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RAPPORT D’ÉTUDE 21/03/2017 N°DRA-15-149138-10562C Guide INERIS pour la mise en

RAPPORT D’ÉTUDE 21/03/2017 N°DRA-15-149138-10562C Guide INERIS pour la mise en œuvre d’un système de détection de fuite sur tuyauteries par fibre optique Réf. : INERIS-DRA-15-149138-10562C Page 1 sur 41 Guide INERIS pour la mise en œuvre d’un système de détection de fuite sur tuyauteries par fibre optique Direction des Risques Accidentels Verneuil-en-Halatte (60) Destinataire : MTES Liste des personnes ayant participé à l’étude : Ahmed ADJADJ, Stéphane DUPLANTIER, Olivier GENTILHOMME Réf. : INERIS-DRA-15-149138-10562C Page 2 sur 41 PRÉAMBULE Le présent rapport a été établi sur la base des informations fournies à l'INERIS, des données (scientifiques ou techniques) disponibles et objectives et de la réglementation en vigueur. La responsabilité de l'INERIS ne pourra être engagée si les informations qui lui ont été communiquées sont incomplètes ou erronées. Les avis, recommandations, préconisations ou équivalent qui seraient portés par l’INERIS dans le cadre des prestations qui lui sont confiées, peuvent aider à la prise de décision. Étant donné la mission qui incombe à l'INERIS de par son décret de création, l'INERIS n'intervient pas dans la prise de décision proprement dite. La responsabilité de l'INERIS ne peut donc se substituer à celle du décideur. Le destinataire utilisera les résultats inclus dans le présent rapport intégralement ou sinon de manière objective. Son utilisation sous forme d'extraits ou de notes de synthèse sera faite sous la seule et entière responsabilité du destinataire. Il en est de même pour toute modification qui y serait apportée. L'INERIS dégage toute responsabilité pour chaque utilisation du rapport en dehors de la destination de la prestation. Réf. : INERIS-DRA-15-149138-10562C Page 3 sur 41 TABLE DES MATIÈRES 1 INTRODUCTION ................................................................................................. 5 1.1 Objet ............................................................................................................. 5 1.2 Champ d’application ..................................................................................... 5 1.3 Évaluation de la barrière de sécurité ............................................................ 6 1.4 Organisation du document ........................................................................... 6 2 PARTIE I - DESCRIPTION DE LA FIBRE OPTIQUE ......................................... 9 2.1 Principe de fonctionnement de la détection de variation de température par fibre optique ............................................................................................................ 9 2.2 Utilisation connue de la fibre optique comme dispositif de sécurité............ 11 2.3 Description des différents éléments du dispositif de détection par fibre optique .................................................................................................................. 12 2.4 Critères de dimensionnement du dispositif ................................................. 15 2.5 Essais réalises pour démontrer l’efficacité de la fo..................................... 20 2.5.1 Essais sur liquide froid ............................................................................ 20 2.5.2 Essais sur petite fuite confinée ............................................................... 20 2.5.3 Domaine d’utilisation de la fibre optique ................................................. 21 2.6 Retour d’expérience ................................................................................... 22 2.6.1 Retour d’expérience sur déclenchements ............................................... 22 2.6.2 Retour d’expérience sur diagnostic ......................................................... 22 3 PARTIE II – NIVEAU DE CONFIANCE (NC) .................................................... 23 3.1 Reconnaissance nc .................................................................................... 23 3.1.1 Moyens de tests et de diagnostic ............................................................ 23 3.1.2 Conclusion .............................................................................................. 25 3.2 Perspective pour une conformité sil ........................................................... 26 4 PARTIE III – GUIDE DE CONCEPTION, D’INSTALLATION, D’EXPLOITATION ET DE MAINTENANCE D’UN SYSTEME DE DETECTION PAR FIBRE OPTIQUE 27 4.1 Processus de dimensionnement d’un système de détection ...................... 27 4.2 Évaluation a posteriori du système ............................................................. 30 5 CONCLUSION .................................................................................................. 37 6 LISTE DES ANNEXES...................................................................................... 41 Réf. : INERIS-DRA-15-149138-10562C Page 5 sur 41 1 INTRODUCTION 1.1 OBJET L’objet de ce document est de fournir des éléments relatifs à la performance de la barrière de détection dont le premier élément est constitué d’une fibre optique. Ce sous-système « détection par fibre optique » est envisagé pour le cas d’une fuite accidentelle de produits dont la mise à l’atmosphère entraine une chute de température significative liée à l’évaporation instantanée d’une partie du rejet. Cela peut être le cas par exemple de l’ammoniac ou de la plupart des gaz liquéfiés sous pression. 