sécurité des réacteurs : stabilité thermique, causes d’emballements

 

 

Introduction

La réaction chimique, en vertu des énergies considérables qu'elle implique, peut mener, si elle est conduite de manière non contrôlée, à des accidents extrêmement graves, comme des explosions, qui peuvent être mortelles. Parmi les cas les plus marquants, citons le cas de la catastrophe de Seveso.

ACCIDENT DE SEVESO

L'usine d'ICMESA, située à 12 km de Milan (Italie), produit du 2, 4, 5 trichlorophénol,agent bactéricide utilisé dans la formulation de dentifrice et de talc. Ce produit estobtenu par hydrolyse alcaline du 1, 2, 4, 5 tetrachlorobenzène en présence de soudecaustique et d'un mélange d’éthylène glycol et de xylène. Cette réaction est connuepour avoir déjà occasionné des accidents sérieux.Un emballement de réaction a lieu dans le réacteur le 10 juillet 1976 alors que laréaction principale d'hydrolyse alcaline est terminée et que la masse réactionnelle estlaissée en attente pour le week-end. Cet événement conduit à une mise en pressiondu réacteur, à une rupture du disque et à une dispersion de la masse réactionnelle parune conduite ouverte en toiture.Au moment del’accident, le réacteur contient environ 5 tonnes de masseréactionnelle mais aussi environ 1 kg d'un produit hautement toxique : la 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxine, connue sous le nom de dioxine.Dans les jours qui suivent 447 personnes sont soignées pour des brûlures caustiques.

Dans le mois suivant des symptômes de chloracnée liés à l'empoisonnement par ladioxine sont identifiés chez 187 personnes.L ’usine paie 650 MF en dépollution et indemnisation. En 1983, les responsables sontcondamnés à des peines d’emprisonnement avec sursis de 2,5 à 5 ans.

3-1-Reaction chimique :Une réaction chimique est une transformation de la matière au cours de laquelle les espèces chimiques qui constituent la matière sont modifiées : les espèces qui sont consommées sont appelées réactifs. Les espèces formées au cours de la réaction sont appelées produits de réaction

Une réaction peut dégager de l'énergie (en général sous forme de chaleur, mais aussi de la lumière), elle est alors une réaction exothermique. Elle peut nécessiter un apport d'énergie, sous forme de chaleur (donc « produire du froid ») ou de lumière, elle est alors une réaction endothermique.

3-2-Définitions de l’emballement thermique de réaction

L’emballement thermique correspond à la perte de contrôle de la température d’uneinstallation contenant une substance chimique ou un milieu réactionnel.

Cette évolution de latempérature est due à des phénomènes exothermiques tels que des transformations chimiquesou physiques. Il peut s’agir de la décomposition thermique d’une substance .

Cette augmentation non contrôlée de la température peut mener à des situations extrêmement graves, comme l'explosion du réacteur.

L'emballement est un problème qui concerne principalement les réacteurs fermés et tubulaires, puisqu'ils contiennent au début de la réaction une quantité énorme d'énergie sous forme de réactifs.

 

3-3 -Causes des emballements

Cet emballement thermique peut venir ducaractère intrinsèquement dangereux d’un procédé ou d’une dérive de celui-ci tel que :

Ø  perte de la capacité de refroidissement,

Ø  température du fluide de chauffage tropélevée,

Ø  chauffage externe, introduction, accumulation de réactifs,

Ø  durée de la réaction ou de l’opération excessive, ségrégation d’une phase instable.

 

3-4-Conséquences de l’emballement : ilsse traduisent par :

Ø  l’augmentation de la vitesse des réactions chimiques,

Ø  l’apparition de réactions indésirables qui ne se produisent pas dans les conditionsnormales du procédé.

Ø  l’augmentation de la pression totale due à la vaporisation des constituants du mélangeréactionnel et/ou à la production chimique de gaz incondensables.

Ø  L’augmentation de pression peut avoir de nombreuses conséquences néfastes:l’éclatement de l’enceinte qui s’accompagne souvent d’une émission de projectiles à unedistance de plusieurs centaines de mètres,

Ø  le déclenchement d’incendies : si le mélange réactionnel est émis à l’air libre, l’aérosolpeut s’enflammer. Cette inflammation du nuage créé donne une boule de feu avec un effetde pression faible au niveau du sol,

Ø  le déclenchement d’explosion : si le mélange réactionnel est émis dans un espace confiné

 

3-5-Mesures de prévention contre l’emballement

Les mesures de prévention comprennent :

3-5-1-La modification du procédé et les conditions opératoires:La modification du procédé ou des conditions opératoires permet souvent d’éliminer la possibilité d’un accident et doivent être prises en considération en premier lieu.

3-5-2-L’installation de sécurités instrumentales :L’installation de sécurités instrumentales permet de réduire la probabilité de dérives du procédé à un niveau jugé acceptable.

3-5-2-1-L’évent de sécurité

Un évent de sécurité est, comme son nom l’indique, un dispositif de sécurité permettant

D’évacuer la pression générée dans le réacteur suite à un emballement. Le réacteur équipé

d’un évent voit sa pression augmenter jusqu’à une valeur fixée à l’avance. Celui-ci s’ouvre

alors pour évacuer de la matière. La pression diminue ou reste constante protégeant ainsi le

réacteur d’une explosion.

Il existe deux principaux types d’évents de sécurité : la soupape et le disque de rupture.

1/ La soupape

Suivant la norme NF E 29-410, une soupape de sûreté est un appareil de robinetterie qui, placé sur une enceinte contenant un fluide sous pression :

- s’ouvre automatiquement sous l’action de la seule pression du fluide dans l’enceinte,

- se referme lorsque les conditions de service ont été rétablies (pression dans le réacteur au

dessous de la pression de fermeture de la soupape)

2/ Le disque de rupture

Le disque de rupture est un dispositif de protection sensible à la pression de l'équipement sur lequel il est installé, le protégeant contre les risques d'explosion et/ou d'implosion. Le disque de rupture est constitué par:

- le disque lui-même qui est une membrane mince et circulaire qui peut être en acier

inoxydable, nickel, aluminium, , graphite, téflon, argentou titane

Le disque de rupture, contrairement à la soupape, est à usage unique et ne se referme pas. Il

s’agit d’un dispositif de protection ultime couramment utilisé pour protéger des réacteurs vis à

vis des emballements de réaction violents.

 

3-5-3-Les sécurités instrumentales nécessaires pour atteindre un niveau de sécurité convenable sont déterminées généralement sur la base d’une analyse des risques basée sur l’examen des schémas procédés et des schémas tuyauterie et instrumentation.