Arrete Flamme V3

INERIS INERIS DRA- PREV - Octobre 2005 - 46059/Liq. infl._arrte flammes_V3.doc

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TABLE DES MATIERES

1. PRSENTATION TECHNIQUE DU DISPOSITIF.............................................2

1.1 Principe des arrte flammes...............................................................................2

1.2 Diffrents types darrte flammes.....................................................................5

1.2.1Arrte flammes anti-dflagration.......................................................................... 5

1.2.2Arrte flammes anti-dtonation............................................................................. 8

1.2.3Arrte flammes liquides ...................................................................................... 11

2. EXIGENCES TECHNIQUES ...............................................................................13

3. PRINCIPAUX CONSTRUCTEURS ....................................................................13

4. RFRENCES BIBLIOGRAPHIQUES..............................................................14


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1. PRESENTATION TECHNIQUE DU DISPOSITIF

1.1 PRINCIPE DES ARRETE FLAMMES

Ces arrte flammes sont utiliss sur des conduites de procd ou des vents de stockagevhiculant des gaz ou des vapeurs inflammables, qui mlangs de l'air peuvent exploser.Larrte flammes empche la propagation de cette explosion.

On distingue les arrte flammes anti-dflagrations et les arrte flammes anti-dtonations.

Les arrte flammes anti-dflagrations sont des appareils destins empcher lapropagation dune dflagration, qui est caractrise par une onde de pression qui prcde lefront de flammes et se propage dans la conduite une vitesse subsonique 1 (< 340 m/s etquelques bars). Les gaz chauds de combustion ne pouvant pas se dilater librement, londede pression (prcdant le front de flammes) pressurise le mlange imbrl en avant dufront de flammes provoquant ainsi une augmentation de la vitesse et de la pressiondexplosion dans la conduite. (cf. figure 1).

Ces quipements ne peuvent pas tre utiliss lorsquil existe des risques de dtonationcest--dire lapparition dune onde de choc, des pressions trs leves et une vitessesupersonique.

Ct protg Ct non protg

La matrice laisse passer le fluxmais pas lexplosion

figure 1 : Arrte flammes en ligne [2]

1 Infrieure V son ; V son = 340 m/s.


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photo 1 : Ruban, constituant de la matrice dun arrte flamme [3]

Un arrte flammes anti-dflagration peut tre utilis en ligne ou en bout de ligne maistoujours dans une zone de dflagration (pour des dflagrations non confines, on peutplacer larrte flammes anti-dflagration en bout de ligne).

Il convient dinstaller larrte flammes anti-dflagration au plus proche de la sourcepotentielle dignition. Les conditions de pression et de temprature, les longueurs detuyauteries, le diamtre, le nombre de coudes, le type de gaz ou solvants ainsi que leursconcentrations, influent grandement sur le passage de la dflagration vers la dtonation.Cest lexpertise du fabricant darrte flammes qui lui permet de dterminer si larrteflammes se trouve dans une zone de dflagration ou de dtonation.

Un arrte flammes anti-dtonation est toujours plac en ligne et il permet darrter unedflagration ou une dtonation. Quand on parle dune dtonation, il convient toujours deconsidrer la dtonation instable. Elle correspond la transition entre la dflagration et ladtonation qui est la zone la plus violente de lexplosion (vitesse de 2000 3000 m/s etpression de 300 400 bars). Dans ces conditions, la distance dimplantation la sourcedignition na plus dimportance.

Larrte flammes ne permet pas darrter une explosion sortant dun rservoir, il nestdailleurs pas conu pour assurer cette fonction sauf dans les cas particuliers desventilateurs, pompes vides, etc. qui sont tests en explosion avec un arrte flammesassoci.


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Dans un dpt de solvants, un arrte flammes pourra par exemple tre utilis sur :

- lvent dun bac pour viter quune explosion ne pntre dans la cuve,

- un bras de chargement de gaz pour viter quune explosion ne pntre danslappareillage lors du couplage du bras sur le camion (tincelle suite un dfaut demasse, par exemple),

- les vents dune Unit de Rcupration des Vapeurs (URV),

- lentre du lit de charbon actif qui peut tre considr comme source potentielledignition.

Sauf application particulire, un arrte flammes nest pas prvu pour rsister une flamme durable , cest--dire quil ne permet pas le maintien dune flamme prolongesans risque de propagation de lexplosion. Si le risque de flamme durable ne peut treexclu, une sonde de temprature doit tre installe sur cet quipement.

Enfin, pour satisfaire la norme EN12874, larrte flammes doit rsister au moins 1000C.


