Inertage des installations

L'inertage des installations de procédé ou de stockage vise principalement à retirer l'oxygène et/ou l'humidité naturellement apporté par l'air présent, pour:

• éliminer le risque de feu ou d'explosion en présence d'une substance inflammable
• éliminer ou limiter la dégradation du produit stocké

L'inertage peut aussi être utiisé pour déplacer un gaz inflammable avant la mise sous air d'un équipement  pour y éffectuer des opérations de maintenance par exemple.

L'azote est le plus souvent utilisé pour se substituer à l'oxygène de l'air présent, mais d'autres gaz peuvent aussi être employés tel que le CO₂, l'argon, des fumées de combustion ....

Les avantages de l'azote sont:

• son rejet à l'atmosphère est neutre pour l'environnement
• ininflammable

Domaine d'explosivité

Un mélange contenant un gaz combustible est inflammable si:

• la proportion de gaz combustible est supérieure à une valeur limite (la LIE pour Limite Inférieure d' Explosivité)
• la proportion de gaz inflammable est inférieure à une valeur limite (la LSE pour Limite Supérieure d' Explosivité)
• la proportion d'oxygène est supérieure à une valeur limite

Ces trois paramètres sont inter-dépendants et sont généralement représentés sur un diagramme triangulaire. Ce graphe est spécifique au combustible concerné.

Inertage des réservoirs atmosphériques

Les réservoirs atmosphériques sont largement utilisés pour stocker toutes sortes de liquides dont beaucoup sont des hydrocarbures inflammables. 

Ce type de réservoir ne peut supporter que de faibles surpressions ou dépressions. Lors des mouvements de remplissage et de vidange, un volume de gaz équivalent à la variation de volume de liquide doit donc être introduit (pendant la vidange) ou évacué (pendant le remplissage).

Si le réservoir n'est pas inerté, c'est de l'air qui sera introduit par l'évent de respiration, pouvant créer une atmosphère explosive.

Pour éviter cela, on installera un dispositif permettant d'introduire de l'azote , au lieu de l'air, pendant les vidanges.

Le coût de l'azote justifie qu'on recherche un dispositif qui n'introduise que la quantité necessaire et suffisante.

Des dispositifs régulant la pression interne du bac à des valeurs de quelques millibars seulement permettent d'introduire des débits allant de quelques m³/h à quelques centaines de m³/h.

Cependant en cas de défaillance du dispositif, la vanne qui règle le débit d'azote peut être grande ouverte sans raison. Le gaz en excès devra pouvoir être évacué par l'évent.

Inertage des installations de production

Les installations de production sont le plus souvent constituées de capacités diverses connectées entre elles par des tuyauteries. Lorsque l'installation n'est pas en opération, lors des phases de maintenance, elle est le plus souvent remplie d'air. Avant la remise en service, si le procédé n'est pas compatible avec l'oxygène de l'air, l'installation doit d'abord être inertée pour débarrasser son atmosphère de l'oxygène présent.

Deux méthodes peuvent être pratiquées:

• par compression et décompressions succéssives
• par balayage

Quelle que soit la méthode employée, le résultat sera toujours vérifié par une analyse de l'atmosphère présente dans les équipements.

Dilution vs Déplacement

L'inertage consiste à remplacer un volume de gaz indésirable par un volume identique de gaz inerte.

La méthode idéale d'inertage, la plus rapide et consommant le moins de gaz inerte, permettrait de déplacer le gaz indésirable en le repoussant vers l'extérieur pour le remplacer par le gaz inerte.

Cela n'est possible que sur les pipelines où, au moyen d'un bouchon mobile ("pig"), on isole le gaz procédé du gaz inerte. L'introduction du gaz inerte à une extrémité, repousse le bouchon en même temps que le gaz procédé vers l'autre extrémité.

