Pas d'armoire toute faite

Trois étapes pour la protection

Outre leur sécurité élevée, les solutions Ex p sont surtout appréciées pour leur flexibilité et leur simplicité. Ainsi, les systèmes de surveillance pour le mode de protection « enveloppe à surpression » se composent d'un appareil pour circuit de commande Ex p, de pressostats Ex p ainsi que de vannes de rinçage Ex p à régulation numérique et proportionnelle. À cet effet, une grande variété de tailles d'armoires est proposée. De plus, les temps de rinçage et les pressions de rinçage peuvent être adaptés aux exigences respectives. Le fonctionnement d'une enveloppe à surpression classique Ex p se subdivise en trois étapes.

Phase de préparation : de l'air comprimé ou des gaz inertes sont introduits dans le boîtier Ex p via la vanne de rinçage et une surpression est générée. Une fois celle-ci atteinte, commence la phase dite de pré-rinçage qui est régulée par l'appareil pour circuit de commande Ex p.

Phase de pré-rinçage : avant la mise en service du matériel se trouvant à l'intérieur de l'armoire de commande, le mélange potentiellement explosif présent doit être évacué du coffret. Lorsque la valeur préréglée de la pression interne du coffret est atteinte, la vanne de rinçage s'ouvre. Il s'ensuit un rinçage au gaz de protection. Ces soupapes de sortie d'air (pressostats) sont positionnées en différents endroits afin de garantir des conditions d'écoulement contrôlées. Les temps de rinçage très courts à des charges de pression très faibles (jusqu'à 15 mbar) constituent un avantage. Cela permet d'utiliser des parois d'armoire de commande plus minces (en général 1,5 - 2 mm). Les coûts s'en trouvent réduits. Une fois cette phase de pré-rinçage terminée, la vanne de rinçage se ferme et le flux de rinçage s'arrête. La pression interne du boîtier revient à la valeur pré-réglée et la vanne de sortie d'air se ferme.

Phase de fonctionnement : le fonctionnement normal commence et l'organe de commande contrôle et régule la pression interne du boîtier afin d'éviter toute pénétration de gaz explosifs. Les pertes de fuites sont automatiquement compensées par la vanne de rinçage.

Globalement, les quantités de fuites nécessaires sont réduites au minimum. Cela permet de garantir un service continu très économique. De plus, il est possible d'intégrer à l'intérieur un régulateur et contrôleur de température pour le refroidissement, comme le montrent les exemples d'utilisation suivants dans deux raffineries. Dans les deux applications, un ou même deux refroidisseurs d'air à vortex ont été installés.

Malgré des températures ambiantes extrêmes

Dans une raffinerie du Koweït, un instrument de mesure spécial surveille les vibrations d'un ventilateur. Les valeurs mesurées sont utilisées pour la surveillance des gaz de sortie et sont par conséquent importantes pour le fonctionnement sûr de l'ensemble de l'installation. Le défi : l'instrument de mesure n'est homologué que pour la zone Ex 2, mais il doit également fonctionner en toute sécurité dans la zone Ex 1. Cependant, ce n'était qu'une raison parmi d'autres qui a justifié le choix du degré de protection « enveloppe à surpression Ex p » comme solution. Ainsi, la taille du boîtier permet d'y loger des composants supplémentaires et il est moins lourd que les solutions Ex d. La solution Ex p résiste en outre aux environnements chimiques difficiles. Mais la raison la plus importante sans doute et en même temps le plus grand défi de ce projet était la température extérieure élevée pouvant parfois atteindre 55 °C.

En plus des températures extérieures élevées, la puissance dissipée plus élevée à l'intérieur de l'armoire devait également être prise en compte. Il n'y avait cependant pas de véritables alternatives. Un dispositif de refroidissement à compresseur aurait été difficile à mettre en œuvre en raison des coûts élevés et de l'encombrement plus important. À la raffinerie koweïtienne, il a donc été décidé d'installer un deuxième refroidisseur d'air à vortex dans l'armoire afin d'atteindre la puissance de refroidissement nécessaire. Toutefois, cette solution à deux refroidisseurs d'air à vortex a elle aussi posé quelques défis à relever. En effet, 2000 litres d'air comprimé par minute à 5,5 bars sont nécessaires ici. Pour R. STAHL également, il s'agissait d'une situation exceptionnelle d'autant plus que les tests sur site se sont avérés difficiles à mettre en œuvre en amont. C'est la raison pour laquelle un environnement de test a été spécialement mis en place chez R. STAHL à Waldenburg en Allemagne, afin d'examiner au préalable cette solution de manière approfondie.

