Arrête-flammes

Arrête-flammes

Un arrête-flammes est un dispositif de sécurité autonome permettant déviter la propagation dune explosion entre lamont et laval dun équipement sans influencer la marche normale du procédé ou de linstallation en permettant notamment une libre circulation des fluides.

Sommaire

Principe de fonctionnement

Le fonctionnement de ces dispositifs est basé sur le laminage du front de flamme à travers une matrice formée dun ou plusieurs disques arrête-flammes. Ces disques fonctionnent comme des échangeurs thermiques. Au fur et à mesure de sa progression dans le jeu de disques, la flamme va transférer sa chaleur vers les parois du (ou des) disque(s). Ce transfert de chaleur va permettre dabaisser la température du mélange gazeux en dessous de sa température dauto-inflammation, et ainsi permettre une extinction de la flamme en quelques centimètres.

Les disques arrête-flammes sont composés de bandes métalliques enroulées en spirale, avec pour les plus évolués une alternance de bandes métalliques plates et de bandes ondulées. La structure « gaufrée » des disques permet dobtenir une plus grande surface spécifique et donc augmente la capacité déchange thermique du dispositif.

La largeur et la longueur des interstices vont déterminer la capacité dextinction de lélément arrête-flammes. Ces paramètres sont déterminés par les constructeurs, en fonction des gaz en présence, et du meilleur compromis capacité dextinction / perte de charge générée par lappareil.

Les phénomènes de combustion

Explosion dun réservoir dhydrocarbures.

Le terme « explosion » est un terme générique. Il désigne une réaction doxydation ou de décomposition vive, dégageant une grande quantité dénergie, par élévation de la température, de la pression ou des deux simultanément. En réalité deux types de régimes existent selon les vitesses et les pressions mises en jeu : la déflagration ou la détonation.

Déflagration

Il sagit dune explosion se propageant à une vitesse inférieure à la vitesse du son (environ 340 m/s), selon la géométrie du volume dextension, on peut distinguer trois types de déflagrations :

  • La déflagration atmosphérique qui est une explosion à lair libre des mélanges gazeux.
  • La déflagration en enceinte confinée, à lintérieur dun stockage par exemple, elle est déclenchée par une source dignition à lintérieur du volume.
  • La déflagration en ligne, qui est une explosion se déplaçant dans laxe dune tuyauterie.

En fonction des études de danger, diverses protections sont à envisager en fonction de la nature du risque couru.

Détonation

Ce phénomène apparaît après la déflagration. Cest une explosion dont le front de flamme se propage à une vitesse supérieure à celle du son, et qui saccompagne de la propagation dune onde de choc (variation très rapide et intense de la pression). Cest cette onde de choc qui confère à la détonation un caractère si violent et si destructeur.

Détonation et son onde de choc.

Une fois ce régime détonnant installé, il perdurera jusquà réaction complète du mélange explosif. Les vitesses dun tel régime se situent généralement entre 1 500 et 3 000 m/s, pour des pressions atteignant quelques centaines de bars.

Les différents types darrête-flammes

Antidéflagrant

Ces dispositifs peuvent être montés en ligne (bras de chargement…), ou en bout de ligne (évents dun bac de stockage de solvants…). Les dispositifs bout de ligne sont conçus pour éviter le retour de flamme à lintérieur dune tuyauterie ou dun réservoir lors dune explosion atmosphérique, cest-à-dire une explosion sous condition atmosphérique issue dun mélange de vapeurs résiduels du produit avec lair et provoquée par une source dignition externe (électricité statique, foudreetc.).

Les dispositifs en ligne sont placés à des distances faibles de la source dignition, le régime déflagrant na pas encore transité vers le régime détonant.

Antidétonant

Ces appareils ont une conception différente de celle des antidéflagrants. La différence majeure vient du nombre, et de la conception des disques arrête-flammes. En effet, ces dispositifs devront être capables darrêter la propagation dune détonation se déplaçant à des vitesses et des pressions extrêmes dans le réseau de tuyauterie.

Bien souvent, les disques sont plus nombreux pour augmenter les effets déchange thermique, et la matrice est renforcée pour résister aux pressions élevées. Sur certains modèles (notamment les coudés), il existe des chicanes ou dautres constructions servant à absorber le choc de la détonation et ainsi préserver lintégrité du jeu de disque arrête-flammes.

Arrête-flammes liquides

Ce système de disque en « nid dabeille » ou « gaufré » convient particulièrement à la sécurisation dinstallation véhiculant des gaz. En effet ce design permet darrêter la flamme tout en laissant circuler le fluide avec des pertes de charges réduites. Cependant pour des canalisations contenant des liquides inflammables, qui auraient été vidées, un tel dispositif est inadapté, la finesse de maille des disques ne permettant pas la libre circulation des liquides. Ceci ne sapplique que pour des canalisations vidées, car cest bien latmosphère potentiellement explosive résultante qui représente un risque et non le liquide (qui nexplose pas).

Pour ces installations les arrête-flammes mis en place se basent sur le principe du siphon.

Le dimensionnement et le design du dispositif doivent permettre de résister à une onde de choc liée à une détonation, et de prévenir toute propagation dexplosion déflagrante ou détonante.

Sécurité

Normes et certifications

Les arrête-flammes existent depuis de nombreuses années sur le marché de la protection des bacs de stockage et de lignes de transport de gaz, mais cest depuis peu quils sont soumis à des certifications.

En effet depuis le 1er juillet 2003, les directives ATEX sappliquent à toute société susceptible de fabriquer, dutiliser ou de vendre des dispositifs pouvant fonctionner dans des atmosphères explosives.

Concernant les arrête-flammes, ces derniers doivent être testés et certifiés conformément à la norme EN 12874 selon la directive 94/9/CE ATEX100A.

Maintenance

Comme tous les dispositifs de sécurité la maintenance des arrête-flammes est primordiale. Aucune obligation nexiste, mais les fabricants et distributeurs recommandent une maintenance préventive et cyclique, afin de sassurer des performances du dispositif. La pièce la plus sensible de la matrice est bien souvent le disque arrête-flammes, qui par sa conception en « nid dabeille » et ses interstices de taille réduite à tendance à subir lencrassement. Ce dernier pouvant dune part générer des pertes de charges supplémentaires dans les installations et dautre part diminuer les performances de laminage de la flamme du dispositif, il est capital de pouvoir sen affranchir par un nettoyage régulier.

Références


Wikimedia Foundation. 2010.

Contenu soumis à la licence CC-BY-SA. Source : Article Arrête-flammes de Wikipédia en français (auteurs)

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