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I'll now create a comprehensive expanded article based on the research gathered and my knowledge of chemical process safety and equipment design.

La conception de l'équipement chimique de contrôle des processus exige une attention accrue à la sécurité et à la fiabilité pour prévenir les accidents catastrophiques, protéger le personnel et l'environnement et assurer un fonctionnement continu et efficace. Au cours des dernières années, les problèmes de sécurité dans les usines chimiques ont gagné en importance en raison du nombre important d'accidents signalés qui ont causé des blessures, des décès et des dommages matériels, car les usines chimiques sont chargées de manipuler des procédés dangereux et des dangers pour la sécurité au travail.

Comprendre l'importance de la sûreté et de la fiabilité dans les équipements de procédés chimiques

L'industrie de la transformation chimique fonctionne dans des conditions par nature dangereuses, notamment en ce qui concerne les matières inflammables, les substances toxiques, les pressions élevées, les températures extrêmes et les produits chimiques réactifs.

La sécurité et la fiabilité ne sont pas seulement des questions de conformité réglementaire, mais des impératifs opérationnels fondamentaux. Les accidents portent atteinte à la réputation de l'entreprise, entraînent des pertes financières importantes, entraînent des pénalités réglementaires, causent des arrêts de production et, surtout, nuisent aux personnes et aux collectivités. La fiabilité est la capacité des composants, de l'équipement, des produits et des systèmes à remplir les fonctions requises pendant les périodes de temps souhaitées, sans défaillance.

Principes fondamentaux de sécurité dans la conception des équipements chimiques

Les principes de sécurité dans la conception des équipements chimiques englobent une approche systématique pour identifier, évaluer et maîtriser les dangers tout au long du cycle de vie des équipements.

Philosophie de conception intrinsèquement plus sûre

La conception de la sécurité inhérente est définie comme une approche de gestion des risques qui vise à éliminer les risques dans les processus chimiques plutôt que de simplement contrôler ou minimiser leurs impacts, englobant des stratégies telles que la minimisation, la substitution, la modération, la simplification et la limitation des effets pour améliorer la sécurité dès la conception. La sécurité inhérente ne vise pas à contrôler les risques, mais plutôt à les éliminer ou à réduire leur potentiel de causer des dommages sans recourir à des barrières de sécurité supplémentaires ou procédurales, qui peuvent être une stratégie de gestion des risques très efficace en utilisant les propriétés matérielles sous-jacentes et la chimie et la physique des processus.

Les quatre principes fondamentaux de la conception intrinsèquement plus sûre constituent un cadre pour réduire les risques liés aux procédés :

Minimisation (Intensification):[ Ce principe met l'accent sur la réduction de l'utilisation de matières dangereuses, qui peut consister à remplacer des produits chimiques dangereux par des solutions de remplacement moins nocives ou à réduire au minimum la quantité de substances dangereuses impliquées dans un processus, à réduire considérablement le risque d'accidents et d'exposition.

Substitution:[ Remplacer les matières dangereuses par des solutions de remplacement plus sûres, dans la mesure du possible, par l'utilisation de solvants moins toxiques, de matériaux à faible pression de vapeur ou de substances non inflammables.Dans les infrastructures pétrolières et gazières traditionnelles, remplacer un produit chimique par une solution de remplacement relativement plus sûre.

Modération (Atténuation):[ Lorsque les dangers ne peuvent être éliminés ou remplacés, la modération consiste à contrôler la gravité des risques potentiels, ce qui peut comprendre la conception de processus qui fonctionnent à des températures ou pressions plus basses pour réduire les risques de défaillance catastrophique, ou l'utilisation de petites quantités de substances dangereuses ou la conception de systèmes de confinement plus robustes.

Simplification: Simplifier les systèmes et les processus peut réduire le risque d'erreurs, de mauvaise communication et de dysfonctionnement, en prônant l'utilisation de systèmes simples et faciles à entretenir qui sont moins sujets à la défaillance, car la complexité augmente souvent la probabilité d'erreurs humaines ou de dysfonctionnement de l'équipement.

Identification des risques et évaluation des risques

L'identification complète des dangers constitue la base de toutes les mesures de sécurité subséquentes. Il existe de nombreuses méthodes pour identifier systématiquement les dangers potentiels dans les équipements de procédés chimiques :

Études de danger et d'opérabilité (HAZOP) :[ Cette approche structurée et basée sur l'équipe examine systématiquement chaque partie d'un processus pour identifier les écarts potentiels par rapport à l'intention de la conception.L'utilisation de mots-guides comme « plus », « moins », « non », « inverse » et « autre que », l'équipe explore comment les écarts dans des paramètres tels que le débit, la température, la pression et la composition pourraient conduire à des situations dangereuses.

Analyse des modes et effets d'échec (FMEA): FMEA évalue systématiquement les modes de défaillance potentiels des composants d'équipement et leurs effets sur la performance et la sécurité du système.Cette approche ascendante examine comment les défaillances individuelles des composants pourraient se propager à travers le système, aidant les concepteurs à comprendre les chemins critiques de défaillance et à prioriser les améliorations de fiabilité.

