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Risques et Précautions Liés au Matériel

MATÉRIEL THERMIQUE -2/C

INCIDENTS SUR LES FOURS TUBULAIRES
Ingénieurs en
Sécurité Industrielle

I - PASSAGE EN ATMOSPHÈRE EXPLOSIVE DANS LA CELLULE........................................... 1

1 - Déroulement de l'incident .............................................................................................................1

2 - Procédure de sécurité .................................................................................................................. 1
3 - Éléments de détection du phénomène.........................................................................................2
4 - Attitudes à adopter pour éviter cet incident ..................................................................................2

II - RUPTURE DE TUBE................................................................................................................. 2
1 - Unité à haute pression .................................................................................................................2
2 - Unité à basse pression .................................................................................................................3
3 - Cas particuliers des fours sous vide.............................................................................................3

III - DÉSÉQUILIBRE DE LA CHAUFFE........................................................................................... 3

IV - ARRIVÉE D’UN NUAGE DE GAZ COMBUSTIBLE .................................................................. 4

V - AUTRES EXEMPLES D’INCIDENTS ........................................................................................ 7

Ce document comporte 8 pages

EN FOU - 01005_B_F - Rév. 1 05/10/2005

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I- PASSAGE EN ATMOSPHÈRE EXPLOSIVE DANS LA CELLULE

Cet incident concerne essentiellement les fours pour lesquels le débit d'air de combustion n'est pas asservi au
débit de combustible. Il peut néanmoins concerner les fours équipés de cet asservissement particulièrement
si tous les brûleurs ne sont pas en service et que le débit d'air est distribué sur tous les brûleurs allumés et
éteints.

1- DÉROULEMENT DE L'INCIDENT
L'origine du déséquilibre du rapport air-combustible peut être due à :

- une diminution du débit d'air (réduction de la dépression motrice de l'entrée d'air sur des
brûleurs à air aspiré par le four conséquente à des modifications atmosphériques, par
exemple)

- augmentation du débit de combustible imposée par la TRC comme suite d'une

modification du débit de charge du four, de la température d'entrée du produit ou de
variation de sa nature dans le cas d'un four de vaporisation

- une modification de la nature du combustible et plus particulièrement la composition du

fuel gaz (PCI).

Si la "réservé” d'excès d'air de combustion est consommée, le combustible ne brûle plus

complètement et dés lors le dégagement de chaleur attendu n'étant pas complet, la température en
sortie four diminue. La régulation de température conduit à un accroissement du défaut d'air déjà
important.

Le phénomène s'aggrave progressivement et de plus en plus rapidement :

- augmentation du débit de combustible à débit d'air constant

- combustion incomplète se traduisant par un dégagement de chaleur plus faible et une
augmentation de l'opacité de la cellule empêchant les tubes de "voir" la flamme sur FO
notamment
- baisse de la température du produit à la sortie de la ligne de transfert conduisant la TRC
à demander encore d'avantage de combustible

2- PROCÉDURE DE SÉCURITÉ
La situation décrite est hélas usuellement exprimée en termes de défaut d'air alors qu'il s'agit d'un
excès de combustible

Exprimer un défaut d'air induit évidemment la nécessité d'ajouter de l'air. Cette démarche conduit à
l'introduction massive d'air de combustion (il faut se rappeler que pour brûler 1 kg de combustible il
faut environ 15 kg d'air) et provoque dans la chambre de combustion des remous favorables au
mélange des imbrûlés présents dans la cellule et de l'air additionnel. Cela conduit le plus généralement
à une combustion explosive dont les conséquences peuvent se limiter à la levée des portes
d'explosions mais aussi à la destruction du four avec toutes les incidences périphériques.

Il faut considérer une combustion incomplète comme un excès de combustible et diminuer le

débit de combustible (reprise de la chauffe en manuel et baisse de la consigne de la TRC). Dans la
chambre de combustion, un "piston" de gaz de combustion sains chasse progressivement les
imbrûlés. La situation n'est redevenue normale que lorsque les imbrûlés sont complètement éliminés.
Éclaircissement de la chambre de la combustion sur FO, baisse de l’indication de l’opacimètre.

Il s'agit alors d'augmenter le débit d'air de combustion puis celui de combustible pour retrouver la
bonne température de sortie du produit avant de remettre la chauffe en automatique.

