Imagerie thermique pour la détection et la surveillance des flammes d’hydrogène
Visualisez les flammes d’hydrogène « invisibles », améliorez la perception des situations et assurez la sécurité du personnel technique.
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L’hydrogène renouvelable devrait jouer un rôle crucial dans la transition énergétique. Les États membres européens expérimentent déjà avec ce transporteur d’énergie prometteur, et ils testent comment convertir les réseaux de distribution de gaz naturel existants pour apporter de l’hydrogène au consommateur. L’hydrogène est un gaz hautement inflammable. C’est pourquoi le personnel technique travaillant sur ces réseaux de distribution d’hydrogène devra être formé à la sécurité. Ils devront également être équipés des bons outils pour détecter les fuites d’hydrogène et voir les flammes d’hydrogène à temps. L’un de ces outils est la caméra thermique.
L’hydrogène bénéficie d’une attention renouvelée et croissante dans le monde entier. En Europe, par exemple, l’hydrogène est considéré comme une priorité clé pour respecter le Pacte vert pour l’Europe et réussir la transition vers une énergie propre en Europe. Il peut être utilisé comme matière première, carburant ou pour le transport et le stockage d’énergie, et a de nombreuses applications possibles dans les secteurs de l’industrie, des transports et de l’énergie. L’hydrogène est également une alternative intéressante pour chauffer les bâtiments anciens ou historiques, car ceux-ci sont généralement difficiles à isoler, et l’utilisation de pompes à chaleur entièrement électriques n’est alors pas vraiment pratique.
Énergie verte
Bien que l’hydrogène soit considéré comme un transporteur d’énergie propre, il n’est pas toujours produit de manière propre. Il existe plusieurs façons de le créer. L’hydrogène gris est produit à partir de combustibles fossiles (méthane) par le biais d’un processus appelé vaporeformage, entraînant par ailleurs l’émission de dioxyde de carbone (CO2). L’hydrogène bleu repose également sur ce principe, bien que 80 % à 90 % du CO2 émis pendant le processus soit capturé et stocké sous terre. Comme son nom l’indique, l’hydrogène vert est le moyen le plus écologique de produire de l’hydrogène. Cela se fait par électrolyse, ce qui signifie utiliser de l’électricité renouvelable pour diviser l’eau en hydrogène et en oxygène.
C’est là que l’hydrogène devient intéressant, d’un point de vue environnemental et climatique. Lorsqu’il est produit à des moments où les ressources solaires et éoliennes sont disponibles en abondance, l’« hydrogène vert » renouvelable peut répondre aux besoins mondiaux en électricité, en fournissant un stockage à long terme et à grande échelle. Le potentiel de stockage de l’hydrogène est particulièrement bénéfique pour les réseaux électriques, car il permet de conserver les énergies renouvelables non seulement en grandes quantités, mais aussi pendant de longues périodes.
Distribution au consommateur
Avec tout son potentiel d’énergie verte, il reste à savoir comment l’hydrogène, une fois produit, peut être efficacement livré au consommateur ou au point d’utilisation en grandes quantités. Jusqu’à présent, le marché a été découragé par les dépenses importantes associées à la mise en place d’un pipeline d’hydrogène dédié ou d’une infrastructure de livraison.
Une autre option qui a suscité plus d’attention ces dernières années est la conversion du réseau de distribution de gaz naturel existant pour le passage de l’hydrogène. Évidemment, l’hydrogène et le gaz naturel ont des caractéristiques différentes, par exemple en termes d’inflammabilité, de densité et de facilité de dispersion, mais avec l’infrastructure pour le gaz naturel déjà en place, une conversion pour la distribution d’hydrogène pourrait être intéressante sur le plan économique.
Plusieurs projets de démonstration et démonstrations de faisabilité en Europe ont déjà démontré qu’avec quelques ajustements, l’hydrogène peut être injecté dans les pipelines de gaz naturel existants et livré à une large plage d’applications finales.
•En 2020, un projet pilote sur l’hydrogène est devenu opérationnel au Royaume-Uni. La démonstration HyDeploy a montré qu’il était possible de mélanger jusqu’à 20 % d’hydrogène avec une alimentation normale en gaz dans le réseau de gaz privé de l’Université de Keele, qui dessert 17 bâtiments universitaires et 100 propriétés domestiques.
