simulation et analyse quantitative des risques associes au

SIMULATION ET ANALYSE QUANTITATIVE DES RISQUES SIMULATION ET ANALYSE QUANTITATIVE DES RISQUES ASSOCIES AU TRANSPORT DE GPL PAR CANALISATION

DE GRAND DIAMETRE

Sommaire

Introduction

Dangers Liés Au transport du GPL

Qu’est-ce que le QRA ?

Analyse QRA des pipeline GPL

Etudes de cas

Conclusion

Introduction

• Tendance mondiale vers l’utilisation de GPL

• Algérie: important producteur de GPL

• Important réseau d’oléoducs -> ELR1 :diamètre 24’’ (le plus grand au monde)

Dangers Lies Au transport du GPL par canalisation

• Asphyxie

• Inflammation

� Limite Inférieure d’inflammabilité (LII) = 1,78% Au dessous

Dangers liés au GPL

� Limite Inférieure d’inflammabilité (LII) = 1,78% Au dessous

de cette limite, le mélange gazeux est trop faible en vapeur de

GPL pour s’enflammer.

� Limite supérieure d’inflammabilité (LSI) =9,34% Au dessus

de cette concentration, le mélange gazeux devient trop riche

en vapeur de GPL et ne s’enflamme pas.

Dangers Lies Au transport du GPL par canalisation

Les causes des défaillances

• Causes liées au facteurs temps

• Causes indépendantes du temps

Dangers liés au pipeline: Pertes de confinement

• Causes indépendantes du temps

• Causes stables

49,60%

16,50%

15,40%

7,30%

4,60%6,70%

Interferences externes

Défauts de matériel et de

construction

Corrosion

Mouvement du terrain

Erreurs d'exploitation

Autres causes

Dangers Liés Au transport du GPL par canalisation

• Pipeline de GPL: installations classées,

• susceptibles de générer de nombreuses situations de danger

Fuite/Rupture

ignition

Dispersion Jet fire Flash fire UVCE

Ignition immédiate

Ignition retardée

Conséquence potentielles de défaillance

d’un pipeline du GPL

La gravité d’une défaillance d’un pipeline du GPL dépend de:

Taille de la fuite: Petite fuite, fuite moyenne, grande fuite, rupture

Composition du GPL,

Pression et température du produit,

Volume géométrique du tronçon ESD,

temps nécessaire à l’isolement du tronçon,

chemin et interaction possibles avec l’environnement,

Conséquence potentielles de défaillance

d’un pipeline du GPL

Dispersion du nuage gazeux :

La dispersion du nuage gazeux est influencée par

plusieurs facteurs :

Pression au niveau de la brèche,

durée d’émission, durée d’émission,

conditions atmosphériques

environnement du point d’émission,

Cinétique de l’émission (rejet continu ou instantané),

Conditions météorologiques,

Composition du GPL,

Pression en amont du point de fuite,

volume de GPL dans un segment ESD,

Existences d’obstacles sur le rayon de dispersion.

Risque = Probabilité x Conséquence

Evaluation des fréquences

d’occurrence Estimation du risque

Identification des dangers et Analyse

Analyse des risques: le QRA

risque

Evaluation de la gravité

(conséquences)

dangers et Analyse des scénarios des

scénarios

Type d’analyse Fréquence Gravité

Analyse qualitative qualitative qualitative

Analyse semi-quantitative quantitative qualitative

Analyse quantitative (QRA) quantitative quantitative

• Hazid •”What if”• Checklists

Analyse quantitative du risque

Identification des dangers

Analyse du risque

• Checklists• HAZOPAnalyse des scénarios

Fréquences d’occurence

Analyse des Consequences

Estimation du Risque


Analyse de risque


Analyse des scénarios

Fréquences d’Occurence



• arbre de défaillance• arbre d’évenenement• noeud papillon


Analyse de risque


Analyse des scénarios



Risque

• niveaux des radiations• niveaux des surpression


Analyse de risque


Analyse des scénariosAnalyse des scénarios




base des données: • purple book•OGP•EGIG•ARAMIS


Analyse du risque


Analyse des scénariosAnalyse des scénarios




Indicateurs du risque• risque individuel•Risque sociétal•Effets dominos

Analyse quantitative du risqueBases de Données

-Activités similaires.

