ISO 28300:2008
(Main)Petroleum, petrochemical and natural gas industries — Venting of atmospheric and low-pressure storage tanks
Petroleum, petrochemical and natural gas industries — Venting of atmospheric and low-pressure storage tanks
ISO 28300:2008 covers the normal and emergency vapour venting requirements for aboveground liquid petroleum or petroleum products storage tanks and aboveground and underground refrigerated storage tanks designed as atmospheric storage tanks or low-pressure storage tanks. Discussed in ISO 28300:2008 are the causes of overpressure and vacuum; determination of venting requirements; means of venting; selection, and installation of venting devices; and testing and marking of relief devices. ISO 28300:2008 is intended for tanks containing petroleum and petroleum products but it can also be applied to tanks containing other liquids; however, it is necessary to use sound engineering analysis and judgment whenever ISO 28300:2008 is applied to other liquids. ISO 28300:2008 does not apply to external floating-roof tanks.
Industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel — Ventilation des réservoirs de stockage à pression atmosphérique et à basse pression
L'ISO 28300:2008 couvre les exigences de ventilation de vapeur (gaz), normale et en situation d'urgence, des réservoirs de surface de stockage de pétrole liquide et de produits pétroliers et des réservoirs de surface et enterrés de stockage réfrigérés (frigorifiques), conçus comme réservoirs de stockage à pression atmosphérique et à basse pression. Elle aborde les causes de surpression et de dépression, la détermination des exigences de ventilation, les moyens de ventilation, le choix et l'installation des dispositifs de ventilation ainsi que les essais et le marquage des limiteurs de pression. L'ISO 28300:2008 concerne les réservoirs contenant du pétrole et des produits pétroliers, mais peut également s'appliquer aux réservoirs contenant d'autres liquides. Il est cependant nécessaire d'utiliser une analyse et un raisonnement techniques solides lorsqu'elle est appliquée à d'autres liquides. L'ISO 28300:2008 ne s'applique pas aux réservoirs extérieurs à toit flottant.
General Information
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 28300
First edition
2008-06-15
Petroleum, petrochemical and natural gas
industries — Venting of atmospheric and
low-pressure storage tanks
Industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel — Ventilation
des réservoirs de stockage à pression atmosphérique et à basse
pression
Reference number
©
ISO 2008
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Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions and abbreviated terms . 1
4 Non-refrigerated aboveground tanks . 4
4.1 General. 4
4.2 Causes of overpressure or vacuum. 4
4.3 Determination of venting requirements. 7
4.4 Means of venting. 18
4.5 Considerations for tanks with potentially flammable atmospheres. 19
4.6 Relief-device specification. 20
4.7 Installation of venting devices . 22
5 Refrigerated aboveground and belowground tanks . 23
5.1 General. 23
5.2 Causes of overpressure or vacuum. 23
5.3 Relief-device specification. 26
5.4 Installation of venting devices . 26
6 Testing of venting devices. 27
6.1 General. 27
6.2 Flow-test apparatus. 28
6.3 Method for determining capacities . 29
6.4 Production testing . 33
7 Manufacturer's documentation and marking of venting devices . 34
7.1 Documentation. 34
7.2 Marking . 34
Annex A (informative) Alternative calculation of normal venting requirements . 36
Annex B (informative) Basis of emergency venting for Tables 7 and 8 . 45
Annex C (informative) Types and operating characteristics of venting devices. 49
Annex D (informative) Basis of sizing equations. 58
Annex E (informative) Basis for normal out-breathing and normal inbreathing . 70
Annex F (informative) Guidance for inert-gas blanketing of tanks for flashback protection. 72
Bibliography . 75
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 28300 was prepared by Technical Committee ISO/TC 67, Materials, equipment and offshore structures
for petroleum, petrochemical and natural gas industries, Subcommittee SC 6, Processing equipment and
systems.
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Introduction
th
This International Standard was developed from the 5 edition of API Std 2000 and EN 14015:2005, with the
th
intent that the 6 edition of API Std 2000 be identical to this International Standard.
This International Standard has been developed from the accumulated knowledge and experience of qualified
engineers of the oil, petroleum, petrochemical, chemical and general bulk liquid storage industry.
Engineering studies of a particular tank can indicate that the appropriate venting capacity for the tank is not
the venting capacity estimated in accordance with this International Standard. The many variables associated
with tank-venting requirements make it impractical to set forth definite, simple rules that are applicable to all
locations and conditions.
In this International Standard, where practical, US Customary (USC) units are included in parentheses or in
separate tables, for information.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 28300:2008(E)
Petroleum, petrochemical and natural gas industries — Venting
of atmospheric and low-pressure storage tanks
1 Scope
This International Standard covers the normal and emergency vapour venting requirements for aboveground
liquid petroleum or petroleum products storage tanks and aboveground and underground refrigerated storage
tanks designed as atmospheric storage tanks or low-pressure storage tanks. Discussed in this International
Standard are the causes of overpressure and vacuum; determination of venting requirements; means of
venting; selection, and installation of venting devices; and testing and marking of relief devices.
This International Standard is intended for tanks containing petroleum and petroleum products but it can also
be applied to tanks containing other liquids; however, it is necessary to use sound engineering analysis and
judgment whenever this International Standard is applied to other liquids.
This International Standard does not apply to external floating-roof tanks.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 4126-4, Safety devices for protection against excessive pressure — Part 4: Pilot operated safety valves
ISO 16852, Flame arresters — Performance requirements, test methods and limits for use
ISO 23251, Petroleum, petrochemical and natural gas industries — Pressure-relieving and depressuring
systems
IEC 60079-10, Electrical apparatus for explosive gas atmospheres — Part 10: Classification of hazardous
areas
1)
DIN 4119 (all parts), Above-ground cylindrical flat-bottom tank structures of metallic materials
3 Terms, definitions and abbreviated terms
For the purposes of this document, the following terms, definitions and abbreviated terms apply.
3.1
accumulation
pressure increase over the maximum allowable working pressure or design pressure of the vessel allowed
during discharge through the pressure-relief device
NOTE Accumulation is expressed in units of pressure or as a percentage of MAWP or design pressure. Maximum
allowable accumulations are established by pressure-design codes for emergency operating and fire contingencies.
1) Deutsches Institut für Normung (DIN), Burggrafenstrasse 6, Berlin, Germany D-10787.
3.2
adjusted set pressure
inlet static pressure at which a pressure-relief valve is adjusted to open on the test stand
See set pressure (3.19).
NOTE 1 Adjusted set pressure is equivalent to set pressure for direct-mounted end-of-line installations.
NOTE 2 The adjusted test pressure includes corrections for service conditions of superimposed back-pressure.
3.3
British thermal unit
Btu
unit of heat that increases the temperature of one pound of water by one degree Fahrenheit
3.4
emergency venting
venting required when an abnormal condition, such as ruptured internal heating coils or an external fire, exists
either inside or outside a tank
3.5
non-refrigerated tank
container that stores material in a liquid state without the aid of refrigeration, either by evaporation of the tank
contents or by a circulating refrigeration system
NOTE Generally, the storage temperature is close to, or higher than, ambient temperature.
3.6
normal cubic metres per hour
Nm /h
SI unit for volumetric flow rate of air or gas at a temperature of 0 °C and pressure of 101,3 kPa, expressed in
cubic metres per hour
3.7
normal venting
venting required because of operational requirements or atmospheric changes
3.8
overpressure
pressure increase at the PV valve inlet above the set pressure, when the PV valve is relieving
NOTE 1 Overpressure is expressed in pressure units or as a percentage of the set pressure.
NOTE 2 The value or magnitude of the overpressure is equal to the value or magnitude of the accumulation when the
valve is set at the maximum allowable working pressure or design pressure and the inlet piping losses are zero.
3.9
petroleum
crude oil
3.10
petroleum products
hydrocarbon materials or other products derived from crude oil
3.11
PV valve
weight-loaded, pilot-operated, or spring-loaded valve, used to relieve excess pressure and/or vacuum that has
developed in a tank
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3.12
rated relieving capacity
flow capacity of a relief device expressed in terms of air flow at standard or normal conditions at a designated
pressure or vacuum
NOTE Rated relieving capacity is expressed in SCFH or Nm /h.