Mais ce n'était pas la seule particularité de ce projet. Ainsi, l'intérieur de l'armoire devait ressembler à une armoire Rittal, afin que le client puisse continuer à utiliser ses composants standard actuels. Cela concernait par exemple les dimensions modulaires, le cadre de 19", les luminaires, etc. L'armoire Rittal n'est toutefois pas homologuée pour la zone Ex. La solution : l'armoire spéciale fabriquée sur mesure a été conçue de manière à reproduire à l'intérieur les dimensions modulaires requises et à mettre ainsi à la disposition du client les possibilités de fixation souhaitées. L'utilisateur peut désormais installer ses accessoires Rittal habituels – tout en se fiant à la sécurité de R. STAHL. L'avantage des armoires R. STAHL est qu'elles sont entièrement soudées et donc beaucoup plus étanches que les armoires de commande courantes. Les sources d'erreur possibles (par exemple les fuites) sont ainsi nettement réduites en amont, ce qui est une condition requise pour le mode de protection Ex p, avec lequel il y a toujours une légère surpression à l'intérieur.

Dans le détail, la solution consistait en un boîtier Ex e 9850/0 avec des entretoises supplémentaires pour le fonctionnement Ex p. Afin d'assurer un accès facile au client, une porte a été installée à l'avant et à l'arrière du boîtier Ex p. L'écran a été équipé d'une vitre rabattable en verre de sécurité de 6 mm. Le boîtier Ex p certifié U pour la zone 1 a en outre été réalisé en IP 66. R. STAHL a fourni l'armoire Ex p sous forme de boîtier vide Ex p certifié U. Le client peut désormais procéder lui-même au démontage interne de l'armoire et au câblage de la manière habituelle. Pour installer l'armoire dans une zone Ex – en tant que panneau de commande Ex p 8620/5 entièrement certifié – il suffit d'une réception finale. Ces contrôles restants peuvent être effectués par un organisme de contrôle externe ou par d'autres experts.

Toujours en service

Dans une raffinerie égyptienne, le dispositif de vibration décrit ci-dessus n'est pas seulement utilisé pour la surveillance, mais aussi pour la commande. Pour les utilisateurs, il était important que cette commande fonctionne parfaitement même en cas de défaillance de l'une des lignes d'alimentation électrique. C'est pourquoi une alimentation redondante du contrôleur Ex p a pu être mise en place via un câblage supplémentaire. Un interrupteur à clé de dérivation est également utilisé pour permettre de travailler sur et dans l'armoire pendant la mise en service ou la maintenance – malgré l'ouverture de la porte et la perte de pression qui en résulte. Pour ces activités, il est toutefois indispensable qu'aucun gaz explosif ne soit présent. Ceci doit être garanti par le processus et généralement un permis de travail à chaud est délivré à cet effet. Cet interrupteur à clé est ainsi un moyen simple de mettre l'armoire en mode de dérivation sans effort de câblage particulier. La réactivation de la surveillance Ex p s'effectue à la fin des travaux sans étapes de contrôle coûteuses, simplement en désactivant l'interrupteur à clé de dérivation Ex p.

Ici aussi, un refroidissement par vortex était nécessaire. Toutefois, un seul système de refroidissement a suffi, car avec une température ambiante de 50 °C, les exigences climatiques sont moins extrêmes qu'au Koweït. De plus, l'armoire se trouve à l'intérieur d'un bâtiment. C'est pourquoi le degré de protection IP65 était suffisant dans ce cas. Le boîtier Ex p à deux vantaux (qui offre également une protection Ex e) possède également des entretoises supplémentaires, mais il est beaucoup plus grand que son pendant du Koweït. Dans la porte gauche se trouve un boîtier rapporté pour un clavier Ex i, avec lequel une IHM de type Shark peut être commandée. Celui-ci est conçu pour des environnements extrêmement difficiles. Dans la porte de droite se trouve un écran personnalisé dans un cadre pivotant de 19". Les deux composants sont logés en toute sécurité derrière une vitre rabattable en verre de sécurité VSG de 6 mm.

Bien qu'un seul refroidisseur à vortex ait été nécessaire en Égypte, il a tout de même fallu prévoir 3 sorties d'air Ex p car l'armoire dispose d'un grand volume. Les temps de rinçage peuvent ainsi être réduits. Un luminaire Ex à LED de R. STAHL a également été installé à l'extérieur du toit avec une équerre spéciale. En plus d'un voyant lumineux indiquant si la solution est opérationnelle, une combinaison de feu à éclat et sirène alerte les utilisateurs en cas d'erreur (par exemple en cas de chute de pression).

Conclusion

Les exemples d'utilisation montrent qu'avec le degré de protection « enveloppe à surpression » (Ex p), une protection sûre contre les explosions est possible même à des températures extrêmement élevées. Outre la facilité d'installation et la robustesse, les utilisateurs dans les deux raffineries ont été convaincus par une grande flexibilité, de sorte que même les exigences particulières ont pu être satisfaites en toute sécurité.