Garantir la sécurité en toutes circonstances – en contrôlant les pics de pression

Keller AG: Les coups de bélier sont inévitables dans les conduites remplies de liquides ou de gaz. Cependant, on peut éviter qu’ils ne provoquent des avaries. Le manomètre LEO 5 permet de détecter les pics de pression suffisamment tôt et de prendre les mesures nécessaires pour prévenir tout risque d’avarie.

Les coups de bélier ont toujours existé dans les canalisations rempli es de liquides. L’architecte romain Vitruve déplorait déjàce phénomène au Ier siècle av. J.-C. Il arrivait que des coups de bélier se produisent violemment dans les canalisations en plomb et en pierre du système romain d’alimentation en eau et les réduisent en miettes. Pour remédier à ce problème, Vitruve conseillait d’introduire lentement de petites quantités d’eau et de renforcer les coudes ou les cintrages de la canalisation avec des ligatures de chanvres ou un ballast en sable.

De nos jours, les conséquences de ces coups de bélier sont encore plus destructrices étant donné les capacités accrues des canalisations. Ainsi, le samedi 4 juillet 2009, quatorze usines de distribution d’eau de toute la zone urbaine de Hambourg sont tombées en panne à la suite d’une coupure d’électricité. Cet arrêt brutal des pompes dans les différentes usines de distribution a provoqué un coup de bélier qui s’est répandu comme une onde de choc dans tout le réseau d’alimentation en eau et a sollicité les canalisations jusqu’à leur limite d’élasticité. Lorsque le courant est revenu et que les usines de distribution ont lentement recommencé à fonctionner, la montée en pression a détruit les canalisations qui avaient été endommagées auparavant. Plus de 100 000 habitants de Hambourg se sont retrouvés sans eau pendant de nombreuses heures.

Lourdes avaries causées par des coups de bélier

Les installations des entreprises n’ont certes pas les mêmes dimensions que celles des usines de distribution de Hambourg, mais les conséquences de ces phénomènes peuvent y être tout aussi graves: les canalisations peuvent éclater, les supports et équipements des installations être endommagés, et les différentes armatures, pompes et fondations être également touchées. Il en résulte de coûteuses réparations, des machines à l’arrêt et donc des pertes de production. D’autres dommages ne sont pas toujours immédiatement visibles et représentent donc des risques «dormants». C’est pourquoi, ces systèmes sont équipés d’anti-béliers et de capteurs. Cependant, ces équipements ne permettent pas de détecter et de mesurer des pics de pression extrêmes.

Les coups de bélier sont dus à la forte augmentation de la pression qui résulte de l’influence de l’inertie sur les liquides qui traversent les canalisations. Cette montée en pression est alors particulièrement puissante car l’eau est quasiment incompressible. Son effet est semblable à
 celui d’un objet solide s’écrasant violemment contre un mur. Qu’ils se produisent dans des canalisations remplies de liquides ou dans des conduites transportant du gaz, les coups de bélier sont généralement inévitables car il est impossible de fermer une vanne de façon extrêmement lente. On ne peut donc qu’atténuer les effets néfastes de ces coups de bélier en installant des anti- béliers dans les systèmes de canalisations.  

Les pics de pression: un facteur de risque incalculable

Cependant, les anti-béliers ne suffisent pas à protéger les canalisations contre les risques d’avaries. Leurs soupapes de décharge se déclenchent rapidement lorsqu’une certaine limite de pression est dépassée, mais sont trop lentes pour les pics de surpression qui peuvent se produire en l’espace de quelques millisecondes. C’est pourquoi, il est conseillé d’installer un manomètre spécial (p. ex. LEO 5 de KELLER) dans le système afin de surveiller l’évolution de sa pression. Celle-ci est mesurée jusqu’à 5000 fois par seconde et détecte ainsi toutes les pressions extrêmes avec une grande résolution temporelle. Cette évaluation, qui indique précisément l’évolution de la pression en jours, heures, minutes et secondes, permet ainsi de déterminer aisément les causes des pics de pression. Dans un cas où des pics de pression se produisaient dans un système d’alimentation en eau douce, on a ainsi pu déterminer qu’ils avaient été provoqués par une intervention des pompiers (voir le graphique «Mesure de pics de pression»).

Issu de la toute nouvelle génération de manomètres, le LEO 5 est composé d’un capteur précis, d’un convertisseur de signal rapide et à haute résolution, d’une fonction de mesure des pics de pression et d’un support d’enregistrement avec horodatage. Son boîtier robuste en acier inoxydable est muni d’une vitre frontale en verre de sécurité dont l’affichage avec rétro-éclairage et des caractères de 16 mm de haut garantit une parfaite lisibilité, quelles que soient les conditions de luminosité.  Il dispose également de touches capacitives qui facilitent la navigation dans les paramètres et les valeurs de mesure.

