Électrovannes pour applications dangereuses

Figure 1 : Les électrovannes aident à automatiser le débit des fluides dans les zones dangereuses comme les industries pétrochimiques

Les électrovannes sont essentielles pour contrôler le débit des fluides dans des environnements dangereux tels que le traitement chimique, l'extraction de pétrole et de gaz, l'exploitation minière et les services de fluides inflammables. Ces applications, contenant souvent des gaz inflammables, des vapeurs nocives, des fluides corrosifs et des poussières combustibles, présentent des risques importants en raison des propriétés physiques et chimiques des fluides, ainsi que des pressions et températures de fonctionnement. Les électrovannes pour ces zones intègrent des caractéristiques de sécurité cruciales pour prévenir les explosions ou les fuites de fluides tout en permettant un contrôle précis et automatisé du débit. Les principales applications des électrovannes pour les emplacements dangereux sont :

• La régulation du débit de fluide dans les systèmes de distribution de gaz naturel
• La gestion du débit de fluide dans les usines de traitement chimique, y compris le mélange et le transfert de produits chimiques dangereux
• Le contrôle des liquides volatils dans les raffineries, les installations pétrochimiques et les réservoirs de stockage d'hydrocarbures
• Le dosage chimique dans les stations d'épuration des eaux usées
• Le contrôle du débit de poussières dans les opérations minières et les silos de stockage de céréales

Table des matières

• Classifications des emplacements dangereux
• Problèmes des électrovannes dans les emplacements dangereux
• Facteurs de conception
• Comment améliorer la durée de vie des électrovannes dans les zones dangereuses

Classifications des emplacements dangereux

Les emplacements dangereux sont des zones où il existe des risques d'incendie ou d'explosion dus à des gaz inflammables, des vapeurs, des liquides, des poussières ou des fibres. Différentes industries ont des normes et des réglementations spécifiques, ce qui rend crucial de comprendre ces directives pour s'assurer que l'équipement de traitement et les vannes sélectionnés fournissent un contrôle adéquat des fluides et sont conformes aux classifications de danger. Par exemple, une électrovanne conçue pour les poussières combustibles peut ne pas convenir au contrôle des vapeurs dangereuses. Le tableau 1 explique les principales classifications des emplacements dangereux. Lisez notre article sur l'étiquetage ATEX pour plus d'informations sur la sélection et l'utilisation sûres des équipements dans des environnements potentiellement explosifs

Tableau 1 : Classifications des emplacements dangereux pour les électrovannes

Problèmes des électrovannes dans les emplacements dangereux

• Arcs et étincelles : Les électrovannes peuvent produire des arcs et des étincelles pendant leur fonctionnement normal, ce qui peut enflammer des atmosphères inflammables. Ceci est particulièrement critique dans les emplacements dangereux où des gaz, des vapeurs ou des poussières sont présents.
• Températures élevées : La bobine d'une électrovanne peut atteindre des températures élevées. Si ces températures dépassent le point d'ignition du matériau dangereux environnant, cela peut provoquer une explosion. Le National Electrical Code (NEC) exige un marquage spécial pour les électrovannes dont les températures de l'enveloppe de la bobine dépassent 100°C (212°F).
• Défaillance de l'équipement électrique : Des défaillances telles que des brûlures ou des courts-circuits dans la bobine solénoïde peuvent également entraîner une ignition. Les normes de conception pour les équipements destinés aux emplacements dangereux traitent de ces défaillances potentielles pour prévenir les explosions.

