ 3008 A
Ces molécules sont toutes identiques
dans le cas d'un corps pur et elles sont de
plusieurs espèces dans le cas d'un
mélange.
Pression dans une capacité pleine de gaz
L'agitation des molécules provoque de multiples chocs contre les parois. Les forces pressantes qui
en résultent s'appliquent sur toute la surface interne du ballon et créent donc une pression.
Cette pression exercée par le gaz dépend du nombre de chocs par unité de surface
(Pression = Force/Surface) et est donc fonction :
– du nombre de molécules de gaz, c'est-à-dire de la quantité de gaz enfermée dans le
ballon
– de la surface offerte aux chocs, c'est-à-dire des dimensions du ballon ou appareillage
contenant le gaz
–- de l'agitation des molécules qui augmente avec la température
2-
CAPACITÉ CONTENANT UNE PHASE LIQUIDE ET UNE PHASE VAPEUR
Quand dans un équipement quelconque, non relié à l’atmosphère, il y a coexistence et contact de
deux phases liquide et vapeur à la même température et à la même pression, on dit que les deux
phases sont à l’équilibre liquide-vapeur.
a - Corps pur
Pour un corps pur donné, la présence simultanée de ces deux phases suppose des conditions telles
que leur point représentatif dans le diagramme pression-température soit sur la courbe de tension de
vapeur de ce corps pur.
La pression absolue, dans l'équipement, est la tension de vapeur du corps pur à la température de
stockage.
PRESSION = TENSION DE
VAPEUR DU CORPS PUR
D MEQ 3008 B
t
Pression dans une capacité contenant une phase liquide et une phase vapeur
00549_A_F
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2
A3
En effet chaque corps pur possède une courbe de tension de vapeur qui délimite, dans le diagramme
pression-température, deux zones comme représenté ci-dessous.
- une zone liquide à gauche de la courbe (conditions P1 et t1 par exemple)
- une zone vapeur à droite de la courbe (conditions P 2 et t2 par exemple)
COURBE DE TENSION DE VAPEUR
Pression
Etat
LIQUIDE
Etat
VAPEUR
V
P2
P3
L+
V
D TH 009 D
L
P1
Température
t1
t3
t2
Courbe de tension de vapeur
Sur la courbe elle-même (conditions P3 et t3 par exemple) il y a coexistence des deux phases liquide
et vapeur
Les planches en annexe présentent les courbes de tension de vapeur de quelques corps purs.
À titre d’exemple on a représenté ci-dessous une sphère contenant du propane liquide et gazeux à la
température de 20°C.
Courbe de tension de
vapeur du propane
P
P
20°C
Propane
liquide
TV20
C3
t
D SEC 009 A
Propane
gazeux
20°C
Pression dans une sphère de propane
La condition d’équilibre liquide-vapeur étant réalisée, puisqu’il y a coexistence des deux phases, la
20
pression P régnant dans le ballon est la tension de vapeur du propane à 20°C, que l’on note TVC .
3
00549_A_F
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3
A3
L’abaque en annexe permet d’en lire la valeur :
20
P = TVC = 8,2 atm
3
La courbe de tension de vapeur d’un corps pur permet donc de connaître la pression régnant
dans une capacité contenant ce corps à l’équilibre liquide-vapeur, à une température connue et
ceci quel que soit le niveau de liquide.
b - Mélange
Si l'on considère un ballon dans lequel un mélange est à l'équilibre liquide-vapeur, la pression P
régnant dans le ballon est appelée tension de vapeur du liquide à la température considérée.
PRESSION = TENSION DE
VAPEUR DU MÉLANGE
D MEQ 3008 C
t
Pression dans une capacité contenant un mélange à l'équilibre liquide-vapeur
Dans un tel ballon, une augmentation de température provoque la vaporisation partielle immédiate du
liquide; on dit que celui-ci est à son point de bulle. Par contre, une diminution de température
provoque la condensation partielle immédiate de la vapeur, on dit que celle-ci est à son point de
rosée.
00549_A_F
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4
3-
A3
CAPACITÉ PLEINE DE LIQUIDE
La pression n’est pas une propriété du liquide mais dépend de la machine qui a généré la pression (en
général une pompe), des systèmes de régulation de pression et des systèmes de protection dont est
équipée la capacité.
