Méthodes pour l'analyse et la prévention des risques d'emballement thermique

Methods for analysis and prevention of thermal runaway risks

• Auteur / Autrice : Amine Dakkoune
• Direction : Lionel Estel, Dimitri Lefebvre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 17/12/2019
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (Saint-Etienne-du-Rouvray ; 1985-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de sécurité des procédés chimiques (Saint Etienne du Rouvray, Seine-Maritime ; 1989-....) - Groupe de Recherche en Electrotechnique et Automatique du Havre (Le Havre, Seine-Maritime ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Perrin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lionel Estel, Dimitri Lefebvre, Nadine Gabas, Frédéric Kratz, Lamiae Vernières-Hassimi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nadine Gabas, Frédéric Kratz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Peroxyde d'hydrogène

Effets de la température

Formique, Acide

Détection de défaut (ingénierie)

Retour d'expérience

Mesures de sécurité

Procédés chimiques

Produits chimiques -- Accidents

Mots clés libres

Événements accidentels chimiques

Emballement thermique

Détection et diagnostic de défauts

Chemical accidental events

Process safety

Experience feedback

Thermal runaway

Faults detection and diagnosis

Résumé

L’histoire des événements accidentels dans les industries chimiques montre que leurs conséquences sont souvent graves sur les plans humain, environnemental et économique. Cette thèse vise à proposer une approche de détection et de diagnostic des défauts dans les procédés chimiques afin de prévenir ces événements accidentels. La démarche commence par une étude préalable qui sert à identifier les causes majeures responsables des événements industriels chimiques en se basant sur le retour d’expérience (REX). En France, selon la base de données ARIA, 25% des évènements sont dus à l’emballement thermique à cause d’erreurs d’origine humaine. Il est donc opportun de développer une méthode de détection et de diagnostic précoce des défauts dus à l’emballement thermique. Pour cela nous développons une approche qui utilise des seuils dynamiques pour la détection et la collecte de mesures pour le diagnostic. La localisation des défauts est basée sur une classification des caractéristiques statistiques de la température en fonction de plusieurs modes défectueux. Un ensemble de classificateurs linéaires et de diagrammes de décision binaires indexés par rapport au temps sont utilisés. Enfin, la synthèse de l'acide peroxyformique dans un réacteur discontinu et semi-continu est considérée pour valider la méthode proposée par des simulations numériques et ensuite expérimentales. Les performances de détection de défauts se sont révélées satisfaisantes et les classificateurs ont démontré un taux de séparabilité des défauts élevés.

The history of accidental events in chemical industries shows that their human, environmental and economic consequences are often serious. This thesis aims at proposing an approach of detection and diagnosis faults in chemical processes in order to prevent these accidental events. A preliminary study serves to identify the major causes of chemical industrial events based on experience feedback. In France, according to the ARIA database, 25% of the events are due to thermal runaway because of human errors. It is therefore appropriate to develop a method for early fault detection and diagnosis due to thermal runaway. For that purpose, we develop an approach that uses dynamical thresholds for the detection and collection of measurements for diagnosis. The localization of faults is based on a classification of the statistical characteristics of the temperature according to several defectives modes. A multiset of linear classifiers and binary decision diagrams indexed with respect to the time are used for that purpose. Finally, the synthesis of peroxyformic acid in a batch and semi batch reactor is considered to validate the proposed method by numerical simulations and then experiments. Faults detection performance has been proved satisfactory and the classifiers have proved a high isolability rate of faults.