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Modélisation des effets Modélisation des effets thermiques dus à un feu de ther

Modélisation des effets Modélisation des effets thermiques dus à un feu de thermiques dus à un feu de nappe d'hydrocarbures liquides nappe d'hydrocarbures liquides Septembre 2006 Septembre 2006 Groupe de Travail Dépôt de Liquides Inflammables- GTDLI version 01 Groupe de Travail Dépôt de Liquides Inflammables- GTDLI version 01 GTDLI - Modélisation des effets thermiques dus à un feu de nappe d'hydrocarbures liquides – SOMMAIRE 1. INTRODUCTION...............................................................................................................................3 2. OBJECTIFS.......................................................................................................................................3 3. CHAMPS D’APPLICATION :............................................................................................................3 4. GÉNÉRALITÉS.................................................................................................................................4 5. COMPARATIF DES MODÈLES........................................................................................................4 6. EVALUATION DU POUVOIR ÉMISSIF ........................................................................................7 6.1. Les différents modèles :............................................................................................................7 6.2. Comparaison des différents modèles :...................................................................................10 7. FACTEUR DE VUE.........................................................................................................................12 7.1. Facteur de vue cylindrique......................................................................................................12 7.2. Facteur de vue plan................................................................................................................14 7.3. Comparaison des facteurs de vue..........................................................................................15 7.4. Géométrie de la nappe en feu................................................................................................18 7.5. Paramètres de calcul..............................................................................................................18 8. TRANSMISSIVITÉ ATMOSPHÉRIQUE :........................................................................................21 8.1. définition..................................................................................................................................21 8.2. présentation des corrélations..................................................................................................21 9. PROPOSITION................................................................................................................................26 9.1. Définition de la proposition......................................................................................................26 9.2. Comparaison avec les autres modèles...................................................................................27 9.3. « Validation » expérimentale...................................................................................................28 10. NOMENCLATURE......................................................................................................................30 11. BIBLIOGRAPHIE :......................................................................................................................31 1. Rappel réglementaire..................................................................................................................33 2. Origine des formules et remarques.............................................................................................33 2 GTDLI - Modélisation des effets thermiques dus à un feu de nappe d'hydrocarbures liquides – 1. INTRODUCTION La détermination des distances d’effets associés aux flux thermiques émis par un feu de nappe de liquides inflammables est une modélisation complexe faisant intervenir de nombreux paramètres interdépendants. L’instruction technique de 1989 propose des formules simples pour déterminer les distances d’isolement associées à un feu de cuvette, aux seuils de 3 et 5 kW/m². Ces formules ne dépendent que d’un seul paramètre : « la longueur du côté d’un carré de même surface que la cuvette examinée » (cf annexe). 2. OBJECTIFS L’objet du présent document est de présenter les hypothèses et le modèle proposés par le Groupe de Travail sectoriel des Dépôts de Liquides Inflammables (GTDLI) auquel participe l’Administration, l’INERIS, Technip et la Profession, pour la détermination des distances d’effets associés à un feu de nappe de liquides inflammables. Les distances d’effets (pour les seuils réglementaires 3, 5 et 8 kW/m² 1) obtenues seront comparées sur la base de scénarios d'incendie représentatifs des dépôts de liquides inflammables, aux modèles développés par différents organismes experts (TNO, INERIS, UFIP, Technip…), ainsi qu’aux formules de l’IT 89. 3. CHAMPS D’APPLICATION : Cette note s’applique aux hydrocarbures liquides de catégories B et C. Les autres liquides inflammables seront traités dans des mémos complémentaires qui mettront en évidence les spécificités liées à ces produits. 1 Seuils prévus par l’Arrêté ministériel du 29 septembre 2005 relatif à l’évaluation et à la prise en compte de la probabilité d’occurrence, de la cinétique, de l’intensité des effets et de la gravité des conséquences des accidents potentiels dans les études de dangers des installations classées soumises à autorisation. 