(F - 2) V1
P
P
V2
V2
(F - 2)
En service
(F - 1)
En service
V1 fermé en premier
V2 fermé en second
V2 fermé en premier
V1 fermé en second
P = Presse de refoulement de
la pompe à débit nul
P = Pression Atmosphérique
Pression dans une capacité pleine de liquide
00549_A_F
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D CH 3001 A
(F - 1) V1
5
II -
A3
CONSÉQUENCES D'UN APPORT OU D'UN RETRAIT DE CHALEUR A UN CORPS
1-
APPORT DE CHALEUR
Un apport de chaleur à un corps peut avoir les deux conséquences suivantes :
- augmenter la température du corps sans changement d'état physique, mais entraîner
une dilatation
- provoquer la changement d'état physique du corps, ce qui signifie vaporisation pour un
liquide
a - Apport de chaleur sans changement d'état
• Capacité pleine de gaz
La pression augmente. Elle varie approximativement comme la température absolue du gaz qui est
mesurée en Kelvin (K = ° C + 273).
Les risques encourus sont faibles.
• Capacité pleine de liquide
Tout liquide tend à se dilater quand la température augmente; il y a une expansion thermique.
Cette caractéristique entraîne des risques car l'élévation de température d'un liquide emprisonné dans
un récipient peut par expansion thermique entraîner des surpressions considérables capables de
rompre tous les équipements non protégés, ce liquide étant incompressible.
Dans le cas d'un ballon en acier plein d'eau à 20°C, une élévation de température de 30°C entraîne
une pression de l'ordre de 180 bars, soit en moyenne 6 bars/°C d'élévation de température. Aux
températures plus élevées le gradient d'élévation de pression est encore plus grand car la dilatation
de l'eau est plus élevée.
Ceci est illustré par le schéma ci-dessous :
175
0
490
960
20°C
50°C
75°C
Évolution de la pression dans une capacité pleine d’eau liquide
00549_A_F
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105°C
D SEC 012 A
bar rel
6
A3
Le graphique ci-dessous montre dans un récipient plein de gaz liquéfiés, sans phase gazeuse,
l’élévation de pression approximative en fonction de l’élévation de température, en négligeant les
variations de volume du récipient.
Pression (bar rel)
80
70
60
50
40
30
20
Élévation de
température
(°C)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
D SEC 013 A
10
Évaluation de la pression dans une capacité pleine de gaz liquéfiés
S’il existe un “ciel gazeux” au-dessus du liquide, lors de l’élévation de température, cette phase vapeur
est d’abord comprimée et la pression à l’intérieur du réservoir s’élève plus lentement.
Mais lorsque le liquide a occupé, après dilatation, tout le volume du récipient, la pression croît de
nouveau brutalement.
Ces risques peuvent apparaître en particulier dans une capacité isolée (telle que sphère, camionciterne, wagon-citerne, ballon, bouteille d’échantillons, …) par élévation de la température ambiante.
On ne doit donc jamais remplir une capacité afin qu'il subsiste un ciel gazeux permettant la libre
dilatation du liquide par élévation de température.
La température maximale de référence pour des conditions normales de stockage en France est de
50°C.
Elle est prise à 40°C si l’équipement est muni d’un pare-soleil (exemple : wagon et camion-citerne).
Compte tenu de ce qui précède la règle couramment utilisée est qu'il subsiste un ciel gazeux au
moins égal à 3 % du volume total du récipient quand le liquide est à 50°C.
La quantité maximale du produit que peut contenir un réservoir se calcule donc en masse.
00549_A_F
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7
A3
Application :
Quelle est la quantité maximale de propane pur à 20°C que l’on peut introduire dans une sphère de
1000 m3 ?
Volume total de la sphère :
Ciel gazeux minimal à 50°C :
Volume liquide maximal à 50°C :
Masse volumique du propane à 50°C : 445 kg/m3
Masse maximale de propane stocké :
Masse volumique du propane à 20°C : 500 kg/m3
Volume maximal de propane à 20°C :
15 %
3%
15°C
50°C
GPL
commerciaux
D SEC 019 D
Il en est ainsi pour une bouteille de propane ou de butane commercial qui nouvellement remplie à
un ciel gazeux de 15 % à 15°C environ. Celui-ci subsiste à 50°C (3 % minimum).
