ATELIER SUR

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• ATELIER SUR
• LES GPL ET LE GNL
• MONTRÉAL
• JUIN 2008

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GPL / GNLTHÈME 1 LA SCIENCE DES GPL, (LE
PROPANE)

• Par
• Robert Reiss
• Environnement Canada
• Section des urgences environnementales
• Le 12 JUIN 2008

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PRÉSENTATION

• DIFFÉRENTS TERMES UTILISÉS
• PROPRIÉTÉS PHYSICOCHIMIQUES
• LES DIVERS PHÉNOMÈNES LIÉS AU PROPANE
• DIVERS SCÉNARIOS DACCIDENTS

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EXPLOSION 2 types

• Déflagration
• Détonation

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EXPLOSION DÉFLAGRATION

• Explosion de faible puissance caractérisée par
  des vitesses de quelques dizaines à quelques
  centaines de m/sec et des pressions jusquà
  quelques bars.
• Explosion non confinée (UVCE) à lair libre, sans
  obstacles
• Feu de nuage (Flash fire)
• Généralement obtenue lorsque la source
  dinflammation est de faible énergie la vitesse
  de propagation des flammes est subsonique
  (vitesse inférieure à la vitesse du son dans les
  gaz frais)

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EXPLOSION / DÉTONATION

• Forte puissance, déplacement supersonique du
  front de flamme
• Requiert pour son amorçage direct un apport
  dénergie important, la vitesse de propagation
  des flammes étant dans ce cas supersonique
  (vitesse supérieure à la vitesse du son dans les
  gaz frais) de lordre de 1000 à 2000 m/s.
• Explosion confinée (VCE ou CVCE) (int. dun
  réservoir ou dune tuyauterie, entre bâtiments)
• Peut aussi être un UVCE

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Modes de propagation de la flamme
300 km/h
1400 km/h
6500 km/h
1 ms
100 ms
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EFFETS DE RADIATION
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TERMES

• Feu de jet (Jet Fire)
• Rejet enflammé de GPL ou GNL ou de gaz naturel
  sous pression
• Rayonnement thermique
• Feu de nappe (Pool Fire)
• Pas tellement considéré pour le propane mais pour
  les gaz liquéfiés par réfrigération
• Rayonnement thermique
• Feu éclair (Flash Fire) Feu de nuage (Flash Fire)
• Inflammation dun nuage de vapeurs loin de la
  source
• La flamme parcoure le nuage jusquà la source
• Rayonnement thermique
• Faibles surpressions

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GAZ DE PÉTROLE LIQUÉFIÉ (GPL) PROPANE
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PROPANE

• Formule C3H8, ( CH3CH2CH3)

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Propane Propriétés physiques

• État gaz ou liquéfié sous pression (gaz sous
  pression)
• Gaz incolore et inodore (on ajoute éthylmercaptan
  pour odeur)
• Gaz asphyxiant, peu toxique
• Gaz inflammable plage 2,1 à 9,5
• Densité de vapeur 1.5 à 20º C (plus lourd que
  lair)
• Point débullition - 42ºC Point de congélation
  -187,8ºC
• Température auto inflammation 470º C
• Densité du liquide 0.51 - 058
• Transporté et entreposé sous forme liquide
• UN 1978 ou UN 1075 (gaz de pétrole liquéfié)
• CAS 74-98-6
• Masse volumique par gallon US de liquide _at_ 15,5º
  C 4,20 lb
• Masse volumique par gallon impérial de liquide _at_
  15,5º C 5,1

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Propane Propriétés physiques

• Gaz par gallon impérial _at_ 15,5º C 44 pi³
• Litres par tonne 1960
• Taux dévaporation (liquide à gaz) 2721
• Chaleur spécifique du liquide _at_ 15,5º C 0,590
  Btu/lb
• Chaleur spécifique du gaz _at_ 15,5º C 0,405
• Énergie globale par litre 25,5 MJ
• Pouvoir calorifique total après la vaporisation
• Btu par livre 21 548
• Indice doctane moteur (IOM) 97
• Taux maximum de propagation des flammes dans un
  tube de 1 po. 32 po./s
• 4,4 de gaz dans lair pour la température
  maximale de la flamme
• Température maximale de la flamme dans lair
  1979 º C

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COMPARAISON ENTRE DIVERS GAZ
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PHÉNOMÈNES LIÉS AU PROPANE

• Rejet diphasique
• Incendie
• Feu de jet (Jet Fire)
• Feu éclair (Flash Fire) moins probable pour
  propane
• Feu de nuage de vapeurs
• BLEVE
• Explosion dun nuage de vapeur

