Combustion de gaz et de vapeurs

La plupart des composés chimiques organiques brûlent. La combustion est une réaction chimique simple dans laquelle l'oxygène de l'atmosphère réagit rapidement avec une substance en produisant de la chaleur.

Les composés organiques les plus simples sont les hydrocarbures, qui sont les principaux constituants du pétrole brut/gaz. Ces composés sont constitués de carbone et d'hydrogène, l'hydrocarbure le plus simple étant le méthane, dont chaque molécule est constituée d'un atome de carbone et de quatre atomes d'hydrogène. C'est le premier composé de la famille des alcanes. Les propriétés physiques des alcanes changent en fonction du nombre d'atomes de carbone dans la molécule : ceux qui ont de un à quatre atomes de carbone sont des gaz, ceux qui ont de cinq à dix atomes de carbone sont des liquides volatils, ceux qui ont de 11 à 18 atomes de carbone sont des fiouls plus lourds et ceux qui ont de 19 à 40 atomes de carbone sont des huiles lubrifiantes. Les hydrocarbures à chaîne de carbone plus longue sont les goudrons et les cires.

Les dix premiers alcanes sont :

_CH4 méthane (gaz) _C6H14 hexane (liquide)
_C2H6 éthane (gaz) _C7H16 heptane (liquide)
_C3H8 propane (gaz) _C8H18 octane (liquide)
_C4H10 butane (gaz) _C9H20 nonane (liquide)
_C5H12 pentane (liquide) _C10H22 décane (liquide)

Les alcènes sont similaires, mais leur structure moléculaire comprend des doubles liaisons (par exemple, l'éthylène et le propylène). Ils ont plus d'énergie par molécule et brûlent donc plus chaudement. Ils sont également plus utiles pour la fabrication d'autres produits chimiques, notamment les plastiques. Les alcynes contiennent des liaisons triples (par exemple, l'acétylène) et sont utilisés pour le soudage des métaux. Les composés ci-dessus sont tous des aliphatiques, ce qui signifie que les atomes de carbone sont tous alignés. Les hydrocarbures aromatiques tels que le benzène ont une structure moléculaire en anneau, ce qui signifie qu'il y a moins d'hydrogène par atome de carbone et qu'ils brûlent donc avec une flamme fumeuse.

Lorsque les hydrocarbures brûlent, ils réagissent avec l'oxygène de l'atmosphère pour produire du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau. Si la combustion est incomplète parce qu'il n'y a pas assez d'oxygène, il en résulte également du monoxyde de carbone.

Les composés organiques plus complexes contiennent des éléments tels que l'oxygène, l'azote, le soufre, le chlore, le brome ou le fluor et, s'ils brûlent, les produits de la combustion comprendront des composés supplémentaires. Par exemple, les substances contenant du soufre, comme le pétrole ou le charbon, produisent du dioxyde de soufre, tandis que celles contenant du chlore, comme le chlorure de méthyle ou le chlorure de polyvinyle (PVC), produisent du chlorure d'hydrogène.

Dans la plupart des environnements industriels où il existe un risque d'explosion ou d'incendie en raison de la présence de gaz ou de vapeurs inflammables, un mélange de composés est susceptible d'être rencontré. Dans l'industrie pétrochimique, les matières premières sont un mélange de produits chimiques, dont beaucoup se décomposent naturellement ou peuvent être modifiés par le traitement. Par exemple, le pétrole brut est séparé en plusieurs matériaux par fractionnement (ou distillation fractionnée) et "craquage". Le fractionnement consiste à éliminer les gaz très volatils à des températures où ils sont les seuls à être volatils, puis à des températures plus élevées où les composés plus lourds sont volatils, et enfin à des températures encore plus élevées pour les hydrocarbures plus importants. Le craquage consiste à briser les grosses molécules d'hydrocarbures sous l'effet de la chaleur et d'une action catalytique pour former des molécules d'hydrocarbures plus petites.