•Également au Royaume-Uni, le rapport H21 Leeds City Gate, une étude de faisabilité, a confirmé que la conversion du réseau de gaz britannique en un réseau d’hydrogène à 100 % était techniquement possible et pouvait être livrée à un coût réaliste.
•Un autre projet pilote a commencé en 2022, dans le district Berkeloord de Lochem (au Pays-Bas). Douze maisons y sont chauffées à l’hydrogène transporté par le réseau de gaz naturel existant.
•À Hoogeveen, aux Pays-Bas, le développement du premier district à hydrogène au monde est prévu pour 2023.
Ces projets doivent prouver que l’hydrogène est une alternative sûre, confortable et abordable au gaz naturel. Au moment de la rédaction, de nombreux autres projets pilotes et projets de démonstration sont en cours de développement, ce qui montre l’intérêt croissant pour le développement des réseaux de distribution d’hydrogène.
Propriétés de l’hydrogène
L’hydrogène (H) est une substance gazeuse qui est le membre le plussimple de la famille des éléments chimiques. Dans des conditions ordinaires, l’hydrogène gazeux est une agrégation libre de molécules d’hydrogène, chacune composée d’une paire d’atomes, une molécule diatomique, H2.
• Disponibilité : l’hydrogène est l’élément le plus abondant de l’univers, mais ne représente qu’environ 0,14 % de la croûte terrestre en poids.
• Diffusivité : le plus grand avantage de l’hydrogène, en termes de sécurité, est sa diffusion beaucoup plus rapide dans l’air que les autres combustibles gazeux, ce qui rend son accumulation moins probable.
• Toxicité : incolore, inodore, sans goût et non toxique
• Inflammabilité : l’hydrogène est un gaz hautement inflammable. Ses larges limites d’inflammabilité et sa faible énergie d’inflammation augmentent les risques.
• Visibilité : Contrairement aux feux de méthane et d’essence, l’hydrogène brûle avec une flamme presque invisible à la lumière du jour. Cependant, les contaminants présents dans l’air peuvent créer une certaine visibilité.
Tuyauteries et torchage
Maintenant que nous savons que l’infrastructure existante peut être utilisée, comment les pipelines de distribution de gaz existants peuvent-ils être mis hors service en toute sécurité en tant que pipelines de gaz naturel et (simultanément) mis en service en tant que pipelines d’hydrogène pendant la conversion en réseau d’hydrogène ?
D’un point de vue pratique, les tuyaux de distribution devront être purgés. Le gaz naturel devra être évacué pour que l’hydrogène puisse être alimenté. Des recherches ont montré que l’hydrogène peut être utilisé pour déplacer le gaz naturel des pipelines de gaz naturel existants, et qu’un pipeline de distribution de gaz naturel peut immédiatement être remis en service en tant que pipeline de distribution d’hydrogène après le déplacement du gaz naturel.
Une configuration de test avec des torchères de gaz naturel et d’hydrogène : avec une caméra visuelle, les torchères d’hydrogène sont invisibles ou à peine visibles. Cependant, une caméra thermique peut les visualiser en fonction du rayonnement thermique émis par les torchères d’hydrogène.
Une technique fréquemment utilisée lors de la purge des tuyaux est le torchage. Il s’agit d’une mesure de sécurité souvent utilisée dans les environnements industriels où l’hydrogène est utilisé. Le processus consiste à brûler l’excès d’hydrogène de manière contrôlée. Le torchage de l’hydrogène est généralement effectué pendant la maintenance, la détection des fuites ou d’autres situations où il y a un excès d’hydrogène qui ne peut pas être stocké en toute sécurité ou éliminé de manière contrôlée.
Bien que l’hydrogène ne soit pas toxique, il existe des dangers spécifiques associés à l’utilisation d’hydrogène gazeux et son torchage comporte certains risques. Comme beaucoup d’autres gaz, l’hydrogène est hautement inflammable et peut s’enflammer rapidement en présence d’oxygène. Les agents de maintenance doivent donc porter des vêtements de protection résistant à la chaleur et être conscients des conditions de température pour éviter les brûlures. Les agents de maintenance doivent également utiliser des outils intrinsèquement sûrs pour éviter les accidents liés aux décharges d’étincelles.
