Réduire les coûts des émissions fugitives avec des vannes à faibles émissions

Minimiser les coûts des émissions fugitives avec des vannes Low-E

Sean Hunsicker, Responsable Marché

Les émissions fugitives sont un nouveau sujet de discussion dans les installations de traitement chimique et de raffinage, mais un sujet important. Les émissions fugitives peuvent impacter négativement la rentabilité de votre entreprise si elles ne sont pas surveillées, et se conformer aux réglementations actuelles sur les émissions peut exiger des changements dans votre chaîne d'approvisionnement et des projets de mise à niveau. Alors que des organismes de réglementation tels que l'Environmental Protection Agency (EPA) et les entreprises propriétaires concluent des accords pour réduire les émissions fugitives, il n'y a jamais eu de meilleur moment pour renforcer vos connaissances dans ce domaine.

Que vous soyez nouveau dans l'idée des émissions fugitives ou que vous ayez une forte compréhension du sujet, mais ayez besoin de conseils pour minimiser leurs coûts associés, cet article couvrira les bases de ce que vous devez savoir.

Que sont les émissions fugitives ?

Les émissions fugitives sont des émissions non contrôlées de gaz depuis l'équipement de process principalement dues à des fuites indésirables. Les composés organiques volatils (COV), tels que le benzène, le méthane et l'éthanol, sont les principaux gaz préoccupants. Les COV peuvent compromettre la qualité de l'air, contribuant à la formation d'ozone. En conséquence, les agences gouvernementales fixent des limites aux émissions fugitives, et la violation de ces réglementations peut mener à de grosses amendes.

Les joints dynamiques et statiques sur les vannes, pompes et connexions à bride sont les principales sources d'émissions fugitives, les vannes étant responsables d'environ 62 % du total des émissions de COV non contrôlées dans une installation typique. L'installation de vannes à faibles émissions (Low-E), démontrées par des tests pour minimiser les émissions fugitives, est une solution courante employée dans toute l'industrie. L'achat de vannes Low-E pour une installation peut être une exigence de décrets de consentement, un accord légal entre une usine de process et l'EPA aux États-Unis, souvent suite à une affaire civile.

Décrets de consentement de l'EPA

L'EPA est chargée d'aider les entreprises à se conformer aux exigences environnementales, lois et réglementations actuelles, telles que le Clean Water Act et le Clean Air Act. Bien que la conformité volontaire soit préférée, l'EPA prendra des mesures légales pour assurer la conformité quand requis. Bien qu'il y ait plusieurs types d'actions d'exécution disponibles pour l'EPA, pour les usines chimiques et raffineries, l'action prend souvent la forme d'un décret de consentement.

Un décret de consentement typique contiendra un langage listant des actions spécifiques à entreprendre dans un délai spécifié par le propriétaire d'un actif afin de se mettre en conformité environnementale. Le non-respect du décret de consentement peut entraîner des pénalités civiles, y compris de lourdes amendes. Une accumulation d'amendes démontre la non-conformité avec le décret de consentement qui peut mener à des ramifications légales supplémentaires. Bien qu'il y ait de nombreuses méthodes pour réduire les émissions fugitives, une stipulation trouvée dans certains décrets de consentement est une exigence que l'usine mette en place un programme amélioré de détection et réparation des fuites (LDAR) et n'achète que des vannes Low-E.

LDAR amélioré et vannes Low-E

Les programmes LDAR améliorés cherchent à imiter les méthodes périodiques de détection de fuites et de surveillance de l'EPA. Pour les vannes, un audit de l'EPA consiste en un audit papier ainsi que des tests sur le terrain pour les émissions. Les usines mettant en œuvre un programme LDAR amélioré cherchent principalement à réduire les émissions fugitives par les méthodes suivantes :

• Instituer un plan complet où les fuites sont identifiées par des tests in-situ des vannes et autres connexions en utilisant la Méthode 21 de l'EPA
• Identifier, documenter et réparer les fuites dans un délai défini
• Abaisser les limites de fuite admissibles pour les vannes, connexions et pompes