Partout ailleurs où, les équipements étant de formes complexes, l'emploi d'un bouchon mobile est impossible, l'inertage procède partiellement ou totalement par dilution. Dans ce cas la purge sera constituée d'un mélange de gaz initial et de gaz inerte en proportion variable. La teneur résiduelle en gaz initial est fonction du volume de gaz inerte introduit.
Si l'inertage procède totalement par dilution, le volume de gaz inerte nécessaire sera:

Volume de gaz inerte introduit V0: volume de l'équipement à inerter	fraction résiduelle de gaz initial
1V0	37%
2V0	13,5%
3V0	5%

Compression et décompression

Cette méthode consiste à:

• introduire le gaz inerte dans l'installation fermée et étanche jusqu'à augmenter la pression totale de l'installation à la valeur maximum admissible par les équipements
• puis décomprimer l'installation en purgeant le gaz accumulé vers l'atmosphère (si le gaz inerte est de l'azote) ou vers un circuit dédié compatible (pour les autres gaz inertes).

Pour les installations ne pouvant pas supporter de fortes surpressions, mais résistant au vide, une variante tout aussi efficace consiste à:

• faire le vide dans l'installation contenant de l'air
• ramener la pression à la pression atmosphérique par introduction du gaz inerte

Efficacité

L'efficacité de cette méthode dépend essentiellement de trois critères:

• le rapport des pressions lors des phases de compression (ou mise sous vide) et la pression atmosphèrique.
• la géométrie de l'équipement ou l'installation exprimée par un rapport longueur / diamètre
• la position des points d'entrée et de sortie du gaz pour la procédure d'inertage

Théoriquement, le rapport des pressions hautes et basses, est équivalent à un taux de dilution du polluant qu'on cherche à éliminer. Par exemple:
Si l'installation est pressurisée à  9 atmosphères (pression relatives) et depressurisée à la pression atmosphèrique, le taux de dilution sera:
10 atm abs / 1 atm abs = 10. A l'issue de chaque cycle, la teneur résiduelle en gaz initial sera divisée par 10.
Si cette séquence est renouvellée trois fois on peut théoriquement obtenir un taux de dilution de 10³ = 1000. La teneur résiduelle en gaz initial sera divisée par 1000.

Cependant l'efficacité effective sera fonction de la géométrie des équipements.

Si les équipements ont une forme très alongée ou bien l'installation est constituée d'équipements en série, reliés par des tuyauteries, la compression tendra à accumuler le gaz indésirable vers l'extrémité opposée à l'introduction du gaz, et l'efficacité de la dilution dépendra de la position relative des points d'entrée et de purge du gaz. L'efficacité sera:

• médiocre s'ils sont situés du même coté;
• elle sera excellente s'ils sont à l'opposé l'un de l'autre.

Balayage

Si l'installation à inerter ne peut accepter de grandes variations de pression, le balayage est la seule méthode utilisable.
Le gaz inerte est introduit à une extrémité de l'installation et la purge se fait depuis une autre extrémité.
Le principal inconvénient de cette méthode est que les zones mortes ou les bras morts (parties de l'installation hors du parcours gazeux) pourront conserver leur atmosphère initiale. Pour éviter cela, on pourra multiplier les point d'injection et de purge afin assurer un balayage total de l'installation.
Si le rapport longueur / diamètre de l'installation est faible, un taux de dilution important sera observé.
Si l'équipement est élancé (plus haut que large, l'utilisation d'un gaz lourd réduira le taux de dilution.

Siphonnage

La capacité à inerter est d'abord remplie d'un liquide afin de chasser toute phase gazeuse, puis le liquide est vidangé tout en introduisant un gaz inerte qui rempliera l'atmosphère gazeuse créée. Cette méthode nécessite que:

• une purge soit disponible en point haut pour permettre d'évacuer l'intégralité de la phase gazeuse de la capacité
• la capacité et la structure qui la soutient acceptent la charge de liquide correspondant au volume de la capacité

Efficacité

L'inertage complet ne nécessite qu'un volume minimum de gaz inerte, égal à seulement le volume de la capacité.