Gas cylinders -- Gases and gas mixtures -- Determination of fire potential and oxidizing ability for the selection of cylinder valve outlets

ISO 10156:2017 specifies methods for determining whether or not a gas or gas mixture is flammable in air and whether a gas or gas mixture is more or less oxidizing than air under atmospheric conditions. ISO 10156:2017 is intended to be used for the classification of gases and gas mixtures including the selection of gas cylinder valve outlets. ISO 10156:2017 does not cover the safe preparation of these mixtures under pressure and at temperatures other than ambient.

Bouteilles à gaz -- Gaz et mélanges de gaz -- Détermination du potentiel d'inflammabilité et d'oxydation pour le choix des raccords de sortie de robinets

L'ISO 10156:2017 spécifie des méthodes servant ŕ déterminer si un gaz ou un mélange de gaz est ou non inflammable dans l'air et si un gaz ou un mélange de gaz est plus ou moins oxydant que l'air, dans les conditions atmosphériques. L'ISO 10156:2017 est destiné ŕ ętre utilisé pour la classification des gaz et des mélanges de gaz, y compris pour le choix des raccords de sortie de robinets de bouteilles ŕ gaz. L'ISO 10156:2017 ne traite pas de la préparation en toute sécurité de ces mélanges ŕ une pression et ŕ des températures autres que les conditions ambiantes.

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Published
Publication Date
20-Jul-2017
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
06-Apr-2017
Completion Date
21-Jul-2017
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 10156
Fourth edition
2017-07
Gas cylinders — Gases and gas
mixtures — Determination of fire
potential and oxidizing ability for the
selection of cylinder valve outlets
Bouteilles à gaz — Gaz et mélanges de gaz — Détermination du
potentiel d’inflammabilité et d’oxydation pour le choix des raccords de
sortie de robinets
Reference number
ISO 10156:2017(E)
ISO 2017
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ISO 10156:2017(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2017, Published in Switzerland

All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized otherwise in any form

or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on the internet or an intranet, without prior

written permission. Permission can be requested from either ISO at the address below or ISO’s member body in the country of

the requester.
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ISO 10156:2017(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms, definitions, symbols and units ........................................................................................................................................... 1

4 Flammability of gases and gas mixtures in air ...................................................................................................................... 3

4.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 3

4.2 Test method ............................................................................................................................................................................................... 3

4.2.1 Key points concerning safety ................................................................................................................................ 3

4.2.2 Principle .................................................................................................................................................................................. 4

4.2.3 Test apparatus and materials ................................................................................................................................ 4

4.2.4 Procedure for determination of flammability ........................................................................................ 5

4.2.5 Procedure for determination of flammability limits .................. ....................................................... 5

4.2.6 Results for pure gases ........................................................................................................................................... ....... 5

4.3 Calculation method for flammability of gas mixtures containing n flammable gases

and p inert gases .................................................................................................................................................................................... 8

4.4 Examples ...................................................................................................................................................................................................11

4.5 Calculation method for lower flammability limit of gas mixtures ...........................................................12

4.5.1 General...................................................................................................................................................................................12

4.5.2 Mixtures of flammable gases and mixtures of flammable gases with

nitrogen and/or air .....................................................................................................................................................13

4.5.3 Mixtures of flammable gases with inert gases other than nitrogen and air ..............13

4.6 Examples ...................................................................................................................................................................................................13

4.7 Classification according to the Globally Harmonized System (GHS) .....................................................15

5 Oxidizing power of gases and gas mixtures ...........................................................................................................................15

5.1 General ........................................................................................................................................................................................................15

5.2 Test method ............................................................................................................................................................................................15

5.2.1 Key points concerning safety .............................................................................................................................15

5.2.2 Principle ...............................................................................................................................................................................15

5.2.3 Test apparatus .................................................................................................................................................................16

5.2.4 Procedure ............................................................................................................................................................................19

5.2.5 Results ....................................................................................................................................................................................19

5.3 Calculation method ..........................................................................................................................................................................19

5.3.1 Principle ...............................................................................................................................................................................19

5.3.2 C coefficients ...................................................................................................................................................................20

6 Mixtures containing oxygen and flammable gases ........................................................................................................21

6.1 General ........................................................................................................................................................................................................21

6.2 Basis of flammability classification ....................................................................................................................................22

6.3 Examples ...................................................................................................................................................................................................24

Annex A (informative) Classification according to the Globally Harmonized System (GHS) ..................26

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................27

© ISO 2017 – All rights reserved iii
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ISO 10156:2017(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO’s adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following

URL: w w w . i s o .org/ iso/ foreword .html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 58, Gas cylinders, Subcommittee SC 2,

Cylinder fittings.