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1.2 DIFFERENTS TYPES DARRETE FLAMMES

1.2.1 Arrte flammes anti-dflagration

Larrte flammes anti-dflagration est constitu dun corps et dune matrice permettantdarrter les explosions du type dflagration.

figure 2 : Schmatisation dun arrte flamme anti-dflagration [3]


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Un arrte flammes anti-dflagration peut tre mont en ligne ou en bout de ligne (cf. photo2).

photo 2 : Arrte flammes bout de ligne anti-dflagration [2]

La matrice dun arrte flammes est constitue gnralement par un enroulement en spiraledune superposition de bandes de mtal lisse et gaufr donnant aux cellules une formetriangulaire (cf. figure 3).

Ces cellules forment un maillage trop troit qui empche une flamme de se propager enraison des deux phnomnes complmentaires suivants :

- Labsorption de la chaleur par le matriau constitutif de la matrice de larrte flammespour que le gaz reste une temprature infrieure la temprature dauto inflammationdu ct protg,

- La recombinaison sur la paroi des espces ractives responsables de la combustion.


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Les dimensions des interstices de coincement des flammes au-dessous desquelles lapropagation dune flamme peut tre arrte dpendent de la nature du gaz et de sonInterstice Exprimental Maximal de Scurit (I.E.M.S.2), exprim en millimtre. Parailleurs, la temprature ou la pression peuvent avoir une grande influence sur la valeur delI.E.M.S.

La matrice dun arrte flammes ne doit absolument pas subir la moindre corrosion. On peuttrouver des matrices darrte flammes en INOX, Hastelloy, tantale

figure 3 : Matrice en mtal gaufr [2]

2 Les substances combustibles peuvent tre classes selon le groupe de gaz (subdivision) auquel ellesappartiennent. Ce classement a t effectu en fonction des caractristiques propres chacune de cessubstances. Elles sont les suivantes :

- LInterstice Exprimental Maximal de Scurit (I.E.M.S.)- Lnergie Minimale dInflammation (E.M.I.)

LI.E.M.S. est lpaisseur maximale de la couche dair situe entre deux parties dune chambre interne dunappareil dessai. Lorsque le mlange interne est enflamm cette couche dair empche linflammation dumme mlange gazeux externe travers un paulement de 25 mm de longueur.LE.M.I. est lnergie minimale qui doit tre fournie au mlange, sous forme dune flamme ou dunetincelle, pour provoquer linflammation.A partir de ces deux critres, caractristiques, de chaque substance, quatre groupes de gaz ont t tablis surla base de cinq gaz reprsentatifs (ce sont ceux utiliss pour les essais) :

Groupe Substance combustible Groupes de gaz (et subdivisions) E.M.I. (J) I.E.M.S. (mm)I Mines Mthane I 300 1,14

Propane IIA 240 0,92thylne IIB 70 0,65Actylne 0,37

II Industries desurface

HydrogneIIC 17

0,29Pour le groupe II, la dangerosit crot de la subdivision IIA (le moins dangereux) la subdivision IIC (le plusdangereux).


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1.2.2 Arrte flammes anti-dtonation

Les arrte flammes anti-dtonation sont utiliss pour arrter la propagation dunedtonation pouvant se dplacer dans un rseau de tuyauteries des vitesses et des pressionsextrmes.

Les appareils anti-dtonation sont toujours des appareils en ligne.

La dtonation est un phnomne trs violent pouvant apparatre aprs seulement quelquesmtres de tuyauterie. Elle se produit lorsque la vitesse de lexplosion dpasse celle du son3.Cette dtonation passe dabord par une phase dite instable o les vitesses peuvent dpasser2000 3000 mtres par seconde et les pressions 300 400 bars. Aprs quelques mtrescette dtonation se stabilise environ 1700 m/sec et 40 50 bars de pression. Une fois lavitesse du son franchie et tant que le mlange est explosible, le rgime de lexplosion resteen dtonation.

Lorsquon parle de dtonation il est essentiel de toujours considrer la dtonation instableet dexiger de la part des fabricants darrte flammes de ne fournir que des appareilspouvant arrter le phnomne le plus violent.

Un appareil antidtonant doit refroidir le front de flammes et doit galement absorberlonde de choc de quelques centaines de bars gnrs par lexplosion. Pour ce faire, lesmatrices sont allonges pour fonctionner comme un amortisseur.

Les appareils antidtonants peuvent tre mono-matrice. (cf. figure 4)

Le phnomne de dtonation peut gnrer une onde de choc de quelques centaines de barsdans le rseau, il est donc important darrimer solidement larrte flammes au sol. Cetteopration est effectue aprs avoir tudi le rseau de tuyauteries correspondant.

Le principe de protection consiste arrter lexplosion le plus tt possible et de rester dansen phase de dflagration.

figure 4 : Arrte flammes anti-dtonation [2]

3 V son = 340 m/s.


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photo 3 : Coupe dun arrte flammes anti-dtonation [3]


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Absorbeur de choc

figure 5 : Schmatisation dun arrte flamme anti-dtonation [3]


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1.2.3 Arrte flammes liquides

Parmi les arrte flammes anti-dtonation, on distingue les arrte flammes liquides qui sontutiliss dans les canalisations qui transportent des liquides inflammables de ceux qui sontutiliss dans les lignes de production de vapeur ou de mlanges gazeux. Il sagit darrteflammes construits selon le principe du siphon.

