Gayla Broostin et Greg V. Seefeldt, Zeeco Inc. (États-Unis), décrivent les obstacles à lever pour augmenter le débit des chargements de liquides dans les terminaux maritimes.
La demande prévue de chargement maritime exigera que la capacité des systèmes de contrôle des vapeurs marines (MVCS) soit augmentée au-delà de ce qui est actuellement disponible dans de nombreuses installations. La mise à niveau, l'optimisation ou l'expansion des systèmes existants ou l'installation de MVCS portables pour répondre à des pics de demande temporaires pourraient être nécessaires.
Le débit de chargement liquide qu'une installation de terminal maritime peut fournir dépend non seulement de la capacité à pomper le liquide des réservoirs aux navires, mais aussi de la capacité et de la fiabilité du système de contrôle des vapeurs. La conception et l'exploitation du système MVCS peuvent être complexes en raison des exigences strictes en matière d'émissions et de sécurité qui doivent être respectées. Les modifications apportées à ces exigences, ainsi que la demande accrue de transport maritime de pétrole brut et d'autres cargaisons, ont rendu la conception et l'exploitation des systèmes encore plus complexes (figure 1). Dans l'environnement opérationnel actuel, les terminaux plus anciens, voire déclassés, sont mis à contribution. De nombreux propriétaires et opérateurs s'efforcent de répondre à des demandes variées et parfois même contradictoires. Quelles sont donc les meilleures stratégies pour améliorer la fiabilité, respecter les réglementations actuelles en matière d'émissions et augmenter la capacité des MVCS par le biais de rénovations, de mises à niveau, de location d'équipements et d'entretien ?
Objectif du système et exigences réglementaires
Figure 1. Système typique de combustion de vapeur marine en fonctionnement sur la côte américaine du Golfe du Mexique.
Le contrôle des vapeurs pour les chargements d'hydrocarbures liquides marins et autres a vu le jour en raison de préoccupations environnementales. Aux États-Unis, l'Agence de protection de l'environnement (EPA) et les conseils de la qualité de l'air des États déterminent les exigences exactes en matière d'émissions qui doivent être respectées, et la Garde côtière américaine (USCG) réglemente les aspects de sécurité du contrôle des vapeurs marines. Les exigences en matière d'émissions et de sécurité sont devenues plus restrictives au cours des dernières années, comme celles de l'USCG, qui ont fait l'objet d'une révision importante en 2013. Les nouvelles exigences en matière d'émissions comprennent une efficacité accrue de destruction des composés organiques volatils (COV) et la réduction des niveaux d'oxyde d'azote (NOX) des unités de combustion. Lorsqu'on cherche à remettre en service de vieilles installations ou à améliorer la capacité d'installations existantes, les nouvelles réglementations sont susceptibles d'avoir un impact sur une variété de décisions relatives aux équipements.
Stratégies d'amélioration de la performance des systèmes existants
Les composants clés de tous les MVCS comprennent des dispositifs anti-détonation, des analyseurs d'oxygène, des souffleurs et des unités de récupération et de combustion. Depuis que le contrôle des vapeurs marines a été mis en œuvre à grande échelle dans les années 1980, on a beaucoup appris sur les meilleures pratiques d'entretien et de fonctionnement de ces composants, ainsi que sur les améliorations de contrôle et de fonctionnement qui peuvent être apportées pour augmenter la fiabilité et la capacité du système (figure 2).
Le principal dispositif de sécurité de tous les systèmes de contrôle des vapeurs est le dispositif anti-détonation. Malheureusement, c'est aussi le principal problème d'entretien de la plupart des systèmes. Les nombreux petits passages dans l'élément du pare-détonation ont tendance à recueillir des particules qui limitent le flux de vapeur. Ces particules sont le plus souvent de la rouille provenant de la tuyauterie de vapeur de la cuve ou de l'installation, mais il peut également s'agir de composés qui ont précipité hors du flux de vapeur. En raison des exigences strictes de conception de ces unités, les boîtiers sont très grands, et le retrait et le nettoyage des internes peuvent être difficiles et prendre du temps. Il existe plusieurs stratégies pour limiter les temps d'arrêt et les restrictions de capacité dus à l'obstruction des parafoudres. Des nettoyages et des inspections réguliers par des techniciens expérimentés en contrôle de la vapeur aideront à déterminer le meilleur plan d'action.
