Avant d’entrer dans le vif du sujet, il est important de préciser que le risque d’incendie dans une installation d’huile thermique est extrêmement faible, car depuis des décennies, les mesures et protocoles de sécurité autour des chaudières de fluide thermique ont été optimisés. Tant les fabricants que les utilisateurs de ces systèmes comprennent l’importance d’un design, d’une utilisation et d’un entretien adéquats garantissant la sécurité du personnel et des installations.
Chez Pirobloc, nous sommes conscients que la sécurité est l’aspect le plus important dans toute installation d’huile thermique et nous nous engageons à offrir un produit à haute efficacité, sécurité et fiabilité maximale à nos clients.
Causes d’incendie dans les circuits de fluide thermique
Les principales causes pouvant provoquer un incendie dans une installation de fluide thermique sont les suivantes :
Fuites
Les fuites ont tendance à se produire dans des installations au design défectueux ou dans des installations qui ne bénéficient pas d’un entretien adéquat et résultent de défaillances de composants tels que joints, brides ou tuyaux.
Une fuite de grand volume de fluide thermique peut être une cause directe d’incendie si le fluide chaud entre en contact avec une source d’ignition lorsque la température est supérieure à la température d’inflammation. Les sources d’ignition les plus courantes sont les roulements, panneaux électriques, pompes ou moteurs situés sous la fuite. Si la source d’ignition fait partie du composant défectueux ou est la source de la fuite, un incendie important peut se produire.
Les petites fuites au niveau des brides peuvent également causer des problèmes de sécurité. Ce type de fuite peut être minimisé en utilisant des brides appropriées et des joints en graphite ou en matériau téflon renforcé de fibre selon les températures de service.
Incendies d’isolation
Ceci est un événement hautement improbable, car il nécessite la combinaison de deux événements que nous n’avons jamais vus dans aucune installation : une fuite d’huile plus une mauvaise sélection du matériau isolant.
Les incendies d’isolation se produisent lorsqu’une fuite de fluide caloporteur s’infiltre dans des matériaux isolants poreux, tels que le silicate de calcium, la laine de fibre de verre ou la laine minérale. La structure ouverte de l’isolation poreuse permet au fluide de transfert de chaleur de se séparer de la fuite et de se propager dans toute l’isolation. L’auto-inflammation peut résulter de l’exposition soudaine du fluide à l’air si, par exemple, la couverture protectrice est percée, ou si le revêtement est retiré pour une opération de maintenance.
Par ailleurs, l’auto-inflammation du matériau isolant peut également se produire dans deux conditions :
- Lorsque la réorganisation des molécules du matériau isolant crée un nouveau composé qui s’enflamme en raison de la température et des niveaux d’oxygène du matériau isolant.
- Lorsqu’une augmentation rapide du niveau d’oxygène se produit.
C’est pour cette raison que la sélection du matériau isolant approprié peut réduire significativement le risque d’incendie.
La précaution la plus efficace contre les incendies d’isolation est l’identification de tous les points de fuite potentiels et l’utilisation d’une isolation en mousse de verre à cellules fermées à ces points, empêchant le fluide de se propager au reste de l’isolation. Une autre option est de ne pas utiliser d’isolation à ces points potentiels de fuite.
Les zones où il existe habituellement un risque plus élevé de fuite de fluide sont les vannes, les filtres en forme de Y, les prises de pression et tous types de connexions.
Perte de débit non détectée
La perte de débit se produit lorsqu’une série de défaillances dans l’installation provoquent une interruption dans le circuit du fluide thermique. Bien que ce soit un événement extrêmement rare, des incendies peuvent commencer en raison d’une perte de débit combinée à une défaillance des dispositifs de sécurité.
- La défaillance initiale se produit généralement dans l’un des composants de l’équipement, comme le moteur de la pompe, un filtre obstrué ou un accouplement, ce qui interrompt le flux normal de l’huile thermique vers la chaudière.
- Les chaudières à fluide thermique intègrent des dispositifs de sécurité conçus pour éteindre la source de chaleur s’il y a peu de débit d’huile à travers la chaudière ou si la température de sortie est excessive, et c’est là que se produit la deuxième défaillance du système, car ces systèmes peuvent tomber en panne en raison de l’encrassement, de l’usure ou d’un mauvais emplacement.