Surveiller les niveaux : dans les sphères en particulier, se souvenir que le volume n’est pas
proportionnel au niveau.
Attention aux capacités laissées pleines après les épreuves hydrauliques.
Ces risques concernent aussi une tuyauterie isolée. L’augmentation de température du produit par
la soleil peut entraîner des ruptures de joints et/ou même de la tuyauterie, ou tout au moins
empêcher l’ouverture de robinet-vanne à opercule.
00549_A_F
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A3
8
Il faut prendre l’une des précautions suivantes :
- laisser décollée une vanne vers une capacité
- si des soupapes d’expansion thermique sont prévues, veiller à ce qu’elles ne soient pas
isolées
DN 25 (1")
O
DN 20(3/4")
F
F
D SEC 014 A
BAC
Vanne
cadenassée
ouverte (CO)
D MEQ 3009 A
Soupape d'expansion thermique sur bac de stockage
Soupape d'expansion thermique sur transfert de liquide
00549_A_F
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A3
9
Application :
Calculer la quantité de propane pur évacuée par une soupape d’expansion thermique placée sur une
ligne isolée soumise à une élévation de température.
Avec :
- ligne : longueur 100 m diamètre nominal 4” (DN 100) section de passage : 82,1 cm2
- température initiale : 20°C
- température finale : 40°C
– sur les échangeurs, s'il n'existe pas de soupape d'expansion thermique : ne jamais isoler
le fluide froid si le fluide chaud est en service.
Fluide chaud
Fluide froid
Précaution d'exploitation sur un échangeur
00549_A_F
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D MTE 1041 B
NE JAMAIS ISOLER
LE FLUIDE FROID,
SI LE FLUIDE CHAUD
EST EN SERVICE
A3
10
•
Capacité à l’équilibre liquide-vapeur
Tant qu’il subsiste un ciel gazeux, la pression augmente avec élévation de température conformément
à la courbe de tension de vapeur du corps concerné.
L’exemple ci-dessous permet d’observer l’augmentation de pression avec la température dans une
sphère de
pur.
bar rel.
50°C
D SEC 015 A
20 °C
bar rel.
Les pressions qui en découlent sont moins importantes que dans le cas précédent et
n’engendrent généralement pas de risques particuliers.
Néanmoins il faut tenir compte de cette propriété physique lors de toute opération inhabituelle :
détournement de produit, démarrage, conditions climatiques inhabituelles, …
b - Apport de chaleur avec changement d'état
La vaporisation du liquide s'accompagne :
-
d'une consommation d'énergie appelée chaleur latente de vaporisation
d'une augmentation très importante de volume
Dans le cas de l'eau : à 100°C et à la pression atmosphérique, l'eau donne un volume de vapeur
environ 1600 fois plus grand que son volume à l'état liquide. Aussi l'eau qui entre accidentellement
dans une installation, si elle est vaporisée par un produit chaud, peut occasionner une rupture de
l'installation.
On comprend donc que les surpressions puissent se produire dans des équipements lors de la
vaporisation de quantité même faible d'eau si le volume offert à la vapeur n'est pas suffisant.
Le risque de surpression augmente bien entendu avec la température.
Il peut y avoir destruction de l'équipement intérieur et même éclatement.
00549_A_F
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A3
11
Ainsi dans un bac de stockage :
- lors de la rupture d’un serpentin dans un bac de stockage de produits réchauffés, on se
trouve en présence d’un débordement avec moussage (FROTH-OVER). C’est la mise en
ébullition d’eau dans un produit chaud, non en feu
T > 100°C
D SEC 016 A
VAPEUR
PV
CONDENSAT
- lors d’un feu dans le réservoir on peut rencontrer :
• une émulsion en surface avec débordement par présence d’eau provenant de
l’arrosage ou de la mousse (SLOP OVER)
• une vaporisation dans la masse (BOIL OVER) provoquée par le produit qui, en
brûlant, crée une onde de chaleur qui se déplace vers le fond du réservoir et
provoque l’ébullition de l’eau libre située en fond de bac
Fractions lourdes
coulant
Eau libre
ou en émulsion
Phénomène de boil-over
00549_A_F
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D SEC 3000 A
Ondes de chaleur
Fractions légères
distillantes
Fractions légères
remontant
A3
12
D SEC 018 A
Le produit enflammé, projeté dans les airs, génère une véritable boule de feu.