What-If Analysis:[ Cette technique de remue-méninges consiste à poser des questions sur les scénarios d'accident potentiels.Bien que moins structuré que HAZOP, elle peut être effectuée plus tôt dans le processus de conception et est utile pour identifier les dangers majeurs et élaborer des mesures de protection préliminaires.

Évaluation quantitative des risques (AQR) :[ L'AQR utilise des méthodes numériques pour estimer la probabilité et les conséquences d'accidents potentiels.Les données de haute qualité appuient l'évaluation quantitative des risques.

Couches d'analyse de protection

Pour mettre en oeuvre des stratégies de sécurité des procédés, il faut une série de couches de protection pour réduire le risque d'une opération en raison de dangers identifiés, avec des couches de protection, y compris les caractéristiques physiques d'une installation et les éléments d'intervention humaine qui éliminent, préviennent, réduisent ou atténuent le risque d'événements dangereux, prenant de nombreuses formes, dont l'équipement physique, les systèmes de contrôle des processus et les dispositifs de sécurité, ainsi que les processus de fonctionnement et de gestion.

Les couches de protection, souvent visualisées comme un «modèle d'oignon», comprennent:

  • Conception du procédé :[ Caractéristiques intrinsèquement plus sûres qui éliminent ou minimisent les dangers
  • Systèmes de contrôle de base des processus:[ Systèmes d'instrumentation et de contrôle normaux qui maintiennent des conditions de fonctionnement sûres
  • Alertes critiques et intervention de l'opérateur:[ Alertes qui informent les opérateurs de conditions anormales nécessitant des mesures correctives
  • Systèmes instrumentés de sécurité:[ Systèmes automatisés conçus pour mettre le processus en état de sécurité lorsque des conditions dangereuses sont détectées
  • Protection physique:[ Dispositifs de secours, systèmes de confinement et barrières qui empêchent ou atténuent les rejets
  • Réponse d'urgence:[ Procédures et équipement pour réagir aux incidents qui surmontent d'autres couches de protection

Les domaines clés améliorés dans la conception moderne comprennent la conception intrinsèquement plus sûre, spécialement pour la conception d'opérations de l'unité intrinsèquement plus sûres et les systèmes de sécurité instrumentés et la couche d'analyse de protection.

Mécanismes de conception de sécurité en cas d'échec

La conception sécuritaire garantit que, lorsque l'équipement ou les systèmes de contrôle échouent, ils ne sont pas en état de sécurité et ne créent pas de risques ou n'exacerbent pas les risques.

Vannes fermées par défaut contre vannes ouvertes par défaillance: Les vannes de commande doivent être spécifiées pour ne pas fonctionner dans la position qui crée l'état le plus sûr. Par exemple, une vanne contrôlant le débit de carburant vers un chauffage doit généralement ne pas être fermée pour empêcher la surchauffe, tandis qu'une vanne d'eau de refroidissement peut ne pas être ouverte pour assurer le refroidissement continu.

Dé-enclencher vers Trip: Les systèmes de sécurité doivent être conçus de façon à ce que la perte de courant, d'alimentation en air ou de signaux de commande entraîne le passage du système à un état sûr.

Rédaction et vote: Les fonctions de sécurité critiques emploient souvent des capteurs redondants et des résolveurs logiques avec des systèmes de vote (comme 2-out-of-3) pour fournir une fiabilité élevée tout en évitant les voyages fallacieux qui pourraient eux-mêmes créer des risques.

Caractéristiques de sécurité passive: Dans la mesure du possible, incorporer des caractéristiques de sécurité passive qui ne nécessitent pas d'intervention active ou de puissance.

Ingénierie de fiabilité dans la conception d'équipement

Les données de fiabilité de l'équipement peuvent soutenir les analyses de disponibilité de l'équipement, les améliorations de fiabilité et de conception, les stratégies de maintenance, les analyses quantitatives des risques et les déterminations des coûts du cycle de vie. Dans les applications de procédés chimiques, la fiabilité est essentielle non seulement pour des raisons économiques, mais aussi parce que les défaillances de l'équipement peuvent créer des risques pour la sécurité.

Sélection de matériaux pour la durabilité et la compatibilité chimique

La sélection adéquate des matériaux est essentielle à la fiabilité et à la sécurité des équipements. Les matériaux doivent résister à l'environnement chimique, aux conditions de fonctionnement et aux contraintes mécaniques qu'ils subiront tout au long de leur durée de vie.

Résistance à la corrosion :[ L'exposition chimique peut causer diverses formes de corrosion, notamment la corrosion uniforme, le piquage, la corrosion par crevasse, la corrosion par contrainte et la fragilisation de l'hydrogène. La sélection des matériaux doit tenir compte des produits chimiques spécifiques présents, de leurs concentrations, de leur température et de la présence de contaminants.

Considérations de température: Les matériaux doivent maintenir une résistance adéquate, la ductilité et d'autres propriétés dans toute la gamme de températures de fonctionnement.Les applications à haute température peuvent nécessiter des alliages spéciaux qui résistent au fluage et à l'oxydation, tandis que les services à basse température ont besoin de matériaux qui ne deviennent pas fragiles.

Propriétés mécaniques:[ L'équipement doit résister aux charges de pression, aux contraintes thermiques, aux vibrations et aux forces externes. La sélection du matériau tient compte de la résistance à la traction, de la résistance à la rupture, de la résistance à la fatigue et à l'impact.