Comme nous l’avons déjà mentionné, les probabilités de subir un incendie dans une installation d’huile thermique sont pratiquement nulles aujourd’hui, mais Pirobloc dispose de systèmes de haute sécurité SIL tri-redondants qui garantissent un risque zéro d’incendie.
Cependant, dans le cas où ces circonstances se produiraient pendant que le chauffe-eau est en fonctionnement, la température des tuyaux et du boîtier augmentera rapidement et il est très probable qu’ils se rompent en raison de la pression thermique, car à mesure que le brûleur continue à fournir de l’énergie au fluide stagnant, la température augmente rapidement au-delà de l’AIT. Si cela se produit, le fluide qui fuit à l’extérieur de la chaudière par une fissure s’enflammera dès qu’il sera exposé à l’air si sa température est supérieure au point d’inflammation.
Si l’équipement et les tuyaux restent intacts, le fluide vaporisé peut être évacué par la soupape de décharge et/ou acheminé vers le réservoir d’expansion où il sera déchargé dans un réservoir de capture.
Pour éviter ce type d’incendies, tant le système d’arrêt pour faible débit d’huile que le reste des sécurités doivent être placés dans l’interverrouillage de sécurité du brûleur.
Tuyaux fissurés
Les incendies graves causés par des tubes de serpentin avec des matériaux inappropriés sont très rares, mais les précautions nécessaires doivent être prises pour garantir qu’ils ne se produiront pas. Le matériau recommandé pour les serpentins est un tube ASME ASTM A106 Gr. B Sch. 40. L’épaisseur nominale d’un tube de 3” est de 5,5 mm.
Les fissures se forment en raison de cycles thermiques excessifs ou autour de points de surchauffe qui se développent dans les tuyaux à partir d’incrustations internes ou d’impact de flammes.
Cette situation n’est pas dangereuse si la chaudière est en fonctionnement, car le fluide thermique qui fuit dans la chambre de combustion à travers les fissures résultantes brûlera comme combustible tant que la chaudière fonctionne.
Cependant, cette situation est extrêmement dangereuse lorsque le brûleur est éteint, car le fluide continuera à goutter vers la chambre de combustion en raison de la pression du réservoir d’expansion et des tuyaux supérieurs. Cela provoquera la formation d’une grande flaque d’huile thermique à l’intérieur de la chambre de combustion qui explosera en flammes lors du rallumage de la chaudière.
L’état du fluide thermique peut constituer un autre risque potentiel. Il est recommandé d’établir un programme de maintenance incluant des analyses périodiques du fluide thermique. L’oxydation se produit si le réservoir d’expansion reste chaud (plus de 140 °F) pendant le fonctionnement normal et est ouvert à l’air. La réaction du fluide chaud avec l’air forme des goudrons et des boues qui recouvrent les surfaces et réduisent le transfert de chaleur. Ces dépôts pourraient créer des points chauds dans le chauffe-eau qui finissent par provoquer des fissures. L’oxydation, qui est également détectée par une analyse de fluides de routine, pourrait être évitée en maintenant le réservoir d’expansion froid (moins de 40 °F) et en empêchant l’entrée d’air.
Comment évaluer le risque d’incendie d’un fluide thermique
Les experts soulignent trois paramètres qui aident à évaluer le risque d’incendie d’une installation :
- Le point d’inflammation, qui est la température à laquelle la vapeur d’un fluide s’enflammera temporairement lorsqu’elle est exposée à une source d’ignition.
- Le point d’ignition, qui est la température à laquelle une flamme temporaire continue de brûler la source de combustible disponible. Le point d’ignition est généralement situé entre 4,5°C et 37,5°C au-dessus du point d’inflammation. Tant le point d’inflammation que le point d’ignition dépendent de la présence d’une source d’ignition, comme une étincelle.
- La température d’auto-inflammation marque le point où aucune source d’ignition n’est nécessaire pour que l’incendie se produise.
