Les joints liquides sont un équipement courant dans les systèmes de torsion de procédé, permettant de séparer un système de gaz (ou de vapeur) en sections amont et en aval. Ils sont utilisés pour :
- maintenir une pression positive dans le collecteur
- Prévenir les retours de flamme en agissant comme un para-flammes
- Maintenir les collecteurs de brasée séparés lors d’applications par étapes
En utilisant un liquide — souvent de l’eau ou un mélange glycol/eau — les joints liquides offrent une protection fiable lors des opérations de torche.
Cependant, dans certaines conditions, les joints liquides font face à un défi crucial : le séchage au cheveux. Lorsque des événements de secours d’urgence génèrent des vitesses élevées du gaz, le liquide à l’intérieur du joint peut devenir entraîné et se décharger à travers la pointe de l’évaseur. Ce sèche-cheveux à joint liquide peut déclencher des problèmes opérationnels et de sécurité.
Qu’est-ce que le brushing au scellement liquide ?
Un événement de séchage au sèche-cheveux se produit lorsque la vitesse du gaz est suffisamment élevée pour entraîner le liquide hors du tambour. Cela peut entraîner :
- Des pilotes éteints ou des flammes principales
- Un fluide d’étanchéité contaminé qui tombe de la cheminée
- Des pics de pression dans le collecteur de torche à mesure que la densité du fluide augmente dans la cheminée
Le débit de gaz auquel cela se produit est appelé le débit de sèchement par brushing, défini tôt dans le processus de conception. Pour certains flares, le taux de séchage est supérieur au taux de soulagement maximal, rendant le séchage impossible pour ce système.
Cependant, de nombreux établissements ont des taux de conception d’urgence si élevés que l’interdiction totale du séchage au sèche-cheveux est impraticable. Dans ces cas, les opérateurs doivent prendre en compte les conséquences potentielles de l’entraînement liquide.
CFD Insights : Pics de pression inattendus
John Zink a mené une étude de dynamique des fluides computationnelle (CFD) pour mieux comprendre la dynamique du brushing dans un système de torche à basse pression.
L’analyse a révélé que lors d’un événement de séchage par blow-dry, la pression statique à l’entrée a grimpé à environ 47 psi — bien plus élevée que prévu pour un système à basse pression. Bien que cette pression élevée n’ait duré que brièvement, elle représentait néanmoins des risques potentiels pour les équipements en amont et la sécurité globale des installations.
Ces résultats soulignent l’importance d’évaluer le comportement des joints liquides lors des événements de secours d’urgence et d’envisager des stratégies de conception pour atténuer les risques de contre-pression.
Une méthode simplifiée pour l’estimation de la pression
L’analyse de l’écoulement biphasé lors du séchage au sèche-cheveux est complexe et nécessite généralement des logiciels spécialisés et une expertise. Pour soutenir les opérateurs et concepteurs, John Zink a développé une méthode analytique simplifiée pour estimer le pic de pression.
- La méthode a été calibrée à l’aide des résultats CFD.
- Il fournit un outil de dépistage pratique pour estimer la contre-pression potentielle.
- Cela permet une évaluation précoce du risque système sans modélisation à l’échelle réelle.
Petite précision importante : cette approche simplifiée a été validée par rapport à un nombre limité de simulations CFD, et sa précision pour d’autres applications est inconnue. Il faut le considérer comme une méthode de dépistage, et non comme un remplacement d’une analyse détaillée.
Solutions éprouvées de John Zink pour atténuer le séchage au sèche-cheveux
Si le séchage au cheveux est un problème, John Zink propose des conceptions d’étanchéité liquide conçue qui peuvent éviter ou atténuer l’entraînement des liquides et réduire l’ampleur de la contre-pression.
1. Scellement liquide horizontal
Un récipient autonome qui remplit les mêmes fonctions protectrices qu’un joint vertical mais avec une séparation accrue des liquides. Son orientation horizontale offre une capacité d’arrêt inhérente, réduisant le risque de transfert de liquide lors d’événements de haut relief.
2. Joint liquide à vidage rapide – Style 1 (tuyau d’évacuation externe)
Ce design utilise un tuyau d’évacuation externe et une ligne d’égalisation. Lors d’un événement de relèvement élevé, une vanne s’ouvre pour détourner le liquide vers un réservoir inférieur, le retirant ainsi du chemin du gaz. Une fois l’événement terminé, le liquide est rétabli pour rétablir le sceau.
3. Joint liquide à vidage rapide – Style 2 (tuyau d’évacuation interne)
Ici, une chambre inférieure pressurisée sert de réservoir. Au début d’un événement de haut relief, la chambre est ventilée, permettant au liquide de s’écouler du joint. Ensuite, une repressurisation avec de l’azote ou du gaz combustible restaure rapidement l’étanchéité du liquide.
Les deux configurations de vidage rapide peuvent généralement vider le joint en 10 à 20 secondes, réduisant ainsi le risque d’entraînement. Le Style 2 offre l’avantage supplémentaire d’une repressurisation rapide, permettant un rétablissement plus rapide du joint après l’évasement.
L’analyse CFD de plus sûres flares through Better Design
a montré que le brushing à joint liquide peut produire des contre-pressions bien supérieures à ce que de nombreuses installations attendent, jusqu’à environ 47 psig dans l’étude. Bien que brèves, ces pics peuvent présenter des risques que les opérateurs ne devraient pas ignorer.
La méthode analytique simplifiée de John Zink offre un moyen pratique de dépister les risques potentiels de séchage au sèche-cheveux, bien que sa précision en dehors des cas étudiés reste incertaine. Pour les installations où les taux élevés de soulagement d’urgence sont préoccupants, les solutions d’étanchéité liquide conçues par conçu, telles que les conceptions horizontales et les systèmes de décharge rapide, offrent des moyens éprouvés pour atténuer l’entraînement et diminuer la montée de pression.
S’associer à John Zink aide les opérateurs à obtenir une exploitation de flare plus sûre, une réduction du risque de séchage au sèche-cheveux et une plus grande fiabilité dans leurs systèmes de flare.
