projet de gestion et management des risques
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PROJET DE GESTION ET MANAGEMENT DES RISQUES
David Devesa-Velasco
Illakia Sireetharan
MASTER PARIS CENTRE SPÉCIALITÉ INGÉNIERIE CHIMIQUE
PRODUCTION DE L’ANHYDRIDE PHTALIQUE
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Plan
1. Description du procédé
2. Modélisation sur HYSYS
3. Analyses des risques
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1. Description du procédé
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Description du procédé
Synthèse de l’anhydride phtalique par oxydation catalytique de l’ortho-xylène
+ 3 O2 + 3 H2O ΔH1= -1.105cal/mol
Téb= 144°C Tfus= -25°C
Tautoinfla= 465°C LII=1.7% LIS=7.6%
Téb= 295°C Tfus= 131°C
Tautoinfla= 570°C LII=1.7% LIS=10.4%
k1= 6.696.1011..eE/RT S-1
E1=27008 kcal/kgmol
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Source : MSDS Acros Organics
Réactions secondaires: décompositions
ΔH2= -3.105cal/mol
ΔH3= -2.105cal/mol
k2= 2.77.1011..eE/RT S-1
E2=28681 kcal/kgmol
k3= 1,83.1012..eE/RT S-1
E3= 31071 kcal/kgmol
+ 21/2 O2 5 H2O + 8 CO2
+ 15/2 O2 2 H2O + 8 CO2
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2. Modélisation sur HYSYS
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Schéma initial du procédé
Les régulateurs présentés ici ne sont pas des barrières
Modélisation sur HYSYS
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Modèle thermodynamique: UNIQUAC D’après un arbre de décision
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Fv= 1.94m3/h
L’activité du catalyseur est limitée à 703K
Réacteur maintenu à 627K par refroidissement à l’ethylène glycol.
Excès d’air
Évite fluctuation légère de débit lié aux contractions et expansion moléculaire
Absorbe les perturbations thermiques
Ethylène glycol Cp=140,5 cal/mol.°C U=1,05.106W/m2°C Coeftube/milieu=410 kcal/h.m2.°C
P=233.8kPa Tréaction= 354°C TLimCata= 430°C Ф=0,0254m L=3m
Réaction en phase gazeuse T>Téb
Modélisation sur HYSYS
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Le réacteur tubulaire à lit fixe de catalyseur
Fnair= 86,296mol/h
Fno-Xy= 0,804mol/h
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Calcul du volume des échangeurs pour l’obtention de temps de séjour de 15 minutes.
Refroidissement Aira Chauffage o-Xy
Fair sortie comp= 1,85m3/h Fo-xy sortie pompe= 9,65.10-5 m3/h
Vcooler= 0,463m3 Vheater= 2,432.10-5 m3
Véchangeur (m3) = Fv (m3/h) /60 (min/h) x 15 (min)
Modélisation sur HYSYS
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Dimensionnement des échangeurs
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Modélisation sur HYSYS - la ligne d’alimentation en air
Marche normale:
Para Valeur
T(°C) 354
P(kPa) 234
F(kgmol/h) 0,086
Para Valeur
T(°C) 366
P(kPa) 304
F(kgmol/h) 0,086
Para Valeur
T(°C) 20
P(kPa) 30,84
F(kgmol/h) 0,086
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Changement Température
Ouverture vanne
Puissance compresseur
Flux liquide caloporteur
Evolution générale
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Modélisation sur HYSYS - la ligne d’alimentation en air
Modélisation sur HYSYS
Points critiques
• Ratio ouverture vanne et puissance compresseur
Flux de liquide caloporteur de l’échangeur
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Le flux étant de l’air, s’il atteint la température évacuation
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Marche normale:
Paramètres Valeur
T(°C) 354
P(kPa) 234
F(10-4kgmol/h) 8,04
Paramètres Valeur
T(°C) 20,5
P(kPa) 304
F(10-4kgmol/h) 8,04
Paramètres Valeur
T(°C) 20
P(kPa) 31
F(10-4kgmol/h) 8,04
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Modélisation sur HYSYS - la ligne d’alimentation en orthoxylène
Changement Température
Ouverture vanne
Puissance pompe
Flux liquide caloporteur
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Modélisation sur HYSYS
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Point critique
• Flux dans l’échangeur
Modélisation sur HYSYS - la ligne d’alimentation en orthoxylène
Temps de séjour dans l’échangeur: température
Causes: fermeture de la vanne, défaillance de la pompe...