Une protection efficace contre les avaries grâce à une surveillance en continu

En mode d’analyse spécial des pics de pression (mode Peak), la fréquence d’échantillonnage de l’appareil est de 5 kHz et la résolution du convertisseur analogique/numérique de 16 bits. En mode d’exploitation normale et avec une surveillance précise des valeurs limites, les pressions sont mesurées et affichées deux fois par seconde grâce à un convertisseur de 20 bits. Le plus court intervalle d’enregistrement paramétrable est d’une seconde. La mémoire du manomètre KELLER permet de stocker plus de 50 000 pics de pression, températures et valeurs d’horodatage comprises. L’appareil peut être relié à un ordinateur via l’interface USB. En outre, il peut être paramétré grâce au logiciel gratuit «Logger 5» qui permet également d’extraire les données enregistrées. Ensuite, ces données peuvent être représentées graphiquement, puis évaluées et traitées.

La série LEO 5 couvre sept étendues de mesure standard allant de 3 à 1000 bars. Pour toute température comprise entre 0 et 50 °C, la bande d’erreur totale sur la mesure de pression ne dépasse pas 0,1 %EM. En cas de mesures spécifiques réalisées dans des conditions de température stables, le manomètre atteint une précision de ± 0,01 %EM qui sert de valeur de référence pour la surveillance des installations.

Le LEO 5 peut être équipé en option d’une interface Bluetooth qui permet de réaliser des mesures dans des endroits difficiles d’accès ou sur des équipements mobiles. Le paramétrage et le transfert des données s’effectuent via une interface USB ou Bluetooth sur lesquelles il est possible d’installer une version progicielle correspondant aux besoins spécifiques du client.

Une technique de mesure flexible et sûre

Le LEO 5 présente un indice de protection élevé (IP66) alors qu’en général, les installations industrielles ne sont équipées que de matérial à l’indice IP54. Les valeurs de mesure affichées en temps réel et les données enregistrées (pression, pics de pression, température, durée de mesure) peuvent être extraites de la mémoire de l’appareil via l’interface. Un port USB permet de recharger la batterie intégrée à l’appareil, de sorte que le manomètre peut fonctionner de manière autonome. En mode d’exploitation normale, l’autonomie de la batterie est d’env. un mois et en mode Peak, il est d’env. deux semaines.

A l’ère de l’industrie 4.0 et de l’Internet des objets (IoT), l’exploitation et le contrôle à distance sont importants. Pour ces applications, Keller a conçu une version avancée qui est équipée d’un module radio LoRa intégré permettant une communication bidirectionnelle sécurisée. Grâce à la conception modulaire de son électronique et à son interface série, le système peut être facilement adapté aux besoins du client, et en particulier aux mesures qu’il souhaite réaliser.

Tous les manomètres peuvent être ajustés à tout étalon de pression via le réglage du zéro et de la valeur du gain au moyen d’un logiciel de calibration. L’appareil peut également être adapté aux besoins du client avec des filetages spéciaux, la sélection de certaines plages de températures/étendues de mesures et la personnalisation du boîtier ou du progiciel, ce qui facilite l’intégration à chaque installation.

Renforcement de la sécurité et réduction des coûts

Les canalisations remplies de gaz ou de liquides occupent un rôle central au sein de l’industrie. Qu’il s’agisse du transport et du remplissage de fluides, de l’utilisation d’air comprimé et de fluides hydrauliques ou tout simplement de l’alimentation en eau d’une entreprise, personne n’est à l’abri de variations de pression dynamique dues aux brusques changements de débits qui se produisent au quotidien.

C’est dans ces circonstances que le LEO 5 contribue à la sécurisation des installations et à la réduction des coûts d’exploitation. Il n’est alors plus nécessaire de réaliser des essais approfondis (quand les systèmes classiques ne parviennent pas à déterminer les causes des coups de bélier), d’arrêter les machines (pertes de production) et de réparer les installations endommagées, ce qui peut représenter une économie importante selon le secteur d’activité. A l’inverse, il devient possible de réaliser une maintenance prévisionnelle dans la mesure où l’évolution de la pression ou les pics de pression enregistrés permettent de déterminer si une installation risque d’être endommagée. C’est pourquoi, le coût du LEO 5 est rapidement amorti, quel que soit le cadre d’utilisation.