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Directive de sécurité des systèmes sous oxygène
La conception des circuits sous oxygène est de la responsabilité de techniciens qualifiés qui ont obtenu une formation spécifique. Ce sont aussi des personnes comme des ingénieurs ou chimistes qui, du fait de leur formation ou expérience, savent comment traiter les principes physiques et chimiques impliqués dans les réactions entre l'oxygène et les autres matériaux.
Pour assurer le fonctionnement et l’utilisation sécurisée des installations, machines et appareils sous dioxygène dont la teneur supérieure à 40 % d’O2 pur, il faut avoir un certificat de formation de Machiniste III.
Sommaire
Champ d'application
Cette directive passe en revue les précautions spéciales à prendre pour traiter le dioxygène de façon sûre pour la plongée subaquatique. Elle est basée sur les informations recueillies dans les nombreuses sources documentaires dont certaines listées à la fin de ce document.
Risques
L'oxygène constitue un danger d'incendie car il favorise la combustion ; Les conséquences des incendies dans l’air qui ne contient que 21 % d'oxygène sont bien connues. L'augmentation du taux d'oxygène au-delà d'une concentration de 23 % augmente fortement le risque d'incendie.
Les installations qui contiennent de l’oxygène pur sont particulièrement dangereuses dans le sens où les trois éléments du système explosif sont réunis, c'est le fameux triangle du feu :
- Le combustible : les flexibles, les joints, les métaux, (poussière, les vannes, etc.).
- Le comburant : l'oxygène.
- L'énergie d’activation : l'oxygène comprimé.
Beaucoup de matériaux qui s'avèrent ne pas être combustibles dans l'atmosphère brûlent si l'atmosphère est enrichie en oxygène. Les matériaux déjà combustibles s'allument plus facilement et brûlent de façon plus rapide et plus chaude. Les feux partent plus vite, souvent avec des conséquences en apparence explosives. Des sources d'inflammation qui n'ont pas d'effet dans l'air normal peuvent être d'une importance critique dans les systèmes sous oxygène.
Feux des systèmes sous oxygène
Trois éléments ( oxydant, carburant et énergie d'allumage ) sont nécessités pour démarrer un feu ; c'est ce que l'on nomme le triangle du feu. Les feux dans l'atmosphère peuvent être évités en supprimant l'un de ces trois éléments, mais : Ils sont inséparables à l'intérieur d'un système avec oxygène.
L'oxygène est contenu dans le système, en général sous forte pression (200 bars). Les vannes, régulateurs, tuyauteries, raccords, les machines et autres composants qui contiennent l'oxygène sont en fait le carburant. L'énergie d'allumage potentiel provient de l'intérieur du système, souvent par des mécanismes qui normalement ne causent pas d'inflammation.
Ce sont eux, même si le danger d'incendie des systèmes sous oxygène ne peut pas être éliminé, qu'il faut réduire par une gestion du risque basée sur une analyse attentive des dangers et risques qu'ils présentent.
La conception du système, la sélection des composants, les matériaux de construction, les méthodes de fabrication, ainsi que le fonctionnement et l'entretien du système, doivent être développés avec soin pour chaque besoin spécifique ( Nitrox, Trimix, Héliox ou O2 de décompression).
Chaîne d'inflammabilité
La chaîne d'inflammabilité débute lorsqu'une faible quantité d'énergie est libérée dans un système et enflamme un matériau à température d'inflammation basse, ou une particule de faible masse mais de grande surface. Une fois qu'un petit objet est allumé, la chaleur qu'il génère allume des matériaux plus gros à température d'inflammation plus élevée, pour générer encore plus de chaleur jusqu'à ce que le feu s'autoalimente.
Les cinq modes classiques d'allumage.
1 Impact mécanique. Quand un objet en frappe un autre, de la chaleur est produite au point d'impact, comme quand un marteau frappe une surface. Cette chaleur produite par impact mécanique peut agir comme source d'allumage. Par exemple, dans un système sous oxygène un composant mécanique peut se casser et heurter un récipient sous pression, produisant de la chaleur à l'impact. Si la surface du récipient est contaminée par de l'huile, elle peut s'enflammer et initier une chaîne d'inflammabilité.
2 Impact de particules. Des petites particules peuvent être entraînées avec la circulation de vapeur d'oxygène, souvent à des vitesses élevées. Quand ces particules frappent une surface dans le système, l'énergie de l'impact est transformée en chaleur, et du fait de leur faible masse les particules s'échauffent suffisamment pour allumer des matériaux plus gros.
3 Frottement. Quand deux matériaux solides frottent l'un contre l'autre, ils génèrent de la chaleur qui peut les allumer ou allumer d'autres matériaux. L’effet tribologique du gaz peut faire monter la température du gaz à plus de 600° sur une restriction ou sur un obstacle.