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Modélisation sur HYSYS
Marche normale:
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Modélisation sur HYSYS – le réacteur
Modélisation du réacteur
FEG=500kgmol/h
Influence du débit de fluide caloporteur (éthylène glycol)
FEG=0,2kgmol/h
Emballement/Auto-inflammation de l’o-XY
si
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Modélisation sur HYSYS
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• Flux d’éthylène glycol
Sans refroidissement du réacteur l’emballement thermique est immédiat.
Points critiques
L’évolution des débits n’a que peu d’influence sur le profil de température du réacteur, tant qu’ils n’atteignent pas à la température d’auto-inflammation
Le point le plus chaud du réacteur est son entrée
Modélisation sur HYSYS – le réacteur
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Modélisation sur HYSYS
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Points critiques du procédé:
Risque d’auto-inflammation L’un des deux flux atteint 465°C :
Risque d’emballement Débit d’éthylène glycol
• Ratio vanne/compresseur • Débit liquide de refroidissement • Temps de séjour dans le heater trop long • Débit de liquide caloporteur
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2. Analyse des risques
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EG
A
O-Xy
A C
Pc
P
Pp
R
FF
H
FT
B
A= Air O-Xy = Ortho-Xylène Pc= Puissance compresseur Pp= Puissance pompe FF= Fluide frigorigène FT= Fluide thermique EG= Ethylène Glycol
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Schéma de principe utilisé pour la méthode Hazop
ISO 10628:1997
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Méthode HAZOP
Exemple:
Ligne Paramètre Déviation Causes Conséquences Actions
O-xyl
Flux 4
Pas de (Fo-xy=0kg/h)
4.a
Vanne B bloqué fermée
Augmentation de la température en sortie
d‘échangeur jusqu’à auto-inflammation de l'o-Xy en 1H15
-Filtre avant vanne B -FI4 après la vanne B
-FIC2 Régulation ouverture vanne B -FI5
-FIA2 si F<7,5.10-2kg-h opérateur ouvre manuellement B, analyse PI
4,5,6 Si F<5.10-2kg-h fermeture vanne H
(flux FT) si F<3.10-2kg-h ouverture vanne GN'2
(flux GN) -Maintenance vanne b
-idem 5.c
Conduite obstruée
Pompe HS
Conduite rompue après la pompe
Pollution Risque incendie atelier
Risque explosion si fuite après échangeur6
Rejet toxique Retour de matière réacteur
-FI 4,5,6 -FdA2 si Delta=-0 fermeture vanne H
ouverture R2 -Clapet de non retour avant réacteur
-Conduite renforcée -Ventilation de l’atelier
Modélisation
Efficace Systématique
Pas 2 défaillances en mm temps LONGUE Infos non importante
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Nouveaux schéma de principe
Installations ajoutées
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Mise en marche et arret
Ce procédé utilisant un comburant et un carburant, la mise en marche et l’arrêt sont des étapes critiques.
(Pas d’analyse des causes) Procédures à suivre ? méthode what-if
Mise en marche & arrêt: Ajout d’un purgeur
1) Flux o-xy 2) Fluide caloporteur
1) Arret du fluide caloporteur 2) Arret flux o-Xy
Température
Evite surchauffe o-Xy
Température
ϕl
ϕg
ϕl
ϕg
Evite liquide dans le compresseur
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Parties de procédé non étudiées 21
Schéma de principe final
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Auto-inflammation de l’o-xylène
Mélange air/O-xy
LII≤o-xy≤LIS
Air dans canalisation o-
xy
Marche normale
Fuite d’o-xy
T≥465°C
Flux d’air
≥465°C
Flux d’O-xy
≥465°C
Réacteur
≥465°C
1 2
3 4 5
(1)
(2) (1)
(1) Installation d’un capteur et d’un régulateur de température avec un système d’alarme (TI, TIC, TIA) (2) Installation d’un capteur et d’un régulateur de débit avec un système d’alarme (FI, FIC, FIA)
Arbre de défaillance
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23
T reacteur
≥465°C
Installation de sécurité
défaillante
Pas d’alimentation d’azote
GN2 ouvre pas
Vanne bloquée
TIAr HS
Conduite bouchée
Pas de douche
Panne d’aliment
ation générale
Conduite bouchée
R4 ouvre pas
Vanne bloquée TIA HS
Débit EG
Insuffisant
Teg trop élevé
FIA
HS
TICsr
HS
R3 Bloquée
5
(16)
(16)
(16)
(16) Maintenance préventive des vannes gn2 R3 et R4 ainsi que de leur TIA correspondant
(3)
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Arbre d’évènements
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Points critiques
HAZOP
Barrières
Tests avec arbres
Simulation
Hysys
A adapter en fonction du budget.
x1