Comment décarboner et réduire les émissions fugitives

 

Le but d’un programme de détection et de réparation des fuites (PDRF) est de reproduire les méthodes de surveillance et de détection périodiques des fuites élaborées par l’EPA. Pour les vannes, un audit de l’EPA comporte une vérification des documents et des mesures d’émissions sur le terrain. Les usines qui mettent en œuvre un PDRF renforcé s’efforcent essentiellement de réduire les émissions de COV par les moyens suivants :

• Mise en place d’un plan complet de détection des fuites au moyen de tests effectués sur les vannes et d’autres raccordements selon la méthode 21 de l’EPA
• Détection, consignation et réparation des fuites dans un délai donné
• Abaissement des débits de fuite admissibles pour les vannes, les raccords et les pompes

Il est important de noter que la méthode 21 de l’EPA vise uniquement à localiser et à classer les fuites présentes sur des vannes déjà installées. Elle ne doit pas être utilisée pour effectuer une mesure directe du débit massique des émissions provenant d’une source particulière, ni pour certifier qu’une vanne peut être considérée « à faibles émissions ». Par ailleurs, la méthode 21 ne constitue pas non plus un test de terrain valide pour évaluer les émissions fugitives.

En savoir plus sur la réduction des fuites dans les raffineries

Qu’est-ce qu’une vanne à faibles émissions ?

En plus de la mise en œuvre d’un PDRF et comme indiqué précédemment, un jugement d’expédient peut également stipuler que toute nouvelle vanne achetée, que ce soit pour l’entretien, les réparations ou le fonctionnement, ainsi que pour de nouveaux projets, doit impérativement être une vanne garantissant de faibles émissions. Toutefois, la formulation de nombreux jugements d’expédient laisse à l’entreprise la liberté de déterminer ce qui constitue une vanne à faibles émissions. Il existe généralement plusieurs méthodes permettant de classer une vanne dans cette catégorie. L’entreprise pourra s’adresser à un fabricant capable de fournir l’un des documents suivants :

• Une garantie écrite précisant que les fuites ne dépasseront pas 100 parties par million (ppm) pendant cinq ans
• Une garantie écrite, un certificat ou tout autre document équivalent, précisant que la vanne a été testée selon des principes techniques bien établis et que les fuites n’ont pas dépassé 100 ppm

Une solution apparemment simple pour documenter l’achat de vannes à faibles émissions consiste à obtenir des fabricants la garantie écrite que les fuites ne dépasseront pas 100 ppm pendant cinq ans. Toutefois, l’exploitant d’une installation devrait réfléchir aux possibles conséquences si les vannes viennent à fuir. Quelle compensation obtiendra-t-il en pareille situation ? La garantie se limite-t-elle au remplacement de la vanne qui fuit ? Les coûts associés au remplacement de la vanne sont-ils recouvrables ?

Se fier à la seule garantie d’un fabricant laisse à celui-ci la possibilité de continuer à fournir – sciemment ou non – des vannes dont le débit de fuite dépasse 100 ppm. Dans de nombreuses activités industrielles, les incertitudes sont trop nombreuses pour se fier uniquement à la garantie d’un fabricant alors qu’il existe des méthodes d’essai pour déterminer si le débit de fuite d’une vanne dépasse ou non le seuil de 100 ppm.

Tester le niveau d’émission des vannes

La formulation des jugements d’expédient de l’EPA permet aux fabricants de vannes de garantir qu’une vanne a été testée selon des principes techniques bien établis et que les fuites n’ont pas dépassé 100 ppm. Cela signifie qu’il revient aux ingénieurs des installations et aux ingénieurs en environnement de déterminer ce qui constitue un « principe technique bien établi », si le fabricant a effectué le test en toute bonne foi, et si le test reflète les conditions du process. Un test mis au point et réalisé par un fabricant peut faire courir des risques à une entreprise et engendrer de l’incertitude quant à savoir si une vanne est véritablement une vanne à faibles émissions.

Heureusement, il existe des tests mis au point par l’Institut américain du pétrole (API) et l’Organisation internationale de normalisation (ISO) pour déterminer si une vanne peut être considérée comme une vanne à « faibles émissions ». Ces tests sont les suivants :

API 624. Ce test concerne les vannes à tige montante. Le fluide utilisé pour effectuer le test est du méthane. La vanne doit être testée avec du méthane sur 310 cycles d’ouverture/fermeture et trois cycles thermiques (test effectué à température ambiante, puis à température élevée, puis à nouveau à température ambiante) avec comme critère d’acceptation un débit de fuite inférieur à 100 ppm.

API 641. Ce test concerne les vannes à boisseau sphérique. Le fluide utilisé pour effectuer le test est du méthane. Hormis le nombre de cycles d’ouverture/fermeture qui est de 610 au lieu de 310, les conditions du test sont identiques aux précédentes.

ISO 15848-1. Cette procédure d’essai permet d’évaluer les fuites externes au niveau des joints de la tige et des jonctions du corps des vannes d’isolement et des vannes de contrôle. Le test consiste à faire circuler de l’hélium ou du méthane à travers la vanne à l’aide d’une pompe et de mesurer la quantité de gaz qui s’échappe de la vanne. Parce que la procédure s’applique aux joints et aux jonctions, on considère que l’ensemble de la vanne est testé. La norme fournit des méthodes de mesure et d’essai ainsi que des modes opératoires de qualification acceptables pour les émissions fugitives. Cependant, comme ce test n’est pas réalisé dans les conditions habituelles d’un process, les résultats peuvent être trompeurs.

