Modélisation et Simulation des phénomènes d’Incendie : Etude de cas

Abstract

Modélisation et simulation des phénomènes d’incendie : Etude de cas Résumé : Les incendies constituent une source de préoccupation majeure, en ce sens qu'il s'agit d'un mécanisme destructeur qui peut causer de graves dommages aux biens, aux personnes et à l'environnement. Ce phénomène est d'autant plus marqué dans l'industrie pétrolière. En raison de la nature de ses procédés et des matériaux inflammables employés, le secteur pétrolier est particulièrement vulnérable aux menaces d'incendie. Les raffineries, les sites de stockage et les bases offshore sont des types de sites pétroliers qui offrent des conditions propices au développement de gaz inflammables. Ces lieux présentent des risques inhérents aux opérations de manipulation, de stockage ou de traitement des hydrocarbures. Dans ce contexte, il convient de mettre l'accent en particulier sur les scénarios d'incendie susceptibles de survenir dans ce secteur. Une étude approfondie a été menée sur les risques et les dangers potentiels pour déterminer ces scénarios. Elle vise à identifier les situations potentielles susceptibles de conduire à un incendie. Cette thèse s'est fondée sur la théorie des probabilités, les notions de sûreté de fonctionnement et de nombreuses méthodes quantitatives d'analyse des risques. Nous sommes parvenus à définir les équations servant à déduire les facteurs d’importance probabilistes à l'aide de l'inférence bayésienne tout en présentant un état de l'art sur l'application des réseaux bayésiens en tant qu'outil puissant et efficace en analyse quantitative des risques. Afin de mettre en valeur ce travail , une application sur le système qui représente un four situé dans l'unité de distillation sous vide destinée à la fabrication des huiles de base, vient d'être étudiée au moyen d'une modélisation et d'une simulation faisant appel à plusieurs méthodes d'analyse ainsi qu'à des modèles probabilistes tels que l'AMDEC, l'HAZOP, l'arbre de défaillance, le calcul thermique des paramètres de performance de l'équipement suivi d'une simulation de Monte Carlo par loi uniforme et facteurs d'importance probabilistes. Il convient de souligner que l'étude se porte essentiellement sur la comparaison de trois cas : design, défaillance et rénovation. Pour finir, Cette étude a apporté une contribution appréciable en élaborant un modèle de réseau bayésien. Ce modèle a été utilisé pour estimer l'indisponibilité du système dans le cas de défaillance, tout en identifiant les éléments qui peuvent avoir une influence sur cette défaillance. Ce modèle a aussi servi à évaluer dans quelle mesure la rénovation a pu améliorer la disponibilité et la fiabilité du système. Mots clés : SDF, AMDEC, HAZOP, AdD, Simulation de Monté Carlo, Réseaux Bayésien, Calcul thermique, Parametres de performance, Four, Facteurs d’importance probabilistes. Modeling and simulation of fire phenomena: a case study Abstract: Fires represent a source of major concern, as a destructive mechanism that can cause serious damage to property, people and the environment. This phenomenon is particularly pronounced within the petroleum industry. The petroleum sector is particularly vulnerable to fire threats because of the nature of its processes and the flammable substances used in its operations. Sites like refineries, storage spaces, and offshore bases provide ideal conditions for the development of flammable gas. These places contain risks associated with the transportation, storage, or processing of hydrocarbons. In this context, it is necessary to focus in particular on fire scenarios that may occur within this sector. An in-depth study of potential risks and hazards has been carried out to determine these scenarios. It aims to identify potential situations that might lead to a fire. This thesis is based on probability theory, dependability concepts, and several quantitative risk analysis methods. the equations used is defined in order to deduce probabilistic importance factors using Bayesian inference while providing a state-of-the-art on the application of Bayesian networks as powerful and effective tools in quantitative risk analysis. In order to highlight this work, an application on the system representing a furnace located in the vacuum distillation unit designed for the manufacture of base oils has just been studied by means of modeling and simulation using several analysis methods as well as probabilistic models such as FMECA, HAZOP, fault tree, thermal calculation of equipment performance parameters followed by Monte Carlo simulation using uniform law and probabilistic importance factors. It should be emphasized that the study focuses on the comparison of three cases: design, failure and renovation. Finally, this study made a significant contribution by developing a Bayesian network model. This model was used to estimate the unavailability of the system in the failure case, while identifying the elements that may have an influence on this failure. The model was also used to assess the extent to which the renovation was able to improv system availability and reliability. Key words: Dependability, FMECA, HAZOP, FTA, Monte Carlo simulation, Bayesian networks, Thermal calculation, Performance Parameters, Furnace, Probabilistic importance factors. نمذجة ظواهر الحريق ومحاكاتها : دراس ة حالة الملخ ص تعد الحرائق مصدر قلق كبيركونها آلية مدمرة يمكن أن تسبب أضرارًا جسيمة تنجرعنها خسائر مادية و بشرية وبيئية , هذ ه الظاهرة ملحوظة أكثر في صناعات البترول نظرا لطبيعة عملياتها والمواد المستخدمة القابلة للاشتعال ، فإن قطاع البترول معرض بشكل خاص لتهديدات الحرائق . المصافي ومواقع التخزين والقواعد البحرية هي نماذج من مواقع النفط التي توفر ظروف ملائمة لانبعاتات الغازات , حيث تشكل هذه المواقع مخاطر كامنة في كيفية استعمال الهيدروكربونات أو تخزينها أو معالجتها . وفي هذا السياق، ينبغي التركيز بوجه خاص على سيناريوهات الحرائق التي من ممكن أن تحدث في هذا المجال . من أجل تسليط الضوء على هذا العمل تمت دراسة حالة على نظام فرن صناعي موجود في وحدة تقطير تحت الضغط التفريغي لتصنيع الزيوت الأساسية عن طريق النمذجة والمحاكاة باستخدام عدة طرق تحليلية ونماذج احتمالية مثل دراسة المخاطر وقابلية التشغيل ، تحليل أنماط الفشل وتأثيراتها وتقدير خطورتها ، شجرة تحليل الخطأ، الحساب الحراري لمؤشرات الأداء متبوعة بمحاكاة مونتي كارلو بواسطة قانون توزيع منتظم وكذلك عوامل الاحتمالية ذات أهمية الكلمات المفتاحي ة : الاعتمادية ، دراسة المخاطر وقابلية التشغيل ، تحليل أنماط الفشل وتأثيراتها وتقدير خطورتها ، شجرة تحليل الخطأ، محاكاة مونت كارلو، شبكة بايزية ، الحساب الحراري ، مؤشرات الأداء ، فرن صناعي ، عوامل الاحتمالية ذات أهمية