Bien que les paramètres décrits soient importants pour comprendre le risque d’incendie des fluides thermiques, les responsables d’usine et les ingénieurs concevant l’installation doivent prendre en compte d’autres aspects, car peu d’incendies ont pour origine le fluide caloporteur. Dans la plupart des cas, la cause de l’incendie n’est pas le fluide thermique surchauffé mais les équipements et systèmes qui le transportent. Comme mentionné précédemment, la faute peut généralement être attribuée au mauvais choix des matériaux d’isolation, aux pertes de flux, aux tubes du chauffe-eau fissurés, aux fuites non contenues ou à la précarité des équipements et circuits.
Mesures de prévention des incendies
Bien que le risque d’incendie soit très faible, il existe une série de mesures pouvant être prises pour réduire drastiquement le risque d’incendie dans une installation de fluide thermique. La plupart de ces mesures concernent la conception et la maintenance du circuit. De plus, les principaux fournisseurs de systèmes d’huile thermique et de fluides caloporteurs disposent de directives de sécurité pour la conception et l’installation de systèmes d’huile thermique qu’il est également indispensable d’adopter.
En outre, le bon fonctionnement et l’entretien des systèmes de fluide thermique réduisent le risque d’incendie. La maintenance doit inclure des inspections quotidiennes et hebdomadaires à la recherche de signes de fumée aux points potentiels de fuite, en particulier les vannes, brides, soudures, ports d’instruments et raccords filetés. Un entretien adéquat contribue de manière significative à garantir la sécurité de l’installation.
Nous détaillons ci-dessous une série de mesures de sécurité concrètes que tout circuit de fluide thermique devrait envisager :
- L’isolation thermique est l’un des principaux composants de la protection contre les incendies. Il est recommandé d’utiliser du verre mousse à cellules fermées, car il empêchera le liquide filtré de se répandre dans le reste du matériau isolant. Ce matériau imperméable doit être installé autour de tout composant susceptible de fuir.
- L’isolation poreuse, comme la laine minérale, la fibre de verre et la calcite, doit être utilisée avec beaucoup de précaution dans les systèmes d’huile chaude, si elle est utilisée. Elle peut être employée sur des sections droites de tuyauterie, mais il faut laisser suffisamment d’espace sans matériau isolant autour des points de fuite possibles.
- Les joints de pompe doivent être remplacés dès qu’une fuite se produit.
- Les brides ne doivent pas être isolées. Des couvertures métalliques peuvent être installées si nécessaire pour la protection du personnel.
- Pour éviter les incidents dus à la perte de flux, l’arrêt en cas de faible débit doit être inclus dans l’interverrouillage de sécurité du brûleur.
- Inclure une alarme de faible niveau de flux dans le réservoir d’expansion pour notifier l’incident à un opérateur et procéder à l’arrêt du système si le niveau d’huile dans le circuit est inférieur aux niveaux normaux.
- Centralisez les équipements principaux et installez des bermes de confinement dans ces zones pour contenir les déversements et isoler les emplacements des incidents possibles lorsque cela est possible.
- Les plateaux de goutte-à-goutte doivent être maintenus exempts de liquide.
- Pour éviter des cycles thermiques excessifs du faisceau de tubes de la chaudière, le fabricant doit réduire la puissance des chauffages de grande taille.
- Permettre aux joints de dilatation et aux tuyaux flexibles de se déplacer le long de leurs axes, jamais latéralement.
- Effectuer un entretien correct des systèmes de lubrification pour joints tournants et fournir les huiles lubrifiantes appropriées pour ces systèmes.
- Les vannes doivent être installées avec leurs tiges sur le côté afin que toute fuite s’écoule le long de la tige et s’éloigne de la tuyauterie. Si les tiges sont légèrement en dessous de l’horizontale, elles permettront au liquide filtré de goutter hors du corps de la vanne.
- Utiliser le joint de tige recommandé pour les vannes à globe, à bille ou à papillon en service de fluide thermique.
- Installer des vannes d’isolement et de purge sur les tuyauteries de chaque équipement afin de pouvoir effectuer la maintenance sans vidanger tout le système.
- Le réservoir de trop-plein doit être de type tête fermée ventilée avec une vanne de vidange. Il doit être situé loin des portes de sortie et du panneau de contrôle de la chaudière. Le réservoir de trop-plein ne doit jamais être ventilé à l’intérieur de la salle des chaudières.