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COMPARAISON DU PROPANE AVEC DAUTRES GAZDomaine
dinflammabilité
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SCÉNARIOS DACCIDENT GPL
Evénement initiateur
Rejet Gazeux
BLEVE
Rejet liquide
Rejet diphasique
Etalement - Vaporisation
TRP
Dispersion atmosphérique
Feu de nuage
Boule de feu
Feu de jet
Feu de nappe
Explosion
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REJET DIPHASIQUE DE GPL
débit à la brèche
gaz aérosols
extension LIE
liquide au sol
NAPPE AU SOL fort improbable et de très courte
durée
zone 1 écoulement diphasique en conduite zone 2
zone de dépressurisation zone 3 dispersion
gaz aérosols zone 4 dispersion gaz
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FEU CHALUMEAU (JET FIRE)
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Feu de torche
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DISPERSION DU NUAGE DE PROPANE
Gaz lourd et incolore
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BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion

• Définitions
• Explosion (éclatement) dun contenant pressurisé
  chauffé
• Toute rupture (failure) catastrophique dun
  réservoir contenant un gaz liquéfié (Burk,
  Cunningham)
• Une rupture catastrophique dun réservoir dun
  gaz liquéfié suivi par une évaporation explosive
  (Reid)

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BLEVE

• Flamme augmente la pression et affaiblit le métal
  ou
• matériel au-dessus du niveau de liquide.

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BLEVE

• Les causes possibles
• Agression thermique (la plus fréquente)
• Impact mécanique
• Surremplissage et faiblesse du métal

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BLEVE 3 effets possibles

• Surpression
• Effets peu étudiés et modélisés en raison de
  limpact plus important des effets thermiques
• Effets thermiques toujours supérieurs sauf dans
  le cas de faibles taux de remplissage
• Radiation
• Boule de feu
• Durée très courte généralement moins de 20
  secondes, mais parfois peut durer près dune
  minute

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BLEVE

• 3. Projectiles
• La rupture dun réservoir produit un nombre
  limité de fragments, en général moins de 4 ou 5
  (Groupe de travail sectoriel GPL, France)
• Dans le cas de citernes mobiles, 85 des
  fragments sont projetés dans un rayon de 300 m
  (Groupe de travail sectoriel GPL, France)
• Les distances peuvent cependant atteindre 1500 m
• Provenant de cylindres
• Préférentiellement dans laxe du cylindre
• 2/3 des fragments dans laxe
• 1/3 perpendiculairement (daprès BIRK,
  répartition statistique)
• Provenant de réservoirs ronds
• Trajectoire aléatoire tout autour du réservoir

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Déraillement Londsdale, Ontario, Fév 2003
28
EXEMPLES BLEVE

• EXPLOSION 1_onde de choc.mpg
• birkpe.avi

29
Notre-Dame-du-Bon-Conseil, fév. 2005
30
Notre-Dame-du-Bon-Conseil
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MODÉLISATION du BLEVE

• Les effets thermiques et de surpression se
  modélisent à laide de divers logiciels
• Ex ALOHA, PHAST, SEVEX, EFFECTS et autres
• Les effets de fragmentation
• Pas de logiciel connu
• Des méthodes de calculs existent mais aucune ne
  semble adaptée à la physique du BLEVE
• La distance pourrait sestimer mais très
  difficilement le lieu dimpact du ou des
  projectiles
• Retenir que leffet doit être relativisé car il
  est ponctuel il se produit au point dimpact
  contrairement aux effets de surpression ou des
  effets thermiques ou toxiques

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Guide CRAIM 2007, Annexe 8
33
Guide CRAIM 2007, Annexe 8
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CAS

• Mexico, 1984
• Taiwan
• RandTankExplosionStyrene.wmv

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MEXICO, 1984
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CONCLUSION

• Peu daccidents majeurs avec le propane et GNL
• Ils surviennent surtout lors des opérations de
  transfert, de manutention
• Bris de boyaux, mauvaise connexion, bris de
  valves
• Ces pertes de gaz peuvent provoquer un incendie
• Dans ces exemples, le BLEVE sera possible
  seulement sil y a une flamme et quelle est
  directement dirigée sur les parois du réservoir,
  par exemple si la valve est sous le réservoir.
• Accidents plus rares
• Réservoir impliqué dans un incendie BLEVE
• Rupture de la valve de sûreté (ne peut pas
  provoquer un BLEVE, mais le gaz peut senflammer
  et former une torchère, effet de radiation
  thermique)
• Perforation mécanique
• Bris de soudure
• Surremplissage fuite par la valve de sûreté