Compatibilité avec les conditions du procédé:[ Au-delà de la simple corrosion, les matériaux doivent résister à la dégradation à partir de conditions de processus spécifiques, notamment la résistance à l'oxydation, la sulfidation, la carburisation, la poussière de métal et d'autres phénomènes à haute température, ainsi que la résistance à des attaques chimiques spécifiques telles que l'embrasement caustique ou l'attaque acide.

Conception pour la maintenance

L'équipement difficile à entretenir ne sera pas entretenu correctement, ce qui entraînera des problèmes de fiabilité et des risques pour la sécurité.

Accessibilité:[ Fournir un espace adéquat et un accès pour les activités d'inspection, d'entretien et de réparation, notamment des dégagements pour enlever les composants de l'équipement, les plates-formes d'accès et les échelles, l'éclairage et les dispositions pour le levage de l'équipement.La durée de vie de l'équipement dépend souvent des pratiques de démarrage, des habitudes d'arrêt, des taux de rampe et des mesures de redressement qui deviennent normales sous la pression prévue, exigeant des garde-corps qui empêchent les dommages connus tels que les protections minimales de débit, les normes de réchauffement, les contrôles de l'huile de lubrifiant et les cibles de boucle de commande qui réduisent la chasse, ce qui réduit l'usure évitable des équipements rotatifs, des vannes et des surfaces de transfert de chaleur sans ralentir la production.

Normement: L'utilisation de composants, de connexions et de configurations standard simplifie la maintenance en réduisant la variété des pièces de rechange nécessaires et en permettant au personnel d'entretien de développer une expertise avec des types d'équipement communs.

Modulaire:[ La conception d'équipement dans des modules qui peuvent être enlevés et remplacés de façon indépendante réduit les temps d'arrêt et permet la maintenance hors ligne.

Dispositions de surveillance de la condition : La surveillance de l'état est un avantage de planification, car les tendances des vibrations, l'analyse des hydrocarbures, les changements de chute de pression et les déplacements de courant moteur peuvent révéler une détérioration suffisamment tôt pour planifier les réparations autour des possibilités de traitement et de la capacité de l'équipage, ce qui est important dans les installations chimiques et de traitement parce que les travaux d'urgence augmentent la complexité et l'exposition aux dangers.

Conception sans entretien:[ Dans la mesure du possible, sélectionnez l'équipement et les composants qui nécessitent un entretien minimal.Par exemple, les pompes à entraînement magnétique qui éliminent l'entretien des joints, l'électronique à l'état solide au lieu des relais mécaniques et les matériaux résistant à la corrosion qui n'exigent pas de revêtements protecteurs.

Systèmes de redondance et de sauvegarde

La redondance consiste à fournir de multiples moyens d'exécuter des fonctions critiques afin que la défaillance d'un seul composant ne provoque pas la perte de la fonction.

Équipement de protection:Installer plusieurs unités en parallèle (pompes, compresseurs, échangeurs de chaleur) où un ou plusieurs peuvent gérer la charge complète tandis que d'autres servent de pièces de rechange. Cela permet de continuer à fonctionner pendant la maintenance et fournit des sauvegardes en cas de défaillance d'une unité. La configuration peut être N+1 (une pièce de rechange pour les unités de protection N) ou N+2 pour des applications de criticité plus élevées.

Systèmes Standby: Maintenance d'équipement de secours qui peut être rapidement mis en ligne en cas de panne d'équipement primaire. Cela comprend la production d'électricité de secours, les systèmes de refroidissement de secours et les systèmes d'arrêt d'urgence.

Diverse redondance:[ L'utilisation de différentes technologies ou approches pour réaliser la même fonction réduit la probabilité de défaillances de cause commune. Par exemple, combiner des systèmes de commande électronique et pneumatique, ou utiliser des principes de mesure différents pour des capteurs redondants.

Marge de capacité :[ La conception d'un équipement ayant une capacité supérieure aux exigences normales fournit un tampon contre la dégradation et permet de continuer à fonctionner à un rendement réduit en cas de défaillance partielle, ce qui permet également d'augmenter la production à l'avenir sans modifications majeures.

Entretien avec contrôle de fiabilité

Un programme de PM devrait être un ensemble de tâches qui correspondent à la façon dont l'équipement échoue réellement dans l'environnement, car les PM basées sur le calendrier fonctionnent bien pour certains besoins tels que la lubrification périodique, les inspections de conformité et les vérifications avec des intervalles d'usure connus, mais de nombreuses défaillances sont conditionnées non pas par le temps, et si vous continuez à ajouter des PM après chaque incident, le programme augmente alors que l'efficacité diminue, avec un programme plus petit plus net offrant souvent une meilleure fiabilité parce qu'il permet une exécution de meilleure qualité.

L'entretien axé sur la fiabilité (RCM) est une approche systématique pour déterminer la stratégie d'entretien la plus efficace pour chaque pièce d'équipement en fonction de ses modes de défaillance, de ses conséquences et de l'efficacité des diverses tâches d'entretien.

