Installation d'un instrument de mesure du biogaz en atmosphères explosives

L'installation d'un appareil électrique dans un site dangereux comportant un risque d'explosion exige des précautions et des procédures spéciales. En outre, l'installation d'un instrument de mesure in situ dans un gazoduc présente des risques et des exigences particulières. Cette publication examine les aspects pratiques d'une installation in situ dans une zone limite 0/1 zone dangereuse au sein d'une usine de biogaz.

Connaître les risques
En matière de biogaz, la concentration élevée en méthane est un problème évident de par sa nature inflammable et le risque potentiel d'explosion. Même si la plage de concentration explosive du méthane est plutôt étroite, avec une limite inférieure d'explosivité (LIE) de 4,4 % vol. et une limite supérieure d'explosivité (LSE) de 16,5 % vol., une installation de biogaz n'en demeure pas moins un lieu où se forment des atmosphères explosives (norme ATEX en Union européenne) ou un site dangereux (norme HAZLOC aux États-Unis) ; des règles et des réglementations appropriées doivent donc suivies.

Parmi les autres risques à prendre en compte, notons la présence de sulfure d'hydrogène, qui est toxique à faible concentration, et l'absence d'oxygène, qui peut présenter un risque de suffocation dans les espaces confinés. Le port d'un détecteur de gaz personnel, capable de surveiller les niveaux en méthane, sulfure d'hydrogène et oxygène, est absolument indispensable lorsque l'on installe des instruments dans ce type d'environnement. Il est également primordial de planifier en avance et de préparer un document d'évaluation des risques avant d'entamer le travail.

Choisir la connexion de process appropriée
L'une des questions les plus importantes, qui doit trouver réponse le plus tôt possible, concerne le type de connexion de process à utiliser : existe-t-il déjà une vanne sphérique ou un orifice fileté peut-il est utilisé ? Est-il nécessaire de souder un orifice sur le gazoduc ou alors faut-il remplacer une section à bride du tuyau par une nouvelle section équipée des ports d'échantillonnage nécessaires ?

L'instrument de mesure du biogaz Vaisala MGP261 est équipé d'un filetage NPT 1,5" avec un diamètre de sonde de 40 mm et une profondeur d'insertion de 209 mm. Il peut passer dans des vannes sphériques de 1,5" et de 40 mm de taille nominale à condition que la vanne soit une vanne à passage intégral et que le joint entre la vanne et le gazoduc principal ne soit pas inférieur à 40 mm. Pour avoir confirmation, il faut ouvrir la vanne et vérifier les dimensions. Des vannes plus larges (2" ou 50 mm) peuvent être utilisées avec un adaptateur pour filetage NPT 1,5" et sont souvent un excellent choix car la sonde s'y insère plus facilement.

Les connexions de process ne sont pas toujours clairement signalées et le type de filetage exact peut être difficile à trouver. Dans ce cas, il est préférable d'utiliser des étriers pour mesurer le diamètre et le filetage conique possible ainsi qu'une jauge de filetage pour déterminer le type de filetage. L'instrument MGP261 est livré avec une prise en plastique NPT 1,5" qui peut aider à déterminer le filetage.

Si une vanne sphérique n'est pas disponible ou nécessaire, pour des considérations de coût par exemple, un simple raccord fileté soudé au gazoduc peut être une solution efficace. Un tuyau court de 50 mm est utilisé pour régler la position de la sonde de biogaz afin que son extrémité se situe entre 1/3 et 2/3 du diamètre du tuyau. En plus du port d'échantillonnage de la sonde principale, une connexion de process est nécessaire au niveau du transmetteur de pression, en général, entre 1/4" et 1/2" selon le transmetteur de pression utilisé.