This fourth edition cancels and replaces the third edition (ISO 10156:2010), which has been technically

revised. It also incorporates ISO 10156:2010/Cor 1:2010.
The main changes compared to the previous edition are as follows:
— 4.1, 4.2.5 and 4.4 have been technically revised;
— 4.5 and 4.6 have been added.
iv © ISO 2017 – All rights reserved
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ISO 10156:2017(E)
Introduction

ISO 5145 specifies the dimensions of different cylinder valve outlets for different compatible gas groups.

These compatible gas groups are determined according to practical criteria defined in ISO 14456.

These criteria are based on certain physical, chemical, toxic and corrosive properties of the gases. In

particular, the flammability in air and the oxidizing ability are considered in this document.

One of the potential complications that prompted the development of this document is that while there

are abundant data in the literature relating to pure gases, differences can be found, depending upon the

test methods employed. In the case of gas mixtures, data in the literature are often incomplete or even

non-existent.

The initial aim of this document was to eliminate the ambiguities in the case of differences in the

literature, and above all, to supplement existing data (mainly in the case of gas mixtures).

Subsequently, this document was used for other purposes than the selection of cylinder valve outlets,

such as establishing flammability and oxidizing potential data for the classification and labelling of

gases and gas mixtures.

This document is intended to be used under a variety of national regulatory regimes, but has been

[9]

written so that it is suitable for the application of the UN Model Regulations and the UN-GHS .

© ISO 2017 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 10156:2017(E)
Gas cylinders — Gases and gas mixtures — Determination
of fire potential and oxidizing ability for the selection of
cylinder valve outlets
1 Scope

This document specifies methods for determining whether or not a gas or gas mixture is flammable in

air and whether a gas or gas mixture is more or less oxidizing than air under atmospheric conditions.

This document is intended to be used for the classification of gases and gas mixtures including the

selection of gas cylinder valve outlets.

This document does not cover the safe preparation of these mixtures under pressure and at

temperatures other than ambient.
2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms, definitions, symbols and units
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
— ISO Online browsing platform: available at http:// www .iso .org/ obp
3.1.1
gas or gas mixture flammable in air

gas or gas mixture that is ignitable in air at atmospheric pressure and a temperature of 20 °C

3.1.2
lower flammability limit in air

minimum content of a gas or gas mixture in a homogeneous mixture with air at which a flame just

starts to propagate

Note 1 to entry: The lower flammability limit is determined at atmospheric conditions.

Note 2 to entry: The term “flammability limit”, as used in this document, is sometimes called “explosion limit”.

3.1.3
upper flammability limit in air

maximum content of a gas or gas mixture in a homogeneous mixture with air at which a flame just

starts to propagate

Note 1 to entry: The upper flammability limit is determined at atmospheric conditions.

Note 2 to entry: The term “flammability limit”, as used in this document, is sometimes called “explosion limit”.

© ISO 2017 – All rights reserved 1
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ISO 10156:2017(E)
3.1.4
flammability range
range of concentration between the lower and upper flammability limits

Note 1 to entry: The term “flammability range”, as used in this document, is sometimes also called “explosion range”.

3.1.5
gas or gas mixture more oxidizing than air

gas or gas mixture that is able, at atmospheric pressure, to support the combustion more than a

reference mixture consisting of 23,5 % oxygen in nitrogen
3.1.6
oxidizing power

dimensionless number that compares the oxidizing capability of a gas or gas mixture to that of oxygen

Note 1 to entry: OP is calculated as the sum of the products of the mole fraction(s) of each oxidizing component

times its coefficient of oxygen equivalency, C .
3.1.7
atmospheric conditions
standard pressure of 101,3 kPa at 20 °C
3.2 Symbols
A molar fraction of the i flammable gas in a gas mixture, in %
B molar fraction of the k inert gas in a gas mixture, in %
C coefficient of oxygen equivalency
F i flammable gas in a gas mixture
I k inert gas in a gas mixture
n number of flammable gases in a gas mixture
p number of inert gases in a gas mixture
K coefficient of equivalency of an inert gas relative to nitrogen (see Table 1)
equivalent content of a flammable gas
L lower flammability limit in air of a flammable gas

T maximum content of flammable gas which, when mixed with nitrogen, is not flammable in

air, in %
x molar fraction of the oxidizing component, in %
He helium
Ar argon
Ne neon
Kr krypton
Xe xenon
N nitrogen
2 © ISO 2017 – All rights reserved
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ISO 10156:2017(E)
H hydrogen
O oxygen
CO carbon dioxide
SO sulfur dioxide
N O nitrous oxide
SF sulfur hexafluoride
CF carbon tetrafluoride
C F octafluoropropane
3 8
C HF pentafluoroethane
2 5
CH methane
3.3 Units

For the purposes of this document, all gas percentages (%) are given as molar fractions (mol. %) which

are equivalent to volume fractions (vol. %) under normal atmospheric conditions.
4 Flammability of gases and gas mixtures in air
4.1 General

4.2 and 4.3 give a test method and a calculation method for determining whether a gas or gas mixture is

flammable in air. This is used to determine a valve outlet for transportation or GHS classification.