-Données propre au MO

-Base de données dans le monde

Analyse Qualitative des risques

Utilisation de méthodes

reconnues pour l’identification

des dangers potentiels (Ex :

HAZID)

Etudes techniques

-Etude hydraulique

-Analyse transitoire

-Etude de stress

-Protection cathodique

-etc.

-Identification des fréquences

d’occurrence d’accidents

d’installations similaires.

-Identification des dangers

potentiels susceptibles de nuire

au fonctionnement normal de

Identification des mécanismes de

défaillances de la canalisationd’installations similaires.

-Identification des tailles de fuites

à prendre en compte

au fonctionnement normal de

l’ouvrage.

-Identification des scénarios

défaillances de la canalisation

Filtration des résultats

-Considérer les scénarios d’accidents pertinents

-Eliminer les scénarios insignifiants dont l’occurrence est peu probable ou dont les conséquences sont négligeables.

-Sélection des scénarios à analyser

Organisation de scénarios dans des tableaux pour être analysés séparément


ESTIMATION DES FREQUENCES D’OCCURRENCE

25,30%6,20%

4,40%

Petite Fuite

Fuite Moyenne

Grande Fuite

• Fréquence d’occurrence

en fonction de la taille des

fuites

64,10%

Grande Fuite

Rupture Totale

49,60%

16,50%

15,40%

7,30%4,60%

6,70%

Interferences

externes

Défauts de matériel

et de construction

Corrosion

Mouvement du

terrain

Erreurs d'exploitation

• Fréquences génériques

suivant les causes


ESTIMATION DES FREQUENCES D’OCCURRENCE

Fréquence par année

Nature de la fuiteVannes

manuelles

Vannes

automatiques

Petite Fuite 2,7E-04 6,0E-04

Fréquences génériques de défaillances de différents types de vannes


Nature de la fuite Bride 6" Bride 24"


Fuite Moyenne 1,7E-05 7,1E-05

Fréquences génériques de défaillances de différents types de brides



Grande Fuite 1,3E-05 2,8E-05

Rupture Totale 1,2E-05 2,6E-05


Nature de la fuite < ¾’’ > ¾’’

Petite Fuite 1,64 e-5 1,35 e-4

Fuite Moyenne 4,08 e-4 1,87 e-4

Grande Fuite - -

Rupture Totale - -

Fréquences génériques de défaillances de piquages d’instrumentation


Grande Fuite 1,2E-05 2,2E-05

Rupture Totale - 2,7E-05

Adaptation de données génériques

aux particularités de l’ouvrage

Pour le cas d’un pipeline de grande longueur, la canalisation représente l’élémentprépondérant d’un point de vue risque.Les probabilités de défaillance issues de:

• de canalisations de dimensions variables, constituées de tubes de nuances • de canalisations de dimensions variables, constituées de tubes de nuances d’acier diverses ;

• de canalisations plus ou moins âgées, évoluant dans des environnements différents ;

• de canalisations soumises à des politiques de maintenance diverses

• de canalisations transportant des hydrocarbures de qualités différentes, ayant des potentiels d’agressivité variables ;

• recueillies sur un période assez longue (insensibles au biais induit par les progrès techniques dans le domaine de la gestion de l’intégrité des canalisations).

(1):Facteur de réduction en fonction du

coefficient de sécurité

(2):Facteur de réduction en fonction de

l’épaisseur

(3):Facteur de réduction en fonction de la

profondeur d’enfouissement de la canalisation

(4):Facteur de réduction en fonction de la

fréquence de patrouillage

Source;“Code of Practice for Pipelines-Part3 : Supplement to PD 8010-1. British Standard Institution, 2008”


Dans cette étude, on considère que 4 types de causes sont susceptibles de générer l’événement E correspondant à une perte de confinement de la canalisation:

4321 EEEEE UUU=

• E1 : Dégradation du tube par perte de métal (corrosion interne et externe, érosion) ;

• E2 : Interférences externes (travaux de tiers à proximité de l’ouvrage) ;

• E3 : défauts du matériel et vices de construction ;

• E4 : Causes diverses.


Adaptation de données génériques aux particularités de l’ouvrage

En conséquence, la probabilité d’une perte de confinement de la canalisation s’exprime comme suit :

( ) ( ) ( ) ( ) ( )4321 EPEPEPEPEP +++=

Où :P(E1) :est définie comme le seuil de risque maximum toléré après une inspection par outil intelligent ;

P(E2) : probabilité de défaillance selon les nouveaux code de construction ;

P(E3) : probabilité de défaillance des nouvelles canalisations ;

P(E4) : à estimer (20% de la valeur de P(E)).