L’issue des tests de l’API est très simple. Soit la vanne est certifiée « faibles émissions », soit elle ne l’est pas. En revanche, les acheteurs de vannes doivent savoir que la méthodologie de l’ISO permet un classement dans différentes classes d’étanchéité en fonction des résultats obtenus lors des essais. Ainsi, une vanne classée « faibles émissions » avec cette méthode pourra ne pas satisfaire au critère « 100 ppm maximum » fixé par l’EPA. Les vannes de la classe d’étanchéité CM, par exemple, sont des vannes à « faibles émissions » dont le débit de fuite (de méthane) est compris entre 100 ppm et 500 ppm.

Par ailleurs, selon l’ISO, il n’y a pas de corrélation prévue entre les classes d’étanchéité lorsque les vannes sont testées avec de l’hélium (classes AH, BH, CH) ou avec du méthane (classes AM, BM, CM). Ceci est en partie dû au fait que les données recueillies lors des essais sont différentes selon le fluide utilisé. Si une vanne est testée avec de l’hélium plutôt qu’avec du méthane, le débit de fuite est ramené au diamètre de la tige. Ce débit est ainsi exprimé en mbar∙L/s (ou atm∙cm3/s) par millimètre de diamètre de la tige. Si cette mesure correspond mieux à la définition d’un débit de fuite qu’une concentration mesurée en ppm, il n’existe aucune méthode permettant de « convertir » un débit de fuite en atm∙cm3/s en une concentration en ppm. Il est donc difficile de savoir si une vanne testée avec de l’hélium respecte ou non le seuil de « 100 ppm maximum » fixé par l’EPA.

Idéalement, ces tests devraient être effectués dans un laboratoire indépendant et non par le fabricant de la vanne. Un fabricant qui fait appel à un laboratoire indépendant est en mesure de prouver que la conformité de ses vannes aux normes d’essai a été validée par un organisme impartial. Le fabricant devra ensuite proposer un certificat portant le sceau du laboratoire et précisant les résultats des tests ainsi que l’endroit où les essais ont été effectués.

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Bonnes pratiques pour réduire les émissions fugitives

En plus de suivre les conseils donnés ci-dessus pour choisir des vannes à faibles émissions, vous pourrez adopter les bonnes pratiques opérationnelles suivantes pour réduire le risque de fuites et d’émissions fugitives dans votre installation :

 

Adaptez le réglage des garnitures dans le calendrier de maintenance préventive. Par exemple, les intervalles de réglage devront être plus longs dans un climat froid.

Mettez en place des dispositifs de verrouillage pour éviter de restreindre l’écoulement dans les vannes à boisseau sphérique et pour éliminer la possibilité d’une manœuvre accidentelle.

 

Réduisez le nombre de vannes non certifiées faibles émissions disponibles sur le site afin d’éviter que ces vannes ne soient utilisées par erreur dans des applications critiques.

Songez à remplacer les vannes au lieu de les réparer ; l’achat de vannes neuves peut revenir moins cher que le temps et la main-d’œuvre consacrés à l’entretien de vannes vieillissantes.

 

Utilisez des vannes double arrêt et purge (DAP) pour des raisons de sécurité.

Pour manipuler des gaz légers (l’hydrogène, par exemple), songez à utiliser des vannes à soufflet.

 

Au moment de choisir des vannes à faibles émissions, pensez à uniformiser l’installation en utilisant quelques modèles d’un nombre restreint de fabricants. Ce faisant, réfléchissez à l’origine des autres composants de systèmes fluides que vous utilisez. Les performances de produits conçus par un fabricant pour fonctionner ensemble sont souvent supérieures à celles de produits venant de plusieurs fournisseurs différents. 

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Que vous soyez en train de concevoir de nouveaux systèmes ou que vous cherchiez à améliorer votre programme de détection et de réparation des fuites, optez pour des vannes certifiées faibles émissions pour lutter contre les émissions fugitives. Être proactif et choisir d’utiliser des vannes certifiées faibles émissions avant que des mesures de protection de l’environnement ne vous y contraignent pourra vous éviter le casse-tête de modifications coûteuses et vous aidera à faire en sorte que votre activité reste compatible avec les meilleures pratiques en matière environnementale.

Pour vous aider à déterminer des solutions adaptées à votre situation, envisagez une collaboration avec des professionnels expérimentés en recourant aux services d’évaluation et de conseil de Swagelok. Nous proposons également une large gamme de vannes certifiées faibles émissions – vannes de process, d’instrumentation, vannes à boisseau sphérique, à pointeau, à obturateur ascendant, purgeurs – qui ont toutes réussi les tests API sans devoir être modifiées et dont aucune n’a présenté un débit de fuite de méthane supérieur à 100 ppm au cours des essais. Si vous envisagez d’intégrer l’un de ces produits dans vos systèmes fluides, n’hésitez pas à contacter votre centre de vente et de services agréé pour obtenir les certificats faibles émissions qui vous concernent ou toute autre assistance dont vous pourriez avoir besoin dans ce domaine.

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