- Méthodes d’installation
La méthode la plus fréquemment employée pour la surveillance continue de fuites de gaz dangereux consiste à placer plusieurs capteurs aux emplacements où les fuites sont les plus probables. Ces capteurs sont souvent raccordés électriquement à un module de commande multicanaux situé dans une zone éloignée, sûre et sans gaz équipée d’affichages, d’alarmes, de dispositifs d’enregistrement des évènements, etc. Ce type d’installation est souvent appelé système à point fixe. Comme son nom l’indique, il est situé en permanence dans la zone (par exemple, une plate-forme en mer, une raffinerie, une chambre frigorifique de laboratoire, etc.).
La complexité de tout système de détection de gaz dépend de l’utilisation qui sera faite des données. L’enregistrement des données permet d’utiliser les informations pour identifier les domaines problématiques et aide à la mise en œuvre de mesures de sécurité. Si le système sert uniquement pour les avertissements, les sorties du système peuvent être simples et aucun stockage de données n’est nécessaire. Lors du choix du système, il est donc essentiel de savoir comment les informations seront employées de façon à opter pour les composants adaptés. En surveillance de gaz toxiques, l’utilisation de systèmes multipoints a rapidement montré son potentiel face aux divers problèmes d’exposition en milieu professionnel et s’est avérée une solution précieuse tant pour identifier les problèmes que pour tenir les employés et la direction informés des concentrations de polluant sur le lieu de travail.
Lors de la mise en place d’un système multipoints, les différents composants et leurs interconnexions doivent être soigneusement étudiés. Lors de l’utilisation de capteurs catalytiques, par exemple, les câbles électriques branchés sur les capteurs doivent avoir trois âmes, chacune d’1 mm 2. Elles transportent le signal de sortie ainsi que l’alimentation vers le circuit à pont électrique situé au niveau du capteur pour réduire les chutes de tension du signal le long des câbles.
Dans le cas des systèmes de surveillance de gaz toxiques (et de certains gaz inflammables), les prélèvements sont souvent effectués loin de l’appareil. Des pompes amènent les gaz vers les capteurs via des tubes synthétiques de petit calibre. Pour un système bien étudié, il convient de sélectionner des pompes et des tubes de dimensions appropriées, une unité de prélèvement séquentiel pour chaque tube et des filtres pour arrêter les particules ou l’eau qui coupent le flux de gaz. Le calibre des tubes peut s’avérer fondamental, puisqu’il doit être suffisamment large pour permettre des temps de réponse rapides avec des pompes de tailles normales tout en n’étant pas trop large afin d’éviter une dilution excessive du prélèvement par l’air. Chaque point de prélèvement doit être raccordé à un tube séparé et si plusieurs points sont connectés à un seul capteur central, il est nécessaire de purger le capteur avec de l’air propre entre les prélèvements.
Les modules de commande utilisés dans les systèmes fixes peuvent être centralisés ou distribués en divers endroits d’une usine selon les besoins de l’application. Ils comprennent un panneau de commande et se présentent en configurations monocanal (avec une carte de contrôle par capteur) ou multicanaux, cette dernière étant utile lorsque la puissance, l’espace ou les coûts sont particulièrement limités.
Les unités de contrôle comportent un compteur ou un affichage à cristaux liquide sur le panneau avant pour indiquer la concentration de gaz à chaque capteur. Elles incluent également des relais internes pour contrôler des fonctions, telles que l’alarme, les défaillances et les arrêts. Le nombre de niveaux d’alarme varie d’un module de commande à l’autre, mais en règle générale jusqu’à trois niveaux peuvent être réglés, selon les exigences réglementaires ou les pratiques professionnelles en vigueur dans l’industrie concernée. Plusieurs autres fonctions utiles existent, notamment l’inhibition et la remise à zéro d’alarme, l’indication de dépassement de plage et les sorties 4 à 20 mA analogiques. Des sorties numériques sont souvent intégrées afin d’interfacer le module de commande avec un SCD/BMS. Il est essentiel de ne pas oublier que l’objectif principal d’un système de détection de gaz est de déceler l’accumulation de gaz avant qu’elle atteigne une concentration dangereuse et de lancer un processus d’atténuation pour empêcher tout risque. Si la concentration de gaz continue à augmenter et atteint un niveau dangereux, une coupure exécutive et des alarmes sont déclenchées. Enregistrer l’événement ou mesurer les niveaux de gaz auxquels les employés ont été exposés ne suffit pas.