PROBABILITES D’IGNITIONL’estimation réaliste des fréquences d’ignition est un paramètre essentiel de l’évaluation des conséquences d’accidents et du niveau de risque qui leur est associé

Pour tenir compte des particularités de la zone un modèle d’estimation des probabilités d’ignition a été mis au point, fonction:

Type de rejet Sources d’ignition

Route Torche Ligne HT Population

Vitesse du vent

Pression du gaz

Fuite (Φ) Rupture

UDM (Phast)

Surface zone

d’inflammationm2

Facteur de

présence

Facteur

d’efficacité

Facteur de

présence

Facteur

d’efficacité

Facteur de

présence

Facteur

d’efficacité

Facteur de

présence

Facteur

d’efficacité

Probabilité

d’inflammation

Arbre des événements d’une fuite

sur canalisation GPL

non

ouiFuite/rupture

canalisation

Ignition immédiate Ignition retardé e

jet fire

ouinonFlash fire /

explosion

dispersionnon

oui

Critères de risque individuel

selon UK HSE

Courbe de risque individuel

Seuil Inacceptable pour le personnel

Seuil Inacceptable pour le public

Zone

Distance en m

Seuil Acceptable

Risque Individuel

Distance clôture

Zone ALARP

Courbe des Fatalités (F-N)

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

Zone A: Risque

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1 10 100 1000 10000

Pro

babi

lité

Fatalité

Zone B: Risque à

maitriser ALARP

Zone C: Risque

tolérable

Zone A: Risque

intolérable

Etude de cas

WILAYA Communes

OUARGLA

Hassi Messaoud

Sidi Khouiled

Ain El Baida

Communes traversées par l’oléoduc ELR1N° DESIGNATION PK ELR1 CATEGORIE. I (M) OBS

T, DEPART 0 400 T D

N° 01 Poste Sectionnement 20 150

SP1 ELR1 HEH 33 400 station




Les ouvrages du projet

Etude de cas

OUARGLA Ain El Baida

Rouisset

Ouargla

GHARDAÏA

Zelfana

Bounoura

El Atteuf

Ghardaïa

Ben Dahoua

Berriane

LAGHOUAT Hassi R’mel

N° 05 Poste Sectionnement 102 150 Injection Guellala



SP2 ELR1 153 400 PC station




N° 11 Poste Sectionnement 233 150 Injection O.Noumer

Poste Coupure 251 400 PC





T, ARRIVEE 335+200 400 TA

Composition Pourcentage molaire

Ethane 1,83

Propane 60,62

Iso-butane 13,61

n-butane 23,55

Iso-pentane 0,34

Composition chimique du GPLDiamètre 20’’/24’’

Durée de vie

minimale25 ans

Longueur environ en Ø24"

Rugosité absolue du

tube.

Nuance de l’acier X 60 API 5L/ISO3183

Ø24" pour catégorie I environ

Ø24" pour catégorie II environ

Caractéristiques de la canalisation

n-pentane 0,05

Epaisseurs


Ø24" épaisseur intermédiaire environ





Hauteurs de

recouvrement0,8 m ; 0,2 m

N° PK OBSERVATIONS

11

canalisation enterrée

2 Route

32

Ligne électrique

4 Canalisation aérienne

53

Canalisation enterrée


74

Ligne électrique


9

5

Route

10 Ligne électrique

11 Route

12 7 Route

13 9 Canalisation enterrée

14 11 Piste

15 12 Piste

1613


17 Canalisation enterrée

93 Route

94 307 Oued

95 308 Oued

96309

Piste

97 Oued

98 310 Oued

99311

Canalisation aérienne


101312


102 Route

103 314 Route

104 315 Route


106

317





110319

Oued


Liste des points singuliers le long du tracé


1814


19 Route

2015

Route


22

16

Route




26 19 Route


28 23 Piste

29 26 Ligne électrique

30 27 Route N°49



33

61

Ligne électrique




37 Route N°49



113 322 Piste

114323



116323



118

323

Route



121 Oued

122

324

Ligne électrique




126

325

Ligne électrique





131328




Type de récepteur PK Distance (m) Superficie (ha)

