Assurer la sécurité des travailleurs grâce à une détection précise des gaz combustibles

Trois éléments sont nécessaires pour qu'une substance brûle :

• Carburant
• Chaleur
• Oxygène

Il s'agit du triangle du feu, et ces trois éléments sont nécessaires pour enflammer un gaz. Si l'un de ces trois composants est supprimé, le risque d'incendie ou d'explosion est éliminé. 

Le composant combustible représente souvent un risque professionnel dans les industries qui ont besoin d'un gaz particulier pour effectuer leur travail ou qui utilisent ce gaz comme produit ou sous-produit de leur production. Dans de tels environnements, le risque de combustion peut être atténué en gérant les rejets incontrôlés ou accidentels, les concentrations d'oxygène et en éliminant les sources d'inflammation potentielles.

En règle générale, pour assurer la protection des travailleurs et des installations, il convient de se concentrer sur la surveillance de la concentration de gaz et de la proximité de la limite inférieure d'explosivité (% LIE) d'un gaz présent sur le lieu de travail. Si le pourcentage atteint 100 % LIE, la quantité de combustible disponible est suffisante pour provoquer une inflammation. Il est essentiel que les travailleurs soient avertis bien avant que la concentration de gaz ambiant n'atteigne 100 % LIE. Selon la région, la juridiction législative et le protocole de l'entreprise, cela peut impliquer de configurer les détecteurs de gaz individuels pour alerter l'utilisateur lorsque la présence de gaz atteint une limite LIE basse de 10 %, puis de lui demander d'évacuer les lieux si la concentration atteint une limite LIE élevée de 20 %. 

Types de gaz combustibles

En général, les gaz combustibles utilisés dans les environnements de travail appartiennent à l'une des trois catégories suivantes :

• Gaz hydrocarbures
• Hydrogène gazeux
• Autres gaz combustibles (par exemple, l'ammoniac)

La science derrière les gaz hydrocarbures

Les composés hydrocarbonés représentent la majorité des risques liés aux gaz combustibles sur le lieu de travail. Ces composés organiques sont constitués uniquement de carbone et d'hydrogène. Lorsqu'un gaz hydrocarboné se mélange à une quantité suffisante d'oxygène et à des températures suffisamment élevées, les liaisons hydrocarbonées sont détruites. Une chaleur extrême peut être produite lorsque la transformation décompose le composé en dioxyde de carbone et en eau, créant ainsi un risque de combustion important.

Le risque lié à l'hydrogène gazeux

Un processus similaire se produit lorsque l'hydrogène gazeux est soumis à des températures élevées, mais comme il n'y a pas d'atomes de carbone disponibles, la réaction ne produit que de l'eau et de la chaleur. Contrairement au méthane, l'hydrogène est combustible dans une très large gamme de températures.

Soyez conscient de la présence d'autres gaz combustibles

D'autres gaz présents sur les lieux de travail industriels peuvent être très toxiques, en plus d'être inflammables à certaines concentrations. Le sulfure d'hydrogène (H2S), par exemple, est considéré comme une menace immédiate pour la vie dès qu'il atteint 100 parties par million (ppm), mais devient inflammable à 40 000 ppm. Cela signifie que le gaz est toxique bien avant que le danger d'explosion n'existe. Souvent associé à un capteur de gaz inflammable dans un appareil, un capteur de gaz H2S dédié avertit les utilisateurs lorsque les niveaux de toxicité sont faibles et menacent leur santé. Le seuil d'alerte bas est souvent fixé à 10 ppm, tandis que l'alerte de concentration élevée de gaz se déclenche à 20 ppm. 