Câbles et boîtes de raccordement
Dans un système de détection industriel classique, comme celui précédemment décrit, les capteurs sont situés en plusieurs points stratégiques autour de l’usine à des distances variables du module de commande. Lors du raccordement électrique du module de commande, chaque câble de capteur possède une résistance de boucle électrique différente selon sa longueur. Avec des types de détecteurs à tension constante, le processus d’étalonnage requiert une personne près du capteur, sur le terrain, et une autre à proximité du module de commande. Avec les détecteurs à courant constant ou les détecteurs à transmetteur local, l’étalonnage de l’appareil sur le terrain et du module de commande peuvent être réalisés séparément.
Les câbles des capteurs sont protégés des détériorations extérieures grâce à des gaines métalliques ou à des câbles adaptés protégés mécaniquement. Les presses-étoupes de protection doivent être placés à chaque extrémité du câble et le capteur doit être connecté à une boîte de raccordement pour des terminaisons « propres », de faible résistance et simples. Il est également essentiel de veiller à ce que toutes les tailles de presses-étoupes et pas de vis soient compatibles avec la boîte de raccordement et le diamètre externe des câbles employés. Une rondelle d’étanchéité appropriée doit être utilisée afin de garantir l’imperméabilité entre le détecteur et la boîte de raccordement. Autre point important: les fabricants de capteurs indiquent normalement la résistance de boucle maximale (pas la résistance de ligne) de leurs connexions de capteurs lorsqu’ils fournissent les informations pour calculer les diamètres d’âme des câbles à installer.
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Emplacement des capteurs
« De combien de détecteurs ai-je besoin ? » et « Où dois-je les placer ? » sont les deux questions les plus fréquentes sur les systèmes de détection de gaz et probablement les deux questions auxquelles il est le plus difficile de répondre. Contrairement à d’autres types de détecteurs pour la sécurité, tels que les détecteurs de fumée, l’emplacement et la quantité de détecteurs requis ne sont pas clairement définis dans les différentes applications.
Certaines normes donnent de nombreuses instructions, telles que la norme EN50073 - Guide pour la sélection, l’installation, l’utilisation et la maintenance des appareils de détection et de mesure des gaz combustibles ou de l’oxygène. Des codes de bonnes pratiques internationaux similaires, comme le National Electrical Code (NEC) ou le code électrique canadien (CEC), peuvent être employés le cas échéant. Par ailleurs, certains organismes de normalisation publient des spécifications indiquant les exigences minimales en matière de détection de gaz pour certaines applications. Ces références sont utiles, mais tendent à être très généralistes. Elles manquent cruellement de détails, ou sont trop spécifiques à certaines applications, les rendant inutilisables pour les autres applications.
Le positionnement des détecteurs doit être déterminé conformément aux conseils des spécialistes en dispersion des gaz, des spécialistes connaissant le système de transformation du site et des appareils concernés, des services de sécurité et du personnel technique. Il est également préférable de garder une trace de l’accord conclu sur l’emplacement des détecteurs.
Les détecteurs doivent être installés à l’endroit où la présence de gaz est la plus probable. Dans une usine, les emplacements qui requièrent le plus de protection se situent près des chaudières à gaz, des compresseurs, des réservoirs de stockage sous pression, des cylindres ou des conduits. Les fuites se localisent généralement au niveau des vannes, des jauges, des brides, des raccords en T, des conduits de remplissage ou de vidange, etc.