Au fil du temps, les particules qui ne peuvent pas être éliminées par un nettoyage de routine peuvent s'accumuler profondément dans l'élément du parafoudre, ce qui entraîne une augmentation de la chute de pression et une restriction de la capacité. Des méthodes de nettoyage plus poussées ou le remplacement de l'élément de protection sont alors nécessaires.
D'autres stratégies permettent de réduire les temps d'arrêt dus à l'obturation des parafoudres :
- Installation de pré-filtres en amont des équipements de sécurité du quai du système pour capturer la rouille provenant du navire en cours de chargement.
- Installation de deux dispositifs anti-détonation en parallèle pour fournir une zone d'écoulement supplémentaire ou une commutation en ligne entre les unités lorsque l'une d'entre elles est bouchée.
- Stockage sur place d'éléments de rechange et/ou de parafoudres complets.
La purge du collecteur de vapeurs avec du gaz naturel, du propane ou de l'azote après chaque opération de chargement peut également empêcher le colmatage des composants du système tels que les brûleurs et les dispositifs anti-détonation. La purge élimine l'humidité et empêche les hydrocarbures lourds contenus dans la vapeur de se condenser à l'intérieur du collecteur de vapeur entre les opérations de chargement.
Bien que les analyseurs d'oxygène n'affectent pas la capacité du système, ils sont nécessaires à son fonctionnement et leur dysfonctionnement peut entraîner des temps d'arrêt coûteux. Les applications de contrôle des vapeurs marines peuvent utiliser avec succès plusieurs technologies d'analyse, dont certaines sont utilisées depuis de nombreuses années et d'autres n'ont vu le jour que récemment. Le choix d'un bon analyseur doit tenir compte à la fois des conditions de fonctionnement et des capacités de maintenance de l'installation. Les systèmes d'analyseurs sont complexes et ne doivent être entretenus et réglés que par un personnel hautement qualifié. Les installations qui ne disposent pas de techniciens spécialisés dans les analyses doivent envisager des types d'analyseurs qui nécessitent un réglage minimal ou envisager de faire entretenir régulièrement les analyseurs par un technicien expert. La fiabilité des systèmes d'analyseurs d'oxygène existants peut être améliorée en purgeant les analyseurs et leur système d'échantillonnage associé avec de l'azote après chaque utilisation afin d'éliminer l'humidité et les contaminants.
primaire et souffleurs de secours.
Un ventilateur est utilisé dans la plupart des systèmes de contrôle des vapeurs pour déplacer les vapeurs depuis le quai jusqu'au dispositif de contrôle final. La capacité et la fiabilité du souffleur sont essentielles au fonctionnement du système. C'est pourquoi il est recommandé d'installer plusieurs souffleurs de vapeur. Des souffleurs supplémentaires permettront au système de fonctionner à pleine capacité ou à capacité partielle en cas de panne. L'ajout d'un souffleur de secours est recommandé pour les systèmes à un seul souffleur. De même, si la capacité du système est limitée en raison d'une perte de charge élevée, il faut envisager le remplacement ou l'ajout d'un souffleur (figure 3).
