Comprendre les systèmes d'incendie et de gaz augmente la sécurité

Par Edward Naranjo, directeur des systèmes de détection d'incendie et de gaz Rosemount, Emerson

Bien que de nombreux employés des usines de traitement aient une certaine compréhension des systèmes d'incendie et de gaz, la nature même de ces systèmes - isolés et séparés du contrôle de processus de base et agissant uniquement lors d'accidents - peut amener les travailleurs à les prendre pour acquis. Comme un détecteur de fumée à la maison, un système d'incendie et de gaz, une fois installé, peut facilement s'effacer. Lorsque les travailleurs se familiarisent ou se familiarisent avec les rôles critiques fournis par les systèmes d'incendie et de gaz, cela améliore la sécurité globale.

L'ingénierie des systèmes d'incendie et de gaz est un domaine spécialisé rendu plus complexe à mesure que les pratiques de conception et de maintenance des systèmes tout au long de leur cycle de vie ont évolué au fil des ans. Beaucoup de choses ont changé avec l'avènement des normes prescriptives développées par la National Fire Protection Association, la Communauté européenne et, plus récemment, la Commission électrotechnique internationale (CEI) 61511 et la Société internationale d'automatisation (ANSI/ISA) 84.00.01. Ces normes ont établi des critères basés sur les performances pour évaluer les performances des systèmes instrumentés de sécurité (SIS). Le rapport technique TR84.00.07, qui a été développé dans le cadre d'un groupe de travail ISA 84, fournit des conseils sur la façon dont les systèmes d'incendie et de gaz peuvent être conçus conformément à la norme CEI 61511.

Alors, quels sont ces capteurs montés à côté du réservoir d'ammoniac ? Comment fonctionnent-ils et que se passe-t-il s'il y a une libération ? Quelle est la procédure en cas d'incendie ? Voici quelques concepts de base que tout le monde devrait connaître.

Comme le contrôle de processus de base et le SIS, les systèmes d'incendie et de gaz utilisent des capteurs liés à un contrôleur (Figure 1) programmés pour exécuter des tâches visant à atténuer le danger en réponse à la détection d'une condition spécifique. Les dangers typiques comprennent les rejets non enflammés de gaz et de liquides combustibles ou toxiques, ou la présence d'un feu ouvert si une source d'inflammation a été trouvée.

Figure 1 : Alors qu'un capteur peut être la seule partie visible, la logique du système de détection d'incendie et de gaz peut être assez complexe.

Les mesures d'atténuation varient selon la nature, l'emplacement et la gravité du danger détecté. Pour un incendie, il peut y avoir plusieurs actions. Cela comprend le déclenchement d'alarmes d'avertissement pour le personnel, la libération d'agent extincteur, la coupure du flux de processus, l'isolement de la source de carburant et la ventilation de l'équipement. Tout cela peut se produire simultanément pour éteindre l'incendie. En cas de rejet de gaz toxique, des alarmes peuvent retentir pour conduire le personnel vers des zones de rassemblement sûres.

Ces fonctions doivent pouvoir se dérouler sans le soutien d'autres systèmes, mais elles n'existent pas de manière isolée. Ils sont fréquemment intégrés au SIS, à l'arrêt d'urgence (ESD) et aux commandes du système de ventilation, étendant la capacité d'atténuer un incident en interagissant avec ces autres systèmes.

Les réponses reflètent la logique de fonction générée à partir des études de sécurité des procédés et résumées dans une matrice transparente et bien documentée qui relie les causes aux effets. Ces diagrammes de cause à effet précisent les exigences fonctionnelles du système de sécurité. Certaines des actions de contrôle sont exécutées de manière autonome par le système incendie et gaz, tandis que certains déclenchements internes activent les autres systèmes mentionnés ci-dessus.

Les capteurs utilisés dans les systèmes d'incendie et de gaz sont souvent l'élément le moins compris car ils sont différents des instruments de processus plus familiers. Pour commencer, ils détectent ce qui se passe dans un espace ouvert, plutôt qu'à l'intérieur d'un récipient ou d'un tuyau. Comprendre comment ils détectent un gaz dangereux, un liquide ou une source d'énergie rayonnante comme un incendie demande de la diligence.

La plupart des capteurs de gaz toxiques ou inflammables sont des détecteurs ponctuels, ce qui signifie qu'ils surveillent des conditions très localisées. De plus, ils dépendent du gaz cible atteignant le capteur.

Un capteur identifie le gaz cible soit parce que le gaz réagit avec quelque chose à l'intérieur du capteur d'une manière qui modifie un signal électrique (électrochimique) (Figure 2), soit parce que le gaz cible absorbe des longueurs d'onde spécifiques de la lumière infrarouge (IR). Lorsque le gaz passe entre une source IR et un récepteur, le changement est mesurable. Les capteurs ponctuels IR peuvent n'avoir qu'un centimètre ou deux entre les deux éléments à l'intérieur d'une seule enceinte.

Figure 2 : Les capteurs de gaz toxiques électrochimiques, tels que le détecteur de gaz sans fil Rosemount™ 928, peuvent être utilisés pour détecter le sulfure d'hydrogène en créant une réaction entre le gaz toxique et un catalyseur interne.

Si une plus grande surface doit être couverte, il est possible de séparer les deux moitiés d'un capteur IR et de les placer à plusieurs mètres l'une de l'autre en utilisant une approche à chemin ouvert. Le faisceau IR brille de la source au récepteur, et si une quantité suffisante de gaz cible s'accumule n'importe où entre les deux, il déclenche l'alarme. Naturellement, un tel capteur doit ignorer une brève interruption du faisceau par une personne ou un autre objet traversant l'espace.