3.13
refrigerated tank
container that stores liquid at a temperature below atmospheric temperature with or without the aid of
refrigeration, either by evaporation of the tank contents or by a circulating refrigeration system
3.14
relief device
device used to relieve excess pressure and/or vacuum that has developed in a tank
3.15
relieving pressure
pressure at the inlet of a relief device when the fluid is flowing at the required relieving capacity
3.16
required flow capacity
flow through a relief device required to prevent excessive pressure or vacuum in a tank under the most severe
operating or emergency conditions
3.17
rollover
uncontrolled mass movement of stored liquid, correcting an unstable state of stratified liquids of different
densities and resulting in a significant evolution of product vapour
3.18
standard cubic feet per hour
SCFH
USC unit for volumetric flow rate of air or gas (same as free air or free gas) at a temperature of 15,6 °C
(60 °F) and an absolute pressure of 101,3 kPa (14,7 psi), expressed in cubic feet per hour
3.19
set pressure
gauge pressure at the device inlet at which the relief device is set to start opening under service conditions
3.20
thermal inbreathing
movement of air or blanketing gas into a tank when vapours in the tank contract or condense as a result of
weather changes (e.g. a decrease in atmospheric temperature)
3.21
thermal out-breathing
movement of vapours out of a tank when vapours in the tank expand and liquid in the tank vapourizes as a
result of weather changes (e.g. an increase in atmospheric temperature)
3.22
wetted area
surface area of a tank exposed to liquid on the interior and heat from a fire on the exterior
4 Non-refrigerated aboveground tanks
4.1 General
Clause 4 covers the causes of overpressure or vacuum; determination of venting requirements; means of
venting; selection and installation of venting devices.
4.2 Causes of overpressure or vacuum
4.2.1 General
When determining the possible causes of overpressure or vacuum in a tank, consider the following:
a) liquid movement into or out of the tank;
b) tank breathing due to weather changes (e.g. pressure and temperature changes);
c) fire exposure;
d) other circumstances resulting from equipment failures and operating errors.
There can be additional circumstances that should be considered but are not included in this International
Standard.
4.2.2 Liquid movement into or out of a tank
Liquid can enter or leave a tank by pumping, by gravity flow or by process pressure.
Vacuum can result from the outflow of liquid from a tank. Overpressure can result from the inflow of liquid into
a tank and from the vapourization, including flashing of the feed liquid, that occurs because of the inflow of the
liquid. Flashing of the feed liquid can be significant for feed that is near or above its boiling point at the
pressure in the tank. See 4.3 for calculation methods.
4.2.3 Weather changes
Vacuum can result from the contraction or condensation of vapours that is caused by a decrease in
atmospheric temperature or other weather changes, such as wind changes, precipitation, etc. Overpressure
can result from the expansion and vapourization that is caused by an increase in atmospheric temperature or
weather changes. See 4.3 for calculation methods.
4.2.4 Fire exposure
Overpressure results from the expansion of the vapours and vapourization of the liquid that occur when a tank
absorbs heat from an external fire. See 4.3.3 for calculation methods.
4.2.5 Other circumstances
4.2.5.1 General
When the possible causes of overpressure or vacuum in a tank are being determined, other circumstances
resulting from equipment failures and operating errors shall be considered and evaluated. Calculation
methods for these other circumstances are not provided in this International Standard.
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4.2.5.2 Pressure transfer vapour breakthrough
Liquid transfer from other vessels, tank trucks and tank cars can be aided or accomplished entirely by
pressurization of the supply vessel with a gas, but the receiving tank can encounter a flow surge at the end of
the transfer due to vapour breakthrough. Depending on the pre-existing pressure and free head space in the
receiving tank, the additional gas volume can be sufficient to overpressure the tank. The controlling case is a
transfer that fills the receiving tank so that little head space remains to absorb the pressure surge.
4.2.5.3 Inert pads and purges
Inert pads and purges are provided on tanks to protect the contents of the tanks from contamination, maintain
non-flammable atmospheres in the tanks and reduce the extent of the flammable envelope of the vapours
vented from the tanks. An inert pad and purge system normally has a supply regulator and a back-pressure
regulator to maintain interior tank pressure within a narrow operating range. Failure of the supply regulator can
result in unrestricted gas flow into the tank and subsequent tank overpressure, reduced gas flow, or complete
loss of the gas flow. Failure closed of the back-pressure regulator can result in a blocked outlet and
overpressure. If the back-pressure regulator is connected to a vapour-recovery system, its failure open can
result in vacuum.
4.2.5.4 Abnormal heat transfer
Steam, tempered water and hot oil are common heating media for tanks whose contents it is necessary to
maintain at elevated temperatures. Failure of a tank's supply control valve, temperature-sensing element or
control system can cause an increase of heat input to the tank. Vapourization of the liquid stored in the tank
can result in tank overpressure.
Heated tanks that have two liquid phases present the possibility of a rapid vapourization if the lower phase is
heated to the point where its density becomes lower than the density of the liquid above it. It is recommended
to specify design and operating practices to avoid these conditions.
If a tank maintained at elevated temperatures is empty, excessive feed vapourization can result when the tank
is filled. If the temperature control system of the tank is active with the sensing element exposed to vapour,
the tank's heating medium can be circulating at maximum rate with the tank wall at maximum temperature.
Filling under such conditions can result in excessive feed vapourization. The excessive feed vapourization
stops as soon as the walls have cooled and the fluid level covers the sensing element.
For a tank with a cooling jacket or coils, liquid vapourization as a result of the loss of coolant flow shall be
considered.
4.2.5.5 Internal failure of heat-transfer devices
Mechanical failure of a tank's internal heating or cooling device can expose the contents of the tank to the
heating or cooling medium used in the device. In low-pressure tanks, it can be assumed that the flow direction
of the heat-transfer medium is into the tank when the device fails. Chemical compatibility of the tank contents
and the heat-transfer medium shall be considered. Relief of the heat-transfer medium (e.g. steam) can be
necessary.
4.2.5.6 Vent treatment systems
If vapour from a tank is collected for treatment or disposal by a vent treatment system, the vent collection
system can fail. This failure shall be evaluated. Failures affecting the safety of a tank can include
back-pressure developed from problems in the piping (liquid-filled pockets and solids build-up), other
equipment venting or relieving into the header or blockage due to equipment failure. An emergency venting
device that relieves to atmosphere, set at a higher pressure than the vent treatment system, may be used if
appropriate.
4.2.5.7 Utility failure
Local and plant-wide power and utility failures shall be considered as possible causes of overpressure or
vacuum. Loss of electrical power directly affects any motorized valves or controllers and can also shut down
the instrument air supply. Also, cooling and heating fluids can be lost during an electrical failure.
4.2.5.8 Change in temperature of the input stream to a tank
A change in the temperature of the input stream to a tank, brought about by a loss of cooling or an increase in
heat input, can cause overpressure in the tank. A lower-temperature inlet stream can result in vapour
condensation and contraction, which can cause vacuum.
4.2.5.9 Chemical reactions
The contents of some tanks can be subject to chemical reactions that generate heat and/or vapours. Some
examples of chemical reactions include inadvertently adding water to acid or spent acid tanks, thereby
generating steam and/or vapourizing light hydrocarbons; runaway reactions in tanks containing cumene
hydroperoxide; etc. In some cases, the material can foam, causing two-phase relief.
Technology available from the Design Institute for Emergency Relief Systems (DIERS) Users Group of the
American Institute of Chemical Engineers (AICHE) or from the DIERS group in Europe may be used to
evaluate these cases.
4.2.5.10 Liquid overfill protection
For information on liquid overfill protection, see API Std 2510, API RP 2350 and EN 13616. Prevent liquid
overfill by providing instrument safeguards and/or effective operator intervention actions.
4.2.5.11 Atmospheric pressure changes
A rise or drop in barometric pressure is a possible cause of vacuum or overpressure in a tank. This should be
considered for refrigerated storage tanks (see 5.2.1.2).
4.2.5.12 Control valve failure
The effect of a control valve failing open or failing closed shall be considered to determine the potential for
pressure or vacuum due to mass and/or energy imbalances. For example, failure of a control valve on the
liquid line to a tank shall be considered because such a failure can overload heat-exchange equipment
resulting in the admission of high-temperature material into the tank. A control-valve failure can also cause the
liquid level in a pressurized vessel feeding liquid to a tank to drop below the vessel outlet nozzle, allowing
high-pressure vapour to enter the tank (see 4.2.5.2).
4.2.5.13 Steam out
If an uninsulated tank is filled with steam, the condensing rate due to ambient cooling can exceed the venting
rates specified in this International Standard. Procedures, such as the use of large vents (open manways),
controlling the tank cooling rate or adding a non-condensable gas such as air or nitrogen, are often necessary
to prevent excessive internal vacuum.
4.2.5.14 Uninsulated hot tanks
Uninsulated tanks with exceptionally hot vapour spaces can exceed the thermal inbreathing requirements in
this International Standard during a rainstorm. Vapour contraction can cause excessive vacuum. An
engineered review of heated, uninsulated tanks with vapour-space temperatures above 48,9 °C (120 °F) is
recommended.
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4.2.5.15 Internal explosion/deflagration
Tank contents can ignite, producing an internal deflagration with overpressures that develop more rapidly than
some venting devices can handle. For explosion venting, see NFPA 68 and EN 13237. For inerting, see
Annex F.
4.2.5.16 Mixing of products of different composition
Introduction of materials that are more volatile than those normally stored can be possible due to upsets in
upstream processing or human error. This can result in overpressure.