Rupture d’un bac de stockage lors d'un boil-over
(toit sans soudure frangible)
En opération, les précautions suivantes sont à prendre :
– contrôle de l'absence d’eau dans les coulages vers les bacs de stockage traitant des
produits chauds non aqueux
– purge en point bas dans les tuyauteries et les capacités de stockage où peut
s’accumuler de l’eau
– drainage complet de l’eau résiduelle après des épreuves d’étanchéité hydraulique avant
tout démarrage des unités à risques
– vérification de l’absence d’eau dans les réservoirs de vidange (fût, “tonne à vide”, …)
avant l’admission de produit chaud
– vérification du bon fonctionnement des purgeurs sur les lignes de vapeur d’eau pour
éviter les "marteaux d'eau".
Vapeur
Condensats
D SEC 021 A
PV
– pas d’utilisation de la vapeur d’eau dans les serpentins de réchauffage de réservoir de
stockage contenant des produits stockés à une température supérieure à 80-90°C.
00549_A_F
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A3
13
2-
RETRAIT DE CHALEUR
Un retrait de chaleur a les conséquences inverses :
– diminution de la température du corps sans changement d’état physique avec
contraction par augmentation de la masse volumique
– changement d’état physique, ce qui signifie :
• condensation pour une vapeur
• solidification pour un liquide
Dans les deux cas, une mise sous vide est à craindre si la capacité considérée est isolée.
Elle sera néanmoins bien plus importante lors de condensation de vapeur. Il peut y avoir déformation
et même “implosion” du matériel.
Les exemples ci-dessous illustrent ce risque.
F
F
retrait
de
120
chaleur
50
°C
°C
eau
F
F
D SEC 030 A
Mise sous vide d'un récipient sous pression
Mise sous vide d’un bac de stockage
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A3
14
Les accidents les plus fréquents sur les équipements isolés se produisent lors de
refroidissement inopinés (pluie, baisse de la température extérieure, …) :
-
par condensation de la vapeur d’eau lors de manœuvre de dégazage ou de désaération
par condensation de la vapeur d’eau contenue dans l’air (bac de stockage, silos, …)
pendant le transport de produits chauds
Les précautions nécessaires sont les suivantes :
- mettre les évents et les purges à l’air libre s’il n’y a pas de risque de mélange explosif, et
vérifier qu’ils ne sont pas bouchés
- maintenir une légère surpression par :
• l’addition d’un corps pur léger (exemple : propane dans butane)
• du gaz inerte
• du gaz de chauffe
- vérifier le bon fonctionnement des soupapes de respiration double effet sur les bacs de
stockage
Les risque existe aussi dans une capacité contenant un corps à l’équilibre liquide-vapeur.
En effet, selon la température certains corps ont une tension de vapeur inférieure à la pression
atmosphérique.
Dans le cas du n-butane pur, ceci est illustré par l’exemple dessous :
Bar rel.
Bar rel.
20 °C
n. Butane
à l'équilibre
D SEC 1223 B
n. Butane
gazeux
0 °C
Évolution de la pression dans un wagon-citerne de butane
Par temps froid pour éviter la mise sous vide, il peut être nécessaire de pressuriser les capacités
(sphère, wagons-réservoirs, habituellement en pression).
00549_A_F
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A3
15
3-
VAPORISATION D’UN LIQUIDE PAR DÉTENTE
a - Risques de givrage
Lors d’une vaporisation par baisse de pression dans une vanne, il n’y a pratiquement pas d’échange
thermique avec le milieu ambiant.
La chaleur latente nécessaire à la vaporisation du liquide est prise au liquide lui-même. La baisse de
température qui en découle amène en présence d’humidité, un givrage au point de détente et peut
créer des blocages par le gel de l’eau ou par la formation d’hydrates.