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3- ÉLÉMENTS DE DÉTECTION DU PHÉNOMÈNE

• En salle de contrôle

- évolution lente mais continue à la baisse de la température en ligne de transfert

- ouverture progressive des vannes de combustible, et ouverture de plus en plus rapide et

augmentation des débits de combustibles

- diminution de la teneur en oxygène des fumées et surtout élévation rapide de celle en

imbrûlés (opacimètre)

• Localement

- dans la cellule du four

• atmosphère de la cellule perdant sa transparence, voire devenant trouble et

même opaque dans le cas de combustibles liquides

• flammes molles, fumeuses

- à la sortie à la cheminée : fumées devenant grises puis noires

4- ATTITUDES À ADOPTER POUR ÉVITER CET INCIDENT

Elles peuvent se résumer en disant qu'il faut toujours “avoir de l'air devant soi”. Cela signifie que si
l'on sait que la charge du four doit augmenter, il faut préalablement avoir permis l'introduction d'un
débit d'air suffisant pour faire face à l'accroissement du débit de combustible. Il faut aussi disposer
d'une dépression largement suffisante pour permettre l'admission d'air dans le cas de fours à tirage
naturel. Le débit d'air de combustion doit augmenter avant celui de combustible.

Certaines chaînes de régulation prennent en compte ce “principe de fonctionnement”, si c’est le cas,

suite à ce type d’incident on pourra laisser la boucle de régulation en automatique, dans le cas
contraire on prendra la boucle en manuel et on anticipera la demande de champ.

II - RUPTURE DE TUBE
La rupture de tube est l'incident le plus désarmant, particulièrement sur une unité à haute pression où
la brutalité est telle qu'il ne s'agit que de limiter les dégâts et l'extension de l'incendie. Sur une unité à
basse pression, il est souvent possible d'arrêter normalement l'installation.

1- UNITÉ À HAUTE PRESSION

La fuite de produit du faisceau tubulaire dans la chambre de combustion est rarement de faible
importance, le tube percé se déchirant assez rapidement. L'incendie est immédiat et inévitable.

Il s'agit alors de couper l'alimentation du feu en décomprimant l'unité vers torche ou vide-vite.

Le combustible introduit par la fuite doit brûler. Pour cela laisser des brûleurs allumés, s’assurer qu’ils
sont au minimum combustibles. Ne mettre de la vapeur d'étouffement dans la cellule que lorsque
l'alimentation du feu est coupée et ceci jusqu'au refroidissement du four, isoler le ou les circuits de
combustibles vers le four concerné.

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2- UNITÉ A BASSE PRESSION

La fuite de produit est souvent limitée et se traduit par la formation d'un chalumeau qu'il faut
surveiller : sa flamme tend à s'agrandir avec le temps mais rarement de manière brutale, ses effets
peuvent conduire à l'amplification de l'incident si le chalumeau vient à lécher d'autres tubes.

L'unité doit bien sûr être arrêtée mais selon l'importance de la fuite, l'arrêt peut être normal ou
d'urgence. Dans le cas d’un arrêt normal il faudra éviter si possible les à-coups de pression et les
variations importantes de température.

Pendant toute la phase d'arrêt, le combustible introduit dans la cellule par la fuite, doit être brûlé
sinon il y a formation d'une atmosphère explosive dans le four. Il faut pour cela laisser les brûleurs
allumés, contrôler la baisse de température et des pressions afin de réduire la fuite.

Avant de couper le dernier brûleur il faudra s’assurer qu’il n’y a plus de fuite. En dernier recours utiliser
la vapeur d’étouffement.

Les éléments de prévention des ruptures de tubes relèvent de l'inspection des fours. En opération,
cela se traduit par une vigilance aux points chauds sur les faisceaux (dus au cokage, à des
surchauffes) ou aux déformations de tubes.

3- CAS PARTICULIERS DES FOURS SOUS VIDE

Les fuites peuvent apparaître au cours de l’arrêt du four pendant la montée en pression à l’intérieur du
faisceau, dont être très attentif durant cette phase.

III - DÉSÉQUILIBRE DE LA CHAUFFE

Par déséquilibre de la chauffe il faut entendre dans un four multi-passes une hétérogénéité de chauffage de
chacune d'elles. Cette hétérogénéité peut être due à des chauffages différents (brûleurs alimenté par des
combustibles différents, gazeux ou liquide) ou encore à des débits différents dans chacune des passes.

Le phénomène peut être encore amplifié lorsque des flammes viennent lécher les tubes (mauvais
positionnement de la canne à combustible, ouvreau ou nez de brûleur, ou ensemble de pulvérisation coké ou
endommagé, alimentation en air insuffisante conduisant à une flamme trop longue).

