Un arrête-flammes est un dispositif monté sur l’ouverture d’une enceinte ou sur la tuyauterie de raccordement dans un système d’enceintes et qui permet aux gaz, aux liquides, etc. de le traverser mais empêche la transmission d’une flamme afin d’éviter un incendie ou une explosion plus importante. Dans les opérations de traitement avec des gaz combustibles, les arrête-flammes aident à atténuer le risque de propagation du feu et limitent ainsi l’impact d’un événement explosif. Lorsqu’ils sont utilisés correctement, les pare-flammes peuvent éviter des dommages catastrophiques et des pertes de vies humaines. Toute personne impliquée dans la sélection et l’achat de pare-flammes doit comprendre le fonctionnement de ces produits, leurs avantages et leurs limites de performance. Dans cet article, nous allons essayer de couvrir les bases de la technologie et de la terminologie des arrête-flammes et les types disponibles.

Un arrête-flammes est également connu sous le nom d’arrête-flammes, d’arrête-déflagration et de piège à flammes.

Pourquoi utiliser un arrête-flammes?

L’un des plus grands dangers liés au transport ou au stockage de liquides ou de gaz inflammables est l’inflammation de la vapeur inflammable qui peut se produire, entraînant un incendie ou pire, une explosion. Chaque fois qu’un gaz ou une vapeur inflammable
est mélangé(e) à de l’air/oxygène, il y a un risque d’explosion. L’allumage accidentel du mélange inflammable entraîne une flamme qui se propage dans le mélange non brûlé jusqu’à ce que le combustible soit consommé par la réaction. Dans un espace clos, tel qu’un récipient ou un tuyau, l’augmentation importante de la température du mélange causée par le processus de combustion entraînera une augmentation rapide du volume du mélange gazeux. L’augmentation de pression qui en résulte induit des effets turbulents qui accélèrent encore le front de la flamme. L’incapacité à arrêter une flamme peut entraîner des dommages catastrophiques à l’équipement, une perte de production, des blessures aux personnes et même la perte de vie et des coûts de litige potentiellement importants.

Génération et types de flammes

Si tout mélange inflammable de vapeur ou de gaz entre en contact avec une source d’inflammation, un front de flamme se développera. Cette flamme brûlera à travers la vapeur ou le gaz jusqu’à ce que :

1. L’approvisionnement en combustible (vapeur ou gaz) soit consommé.
2. La chaleur nécessaire pour entretenir la combustion est éliminée.
3. La concentration en oxygène devient soit trop élevée, soit trop faible pour permettre la poursuite de la combustion.

Déflagration

Si un front de flamme se propage à une vitesse inférieure à la vitesse du son dans la vapeur, on parle de déflagration. Celle-ci est ensuite classée en deux types.

• Déflagration non confinée

Une déflagration non confinée se produit lorsqu’il y a une inflammation d’une atmosphère inflammable à l’extérieur d’un récipient ou d’un autre équipement de traitement. Par exemple, une sortie de respiration ou de ventilation d’un réservoir stockant de l’essence peut produire un nuage non confiné de vapeur inflammable dans son voisinage immédiat. Des sources d’inflammation telles qu’une cigarette allumée, une décharge électrique statique ou un coup de foudre peuvent enflammer ce nuage de vapeur et le front de flamme qui en résulte peut pénétrer
dans le réservoir par la sortie.

• Déflagration confinée

Une déflagration confinée se produit lorsqu’il y a une inflammation d’une atmosphère inflammable à l’intérieur d’un pipeline, d’un conteneur ou d’un autre équipement de traitement. Typiquement, cela pourrait se produire dans une usine industrielle ou de traitement. Par exemple, de nombreuses mines de charbon produisent du méthane inflammable et toxique dans le sous-sol, qui est pompé à la surface le long d’un tuyau, puis brûlé dans une chaudière à des fins de chauffage. Des problèmes avec la chaudière ou le système de pompage pourraient enflammer le contenu du tuyau et la flamme pourrait redescendre dans le tuyau, ce qui entraînerait une explosion sous terre.

Détonation

Une détonation se produit lorsqu’une flamme se déplace le long d’un tuyau, généralement à des vitesses supersoniques et est combinée à une onde de choc. Typiquement, cela se produit à la suite d’une accélération de la flamme induite par des turbulences causées par la rugosité des parois de la conduite ou des interruptions telles que des coudes, des vannes ou des changements de section de la conduite. Cela peut également se produire simplement en laissant la flamme continuer à accélérer le long d’un tuyau sur une distance suffisante. Une onde de choc est caractérisée
par un changement par palier de la pression et de la densité par lequel la vitesse de la flamme passe de subsonique à supersonique.

• Détonation surentraînée

Si un front de flamme se propage à une vitesse supérieure à la vitesse du son dans la vapeur, on parle de détonation surentraînée. La détonation surmultipliée est un phénomène de courte durée et se produit généralement lorsque le front de flamme passe d’une déflagration à grande vitesse à une détonation.

