Explication des Bouchons Fusibles

Qu'est-ce qu'un bouchon fusible ?

Les bouchons fusibles sont un type de dispositif de sécurité utilisé dans les systèmes d'air comprimé, les têtes de puits et les systèmes à vapeur. Ils constituent une dernière ligne de défense et sont souvent employés pour prévenir des défaillances catastrophiques, telles que des explosions. Tandis que les soupapes de sécurité protègent les machines contre la surtension, les bouchons fusibles protègent contre la surchauffe.

Bouchon Fusible

Bouchon Fusible

Les bouchons fusibles sont largement utilisés dans de nombreuses industries en raison de leur conception simple, de leur efficacité et de leur contribution à la sécurité. Ils sont couramment installés dans les systèmes d'air comprimé et les chaudières à charbon; les chaudières utilisant du fioul léger (LFO) ou du gaz ne sont pas systématiquement équipées de bouchons fusibles.

Matériaux des Bouchons Fusibles

Les bouchons fusibles contiennent un alliage fusible logé dans un corps de bouchon fileté en laiton, bronze ou métal de canon. Le matériau de l'alliage fusible est choisi pour son point de fusion prédéterminé, inférieur à celui du matériau du corps du bouchon. Un alliage fusible courant est l'étain, qui fond à 232°C (450°F).

Corps et Alliage du Bouchon Fusible

Corps et Alliage du Bouchon Fusible

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Comment fonctionnent les bouchons fusibles

L'alliage fusible à l'intérieur d'un bouchon fusible est conçu pour fondre à une température inférieure à celle du corps du bouchon environnant. Si le bouchon est exposé à des températures élevées, l'alliage fusible fondra et un canal droit ou conique sera formé dans le sens de la longueur à travers le corps du bouchon. Le canal ouvert permet à la pression du système de s'échapper directement vers un emplacement prédéterminé. Pour les systèmes d'air comprimé, cet emplacement est généralement l'espace entourant le bouchon. Pour les chaudières, il est plus probable que ce soit le foyer ou la boîte à feu. Le corps du bouchon fusible est souvent façonné de manière à créer un bruit de sifflement lorsque la pression du système s'échappe, ce qui sert d'alarme sonore locale pour les opérateurs du système.  

La vidéo ci-dessous est un extrait de notre cours vidéo en ligne sur l'ingénierie mécanique et électrique.

 

Quel est le but d'un bouchon fusible ?

Systèmes d'air comprimé

Les installations d'air comprimé présentent un risque important si elles sont exposées au feu, car l'air à l'intérieur du système se réchauffe et la pression augmente jusqu'à ce qu'elle devienne trop élevée pour être contenue. Si cela se produit, la pression pourrait être libérée de manière catastrophique. Un autre danger est que la vapeur d'huile à l'intérieur du compresseur d'air pourrait s'enflammer en raison des températures élevées ; ce mode de défaillance pourrait également être catastrophique.

Systèmes à vapeur (chaudières à vapeur)

Les bouchons fusibles sont installés dans les chaudières pour réduire le risque d'explosion due à un tirage à faible niveau d'eau. Un scénario de faible niveau d'eau entraînerait une surchauffe des surfaces de transfert de chaleur et des dommages à la chaudière (avec des conséquences potentiellement catastrophiques).

Les bouchons fusibles des chaudières sont classés comme actionnés par la vapeur ou actionnés par le feu, et peuvent être installés sur les chaudières à tubes de fumée et les chaudières à tubes d'eau. Il est également possible de classer les bouchons fusibles des chaudières comme étant des bouchons côté feu ou côté eau. Les bouchons côté feu sont vissés du côté feu au côté eau. Les bouchons côté eau sont vissés du côté eau au côté feu.

Bouchon Fusible Côté Feu

Bouchon Fusible Côté Feu

Les bouchons fusibles des chaudières évacuent généralement la vapeur vers la boîte à feu, ce qui éteint la flamme de la chaudière et réduit ainsi la température et la pression du système à vapeur.