Analyse du mode d'échec :[ Comprendre comment l'équipement peut échouer et les conséquences de chaque mode d'échec. Cela permet aux efforts de maintenance de se concentrer sur la prévention des défaillances ayant des conséquences importantes sur le plan de la sécurité, de l'environnement ou de l'économie.

Sélection des tâches : Choisir des tâches de maintenance techniquement réalisables et rentables pour prévenir ou détecter les défaillances. Les options comprennent l'entretien préventif basé sur le temps, l'entretien basé sur les conditions, les tâches de recherche des défaillances pour les fonctions cachées et l'exécution à l'échec pour les articles où l'entretien n'est pas justifié.

Entretien prédictif: Utilisant des techniques de surveillance de l'état pour détecter les défaillances naissantes avant qu'elles ne se produisent. Les technologies comprennent l'analyse des vibrations, la thermographie, l'analyse d'huile, les essais ultrasoniques et l'analyse de la signature du courant moteur.

Amélioration continue :[ Maintenir la longévité et le succès d'un programme de fiabilité exige un pérennement, un effort continu pour maintenir les processus à jour et pertinents.

Principales considérations de conception pour le contrôle des procédés

Des considérations de conception particulières répondent aux défis uniques des environnements de processus chimiques et garantissent la sécurité et la fiabilité dans la pratique.

Sélection des matériaux et compatibilité chimique

Au-delà des principes généraux discutés plus tôt, les considérations particulières de sélection des matériaux pour les équipements de procédé chimique comprennent :

Matériaux humides:[ Tous les matériaux en contact avec les fluides de procédé doivent être compatibles avec les produits chimiques, y compris les réservoirs, les composants internes, les joints, les joints et les revêtements.

Corrosion galvanique:[ Lorsque des métaux différents sont en contact électrique en présence d'un électrolyte, la corrosion galvanique peut se produire. La conception devrait minimiser le contact métallique différent ou utiliser des joints isolants et des revêtements pour empêcher les couples galvaniques.

Les fluides à grande vitesse, en particulier ceux contenant des solides, peuvent causer une corrosion par érosion lorsque les films protecteurs sont retirés mécaniquement. La sélection du matériau devrait tenir compte des vitesses de débit et la conception devrait minimiser les turbulences et les impingations.

Traçabilité du matériau :[ Les applications critiques exigent une traçabilité complète du matériau avec des rapports d'essais certifiés de l'usine qui documentent la composition chimique et les propriétés mécaniques, ce qui garantit que les matériaux satisfont aux spécifications et permet d'enquêter en cas de problèmes.

Systèmes de régulation de la pression et de la température

La maîtrise de la pression et de la température dans des limites de sécurité est essentielle à la sécurité des procédés chimiques.

Conception Pression et température:[ L'équipement doit être conçu pour la pression et la température maximales qui pourraient survenir, y compris les conditions de rupture.Les codes de conception précisent les marges minimales de calcul au-dessus des conditions normales de fonctionnement.Les récipients à pression suivent habituellement la section VIII de l'ASME, qui exige une pression de calcul d'au moins 10 % au-dessus de la pression de fonctionnement maximale ou de 25 psi au-dessus, selon la plus élevée des deux.

Systèmes de décompression :[ Tout système de pression doit avoir un décompression adéquat pour prévenir la surpression qui pourrait causer une rupture.Les dispositifs de décompression comprennent les soupapes de sécurité à ressort, les soupapes de décompression à commande pilote, les disques de rupture et leurs combinaisons.

Les systèmes de régulation de température doivent maintenir des températures dans des limites sûres dans toutes les conditions, y compris les boucles de commande normales, les alarmes et les interlocks à haute température et les systèmes de refroidissement d'urgence. Pour les réactions exothermiques, le système de refroidissement doit être capable d'éliminer la production maximale de chaleur même si le taux de réaction augmente en raison des excursions de température.

Extension thermique:[ La conception doit tenir compte de l'expansion thermique et de la contraction de l'équipement et des tuyauteries, notamment des joints d'expansion, des supports de tuyaux qui permettent le mouvement et de l'analyse des contraintes pour assurer que les contraintes thermiques demeurent acceptables.

Surveillance de la pression:[ Les points de pression critiques nécessitent une mesure fiable avec des capteurs redondants pour des applications critiques en matière de sécurité.Les émetteurs de pression doivent être sélectionnés pour leur précision, leur fiabilité et leur compatibilité avec les conditions de processus.

Systèmes d'instrumentation et de contrôle

L'instrumentation joue un rôle vital dans la surveillance des paramètres critiques tels que la température, la pression et le débit, fournissant des données en temps réel pour contrôler les systèmes qui peuvent déclencher des réponses automatiques de sécurité en cas d'anomalies.

Sélection et positionnement du capteur:[ Les capteurs doivent être sélectionnés pour leur précision, fiabilité, temps de réponse et compatibilité avec les conditions du processus. Le positionnement est essentiel pour s'assurer que les mesures représentent les conditions réelles du processus.

Architecture du système de contrôle: Les systèmes de contrôle modernes distribués (DCS) offrent un contrôle flexible et fiable avec des capacités de diagnostic étendues.La conception du système de contrôle devrait suivre les normes de l'industrie telles que ISA-88 pour le contrôle par lots et ISA-95 pour l'intégration d'entreprise.