3 GTDLI - Modélisation des effets thermiques dus à un feu de nappe d'hydrocarbures liquides – 4. GÉNÉRALITÉS La formule générique du flux thermique émis par un feu de diamètre Deq et reçu par une cible située à r mètres du feu est : x F(r) x Γ(r) Avec - Pouvoir émissif de la flamme qui correspond à la puissance rayonnée par unité de surface de la flamme. - F(r) : Facteur de vue Facteur purement géométrique qui traduit l'énergie émise par un feu et reçue par une cible. - Γ(r) : Transmissivité atmosphérique Ce facteur permet d’intégrer l’influence de l’air sur le flux émis. En effet, une partie du flux est absorbée par l’air (plus particulièrement par l’eau et le CO2), entre le front de flamme et la cible. Ce facteur est indépendant de la surface en feu et du produit mis en jeu. 5. COMPARATIF DES MODÈLES Depuis la parution de l’Instruction Technique de 1989 qui propose des formules pour la détermination des distances d’isolement, des programmes d’études relatifs à la modélisation des flux thermiques menés par des ingénieries ou des industriels ont abouti à la création de logiciels qui intègrent plus de paramètres que les formules de l’Instruction Technique. Une approche comparative des distances d’effets calculées par ces logiciels permet d’avoir une meilleure lisibilité concernant l’homogénéité ou l’hétérogénéité des distances d’effets calculées. Les modèles (ou codes de calculs) présentés dans ce comparatif sont : le logiciel PHAST (version 6.4.2) de DNV, le logiciel FNAP de l’INERIS, le logiciel FRED de Shell, l’outil développé par Technip, le code exposé dans le "Guide bleu" de l’UFIP, le code exposé dans le Yellow Book du TNO, le modèle 3D, FDS proposé par Technip, et les formules de l’Instruction Technique de 1989 (IT-89). Le scénario qui a servi de base à ce comparatif est un feu de cuvette d’essence, de 2400 m² de forme rectangulaire (37 x 65 mètres), dans laquelle se trouvent 2 bacs de 16 m de diamètre. Les modélisations ont été réalisées avec les hypothèses propres à chaque logiciel. Pour les logiciels FRED et PHAST, aucune recommandation concernant la prise en compte ou non des surfaces des bacs pour définir la surface en feu de la cuvette n’est précisée. De ce fait, pour ces logiciels, deux modélisations ont été réalisées. 4 GTDLI - Modélisation des effets thermiques dus à un feu de nappe d'hydrocarbures liquides – Hypothèses Distance d’effet Diamètre équivalent Surface Pouvoir émissif Facteur de vue Transmissivité atmosphérique d (8kW/m²) d (5kW/m²) (3kW/m²) IT 89 Cf annexe Brute 30 kW/m² Cf annexe Lannoy 57 72 93 UFIP 4S/P Nette Mudan and Croce cylindrique 5m/s Bagster 20 37 57 Technip 4S/P Nette 30 kW/m² plan sans vent Non prise en compte 41 60 84 TNO 4S/P ??? Mudan and Croce cylindrique sans vent Bagster 25 40 59 INERIS 4S/P Brute Mudan and Croce plan sans vent Brzustowski and Sommer 17 35 56 Phast 1 4S/P Brute Mudan and Croce cylindrique 5m/s Bagster 29 49 66 Phast 2 4S/P Nette Mudan and Croce cylindrique 5m/s Bagster 24 41 55 FRED 1 4S/P Brute Mudan and Croce cylindrique 5m/s Wayne 33 53 73 FRED 2 4S/P Nette Mudan and Croce cylindrique 5m/s Wayne 27 45 62 Flamme claire flamme sombre - - - - 25 40 59 FDS avec bac - Brute - - - 38 50 63 FDS sans bac - Nette - - - 31 41 51 Remarque : - la surface brute correspond à la surface de la cuvette sans soustraire la surface des bacs. - la surface nette correspond à la surface de la cuvette à laquelle on soustrait la surface des bacs. 5 GTDLI - Modélisation des effets thermiques dus à un feu de nappe d'hydrocarbures liquides – Feu de cuvette d'essence (2400m²) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 IT 89 technip UFIP TNO INERIS P has t 1 P has t 2 FRED 1 FRED 2 Flamme claire flamme s o mbre FDS sans bac FDS avec bac distance d'effet (m) d (8kW/m²) d (5kW/m²) d(3kW/m²) Constats : Les diagrammes ci-avant montrent que : les résultats sont hétérogènes. les résultats obtenus par les formules de l'IT 89 sont nettement supérieurs à tous les autres modèles. les résultats obtenus par les modèles UFIP, INERIS, Phast 2, Fred 2, TNO, le modèle « flamme claire – flamme sombre » sont du même ordre de grandeur. Remarque : Le modèle de Technip conduit à des distances supérieures à tous les autres modèles (excepté l’IT-89). Ceci est probablement dû au fait que Technip est le seul à ne pas tenir compte de l’absorption d’une partie du flux par l’air (coefficient d’atténuation atmosphérique). BILAN : Les différents constats établis suite aux comparatifs des modèles montrent la nécessité : - d'analyser les formules de l’IT-89 afin de comprendre comment elles ont été établies dans les années 80, et plus particulièrement quelles hypothèses ont été prises en compte (Cf. annexe). - d’étudier, via une étude bibliographique, chacun des paramètres qui permettent de déterminer le flux reçu par une « cible » à une certaine distance du front de flamme, à savoir :  le pouvoir émissif  le facteur de vue  la transmissivité de l’air Cette étude bibliographique sert de base de réflexion pour la sélection des corrélations et des hypothèses qui permettent de quantifier le flux thermique émis par un feu de nappe à une distance donnée. 6 GTDLI - Modélisation des effets thermiques dus à un feu de nappe d'hydrocarbures liquides – 6. EVALUATION DU POUVOIR ÉMISSIF  6.1. Les différents modèles : Il existe plusieurs modèles pour calculer le pouvoir émissif d’une flamme.  TNO / Yellow Book (1992) : avec : max : pouvoir émissif d’une flamme sans fumées noires soot : pouvoir émissif des fumées (20 000 W/m2 pour T= 800K) = 0.80 : pourcentage du flux absorbé par les fumées noires avec : FR : fraction radiative (FR varie entre 0,1 et 0,4 selon le produit) (-) Hc : Chaleur de combustion du produit (J/kg) m" : Débit massique de combustion par unité de surface en feu (kg/m²/s) Ce modèle intègre des paramètres qui caractérisent : - la géométrie du feu : hauteur et surface de flamme, - la nature du feu : type de produit. La fraction radiative, qui varie entre 0,1 uploads/Marketing/ text4554-02.pdf