Agriculture 327 53,07 0,93

ZA + Habitat 267 37,47 16,02

Agriculture 218 151,42 88,33

Agriculture 216 526,19 70,15

Agriculture 209 344,29 64,04

Agriculture 206 159,48 72,14


Agriculture 73 0 63,02

Agriculture 74 0 46,96






Liste des récepteurs sensibles

Désignation PK Distance (m)

Ligne électrique 106-154 300



Ligne électrique 55-71 0 - 500

Ligne électrique 5-7 0 - 500


Route 10-23 0-500

Route 51-52 780

Sources potentielles d’ignition



Agriculture 68 157,52 3384,99

Agriculture 62 493,10 1046,58

Agriculture 26 104,49 841,15


ZA + Habitat 268 246,12 7,63

Base vie 154 98,06 8,97

Base vie 126 1269,69 5,10

Base vie 59 561,98 25,24

Base vie 3 725,19 0,80

Base vie 5 332,53 0,56

Base vie 5 278,16 0,85

Base vie 5 222,82 1,42

Base vie 244 180,79 0,12

Base vie 244 155,01 0,89

Caserne 99 135,51 31,80

AS- Zelfana 211 133,80 25,92

Zelfana- ville 211 363,96 274,75

Route 55-67 0 - 1000

Route 248-258 0 - 1000

Route 211-216 0 - 1000

Arbre des évènements

Type CritèreNbre de

scénarios

1 Segments ESD Risque Individuel 336

Scénarios d’accidents potentiels considérés

2 PC, PS et injections Risque Individuel 384

3 Densité de population Risque Collectif 336

4 Installations adjacentes Effets domino 128

Nombre total des scénarios 1 184

Fréquences d’occurrence des pertes de confinement sur la canalisation

Inspection par racleur instrumenté (taux de défaillance de base < 1.E-4)

Epaisseurs (mm) 10,31 11,13 14,3 15,88

Profondeur (m) 0,8 2 0,8 2 0,8 2 0,8 2

P (E1) 1,00E-04 1,00E-04 1,00E-04 1,00E-04 1,00E-04 1,00E-04 1,00E-04 1,00E-04

FR 1 1 1 1 1 1 1 1 1

FR 2 2,80E-01 2,80E-01 2,30E-01 2,30E-01 1,07E-01 1,07E-01 7,34E-02 7,34E-02

FR 3 1 0,55 1 0,55 1 0,55 1 0,55

FR 4 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2

FR global 3,36E-01 1,85E-01 2,76E-01 1,52E-01 1,29E-01 7,08E-02 8,81E-02 4,85E-02

P (E2) 4,16E-05 4,16E-05 4,16E-05 4,16E-05 4,16E-05 4,16E-05 4,16E-05 4,16E-05

P (E3) 6,98E-05 3,84E-05 5,73E-05 3,15E-05 2,68E-05 1,47E-05 1,83E-05 1,01E-05

P (E4) 5,28E-05 4,50E-05 4,97E-05 4,33E-05 4,21E-05 3,91E-05 4,00E-05 3,79E-05P (E4) 5,28E-05 4,50E-05 4,97E-05 4,33E-05 4,21E-05 3,91E-05 4,00E-05 3,79E-05

P (E) 2,64E-04 2,25E-04 2,49E-04 2,16E-04 2,10E-04 1,95E-04 2,00E-04 1,90E-04

Inspection périodique par ondes guidées (taux de défaillance de base < 1.E-5)

Epaisseurs (mm) 10,31 11,13 14,3 15,88

Profondeur (m) 0,8 2 0,8 2 0,8 2 0,8 2

P (E1) 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05

FR 1 1 1 1 1 1 1 1 1

FR 2 2,80E-01 2,80E-01 2,30E-01 2,30E-01 1,07E-01 1,07E-01 7,34E-02 7,34E-02

FR 3 1 0,55 1 0,55 1 0,55 1 0,55

FR 4 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2

FR global 3,36E-01 1,85E-01 2,76E-01 1,52E-01 1,29E-01 7,08E-02 8,81E-02 4,85E-02