Systèmes instrumentés de sécurité:[ Les systèmes instrumentés de sécurité (SIS) sont des couches de protection indépendantes conçues pour mettre en sécurité les processus lorsque des conditions dangereuses sont détectées. La conception du SIS suit les normes CEI 61508 et CEI 61511, qui définissent les niveaux d'intégrité de sécurité (SIL) en fonction de la réduction des risques requise.

Gestion des alarmes:[ Des systèmes d'alarme efficaces alertent les opérateurs à des conditions anormales exigeant une action sans les accabler avec des alarmes de nuisance. La philosophie des alarmes devrait suivre les normes ISA-18.2, hiérarchiser les alarmes par conséquent et s'assurer que les opérateurs ont le temps de réagir.

Interface homme-machine:[ Les écrans de la salle de contrôle doivent présenter l'information de manière claire et intuitive, permettant aux opérateurs de comprendre rapidement l'état du processus et de prendre les mesures appropriées.

Systèmes d'arrêt d'urgence

Les systèmes d'arrêt d'urgence arrêtent automatiquement les processus lorsque des conditions dangereuses sont détectées, prévenant ou atténuant les accidents.

Shutdown Logic: Les systèmes ESD doivent détecter les conditions dangereuses par l'intermédiaire de plusieurs capteurs et résolveurs logiques, puis exécuter des séquences d'arrêt qui mettent le processus en état de sécurité. La logique doit être sûre en cas d'échec, avec perte de signal ou de puissance provoquant l'arrêt.

Séquences de coupure: Les séquences de coupure doivent être soigneusement conçues pour éviter de créer de nouveaux dangers, ce qui comprend généralement l'arrêt des flux, l'installation d'isolement, les systèmes de dépressurisation, l'activation du refroidissement d'urgence et l'évacuation ou le flânage des matières dangereuses en toute sécurité.

Les vannes d'isolement:[ Les systèmes ESD comprennent des vannes d'isolement automatisées qui se rapprochent de matières dangereuses et empêchent la propagation des incidents. Les vannes doivent être dimensionnées pour une fermeture rapide tout en évitant le marteau d'eau et doivent être testables sans fermeture du processus.

Test et entretien:[ Les systèmes ESD nécessitent des essais réguliers pour s'assurer qu'ils fonctionneront au besoin.Les stratégies d'essai comprennent des essais partiels de course des vannes, des contournements logiques pour tester des composants individuels et des essais périodiques complets de fonctionnement.

Accès à l'entretien et ergonomie

L'équipement de conception pour une maintenance sûre et efficace protège le personnel et assure que l'entretien est effectué correctement :

Plateaux d'accès et échelles:[ Fournir un accès sûr à tout l'équipement nécessitant une inspection ou un entretien régulier.Les plates-formes doivent être conformes aux normes OSHA pour la largeur, les garde-corps et la capacité de charge.

Dispositions de verrouillage:[ Les composants lourds qui nécessitent un enlèvement devraient être munis de luges de levage ou d'autres dispositions pour un gréement sûr.

Isolement et verrouillage:[ L'équipement doit être conçu pour être isolé en toute sécurité pendant l'entretien, notamment les vannes d'isolement, les déconnexions électriques et les dispositions pour le verrouillage/démarrage.

Conception ergonomique: Les commandes, les instruments et les points d'entretien doivent être placés pour un accès confortable sans postures gênantes. Les roues à main de soupape doivent être à des hauteurs appropriées et les équipements fréquemment utilisés doivent être facilement accessibles.

Concepts avancés de sécurité et de fiabilité

Au-delà des principes fondamentaux, des concepts avancés améliorent la sécurité et la fiabilité dans des environnements complexes de procédés chimiques.

Systèmes de gestion de la sécurité des processus

La gestion de la sécurité des procédés (GSP) fournit un cadre complet pour la gestion des risques liés aux procédés tout au long du cycle de vie de l'installation. La gestion de la sécurité des procédés de produits chimiques hautement dangereux a pour objectif principal de prévenir les rejets indésirables de produits chimiques dangereux, en particulier dans les endroits où ils pourraient nuire aux personnes ou à l'environnement.

Informations sur la sécurité du procédé:[ La documentation complète de la chimie du procédé, de la conception de l'équipement et des limites de fonctionnement fournit la base de tous les autres éléments du PSM, y compris les diagrammes de débit du procédé, les diagrammes de tuyauterie et d'instrumentation, les fiches de données de sécurité du matériau et les spécifications de l'équipement.

Analyse des risques liés au procédé :[ Évaluation systématique des risques liés au procédé à l'aide de techniques comme HAZOP, What-If et FMEA identifie des scénarios d'accident potentiels et veille à ce que des mesures de protection adéquates soient en place.

Procédures d'exploitation:[ Les procédures écrites garantissent que les opérations sont effectuées de façon uniforme et sécuritaire.Les procédures doivent couvrir les opérations normales, le démarrage et l'arrêt, les opérations d'urgence et les opérations temporaires.

Formation : Le personnel doit être formé aux dangers liés au processus, aux procédures d'exploitation et aux interventions d'urgence. La formation doit être documentée et mise à jour périodiquement.