 

Où installer un bouchon fusible

Systèmes d'air comprimé

Pour les systèmes d'air comprimé, les bouchons fusibles peuvent être installés n'importe où dans le système, mais ils sont généralement placés directement après le(s) compresseur(s) d'air et sur les réservoirs de stockage d'air comprimé (réservoirs sous pression non chauffés).

Emplacement du Bouchon Fusible du Réservoir d'Air Comprimé

Emplacement du Bouchon Fusible du Réservoir d'Air Comprimé

Systèmes à vapeur

Les bouchons fusibles des chaudières à tubes de fumée sont installés 1 à 2 pouces au-dessus de la rangée de tubes la plus haute. Les emplacements typiques pour les bouchons fusibles incluent la tôle de couronne (haut de la chambre de combustion), la tôle arrière (chaudière marine Scotch) et la tôle avant (chaudière à foyer). L'emplacement choisi dépend de la conception de la chaudière.  

Emplacement du Bouchon Fusible de la Chaudière à Tubes de Fumée  

Emplacement du Bouchon Fusible de la Chaudière à Tubes de Fumée

 

Entretien des Bouchons Fusibles

Systèmes d'air comprimé

Les systèmes d'air comprimé sont normalement maintenus dans un état propre. Un certain transfert d'huile peut se produire à partir des compresseurs, mais cela peut être évité en utilisant des compresseurs sans huile ou des filtres. Un transfert d'humidité peut également se produire, mais des séchants (généralement de type dessicatif ou réfrigération) sont utilisés pour éliminer l'humidité.

À condition que l'huile et l'humidité soient éliminées, le système d'air comprimé restera propre et le bouchon fusible restera en bon état, c'est-à-dire non recouvert d'un film d'huile ou corrodé par l'eau. Malgré cela, un changement périodique du bouchon est nécessaire dans le cadre d'une stratégie de maintenance préventive (et parfois pour satisfaire aux exigences législatives).

Systèmes à vapeur

Plusieurs facteurs peuvent influencer le fonctionnement d'un bouchon fusible de chaudière, ceux-ci sont liés au fait que le bouchon soit isolé et ne fonctionne pas correctement en conséquence. L'isolation du bouchon fusible est un problème qui peut se produire du côté de l'eau, du côté du feu, ou des deux côtés du bouchon.

Du côté eau, les solides dissous peuvent se solidifier sur les surfaces de transfert de chaleur et former une barrière isolante; cette barrière isolante est connue sous le nom de calcaire. La barrière isolante réduit le taux de transfert de chaleur des surfaces de transfert de chaleur (principalement les tubes de la chaudière), ce qui entraîne une réduction de l'efficacité de la chaudière et une surchauffe locale. L'accumulation de calcaire sur le bouchon fusible peut empêcher le bouchon fusible de fonctionner comme prévu car le transfert de chaleur a été inhibé.

Calcaire sur Bouchon Fusible

Calcaire sur Bouchon Fusible

Du côté feu, la suie de la combustion peut s'accumuler sur la surface du bouchon fusible et former une barrière isolante. Si cela se produit, le bouchon fusible peut ne pas fonctionner comme prévu. La suie doit être retirée des surfaces de chauffage lors de la maintenance.

Suie sur Bouchon Fusible

Suie sur Bouchon Fusible

Avec le temps, les propriétés de l'étain (l'alliage fusible) se dégradent. Pour cette raison, le remplacement annuel des bouchons fusibles est souvent conseillé. Le Code ASME des chaudières et récipients sous pression conseille le remplacement annuel des bouchons fusibles sur toutes les chaudières à charbon.

 

Ressources supplémentaires

https://en.wikipedia.org/wiki/Fusible_plug

https://sciencestruck.com/fusible-plug

http://www.thermodyneboilers.com/need-fusible-plug/