D'autres exemples incluent :

• L'ammoniac (NH3) peut être immédiatement dangereux à 300 ppm, avec une LIE à 150 000 ppm. Les capteurs NH3 dédiés sont souvent réglés sur une limite basse de 25 ppm et une limite haute de 50 ppm.
• Le monoxyde de carbone présente un risque immédiat de toxicité à 1 200 ppm, avec une LIE de 109 000 ppm. Les capteurs de CO dédiés sont souvent réglés sur une limite basse de 50 ppm et une limite haute de 100 ppm.
• Le cyanure d'hydrogène (HCN) est immédiatement dangereux à partir de seulement 50 ppm, avec une LIE de 40 000 ppm. Les capteurs dédiés au HCN sont souvent réglés sur une limite basse de 5 ppm et une limite haute de 10 ppm.

Propriétés des gaz combustibles

Un gaz combustible ne réagit pas nécessairement de la même manière qu'un autre. Voici quatre facteurs qui influencent leurs réactions. 

Plage d'inflammabilité

Chaque gaz combustible possède une plage d'inflammabilité. Outre une limite inférieure d'explosivité, il existe également une limite supérieure d'explosivité (LSE). Si la concentration d'un gaz dépasse la LSE, il ne peut plus brûler car il n'y a pas assez d'oxygène. La plage d'inflammabilité d'un gaz correspond au pourcentage de concentration compris entre la LIE et la LSE. 

En pourcentage du volume dans l'air, l'hydrogène a une limite inférieure d'explosivité (LIE) de 4 % et une limite supérieure d'explosivité (LSE) de 75 %. Le méthane a une bande d'inflammabilité beaucoup plus étroite, comprise entre 5 % LIE et 17 % UIE, tandis que le propane est inflammable entre 2,1 % LIE et 9,5 % UIE, et l'hexane entre 1,2 % LIE et 7,4 % UIE.

Point d'éclair

Le point d'éclair d'une substance liquide est la température minimale à laquelle suffisamment de vapeur est produite dans l'air pour présenter un risque d'inflammation en cas d'exposition à une flamme ou à une source d'inflammation. Cependant, les substances qui restent sous forme gazeuse à des températures ambiantes courantes n'ont pas de point d'éclair. Le pentane a un point d'éclair de -49 °C, il sera donc sous forme gazeuse à température ambiante et à pression atmosphérique.

Température d'inflammation

La température d'inflammation est la température minimale à laquelle un liquide se vaporise et s'enflamme, sans source d'inflammation. Elle peut être très différente du point d'éclair d'une substance. Par exemple, si l'on considère le point d'éclair du pentane, qui est de -49 °C, bien en dessous de la température ambiante, sa température d'inflammation est de 260 °C. 

Densité relative de vapeur

Cette mesure compare la densité d'un gaz à celle de l'air ambiant. Si la densité relative de la vapeur est inférieure à 1,0, elle aura tendance à monter ; si elle est supérieure à 1,0, elle aura tendance à descendre. Les gaz qui ont tendance à monter comprennent :

• Hydrogène : 0,07
• Méthane 0,55
• Acétylène : 0,90

Ceux qui ont tendance à tomber comprennent :

• Éthane : 1,04
• Propane : 1,56
• Butane : 2,05
• Pentane : 2,48
• Hexane : 2,97

Connaître la réaction d'un gaz en fonction de sa densité relative de vapeur peut aider à déterminer où placer les systèmes de surveillance des gaz. Ceux dont la densité est supérieure à 1,0 peuvent se déposer plus facilement dans des espaces confinés, ce qui augmente le risque de concentrations élevées de gaz (et donc de combustions). 

Comment surveiller les gaz combustibles

Les systèmes de détection de gaz combustibles jouent un rôle crucial dans la protection des travailleurs en signalant la présence de gaz combustibles dans la zone. Les systèmes doivent :

• Avertir les travailleurs à l'avance 
• Activer les protocoles de sécurité pour les évacuer vers des lieux sûrs.
• Indiquez les emplacements des expositions au gaz afin d'aider à orienter les efforts d'atténuation des fuites de gaz.