Facteurs de conception

Figure 2 : Électrovanne Burkert 6240 avec protection antidéflagrante

• Emplacements de classe I (Gaz/Vapeurs) :
  • Résistance : L'électrovanne doit être suffisamment robuste pour contenir une explosion interne. Ces vannes comportent des enveloppes antidéflagrantes pour la bobine et les composants électriques, des boîtiers scellés ou des mécanismes de ventilation spéciaux pour plus de sécurité. Les parois du corps de la vanne doivent être épaisses pour résister à la pression interne.
  • Enveloppe antidéflagrante : L'enveloppe de la bobine doit être antidéflagrante pour empêcher l'inflammation des gaz ou des vapeurs s'ils pénètrent dans l'enveloppe.
  • Contrôle de la température : La bobine de l'électrovanne doit fonctionner à une température inférieure à la température d'ignition de l'atmosphère environnante.
  • Chemins de flamme : Dans certaines conceptions, il doit y avoir un moyen pour que les gaz en combustion s'échappent de l'enveloppe après avoir été refroidis pour éviter l'inflammation de l'atmosphère externe. Cela peut être réalisé par un chemin de flamme à surface rectifiée, où des surfaces précisément rectifiées et appariées permettent aux gaz de s'échapper uniquement après refroidissement, ou par un chemin de flamme fileté, où les gaz traversent des joints filetés, se refroidissant au fur et à mesure qu'ils s'échappent.
• Emplacements de classe II (Poussières) :
  • Étanchéité à la poussière : L'enveloppe de l'électrovanne doit empêcher la poussière d'entrer pour éviter les explosions internes.
  • Température de surface : La température de surface de l'enveloppe doit être inférieure à la température d'ignition de la poussière.
  • Couche de poussière : La conception doit tenir compte de l'accumulation de poussière sur la vanne, qui peut la faire surchauffer et enflammer l'atmosphère environnante.
• Emplacements de classe III (Fibres/Particules en suspension) :
  • Prévention des fibres et des particules en suspension : L'enveloppe doit minimiser l'entrée de fibres et de particules en suspension et empêcher l'échappement d'étincelles ou de particules chaudes.
  • Contrôle de la température : L'électrovanne doit fonctionner à une température qui empêche l'inflammation des fibres accumulées.
  • Aptitude multi-classes : Certaines électrovannes sont conçues pour répondre aux exigences de plusieurs classes. Par exemple, une électrovanne de classe I capable de contenir une explosion doit également empêcher l'entrée de poussière pour convenir à la classe II. Les tolérances étroites requises pour les chemins de flamme dans les vannes de classe I peuvent également empêcher l'entrée de poussière, éliminant le besoin de joints supplémentaires.

Autres considérations

• Considérations électriques : Les circuits électriques sont conçus pour être intrinsèquement sûrs, utilisant des barrières ou des isolateurs certifiés pour limiter l'énergie à des niveaux non inflammables, même en cas de défaut. Une conception soignée minimise l'énergie électrique à l'intérieur de la vanne, réduisant le risque d'étincelles, et traite les défaillances potentielles comme les brûlures ou les courts-circuits pour prévenir les explosions.
• Matériaux de haute qualité : Les électrovannes industrielles de haute qualité comportent des corps de vanne et des composants internes résistants à la corrosion fabriqués à partir de matériaux comme le Hastelloy, l'Inconel ou des revêtements en PTFE. Des enveloppes externes robustes en acier inoxydable, plastique ou laiton protègent contre les dommages environnementaux. Les joints et les garnitures en Viton, EPDM ou Kalrez empêchent les fuites et assurent l'intégrité de la vanne, compatibles avec des produits chimiques et des températures spécifiques dans des environnements dangereux.
• Températures et pressions nominales : Les électrovannes doivent fonctionner de manière fiable dans une plage de température spécifiée, en utilisant des bobines thermiquement isolées et des matériaux résistants à la température pour éviter la dégradation. Elles sont conçues pour résister à des pressions élevées, y compris une marge de sécurité, et sont testées dans des conditions réelles de pics et de fluctuations de pression. La bobine de l'électrovanne doit fonctionner en dessous de la température d'ignition de l'atmosphère environnante pour éviter les explosions. Si les températures de la bobine dépassent le point d'ignition des matériaux dangereux, cela peut provoquer une explosion.
• Mécanismes sûrs en cas de défaillance : Ces vannes sont conçues avec des mécanismes sûrs en cas de défaillance, tels que le retour par ressort ou des configurations à double bobine, pour revenir à une position sûre (ouverte ou fermée) en cas de panne de courant ou de défaut. Les composants électriques sont blindés pour éviter les interférences électromagnétiques (EMI) qui pourraient causer un dysfonctionnement.
• Diagnostics et commande manuelle auxiliaire : Les électrovannes avancées peuvent inclure des bobines ou des capteurs redondants pour améliorer la fiabilité. Des diagnostics intégrés peuvent surveiller l'état de la vanne et fournir un avertissement précoce des problèmes potentiels, réduisant le risque de défaillances inattendues. Un mécanisme de commande manuelle auxiliaire permet un fonctionnement manuel de la vanne en cas de panne électrique, conçu pour garantir qu'il ne compromet pas l'intégrité antidéflagrante de la vanne.
• Conformité aux normes : La vanne doit répondre aux normes et certifications de l'industrie pour les environnements dangereux, telles que UL, CE, ATEX, CSA, IECEx, NEMA, et les indices IP.

Comment améliorer la durée de vie des électrovannes dans les zones dangereuses

Pour prolonger la durée de vie des électrovannes dans les applications dangereuses, plusieurs mesures peuvent être mises en œuvre :

• Améliorer les finitions de surface pour éviter l'accumulation de débris et l'usure.
• Utiliser des finitions de surface supplémentaires et des traitements de matériaux pour améliorer la résistance à la corrosion.
• Effectuer des tests rigoureux de compatibilité et de sécurité.
• Effectuer des inspections et une maintenance régulières pour éliminer les débris, identifier les joints usés et remplacer les vannes endommagées.