Vannes dans le service d'oxygène

L'oxygène a des propriétés chimiques généralement actives. C'est une substance fortement oxydante et combustible qui peut se combiner avec la plupart des éléments pour former des oxydes, à l'exception de l'or, de l'argent et des gaz inertes tels que l'hélium, le néon, l'argon et le krypton. Une explosion se produit lorsque l'oxygène est mélangé à des gaz combustibles (acétylène, hydrogène, méthane, etc.) dans une certaine proportion ou lorsque la vanne du tuyau rencontre un incendie soudain. Le débit d'oxygène dans le système de canalisations change au cours du transport de l'oxygène gazeux, l'Association européenne du gaz industriel (EIGA) a développé la norme IGC Doc 13/12E « Systèmes de canalisations et de tuyauteries d'oxygène » qui divise les conditions de travail de l'oxygène en fonction de « l'impact » et « sans impact ». L'« impact » est une occasion dangereuse car il est facile de stimuler l'énergie, provoquant une combustion et une explosion. La valve à oxygène est une « occasion d’impact » typique.

La vanne à oxygène est un type de vanne spéciale conçue pour un pipeline d'oxygène et a été largement utilisée dans les industries métallurgiques, pétrolières, chimiques et autres impliquant l'oxygène. Le matériau de la vanne à oxygène est limité à la pression de service et au débit pour éviter la collision de particules et d'impuretés dans le pipeline. Par conséquent, l'ingénieur doit pleinement prendre en compte la friction, l'électricité statique, l'inflammation des non-métaux, les polluants possibles (corrosion de la surface de l'acier au carbone) et d'autres facteurs lors de la sélection d'une vanne à oxygène.

Propriétés de l'oxygène

• La concentration normale dans l'air est 21%
• Incolore, inodore et insipide.
• Ne peut pas être détecté par les sens humains
• Non inflammable mais entretient et accélère la combustion.
• Matières inflammables, y compris certaines matières qui sont normalement relativement
• Ininflammable dans l'air, brûle très rapidement à des concentrations élevées d'oxygène.
• Trois éléments nécessaires pour un feu d'oxygène sont une source d'inflammation, de l'oxygène et un matériau inflammable (carburant) – connu sous le nom de « triangle du feu ».

Matériau utilisé dans la valve à oxygène

Les matières organiques ont des températures d'inflammation inférieures à celles des métaux. L'utilisation de matériaux organiques en contact avec l'oxygène doit être évitée, en particulier lorsque le matériau se trouve directement dans le flux. Lorsqu'un matériau organique doit être utilisé pour des pièces telles que des sièges de soupape, des membranes ou des garnitures, il est préférable de sélectionner un matériau ayant la température d'inflammation la plus élevée, la chaleur spécifique la plus faible et les propriétés mécaniques nécessaires.
Les lubrifiants et les produits d'étanchéité ne doivent être utilisés que s'ils sont adaptés au service avec de l'oxygène, puis utilisés avec parcimonie. Les lubrifiants pétroliers ordinaires ne sont pas satisfaisants et sont particulièrement dangereux en raison de leur chaleur de combustion élevée et de leur vitesse de réaction élevée.
Les températures d'inflammation approximatives dans 138 bars (2000 psig) d'oxygène pour quelques matières organiques sont indiquées dans le tableau 1.
Tableau 1. Températures d'inflammation typiques

MATÉRIEL	TEMPÉRATURE D'INFLAMMATION TYPIQUE EN 138 BAR (2000 PSIG) D'OXYGÈNE
PTFE et PCTFE	468
70% PTFE chargé bronze	468
Fluoroélastomère	316
Nylon	210
Polyéthylène	182
Chloroprène et Nitrile	149

Les métaux

Le choix des métaux doit être basé sur leur résistance à l’inflammation et leur vitesse de réaction. Vous trouverez ci-dessous une comparaison de ces deux propriétés pour certains matériaux de vannes couramment utilisés.

Résistance à l'inflammation dans l'oxygène

Les matériaux sont classés du plus difficile à enflammer au plus facile à enflammer.

1. Cuivre, alliages de cuivre et alliages nickel-cuivre – les plus résistants
2. Acier inoxydable (série 300)
3. Acier Carbone
4. Aluminium ‐‐ le moins résistant

Vitesse de réaction

Les matériaux sont classés par ordre décroissant du taux de combustion le plus lent au taux de combustion le plus rapide.

1. Le cuivre, les alliages de cuivre et les alliages nickel-cuivre ne propagent normalement pas la combustion.
2. Acier Carbone
3. Acier inoxydable (série 300)
4. L'aluminium ‐‐ brûle très rapidement

Notez que l’acier inoxydable, une fois enflammé, brûle plus rapidement que l’acier au carbone. Néanmoins, les nuances austénitiques (série 300) d'acier inoxydable sont considérées comme bien meilleures que l'acier au carbone en raison de leur haute résistance à l'inflammation.

OBTENIR LE PRIX DE LA VALVE À OXYGÈNE

À quel point l'oxygène est-il dangereux

L'oxygène n'est pas combustible à lui seul. Cependant, en cas de combustion, une teneur élevée en oxygène signifie que les matériaux combustibles brûlent beaucoup plus rapidement. L'impact des particules, la pressurisation rapide ou la compression des matériaux peuvent entraîner un échauffement susceptible de provoquer une combustion. La contamination et l'énergie mécanique telle que la friction peuvent également provoquer une inflammation et provoquer des incendies rapides et chauds lorsqu'une plus grande quantité d'oxygène est présente. Plus la concentration en oxygène est élevée, plus le risque de combustion est grand.

Larson a souligné que, même si certaines précautions doivent être prises avec l'oxygène liquide, il est encore plus important d'être vigilant lorsqu'on travaille avec celui-ci à l'état gazeux.

Minimiser les risques

Pour minimiser le risque d'incendie, il est important de choisir des matériaux hautement compatibles pour les vannes, qu'il s'agisse de métaux ou de matériaux souples. Il est également important de minimiser les mécanismes d'allumage. Cela peut être fait en minimisant les biens textiles et en limitant l’utilisation de lubrifiants. Il est également essentiel d'utiliser les meilleures pratiques, de la conception à la fabrication, en passant par l'acheminement du produit sur le site et son exploitation.

Comment choisir une valve utilisée pour l’oxygène ?

Certains projets interdisent explicitement l'utilisation de vannes à vanne dans les conduites d'oxygène dont la pression de conception est supérieure à 0,1 MPa. En effet, la surface d'étanchéité des vannes sera endommagée par le frottement lors du mouvement relatif (c'est-à-dire l'ouverture/fermeture de la vanne), ce qui fera tomber de petites « particules de poudre de fer » de la surface d'étanchéité et prendront facilement feu. De même, la conduite d'oxygène d'un autre type de valve explosera également au moment où la différence de pression entre les deux côtés de la valve est importante et que la valve s'ouvre rapidement.