Gestion du changement: Les procédures officielles du GPM garantissent que les changements aux processus, aux équipements ou aux procédures sont évalués en fonction des impacts sur la sécurité avant leur mise en oeuvre, ce qui empêche les changements bien intentionnés de créer de nouveaux dangers par inadvertance.

Enquête sur l'incident: Une enquête approfondie sur les incidents, les quasi-incidents et les perturbations liées au processus permet de cerner les causes profondes et d'éviter la récurrence.

Approche multidisciplinaire de conception

Des équipes multidisciplinaires d'ingénierie de conception, combinant expertise des procédés, mécanique, civile et structurelle, tuyauterie, électrique, instrumentation et ingénierie de contrôle, assurent la sécurité est intégrée à chaque étape de la conception de l'usine, avec leur approche intégrée permettant des mesures préventives plutôt que des correctifs réactifs, en protégeant les personnes et les actifs tout en maintenant l'efficacité opérationnelle.

La conception efficace de l'équipement chimique exige une collaboration entre plusieurs disciplines du génie :

Process Engineering:[ Définit les exigences du processus, les conditions d'exploitation et la philosophie de contrôle du processus.Les ingénieurs de processus sélectionnent les conditions de réaction, les méthodes de séparation et les schémas d'intégration de la chaleur qui équilibrent l'efficacité avec la sécurité.

Mécanique:[ Concevoir des récipients sous pression, des équipements rotatifs et des systèmes mécaniques pour résister aux conditions de processus et aux charges mécaniques.

Instrument et contrôle Ingénierie:[ Concevoir des systèmes de mesure et de contrôle qui maintiennent des conditions d'exploitation sûres et assurent une protection contre les perturbations.

Ingénierie électrique:[ Fournit la distribution de puissance, la commande de moteur et les systèmes électriques conçus pour la classification des zones dangereuses.

Ingénierie civile et structurelle:[Le génie civil et structurel s'occupe de la sécurité du point de vue physique et environnemental, avec une conception appropriée des fondations, des supports et des structures portantes assurant que l'usine peut résister aux forces extérieures comme l'activité sismique ou les conditions météorologiques extrêmes, assurant la stabilité et la sécurité à long terme.

Sécurité : Fournit une expertise en analyse des risques, évaluation des risques et conception de systèmes de sécurité.

Facteurs humains dans la conception des équipements

L'erreur humaine contribue à de nombreux incidents liés au processus chimique.

Error-Proof Design:[ Conception d'équipement de sorte que l'assemblage ou le fonctionnement incorrects sont impossibles ou évidents, y compris les connexions clétées, le codage de couleur et les barrières physiques qui empêchent les actions incorrectes.

Étiquetage clair:[ Tous les équipements, tuyauteries, vannes et instruments doivent être clairement étiquetés avec des systèmes d'identification normalisés. Les étiquettes doivent être durables et visibles à partir des positions normales de fonctionnement et d'entretien.

Opération intuitive :[ Les commandes et les affichages doivent suivre des conventions cohérentes et des cartes naturelles. Par exemple, tourner une roue de la vanne dans le sens des aiguilles d'une montre devrait fermer la vanne, et les dispositions des panneaux de commande devraient refléter les dispositions de l'équipement physique.

Gestion de la charge de travail:[ La conception devrait éviter les opérateurs accablants avec des informations ou nécessitant une attention simultanée à plusieurs tâches pendant les opérations critiques.

Stuational Awareness:[ Fournir aux opérateurs des indications claires sur l'état du processus, les tendances et les conditions anormales.

Cybersécurité pour les systèmes de contrôle des processus

Les équipements modernes de procédés chimiques reposent sur des systèmes de contrôle en réseau qui sont potentiellement vulnérables aux cyberattaques.

Segmentation réseau:[ Des réseaux de contrôle des processus distincts des réseaux d'affaires et d'Internet utilisant des pare-feu et des zones démilitarisées. Les systèmes de sécurité critiques devraient être installés sur des réseaux isolés sans connexion externe.

Mettez en place une authentification et une autorisation solides pour tous les accès au système. Utilisez le contrôle d'accès basé sur le rôle pour limiter les privilèges à ceux nécessaires pour les responsabilités de chaque utilisateur.

Gestion des correctifs: Gardez les systèmes mis à jour avec les correctifs de sécurité tout en veillant à ce que les changements n'affectent pas la fonctionnalité du système de contrôle.

Surveiller et détecter:[ Surveiller les réseaux pour détecter les activités suspectes et les tentatives d'accès non autorisées.

Réponse de l'incident:[ Élaborer et tester des plans d'intervention en cas d'incidents liés à des événements de cybersécurité.

Normes réglementaires et lignes directrices de l'industrie

Chemical process equipment design must comply with numerous regulations and industry standards that codify safety and reliability best practices.

Exigences réglementaires clés

OSHA Gestion de la sécurité des procédés (PSM):[ Aux États-Unis, la norme PSM de l'OSHA (29 CFR 1910.119) s'applique aux procédés comportant des quantités seuils de produits chimiques hautement dangereux.

Programme de gestion des risques (PGR) de l'EPA :[ La règle du PGR (40 CFR, partie 68) de l'EPA exige que les installations qui utilisent certaines substances dangereuses élaborent des programmes de gestion des risques, y compris des évaluations des risques, des programmes de prévention et des plans d'intervention d'urgence.