1.2.3.1 Arrte flammes liquides sur canalisations de liquides inflammables

Le racteur qui contient un arrte flammes liquide sur canalisations de liquidesinflammables doit tre conu pour rsister mcaniquement une dtonation sans subir dedformation (cf. figure 6).

Canne plongeante

Racteur

Hauteur deremplissage

Profondeur

Trop plein

Direction du fluxde liquide

figure 6 : Schmatisation dun arrte flammes anti-dtonation pour lignes de remplissageliquides [3]

Pour tre efficace, larrte flammes doit en permanence contenir un niveau suffisant deliquide. Le cas chant un systme de contrle automatique du niveau peut tre prvu.

La profondeur de larrte flammes doit tre prvue pour prvenir la propagation duneventuelle dflagration. La profondeur minimale doit tre dtermine au cas par cas.


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1.2.3.2 Arrte flammes hydrauliques sur lignes gazeuses

Un arrte flammes qui est constitu de cellules de mtal gaufres est gnralement utilissur les lignes vhiculant des gaz ou vapeurs inflammables mlangs de lair. Les pertesde charges gnres par ces appareils sur des lignes liquides peuvent parfois ncessiterlutilisation dun arrte flammes liquide.

Un arrte flammes hydraulique sur ligne gazeuse est construit selon le principe du siphonpar immersion dans un bain liquide tel que le montre la figure 7 ci-dessous. Les deuxespaces de gaz sont spars lun de lautre par un bain liquide. Ce bain absorbe londe depression engendre par lexplosion et teint la flamme.

Sortie du gaz

Ct protg

Hauteur dimmersion

Prsence potentielledune sourcedinflammation

Entre du gaz

figure 7 : Schmatisation dun arrte flammes anti-dtonation sur lignes gazeuses [3]

Ce type darrte flammes doit tre conu de telle manire que le siphon ne se vide pas oune sassche pas lors de lexplosion. Par ailleurs, son application est limite aux dbitsgazeux relativement faible (


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2. EXIGENCES TECHNIQUES

Les exigences techniques dfinir pour un dispositif sont la dclinaison des exigencestechniques de la fonction de scurit qui lui est associe.Ces exigences techniques sont indiques dans le document intitul dtermination desfonctions de scurit et de leurs exigences techniques identification des barrirestechniques de scurit.Dans le document intitul Prsentation de la mthodologie pour lidentification desbarrires techniques de scurit et de leurs exigences techniques , lINERIS propose unegrille permettant de dfinir les exigences techniques dlments de scurit. Cette grille est adapter au dispositif tudi.Afin de dfinir des exigences techniques, il est possible de se reporter aux normessuivantes qui dfinissent des prescriptions techniques :

- Norme sur les arrte flammes BS7244 de 1990

- Norme sur les arrte flammes EN12874 de janvier 2001

3. PRINCIPAUX CONSTRUCTEURS

Les coordonnes des principaux constructeurs sont les suivantes :

AMAL (UK) est reprsent en France par :

ALSATEC

40 rue Victor Schoelcher

68200 Mulhouse

tl : 03 89 60 05 06

fax : 03 89 60 17 80

e-mail : [email protected]

Les produits PROTEGO (D) sont distribus en France par :

Steibl Ingenierie et Distribution SARL

43 Rue Jacques Mugnier

68200 Mulhouse

tl. : 03 89 60 62 70

fax : 03 89 60 62 75

e-mail : [email protected]


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4. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

[1]. Isabelle Vuidart - tude sur les quipements de rservoirs de stockages de liquides etde gaz liqufis - INERIS - 1996.

[2]. Alain Bucher - Dfinition des arrte flammes - ALSATEC - 2005.

[3]. EuropEx - 2nd WORLD SEMINAR on the Explosion Phenomenon and on theApplication of Explosion Protection Techniques in Pratice (4th, 5th, 6th, 7th and 8th

March 1996 Flanders Expo Gent - Belgium).

[4]. Bartknecht, W. : Explosionsschutz - Grundlagen und Anwendung, Springer VerlagBerlin. Heidelberg, New York. 1993.

[5]. Kito : Prospektblatt : Flammendurchschlagsichere KITO-Armaturen fr die Lagerungund den Transport brennbarer Flssigkeiten und Gase, Wilke-Werke AG, Am AltenBahnhof 15, D-3300 Braunschweig.

[6]. Protego : Prospektblatt : Braunschweiger Flammenfilter, Armaturen- und ApparatebauGmbH, D-3300 Braunschweig, 1981.

[7]. Loss prevention and safety promotion in the process industries - 19-21 june 2001 Stockholm-Sweden.

Documents

Arrete Flamme V3