Lors d’une prise d’échantillon de gaz liquéfiés
pour permettre en cas d’incidents chaque
vanne soit manœuvrable :
2
D SEC 024 A
1
• ouvrir dans l’ordre, les robinets 1
puis 2
• lorsque la prise est terminée, fermer 2
puis 1
• décomprimer le flexible en ouvrant 3
• décomprimer la ligne entre 1 et 2 en
ouvrant 2, puis fermer 2
3
Ceci est bien entendu aussi valable pôur une
purge de gaz liquéfiés.
b - Formation d’hydrates
• Hydrates d'hydrocarbures
Les hydrates sont des structures cristallines qui peuvent se former lorsqu’on met des
hydrocarbures et de l’eau en présence dans certaines conditions.
Il est admis que les hydrates sont des inclusions de molécules de gaz dans les espaces laissés libres
dans un réseau cristallin de molécules d’eau avec de faibles liaisons chimiques entre le gaz et l’eau.
Deux types d’hydrates ont été mis en évidence :
H
H
H
Molécules
d'Hydrocarbures
D CH 3000 A
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
Réseau cristallin de molécules d'eau
Exemple de structure cristalline
d'un hydrate (propane)
00549_A_F
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A3
16
-
le premier intéressant les molécules de faibles tailles (méthane, éthane, éthylène) avec
pour formules :
• CH4
• C2H6
7,6 H 2 O
7,6 H 2 O
- le second relatif aux molécules plus grosses (propylène, propane, isobutane)
comportant 17 molécules d’eau
Les tailles des molécules au-delà du n-butane sont trop importantes pour permettre la pénétration
dans une cavité du réseau cristallin de sorte que les homologues supérieurs au butane ne peuvent
donner lieu à des formations d’hydrates.
Les hydrates sont des solides de couleur blanche qui peuvent revêtir différents aspects (neige, givre,
cristaux ou arborescences) et dont la densité est d’environ 0,98.
Les températures de formation des hydrates dépendent de la pression et de l’hydrocarbure concerné
et peuvent être largement situées au-dessus de 0°C.
Le diagramme ci-dessous représente les domaines de formation d’hydrates ou d’eau libre pour
quelques hydrocarbures :
100
90
80
70
Méthane
atm
60
50
Éthane
40
30
20
Pression
10
9
8
7
Eau liquide
+
HC liquide
ane
Prop
6
ZONE DE
FORMATION
D'HYDRATES
5
4
3
tane
Isobu
Eau liquide
+
vapeur d'HC
ane
Eau solide
+ vapeur d'HC
n-but
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
-5
°C
0
5
10
15
20
30
Température (°C)
0°C
Domaine de formation des hydrates
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Température
D TH 008 B
2
A3
17
Ces températures n’ont bien entendu aucun rapport avec les températures de solidification des
hydrocarbures résumées dans le tableau ci-dessous.
Constituants
Température de
solidification (°C)
Méthane
– 182,5
Éthane
– 183
Propane
– 187
Isobutane
– 159,4
Éthylène
– 169,4
Propylène
– 185,4
Lorsque l'hydrate se décompose, il y a libération du gaz contenu dans le réseau cristallin.
Ex : 164 cm 3 de méthane gazeux par cm3 d'hydrate solide.
• Autres hydrates
Il peut y avoir formation d'hydrates avec d'autres gaz tels que le gaz carbonique, l'hydrogène sulfuré, le
chlore, le brome.
Gaz
Hydrate / Formule
Couleur
CO 2
CO 2 / 7,6 H2O
Blanchâtre
H 2S
H 2S / 5,07 H2O
Jaunâtre
Cl 2
Cl 2 / 5,75 H2O
Légèrement coloré
Br2
Br2 / 10 H2O
Rougeâtre
• Risques liés aux hydrates
Les hydrates occupent un volume important étant donné leur faible masse volumique.
Ils sont capables de boucher en partie ou en totalité les équipements tels que lignes, filtres,
robinetterie, …
Ils peuvent s'accumuler dans les échangeurs, se déposer dans les machines tournantes en
entraînant un balourd du rotor générateur de vibrations.
L’adhérence aux parois et la dureté du bloc d’hydrates est telle qu’aucun moyen mécanique normal de
débouchage ne peut être mise en œuvre.
Seul le réchauffage (ex : lance à vapeur) s'avère efficace.