- Toutes les zones à risque de fuites doivent être correctement ventilées pour éviter l’accumulation de vapeurs inflammables. La fumée autour d’une fuite est un bon signe car elle indique que les vapeurs ne s’accumulent pas.
- Les systèmes et lignes hydrauliques ne doivent pas être installés près d’une chaudière, car ils ont le potentiel de projeter du fluide sur de longues distances.
- La zone du sol autour des pompes, des patins et des chaudières doit comporter un bassin de rétention pour contenir les déversements importants.
L’importance de l’isolation thermique
Les solutions d’isolation thermique sont utilisées pour couvrir les tuyauteries et équipements d’huile chaude fonctionnant à des températures supérieures à la température ambiante et contribuent à la sécurité des opérateurs et des installations. D’une part, elles évitent la possible absorption de liquides inflammables pour garantir la sécurité maximale contre les incendies et, d’autre part, elles limitent le transfert de chaleur et la température de surface pour la protection du personnel.
Le type d’isolation le plus sûr pour une installation d’huile thermique est l’isolation à cellule fermée fabriquée en verre cellulaire, comme c’est le cas de FOAMGLAS®. Ce matériau est créé de telle manière que les poches d’air dans le verre cellulaire ne se rejoignent pas. Ainsi, tout fluide pénétrant dans le matériau isolant restera séparé près du point de fuite, évitant ainsi l’auto-inflammation qui conduit aux incendies.
Le matériau est généralement percé de trous de drainage, de sorte que l’huile thermique accumulée sur l’isolant puisse s’écouler facilement, réduisant ainsi considérablement le risque d’incendie. Il est important que le drainage ne soit pas situé directement au-dessus d’une source d’ignition, car cela pourrait également provoquer un incendie.
L’isolant en verre cellulaire FOAMGLAS® est le plus sûr pour un système d’huile thermique, mais il est également vrai que c’est l’option la plus coûteuse, car tant le matériau que son installation nécessitent un investissement plus important que d’autres alternatives.
Il existe d’autres types de matériaux isolants pouvant inclure des particules comprimées telles que la perlite et le silicate de calcium, ou des fibres minérales, mais l’utilisation de ces isolants n’est pas recommandée aux points de l’installation où il existe un danger potentiel de fuites.
Une option pour optimiser les coûts liés à l’isolation thermique est de combiner l’utilisation d’isolant en verre cellulaire avec d’autres options plus économiques. Ainsi, l’isolant à cellule fermée serait utilisé à tous les points du circuit où il y a un risque moyen ou élevé de fuites (vannes, filtres en Y, prises de pression et tout type de raccords) et l’isolant le plus économique serait appliqué sur les parties à faible risque de fuite, comme les tronçons de tuyauteries horizontales.
Encore une fois, nous voulons souligner l’importance d’un design adéquat et d’un entretien constant de l’installation pour prévenir les risques potentiels. Quelle que soit l’option choisie, les contrôles d’isolation doivent être fréquents lorsque le système d’huile thermique est en fonctionnement. Ainsi, il sera possible de vérifier si un fluide thermique s’infiltre dans le matériau isolant et d’agir en conséquence.
Si de la fumée ou une odeur liée au fluide thermique est détectée, un contrôle approfondi doit être effectué pour vérifier qu’il n’y a pas de fuite dans le circuit. Comme déjà mentionné, une option préventive face à une fuite supposée est de percer le revêtement avec des trous de drainage, afin que le liquide filtré puisse s’écouler facilement.
Si un assombrissement de la couleur du matériau isolant ou du revêtement est observé, il est très probable que nous soyons en présence d’une fuite de liquide. Dans ce cas, l’isolant imprégné de fluide thermique doit être retiré avec beaucoup de précaution car toute augmentation spontanée du niveau d’oxygène peut provoquer l’auto-inflammation de l’isolant.
Carles Ferrer est ingénieur industriel diplômé de l’Université de Barcelone. Il est le directeur commercial de Pirobloc et a participé au développement de projets de fluide thermique dans plus de 80 pays.
