• Détection de gaz combustibles : ne croyez pas tout ce que vous entendez!

    Je me trouvais à des installations de réparation de réservoirs lorsque le client a placé le capteur de l’appareil de contrôle de gaz combustibles dans le réservoir avant de procéder au soudage. À la réception d’une lecture de 0 % de LIE, il s’est demandé comme cela pouvait être possible, alors qu’il était certain qu’une certaine quantité de gaz combustible se trouvait dans le réservoir.

    Les détecteurs de gaz combustibles comprennent généralement des capteurs catalytiques. Ils permettent d’effectuer une mesure se situant entre 0 et 100 % de la LIE. La LIE (limite inférieure d’explosivité) est essentiellement la concentration de gaz qui pourrait faire « boum » lorsqu’elle atteint 100 %, en présence d’une source d’ignition. Généralement, les détecteurs se déclenchent à 10 %, ce qui vous offre un bon facteur de sécurité.

    Un capteur catalytique de gaz combustibles dispose d’une enveloppe pare-flammes à l’intérieur de laquelle on retrouve deux filaments fins, l’un avec une microsphère activée en Pt/Pd (platine/palladium) et l’autre sans catalyseur. Lorsque l’alimentation est activée, les deux filaments reçoivent du courant et chauffent, ce qui explique la présence d’un pare-flammes. La température de la microsphère, la longueur et l’épaisseur du filament, le catalyseur, les algorithmes et même le matériau du pare-flammes sont propres à chaque fabricant, ce qui provoque des différences entre les marques de capteurs de LIE.

    En général, lorsqu’un gaz combustible se répand dans le pare-flammes, il entre en contact avec les filaments. Rien ne se produit pour l’un des filaments, mais en ce qui concerne le catalyseur, le gaz brûle sur le filament. De ce fait, ce fil chauffe, modifiant la résistance de celui-ci. Un circuit électrique appelé un Pont de Wheatstone mesure le changement de résistance entre les deux fils et exprime ce phénomène par un signal électrique, affiché en pourcentage de LIE (% de LIE).

    Le capteur ne peut faire la distinction entre du propane, de l’essence ou un mélange complexe de produits chimiques combustibles; il détecte simplement qu’un fil est plus chaud que l’autre et donc, il augmente la valeur affichée à l’écran.

    Techniquement, on calibre l’écran en fonction d’une concentration connue de gaz comme le méthane, le propane ou le pentane, parmi les gaz combustibles les plus courants. Chaque gaz réagit différemment sur un capteur de LIE particulier du fait des propriétés chimiques du gaz; si nous calibrons pour du méthane, le capteur est plus précis pour le méthane, et moins précis pour tous les autres combustibles.

    Mais revenons à la question initiale : pourquoi mon capteur de LIE n’a-t-il pas détecté une concentration de gaz, alors que je savais que le réservoir contenait du gaz? Essentiellement, parce qu’il n’a pas fonctionné.

    Différents scénarios viennent à l’esprit :

    • Temps d’échantillonnage : Celui-ci n’était peut-être pas assez long. En cas d’utilisation d’un tuyau et d’une pompe, vous devez vous assurer que l’échantillon arrive à la pompe, que le tuyau ne présente pas de fuite et que vous laissez le temps à l’échantillon d’atteindre le capteur en passant par le tuyau. Pour la plupart des pompes, il faut une ou deux secondes par pied de tuyau pour amener un échantillon au capteur, avant même qu’il puisse commencer à détecter le gaz.
    • Obstruction du tuyau : En cas d’utilisation d’une pompe, le flux vers le capteur est-il adéquat? Avez-vous vérifié la présence d’un flux d’air? Vous devez toujours vérifier la présence d’un flux d’air vers les capteurs.
    • Température : S’il fait très froid, de nombreux gaz combustibles ne s’évaporeront pas, alors vous ne pouvez pas les mesurer.
    • Pression de vapeur : Parfois, un liquide inflammable n’est pas réellement très inflammable. Les carburants diesel présentent peu de pression de vapeur à 20 °C. S’ils ne s’évaporent pas en gaz, il est impossible de les mesurer.
    • Temps de réaction du capteur : Idéalement, un nouveau capteur prend généralement un temps très court avant de se rendre à T90. Cela signifie que 90 % de la réponse au gaz cible se produit en quelques secondes. Cela change avec l’âge et l’exposition au gaz ainsi qu’à d’autres contaminants sans s’améliorer avec le temps, cela fait plutôt que s’aggraver. S’il faut 60 secondes pour atteindre T90, il est peut-être trop tard pour prendre la mesure du gaz ciblé.
    • Grosses molécules : Certaines molécules (comprenant plus de 9 atomes de carbone) sont trop grandes pour s’infiltrer correctement dans le pare-flammes ou le catalyseur. Peut-être que toute la « lumière » s’éteint ou que les petites molécules volatiles sont parties, alors il ne reste que des éléments lourds et collants, et aucune lecture n’est alors possible.
    • Gaz plus lourds que l’air : Certains gaz comme le propane descendent vers les zones les plus basses; d’autres gaz comme l’hydrogène ont tendance à monter. Si vous ne savez pas ce qui s’y trouve, il sera nécessaire de prélever des échantillons en haut, au milieu et en bas, sans quoi, il n’y aura peut-être pas de danger où vous testez, mais il pourrait en avoir ailleurs!
    • Poisons pour les capteurs : Les composés Si (WD40) ou H2S ont la particularité de se déposer sur le catalyseur Pt/Pd et de le rendre inefficace; si le fil ne chauffe pas, le Pont de Wheatstone ne détecte pas le différentiel de courant et il affichera, en toute bonne foi, zéro comme LIE dans une concentration élevée de gaz.
    • Manque d’oxygène : En absence d’oxygène, le gaz ne « brûle » pas sur le filament, alors rien n’est affiché. Une concentration d’oxygène d’au moins 10 % à 12 % est nécessaire pour que le capteur catalytique fonctionne correctement, c’est pourquoi un capteur de LIE est toujours livré avec un capteur d’oxygène.

    Alors, que s’est-il passé pour notre instrument?

    En l’occurrence, notre capteur a été « empoisonné » et il n’aurait jamais pu détecter le gaz combustible, même s’il était présent. Le poison a empêché le filament activé de chauffer, alors le Pont de Wheatstone n’a constaté aucun différentiel de résistance dû à la température, et donc rien n’a été affiché à l’écran.

    Qu’est-ce qui a provoqué l’empoisonnement? Personne ne le sait, mais quelque chose est arrivé à l’instrument avant son utilisation. Après un test de fonctionnalité, nous avons réalisé qu’il ne pouvait pas détecter de gaz combustible et qu’il afficherait zéro, en toute bonne foi, toute la journée.

    Il s’agit d’un « faux négatif » classique et potentiellement très dangereux. C’est l’une des raisons pour lesquelles il est crucial que chaque capteur de gaz fasse l’objet d’un étalonnage ou d’un test de fonctionnalité avant d’être utilisé. Vous ne savez pas vraiment pour quelle raison il a été utilisé, à quoi il a été exposé et s’il va fonctionner quand vous en aurez besoin.

    C’est également pourquoi l’instrument le plus sophistiqué et les meilleures procédures opérationnelles normalisées sont aussi efficaces que les personnes qui les utilisent. Si vous n’effectuez aucune vérification, vous ne pouvez pas savoir.

    Pour de plus amples renseignements, vous pouvez consulter les notes d’applications AP1007 et AP1018 (en anglais) offertes par GfG Instrumentation à http://goodforgas.com/support/#appnotes

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    Paul Kroes, B.Sc.  | spécialiste en instrumentation
    Solutions Instruments EHS

     

     


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