Les trois principaux types de détecteurs de gaz sont les suivants :

• Moniteurs de détection fixes
• Moniteurs de zone
• Détecteurs de gaz individuels

Un programme complet comprendra différents types de mesures afin de créer un système fiable et exhaustif.

Détecteurs de gaz fixes

Ce système constitue souvent la première ligne de défense d'une entreprise. Des détecteurs de gaz fixes sont placés dans les zones où il existe des risques connus liés aux gaz. Ces systèmes fonctionnent en continu, en communication avec d'autres systèmes de l'installation. Ils ont pour objectif d'alerter rapidement en cas de fuite de gaz potentielle, de déclencher l'arrêt des équipements concernés et de lancer l'évacuation sécurisée des travailleurs. Les détecteurs de gaz fixes sont installés à des endroits précis dans une installation, ils ne permettent donc pas une surveillance globale des conditions partout.Certains sites utilisent des détecteurs « temporaires » comme solution plus permanente en raison de leurs capacités multigaz et d'autres options qui offrent une flexibilité supplémentaire. 

Détecteurs de gaz de zone

Parfois, les systèmes fixes de détection de gaz ne sont pas pratiques, par exemple autour des parcs de stockage, ou doivent être désactivés pour des projets de maintenance. Dans ces cas, des moniteurs de zone peuvent être déployés de manière semi-fixe pour fournir une alerte précoce en cas d'événement lié au gaz. Les détecteurs de zone peuvent également être utilisés dans des situations temporaires ou lorsqu'un niveau de surveillance supplémentaire est jugé nécessaire, par exemple dans des espaces confinés, le long de clôtures et de périmètres, sur des chantiers de construction, des sites isolés, etc. Ils peuvent également être utilisés dans des situations d'urgence, par exemple lors d'un incendie ou d'une intervention sur des matières dangereuses, pour indiquer et surveiller les zones sûres et suivre les mouvements des panaches de gaz.

Lors du choix d'un système de surveillance de zone, il est recommandé de vérifier le degré de connectivité, la durabilité, la facilité de déploiement et l'autonomie prévue de la batterie.

Détecteurs de gaz personnels

Les détecteurs de gaz portables et sans fil constituent la ligne de défense la plus importante pour les individus. Les appareils personnels surveillent l'air auquel ils sont directement exposés et doivent être portés à proximité de la zone de respiration de l'utilisateur. Les entreprises fixent des limites prédéfinies pour chaque type de gaz présentant un risque, les limites des capteurs de gaz combustibles étant généralement fixées à 10 % et 20 % de la LIE pour les alarmes de gaz faible et élevé, bien en dessous du danger d'explosion de la concentration de 100 % de la LIE. Si un niveau d'alarme de gaz faible ou élevé est atteint, l'appareil avertit le travailleur en temps réel afin qu'il puisse évacuer la zone en toute sécurité et que les équipes puissent examiner la situation.

Défaillance du capteur : sûr ou dangereux ?

Si un capteur tombe en panne, selon le type de technologie, il tombera en panne de deux manières différentes : panne sécurisée ou panne non sécurisée. La différence est cruciale. Dans le premier cas, le capteur avertit les utilisateurs qu'il ne fonctionne plus correctement. Dans le second cas, le capteur n'avertit pas l'utilisateur et affiche une valeur de 0 % LEL, donnant ainsi à l'utilisateur une fausse impression de sécurité et lui laissant croire que tout va bien et qu'il continue d'être protégé. 

C'est l'objectif des tests fonctionnels quotidiens : s'assurer que les capteurs qui indiquent zéro dans des conditions normales fonctionnent correctement lorsqu'ils sont exposés à une concentration connue de gaz. Heureusement, la nouvelle technologie de spectromètre à propriétés moléculaires (MPS) que nous présentons ci-dessous est disponible pour les capteurs de gaz combustibles. Elle renforce la confiance après un test fonctionnel et permet aux travailleurs de surveiller en toute sécurité les gaz inflammables. Les détecteurs de gaz à sécurité intégrée offrent le plus haut niveau de protection et la meilleure chance pour le travailleur de rentrer chez lui en toute sécurité après son quart de travail.