4.3 Determination of venting requirements
4.3.1 General
It is necessary to quantify the venting requirements for any applicable cause of excessive pressure or vacuum
as identified based on guidance provided in 4.2 to establish the design basis for the sizing of relief devices or
any other means of appropriate protection. To assist in this quantification, this International Standard provides
guidance for the detailed calculation related to the following commonly encountered conditions:
a) normal inbreathing resulting from a maximum outflow of liquid from the tank (liquid-transfer effects);
b) normal inbreathing resulting from contraction or condensation of vapours caused by a maximum
decrease in vapour-space temperature (thermal effects);
c) normal out-breathing resulting from a maximum inflow of liquid into the tank and maximum vapourization
caused by such inflow (liquid-transfer effects);
d) normal out-breathing resulting from expansion and vapourization that results from a maximum increase in
vapour-space temperature (thermal effects);
e) emergency venting resulting from fire exposure.
When determining the venting requirements, the largest single contingency requirement or any reasonable
and probable combination of contingencies shall be considered as the design basis. At a minimum, the
combination of the liquid-transfer effects and thermal effects for normal venting shall be considered when
determining the total normal inbreathing or out-breathing.
With the exception of refrigerated storage tanks, common practice is to consider only the total normal
inbreathing for determining the venting requirements. That is, inbreathing loads from other circumstances
described in 4.2.5 are generally not considered coincident with the normal inbreathing. This is considered a
reasonable approach because the thermal inbreathing is a severe and short-lived condition.
For the total out-breathing, consider the scenarios described in 4.2.5 and determine whether these should be
coincident with normal out-breathing flows.
4.3.2 Calculation of maximum flow rates for normal out-breathing and normal inbreathing
4.3.2.1 General
The method in 4.3.2.1 is based on engineering calculations. See Annex E for the assumptions on which this
calculated method is based. For a more detailed understanding of this model, see References [21] and [22].
An alternative method of calculating normal out-breathing and normal inbreathing flows is given in Annex A.
This alternative method may be used for tank/services that meet the boundary conditions specified in Annex A.
The method of calculation utilized shall be documented.
The inbreathing and out-breathing requirements in this International Standard are for air at normal or standard
conditions. The user shall correct the inbreathing and out-breathing requirements to normal or standard
conditions for tanks that are heated (insulated) or pressurized to greater than 6,9 kPa (1 psi).
4.3.2.2 Liquid filling and discharge capacities
4.3.2.2.1 Out-breathing
The out-breathing shall be determined as follows.
a) The out-breathing volumetric flow rate, V , expressed in SI units of cubic metres per hour of air, for
op
products stored below 40 °C or with a vapour pressure less than 5,0 kPa, shall be as given by
Equation (1):
VV= (1)
op pf
where V is the maximum volumetric filling rate, expressed in cubic metres per hour.
pf
The out-breathing volumetric flow rate, V , expressed in USC units of cubic feet per hour of air, for
op
products stored below 104 °F or with a vapour pressure less than 0,73 psi, shall be as given by
Equation (2):
VV=⋅8,02 (2)
op pf
where V is the maximum volumetric filling rate, expressed in US gallons per minute.
pf
b) For products containing more volatile components or dissolved gases (e.g. oil spiked with methane),
perform a flash calculation and increase the out-breathing venting requirements accordingly.
c) For products stored above 40 °C (104 °F) or with a vapour pressure greater than 5,0 kPa (0,73 psi),
increase the out-breathing by the evaporation rate.
4.3.2.2.2 Inbreathing
The inbreathing venting requirement, V , expressed in SI units of cubic metres per hour of air, shall be the
ip
maximum specified liquid discharging capacity for the tank as given by Equation (3).
VV= (3)
ip pe
where V is the maximum rate of liquid discharging, expressed in cubic metres per hour.
pe
Calculate the inbreathing venting requirement, V , expressed in USC units of cubic feet per hour of air, in
ip
accordance with Equation (4):
VV=⋅8,02 (4)
ip pe
where V is the maximum rate of liquid discharging, expressed in US gallons per minute.
pe
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4.3.2.3 Thermal out-breathing and inbreathing
4.3.2.3.1 General
Consider thermal out-breathing and inbreathing due to atmospheric heating or cooling of the external surfaces
of the tank shell and roof.
4.3.2.3.2 Thermal out-breathing
Calculate the thermal out-breathing (i.e. the maximum thermal flow rate for heating up), V , expressed in SI
OT
units of normal cubic metres per hour of air, in accordance with Equation (5):
0,9
VY=⋅V ⋅R (5)
OT i
tk
where
Y is a factor for the latitude (see Table 1);
V is the tank volume, expressed in cubic metres;
tk
R is the reduction factor for insulation {R = 1 if no insulation is used; R = R for partially insulated
i i i inp
tanks [see Equation (10)]; R = R for fully insulated tanks [see Equation (9)]}.
i in
Calculate the thermal out-breathing (i.e. the maximum thermal flow rate for heating up), V , expressed in
OT
USC units as standard cubic feet per hour of air, in accordance with Equation (6):
0,9
VY=⋅1, 51⋅V ⋅R (6)
OT i
tk
where
Y is a factor for the latitude (see Table 1);
V is the tank volume, expressed in cubic feet;
tk
R is the reduction factor for insulation {R = 1 if no insulation is used; R = R for partially insulated
i i i inp
tanks [see Equation (10)]; R = R for fully insulated tanks [see Equation (9)]}.
i in
The Y-factor for the latitude in Equations (5) and (6) can be taken from Table 1.
Table 1 — Y-factor for various latitudes
Latitude Y-factor
Below 42° 0,32
Between 42° and 58° 0,25
Above 58° 0,2
4.3.2.3.3 Thermal inbreathing
Calculate the maximum thermal flow rate during cooling down, V , expressed in SI units of normal cubic
IT
metres per hour of air, in accordance with Equation (7):
0,7
VC=⋅V ⋅R (7)
IT i
tk
where
C is a factor that depends on vapour pressure, average storage temperature and latitude (see Table 2);
V is the tank volume, expressed in cubic metres;
tk
R is the same as for Equation (5).
i
Calculate the maximum thermal flow rate during cooling down, V , expressed in USC units of standard cubic
IT
feet per hour of air, in accordance with Equation (8):
0,7
VC=⋅3,08⋅V⋅R (8)
IT i
tk
where
C is a factor that depends on vapour pressure, average storage temperature and latitude (see Table 2);
V is the tank volume, expressed in cubic feet;
tk
R is the same as for Equation (5).
i
Table 2 — C-factors
Latitude C-factor for various conditions
Vapour pressure
Hexane or similar Higher than hexane, or unknown
Average storage temperature
°C
< 25 W 25 < 25 W 25
Below 42° 4 6,5 6,5 6,5
Between 42° and 58° 3 5 5 5
Above 58° 2,5 4 4 4
4.3.2.4 Reduction factor for tanks with insulation
The thermal flow rate for heating up (thermal out-breathing) or cooling down (thermal inbreathing) is reduced
by insulation and depends upon the properties and thickness of the insulation.
Calculate the reduction factor, R , for a fully insulated tank as given by Equation (9).
in
R = (9)
in
hl⋅
in
1+
λ
in
where
h is the inside heat-transfer coefficient, expressed in watts per square metre-kelvin;
2 2
NOTE An inside heat-transfer coefficient of 4 W/(m⋅K) [0,7 Btu/(h⋅ft⋅°F)] is commonly assumed for typical
tanks.
l is the wall thickness of the insulation, expressed in metres;
in
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λ is the thermal conductivity of the insulation, expressed in watts per metre-kelvin.
in
EXAMPLE For an insulation thickness, L , equal to 0,1 m, a thermal conductivity of the insulation, λ , equal to
in in
0,05 W/(m⋅K), and a heat-transfer coefficient, h, equal to 4 W/(m⋅K), the reduction factor, R , is equal to 0,11. Thus, the
in
out-breathing of the insulated tank is 0,11 times that of the uninsulated tank.
Calculate the reduction factor, R , for a partially insulated tank as given by Equation (10):
inp
AA⎛⎞
inp inp
RR=⋅+ 1− (10)
⎜⎟
inp in
⎜⎟
AA
TTS TTS
⎝⎠
where
A is the total tank surface area (shell and roof), expressed in square metres (square feet);
TTS
A is the insulated surface area of the tank, expressed in square metres (square feet).
inp
4.3.3 Requirements for emergency venting capacity for tanks subject to fire exposure
4.3.3.1 General
When storage tanks are exposed to fire, the venting rate can exceed the rate resulting from normal
out-breathing.
4.3.3.2 Tanks with weak roof-to-shell attachment
On a fixed-roof tank with a weak (frangible) roof-to-shell attachment, such as that described in API Std 650,
the roof-to-shell connection will fail prior to other tank welds, allowing relief of the excess pressure if the
normal venting capacity proves inadequate. For a tank built to these specifications, it is not necessary to
consider additional requirements for emergency venting; however, additional emergency vents may be used
to avoid failure of the frangible joint. Care should be taken to ensure that the current requirements for a
frangible roof-to-shell attachment are met, particularly for tanks smaller than 15 m (50 ft) in diameter.
4.3.3.3 Fire relief requirements
4.3.3.3.1 When a tank is not provided with a weak roof-to-shell attachment as described in 4.3.3.2, the
procedure given in 4.3.3.3.2 through 4.3.3.3.7 shall govern in evaluating the required venting capacity for fire
exposure.