Méthodes conventionnelles de détection des flammes d’hydrogène
Pour travailler en toute sécurité avec l’hydrogène, le personnel technique doit être formé et utiliser les outils appropriés. L’une des difficultés lors de l’utilisation d’hydrogène pendant les activités de torchage est que la flamme d’hydrogène n’est pas toujours visible. L’hydrogène est également très léger et, comme le torchage est effectué en plein air, les travailleurs techniques doivent toujours être à l’affût des mouvements de flamme inattendus dus aux rafales de vent.
Pour assurer la sécurité, le personnel technique a besoin d’une meilleure vue de la flamme pendant les travaux de torchage. Certaines des technologies les plus fréquemment utilisées pour surveiller les torchères d’hydrogène sont les thermocouples, les capteurs de rayons ultraviolets (UV) et infrarouges (IR). Parfois, certains contaminants comme l’eau ou la poussière sont ajoutés à l’hydrogène, ce qui rend la flamme plus visible.
Imagerie thermique pour la détection des flammes d’hydrogène
Bien que toutes les technologies mentionnées ci-dessus soient précieuses pour détecter l’hydrogène rapidement et avec précision, il leur manque une caractéristique essentielle : elles ne permettent pas de voir réellement une flamme d’hydrogène. C’est pourquoi les caméras thermiques sont l’outil complémentaire idéal. Bien que les flammes d’hydrogène soient invisibles à la lumière du jour, elles émettent des rayonnements thermiques. Les caméras thermiques peuvent détecter ces changements de température, ce qui permet au personnel technique de visualiser le mouvement exact des flammes et de s’approcher en toute sécurité d’une flamme d’hydrogène.
Les caméras thermiques sont un outil indispensable pour toute personne travaillant sur des pipelines d’hydrogène ou surveillant les torchères d’hydrogène. Voici pourquoi :
• Meilleure perception des situations : Les caméras thermiques fournissent une représentation visuelle de l’ensemble de la scène, y compris lors de l’installation de la torchère d’hydrogène. Cela permet une meilleure perception des situations, ce qui peut être particulièrement utile dans les environnements industriels où plusieurs processus sont en cours.
• Amélioration de la sécurité du personnel : Les caméras thermiques permettent au personnel technique de surveiller les flammes à une distance sûre. Elles n’ont pas besoin d’approcher la flamme de près, et les capteurs de détection à l’intérieur d’une caméra thermique n’ont pas besoin d’entrer en contact physique avec la flamme.
• Utilisations multiples : Les caméras thermiques ont une large gamme d’applications, au-delà de la détection des flammes. Elles peuvent être utilisées pour les inspections électriques, les inspections mécaniques, etc. Cette polyvalence en fait un outil très économique pour une gamme de tâches de maintenance et de sécurité.
• Voir les différences de température : Les caméras thermiques permettent aux agents de maintenance de visualiser les différences de température subtiles. Cela leur permet de non seulement détecter les flammes, mais aussi les points chauds, les problèmes de surchauffe et d’autres problèmes potentiels liés à des dysfonctionnements potentiels de l’équipement.
• Moins de fausses alertes : Contrairement aux détecteurs de flammes dans certains environnements, les caméras thermiques sont moins sujettes aux fausses alertes causées par des sources sans flamme telles que la lumière du soleil, les arcs de soudage ou les surfaces chaudes.
Solutions portables de détection d’hydrogène de FLIR
Les caméras thermiques et acoustiques de FLIR aident les professionnels de la maintenance technique à travailler en toute sécurité dans des environnements avec de l’hydrogène. Les caméras FLIR fournissent aux utilisateurs des images thermiques riches en détails dans une variété de palettes de couleurs thermiques, ce qui leur permet de mieux percevoir et de comprendre les situations.
Voici quelques-unes des caméras les mieux adaptées pour la surveillance des flammes d’hydrogène :
Série FLIR ONE® Edge Caméras thermiques avec Connectivité sans fil
FLIR Cx5 Caméra thermique adaptée aux zones dangereuses
FLIR série K TIC hautes performances pour la lutte contre les incendies
Série FLIR Cx Caméras thermiques compactes
Série FLIR Ex-Pro Caméras infrarouges avec Ignite™ Cloud
De plus, la technologie suivante permet aux inspecteurs de détecter les fuites de gaz, soit en visualisant un gaz traceur ajouté (CO2), soit en visualisant le son d’une fuite.
FLIR G343 Caméra d’imagerie optique des gaz (OGI) pour le CO2
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