P (E2) 4,16E-05 4,16E-05 4,16E-05 4,16E-05 4,16E-05 4,16E-05 4,16E-05 4,16E-05

P (E3) 6,98E-05 3,84E-05 5,73E-05 3,15E-05 2,68E-05 1,47E-05 1,83E-05 1,01E-05

P (E4) 3,03E-05 2,25E-05 2,72E-05 2,08E-05 1,96E-05 1,66E-05 1,75E-05 1,54E-05

P (E) 1,52E-04 1,12E-04 1,36E-04 1,04E-04 9,80E-05 8,29E-05 8,74E-05 7,71E-05

Simulation des niveaux de radiations d’un jet fire généré par une brèche majeure sur la canalisation

Simulation des niveaux de surpressions d’explosion Simulation des niveaux de surpressions d’explosion générée par une brèche majeure sur la canalisation

RESULTATS, ANALYSE ET

RECOMMANDATIONSN° PK Ouvrage Facteurs aggravants Type Mesures d’atténuation

01 33 SP Densité Piping RISite clôturé+ Accès réglementé+

Détecteurs de gaz.

02 63 PS3Route+ ligne HT

+ Z.Agricole.RI

Site clôturé+ Accès réglementé+

Détecteurs de gaz.

03 74 Canalisation ligne HT+ Zone. Agricole RC

Inspection périodique du tronçon par

ondes guidées ou contournement ou 03 74 Canalisation ligne HT+ Zone. Agricole RC ondes guidées ou contournement ou

Corridor de sécurité

04 142 PS 7 ligne HT RI Site clôturé+ Accès réglementé+

Détecteurs de gaz.

05 153 PC1Route+ ligne HT+ Base

de VieRI

Site clôturé+ Accès réglementé+

Détecteurs de gaz.

06 152 Canalisation Route + Base de Vie RC Inspection périodique du tronçon par

ondes guidées ou contournement

07 210 Canalisation Route + Habitations RC Contournement ou Délocalisation

d’une partie des habitants

08 211 PS 10 Habitations RISite clôturé+ Accès réglementé+

Détecteurs de gaz.

Cartographie:

• Seuil des effets dominos jet fire (1);•Seuils des effets dominos explosion (2)•Isocontours R.Individuel flash fire (3)

1

3 2

RISQUE INDIVIDUEL

�PK 33+000 : PC à proximité de SP

PK Facteur aggravant

33+000 Densité élevée de de process

Distance (m) Somme JF Somme FF Somme VCE Somme

0 1,19E-04 8,30E-05 1,08E-05 2,13E-04

100 3,52E-05 5,49E-05 2,73E-06 9,29E-05

200 4,94E-06 2,82E-05 0,00E+00 3,31E-05

300 0,00E+00 0,00E+00 0,00E+00 0,00E+00

400 0,00E+00 0,00E+00 0,00E+00 0,00E+00

Nb :Nb :RI inférieur à 10-4 à partir 95 m de part et d’autre ;

Actions recommandées : Site clôturé : Accès réglementé ;Détecteur de gaz.

PK 211+000 : Agglomération (Zelfana)

Distance

(m)Probabilité

Surface

(ha)

Densité

(pers/ha)

Nbre de

personne

0 3,83E-05 1 1 1

100 3,27E-05 1 1 1

200 1,41E-05 0,49 35,87 16

300 1,37E-05 3,62 35,87 130

400 3,04E-06 7,82 35,87 280

500 1,00E-08 12,93 35,87 464Actions recommandées :

•Option1 : Inspection périodique du

� RISQUE INDIVIDUEL

•Option1 : Inspection périodique du tronçon par ondes guidées ;

•Option 2 : Délocalisation d’une partie des habitants de l’agglomération secondaire ;

•Option 3 : contournement de la zone agricole.

Actions recommandées :

•Option1 : Inspection périodique du tronçon par ondes guidées ;

•Option 2 : Délocalisation d’une partie des habitants de l’agglomération secondaire;

•Option 3 : contournement de la zone agricole.

2

1

3

3

CONCLUSION

• L’analyse quantitative des risques associés au transport d e GPL parcanalisation de grand diamètre nécessite la mise en œuvre d’ outils desimulation spécifiques associés à des logiciels spécialis és adaptés.

• Les résultats obtenus permettent une représentation du ris que sousforme de courbes de risque individuel et de courbe de fatalit épermettant de juger rapidement :permettant de juger rapidement :

• les risques potentiels susceptibles d’être générés par lacanalisation de GPL• de simuler l’impact de toute décision de protection envisag ée etde ce fait d’en sélectionner les mieux adaptées.

simulation et analyse quantitative des risques associes au

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