Un contrôle inadéquat de la pression est un problème courant dans les systèmes de contrôle des vapeurs, qui se traduit par un fonctionnement inefficace et des arrêts intempestifs. Le contrôle de la pression est généralement une fonction automatisée réalisée par une ou plusieurs boucles de contrôle. Il est essentiel que ces boucles de régulation soient correctement configurées et réglées. Les systèmes plus anciens peuvent également présenter des problèmes de contrôle de la pression en raison de l'âge et de l'état des composants et peuvent nécessiter une mise à niveau du système de contrôle ou du matériel. Si les alarmes de pression et les arrêts sont un problème, consultez un spécialiste expérimenté du contrôle des vapeurs pour évaluer le système et faire des recommandations pour améliorer le contrôle de la pression.
L'injection de gaz d'enrichissement est utilisée dans la plupart des systèmes de combustion de vapeurs. Comme pour le contrôle de la pression, la configuration et le réglage adéquats du contrôle de l'enrichissement sont essentiels au bon fonctionnement du système. Le réglage et la configuration appropriés de la commande d'enrichissement doivent tenir compte du processus d'enrichissement, de son évolution au cours d'une opération et de son incidence sur l'équipement en aval. Une mauvaise configuration de la commande d'enrichissement peut entraîner des arrêts intempestifs, une perte de capacité, une consommation inutile de gaz d'enrichissement et une surchauffe de l'unité de combustion, ce qui entraîne des émissions élevées.
Les pilotes des unités de combustion à vapeur constituent un point de défaillance courant lors du démarrage du système. Cela est souvent dû à l'obturation de l'orifice d'écoulement du combustible ou à un court-circuit du système d'allumage par étincelle en raison de l'humidité dans la tige de l'allumeur. Une inspection et un nettoyage de routine des pilotes peuvent réduire ces problèmes de démarrage. De plus, le stockage d'une veilleuse de rechange qui peut être remplacée par une veilleuse défectueuse permet de gagner un temps précieux au démarrage.
Comme les systèmes de contrôle des vapeurs ne fonctionnent que pendant les opérations de chargement, ils peuvent rester inutilisés pendant de longues périodes. Une période d'inutilisation prolongée peut rapidement entraîner la détérioration des composants du système. Il est fortement recommandé de mettre en marche et de faire fonctionner brièvement un système de contrôle des vapeurs au moins une fois par mois. Cela permettra de découvrir et de résoudre tout problème avant de commencer une opération de chargement.
De nombreux propriétaires de systèmes font appel aux services de tiers spécialisés dans le contrôle des vapeurs pour la maintenance préventive annuelle ou trimestrielle de leurs systèmes. Un spécialiste de la maintenance du contrôle des vapeurs peut identifier efficacement les problèmes potentiels et les résoudre avant que le système ne s'arrête.
Recommissioning des systèmes inactifs
Si un système de contrôle des vapeurs doit être remis en service après être resté inutilisé, l'étendue des travaux peut aller au-delà de la remise à neuf des composants existants pour les remettre en état de fonctionnement. Des modifications requises pour se conformer aux réglementations en vigueur peuvent également être nécessaires. L'ajout d'un système de contrôle de la température aux unités de combustion, la mise à niveau des vannes pour qu'elles soient de type coupe-feu, et l'ajustement ou le remplacement des soupapes de sûreté sont quelques-uns des changements qui sont généralement nécessaires pour mettre les anciens systèmes en conformité. La détermination de l'étendue des travaux de remise en service d'un système à l'arrêt doit être effectuée par du personnel connaissant bien les exigences applicables en matière de sécurité et d'émissions.
Augmenter la capacité de traitement des vapeurs
La capacité de traitement des vapeurs d'un système dépend à la fois du dimensionnement de la tuyauterie et de la capacité du dispositif de contrôle final à récupérer ou à détruire les hydrocarbures présents dans le flux de vapeur. Ces deux facteurs doivent être évalués dans le cadre d'un effort visant à augmenter la capacité globale du système (figure 4).
Figure 4. Unité de combustion à vapeur existante faisant l'objet d'une rénovation pour améliorer sa capacité et ses performances.
