CHAPITRE I : Contexte de l'étude
4. Eléments de sécurité
Les éléments de sécurité du dispositif expérimental sont présentés sur la Figure III.11.
Figure III.11. Schéma du dispositif expérimental et des éléments de sécurité (en rouge)
On peut classer ces éléments en deux catégories, à savoir les systèmes de sécurité de type passif et les systèmes de type actif, ces derniers étant pour la plupart gérés par un automate.
Parmi les éléments passifs, on recense une série de clapets anti-retours, placés sur les lignes des gaz de prémélange, une soupape de sécurité (Swagelok, modèle R4-C), tarée pour s’ouvrir lorsque la pression à l’intérieur de l’enceinte dépasse 5,5 MPa, un disque de rupture (OSECO, modèle FSTD) dont la membrane doit éclater au-delà de 6 MPa, deux détecteurs de monoxyde de carbone (Oldham, modèle OLC 50), placés au niveau des bouteilles de gaz et à proximité de l’enceinte, et un détecteur d’hydrogène (Oldham, modèle CEX 300), placé au niveau du plafond au-dessus de l’enceinte.
Parmi les systèmes actifs, on compte les systèmes de contrôle de débit (débitmètres massiques), de pression (capteur de pression couplé à la vanne de régulation de pression), de
Système de déplacement des brûleurs
température (thermocouples) et une électrovanne couplée à deux vannes pneumatiques placées sur les lignes d’alimentation en gaz des brûleurs à contre-courants. Il est possible de placer un photodétecteur supplémentaire sur l’automate. Celui-ci peut être employé en complément du thermocouple placé à proximité de la flamme pour vérifier si la flamme est allumée et ainsi prévenir les problèmes d’extinction ou de retour de flamme. Dans ce cas, le photodétecteur détectera l’émission de CH* vers 430 nm.
Les thermocouples sont gainés en inox et sont employés pour contrôler la température :
- au niveau des deux brûleurs, afin de vérifier que ceux-ci sont correctement refroidis ; - au niveau du moteur de déplacement des brûleurs, puisque celui-ci est conçu pour
travailler à des températures inférieures à 100°C ;
- à proximité de la zone de combustion, pour vérifier la présence de la flamme ;
- au sommet de l’enceinte, afin de s’assurer que la température est compatible avec le bon fonctionnement du matériel et pour vérifier la température des gaz à l’échappement ;
- au niveau de la paroi de l’enceinte afin de vérifier que le refroidissement de l’enceinte est efficace.
Le thermocouple au niveau du brûleur du bas est maintenu en contact autour du brûleur à l’aide d’un collier de serrage. En revanche, le thermocouple au niveau du brûleur du haut ne peut pas être disposé de cette façon puisqu’il serait alors fortement chauffé par la circulation des gaz chauds autour du brûleur. Ainsi, pour estimer la température, le thermocouple est placé au niveau de la ligne de sortie du circuit de refroidissement et est protégé par une gaine isolante. La conduction de chaleur entre le point de mesure du thermocouple et la ligne de refroidissement est assurée par de la pâte thermique. Les thermocouples au niveau du moteur de déplacement, à proximité de la flamme et en haut de l’enceinte sont placés dans la zone d’intérêt. Enfin, le thermocouple au niveau des parois de l’enceinte est placé dans un « doigt de gant ».
L’ensemble de ces éléments doit garantir la sécurité des opérateurs et du matériel en cas de problème. Les principaux risques inhérents au dispositif de stabilisation de flammes à
En cas de déflagration, l’augmentation de pression peut atteindre un facteur 8.
L’enceinte ayant été éprouvée pour supporter des pressions allant jusqu’à 6 MPa, si la pression venait à dépasser 5,5 MPa, une soupape de sécurité (Swagelok, modèle R4-C) s’ouvrirait à 5,5 MPa et un disque de rupture (OSECO, modèle FSTD) éclaterait à 6 MPa. Les clapets anti-retour placés en aval des débitmètres protégeront ces derniers des remontées de gaz dans les lignes. Enfin, les lignes de gaz, le mélangeur et le volume mort sont éprouvés pour supporter des pressions allant jusqu’à 30 MPa.
En cas d’extinction ou de retour de flamme, la température mesurée par le thermocouple près de la flamme diminue. En deçà d’une température seuil, ici fixée à 120°C, l’automate coupe l’alimentation des débitmètres et déclenche la fermeture des vannes pneumatiques sur les lignes de gaz.
En cas de problème de retour de flamme, le poreux, placé dans les brûleurs en amont du convergent, jouera le rôle d’arrête flamme puisque la taille de ses pores, de l’ordre de quelques dizaines de microns, est inférieure à la distance de coincement d’une flamme CH4/air (comprise entre 100 et 200 µm d’après Boust (2006) et Karrer et al. (2008)). De plus, de part l’absence de flamme entre les brûleurs, le thermocouple mesure une température inférieure à la température seuil et, comme dans le cas d’une extinction de flamme, l’automate active les sécurités.
Des tests de fuite sont réalisés à la suite de chaque manipulation sur les lignes de gaz.
Ces tests consistent à monter en pression les lignes de gaz et l’enceinte avec de l’azote ou de l’hélium et à vérifier l’absence de fuite avec de l’eau savonneuse ou un détecteur de fuite. Par ailleurs, une flamme de méthane riche produit du monoxyde de carbone et de l’hydrogène qui présentent un danger immédiat pour l’opérateur présent dans la salle. Ainsi, si malgré les précautions prises, une fuite survenait au cours d’une expérience, des détecteurs de monoxyde de carbone et d’hydrogène reliés à une alarme sont placés dans la salle afin de prévenir l’opérateur du danger.
Enfin, les débitmètres massiques sont normalement fermés. Ainsi, en cas de coupure de courant, les débits des gaz seront immédiatement arrêtés.