00549_A_F
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18
Pour éviter ces risques il faut :
– diminuer la teneur en eau dans le gaz (ex : 0,01 % à 15°C dans le propane)
– injecter du méthanol, avide d'eau
c - Fuite à l’atmosphère de gaz liquéfiés sous pression
Lors d’une fuite de gaz liquéfiés sous pression il y a détente brusque de la pression interne du
récipient à pression atmosphérique et donc vaporisation instantanée d’une partie du gaz liquéfié
libéré.
La partie non vaporisée s’écoule en nappes circulaires et se vaporise lentement grâce aux apports
thermiques de l’environnement (conduction et convection avec le sol ou de l’eau, rayonnement solaire,
température ambiante, …).
Le phénomène est différent dans le cas d’un gaz liquéfié cryogénique stocké à la pression
atmosphérique puisque la vaporisation instantanée n’apparaît pas, le produit libéré se répand sur le
sol, formant une nappe qui se vaporise peu à peu.
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A3
A3
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III - COUPS DE BÉLIER
1-
DESCRIPTION DU PHÉNOMÈNE
Un coup de bélier est une brusque variation de pression et a pour cause une brutale variation de
débit :
– fermeture / ouverture de robinets
– démarrage / arrêt de pompe (en particulier à distance)
Amont
Aval
Amont
Aval
D SEC 025 A
Dans une tuyauterie où circule du liquide, une fermeture brusque de vanne ne bloque pas
immédiatement toute la masse de liquide se trouvant dans la tuyauterie. Ce liquide encore en
mouvement vient “s’écraser” sur la face amont de l’opercule de la vanne en produisant une
augmentation de pression et de la même façon, la pression en aval de la vanne chute brutalement.
Cette surpression (ou dépression) localisée sur une petite longueur va se déplacer sous forme d’une
onde le long de la conduite (à la vitesse du son dans le liquide ≅ 1 km/s) jusqu’à ce qu’elle rencontre
un obstacle qui la fait repartir dans l’autre sens.
On crée ainsi un mouvement de va et vient de surpression et de dépression qui diminue avec le temps
grâce aux frottements qui amortissent le mouvement.
La valeur de la surpression atteinte est fonction de la vitesse de fermeture de la vanne. Une formule
simplifiée permet d’estimer cette surpression.
∆P = surpression en bar
L = longueur de la tuyauterie en m
t = durée de la fermeture de la vanne en s
∆P =
L . (V 1 – V2 )
t . 50
v 1 = vitesse du produit ligne en service en m/s
v 2 = vitesse après fermeture vanne = 0 m/s
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A3
20
Application :
Calculer la surpression atteinte dans le cas suivant :
Débit =
Diamètre tuyauterie =
Longueur de la tuyauterie =
Temps de fermeture de la vanne =
100
Sé
DN 8
rie
0 Sé
F-
4"
r ie F
Sch
40
- 3" S
ch 4
0
Sch 40
rie F - 2"
40
DN
8
5S
éri
eF
-5
"S
ch
9
DN 50 Sé
10
Vitesse en m/sec.
11
DN
12
7
6
0
h4
c
"S
eF
-6
éri
0S
5
DN
15
4
0
ch 4
3
0
N 20
ie
Sér
"S
F-8
D
" Sch
50 S
DN 2
F - 12"
Série
DN 300
1
40
Sch 40
e F - 16" Sch
DN 400 Séri
40
Débits en m3/h
50
100
150
200
250
300
350
Relation vitesse-débit dans une conduite en fonction du diamètre
00549_A_F
 2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training
400
D SEC 032 A
2
- 10
érie F
A3
21
2-
EFFETS DE COUPS DE BÉLIER ET PRÉVENTION
Les coups de bélier par la surpression ou la dépression qu’ils occasionnent peuvent être la cause de
chocs et de ruptures d’éléments de tuyauterie (en particulier en plastique où les phénomènes sont
fréquents) ou de pièces mécaniques : joints, corps de pompe, boulonnerie de brides, clapets, …
Pour prévenir ces incidents, deux solutions peuvent se présenter :
•
la non création du coup de bélier
la surpression de la variation de pression par un équipement approprié
Éviter le coup de bélier
L’amplitude de la surpression dépend essentiellement de la vitesse de variation du débit. Il suffit donc
de s’attacher à ne produire que des variations lentes du débit.