4.3.3.3.2 Calculate the required venting capacity, q, expressed in SI units of normal cubic metres per hour
of air, for tanks subject to fire exposure as given by Equation (11):
0,5
QF⋅ ⎛⎞T
q=⋅906,6 ⋅ (11)
⎜⎟
LM
⎝⎠
where
Q is the heat input from fire exposure as given by Table 3, expressed in watts;
F is the environmental factor from Table 9 (credit may be taken for only one environmental factor);
L is the latent heat of vapourization of the stored liquid at the relieving pressure and temperature,
expressed in joules per kilogram;
T is the absolute temperature of the relieving vapour, expressed in kelvins;
NOTE It is normally assumed that the temperature of the relieving vapour corresponds to the boiling point of the
stored fluid at the relieving pressure.
M is the relative molecular mass of the vapour.
Calculated the required venting capacity, q, expressed in USC units of standard cubic feet per hour of air, for
tanks subject to fire exposure as given by Equation (12).
0,5
QF⋅ T
⎛⎞
q=⋅3,091 ⋅ (12)
⎜⎟
LM
⎝⎠
where
Q is the heat input from fire exposure as given by Table 4, expressed in British thermal units per
hour;
F is the environmental factor from Table 9 (credit may be taken for only one environmental factor);
L is the latent heat of vapourization of the stored liquid at the relieving pressure and temperature,
expressed in British thermal units per pound
T is the absolute temperature of the relieving vapour, expressed in degrees Rankine;
NOTE It is normally assumed that the temperature of the relieving vapour corresponds to the boiling point of the
stored fluid at the relieving conditions in the tank.
M is the relative molecular mass of the vapour.
Table 3 — Heat input, Q
(expressed in SI units)
Wetted surface area Design pressure Heat input
A Q
TWS
m kPa (gauge) W
< 18,6 u 103,4 63 150A
TWS
0,566
W 18,6 and < 93 u 103,4 224 200 × (A )
TWS
0,338
W 93 and < 260 u 103,4 630 400 × (A )
TWS
0,82
W 260 > 7 and u 103,4 43 200 × (A )
TWS
W 260 u 7 4 129 700
Table 4 — Heat input, Q
(expressed in USC units)
Wetted surface area Design pressure Heat input
A Q
TWS
ft psig Btu/h
< 200 u 15 20 000A
TWS
0,566
W 200 and < 1 000 u 15 199 300 × (A )
TWS
0,338
W 1 000 and < 2 800 u 15 963 400 × (A )
TWS
0,82
W 2 800 > 1 and u 15 21 000 × (A )
TWS
W 2 800 u 1 14 090 000
12 © ISO 2008 – All rights reserved
4.3.3.3.3 Where the fluid properties are similar to those of hexane, the required venting capacity can be
determined from Table 5 or Table 6.
Table 5 — Venting capacity
(expressed in SI units)
Wetted surface area Design pressure Required venting capacity
a
A
TWS
kPa (gauge) Nm /h of air
m
< 260 u 103,4 See Table 7 and 4.3.3.3.4.
W 260 u 7 19 910 (see 4.3.3.3.4)
b
W 260 > 7 and u 103,4 Use Equation (13) .
a
The wetted area of a tank or storage vessel shall be calculated as follows.
⎯ For spheres and spheroids, the wetted area is equal to 55 % of the total surface area or the surface area to a height of 9,14 m
above grade, whichever is greater.
⎯ For horizontal tanks, the wetted area is equal to 75 % of the total surface area or the surface area to a height of 9,14 m above
grade, whichever is greater.
⎯ For vertical tanks, the wetted area is equal to the total surface area of the vertical shell to a height of 9,14 m above grade. For a
vertical tank setting on the ground, the area of the ground plates is not included as wetted area. For a vertical tank supported
above grade, it is necessary to include a portion of the area of the bottom as additional wetted surface. The portion of the bottom
area exposed to a fire depends on the diameter and elevation of the tank above grade. It is necessary to use engineering
judgement in evaluating the portion of the area exposed to fire.
b
Calculate the venting requirement, q, expressed in normal cubic metres per hour of air as given in Equation (13), which is based
0,82
on the total heat absorbed, Q, expressed in watts, equal to 43 200A [see Equation (B.7)]:
TWS
0,82
q = 208,2 F·A (13)
TWS
where
F is the environmental factor from Table 9 (credit may be taken for only one environmental factor);
A is the wetted surface area, expressed in square metres.
TWS
The total heat absorbed, Q, is expressed in watts for Equation (13). Table 7 and the constant 208,2 in
Equation (13) are derived from Equation (11) and Figure B.1 by using the latent heat of vapourization of
hexane, equal to 334 900 J/kg at atmospheric pressure, and the relative molecular mass of hexane (86,17)
and assuming a vapour temperature of 15,6 °C. This method provide results within an acceptable degree of
accuracy for many fluids having similar properties (see Annex B).
Table 6 — Venting capacity
(expressed in USC units)
Wetted surface area Design pressure Required venting capacity
a
A
TWS
psig SCFH of air
ft
< 2 800 u 15 See Table 8 and 4.3.3.3.4.
W 2 800 u 1 742 000 (see 4.3.3.3.4)
b
W 2 800 > 1 and W 15 Use Equation (14) .
a
The wetted area of a tank or storage vessel shall be calculated as follows.
⎯ For spheres and spheroids, the wetted area is equal to 55 % of the total surface area or the surface area to a height of 30 ft
above grade, whichever is greater.
⎯ For horizontal tanks, the wetted area is equal to 75 % of the total surface area or the surface area to a height of 30 ft above
grade, whichever is greater.
⎯ For vertical tanks, the wetted area is equal to the total surface area of the vertical shell to a height of 30 ft above grade. For a
vertical tank setting on the ground, the area of the ground plates is not included as wetted area. For a vertical tank supported
above grade, it is necessary to include a portion of the area of the bottom as additional wetted surface. The portion of the bottom
area exposed to a fire depends on the diameter and elevation of the tank above grade. It is necessary to use engineering
judgement in evaluating the portion of the area exposed to fire.
b
Calculate the venting requirement, q, expressed in normal cubic feet per hour of air as given in Equation (14), which is based on
0,82
the total heat absorbed, Q, expressed in British thermal units per hour, equal to 21 000A [see Equation (B.8)]:
TWS
0,82
q = 1 107 F·A (14)
TWS
where
F is the environmental factor from Table 9 (credit may be taken for only one environmental factor);
A is the wetted surface area, expressed in square feet.
TWS
The total heat absorbed, Q, is expressed in Btu per hour for Equation (14). Table 8 and the constant 1 107 in
Equation (14) are derived from Equation (12) and Figure B.2 by using the latent heat of vapourization of
hexane, equal to 144 Btu/lb at atmospheric pressure, and the relative molecular mass of hexane (86,17) and
assuming a vapour temperature of 60 °F. This method provides results within an acceptable degree of
accuracy for many fluids having similar properties (see Annex B).
14 © ISO 2008 – All rights reserved
Table 7 — Emergency venting required for fire exposure versus wetted surface area
(expressed in SI units)
a a
Wetted area Venting required Wetted area Venting required
2 3 2 3
m Nm /h m Nm /h
2 608 35 8 086
3 913 40 8 721
4 1 217 45 9 322
5 1 521 50 9 895
6 1 825 60 10 971
7 2 130 70 11 971
8 2 434 80 12 911
9 2 738 90 13 801
11 3 347 110 15 461
13 3 955 130 15 751
15 4 563 150 16 532
17 5 172 175 17 416
19 5 780 200 18 220
22 6 217 230 19 102
25 6 684 260 19 910
b
30 7 411 > 260 —
a
The wetted area of a tank or storage vessel shall be calculated as follows.
⎯ For spheres and spheroids, the wetted area is equal to 55 % of the total surface area or the surface area to a height of 9,14 m
above grade, whichever is greater.
⎯ For horizontal tanks, the wetted area is equal to 75 % of the total surface area or the surface area to a height of 9,14 m above
grade, whichever is greater.