Normes internationales: De nombreux pays ont des réglementations similaires fondées sur la Directive Seveso en Europe ou d'autres cadres internationaux.Les entreprises multinationales doivent se conformer à la réglementation dans toutes les juridictions où elles opèrent.

Codes et normes de l'industrie

Code de la chaudière et du récipient à pression ASME :[ La section VIII régit la conception et la fabrication des récipients à pression, tandis que la section I porte sur les chaudières.

ASME B31 Codes de tuyauterie: B31.3 couvre les tuyauteries de traitement dans les usines chimiques et les raffineries, précisant les exigences relatives aux matériaux, à la conception, à la fabrication, aux essais et à l'inspection.

Normes de l'API: L'American Petroleum Institute publie de nombreuses normes pertinentes pour le traitement chimique, y compris l'API 510 (inspection des récipients sous pression), l'API 570 (inspection des tubes) et l'API 580 (inspection fondée sur le risque).

ISA Standards: La Société internationale d'automatisation publie des normes pour les systèmes d'instrumentation et de contrôle, y compris ISA-84/IEC 61511 pour les systèmes instrumentés de sécurité et ISA-18.2 pour la gestion des alarmes.

NFPA Codes:[ L'Association nationale de protection contre les incendies publie des codes portant sur la protection contre les incendies, la sécurité électrique dans les zones dangereuses (NFPA 70/NEC) et d'autres sujets de sécurité.

Lignes directrices du SCPC :[ À l'aide de la bibliothèque du SCPC, les entreprises peuvent relever toute la gamme des défis liés à la sécurité des procédés, de la conception des procédés par nature plus sécuritaire à l'évaluation des risques et à la conception sécuritaire, aux pratiques de gestion de la sécurité des procédés de pointe à l'enquête sur les incidents, tous les livres du SCPC rédigés par des comités techniques d'experts en sécurité des procédés représentant des décennies d'expérience et d'apprentissage, fournissant des concepts et des lignes directrices techniquement valables examinés par les pairs dans les domaines de l'ingénierie et de la sécurité des procédés.

Tendances nouvelles en matière de sécurité et de fiabilité

Le domaine de la sécurité des procédés et de la fiabilité des équipements continue d'évoluer avec les nouvelles technologies et approches.

Jumelles numériques et analyse prédictive

La technologie numérique à double usage crée des répliques virtuelles d'équipements et de processus physiques, permettant la surveillance, la simulation et l'optimisation en temps réel. L'analyse prédictive utilise des algorithmes d'apprentissage automatique pour identifier les modèles de données opérationnelles qui indiquent des problèmes de développement. Bien que la science des données ait le pouvoir de révolutionner l'industrie de la fiabilité, elle ne le fera qu'avec des conseils solides de la part des PME, avec cette combinaison permettant de développer des solutions aux défis basés sur les forces uniques de chaque méthode.

Matériaux et revêtements avancés

Les nouvelles technologies de matériaux et de revêtement offrent une meilleure résistance à la corrosion, des propriétés mécaniques et une durabilité accrue. Les céramiques avancées, les matériaux composites et les revêtements nano-ingénieries peuvent prolonger la durée de vie des équipements dans des conditions de service sévères.

Réseaux de capteurs sans fil

La technologie des capteurs sans fil permet de surveiller les endroits auparavant inaccessibles sans câblage coûteux. Les capteurs alimentés par batterie ou par récupération d'énergie peuvent surveiller la température, les vibrations, la corrosion et d'autres paramètres sur les équipements rotatifs, les emplacements éloignés et les installations temporaires.

La réalité augmentée pour l'entretien

Des systèmes de réalité augmentée superposent l'information numérique sur l'équipement physique, guident les techniciens de maintenance par des procédures, affichent l'historique de l'équipement et fournissent une assistance spécialisée à distance.

Contrôle avancé des processus

Le contrôle prédictif du modèle et d'autres techniques de contrôle avancées peuvent maintenir un contrôle plus strict des variables de processus, réduire la variabilité et maintenir les processus plus loin des limites de sécurité, ce qui améliore la sécurité et l'efficacité tout en réduisant le stress de l'équipement par suite de perturbations du processus.

Études de cas et leçons tirées

Les leçons tirées des incidents passés fournissent des renseignements précieux pour améliorer la sécurité et la fiabilité de la conception des équipements de procédés chimiques.

Importance d'une conception intrinsèquement plus sûre

La réduction des inventaires de matières dangereuses, le fonctionnement dans des conditions moins graves et la simplification des processus réduisent tous les risques d'accidents catastrophiques. Bien que les systèmes de sécurité supplémentaires soient importants, ils peuvent échouer au besoin, faisant de la sécurité inhérente l'approche la plus fiable.

Programmes d'entretien et d'inspection

Les défaillances de l'équipement résultent souvent d'un entretien ou d'une inspection inadéquats. La corrosion, la fatigue et l'usure sont des défaillances progressives qui peuvent être détectées et corrigées avant que des défaillances catastrophiques ne se produisent.

Gestion du changement

De nombreux incidents surviennent à la suite de changements aux processus, à l'équipement ou aux procédures qui n'ont pas été évalués adéquatement pour déterminer les répercussions sur la sécurité.