Conformité

Souvent, les entreprises doivent prouver que leurs employés utilisent régulièrement les appareils et que les détecteurs de gaz ont été soumis à des tests fonctionnels et calibrés selon des intervalles prédéterminés, conformément aux directives réglementaires telles que celles imposées par l'OSHA et le NIOSH. 

• Test fonctionnel – de nombreux capteurs de gaz affichent une lecture nulle dans un environnement propre, il est donc important de vérifier que le capteur fonctionne correctement. Le test fonctionnel consiste à appliquer une petite quantité de gaz au capteur de gaz afin de vérifier le bon fonctionnement de l'appareil. Cette étape permet également de confirmer que tous les voyants d'alerte, les alarmes sonores et les vibrations du détecteur de gaz fonctionnent comme prévu.  
• L'étalonnage des capteurs de gaz nécessite d'appliquer une concentration connue de gaz aux capteurs spécifiques d'un détecteur de gaz pendant une durée déterminée afin de confirmer que le capteur fournit des mesures précises. Le processus d'étalonnage permet également de corriger la « dérive » du capteur et d'ajuster les niveaux de mesure du capteur de gaz afin de garantir que l'appareil fournit des mesures précises. Les étalonnages prennent un peu plus de temps que les tests fonctionnels et ne doivent pas être effectués aussi fréquemment.

Types de capteurs de gaz combustibles LEL

Il existe aujourd'hui trois types de capteurs qui surveillent et mesurent la limite inférieure d'explosivité (LIE) des gaz combustibles :

• Capteurs à billes catalytiques (pellistors)
• Capteurs infrarouges non dispersifs (NDIR)
• Capteur de spectromètre à propriétés moléculaires (MPS)

Capteurs à billes catalytiques (pellistors)

Le débitmètre à combustion catalytique a été inventé dans les années 1920. Les capteurs à pellistor utilisent une combustion contrôlée pour détecter et mesurer divers gaz inflammables. Les capteurs contiennent deux bobines de platine, chacune intégrée dans une bille en céramique distincte. La première bille est recouverte d'un catalyseur qui favorise l'oxydation lorsqu'elle est exposée à des gaz inflammables, de sorte qu'elle s'enflamme plus tôt que la normale. La deuxième bille est traitée pour empêcher l'oxydation catalytique et sert de référence. La première bille permet la combustion d'une très petite quantité de gaz inflammable, générant de la chaleur et modifiant la résistance de la bobine de platine. La variation de résistance est proportionnelle à la quantité de gaz inflammable présente dans un environnement et est traduite en un pourcentage LEL affiché sur l'écran du détecteur. 

Les capteurs à pellistor présentent toutefois quelques inconvénients. Comme ils doivent chauffer les billes en permanence, ils consomment beaucoup d'énergie et s'épuisent beaucoup plus vite que les autres options. Ils sont aussi très sensibles à l'empoisonnement, car l'exposition aux vapeurs des nettoyants et lubrifiants industriels courants (comme le WD-40) peut les endommager de façon permanente. Et comme ils sont calibrés pour un gaz cible, généralement le méthane, ils ont du mal à mesurer avec précision l'exposition à d'autres hydrocarbures avec lesquels ils peuvent entrer en contact.