⎯ For vertical tanks, the wetted area is equal to the total s
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 28300
Première édition
2008-06-15
Industries du pétrole, de la pétrochimie et
du gaz naturel — Ventilation des
réservoirs de stockage à pression
atmosphérique et à basse pression
Petroleum, petrochemical and natural gas industries — Venting of
atmospheric and low-pressure storage tanks
Numéro de référence
©
ISO 2008
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Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Version française parue en 2009
Publié en Suisse
ii © ISO 2008 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives . 1
3 Termes, définitions et termes abrégés. 2
4 Réservoirs de surface non réfrigérés. 4
4.1 Généralités . 4
4.2 Causes de surpression ou de dépression . 4
4.3 Détermination des exigences de ventilation.7
4.4 Moyens de ventilation . 19
4.5 Considérations relatives aux réservoirs à atmosphères potentiellement inflammables. 20
4.6 Spécification relative à l'organe de décharge. 22
4.7 Installation des dispositifs de ventilation . 23
5 Réservoirs de surface et enterrés réfrigérés . 25
5.1 Généralités . 25
5.2 Causes de surpression ou de dépression . 25
5.3 Spécification relative à l'organe de décharge. 29
5.4 Installation des dispositifs de ventilation . 29
6 Essais des dispositifs de ventilation. 29
6.1 Généralités . 29
6.2 Débitmètre d'essai . 30
6.3 Méthode de détermination des capacités . 31
6.4 Essais de production. 35
7 Documentation du fabricant et marquage des dispositifs de ventilation. 36
7.1 Documentation. 36
7.2 Marquage . 36
Annexe A (informative) Autre calcul des exigences de ventilation normale . 38
Annexe B (informative) Base de la ventilation d'urgence des Tableaux 7 et 8. 47
Annexe C (informative) Types et caractéristiques de service des dispositifs de ventilation . 51
Annexe D (informative) Base relative aux équations de dimensionnement . 61
Annexe E (informative) Base pour l'expiration normale et l'inspiration normale. 73
Annexe F (informative) Recommandations relatives à l'inertage au gaz des réservoirs pour la
protection contre le retour de flamme. 75
Bibliographie . 78
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 28300 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 67, Matériel, équipement et structures en mer
pour les industries pétrolière, pétrochimique et du gaz naturel, sous-comité SC 6, Systèmes et équipements
de traitement.
iv © ISO 2008 – Tous droits réservés
Introduction
e
La présente Norme internationale a été élaborée à partir de la 5 édition de la norme API 2000 et de
e
l'EN 14015:2005, afin que la 6 édition de la norme API 2000 soit identique à la présente Norme
internationale.
La présente Norme internationale a été élaborée sur la base des connaissances et de l'expérience des
ingénieurs qualifiés de l'industrie du pétrole, de la pétrochimie, de la chimie et du stockage général de liquide
en vrac.
Des études d'ingénierie relatives à un réservoir particulier peuvent indiquer que la capacité de ventilation
appropriée d'un réservoir donné n'est pas celle estimée conformément à la présente Norme internationale.
Les nombreuses variables associées aux exigences de ventilation des réservoirs rendent impossible
l'établissement de règles simples et définies applicables à tous les emplacements et à toutes les conditions.
La présente Norme internationale utilise, le cas échant, les unités US usuelles (USC) indiquées entre
parenthèses ou dans des tableaux séparés, pour information.
NORME INTERNATIONALE ISO 28300:2008(F)
Industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel —
Ventilation des réservoirs de stockage à pression
atmosphérique et à basse pression
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale couvre les exigences de ventilation de vapeur (gaz), normale et en situation
d'urgence, des réservoirs de surface de stockage de pétrole liquide et de produits pétroliers et des réservoirs
de surface et enterrés de stockage réfrigérés (frigorifiques), conçus comme réservoirs de stockage à pression
atmosphérique et à basse pression. Elle aborde les causes de surpression et de dépression, la détermination
des exigences de ventilation, les moyens de ventilation, le choix et l'installation des dispositifs de ventilation
ainsi que les essais et le marquage des limiteurs de pression.
La présente Norme internationale concerne les réservoirs contenant du pétrole et des produits pétroliers, mais
peut également s'appliquer aux réservoirs contenant d'autres liquides. Il est cependant nécessaire d'utiliser
une analyse et un raisonnement techniques solides lorsqu'elle est appliquée à d'autres liquides.
La présente Norme internationale ne s'applique pas aux réservoirs extérieurs à toit flottant.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 4126-4, Dispositifs de sécurité pour protection contre les pressions excessives — Partie 4: Soupapes de
sûreté pilotées
ISO 16852, Arrête-flammes — Exigences de performance, méthodes d'essai et limites d'utilisation
ISO 23251, Industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel — Systèmes de dépressurisation et de
protection contre les surpressions
CEI 60079-10, Matériel électrique pour atmosphères explosives gazeuses — Partie 10: Classement des
emplacements dangereux
1)
DIN 4119 (toutes les parties), Above-ground cylindrical flat-bottom tank structures of metallic materials
1) Deutsches Institut für Normung (DIN), Burggrafenstrasse 6, Berlin, Allemagne D-10787.
3 Termes, définitions et termes abrégés
Pour les besoins du présent document, les termes, définitions et termes abrégés suivants s'appliquent.
3.1
accumulation
augmentation de pression au-delà de la pression maximale de service admissible ou pression de calcul de la
capacité, admise pendant la décharge réalisée par l'organe de décharge
NOTE L'accumulation est exprimée en unités de pression ou en pourcentage de PMSA (pression maximale de
service autorisée) ou pression de calcul. Les accumulations maximales admissibles sont établies par les codes de calcul
de pression applicables aux situations éventuelles d'urgence et d'incendie.
3.2
pression de début d'ouverture corrigée
pression statique d'entrée à laquelle une soupape de décharge est réglée pour s'ouvrir sur le banc d'essai
Voir pression de début d'ouverture (3.19)
NOTE 1 La pression de début d'ouverture corrigée équivaut à la pression de début d'ouverture pour les installations
d'extrémité de canalisation à montage direct.
NOTE 2 La pression d'épreuve corrigée comprend les corrections pour les conditions de service de contre-pression de
surcharge.
3.3
unité thermique britannique
Btu
British thermal unit
quantité de chaleur nécessaire pour élever d'un degré Fahrenheit la température de un pound (ou livre) d'eau
3.4
ventilation de secours
ventilation nécessaire en cas de condition anormale, telle que rupture de serpentins de chauffage internes ou
feu extérieur, à l'intérieur ou à l'extérieur d'un réservoir
3.5
réservoir non réfrigéré
conteneur qui conserve un produit à l'état liquide sans réfrigération, soit par évaporation de son contenu, soit
au moyen d'un système de réfrigération à circulation
NOTE En règle générale, la température de stockage est proche ou supérieure à la température ambiante.
3.6
mètre cube normal par heure
Nm /h
unité SI de débit volumétrique d'air ou de gaz à une température de 0 °C et une pression de 101,3 kPa,
exprimée en mètres cubes par heure
3.7
ventilation normale
ventilation nécessaire du fait d'exigences opérationnelles ou de variations atmosphériques
3.8
surpression
augmentation de pression à l'orifice d'entrée de la soupape de surpression/dépression au-delà de la pression
de début d'ouverture, lorsque la soupape de surpression/dépression se décharge
NOTE 1 La surpression est exprimée en unités de pression ou en pourcentage de la pression de début d'ouverture.
NOTE 2 La valeur ou l'amplitude de la surpression est égale à la valeur ou l'amplitude de l'accumulation lorsque la
soupape est réglée à la pression maximale de service admissible ou pression de calcul et que les pertes de la tuyauterie
d'aspiration sont nulles.
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3.9
pétrole
pétrole brut
3.10
produits pétroliers
combustibles hydrocarbonés ou autres produits dérivés du pétrole brut
3.11
soupape de surpression/dépression
soupape à poids, à commande pilote ou à ressort, utilisée pour décharger la surpression et/ou la dépression
dans un réservoir
3.12
débit nominal de décharge
débit d'un organe de décharge, exprimé en termes de débit d'air dans des conditions standard ou normales à
une pression ou dépression désignée
NOTE Le débit nominal de décharge est exprimé en SCFH (standard cubic feet per hour) ou Nm /h.
3.13
réservoir réfrigéré
conteneur qui conserve un liquide à une température inférieure à la température atmosphérique avec ou sans
réfrigération, soit par évaporation de son contenu, soit au moyen d'un système de réfrigération à circulation
3.14
organe de décharge
dispositif utilisé pour décharger la surpression et/ou la dépression dans un réservoir
3.15
pression de décharge
pression à l'orifice d'entrée d'un limiteur de pression quand le fluide circule à la capacité de décharge requise
3.16
débit requis
débit d'un organe de décharge requis pour prévenir toute surpression et/ou dépression dans un réservoir
dans les conditions de fonctionnement ou d'urgence les plus sévères
3.17
basculement de couches
mouvement de masse incontrôlé du liquide stocké, modifiant un état instable des liquides stratifiés de
densités différentes et donnant lieu à une génération significative de vapeur du produit
3.18
pied cube standard par heure
SCFH
standard cubic feet per hour
unité USC de débit volumétrique d'air ou de gaz (identique à l'air libre ou au gaz libre) à une température de
15,6 °C (60 °F) et une pression absolue de 101,3 kPa (14,7 psi), exprimée en pieds cubes par heure
3.19
pression de début d'ouverture
pression manométrique à l'orifice d'entrée du dispositif à laquelle l'organe de décharge est réglé pour le début
d'ouverture dans des conditions de service
3.20
inspiration thermique
mouvement de l'air ou du gaz d'inertage à l'intérieur d'un réservoir lorsque les vapeurs qu'il contient se
contractent ou se condensent du fait de variations climatiques (par exemple baisse de la température
atmosphérique)
3.21
expiration thermique
mouvement des vapeurs à l'extérieur d'un réservoir lorsque les vapeurs qu'il contient se dilatent et que le
liquide se volatilise du fait de variations climatiques (par exemple hausse de la température atmosphérique)
3.22
surface mouillée
surface d'un réservoir exposée au liquide à l'intérieur et à la chaleur d'un feu à l'extérieur
4 Réservoirs de surface non réfrigérés
4.1 Généralités
L'Article 4 traite les causes de surpression ou de dépression, la détermination des exigences de ventilation,
les moyens de ventilation, le choix et l'installation des dispositifs de ventilation.