The test method (given in 4.2) may be used in all cases but shall be used when T (or L ) values are not

ci i
available.

The calculation method (given in 4.3) may only be used if reliable T (or L ) values are available.

ci i

4.5 gives a calculation method to determine the lower flammability limit of the flammable mixture

determined in 4.3 and may be used for the GHS flammable gas categories.

In cases where the test result is different from that obtained by calculation, the test result shall take

precedence.

The non-flammable mixtures defined by UN number shall overrule any classification done by

calculation.
4.2 Test method
4.2.1 Key points concerning safety

Tests shall be carried out by trained and competent personnel working in accordance with authorized

procedures (see also 4.2.4). The reaction tube and flowmeter shall be adequately screened to protect

personnel in the event of an explosion. Personnel shall wear personal protective equipment including

safety glasses. During the ignition sequence, the reaction tube shall be open to the atmosphere and

isolated from the gas supply. Care shall also be taken during the analysis of the test gas or mixture.

© ISO 2017 – All rights reserved 3
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ISO 10156:2017(E)
4.2.2 Principle

The gas or gas mixture is mixed in the desired proportions with air. In the quiescent test mixture, an

ignition is initiated using an electric spark and it is observed whether or not a flame propagates through

the reaction tube.
4.2.3 Test apparatus and materials
4.2.3.1 General
The apparatus (see Figure 1) includes:
— a mixer;
— a tube in which the reaction takes place;
— an ignition system;
— a system of analysis to determine the test gas composition.

NOTE Alternative equivalent apparatus can be used, as described in standard test methods for the

determination of flammability limits, e.g. EN 1839 and ASTM E681.
4.2.3.2 Preparation
4.2.3.2.1 Test gas

The test gas shall be prepared to represent the most flammable composition that can occur in the

normal course of production. The criteria to be used in establishing the composition of the test gas

are manufacturing tolerances, i.e. the test gas shall contain the highest concentration of flammable

gases encountered in the normal manufacturing process and the moisture content shall be less than or

equal to 0,01 %. The test gas shall be thoroughly mixed and carefully analysed to determine the exact

composition.
4.2.3.2.2 Compressed air

The compressed air shall be analysed and the moisture content shall be less than or equal to 0,01 %.

4.2.3.2.3 Test gas/air mixture

The compressed air and the gas to be tested are mixed in a blender, controlling the flowrates. The air-

flammable gas mixture shall be analysed using a chromatograph or a simple oxygen analyser and a

flammable gas detector.
4.2.3.3 Reaction tube

The test vessel is an upright cylinder of thick glass (e.g. 5 mm) having a minimum inner diameter of

50 mm and a minimum height of 300 mm. The ignition electrodes are separated by a distance of 5 mm

and are placed 50 mm to 60 mm above the bottom of the cylinder. The cylinder is fitted with a pressure-

release opening. The apparatus shall be shielded to restrict any explosion damage.

4.2.3.4 Ignition system

A spark generator capable of supplying high voltage sparks (e.g. 15 kV, 30 mA, a.c.) with energy of 10 J

shall be used. The spark gap (distance between the electrodes) shall be 5 mm, the spark duration 0,2 s

to 0,5 s.
4 © ISO 2017 – All rights reserved
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ISO 10156:2017(E)
4.2.4 Procedure for determination of flammability

When carrying out flammability tests, care shall be taken to avoid explosion. This can be done by

commencing the experimental work at a known “safe” concentration of 1 % test gas in air. Subsequently,

the initial gas concentration can be increased in small steps by 1 % until ignition occurs.

Prior to each ignition attempt, the test vessel shall be purged with the test mixture. The purging volume

shall be at least 10 times the volume of the test vessel. Then, an ignition is attempted with the induction

spark when the test mixture is quiescent, and it is observed visually whether or not a flame detaches

from the ignition source and propagates.

If a flame detachment and an upwards propagation of at least 100 mm is observed, the test substance

shall be classified as flammable.

If the chemical structure of the gas indicates that it would be non-flammable and the composition of the

stoichiometric mixture with air can be calculated, only mixtures in the range from 10 % (absolute) less

than the stoichiometric composition to 10 % greater than this composition need to be tested in 1 % steps.

With mixtures containing hydrogen, the flame is almost colourless. In order to confirm the presence of

such flames, the use of temperature-measuring probes is recommended [see Figure 1 a)].