4 Chaleur par compression adiabatique. Tous ceux qui ont manipulé une pompe à vélo ont remarqué que la pompe chauffe quand on comprime l'air. Il se passe exactement la même chose à l’ouverture brutale d’une B50 d’O2 dans un flexible ou un détendeur vide, il se produit le même phénomène d’échauffement. Cette élévation de température est d'autant plus importante que le taux de compression est important. En fait, le gaz se comprime si rapidement qu'il n'a pas le temps d'évacuer cette chaleur et sa température augmente très fortement. C'est la compression adiabatique.
En résumé, si un gaz est comprimé, il s'échauffe. Dans un circuit oxygène, si on ouvre brutalement une vanne, le gaz à haute pression se dirige vers la basse pression et atteint souvent une vitesse supersonique. Si le gaz est arrêté au niveau d'une restriction ou d'une autre vanne, les molécules accélérées sont freinées brutalement et le gaz se comprime localement en produisant une énorme température : Plus la pression initiale est élevée, plus la température finale est élevée. Les plongeurs Tec doivent savoir que l'énorme élévation de température générée par la compression adiabatique (>600°) est un risque majeur.
5 Chaleur par oxydation. La combustion spontanée est l'une des causes possibles d'incendie. C'est un phénomène complexe par lequel un matériau combustible prend feu sous l'effet de sa propre chaleur de réaction sans que la chaleur externe ou une autre source d'inflammation soit en cause. De tous les types de réactions génératrices de chaleur, l'oxydation est la plus courante. Pratiquement toutes les substances organiques et quelques substances inorganiques s'oxydent à l'air et produisent de la chaleur. L'oxydation à l’air est habituellement très lente. Mais l’oxydation en présence d’oxygène pur est très rapide.
Une des raisons en est qu'une matière divisée en petits éléments voit baisser sa conductivité thermique, ce qui permet à la chaleur de s'accumuler plus facilement. Une deuxième raison est que plus les particules sont de petite dimension, plus la surface de matière exposée est grande et la réaction d'oxydation qui se produit sur les surfaces exposées à l'air est accélérée. Les poudres métalliques comme celles d'aluminium ou de magnésium prennent feu beaucoup plus facilement que ces mêmes métaux à l'état solide.
Matière à risques sous oxygène
LES POUSSIERES
Toutes les poussières sont inflammables ou explosives en présence de dioyxgène. Un jet d'O2 sur de la poussière peut induire une inflammation explosive. La chaîne d'inflammabilité peut être amorcée si le flux gazeux contient des particules fines ou si un échauffement de compression intervient au siège en polymère d'une vanne, sur un joint élastomère, ou une surface contaminée par un lubrifiant ou un matériau organique. De tels matériaux, à leur tour, peuvent allumer un petit ressort, un diaphragme mince, ou un filtre, et entraîner un feu auto-alimenté.
LES LUBRIFIANTS
L’huile : minérale, végétale ou animale : Inflammation possible dans certaines conditions. L’Huile de lubrification à base d'hydrocarbures est non recommandée, l’inflammation possible.
Huile de lubrification à base fluorocarbure : Inflammation possible dans certaines conditions et risque de dégagement de vapeurs de produits toxiques.
La graisse : comme la graisse silicone utilisée pour le matériel de plongée à air. En général toutes les graisses végétales, animale ou minérale.
LES PLASTIQUES
Polytétrafluoroéthylène (PTFE) : Inflammation possible dans certaines conditions et risque de dégagement de vapeurs de produits toxiques.
Polychlorotrifluoroéthylène (PCTFE) : Inflammation possible dans certaines conditions et risque de dégagement de vapeurs de produits toxiques.
Polyfluorure de vinylidène (PVDF) (KYNAR™) : Inflammation possible dans certaines conditions et risque de dégagement de vapeurs de produits toxiques.
Polyamide (PA) (NYLON™) : Inflammation possible dans certaines conditions.
Polypropylène (PP) : Inflammation possible dans certaines conditions.
LES ELASTOMERES
Isobutène - isoprène Buthyl (IIR) : Inflammation possible dans certaines conditions.
Nitrile (NBR) : Inflammation possible dans certaines conditions.
Chloroprène (CR) : Inflammation possible dans certaines conditions et risque de dégagement de vapeurs de produits toxiques.
Chlorofluorocarbones (FKM) (VITON™) : Inflammation possible dans certaines conditions, risque de dégagement de vapeurs de produits toxiques et gonflement important.
Charbon : Comme le charbon actif des filtres du compresseur. Les principales conditions susceptibles d'augmenter le risque de combustion spontanée étant la finesse des particules, l'absorptivité de l'oxygène, l'humidité, la présence de pyrites, la hauteur de l'amoncellement et la température ambiante.
Comportement de métaux avec l'oxygène
Sous forme de poudre fine, les métaux s'oxydent et s'échauffent. Les copeaux de fer frais en sont un exemple. Il faut utiliser des métaux compatibles par exemple :
- Aluminium : Satisfaisant.
- Laiton : Satisfaisant.
- Monel : Satisfaisant.
- Cuivre : Satisfaisant.
- Aciers ferritiques (par ex. aciers au carbone) : Satisfaisant mais corrosif en présence d'eau.