4.2 Causes de surpression ou de dépression
4.2.1 Généralités
Pour déterminer les éventuelles causes de surpression ou de dépression dans un réservoir, prendre en
compte les éléments suivants:
a) mouvement de liquide à l'intérieur ou vers l'extérieur du réservoir;
b) respiration du réservoir du fait de variations climatiques (par exemple variations de la pression et de la
température);
c) exposition au feu;
d) autres circonstances résultant de défaillances des équipements et d'erreurs d’exploitation.
Il peut exister d'autres circonstances qu'il convient de prendre en compte mais qui ne sont pas couvertes par
la présente Norme internationale.
4.2.2 Mouvement de liquide à l'intérieur ou vers l'extérieur du réservoir
Du liquide peut pénétrer dans le réservoir ou en sortir par pompage, écoulement gravitaire ou par pression de
procédé.
La dépression peut résulter du pompage de liquide hors d'un réservoir. La surpression peut résulter du
remplissage d'un réservoir par le liquide et de la vaporisation, y compris la vaporisation instantanée du liquide
d'alimentation, due au flux entrant du liquide. La vaporisation instantanée du liquide d'alimentation peut être
importante lorsque la température de l'alimentation a une valeur proche ou supérieure à son point d'ébullition
à la pression dans le réservoir. Voir 4.3 pour les méthodes de calcul.
4.2.3 Variations climatiques
La dépression peut résulter de la contraction ou de la condensation des vapeurs, dues à une baisse de la
température atmosphérique ou à d'autres variations climatiques, telles que modifications du vent, précipitation,
etc. La surpression peut résulter de la dilatation et de la vaporisation dues à une hausse de la température
atmosphérique ou à d'autres variations climatiques. Voir 4.3 pour les méthodes de calcul.
4 © ISO 2008 – Tous droits réservés
4.2.4 Exposition au feu
La surpression résulte de l'expansion volumétrique des vapeurs et de la vaporisation du liquide se produisant
lorsque le réservoir absorbe la chaleur provenant d'un feu extérieur. Voir 4.3.3 pour les méthodes de calcul.
4.2.5 Autres circonstances
4.2.5.1 Généralités
Conjointement à la détermination des éventuelles causes de surpression ou de dépression dans un réservoir,
d'autres circonstances résultant de défaillances des équipements et d'erreurs de fonctionnement doivent être
prises en compte et évaluées. Les méthodes de calcul applicables à ces autres circonstances ne sont pas
traitées dans la présente Norme internationale.
4.2.5.2 Pénétration de vapeur de transfert sous pression
Le transfert de liquide d'autres récipients, camions citernes et véhicules citernes peut être facilité ou réalisé
par mise sous pression complète du récipient d'alimentation à l'aide d'un gaz, le réservoir récepteur peut
cependant subir un à-coup de débit à la fin du transfert du fait de la pénétration de vapeur. En fonction de la
pression préexistante et de l'espace libre dans le réservoir récepteur, le volume de gaz supplémentaire peut
suffire à mettre en surpression le réservoir. Un transfert contrôlé consiste à remplir le réservoir récepteur en
conservant un petit espace libre pour absorber l'à-coup de pression.
4.2.5.3 Patins et purges inertes
Les réservoirs sont munis de patins et de purges inertes pour protéger leur contenu contre la contamination,
maintenir des atmosphères non inflammables dans les réservoirs et réduire l'étendue de l'enveloppe
inflammable des vapeurs libérées par les réservoirs Un système de patins et de purges inertes dispose
généralement d'un régulateur d'alimentation et d'un régulateur de contre-pression pour maintenir la pression à
l'intérieur du réservoir dans les limites d'une plage de service étroite. La défaillance du régulateur
d'alimentation peut provoquer l'écoulement libre des gaz dans le réservoir et par conséquent sa mise en
surpression, la réduction de l'écoulement gazeux ou la perte totale de l'écoulement gazeux. La mise en
sécurité en position fermée (fails closed) du régulateur de contre-pression peut donner lieu au blocage de
l'orifice de sortie et à une surpression. Si le régulateur de contre-pression est raccordé au système de
récupération des vapeurs, sa mise en sécurité en position ouverte (fails open) peut provoquer une dépression.
4.2.5.4 Transfert de chaleur anormal
La vapeur d'eau, l'eau tempérée et l'huile chaude sont les fluides caloporteurs courants présents dans les
réservoirs dont le contenu doit être maintenu à des températures élevées. La défaillance d'une vanne de
régulation d'alimentation du réservoir, d'un capteur de température ou d'un système de régulation peut
provoquer une augmentation de l'apport de chaleur au réservoir. La vaporisation du liquide stocké dans le
réservoir peut mettre le réservoir en surpression.
Les réservoirs chauffés à deux phases liquides peuvent présenter une vaporisation rapide si l'élévation de
température de la phase inférieure atteint le point où sa densité devient inférieure à celle du liquide qui la
surmonte. Il est recommandé de spécifier une conception et des pratiques opératoires permettant d'éviter de
telles conditions.
Si un réservoir maintenu à des températures élevées est vide, une vaporisation excessive de l'alimentation
peut se produire durant le remplissage du réservoir. Si le système de régulation de la température du
réservoir est actif, le capteur étant exposé à la vapeur, le fluide caloporteur du réservoir peut circuler au débit
maximal, la paroi du réservoir étant à la température maximale. Dans ces conditions, le remplissage peut
provoquer une vaporisation d'alimentation excessive. La vaporisation d'alimentation excessive s'arrête dès
que les parois sont refroidies et que le niveau de fluide a atteint le capteur.
Pour un réservoir équipé d'une enveloppe ou de serpentins de refroidissement, la vaporisation du liquide due
à la perte de débit du liquide de refroidissement doit être prise en compte.
4.2.5.5 Défaillance interne des dispositifs de transfert de chaleur
La défaillance mécanique d'un dispositif de chauffage ou de refroidissement interne du réservoir risque
d'exposer le contenu du réservoir au fluide caloporteur ou de refroidissement utilisé dans le dispositif. Dans
les réservoirs à basse pression, la direction du flux du fluide caloporteur est supposée être vers le réservoir en
cas de défaillance du dispositif. La compatibilité chimique du contenu du réservoir et du fluide caloporteur doit
être prise en compte. Il peut s'avérer nécessaire de dépressuriser le fluide caloporteur (par exemple la vapeur
d'eau).
4.2.5.6 Systèmes de traitement de ventilation
Lorsque la vapeur émanant d'un réservoir est recueillie pour traitement ou rejet par un système de traitement
de ventilation, le système de collecte de ventilation peut être défectueux. Cette défaillance doit être évaluée.
Les défaillances affectant la sécurité d'un réservoir peuvent comprendre la contre-pression résultant de
problèmes dans la tuyauterie (poches remplies de liquides, accumulations de solides), d'autres équipements
en ventilation ou en décharge dans le collecteur, ou d'un blocage dû à la défaillance des équipements. Un
dispositif de ventilation de secours qui évacue à l'air libre, réglé à une pression supérieure à celle du système
de traitement de ventilation peut, le cas échéant, être utilisé.
4.2.5.7 Défaillance des utilités
Les défaillances électriques partielles ou totales doivent être considérées comme des causes possibles de
surpression ou de dépression. Une coupure d'électricité affecte directement toutes les vannes motorisées ou
les régulateurs et peut également couper l'alimentation en air de l'instrument. De même, il existe un risque de
perte des fluides caloporteurs et de refroidissement pendant une défaillance électrique.
4.2.5.8 Variation de température du flux d'entrée dans le réservoir
La surpression dans le réservoir peut être due à une variation de la température du flux d'entrée dans le
réservoir, engendrée par une perte de refroidissement ou par une augmentation de l'apport de chaleur. Un
flux d'entrée à basse température peut provoquer la condensation et la contraction des vapeurs et, de ce fait,
créer une dépression.
4.2.5.9 Réactions chimiques
Le contenu de certains réservoirs peut faire l'objet de réactions chimiques qui génèrent de la chaleur et/ou
des vapeurs. Des exemples de réactions chimiques comprennent l'ajout accidentel d'eau à des réservoirs
d'acide ou d'acide usé générant de ce fait de la vapeur d'eau et/ou la vaporisation d'hydrocarbures légers, des
réactions d'emballement dans les réservoirs contenant de l'hydroperoxyde de cumène, etc. Dans certains cas,
la matière peut mousser, provoquant une décharge diphasique.
