On parle depuis peu des émissions fugitives dans les installations de raffinage et de transformation de produits chimiques, mais c’est un sujet important. Si elles ne sont pas contrôlées, les émissions fugitives peuvent avoir un impact négatif sur la rentabilité de votre entreprise. Par ailleurs, le respect de la réglementation en la matière pourra exiger que vous apportiez des changements à votre chaîne d'approvisionnement et à vos projets de modernisation. Alors que les entreprises et des organismes de réglementation tels que l'Agence de protection de l'environnement (EPA) s’entendent pour réduire les émissions fugitives, il est plus que jamais temps d’actualiser vos connaissances dans ce domaine.
Que le sujet vous soit vaguement connu ou que vous maîtrisiez la question tout en cherchant des pistes pour réduire les coûts associés à ces émissions, cet article traite des points essentiels que vous devez connaître.
Que sont les émissions fugitives ?
Les émissions fugitives sont des émissions non contrôlées de gaz échappé d’un process industriel et principalement dues à des fuites intempestives. Les principaux gaz qui suscitent des préoccupations sont les composés organiques volatils (COV) comme le benzène, le méthane ou l’éthanol. Les COV peuvent dégrader la qualité de l'air en favorisant la formation d'ozone. Par conséquent, des limites relatives aux émissions fugitives de ces substances sont fixées par des organismes gouvernementaux et le non-respect de ces règles peut entraîner de fortes amendes.
Les joints statiques et dynamiques des vannes, des pompes et des raccords à bride sont des sources importantes d’émissions fugitives. On estime ainsi que, dans une installation classique, les vannes sont responsables d'environ 62 % des émissions totales de COV. L’installation de vannes à faibles émissions, dont les tests ont montré qu’elles permettaient de réduire au minimum les émissions fugitives, est une solution fréquemment adoptée dans l'industrie. L'achat de ces vannes peut être une exigence notifiée dans un jugement d'expédient – un accord juridique passé entre une entreprise de transformation et l’EPA aux États-Unis, souvent à la suite d'un procès civil.
Les jugements d’expédient de l'EPA
L'EPA a pour mission d'aider les entreprises à se conformer aux exigences, lois et réglementations environnementales en vigueur, comme la loi sur la qualité de l’eau ou la loi sur la qualité de l’air. Même si l’on préfère que les entreprises se mettent d’elles-mêmes en conformité, l'EPA peut intenter une action en justice pour faire respecter ces règles lorsqu’elle le juge nécessaire. Bien que l’EPA dispose de plusieurs moyens pour faire appliquer la loi, ces mesures prennent souvent la forme d'un jugement d’expédient lorsqu'il s’agit d’une raffinerie ou d’une usine chimique.
Un jugement d’expédient contient des dispositions dans lesquelles sont énumérées certaines mesures que le propriétaire des installations doit prendre dans un délai déterminé pour se conformer aux règles environnementales. Le non-respect du jugement peut entraîner des sanctions civiles, notamment de lourdes amendes. Une accumulation d'amendes est la preuve du non-respect du jugement, ce qui peut déboucher sur de nouvelles poursuites. Bien qu'il existe plusieurs méthodes pour réduire les émissions fugitives, une disposition figurant dans certains jugements oblige l’entreprise concernée à mettre en place un programme de détection et de réparation des fuites (PDRF) renforcé et à n’acheter que des vannes à faibles émissions.
Un PDRF renforcé et des vannes à faibles émissions
Le but d’un PDRF renforcé est de reproduire les méthodes de surveillance et détection périodiques des fuites de 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 fugitives 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
À cela s’ajoute le fait 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. 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
Vu qu’il peut être difficile pour un utilisateur de comprendre la différence entre ces deux possibilités, les avantages et les inconvénients de chaque forme de validation sont exposés ci-dessous.
Garantie écrite fournie par le fabricant
Une solution apparemment simple pour documenter l'achat de vannes à faibles émissions consiste 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 ?
Les sanctions financières liées à l'incapacité d'une usine à se conformer aux diverses exigences précisées dans un jugement d’expédient sont un point à ne pas négliger. Les amendes peuvent en effet atteindre 10 000 dollars par jour et par exigence non respectée. Que se passe-t-il alors si l’EPA inflige une amende à une entreprise à cause d’une vanne qui fuit ? L'entreprise a-t-elle la possibilité de se retourner contre le fabricant de la vanne pour être dédommagée ?
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.
Tests d’émissions
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 ».
- La norme API 624, Essai de type des vannes à tige montante avec garniture en graphite pour les émissions fugitives, précise les conditions du test effectué avec du méthane sur des vannes à tige montante. 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.
- La norme API 641, Essai de type des vannes quart de tour pour les émissions fugitives, précise les conditions du test effectué avec du méthane sur des vannes quart de tour. Hormis le nombre de cycles d'ouverture/fermeture qui est de 610 au lieu de 310, les conditions du test sont identiques aux précédentes.
- La norme ISO 15848-1, Robinetterie industrielle – Mesurage, essais et modes opératoires de qualification pour émissions fugitives, décrit les procédures – cycles mécaniques, cycles thermiques – et les critères des essais réalisés sur des vannes, avec mesure du débit de fuite en différents points. Le test peut être réalisé avec du méthane ou de l'hélium.
L’issue des tests de l’API est très simple. Soit la vanne est certifiée « faibles émission », 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-1 (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.
Devancez les exigences en matière d’émissions
Si vous cherchez à régler des problèmes d'émissions fugitives existants ou simplement à éviter que des fuites n’apparaissent à l’avenir, lisez notre article sur l’importance de réduire les fuites dans les raffineries. Pour vous aider à déterminer des solutions adaptées à votre situation, envisagez également une collaboration avec des professionnels expérimentés en recourant aux services d’évaluation et de conseil de Swagelok.
