Recherche sur les pare-flammes à joint d'eau et la ventilation des explosions - Projet de système RTO

Lors de l'extraction et du transport du gaz de charbon, la sécurité exige de maintenir une extraction de gaz à haute concentration pour son utilisation, tout en évitant les risques d'explosion au point de rejet et en prévenant le contact entre les sources d'inflammation et le gaz à faible concentration. Parmi les sources d'inflammation prévisibles dans les systèmes d'extraction de gaz, on peut citer :

1. La foudre frappe les tuyaux d'échappement ;
2. Retour de flamme à l'extrémité d'utilisation du gaz ;
3. Électricité statique dans les gazoducs de transport ;
4. Des étincelles artificielles au sol.

Bien que la protection contre la foudre, la mise à la terre et la liaison équipotentielle des canalisations puissent réduire les risques d'inflammation, des dispositifs de protection supplémentaires restent nécessaires pour empêcher les explosions d'endommager les équipements ou de se propager sous terre.

Normes pertinentes :

• GB 50471-2008 « Code de conception des ouvrages de drainage des gaz de mines de charbon »stipule que lors de l'utilisation de gaz, le système de canalisations du côté refoulement de la pompe d'extraction doit être équipé de dispositifs de sécurité pour prévenir les retours de flamme, les reflux et les explosions.
• GB 40881-2021 « Code de conception des systèmes d'assurance de sécurité pour le transport de gaz à faible concentration par pipeline dans les mines de charbon »La réglementation exige que les installations de sécurité des gazoducs à faible concentration comprennent des dispositifs pare-flammes et d'évacuation des explosions, ainsi que des systèmes d'extinction et de blocage des explosions, fonctionnant selon différents principes. Les pare-flammes à joint d'eau et les systèmes d'évacuation des explosions doivent être privilégiés.
• AQ 1072-2009 « Spécifications techniques pour les dispositifs pare-flammes à joint d'eau et les dispositifs d'évacuation des explosions dans le transport par gazoduc » spécifie les exigences, les méthodes d'essai, les règles d'inspection, l'étiquetage, l'emballage, le transport et le stockage.

Principe des dispositifs de protection contre les flammes et d'évacuation des explosions à joint d'eau

Ce dispositif prévient les retours de flamme et les explosions en utilisant l'eau pour isoler les flammes, les confinant au lieu de l'explosion et empêchant l'inflammation du gaz à l'admission. Parallèlement, la pression générée par l'explosion est évacuée par des évents, atténuant ainsi son impact.

Structure et fonctionnement :

a. Structure à un seul canon b. Structure à deux canons
1—Extrémité d'entrée ;
2—Extrémité de sortie ;
3—Composant d’évacuation des explosions ;
4—Eau de scellement ;
5—Contrôleur de niveau d'eau ;
6—Jauge d'eau à tube de verre ;
7—Écran de distribution du flux de métal

• • En fonctionnement normalLe gaz circule de gauche à droite. Le joint d'étanchéité immerge le tuyau d'admission gauche, permettant ainsi au gaz de traverser le joint et de pénétrer dans l'espace interne de l'appareil avant de s'échapper par la sortie droite.
  • Lors d'une explosion(Par exemple, à l'extrémité d'utilisation ou de décharge), l'onde de choc se propage vers l'arrière (de droite à gauche). Le gaz à haute pression percute d'abord les éléments de ventilation pour relâcher la pression, tandis que les flammes pénétrant dans le cylindre étanche sont bloquées par l'entrée étanche, empêchant ainsi toute propagation ultérieure et stoppant l'explosion.

Pour minimiser les pertes de charge, la section de passage doit correspondre au diamètre de la canalisation. Pour les canalisations de grand diamètre, le diamètre du corps de canalisation devient encombrant, ce qui complique la fabrication, le transport et l'installation.

Le flux de gaz à grande vitesse agite la surface de l'eau, entraînant des gouttelettes dans le tuyau de sortie et nécessitant un réapprovisionnement fréquent.

Conception améliorée à double canon :

• La plupart des gouttelettes d'eau agitées par le gaz se déposent dans le fût gauche tandis que les gouttelettes restantes, entraînées dans le fût d'évacuation, retournent par un tuyau de raccordement, réduisant ainsi les pertes d'eau et la nécessité de remplissages fréquents.

Paramètres clés des normes

1. Pression de purge

• Les explosions génèrent des ondes de choc qui se chevauchent, créant une pression extrême à l'extrémité arrière. Les orifices de ventilation sont conçus pour libérer rapidement cette pression.
• Les tests montrent que les pressions d'évacuation dépassent souvent 100 kPa.AQ 1072-2009spécifie une plage de pression de purge de90–120 kPa, nettement supérieure à la pression normale de transmission du gaz, garantissant ainsi la sécurité.
  2. Hauteur du joint d'étanchéité
• Il est nécessaire de trouver un juste milieu : une hauteur suffisante pour bloquer les flammes, mais sans perte de pression excessive. Les pompes d’extraction de gaz (par exemple, les pompes à vide à anneau liquide) fonctionnent à de faibles pressions de sortie (quelques kPa). Une hauteur d’anneau liquide excessive augmente la charge de la pompe.
• Mandats AQ 1072-2009que la hauteur effective du joint d'étanchéité à l'eau bloque les flammes tout en maintenant la perte de pression de l'appareilinférieur à 2,0 kPaIl est recommandé de minimiser la hauteur lorsque la sécurité le permet.
  3. Écran de distribution de flux
• Les observations montrent que le flux de gaz provoque de violentes fluctuations à la surface de l'eau, créant de grands espaces gazeux qui peuvent permettre aux flammes de contourner le joint d'étanchéité à l'eau.
• La courbure du tuyau d'admission crée des vitesses d'écoulement inégales (plus élevées sur le rayon extérieur), ce qui entraîne un impact non uniforme sur la surface de l'eau et une transmission potentielle de flammes.
• AQ 1072-2009 exigeinstaller unécran de distribution de flux en acier inoxydable(nombre de mailles ≥ 4) pour assurer une vitesse de gaz uniforme et un impact sur la surface de l'eau, évitant ainsi de grands espaces de gaz.

Conclusion

Les pare-flammes à joint d'eau et les dispositifs d'évacuation des explosions sont essentiels à la sécurité de l'extraction du gaz dans les mines de charbon. Ils permettent d'isoler les flammes et de réduire la pression afin de protéger les systèmes. Les normes définissent des paramètres clés tels que la pression d'évacuation (90 à 120 kPa), la hauteur du joint d'eau (qui assure un bon équilibre entre le blocage des flammes et la perte de charge) et l'uniformité du débit (grâce aux grilles) pour garantir leur efficacité.

Les progrès futurs pourront intégrercapteurs intelligents et automatisationPour une surveillance et un réglage en temps réel, renforçant ainsi la sécurité, les systèmes de protection multi-principes (combinant par exemple suppression et blocage) pourraient consolider la sécurité des pipelines, permettant une extraction et une utilisation du gaz plus sûres et plus efficaces.

Innovation et normalisationcontinuera de renforcer la sécurité dans les mines de charbon et l'utilisation des ressources gazières.