Arrête-flammes

Un arrête-flammes aussi orthographié arrête-flammes est un dispositif qui permet au gaz de passer à travers mais arrête une flamme afin d’empêcher un plus grand incendie ou une explosion. Il existe une énorme variété de situations dans lesquelles les arrête-flammes sont appliqués. Toute personne impliquée dans le choix des pare-flammes doit comprendre le fonctionnement de ces produits et leurs limites de performance. A cette fin, cet article fournit une introduction à la technologie et à la terminologie des arrête-flammes et aux types de produits disponibles.

Histoire des arrête-flammes

Le principe de fonctionnement des arrête-flammes a été découvert en 1815 par Sir Humphry Davy, célèbre chimiste et professeur à la Royal Institution en Angleterre. Un comité de sécurité de l’industrie minière anglaise avait demandé à Davy une assistance technique. Il fallait trouver un moyen d’empêcher les lampes à huile des mineurs de provoquer des explosions lorsque du gaz inflammable appelé grisou s’infiltre dans les puits de mine. Sir Humphry a étudié le gaz, qui se composait principalement de méthane. L’enquête portait sur la façon dont le méthane brûle dans différentes conditions et avec différentes proportions d’air. La solution de Davy a été d’entourer la flamme de la lampe d’un grand cylindre de toile métallique finement tissée, appelée gaze métallique. Deux des premières lampes de sécurité Davy sont montrées à droite.

Une quantité suffisante de lumière de lampe passe à travers l’écran pour être utile. L’air pour la flamme d’huile autour de la mèche de la lampe entre par la partie inférieure de l’écran. Les gaz d’échappement chauds s’échappent par la partie supérieure. Lorsqu’un mélange combustible de méthane s’écoule avec l’air, une flamme de méthane brûle contre l’intérieur de l’écran. Cependant, ni la flamme de méthane ni la flamme de la lampe ne passent par les ouvertures étroites de la grille. Le fil métallique absorbe la chaleur de la flamme et la renvoie ensuite à une température beaucoup plus basse.

Arrêteurs de flamme modernes

Depuis l’époque de Sir Humphry, des arrêts de flamme de nombreuses variétés ont été appliqués dans de nombreuses industries. Ils fonctionnent tous sur le même principe : enlever la chaleur de la flamme lorsqu’elle tente de traverser des passages étroits avec des parois de métal ou d’autres matériaux conducteurs de chaleur. Par exemple, les arrête-flammes fabriqués par la plupart des fabricants utilisent des couches de rubans métalliques avec des ondulations serties.

Les arrête-flammes sont utilisés dans de nombreuses industries, notamment le raffinage, l’industrie pharmaceutique, chimique, pétrochimique, la pâte à papier, l’exploration et la production de pétrole, le traitement des eaux usées, les décharges, l’exploitation minière, la production d’énergie et le transport de liquides en vrac. Dans certains cas, les flammes impliquent des réactions exothermiques (produisant de la chaleur) autres que l’oxydation. Les procédés qui génèrent les gaz combustibles ou réactifs comprennent le mélange, la réaction, la séparation, le mélange, le forage et la digestion. Ces procédés impliquent de nombreuses configurations d’équipements et de mélanges de gaz.

Comment fonctionnent les arrête-flammes modernes

Les arrête-flammes sont des dispositifs passifs sans pièces mobiles. Ils empêchent la propagation de la flamme du côté exposé de l’unité au côté protégé par l’utilisation d’un élément de cellule de flamme de type ruban métallique serti enroulé.
Cette construction produit une matrice d’ouvertures uniformes qui sont soigneusement construites pour éteindre la flamme en absorbant la chaleur de la flamme. Cela fournit une barrière d’extinction au mélange de vapeur enflammé.

Canal de cellule de flamme

Dans des conditions normales de fonctionnement, l’arrête-flammes permet un écoulement relativement libre du gaz ou de la vapeur dans le système de tuyauterie. Si le mélange s’enflamme et que la flamme commence à remonter dans la tuyauterie, l’arrête-flammes interdit à la flamme de remonter vers la source de gaz.

Arrête-flammes de déflagration ou de détonation en ligne

L’autre grande catégorie est constituée d’arrête-flammes en ligne, également appelés arrête-flammes de déflagration et de détonation. (Pour parler de manière non technique, déflagration signifie combustion rapide, et détonation signifie explosion). Ces unités sont installées dans des tuyaux pour empêcher les flammes de passer.

La plupart des applications des arrête-flammes en ligne se trouvent dans des systèmes qui collectent les gaz émis par les liquides et les solides. Ces systèmes, couramment utilisés dans de nombreuses industries, peuvent être appelés systèmes de contrôle des vapeurs. Les gaz qui sont évacués dans l’atmosphère ou contrôlés par les systèmes de contrôle des vapeurs sont généralement inflammables. Si les conditions sont telles qu’une inflammation se produit, une flamme à l’intérieur ou à l’extérieur du système pourrait en résulter, avec le potentiel de faire des dommages catastrophiques.