Une exigence supplémentaire est que toutes les vannes achetées pour la future maintenance, réparation et opérations (MRO) ainsi que les nouveaux projets doivent être des vannes Low-E. Le langage dans de nombreux décrets de consentement de l'EPA laisse la méthode de détermination de ce qui constitue une vanne Low-E à l'usine. Il y a généralement plusieurs méthodes par lesquelles une vanne peut être classée comme vanne Low-E. C'est la décision de l'usine d'accepter que le fabricant de la vanne fournisse l'un des éléments suivants :

• Une garantie écrite que la vanne ne fuira pas au-dessus de 100 parties par million pendant cinq ans
• Une garantie écrite, certification ou documentation équivalente que la vanne a été testée conformément aux pratiques d'ingénierie généralement acceptées et a été trouvée en fuite à pas plus de 100 ppm

Puisqu'il peut être difficile pour un utilisateur de vanne de comprendre la différence entre ces deux options, voici un aperçu des avantages et inconvénients de chaque forme de validation de vanne Low-E.

Garantie écrite par le fabricant

Une solution apparemment simple pour documenter l'achat de vannes Low-E est d'avoir les fabricants fournir une garantie écrite que leur vanne ne fuira pas en excès de 100 parties par million pendant cinq ans. Cependant, un exploitant d'usine devrait considérer les ramifications si les vannes fuient. Quelle compensation est disponible si la vanne fuit ? La garantie est-elle limitée au remplacement de la vanne qui fuit ? Les coûts associés au remplacement de la vanne sont-ils récupérables ?

Il y a souvent des pénalités financières associées à l'incapacité d'une usine à se conformer à divers aspects des décrets de consentement qui devraient être considérées. Les amendes peuvent atteindre jusqu'à 10 000 $ par jour par incident pour non-conformité. Et si la vanne qui fuit déclenche une amende de l'EPA ? L'usine est-elle en mesure de poursuivre le fabricant de vannes pour récupérer ces coûts ?

Compter sur la garantie d'un fabricant laisse une usine ouverte à la possibilité que, volontairement ou non, le fabricant puisse continuer à fournir des vannes qui fuient en excès de 100 parties par million. Dans l'esprit de nombreuses opérations d'usine, il y a trop d'incertitudes en comptant seulement sur la garantie d'un fabricant quand des méthodes de test sont disponibles pour déterminer si une vanne répond au taux de fuite requis.

Tests de faibles émissions

Le langage dans les décrets de consentement de l'EPA permet aux fabricants de vannes de fournir une garantie que la vanne a été testée « conformément aux pratiques d'ingénierie généralement acceptées et a été trouvée en fuite à pas plus de 100 ppm. » Cela signifie que les ingénieurs d'usine et environnementaux doivent déterminer ce qui constitue des « pratiques d'ingénierie généralement acceptées », si le fabricant a conduit le test de bonne foi, et si le test reproduit les conditions de process. Un test développé et conduit par un fabricant pourrait potentiellement laisser une usine en danger, créant de l'incertitude pour les professionnels essayant de déterminer si une vanne est bien une vanne Low-E.

Heureusement, il y a des tests industriels disponibles de l'American Petroleum Institute (API) et de l'Organisation Internationale de Normalisation (ISO) pour déterminer si la vanne devrait être classée comme « faibles émissions ».

• API 624, Type Testing of Rising Stem Valves Equipped with Graphite Packing for Fugitive Emissions, couvre le test des vannes à tige montante utilisant le méthane comme milieu de test. La vanne doit effectuer 310 cycles ainsi que trois cycles thermiques (quand la vanne est testée à température ambiante, une température élevée, puis à nouveau à température ambiante) avec un taux de fuite sous 100 parties par million (ppm) de méthane.
• API 641, Testing of Quarter-turn Valves for Fugitive Emissions, détaille le test des vannes à quart de tour utilisant le méthane comme milieu de test. Chaque vanne testée doit effectuer 610 cycles ainsi que trois cycles thermiques avec un taux de fuite sous 100 ppm de méthane.
• ISO 15848-1, Industrial Valves — Measurement, Test and Qualification Procedures for Fugitive Emissions, donne les procédures et exigences pour les tests de cycles mécaniques et thermiques des vannes avec des tests de fuite à divers points. Le méthane ou l'hélium est utilisé comme milieu de test.

Les tests API fournissent un résultat simple de réussite ou d'échec. La vanne est soit certifiée comme vanne Low-E, soit non. Les acheteurs de vannes devraient être conscients, cependant, que la méthodologie de test ISO permet divers « classes » d'étanchéité des vannes liées à leur performance pendant les tests. Les classes ISO peuvent permettre à une vanne d'être considérée et étiquetée « Low-E », mais ne pas répondre à l'exigence de taux de fuite « 100 ppm ou moins » pour l'EPA. La Classe d'étanchéité CM, par exemple, décrit une vanne « faibles émissions » qui fuit en excès de 100 ppm de méthane, mais moins de 500 ppm de méthane.

De plus, selon l'ISO, « il n'y a pas de corrélation prévue entre les classes d'étanchéité quand le fluide de test est l'hélium (Classes AH, BH, CH) et quand le fluide de test est le méthane (Classes AM, BM, CM). Cela est partiellement parce que les données de test recueillies sont différentes pour les différents fluides. Si une vanne est testée avec de l'hélium plutôt que du méthane, les résultats sont rapportés comme un taux de fuite proportionnel au diamètre de la tige. Ce débit est exprimé en centimètres cubes atmosphériques par seconde (atm-cm3/s), et bien que cette métrique soit plus correctement définie comme un taux de fuite qu'une concentration mesurée en parties par million (ppm), une méthode pour convertir atm-cm3/s en une concentration observée en parties par million n'existe pas. Cela rend difficile d'interpréter si l'on est en conformité avec le langage de l'EPA de « 100 ppm ou moins » quand on teste avec de l'hélium.

Idéalement, ces tests devraient être conduits dans un laboratoire tiers et non par le fabricant de vannes. Quand un fabricant de vannes fait effectuer les tests par un tiers indépendant, cela démontre la confirmation par un organisme impartial que les vannes répondent aux exigences de la norme de test. Une certification de vanne devrait alors être rendue disponible par le fabricant de vannes comme documentation, incluant un sceau du laboratoire tiers, l'emplacement du test et les résultats.

Anticipez les exigences d'émissions

Que vous conceviez de nouveaux systèmes ou cherchiez à améliorer votre programme LDAR, choisissez des vannes certifiées Low-E pour combattre les émissions fugitives. Être proactif et spécifier des vannes à faibles émissions certifiées avant toute action d'exécution environnementale prévient les maux de tête coûteux de rétrofit et vous aide à rester conforme aux meilleures pratiques environnementales actuelles. Avoir des instructions et procédures claires sur quelles vannes commander pour le service COV aide aussi à protéger à la fois l'environnement et votre intégrité opérationnelle.

Alors que vous travaillez à traiter les problèmes d'émissions fugitives existants ou cherchez simplement à prévenir les fuites futures, consultez notre article de blog sur l'importance de réduire les fuites dans les raffineries. Pour obtenir de l'aide pour déterminer quelles solutions Low-E pourraient convenir à vos opérations, envisagez de travailler avec des professionnels expérimentés des systèmes fluides à travers les services d'évaluation et de conseil de Swagelok, également.

Enfin, Swagelok offre une large gamme de vannes de process, d'instrumentation, à bille, à aiguille, à obturateur montant et de purge certifiées Low-E qui ont passé les tests API de faibles émissions applicables sans aucune modification de conception, ne fuyant jamais le méthane en excès de 100 ppm pendant les tests. Si vous prévoyez d'intégrer l'un de ces produits dans vos systèmes fluides, n'hésitez pas à contacter votre centre de vente et service agréé pour les certificats Low-E applicables ou tout autre soutien dont vous pourriez avoir besoin en cours de route.