Quelle que soit la technique de détection, tous les détecteurs ponctuels et à chemin ouvert sont limités à la détection de gaz à un emplacement spécifique et peuvent donc être rendus inefficaces s'ils sont placés dans un point mort où l'air stagne et le gaz ne migre pas. De même, des protections ou couvercles mal placés peuvent empêcher le gaz cible d'atteindre l'élément capteur. Si un opérateur observateur dans l'usine voit que quelque chose a changé avec le positionnement ou l'environnement d'un capteur de gaz, il doit le signaler à une personne appropriée.

Lorsque le gaz cible se trouve dans un système sous pression, il peut être possible d'utiliser un capteur acoustique (Figure 3) réglé sur la gamme des ultrasons pour détecter le bruit produit par une fuite dans le système. De telles fuites peuvent faire du bruit dans ces fréquences ciblées, qui peuvent être utilisées pour avertir d'une fuite avant qu'il y ait une concentration suffisante pour déclencher des capteurs conventionnels. D'autre part, les détecteurs de fuites de gaz acoustiques ne conviennent qu'aux fuites sous pression et peuvent provoquer un faux déclenchement en raison d'une source de bruit non liée.

Figure 3 : Les détecteurs de gaz à ultrasons, tels que le détecteur de fuite de gaz à ultrasons Incus d'Emerson, écoutent le son du gaz sous pression qui s'échappe.

Les détecteurs doivent réagir rapidement pour prévenir les dommages potentiels causés par un incendie actif. Dans le même temps, les actions déclenchées par une alarme incendie, telles que l'arrêt d'un processus et la libération d'un extincteur, sont très perturbatrices et ne doivent pas être déclenchées par une fausse alarme.

Les incendies peuvent être détectés car ils génèrent des émissions électromagnétiques, de la chaleur et de la fumée. Un système complet d'incendie et de gaz peut avoir des capteurs qui recherchent les trois.

Les capteurs électromagnétiques (Figure 4) recherchent les émissions dans des longueurs d'onde spécifiques au-dessus et au-dessous du spectre de la lumière visible. Ce sont les capteurs qui répondent le plus rapidement car ils peuvent détecter ces émissions en quelques secondes lorsque les flammes commencent. Différents produits combustibles génèrent des émissions caractéristiques dans les domaines ultraviolet (UV) et IR. Par exemple, la détection de la combustion d'essence nécessite de surveiller des longueurs d'onde IR différentes de celles de la combustion d'hydrogène, de sorte que les concepteurs de systèmes doivent savoir quels produits combustibles sont susceptibles d'être présents. Certains capteurs recherchent une longueur d'onde critique, tandis que d'autres peuvent rechercher plusieurs longueurs d'onde, améliorant ainsi la précision de la détection.

Figure 4 : Les capteurs de flamme électromagnétiques, tels que le détecteur de flamme IR multispectre Rosemount 975HR, peuvent détecter des longueurs d'onde spécifiques de la lumière IR générée par des combustibles spécifiques.

Ces capteurs fonctionnent un peu comme des caméras et dépendent donc d'une ligne de visée dégagée vers la zone couverte. Par conséquent, ils sont généralement en position haute et regardent l'équipement. Les obstacles réduisent la couverture de détection. Il est également important de connaître les sources susceptibles de provoquer une fausse alarme. Par exemple, si le soudage doit être effectué à la vue d'un détecteur, il peut être nécessaire qu'un opérateur approprié désactive temporairement le capteur.

Les détecteurs de chaleur réagissent à la hausse des températures ou à un changement de température et peuvent être de type ponctuel ou linéaire, s'étendant sur plusieurs mètres de longueur. En revanche, les détecteurs de fumée réagissent à la densité des particules de fumée dans l'air. Dans les zones de traitement, les détecteurs de fumée sont principalement utilisés pour protéger les espaces fermés et les conduits des systèmes d'évacuation et de ventilation.

D'autres détecteurs supplémentaires comprennent des bouchons fusibles et des ampoules frangibles à des fins spécialisées.

La nature des dangers potentiels dans une installation donnée dépend des produits et des processus impliqués. La conception d'un système d'incendie et de gaz doit refléter ces dangers pour apporter des réponses appropriées. Les avertisseurs sonores et les stroboscopes sont un point de départ, mais le système peut s'étendre aux extincteurs et s'interfacer avec les systèmes d'arrêt d'urgence. Il peut y avoir plusieurs types de capteurs pour couvrir une variété de dangers, éviter les pannes de cause commune et fournir une redondance. Tous ces éléments doivent être liés ensemble pour étendre la portée et améliorer l'efficacité globale.

Dans le même temps, la réponse d'un système d'incendie et de gaz n'est pas garantie. Sa capacité à détecter un dégagement dangereux ou un incendie en cours dépend de beaucoup plus de variables qu'une fonction de sécurité de procédé typique. Le nombre et le type de capteurs et leur emplacement dans une zone à surveiller influencent l'efficacité du système d'incendie et de gaz. Une par une, ces variables peuvent être réduites, assurant une plus grande sécurité pour le personnel et l'équipement d'une usine et pour la communauté environnante.

A propos de l'auteur

Edward Naranjo, directeur des systèmes de détection d'incendie et de gaz Rosemount chez Emerson, est un ingénieur certifié en sécurité fonctionnelle avec 16 ans d'expérience. Naranjo est membre de l'International Society of Automation et titulaire d'un baccalauréat ès sciences et d'un doctorat en philosophie en génie chimique du California Institute of Technology et de l'Université de Californie à Santa Barbara, respectivement. Il est également titulaire d'une maîtrise en administration des affaires de l'Université de Chicago.

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