1. Côté exposé 2. Côté protégé 3. Flamme stabilisée sur l’élément arrêteur
4. L’élément arrêteur de flamme absorbe et éteint le front de flamme 5. Tuyauterie

Une variété de systèmes de contrôle des vapeurs est appelée systèmes de destruction des vapeurs. Sont inclus ici les torchères surélevées, les torchères fermées, les systèmes d’incinération par brûleur et catalytique, et les chaudières de gaz résiduels.

Un autre type de système de contrôle des vapeurs utilisant des arrête-flammes en ligne est les systèmes de récupération des vapeurs. Sont inclus ici les systèmes d’équilibrage des vapeurs, de réfrigération, d’adsorption, d’absorption et de compression.

Cependant, les arrête-flammes en ligne sont parfois utilisés dans des applications de fin de ligne. Par exemple, une unité en ligne peut être montée en dessous d’une soupape d’évent de réservoir sur un réservoir de stockage de liquide. La soupape réduit les émissions et les pertes de produit, tandis que l’arrête-flammes protège le réservoir des flammes dans l’atmosphère lors de la mise à l’air libre de gaz inflammables.

Sélectionner les arrête-flammes en ligne
Les différents états dynamiques expliqués précédemment pour les flammes confinées peuvent être très dangereux pour un système de traitement en raison des énormes énergies associées à la pression de détonation et à la vitesse de la flamme. Les choses se passent rapidement et peuvent devenir catastrophiques. Ces multiples états dynamiques augmentent le défi de fournir un ou des produits arrête-flammes qui arrêtent la flamme et résistent aux énormes pressions causées par les explosions dans la tuyauterie confinée.

La très large gamme de comportements possibles pour une flamme confinée cause deux problèmes particuliers pour les produits arrête-flammes. Premièrement, les états de déflagration à haute pression et de détonation stable ont une cinétique de combustion très stable, et la flamme se déplace très rapidement. Par conséquent, le pare-flammes doit être capable d’absorber la chaleur de la flamme beaucoup plus rapidement que ne l’exigent les conditions standard de déflagration à basse et moyenne pression. Deuxièmement, les pressions d’impulsion instantanées causées par les ondes de choc d’une détonation surmultipliée soumettent le parafoudre à des forces pouvant atteindre 20995 kPa(g) (3000 psig). Ainsi, l’arrêteur doit être structurellement supérieur aux arrêteurs de déflagration basse pression standard.

Arrête-flammes de fin de ligne ou d’évent à l’atmosphère

Les arrête-flammes de fin de ligne ou d’évent à l’atmosphère permettent une mise à l’air libre en combinaison avec une protection contre les flammes pour les applications à évent vertical. Ils empêchent la propagation des flammes en absorbant et en dissipant la chaleur à l’aide de cellules de flamme en acier inoxydable à ruban serti enroulé en spirale.
Les arrête-flammes en bout de ligne sont utilisés dans des applications telles que les évents de réservoirs de stockage de pétrole.

L’application classique consiste à empêcher le feu dans l’atmosphère de pénétrer dans une enceinte. Vers 1920, par exemple, les arrête-flammes ont commencé à être installés sur les évents des réservoirs de stockage de pétrole. Ils empêchent les réservoirs d’exploser lorsque le gaz s’écoulant des évents est frappé par la foudre.

A l’inverse, certains arrête-flammes en bout de ligne empêchent le feu dans une enceinte d’enflammer une atmosphère explosive comme dans une raffinerie. Par exemple, des arrête-flammes peuvent être installés dans les entrées d’air des fours et les cheminées d’échappement.

Image de Enardo

Sélection des arrête-flammes de fin de ligne
Les arrête-flammes de déflagration de fin de ligne sont conçus pour la propagation de flamme non confinée, également appelée explosion atmosphérique ou déflagration non confinée. Ils sont simplement boulonnés ou vissés sur le raccord du procédé ou du réservoir. Ces conceptions intègrent une technologie simple mais bien établie. La plupart utilisent un seul élément de ruban métallique enroulé serti qui fournit le transfert de chaleur nécessaire pour éteindre la flamme avant qu’elle ne traverse l’élément d’arrêt.

Les principaux points de préoccupation lors du choix d’un parafoudre pour les applications en bout de ligne sont les suivants :

• Désignation du groupe dangereux ou valeur MESG du gaz
• Caractéristiques de performance de stabilisation de la flamme de l’arrêteur par rapport au potentiel du système pour la stabilisation de la flamme pendant des périodes soutenues
• Température du gaz de procédé
• Chute de pression à travers l’arrêteur pendant les conditions de débit de mise à l’air libre, par rapport à la pression et au vide maximaux admissibles du système
• Matériaux de construction qui répondent aux conditions ambiantes et de traitement – par exemple, climat extrêmement froid, brouillard salin, gaz chimiquement agressif, etc.
• Type et taille des raccordements
• Exigences en matière d’instrumentation

API 2000 4.5.2 Options de conception pour la prévention des explosions dit: