Maîtriser les coûts et améliorer la sécurité des systèmes de distribution de gaz

Comment maîtriser les coûts et améliorer la sécurité de vos systèmes de distribution de gaz

Jeff DeWitt, ingénieur des applications, ingénieur des systèmes de distribution de gaz

De nombreux laboratoires, centres d’essai et sites industriels comptent sur un approvisionnement sûr et constant en gaz primaires et spéciaux indispensables au fonctionnement de processus critiques. Alors qu’ils ont un rôle important, les systèmes de distribution qui acheminent ces gaz sont trop souvent négligés et sous-estimés.

Pour quelle raison ? Les systèmes de distribution de gaz sont généralement considérés comme un réseau d’alimentation. À l’instar du réseau électrique qui alimente une usine, on peut avoir tendance à penser qu’un système de distribution de gaz va toujours fonctionner comme prévu. Parce qu’ils couvrent des installations entières, aucun département ne peut se charger seul d’optimiser ces systèmes. Pour un directeur d’usine, la priorité va généralement à d’autres problèmes opérationnels plus urgents.

Les systèmes de distribution de gaz sont pourtant essentiels. Ils offrent en outre une excellente occasion d’améliorer la sécurité et de maîtriser les coûts de votre installation industrielle dans son ensemble.

 

Qu’est-ce qu’un système de distribution de gaz ?

Un système de distribution de gaz est le réseau constitué des tubes, tuyaux et autres composants qui acheminent du gaz sous pression de la source au point d’utilisation souhaité. Les fonctions de ces systèmes sont généralement les suivantes :

• Offrir un point d’accès à un système d’alimentation en gaz
• Abaisser la pression du gaz issu de la source à un niveau maintenu constant
• Permettre une alimentation ininterrompue en gaz
• Acheminer des gaz éventuellement réactifs, toxiques, corrosifs ou très purs

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Quels sont les enjeux ?

Le mauvais fonctionnement d’un système de distribution de gaz peut entraîner des risques graves.

Ces systèmes acheminent souvent des gaz à des pressions et à des températures élevées. Des gaz s’échappant du système peuvent causer des brûlures ou d’autres blessures au personnel situé à proximité, même si le gaz n’est pas dangereux en lui-même. Une surpression peut également endommager des équipements sensibles situés en aval, ce qui oblige à réparer ou remplacer ces équipements avec les dépenses que cela implique. Et dans les cas où ces systèmes acheminent des gaz dangereux, toxiques ou inflammables, toute fuite négligée pourra constituer un risque plus sérieux à la fois pour le personnel et pour les équipements.

Le saviez-vous ?

Selon le Conseil national de la sécurité des États-Unis, les accidents du travail ont coûté 163,9 milliards de dollars en 2020.

Même des fuites de gaz apparemment inoffensives peuvent poser des problèmes aux opérateurs. Des fuites peu importantes peuvent passer inaperçues pendant de longues périodes durant lesquelles les pertes engendrées par ces fuites s’accumulent. Par exemple, les pertes causées par une fuite non décelée d’un gaz comme l’azote – estimées à 1 USD pour 2,8 mètres cubes std – peuvent se chiffrer en dizaines de milliers de dollars sur une année. Avec un gaz plus cher comme l’hélium – pertes estimées à 100 USD pour 2,8 mètres cubes –, la facture peut alors grimper bien plus vite.

Les sous-systèmes de distribution de gaz expliqués

Un système de distribution de gaz efficient et sûr doit avant tout être bien conçu.

Une des fonctions principales des systèmes de distribution de gaz est d’abaisser la pression du gaz fourni par une source d’alimentation et d’acheminer ce gaz à une pression stable jusqu’au point d’utilisation avec un minimum de perturbations. On y parvient en construisant des systèmes constitués des quatre sous-systèmes suivants : un dispositif de raccordement à la source, un dispositif de régulation primaire, une centrale de commutation automatique et un dispositif de régulation au point d’utilisation.

Le dispositif de raccordement à la source raccorde la source de gaz haute pression au système de distribution. Le point d’entrée doit impérativement être réalisé avec des composants/dispositifs appropriés : raccords pour bouteilles, flexibles, tubes, filtres, évent, purge et dispositifs de décharge. Comme certains panneaux de distribution ne disposent pas nécessairement d’un connecteur de raccordement standard à la source, vérifiez toujours les composants du panneau et assurez-vous que le connecteur est adapté. Certains gaz à haute pression et/ou dangereux (y compris l’oxygène) nécessitent également l’utilisation de flexibles particuliers.

Le panneau de régulation primaire effectue une première détente et s’assure que le gaz de la source est acheminé au bon débit dans le système de distribution. La pression est abaissée par un détendeur unique ou par un dispositif à double détente. Il est difficile de définir exactement les pressions d’entrée et de sortie d’un gaz. En fonction du gaz utilisé, des différences existent dont il faut tenir compte. Par exemple, l’ammoniac est conditionné en bouteille autour de 8 bar (116 psi) tandis que l’azote peut être conditionné à 300 bar (4351 psi). De nombreuses bouteilles sont toutefois équipées d’un dispositif à double détente alors que cela n’est pas nécessaire. Il y a donc là une possibilité d’économie.

Le panneau de commutation automatique permet de basculer d’une source de gaz sur une autre sans interrompre l’alimentation en des points d’utilisation critiques. Deux régulateurs de pression aux points de consigne décalés permettent au système de continuer à fonctionner pendant le changement de source d’alimentation. Utiliser un panneau de commutation automatique limitera le gaspillage dans la mesure où la plus grande quantité possible de gaz sera extraite de chaque bouteille. Un système de commutation automatique qui se passe d’intervention humaine permet également de faire des économies sur la main-d’œuvre et de réduire les risques.

Le lieu d’utilisation correspond à la dernière étape de la régulation. Généralement équipés d’un régulateur de pression, d’un manomètre et d’une vanne d’isolement, ces sous-systèmes sont un moyen pratique et fiable de régler la pression. Lorsque les variations de pression entre le dispositif de régulation primaire et le lieu d’utilisation sont acceptables, un détendeur simple pourra être utilisé afin de réduire le coût et la complexité du système.

Conception et assemblage de systèmes de distribution de gaz

La fiabilité à long terme d’un système de distribution de gaz nécessite des composants adaptés, un système conçu et assemblé avec soin, et un entretien constant.

La sélection des composants

Des composants mal choisis sont souvent à l’origine de systèmes dangereux ou onéreux. Comme il existe une offre importante de composants à usage industriel général sur le marché – raccords, vannes, régulateurs de pression, etc. –, il est parfois difficile d’avoir la certitude de faire le bon choix.

Par exemple, le choix d’un régulateur de pression adapté  dépend de quelques caractéristiques essentielles. Le bon régulateur devra :

• Être capable de supporter les pressions du système
• Offrir un débit adapté (C_v) pour répondre à vos besoins au point d’utilisation
• Être fabriqué dans des matériaux compatibles qui ne subiront pas de corrosion ou toute autre forme de dégradation dans le cadre d’une utilisation normale (ce qui s’applique d’ailleurs à tous les composants du système)

Conception du système

Le souci apporté à la conception du système est un autre point essentiel. Il convient de s’assurer que tous les composants fonctionneront parfaitement ensemble afin d’optimiser l’efficience et la sécurité du système obtenu. Idéalement, il faudra limiter autant que possible les raccordements filetés dans les sous-systèmes afin de réduire les points de fuite potentiels. Ces sous-systèmes devront également être conçus de sorte que leur fonctionnement et leur entretien soient intuitifs. Des panneaux dont les composants opérationnels sont clairement identifiés simplifieront l’utilisation et réduiront les risques d’erreur pour l’opérateur.

Au-delà de chaque sous-système, le système de distribution de gaz dans son ensemble devra être conçu en tenant compte de l’usage prévu et des besoins. Cela est vrai pour des nouveaux systèmes comme pour des systèmes existants auxquels des modifications sont apportées. On pourra obtenir un système plus sûr et plus efficient en effectuant des choix cohérents et réfléchis concernant le cheminement des tubes ou la sélection des composants, entre autres.

Assemblage et installation

Des erreurs lors de l’assemblage et de l’installation du système peuvent avoir des conséquences en matière de sécurité. Un mauvais montage associé à des tests insuffisants avant la mise en pression peut nuire non seulement aux performances à long terme du système, mais également à la sécurité des opérateurs et des personnes présentes. Le manque de formation  sur les systèmes fluides est souvent à l’origine des problèmes d’assemblage et d’installation. Une fois l’installation terminée, il est également important que les opérateurs soient correctement formés à l’utilisation et à la maintenance des systèmes.

VIDÉO : découvrez comment une évaluation de vos systèmes de distribution de gaz peut vous aider à améliorer le fonctionnement de vos installations

Maintenance

Des panneaux de distribution de gaz faciles à entretenir pourront réduire considérablement les interventions pour maintenance. Par exemple, le montage des composants principaux – comme les régulateurs de pression – sur l’avant plutôt que sur l’arrière du panneau facilitera l’accès pour changer un filtre ou pour effectuer toute autre tâche de maintenance nécessaire.

Un accès facilité aux régulateurs pourra :

Faire gagner de 30 minutes à 2 heures selon la situation

Faire économiser des milliers d’euros à chaque intervalle de maintenance

Si vous avez besoin d’une assistance pour concevoir, construire et assembler de nouveaux systèmes de distribution de gaz ou pour évaluer des problèmes rencontrés avec des systèmes existants, des spécialistes des systèmes fluides experts en régulation de la pression peuvent vous aider. Choisir des sous-systèmes prédéfinis, entièrement testés et standardisés, accessibles à l’aide d’une seule référence, peut également réduire grandement le temps que vos ingénieurs passent à découvrir, spécifier et acquérir de nouveaux systèmes. Il est également possible que les fournisseurs soient en mesure d’y ajouter des fonctionnalités ou de leur apporter des modifications en fonction de vos besoins.

Une évaluation de vos systèmes par une tierce partie permettra de définir de possibles améliorations à apporter aux systèmes, de vous aider à choisir et à dimensionner des régulateurs de pression, et de vous guider pour la conception et l’assemblage de solutions techniques. Un consultant qui connaît les problèmes propres aux systèmes de distribution de gaz saura vous faire des suggestions sur la façon dont des systèmes existants peuvent être modifiés pour répondre à de nouvelles exigences.

Bien que cet aspect soit souvent négligé, la distribution de gaz est un élément essentiel qui participe au bon fonctionnement, à la sécurité et à la rentabilité d’une installation. Votre système de distribution de gaz mérite qu’on l’examine de plus près.

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