Il est ainsi recommandé de :
–
–
–
–
–
démarrer une pompe vanne de refoulement fermée
d’arrêter une pompe après avoir fermé la vanne de refoulement
d’ouvrir ou fermer les robinets manuels progressivement (attention aux vannes 1/4 tour)
de prévoir des temps raisonnables d'ouverture / fermeture des robinets motorisés
de remplir lentement une canalisation vide
vanne ouverte brusquement
Vanne fermée
Impact du front du liquide =
surpression
D SEC 026 A
Air
Coup de bélier à l'ouverture d'une vanne
•
Se prémunir contre les coups de bélier
Il est cependant très difficile d’éviter tous les coups de bélier :
– un arrêt brutal de pompe n’est pas souvent précédé par la fermeture de la vanne de
refoulement
– les automatismes de chargement créent systématiquement des coups de bélier
Des équipements de protection peuvent être prévus :
– soit pour amortir les coups de bélier par exemple avec une capacité antipulsatoire
– soit pour se protéger contre des surpressions occasionnelles importantes par exemple avec
une soupape ou un disque d’éclatement.
00549_A_F
 2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training
A3
22
Pour éviter la dissolution du gaz dans le liquide, on utilise des bouteilles à membranes de type Olaer.
La pression de gonflage est fonction des caractéristiques du circuit. Une bouteille ne peut amortir
qu’une seule fréquence.
On n'est donc pas protégé dans le cas d'une pompe à vitesse variable
Orifice de
gonflage
Ouvert
Gaz
comprimé
D SEC 027 B
Vessie
Bouteille anti-pulsatoire de type Olaer
Clapet Neyric sur réseau d'eau incendie
Systèmes de protection contre les surpressions et les dépressions
00549_A_F
 2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training
00549_A_F
-200
-100
0
100
200
Pression (Atm)
50
40
40
30
30
th a
ne
50
Et
ha
yl è
Eth
e
e
lèn
y
an
p
p
o
o
Pr
Pr
10
is
u
oB
ta n
e
9
8
7
6
5
4
e
tan
u
B
ne
e
ta n
tan
n
n
e
e
P
n-P
is o
ne
xa
e
n-H
15
10
9
8
7
n-H
ta
ep
ne
6
5
4
3
3
2
2
23
 2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training
15
ne
ne
20
Mé
20
1
1
0,9
0,8
0,7
0,9
0,8
0,7
0,6
0,6
0,5
0,5
0,4
0,4
COURBES DE TENSION DE VAPEUR
DE QUELQUES HYDROCARBURES
(Origine équation d'Antoine)
0,3
0,2
0,3
0,2
D PPC 010 A
Température (°C)
0,1
-200
0,1
-190 -180 -170 -160
-150
-140 -130 -120 -110
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120 130 140
150
160 170 180 190
200
A
3
A3
24
400
300
200
Pression (bar)
500
Point
critique
221,29 bar
C
374,15 °C
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
COURBE DE TENSION DE VAPEUR
DE L'EAU DE 50 °C AU POINT CRITIQUE
0,3
Température (°C)
0,1
50
100
150
200
250
300
00549_A_F
 2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training
350
400
D TH 018 E
0,2
00549_A_F
-130 -120 -110
150
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
150
140
160
170
180
190
200
210
220
230
240
90
80
70
60
50
40
HC
Cl 2
NH 3
I
90
80
70
60
HF
50
2
CO
40
30
BF
3
30
150
100
Pression (bar)