- Acier inox : Satisfaisant.
Prévention des feux d'oxygène
La reconnaissance et l'identification de toutes ces sources potentielles d'inflammation pouvant provoquer l'incendie n'est pas chose simple. Cependant Le cours de formation Machiniste III (Contrôle des risques d'incendie dans les systèmes contenant de l'oxygène) donne des instructions détaillées pour l'analyse et la gestion des risques de systèmes sous oxygène, il enseigne l'utilisation des machines, appareils, et système et il donne les sources essentiels pour éviter les incendies d'oxygène :
- Conception du système pour le fonctionnement et l'entretien.
- Sélection des composants.
- Fabrication du système.
- Exécution du fonctionnement et de l'entretien du système.
- Propreté du système.
- Compatibilité des lubrifiants.
- Compatibilité avec les polymères et autres matériaux non métalliques.
- Compatibilité avec les métaux.
Gestion de la sécurité
Bien que les systèmes sous oxygène présentent des risques, ils sont utilisés de façon sécurisée partout dans l'industrie de la plongée parce que leure dangere peuvent être gérée, contrôlés et maîtrisés.
La connaissance et la technologie voulues sont bien établies et documentées, elles sont disponibles dans diverses ressources publiques dont certaines sont listées ici.
Le cours Machiniste III (Contrôle des risques d'incendie dans les systèmes contenant de l'oxygène) enseigne les bases de la sécurité relative à l'oxygène pour les concepteurs de systèmes et équipements, les prescripteurs et utilisateurs. Les personnes impliquées dans l'utilisation de l'oxygène dans n'importe quelle application devraient tirer avantage de telles ressources.
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Documentation de sécurité
Les références qui suivent sont des sources d'informations complémentaires relatives à l'utilisation sécurisée de l'oxygène.
ASS (Association suisse pour la technique du soudage)
St. Alban-Rheinweg 222
4052 Bâle
EIGA (Association Européenne des Gaz Industriels)
33 boulevard de la Chapelle
75880 Paris Cedex 18, France
- EIGA 3/86/E – Nettoyage des équipements de traitement de l'oxygène.
- EIGA 8/76/E – Prévention des accidents provenant d'atmosphères enrichies ou appauvries en oxygène.
- EIGA 13/82 – transport et distribution d'oxygène par tuyauteries. Recommandations pour la conception, la construction et l'entretien.
ANSI (American National Standards Institute)
11 W. 42nd St.
New York, NY 10036, USA
- ANSI-ASME B31.3 – Tuyauteries de procédés
- ANSI/AWS Z49.1 – Sécurité pour le soudage et la découpe
ASTM (Initialement connus sous société américaine d'essais et de matériaux)
100 Barr Harbor Dr.
West Conshohocken
PA 19428-2959, USA
- Normes relatives à l'inflammabilité et sensibilité des matériaux en atmosphères enrichies en oxygène, PNC 03.704097.31. Cette compilation contient toutes les normes publiées par ASTM relatives à la sécurité pour l'oxygène, et leur date de publication.
- Alternatives aux fluides au chlorofluorocarbure pour le nettoyage des systèmes et composants sous oxygène et aérospatiaux, STP 1181, C.J. Bryan et K. Gebert-Thompson, Ed., 1993.
- Inflammabilité et sensibilité des matériaux en atmosphères enrichiesen oxygène, STP 812, B.L.Werley, Ed., 1983.
- Inflammabilité et sensibilité des matériaux en atmosphères enrichies en oxygène, Vol. 2, STP 910, M.A. Benning, Ed., 1986.
- Inflammabilité et sensibilité des matériaux en atmosphères enrichies en oxygène, Vol. 3, STP 986, D.W. Schroll, Ed., 1988
- Inflammabilité et sensibilité des matériaux en atmosphères enrichies en oxygène, Vol. 4, STP 1040, J.M. Stoltzfus, F.J. Benz, et J.S. Stradling, Ed., 1989
- Inflammabilité et sensibilité des matériaux en atmosphères enrichiesen oxygène, Vol. 5, STP 1111, J.M. Stoltzfus et K. McIlroy, Ed., 1991.
- Inflammabilité et sensibilité des matériaux en atmosphères enrichiesen oxygène, Vol. 6, STP 1197, D.D. Janoff et J.M. Stoltzfus, Ed., 1993.
- Inflammabilité et sensibilité des matériaux en atmosphères enrichies en oxygène, Vol. 7, STP 1267, D.D. Janoff, W.T. Royals, et M.V. Gunaji, Ed., 1995.
- Inflammabilité et sensibilité des matériaux en atmosphères enrichies en oxygène, Vol. 8, STP 1319, W.T. Royals, T.C. Chou, et T.A. Steinberg, Ed., 1997
- Inflammabilité et sensibilité des matériaux en atmosphères enrichies en oxygène, Vol. 9, STP 1395, T.A. Steinberg, B.E. Newton, et H.D. Beeson, Ed., 2000.
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