Des tubes trop chauffés ou insuffisamment refroidis subissent des contraintes thermiques conduisant à leur
déformation, le phénomène étant aggravé lorsque la surchauffe se traduit par le dépôt de coke isolant à
l'intérieur des tubes.

Le déséquilibre de chauffe peut être détecté :

- en salle de contrôle par des anomalies de répartition de débit ou de température de

sortie des passes, des indication de température de peau de tube sur la passe
surchauffée

- localement par l'observation de la cellule, l'aspect et forme des différentes flammes et

éventuellement la coloration des tubes (mesure des températures par thermomètre
infrarouge

Les remèdes à apporter consistent en adaptation du chauffage au refroidissement des tubes et inversement.
Cela signifie une adaptation de la répartition des débits dans chaque passe pour assurer des températures en
sortie passes identiques. Veiller à ne pas trop déséquilibrer les passes en débits et température. Appliquer les
consignes spécifiques à l’équipement concerné.

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IV - ARRIVÉE D’UN NUAGE DE GAZ COMBUSTIBLE

1- FOUR À TIRAGE NATUREL

Cas envisagé : four à tirage naturel, combustible fuel gaz, nappe extérieure de gaz en direction du
four, présence de détecteur de gaz à proximité du four, vent défavorable.

Risques :
- étouffement du four (le plus favorable)

- inflammation de la nappe de gaz

- explosion (le plus défavorable) au contact et passage du gaz dan la cellule de radiation.

Cas n°1 : le four est équipé d’aucune sécurité sur l’arrivée d’air, sécurité sur le four gaz
uniquement.

Registre

fermé

Nuage gaz

Air

Fuel gaz
Vapeur
D SEC 1617 A

étouffement

L’alarme de gaz informe le pupitreur :

Conduite à tenir.

- fermer le registre des fumées

- couper et isoler le combustible

- ouvrir la vapeur d’étouffement dans la cellule de radiation (toutes ces manoeuvres seront
effectuées depuis le pupitre de la salle de commande)

- rechercher les origines du nuage de gaz, essayer de les éliminer le plus rapidement
possible

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Cas n°2 : four équipé de rideaux d’eau

Registre

fermé
Vapeur

Nuage gaz

Air

Fuel gaz Rideau

de vapeur

Dans ce cas : ouverture des vannes d’injection d’eau afin de faire un barrage à la nappe de gaz.

- fermer le registre des fumées, sur sa butée

- couper et isoler les combustibles

- mettre la vapeur d’étouffement dans la cellule

- rechercher les origine de la fuite de gaz, essayer de les éliminer le plus rapidement
possible.

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Cas n°3 : four équipé de vanne de fermeture rapide sur l’admission d’air vers le brûleur.

Registre

fermé
Vue de dessus
Vapeur Coupe AA
Registre air
SSV
Cuisson air
Air Air
N°2
A A
Caisson Registre air
N°1 N°3
d'air SSV
SSV SSV
Registre air
FG FG
Air Air

D SEC 1617 C
SSV
Vapeur Vapeur Registre air Air
étouffement d'étouffement

Nuage gaz

En cas d’alarme : les sécurités entraîneront :

- la coupure des combustibles et fermeture des vannes

- fermeture rapide des vannes situées sur l’admission d’air pour éviter toute entrée de gaz

- fermeture du registre des fumées

Four à air pulsé : ventilation d’air + extraction des fumées

Il faut :

- couper les combustibles, isoler sur vannes

- arrêter les ventilateur et extracteur, isoler les registres aspiration et refoulement

- mettre la vapeur d’étouffement dans la cellule de radiation, ou refoulement du ventilateur

d’air, dans la gaine si celle-ci en est équipée

- rechercher les origines de la fuite, les éliminer le plus rapidement possible

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V- AUTRES EXEMPLES D’INCIDENTS

- cokage sévère d’un brûleur sur fuel oil avec feu dans les gaines d’air

- rupture ou desserrage d’un écrou de nez de brûleurs sur FO

- perte de la vapeur de pulvérisation

- décrochage de flamme, extinction d’un ou des brûleurs

- destruction des nez de gaz

- bouchage, figeage des circuits de combustibles : FO, FG; gaz résiduaires

- vibrations des four, origines possibles (1 combustion, 2 hydraulique)

- déplacement des tubes du feisceau : rupture des supports, des fluides ou plaques
tubulaires

- montée en pression du four, bouchage partiel de la convection

- flash important de l’allumage d’un brûleur

- autres cas, …

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