La technologie disponible auprès du Design Institute for Emergency Relief Systems (DIERS), du groupe
d'utilisateurs de l'American Institute of Chemical Engineers (AICHE) ou du groupe DIERS en Europe peut être
utilisée pour évaluer ces cas.
4.2.5.10 Protection contre le débordement de liquide
Pour de plus amples informations sur la protection contre le débordement de liquide, voir les normes
API Std 2510, API RP 2350 et EN 13616. Empêcher le débordement de liquide par l'installation de
protecteurs d'instrument et/ou par des interventions efficaces des opérateurs.
4.2.5.11 Variations de la pression atmosphérique
Une élévation ou une chute de la pression barométrique est une cause possible de dépression ou de
surpression dans le réservoir. Il convient de tenir compte de ce facteur pour les réservoirs de stockage
réfrigérés (voir 5.2.1.2).
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4.2.5.12 Défaillance d'une vanne de régulation
L'effet d'une défaillance à l'ouverture ou à la fermeture d'une vanne de régulation doit être pris en compte
pour déterminer le potentiel de mise en pression ou en dépression dû aux déséquilibres de la masse et/ou de
l'énergie. Par exemple, la défaillance d'une vanne de régulation sur la conduite de liquide raccordée au
réservoir doit être prise en compte car une défaillance de cette nature peut surcharger l'échangeur thermique
et élever la température de la matière à transférer dans le réservoir. Une défaillance de vanne de régulation
peut également provoquer la chute du niveau de liquide dans une capacité sous pression d'alimentation de
liquide du réservoir à un niveau inférieur à celui de la tubulure de sortie de la capacité, ce qui laisse pénétrer
des vapeurs à haute pression dans le réservoir (voir 4.2.5.2).
4.2.5.13 Chasse de vapeur
Si un réservoir non calorifugé est rempli de vapeur d'eau, la vitesse de condensation due au refroidissement
ambiant peut dépasser les vitesses de ventilation spécifiées dans la présente Norme internationale. Des
procédures telles que l'utilisation d'évents de grande dimension (trous d'homme ouverts), la maîtrise de la
vitesse de refroidissement du réservoir ou l'ajout d'un gaz non condensable (air ou azote, par exemple) sont
souvent nécessaires pour éviter toute mise en dépression interne excessive.
4.2.5.14 Réservoirs chauds non calorifugés
Les réservoirs non calorifugés munis d'espaces spéciaux pour vapeurs chaudes peuvent dépasser les
exigences d'inspiration thermique spécifiées dans la présente Norme internationale au cours d'un orage. La
contraction de la vapeur peut engendrer une dépression excessive. Il est recommandé de procéder à un
inventaire technique des réservoirs chauffés non calorifugés ayant des températures d'espace de vapeur
(phase gazeuse) supérieures à 48,9 °C (120 °F).
4.2.5.15 Explosion/déflagration interne
Le contenu du réservoir peut s'enflammer et produire une déflagration interne avec des surpressions se
développant plus rapidement que l'action de certains dispositifs de ventilation. Pour la ventilation d'explosion,
voir NFPA 68 et l'EN 13237. Pour l'inertage, voir l'Annexe F.
4.2.5.16 Mélange de produits de composition différente
Des matières plus volatiles que celles qu'il est généralement possible de stocker peuvent être introduites du
fait de refoulements se produisant en amont du traitement ou d'erreurs humaines. Cela peut donner lieu à une
surpression.
4.3 Détermination des exigences de ventilation
4.3.1 Généralités
Il est nécessaire de quantifier les exigences de ventilation pour toutes causes applicables de surpression ou
de dépression, telles qu'identifiées sur la base des recommandations données en 4.2 pour établir la base de
la conception pour le dimensionnement des organes de décharge ou de tout autre moyen de protection
approprié. Pour faciliter une telle quantification, la présente Norme internationale fournit des
recommandations de calcul détaillé pour les conditions suivantes les plus couramment rencontrées:
a) inspiration normale due au débit maximal de liquide sortant du réservoir (effets de transfert de liquide);
b) inspiration normale due à la contraction ou à la condensation des vapeurs, provoquées par une baisse
maximale de la température de l'espace de vapeur (effets thermiques);
c) expiration normale due au débit maximal de liquide entrant dans le réservoir et à la vaporisation
maximale provoquée par ledit débit entrant (effets de transfert de liquide);
d) expiration normale due à la dilatation et à la vaporisation, provoquées par une hausse maximale de la
température de l'espace de vapeur (effets thermiques);
e) ventilation de secours due à l'exposition au feu.
Pour déterminer les exigences de ventilation, l'exigence d'un scénario unique majorant ou de toute
combinaison raisonnable et probable de plusieurs scénarios doit être prise comme base de la conception. La
combinaison des effets de transfert de liquide et des effets thermiques de la ventilation normale doit au
minimum être considérée pour déterminer l'inspiration ou l'expiration normale totale.
À l'exception des réservoirs de stockage réfrigérés, il est d'usage général de considérer uniquement
l'inspiration normale totale pour déterminer les exigences de ventilation. En d'autres termes, les charges
d'inspiration issues d'autres circonstances décrites en 4.2.5 ne sont généralement pas considérées comme
correspondant à l'inspiration normale. Il s'agit d'une approche raisonnable car l'inspiration thermique
représente une condition sévère et de courte durée.
Pour l'expiration totale, considérer les scénarios décrits en 4.2.5 et déterminer s'il convient qu'ils
correspondent aux débits d'expiration normale.
4.3.2 Calcul des débits maximaux pour l'expiration et l'inspiration normales
4.3.2.1 Généralités
La méthode donnée en 4.3.2.1 est fondée sur des calculs techniques. Voir l'Annexe E pour les hypothèses
sur lesquelles se fonde cette méthode de calcul. Pour de plus amples informations sur ce modèle, voir les
Références [21] et [22].
Une autre méthode de calcul des débits d'expiration et d'inspiration normales est donnée dans l'Annexe A.
Elle peut être utilisée pour les réservoirs/services satisfaisant aux conditions limites spécifiées dans
l'Annexe A.
La méthode de calcul utilisée doit être documentée.
Les exigences relatives à l'inspiration et à l'expiration spécifiées dans la présente Norme internationale
s'appliquent à l'air dans des conditions normales ou standards. L'utilisateur doit corriger les exigences
relatives à l'inspiration et à l'expiration correspondant aux conditions normales ou standards pour les
réservoirs chauffés (calorifugés) ou sous pression supérieure à 6,9 kPa (1 psi).
4.3.2.2 Remplissage de liquide et capacités de décharge
4.3.2.2.1 Expiration
L'expiration doit être déterminée comme suit.
a) Le débit volumétrique de l'expiration, V , exprimé en mètres cubes par heure d'air (unités SI), pour des
op
produits stockés à une température inférieure à 40 °C ou à une tension de vapeur inférieure à 5,0 kPa,
doit être tel que donné par l'Équation (1):
VV= (1)
op pf
où V est le débit volumétrique maximal de remplissage, exprimé en mètres cubes par heure.
pf
Le débit volumétrique à l'expiration, V , exprimé en pieds cubes par heure d'air (unités USC), pour des
op
produits stockés à une température inférieure à 104 °F ou à une tension de vapeur inférieure à 0,73 psi,
doit être tel que donné par l'Équation (2):
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VV=⋅8,02 (2)
op pf
où V est le débit de remplissage volumétrique maximal, exprimé en gallons US par minute.
pf
b) Pour les produits contenant plus d'éléments volatils ou de gaz dissous (par exemple pétrole enrichi au
méthane), réaliser un calcul de la vaporisation instantanée («flash») et accroître les exigences de
ventilation par expiration en conséquence.
c) Pour les produits stockés à une température supérieure à 40 °C (104 °F) ou à une tension de vapeur
supérieure à 5,0 kPa (0,73 psi), accroître l'expiration par la vitesse d'évaporation.
4.3.2.2.2 Inspiration
L'exigence de ventilation à l'inspiration, V , exprimée en mètres cubes par heure d'air (unités SI), doit être la
ip
capacité maximale de décharge de liquide spécifiée pour le réservoir selon l'Équation (3):
VV= (3)
ip pe
où V est le débit maximal de décharge de liquide, exprimé en mètres cubes par heure.
pe
Calculer l'exigence de ventilation à l'inspiration, V , exprimée en pieds cubes par heure d'air (unités USC)
ip
selon l'Équation (4):
VV=⋅8,02 (4)
ip pe
où V est le débit maximal de décharge de liquide, exprimé en gallons US par minute.
pe
4.3.2.3 Expiration et inspiration thermiques
4.3.2.3.1 Généralités
Prendre en considération l'expiration et l'inspiration thermiques dues au réchauffement ou au refroidissement
atmosphérique des surfaces extérieures de la virole et du toit.