Plusieurs recommandations simples et souvent assez évidentes aident à déterminer l’emplacement d’un détecteur :
- Pour détecter des gaz plus légers que l’air (par exemple, le méthane et l’ammoniac), les détecteurs doivent être installés en hauteur et utiliser, de préférence, un cône de prélèvement.
- Pour détecter des gaz plus lourds que l’air (par exemple, du butane et du dioxyde de soufre), les détecteurs doivent être installés près du sol.
- Prévoir le comportement d’une fuite de gaz soumise à des courants d’air naturels ou pulsés. Installer les détecteurs dans des conduits de ventilation le cas échéant.
- Prendre systématiquement en considération les dommages pouvant être causés par des événements naturels, tels que la pluie ou des inondations. Pour les détecteurs placés en extérieur, il est préférable d’utiliser des protections contre les intempéries.
- En cas de climat chaud ou d’exposition directe à la lumière du soleil, utiliser un détecteur protégé contre le soleil.
- Prendre en compte les conditions des processus. Le butane et l’ammoniac sont ainsi plus lourds que l’air, mais s’ils sont produits par une chaîne de fabrication à température élevée et/ou sous pression, ces gaz peuvent s’élever au lieu de descendre.
- Les détecteurs doivent être légèrement éloignés des pièces sous pression afin de permettre la formation de nuages de gaz. À défaut, la fuite risque d’être rejetée trop rapidement pour être décelée.
- Considérer la facilité d’accès pour les tests fonctionnels et les interventions.
- Les détecteurs doivent être installés à l’emplacement désigné, orientés vers le bas, pour prévenir toute accumulation de poussière ou d’eau qui empêcherait le gaz d’entrer dans le détecteur.
- Dans le cas des détecteurs infrarouges à barrière, veiller à ce que le faisceau laser ne soit pas continuellement atténué ou interrompu. Les coupures brèves occasionnées par des véhicules, des opérateurs présents sur le site, des oiseaux, etc. sont tolérées.
- Veiller à ce que les structures d’installation des détecteurs à barrière soient robustes et non soumises à des vibrations.
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Options de montage classiques de capteurs (lien à .pdf)
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Configurations classiques des systèmes (lien à .pdf)
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Méthodes d’installation
Dans le monde, trois méthodes d’installation sont principalement utilisées pour les équipements électriques en zones dangereuses:
1. Câble avec entrée indirecte
2. Câble avec entrée directe
3. Conduits
Systèmes de câblage
Ces systèmes sont principalement utilisés en Europe (bien que les codes électriques américains et canadiens répertorient des câbles à isolant minéral et à revêtement métallique pour utilisation en classe 1 division 1 ou zone 1). Les normes antidéflagrantes prescrivent l’utilisation de systèmes de câblage avec une protection mécanique adaptée. Le câble est souvent en armure à fils d’acier (Steel Wire Armoured ou SWA) quand il est employé dans des zones présentant des risques de détérioration mécanique ou il peut être placé dans des conduits de protection ouverts aux deux extrémités. Des presses-étoupes de câble certifiés servent à connecter le câble au boîtier de façon sécurisée.
Entrée de câble indirecte
L’entrée indirecte est dans un bornier « Ex e » à sécurité renforcée. Les barrières sont utilisées sur les câbles entre le logement de bornes et le boîtier principal. L’installateur a seulement besoin d’accéder au bornier, pas au boîtier ignifuge.
Entrée de câble directe
L’entrée directe s’effectue dans le boîtier ignifuge. Seuls des presses-étoupes certifiés spécifiques peuvent être employés. Le type et la structure du câble doivent bien correspondre au type de presse-étoupe approprié. L’intégrité de la protection repose sur la qualité d’installation.
Conduit
Aux États-Unis, les conduits constituent la principale méthode d’installation dans les zones dangereuses. Les câbles électriques sont regroupés dans un même tube de métal fermé. Les tubes sont connectés aux protections avec des raccords union et doivent comporter un joint situé à 46 cm maximum de chaque point d’entrée. L’ensemble du système de conduits est ignifugé.
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