Une installation simple
Indépendamment de la connexion de process choisie, la section du gazoduc doit être purgée avant de commencer l'installation. C'est relativement simple si l'emplacement de mesure sélectionné se trouve à côté d'un appareil qui peut être court-circuité, comme un système de séchage des gaz ou un filtre à charbon actif. Dans les autres cas, l'installation doit intervenir en même temps que les autres tâches de maintenance principales lorsque le process est à l'arrêt. Après la purge du gazoduc avec du nitrogène ou de l'air et à l'aide d'un détecteur de gaz pour vérifier que la zone est exploitable en toute sécurité, l'installation de la sonde est très simple.

Préparez la sonde en enroulant le ruban d'étanchéité PTFE sur le filetage en suivant ces conseils simples :
•    Posez le ruban parallèle au filetage
•    Ne laissez pas de pans traîner du côté process du filetage
•    Appliquez seulement deux ou trois couches de ruban selon son épaisseur
•    Dès que vous commencez à serrer le filetage, ne changez pas de sens.

Dans une interface de filetage NPT, certains filetages mâles peuvent être toujours visibles une fois la connexion serrée. Pour plus d'aide sur l'installation correcte d'un équipement à filetage NPT, consultez cette publication de Swagelok.

Assurer une connexion sécurisée
Après l'installation de la sonde dans le gazoduc de biogaz, l'étape suivante consiste à brancher l'alimentation électrique et à câbler le signal. L'instrument de mesure du biogaz Vaisala MGP261 a 3 entrées de filetage métrique avec câble : une de 16 mm et 2 de 20 mm. L'instrument MGP261 peut être configuré de plusieurs façons, avec un choix de 4-20 mA ou Modbus/RTU pour la sortie du signal et l'entrée du signal de pression. Selon la configuration choisie, une ou deux entrées de câble peuvent être nécessaires.

L'entrée la plus petite est principalement destinée à devenir l'entrée 4-20 mA pour un transmetteur de pression Ex i (intrinsèquement sécurisé) et mène au côté intrinsèquement sécurisé du boîtier de connexion, qui est isolé par une paroi de partition. L'instrument MGP261 contenant un transformateur d'isolement Ex i, il est possible de brancher directement un appareil Ex i à la sonde. Les deux entrées de câble les plus larges mènent à l'autre bord de la paroi de partition où les signaux de sortie analogique 4-20 mA pour le méthane, le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau sont disponibles au niveau des terminaux Ex e (sécurité améliorée) avec les terminaux RS485 (MODBUS/RTU) et 24 Vcc.

Choisissez des presse-étoupes compatibles Ex, avec réducteurs de tension et protection contre les impacts, et le bon diamètre de câble pour vos câbles. Le code de compatibilité de certains presse-étoupes compatibles Ex mentionne un X, autrement dit, ils sont limités en matière de réduction de la tension et/ou de protection contre les impacts. Si vous utilisez ce type de presse-étoupe, le câble doit être sécurisé à un chemin de câbles, ou toute autre structure similaire, à l'extérieur du presse-étoupe et la protection contre les impacts appropriée doit être réalisée.

Une attention particulière doit être portée aux connexions de retour du signal et de mise à la terre, et les blindages de câble doivent prendre fin sur les rails d'équilibrage, comme indiqué dans le guide de sécurité et d'installation du MGP261. Mesurez la résistance entre le rail d'équilibrage potentiel et la vis de mise à la terre sur le châssis du MGP261. La résistance doit être inférieure à 1 Ohm et le test doit être consigné dans le rapport d'installation. Ce point est très important car l'instrument MGP261 contient une barrière Ex i pour la jauge de pression intrinsèquement sécurisée, comme l'indique le code [ia] dans le marquage Ex, et la protection d'un appareil intrinsèquement sécurisé est basée sur un équilibrage potentiel de haute qualité.

Nous conseillons d'utiliser un intégrateur d'instruments expérimenté lors de l'installation d'instruments dans des process de biogaz.

Consultez la page des produits pour en apprendre plus sur l'instrument multigaz MGP261 de Vaisala pour la mesure du méthane, du dioxyde de carbone et de humidité pour le contrôle intelligent de la qualité du biogaz.