Si la capacité nominale de traitement des vapeurs d'un système existant ne peut être atteinte en fonctionnement réel, il faut alors procéder à une évaluation du système complet. Une telle évaluation peut déterminer si des modifications de la tuyauterie ou des composants permettraient d'augmenter les débits de vapeur. Ces modifications peuvent comprendre le remplacement des dispositifs anti-détonation par des unités plus grandes ou à plus faible chute de pression ou l'augmentation de la taille des conduites de vapeur.
Si la chute de pression ne peut pas être réduite par des modifications de la tuyauterie ou des composants, il faut envisager l'installation d'un ventilateur plus puissant. Si les modifications apportées au système de tuyauterie ou à la puissance du ventilateur entraînent des débits de vapeur plus élevés que ceux pour lesquels le dispositif de contrôle final a été conçu, il faut alors l'évaluer pour déterminer l'effet de ce changement sur son fonctionnement. Les systèmes de contrôle des vapeurs à faible émission peuvent être plus sensibles aux changements de débit de vapeur, et il faut tenir compte à la fois de leur capacité et de leur aptitude à maintenir les niveaux d'émission requis.
Si une augmentation temporaire de la capacité de traitement des vapeurs est nécessaire ou si une installation permanente n'est pas disponible, l'équipement de contrôle des vapeurs est disponible en location à court ou à long terme. Un système de location peut être un système complet comprenant à la fois des équipements de sécurité des quais et de combustion des vapeurs, ou un système partiel qui peut être couplé à un équipement permanent sur site (figure 5).
Figure 5. Zeeco unité portable de combustion des vapeurs utilisée lors de la maintenance d'une unité de récupération des vapeurs.
Il est recommandé de planifier à l'avance la mise en œuvre de l'équipement de location. Il peut s'agir d'ajouter un té de tuyau dans le collecteur de vapeur existant pour simplifier le raccordement de l'équipement de location ou de faire certifier le site pour l'utilisation de l'équipement de location. Aux États-Unis, par exemple, une installation doit être certifiée pour l'utilisation d'un équipement de location ou d'un équipement portable de contrôle des vapeurs marines par une entité de certification autorisée.
Autres considérations
En plus des stratégies liées à l'équipement détaillées dans cet article, la formation adéquate du personnel qui exploite et entretient les systèmes de contrôle des vapeurs est d'une grande importance. Les opérateurs doivent connaître les exigences réglementaires applicables en matière d'émissions et de sécurité ainsi que les exigences opérationnelles. Les opérateurs qui comprennent la cause et l'effet des réglages du système de contrôle des vapeurs peuvent optimiser efficacement le fonctionnement du système et augmenter le temps de fonctionnement du système en évitant les arrêts intempestifs. De nombreux fabricants de systèmes de contrôle des vapeurs et consultants peuvent fournir une formation sur les aspects opérationnels et réglementaires des systèmes de contrôle des vapeurs.
Aux États-Unis, la certification des MVCS par une tierce partie autorisée, appelée entité de certification (EC), est requise. Le développement d'une relation et d'un dialogue ouvert avec une CE expérimentée ou la collaboration avec une entreprise de contrôle des vapeurs qui comprend et facilite le processus de certification permettra d'éviter les retards dus aux problèmes de certification.
Conclusion
Le contrôle des vapeurs marines présente plusieurs défis uniques qui doivent être gérés efficacement afin d'optimiser les performances, de fonctionner en toute sécurité et de rester en conformité avec les réglementations en constante évolution.
Les objectifs du contrôle des vapeurs sont de collecter de manière sûre et efficace les vapeurs générées dans les applications de chargement et de minimiser les polluants qui sont évacués dans l'atmosphère. La mise en œuvre des stratégies décrites dans cet article aidera les propriétaires et les exploitants qui cherchent à améliorer leurs opérations actuelles, à remettre en service une opération précédemment mise en veilleuse ou à ajouter une nouvelle capacité à une opération existante.
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