4.3.2.3.2 Expiration thermique
Calculer l'expiration thermique (c'est-à-dire le débit thermique maximal de réchauffage), V , exprimé en
OT
mètres cubes normaux par heure d'air (unités SI) selon l'Équation (5):
0,9
VY=⋅V ⋅R (5)
OT i
tk
où
Y est un coefficient pour la latitude (voir Tableau 1);
V est le volume du réservoir, exprimé en mètres cubes;
tk
R est le coefficient de réduction pour le calorifuge {R = 1 en l'absence de calorifuge; R = R pour
i i i inp
les réservoirs partiellement calorifugés [voir Équation (10)]; R = R pour les réservoirs totalement
i in
calorifugés [voir Équation (9)]}
Calculer l'expiration thermique (c'est-à-dire le débit thermique maximal pour le réchauffage), V , exprimé en
OT
pieds cubes par heure d'air (unités USC) selon l'Équation (6):
0,9
VY=⋅1, 51⋅V ⋅R (6)
OT i
tk
où
Y est un coefficient pour la latitude (voir Tableau 1);
V est le volume du réservoir, exprimé en mètres cubes;
tk
R est le coefficient de réduction pour le calorifuge {R = 1 en l'absence de calorifuge; R = R pour les
i i i inp
réservoirs partiellement calorifugés [voir Équation (10)]; R = R pour les réservoirs totalement
i in
calorifugés [voir Équation (9)]}.
Le coefficient Y pour la latitude dans les Équations (5) et (6) peut être pris dans le Tableau 1.
Tableau 1 — Coefficient Y pour différentes latitudes
Latitude Coefficient Y
Inférieure à 42° 0,32
Comprise entre 42° et 58° 0,25
Supérieure à 58° 0,2
4.3.2.3.3 Inspiration thermique
Calculer le débit thermique maximal pendant le refroidissement, V exprimé en mètres cubes normaux par
IT
heure d'air (unités SI), selon l'Équation (7):
0,7
VC=⋅V ⋅R (7)
IT i
tk
où
C est un coefficient qui dépend de la tension de vapeur, de la température moyenne de stockage et de
la latitude (voir Tableau 2);
V est le volume du réservoir, exprimé en mètres cubes;
tk
R est identique à celui de l'Équation (5).
i
Calculer le débit thermique maximal pendant le refroidissement, V exprimé en pieds cubes standard par
IT
heure d'air (unités USC), selon l'Équation (8):
0,7
VC=⋅3,08⋅V⋅R (8)
IT i
tk
où
C est un coefficient qui dépend de la tension de vapeur, de la température moyenne de stockage et de
la latitude (voir Tableau 2);
V est le volume du réservoir, exprimé en pieds cubes;
tk
R est identique à celui de l'Équation (5).
i
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Tableau 2 — Coefficients C
Coefficient C pour diverses conditions
Tension de vapeur
Hexane ou similaire Supérieure à l'hexane, ou inconnue
Latitude
Température de stockage moyenne
°C
< 25 W 25 < 25 W 25
Inférieure à 42° 4 6,5 6,5 6,5
Comprise entre 42° et 58° 3 5 5 5
Supérieure à 58° 2,5 4 4 4
4.3.2.4 Coefficient de réduction pour les réservoirs avec calorifugeage
Le débit thermique pour l'élévation de température (expiration thermique) ou le refroidissement (inspiration
thermique) est réduit par le calorifugeage et dépend des propriétés et de l'épaisseur du calorifuge.
Calculer le coefficient de réduction, R , pour un réservoir totalement calorifugé, selon l'Équation (9):
in
R = (9)
in
hl⋅
in
1+
λ
in
où
h est le coefficient de transfert de chaleur intérieur, exprimé en watts par mètre carré-kelvin;
2 2
NOTE Un coefficient de transfert de chaleur intérieur de 4 W/(m⋅K) [0,7 Btu/(h⋅ft⋅°F)] est communément
considéré pour les réservoirs types.
l est l'épaisseur de paroi du calorifuge, exprimée en mètres;
in
λ est la conductivité thermique du calorifuge, exprimée en watts par mètre-kelvin.
in
EXEMPLE Pour une épaisseur de calorifuge, L = 0,1 m, une conductivité thermique de l'isolation,
in
λ = 0,05 W/(m⋅K), et un coefficient de transfert de chaleur, h = 4 W/(m⋅K), le coefficient de réduction est R = 0,11.
in in
L'expiration du réservoir calorifugé est alors égale à 0,11 fois celle du réservoir non calorifugé.
Calculer le coefficient de réduction, R , pour un réservoir partiellement calorifugé, selon l'Équation (10):
inp
AA
⎛⎞
inp inp
RR=⋅+ 1− (10)
⎜⎟
inp in
⎜⎟
AA
TTS TTS
⎝⎠
où
A est la surface totale du réservoir (virole et toit), exprimée en mètres carrés (pieds carrés);
TTS
A est la surface calorifugée du réservoir, exprimée en mètres carrés (pieds carrés).
inp
4.3.3 Exigences relatives à la capacité de ventilation de secours pour les réservoirs exposés au feu
4.3.3.1 Généralités
Lorsque les réservoirs de stockage sont exposés au feu, le débit de ventilation peut dépasser le débit
résultant de l'expiration normale.
4.3.3.2 Réservoirs à fixation toit-virole de faible résistance
Sur un réservoir à toit fixe à fixation toit-virole de faible résistance (frangible), tel que décrit dans la norme
API Std 650, le raccordement toit-virole est le premier élément à présenter des défaillances avant les autres
soudures du réservoir, ce qui engendre la décharge de la surpression si la capacité de ventilation normale
s'avère inappropriée. Pour un réservoir construit conformément à ces spécifications, il n'est pas nécessaire de
considérer des exigences supplémentaires pour la ventilation de secours. Cependant, des évents de secours
supplémentaires peuvent être utilisés pour éviter toute défaillance de l'assemblage frangible. Il convient de
s'assurer que les exigences réelles pour une fixation toit-virole frangible sont satisfaites, notamment pour les
réservoirs de diamètre inférieur à 15 m (50 ft).
4.3.3.3 Exigences relatives à l'exposition au feu
4.3.3.3.1 Lorsqu'un réservoir n'est pas équipé d'une fixation toit-virole frangible tel que décrit en 4.3.3.2, la
procédure détaillée de 4.3.3.3.2 à 4.3.3.3.7 doit régir l'évaluation de la capacité de ventilation requise pour
l'exposition au feu.
4.3.3.3.2 Calculer la capacité de ventilation requise, q, exprimée en mètres cubes normaux par heure d'air
(unités SI), pour les réservoirs exposés au feu, selon l'Équation (11):
0,5
QF⋅ ⎛⎞T
q=⋅906,6 ⋅ (11)
⎜⎟
LM
⎝⎠
où
Q est l'apport de chaleur de l'exposition au feu, tel que donné dans le Tableau 3, exprimé en watts;
F est le facteur environnemental donné dans le Tableau 9 (un seul facteur environnemental peut
s'appliquer);
L est la chaleur latente de vaporisation du liquide stocké à la pression et à la température de
décharge, exprimée en joules par kilogramme;
T est la température absolue de la vapeur de décharge, exprimée en kelvins;
NOTE On suppose généralement que la température de la vapeur de décharge correspond au point
d'ébullition du liquide stocké à la pression de décharge.
M est la masse moléculaire relative de la vapeur.
Calculer la capacité de ventilation requise, q, exprimée en pieds cubes standards par heure d'air (unités USC),
pour les réservoirs exposés au feu, selon l'Équation (12):
0,5
QF⋅ T
⎛⎞
q=⋅3,091 ⋅ (12)
⎜⎟
LM
⎝⎠
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où
Q est l'apport de chaleur de l'exposition au feu, tel que donné dans le Tableau 4, exprimé en unités
thermiques britanniques par heure;
F est le facteur environnemental donné dans le Tableau 9 (un seul facteur environnemental peut
s'appliquer);
L est la chaleur latente de vaporisation du liquide stocké à la pression et à la température de
décharge, exprimée en Btu par livre;
T est la température absolue de la vapeur de décharge, exprimée en degrés Rankine;
NOTE On suppose généralement que la température de la vapeur de décharge correspond au point
d'ébullition du liquide stocké dans les conditions de décharge dans le réservoir.
M est la masse moléculaire relative de la vapeur.
Tableau 3 — Apport de chaleur, Q
(exprimé en unités SI)
Aire de la surface mouillée Pression de calcul Apport de chaleur
A Q
TWS
m kPa effectifs W
< 18,6 u 103,4 63 150A
TWS
0,566
W 18,6 et < 93 u 103,4 224 200 × (A )
TWS
0,338
W 93 et < 260 u 103,4 630 400 × (A )
TWS
0,82
W 260 > 7 et u 103,4 43 200 × (A )
TWS
W 260 u 7 4 129 700
Tableau 4 — Apport de chaleur, Q
(exprimé en unités USC)
Aire de la surface mouillée Pression de calcul Apport de chaleur
A Q
TWS
ft psig Btu/h
< 200 u 15 20 000A
TWS
0,566
W 200 et < 1 000 u 15 199 300 × (A )
TWS
0,338
W 1 000 et < 2 800 u 15 963 400 × (A )
TWS
0,82
...
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