Inertage

Afin d'éviter les explosions lors des opérations d'arrêt et de maintenance, de nombreux procédés industriels utilisent une procédure d'inertage. Remplissez un récipient d'hydrocarbures gazeux avec de l'air et, à un moment donné, le mélange deviendra explosif et dangereux. Utilisez un processus en deux étapes où l'hydrocarbure est remplacé par de l'azote, puis l'azote par de l'air, et à aucun moment vous ne risquez l'explosion. C'est ce qu'on appelle la purge d'un navire (par exemple un camion-citerne ou les réservoirs de stockage d'un pétrolier). La purge des hydrocarbures est une pratique courante avant d'effectuer des travaux d'entretien ou de réparation. Avant l'entrée du personnel, le navire doit être purgé avec de l'air respirable. Crowcon dispose d'instruments spéciaux pour surveiller l'ensemble du processus afin de garantir un inertage efficace et d'alerter les opérateurs de la présence de mélanges potentiellement dangereux d'air, d'azote et d'hydrocarbures pendant les opérations de maintenance.

Normes définissant la concentration de la LIE

Les procédures de sécurité visent généralement à détecter les gaz inflammables avant qu'ils n'atteignent leur limite inférieure d'explosivité. Deux normes couramment utilisées définissent la concentration de la "LIE" pour les substances inflammables : ISO10156 (également référencée dans la norme remplacée EN50054) et IEC60079-20-1:2010. La CEI (Commission électrotechnique internationale) est une organisation mondiale de normalisation. Historiquement, les niveaux d'inflammabilité ont été déterminés par une seule norme : ISO10156 (Gaz et mélanges de gaz - Détermination du potentiel d'incendie et de l'aptitude à l'oxydation pour la sélection des sorties de robinets de bouteilles).

Les normes CEI et UE (européennes) (IEC60079 et EN61779) définissent les concentrations LIE mesurées à l'aide d'une concentration de gaz "agitée" (par opposition à la méthode du gaz "immobile" employée dans la norme ISO10156). Il a été démontré que certains gaz/vapeurs peuvent entretenir un front de flamme à des concentrations de combustible plus faibles lorsqu'ils sont agités que lorsqu'ils sont immobiles. Petites différences dans les résultats du volume 100%LEL. Cela est dû au fait que la distance moyenne entre une molécule brûlante et une molécule non brûlée est légèrement inférieure lorsque le gaz est agité. Les LIE résultantes varient légèrement entre les deux normes pour certains gaz/vapeurs.

Le tableau de la page suivante montre certaines des différences notables dans les valeurs de LIE entre les deux normes. Il apparaît clairement que 50 % de la LIE du méthane dans la norme EN60079 correspond à une concentration volumique de 2,2 % dans l'air, contre 2,5 % dans la norme ISO 10156. Par conséquent, si un détecteur est étalonné conformément à la norme EN60079 en utilisant un mélange de méthane à 50 % LIE fabriqué conformément à la norme ISO 10156, une erreur de sensibilité de 13,6 % se produira, ce qui risque d'invalider l'étalonnage. L'erreur pourrait même être plus importante pour les détecteurs infrarouges non linéaires.

La directive européenne ATEX (couvrant la certification et l'utilisation d'équipements en atmosphères inflammables) stipule que les fabricants et les utilisateurs doivent se conformer à la norme EN61779. La politique de Crowcon est d'appliquer les nouvelles valeurs de LIE en Europe et dans les territoires qui adhèrent aux normes européennes. Cependant, comme l'ancienne norme est encore utilisée aux États-Unis et sur d'autres marchés, nous continuerons à calibrer selon la norme ISO 10156 dans ces territoires. Les produits Crowcon certifiés ATEX/IECEx seront fournis calibrés selon les normes IEC60079/EN61779 (c'est-à-dire que les capteurs de méthane seront calibrés de manière à ce que 100 % LIE = 4,4 % du volume). Les produits certifiés UL/CSA seront étalonnés conformément à la norme ISO10156 (c'est-à-dire que les capteurs de méthane seront étalonnés de manière à ce que 100 % de la LIE = 5 % du volume), à moins que le client n'en décide autrement.

Niveaux d'alarme

Les systèmes de détection des gaz inflammables sont conçus pour déclencher des alarmes avant que les gaz/vapeurs n'atteignent une concentration explosive. En règle générale, le premier niveau d'alarme est fixé à 20 % de la LIE (bien que certaines industries préfèrent 10 % de la LIE, en particulier les compagnies pétrolières et gazières). Les deuxième et troisième niveaux d'alarme varient en fonction du type d'industrie et d'application, mais sont généralement fixés à 40 % LIE et 100 % LIE respectivement.