1.2 CHAMP D’APPLICATION Ce dispositif de détection par fibre optique permet de détecter et localiser les fuites de produits dont la mise à l'atmosphère entraine une chute de température significative (ex. : ammoniac) sur les tuyauteries, les éléments associés (brides, vannes, pompes, …) et les capacités. Concernant l’ammoniac, cette technique de détection est réservée aux tuyauteries et équipements contenant de l’ammoniac liquide (sous pression et cryogénique) afin que la fibre optique puisse être refroidie lors de la détente et la vaporisation de l’ammoniac pendant son émission à l’atmosphère (température d’équilibre de l’ammoniac à pression atmosphérique : - 33°C). Le présent rapport se focalise sur la détection de fuite d’ammoniac liquide sur les tuyauteries. Le système pourrait être appliqué à d’autres fluides présentant les mêmes propriétés. La mise en œuvre pour la détection sur les capacités pourrait prendre des formes différentes. Un guide1 rédigé par la profession décrit le système de détection de fuite par fibre optique et propose des bonnes pratiques d’installation, d’utilisation et de maintenance de ce système. 1 Détection de fuites d’ammoniac liquide par fibre optique en milieu industriel : Description de la technologie et référentiel d’installation et d’utilisation, Edition février 2015 révision 3 Réf. : INERIS-DRA-15-149138-10562C Page 6 sur 41 1.3 ÉVALUATION DE LA BARRIÈRE DE SÉCURITÉ Il est important de rappeler que la détection par fibre optique n’est qu’une partie d’une barrière instrumentée de détection de fuite (cf. Figure suivante). Cette partie détection intègre un traitement complexe propre à sa fonction et qui nécessite une attention particulière. Cette barrière peut être valorisée comme MMRIS2 dans une EDD dès lors quelles respecte les exigences de la doctrine MMRI du 2 octobre 2013. Figure 1 : Éléments d’une barrière instrumentée de détection de fuite Ce guide traite de la performance (efficacité, temps de réponse et Niveau de Confiance) de ce moyen de détection. Il est nécessaire de prendre en compte la performance des autres parties pour pouvoir évaluer la barrière de sécurité dans sa globalité. 1.4 ORGANISATION DU DOCUMENT Ce document comporte quatre parties : • La première partie présente le principe de fonctionnement de la fibre optique, des utilisations connues et les éléments constitutifs d’un système de détection de fuite par mesure de température par fibre optique. Elle présente ensuite les critères de dimensionnement à prendre en compte pour la détection de fuite d’ammoniac ainsi que les tests qui ont été réalisés pour démontrer sa capacité à détecter une fuite. • Dans une deuxième partie, des informations sont fournies sur les exigences attendues en termes de niveau de confiance (au regard notamment de la note de doctrine MMRI du 2 octobre 2013) et ensuite sur les reconnaissances possibles en termes de niveau SIL. 2 MMRIS : Mesure de Maitrise de Risques Instrumentée de Sécurité Réf. : INERIS-DRA-15-149138-10562C Page 7 sur 41 • La troisième partie traite plus particulièrement de la conception, de l’installation, de l’exploitation et de la maintenance d’un tel dispositif ainsi que de l’évaluation de la performance du dispositif une fois que celui-ci est installé. Elle présente la liste des éléments à prendre en compte pour démontrer la performance de ce dispositif de sécurité sur site industriel. Un exemple est présenté en annexe pour illustrer cette démarche de démonstration. • La quatrième partie correspond aux annexes : o Annexe 1 : Principe de fonctionnement de la rétrodiffusion ; o Annexe 2 : Exemple de démonstration de la performance de ce dispositif de sécurité sur site industriel (dimensionnement pour un scénario donné). Réf. : INERIS-DRA-15-149138-10562C Page 9 sur 41 2 PARTIE I - DESCRIPTION DE LA FIBRE OPTIQUE Ce chapitre décrit les éléments constitutifs d’un système de détection de fuite par mesure de température par fibre optique ainsi que le principe de fonctionnement de la fibre optique. Il précise ensuite les tests qui ont été réalisés pour démontrer sa capacité à détecter une fuite. 2.1 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DE LA DÉTECTION DE VARIATION DE TEMPÉRATURE PAR FIBRE OPTIQUE Comme ce système est relativement nouveau pour la détection de fuite, le parti a été pris de le détailler assez finement. Ce système de détection est basé sur la réflectométrie optique temporelle. Cette technique consiste à injecter, de façon répétée, une impulsion de lumière monochromatique (de longueur d’onde λ0) dans une fibre optique et d’analyser la lumière rétrodiffusée par celle-ci. Cette lumière rétrodiffuse au fur et à mesure que l’impulsion chemine dans la fibre. Comme le montre la Figure 2, la lumière rétrodiffusée contient plusieurs composantes : l’une d’entre elles, appelée composante de Rayleigh, a la même longueur d’onde que l’impulsion de lumière alors que les autres, dites composantes de Raman ou de Brillouin, ont des longueurs d’onde différentes. Figure 2 : Composantes de la lumière rétrodiffusée dans une fibre optique Chacune de ces composantes a des propriétés distinctes : • composante de Rayleigh : l’amplitude de cette composante est fonction de la température et de la déformation subies par la fibre ; • composante de Raman : celle-ci se sépare en deux ondes (Stokes et Anti- Stokes). L’amplitude de l’onde Anti-Stokes de Raman est fortement dépendante de la température subie par la fibre alors que l’onde Stokes de Raman ne l’est pas ; • composante de Brillouin : celle-ci se sépare elle aussi en deux ondes Réf. : INERIS-DRA-15-149138-10562C Page 10 sur 41 (Stokes et Anti-Stokes). La fréquence de ces deux ondes dépend de la température et de la déformation subie par la fibre. En conséquence, la température « vue » par la fibre peut être déduite de l’analyse des propriétés de ces composantes uploads/Management/ dra-15-149138-10562c-guide-fo-vf.pdf