Facteurs humains

L'erreur humaine contribue à de nombreux incidents, mais ces erreurs résultent souvent d'une conception inadéquate, de procédures inadéquates, d'une formation insuffisante ou de facteurs organisationnels plutôt que de négligences individuelles.

Stratégies de mise en œuvre pour la sécurité et la fiabilité

La mise en oeuvre réussie des principes de sûreté et de fiabilité exige des approches systématiques tout au long du cycle de vie du projet.

Intégration de la phase de conception

Les avantages les plus importants de la DSI peuvent être obtenus en mettant en oeuvre le concept au cours des premières étapes de la conception du processus, mais comme les données disponibles sont limitées au cours des premières étapes de la conception du processus, plusieurs études ont souligné la nécessité d'une méthodologie ou d'un outil approprié qui puisse aider les évaluateurs à quantifier l'impact de la mise en oeuvre des mesures de sécurité inhérentes.

Conception conceptuelle :[ Appliquer des principes de conception intrinsèquement plus sûrs pour sélectionner les itinéraires de processus, les conditions d'exploitation et l'équipement majeur.

Conception détaillée: Effectuer des analyses exhaustives des dangers (HAZOP, FMEA, etc.) afin de déterminer tous les dangers crédibles et de garantir des garanties adéquates.

Construction et mise en service:[ S'assurer que l'équipement est fabriqué et installé conformément aux spécifications. Effectuer des examens de sécurité avant le démarrage pour vérifier que toutes les mesures de sécurité sont en place et fonctionnelles.

Excellence opérationnelle

Le maintien de la sécurité et de la fiabilité exige une attention soutenue tout au long de la phase opérationnelle :

Discipline d'exploitation :[ Suivez les procédures établies de façon uniforme.

Excellence d'entretien:[ Exécuter les programmes d'entretien tels que conçus. Étudier et corriger les problèmes chroniques plutôt que de réparer les symptômes à plusieurs reprises.

Amélioration continue :[ Analyser les incidents, les quasi-incidents et les processus dérange pour identifier les possibilités d'amélioration.

Sécurité Culture:[ Favoriser une culture où la sécurité est véritablement valorisée et où tout le monde se sent responsable de la sécurité. Encourager la déclaration des dangers et des quasi-incidents sans crainte de punition.

Surveillance du rendement et mesures

La mesure de la sécurité et de la fiabilité fournit des commentaires sur l'efficacité du programme et identifie les domaines à améliorer :

Indicateurs de rendement :[ Mesurer les activités proactives qui empêchent les incidents, comme les analyses des dangers effectuées, les heures de formation, les taux d'achèvement de l'entretien et les taux de déclaration quasi-impérieuse.

Indicateurs de marquage : Mesurer les résultats tels que les taux de blessures, les événements liés à la sécurité des processus, les pannes d'équipement et les temps d'arrêt imprévus.

Méthodes de fiabilité des équipements: Temps moyen de suivi entre les défaillances, la disponibilité et les coûts d'entretien des équipements essentiels.

Mesures de sécurité du procédé:[ Surveiller la perte des événements de confinement primaire, des exigences du système de sécurité et des quasi-incidents.

Conclusion

La conception d'un équipement de contrôle des processus chimiques pour assurer la sécurité et la fiabilité exige une approche globale et systématique qui intègre plusieurs disciplines et tient compte de l'ensemble du cycle de vie de l'équipement.

Les principes fondamentaux de la conception intrinsèquement plus sûre, à savoir la minimisation, la substitution, la modération et la simplification, constituent l'approche la plus efficace pour réduire les risques liés aux procédés, qui devrait être complétée par une identification complète des risques et une évaluation des risques, de multiples couches de protection et de mécanismes de conception sans risque de défaillance.

Les concepts avancés, y compris les systèmes de gestion de la sécurité des processus, les approches multidisciplinaires de conception, l'ingénierie des facteurs humains et la cybersécurité, améliorent la sécurité et la fiabilité dans les installations modernes complexes.

La conformité aux exigences réglementaires et aux normes de l'industrie fournit une base de référence pour la sécurité et la fiabilité, tandis que les technologies émergentes, y compris les jumeaux numériques, les matériaux de pointe, les capteurs sans fil et la réalité augmentée, offrent de nouvelles capacités de surveillance et d'entretien de l'équipement.

La mise en oeuvre réussie exige l'intégration de considérations de sécurité et de fiabilité dès les premières étapes de conception, le maintien de l'excellence opérationnelle tout au long du cycle de vie de l'installation et la surveillance continue du rendement pour cerner les possibilités d'amélioration.

Pour obtenir des renseignements supplémentaires sur la conception des procédés et de l'équipement, le Center for Chemical Process Safety (CCPS)[ fournit des ressources considérables, y compris des lignes directrices, de la formation et des possibilités de réseautage dans l'industrie. Le site Web Gestion de la sécurité des procédés OSHA offre des conseils réglementaires et une aide en matière de conformité.

En appliquant ces principes de conception et en améliorant continuellement les programmes de sécurité et de fiabilité, les installations de procédés chimiques peuvent atteindre leurs deux objectifs, soit la protection des personnes et de l'environnement tout en maintenant des opérations efficaces et rentables.