Principe de fonctionnement des arrête-flammes

Les arrête-flammes fonctionnent sur le principe de l’élimination de la chaleur de la flamme lorsqu’elle tente de traverser des passages étroits avec des parois en métal ou autre matériau conducteur de chaleur.

Les arrête-flammes sont des dispositifs mécaniques passifs qui sont montés sur un réservoir ou dans un système de tuyauterie de traitement. En fonctionnement normal, les mélanges de vapeurs dans la tuyauterie sont dirigés à travers le pare-flammes. Un pare-flammes se compose principalement d’un boîtier, d’un élément et de connexions pour le fixer à la tuyauterie ou à l’équipement. L’élément est le dispositif qui éteint la flamme et est principalement une forme de « filtre » qui fournit de petites ouvertures à travers lesquelles le gaz de traitement s’écoule mais empêche la transmission de la flamme. Le front de flamme est décomposé dans le « filtre » en petites flammelettes qui sont refroidies par la grande capacité thermique de l’élément, éteignant ainsi la flamme.

Les matériaux utilisés pour l’élément « filtre » comprennent les rubans métalliques sertis, la gaze métallique tissée, les matériaux frittés et les matériaux en nid d’abeille. En raison de sa construction, l’élément provoquera une chute de pression ou une obstruction à l’écoulement du processus. Afin d’atténuer cette résistance accrue à l’écoulement, la surface de l’élément est généralement supérieure à la section transversale de la tuyauterie. Les éléments plus grands ont également une plus grande capacité thermique.

Types d’arrête-flammes

Tous les arrête-flammes sont conçus pour permettre aux gaz ou aux liquides de passer tout en empêchant les flammes ou les étincelles de créer une explosion ou de se développer en un incendie plus important. Cependant, leur gamme de style et de taille varie énormément pour s’adapter à chaque application.

Arrêt de flamme en bout de ligne

Les arrêts de flamme en bout de ligne sont installés à l’extrémité d’une canalisation ou à la sortie d’une cuve pour empêcher les flammes d’entrer, et non, comme on le croit parfois, pour empêcher la flamme de sortir de la canalisation ou de la cuve. Sans capot, ils peuvent être montés dans presque n’importe quelle orientation, mais le montage inversé n’est pas recommandé car il augmente le risque d’emprisonnement de la chaleur et donc de retour de flamme. Avec un capot incorporé, ils doivent être montés dans une orientation verticale conventionnelle et être utilisés à l’extérieur exposés à la pluie et à la neige.

Arrêt de flamme en ligne

Les arrêts de flamme en ligne sont montés dans les systèmes de tuyauterie pour protéger les équipements en aval. La disposition présentée ci-dessous est typique, bien qu’il soit également possible que la source d’inflammation fasse en sorte que la flamme se déplace avec le flux de gaz. Si la flamme peut provenir de l’une ou l’autre direction, un pare-flammes bidirectionnel est nécessaire. Les arrête-flammes en ligne peuvent être des arrête-flammes à déflagration ou à détonation, selon les conditions dans lesquelles ils doivent être utilisés. L’orientation de la tuyauterie ne pose généralement pas de problème, sauf si du liquide est entraîné dans le flux de gaz et a tendance à s’accumuler dans le pare-flammes. Dans de telles situations, un boîtier excentrique du pare-flamme peut être monté pour permettre la collecte et le drainage du liquide.

Pré-Volume Flame Arrestor

Ils sont appelés ainsi parce qu’ils sont conçus pour protéger les systèmes dans lesquels une flamme peut démarrer à l’intérieur d’un récipient dont la section transversale est un peu plus grande que l’élément pare-flamme ou le tuyau d’évent et le désir est d’empêcher la flamme de quitter le récipient. Il peut s’agir d’un simple élément, d’un dispositif d’arrêt en bout de ligne ou d’un dispositif d’arrêt en ligne. Il faut être extrêmement prudent lorsqu’on envisage une telle situation, car il n’est pas possible de prédire les conditions que le pare-flammes devra gérer, car le volume de gaz chauds passant à travers le pare-flammes dépassera les volumes produits pour les tests de flamme conventionnels des pare-flammes en ligne. Bien que les conditions tendent à produire une déflagration confinée, il est possible qu’un pare-flammes qui a été testé de manière satisfaisante dans des conditions de déflagration confinée définies dans une norme de produit ne soit pas satisfaisant. Par conséquent, la seule solution pour assurer une confiance totale dans le produit spécifié est de le tester dans des conditions opérationnelles réelles ou simulées.

Arrêteur de flamme hydraulique

Les arrêts de flamme à produit liquide piègent une partie du liquide qui s’écoule dans un tuyau de sorte que les gaz peuvent y bouillonner mais que toute flamme est éteinte. Les arrêteurs hydrauliques contiennent de l’eau dont le niveau est automatiquement maintenu. De même, les gaz peuvent y pénétrer mais toute flamme est éteinte. Cette technique est particulièrement adaptée à un flux de gaz sale avec des particules entraînées en son sein.

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