100
250
20
10
10
9
8
7
6
5
9
8
7
6
5
l
CC 4
PT
4
4
3
3
Br
F3
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
PT
0,1
0,09
0,08
0,07
PT
0,06
0,05
-130 -120 -110
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,09
0,08
0,07
0,06
0,05
Température (°C)
PT
2
25
2
COURBES DE TENSION DE VAPEUR
DE QUELQUES COMPOSÉS CHIMIQUES
— Origine équation d'Antoine —
 2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training
20
220
230
240
250
D TH 1005 A
A
3
A3
26
VARIATION DE LA DENSITÉ DE QUELQUES LIQUIDES
AVEC LA TEMPÉRATURE
Nom
Densité d
Formule
-80°C
Acétaldehyde
-60°C
-40°C
-20°C
0°c
20°C
40°C
60°C
0,765
0,74
80°C
100°C
0,98
0,96
C 2H 4 O
0,78
Acétate de butyle
C 6H12O2
0,882
Acétate d'éthyle
C 4H8O2
Acétone
C 3H 6 O
Acide acétique
C 2 H 4O 2
1,049
1,028
1,003
Acide formique
CH2O2
1,221
1,192
1,169
Acrylonitrile
C 3H 3 N
0,806
Anhydride acétique
C 4 H 6O 3
1,082
C 6H 4
0,879
0,858
0,836
0,815
0,793
0,500
0,488
1,203
1,113
Benzène
Butane
n-butane
isobutane
C 4H10
150°C
200°C
0,731
0,661
0,901
0,855
0,674
0,658
0,640
0,832
0,811
0,791
0,621
0,601
0,579
0,555
0,528
0,605
0,584
0,559
0,534
0,505
1,571
1,522
1,448
1,411
1,348
1,279
1,13
1,108
1,087
1,065
1,04
1,02
0,96
0,896
1,64
1,60
1,56
1,52
1,48
1,43
1,40
1,36
1,32
1,21
1,06
0,90
Chlore (liquide)
Cl2
Chlorobenzène
C 6H5Cl
Chloroforme
CHCl 3
Chlorure de méthyle
CH3Cl
1,101
1,067
1,031
0,997
0,960
0,921
0,881
0,837
0,790
0,733
Chlorure de méthylène
CH2Cl2
1,49
1,455
1,42
1,385
1,35
1,318
1,28
1,248
1,212
1,175
1,06
Chlorure de vinyle
C 2H3Cl
1,06
1,03
1,00
0,975
0,945
0,915
0,88
0,845
0,80
0,745
0,51
Cyclohexane
C 6H12
0,78
0,76
0,74
0,72
1,135
1,122
1,107
1,091
1,075
1,06
1,02
0,806
0,789
0,765
0,745
0,736
0,716
0,645
0,50
1,127
1,113
1,098
1,083
1,069
1,054
1,017
0,974
1,285
1,213
1,133
Diéthylène glycol
C 4H10O3
Éthanol
C 2 H 6O 2
Éthylène glycol
C 2 H 6O 2
Formaldéhyde
CH2O
Fréon 22
CHClF 2
Furfural
C 5 H 4O 2
Glycérine
C 3 H 8O 3
Méthanol
CH4O
Mercure
0,835
1,512
1,465
1,411
C 2H 4 O
Propane (liquide)
C 3H 8
Styrène
1,350
1,16
0,880
0,862
0,845
1,263
1,251
1,237
1,224
1,21
1,17
1,132
0,827
0,810
0,792
0,774
0,755
0,736
0,714
0,646
0,563
13,64
13,60
13,55
13,50
1,203
1,018
C 6H3NO2
Oxyde d'éthylène
Soufre fondu
0,82
0,815
Hg
Nitrobenzène
0,624
0,603
1,182
1,163
1,142
1,122
1,071
0,95
0,92
0,891
0,864
0,834
0,804
0,78
0,75
0,63
0,579
0,556
0,530
0,502
0,469
0,433
1,80
1,78
S
C 8H 8
Tetrachl. de carbone
CCl4
Toluène
C 7H 8
Trichloréthylène
C 2HCl3
Urée (fondue)
CH4N2O
m-xylène
Xylène
0,855
o-xylène
p-xylène
0,960
1,67
1,63
1,585
1,545
1,505
1,46
1,42
1,31
1,18
0,942
0,923
0,905
0,886
0,868
0,849
0,830
0,811
0,791
0,739
0,679
1,60
1,57
1,535
1,50
1,465
1,43
1,395
1,36
1,33
1,24
1,13
0,851
0,833
0,814
0,793
0,738
0,68
1,335
0,885
C 8H10
1,76
0,907
0,91
0,866
0,881
0,865
0,846
0,83
0,812
0,764
0,708
0,861
0,84
0,823
0,805
0,786
0,738
0,682
00549_A_F
 2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training