05 Juin Fuite de gaz sonique ou subsonique ?

Dans de nombreuses industries, les gaz inflammables sous pression sont couramment utilisés :

• méthane pour les alimentations de chaudières, …
• propane pour alimenter une distillerie, …
• acétylène pour les opérations de soudure, …
• hydrogène dans des laboratoires d’essais, …
• …

Dans le cadre de la directive ATEX, et du code du travail en découlant, l’évaluation du risque ATEX doit être réalisée. Les caractéristiques physico-chimiques des gaz sont indispensables : limite inférieure d’explosivité, pression de vapeur saturante, température d’auto-inflammation, indice polytropique de la détente adiabatique ou rapport des chaleurs massiques, …

Où peut-on trouver des ATEX gaz ?

• Au niveau de purge de gaz (cette situation n’est pas abordée dans cet article)
• Au niveau de joints d’étanchéité (sur une bride, un raccord vissé, les raccordements d’équipements…)

Prenons le cas d’un réseau d’alimentation en gaz d’une chaufferie. Le réseau de gaz comprend l’ensemble des canalisations de gaz compris entre le poste de distribution et la bride de raccordement des appareils à gaz.

Sur ce réseau le risque de fuite de gaz existe sur chaque raccord de tuyauterie dès lors que les raccords ne sont pas soudés. Il peut donc s’agir également d’une vanne, ou de tout autre appareil monté sur le réseau dès lors qu’un raccordement vissé ou boulonné existe.

Suivant la conservation de la masse, le débit de fuite s’exprime suivant l’équation suivante :

Wg = ρg . V . S

Avec Wg : débit massique du gaz (Kg /s)

ρg : masse volumique du gaz (kg/m³)

V : Vitesse du gaz à la section de fuite (m/s)

S : section de fuite (m²)

Lorsque la pression (dans la canalisation) augmente, la vitesse (V) augmente. La limite est où V est égale à la vitesse du son a. Lorsque le nombre de Mach : M (V/a) égal 1, cela caractérise une vitesse sonique à la section de fuite, et cette vitesse ne peut être supérieure.

Il y a donc une pression dite critique Pc à partir de laquelle la vitesse d’écoulement devient sonique.

A partir de l’équation de Saint Venant (*), on va déterminer quelle est la pression critique du gaz :

Avec

Pc = pression critique (bar)

Pa= pression atmosphérique (bar)

gamma = rapport des chaleurs massiques du gaz considéré

La pression critique est donc spécifique d’un gaz. Mais pour la majorité des gaz cette valeur de Pc est de 1,9 Pa.

On comparera cette pression critique à la pression interne au réseau de gaz.

• Si cette pression interne est égale ou supérieure à la pression critique, la fuite sera considérée comme sonique.
• Si cette pression interne est inférieure à la pression critique, la fuite sera considérée comme subsonique.

Quel est l’intérêt de déterminer si la fuite est sonique ou subsonique ?

Tout simplement, le calcul du taux de dégagement massique du gaz sera déterminé par des formules différentes selon la norme EN 60079.10.1 dans sa version de décembre 2020.

Ces différentes formules vont nous permettre de calculer l’étendue de la zone ATEX qui peut être zone 2 en fonction de la ventilation.

Vous avez besoin d’aide pour calculer l’étendue de zone ATEX, nous pourrons répondre à toutes vos interrogations, atex-expertise a développé un logiciel de calculs pour déterminer les distances des zones ATEX