Capteurs infrarouges non dispersifs (NDIR)

Inventée dans les années 1970, cette technologie utilise la lumière infrarouge, qui traverse un gaz hydrocarbure à une longueur d'onde particulière. Les capteurs infrarouges (IR) (parfois appelés capteurs optiques ou infrarouges non dispersifs/NDIR) détectent la présence de gaz inflammables en mesurant avec précision l'absorption de la lumière infrarouge à des fréquences spécifiques par diverses molécules d'hydrocarbures. À l'intérieur du capteur, un émetteur infrarouge fait passer la lumière par deux chemins. L'un sert à mesurer l'absorption de la lumière par les gaz, l'autre sert de référence. Des détecteurs de lumière situés sur les deux chemins permettent au capteur LEL de mesurer la quantité de gaz inflammables ou combustibles présents en comparant la quantité de lumière absorbée dans chaque chemin. Les capteurs NDIR présentent le même problème que les capteurs à billes catalytiques, dans la mesure où ils ne mesurent avec précision que le gaz pour lequel ils ont été calibrés, et non la gamme potentielle d'explosifs avec lesquels l'utilisateur peut entrer en contact.  

Capteurs du spectromètre à propriétés moléculaires (MPS)

Lancée en 2020, cette nouvelle technologie utilise un capteur avancé pour analyser un gaz, en utilisant les propriétés spécifiques du gaz afin de classer correctement le gaz ou le mélange de gaz dans l'une des six catégories suivantes : hydrogène, mélanges contenant de l'hydrogène ou gaz naturel, et gaz/mélanges légers, moyens ou lourds. Cette technologie de capteur fournit des mesures précises des gaz combustibles pendant toute sa durée de vie prévue de plus de cinq ans, avec un étalonnage en usine.

Capteur MPS : le premier détecteur de gaz inflammables sur lequel vous pouvez vraiment compter

Blackline Safety et NevadaNano ont collaboré pour offrir à votre entreprise la nouvelle génération de détecteurs de gaz combustibles. En combinant le détecteur de gaz G7 et le MPS ^TM capteur de gaz inflammables offrent une fiabilité sans précédent et une précision incontestable, permettant ainsi aux équipes de travailler en toute confiance, sachant que leur environnement est véritablement sûr.

Il s'agit de la première innovation majeure dans le domaine des détecteurs de gaz combustibles depuis quatre décennies. Ses caractéristiques et ses avantages révolutionnaires vont transformer de manière radicale la façon dont les entreprises surveillent les environnements à risque. 

Ce détecteur multigaz G7 assure une surveillance simultanée et très précise d'une douzaine des gaz inflammables les plus courants, sans qu'il soit nécessaire de le calibrer pour un gaz spécifique ou d'utiliser des facteurs de correction. Il s'agit notamment des gaz suivants :

Cette technologie de pointe s'intégrera parfaitement à votre programme actuel de détection de gaz, offrant rapidement et facilement une surveillance sans précédent de la sécurité de vos équipes et une efficacité révolutionnaire pour votre entreprise.

Système exclusif de classification des gaz

Les données du capteur MPS sont transmises au Blackline Safety Cloud pour la création automatique de rapports et leur visualisation. Ces informations permettent aux entreprises, par exemple, de détecter la présence d'hydrogène dans une zone de leur processus où il n'était pas présent lors des mesures précédentes.

Les classifications des gaz et des mélanges gazeux comprennent :

• Classe 1 — Hydrogène
• Classe 2 — Mélange d'hydrogène et d'hydrocarbures
• Classe 3 — Méthane ou gaz naturel
• Classe 4 — Gaz légers ou mélanges de gaz légers (éthane, propane, butane, isopropanol)
• Classe 5 — Gaz moyen ou mélange de gaz moyen (pentane ou hexane)
• Classe 6 — Gaz lourds ou mélanges de gaz lourds (toluène ou xylène)

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Nous sommes spécialisés dans l'aide aux entreprises pour répondre en temps réel aux urgences liées aux gaz toxiques et inflammables, en accordant la priorité à la sécurité des travailleurs. Notre vision est de transformer le lieu de travail industriel grâce à une technologie de sécurité connectée afin de garantir que chaque travailleur ait la confiance nécessaire pour accomplir son travail et rentrer chez lui en toute sécurité.