4.2.5 Procedure for determination of flammability limits

Unlike at the determination of flammability in general, it is necessary to apply a different test procedure

for determining flammability limits (FL). Using the same test apparatus, test gas preparation and

criterion of ignition as described in 4.2.3 and 4.2.4, the characterization of flammability limits consists

of determining the amount of test substance in air with which the test mixture no longer ignites. Close

to the flammability limit, the incremental change of test substance content in air is selected such that it

is almost 0,1 % by volume for FL < 10 % and 0,2 % by volume for FL ≥ 10 %.

For safety reasons, the initial ignition tests are carried out using a test mixture with test substance

content which, if possible, lies outside the expected explosion range.

Prior to each ignition attempt, the test vessel is purged with the test mixture. The purging volume shall

be at least 10 times the volume of the test vessel. When purging is complete, the inlet to the test vessel

is sealed. The test mixture then bypasses the test vessel and flows directly into the exhaust system. An

ignition is attempted using the induction spark under quiescent conditions. It is observed whether or

not a flame detaches from the ignition source and propagates at least 100 mm.

If an ignition is observed, the test gas content in the test mixture is iteratively varied until no further

flame detachment follows. The test mixture concentration at which an ignition just fails (just no flame

detachment) shall be confirmed with four additional tests. The determination is terminated when with

all five tests a flame detachment is not observed. If flame detachment does occur, the test gas content

shall be further changed and the test gas content shall be reduced (lower flammability limit) or to be

increased (upper flammability limit) by one increment. Again, the tests are carried out at the new test

substance content.

The flammability limit is the test gas concentration in mixture with air at which an ignition just fails.

4.2.6 Results for pure gases

A list of flammable gases is given in Table 2 together with T values and L values. These values have

ci i
been obtained using test equipment similar to that described in 4.2.3.
© ISO 2017 – All rights reserved 5
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ISO 10156:2017(E)
a) Apparatus using Pyrex tube and temperature-measuring probes
6 © ISO 2017 – All rights reserved
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ISO 10156:2017(E)
b) Apparatus suitable for testing a mixture of gases
Key
1 mixer 13 timer switch
2 flowmeter 14 mixture containing x % test gas
3 test gas 15 low constant pressure device
4 compressed air 16 metering pump 1, x %
5 safety device (pressure relief valve) 17 metering pump 2, y %
6 valve 18 air
7 spark plug 19 mixture containing (xy/100) % test gas
8 thermocouples Gas mixture vented to atmosphere.
9 Pyrex tube, length 1 m, internal diameter 50 mm Gas mixture analysed.
10 valve Gas mixture analysed and vented to atmosphere.
11 ignition electrodes Gas mixture vented during test.
12 high-voltage transformer

Figure 1 — Examples of apparatus for determination of flammability limits of gases at

atmospheric pressure and ambient temperature
© ISO 2017 – All rights reserved 7
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ISO 10156:2017(E)

4.3 Calculation method for flammability of gas mixtures containing n flammable gases

and p inert gases
The composition of a mixture of this kind can be expressed as follows:
A F + … + A F + … + A F + B I + … + B I + … + B I
1 1 i i n n 1 1 k k p p

The composition of the mixture is re-expressed in terms of an equivalent composition in which all the

inert-gas fractions are converted into their nitrogen equivalent, using the coefficient of equivalency. K

values are given in Table 1.
A F + … + A F + … + A F + (K B + … + K B + … + K B )N
1 1 i i n n 1 1 k k p p 2

Taking the sum of all the component gas fractions to be equal to 1, the expression for the composition is

as shown in Formula (1):
 
 
n p
 
 
 
AF + KB N (1)
 
∑∑i ik k 2
n p
 
 
i==1 k 1
 
AK+ B
 i kk 
 
 i==11k 
where
n P
is the equivalent flammable gas content.
AK+ B
∑∑i kk
i==11k

The condition for the mixture not being flammable in air is shown in Formula (2):

100≤1 (2)
i=1

where T is the maximum content of flammable gas or vapour, which, in a mixture with nitrogen,

results in a composition which is not flammable in air. Values of T are listed in Table 2 and Table 3 for

gases and vapours.

Alternatively to the preceding formulae, the Formula (3) can be used, which does not require any

intermediate steps:
 
100
A −1 ≤ BK (3.)
 
∑ ik∑ k
 
i=1 k=1
Table 1 — Coefficients of equivalency, K , for inert gases relative to nitrogen
Gas N CO He Ar Ne Kr Xe SO SF CF C F C HF
2 2 2 6 4 3 8 2 5
K 1 1,5 0,9 0,55 0,7 0,5 0,5 1,5 4 2 1,5 3,5

NOTE These data are conservatively estimated based on experimental data and experiences within the gas industry.

For other non-flammable and non-oxidizing gases containing three atoms or more in their chemical formulae, the coefficient

of equivalency K = 1,5 shall be used. Some types of non-flammable partial halogenated hydrocarbons, for example, the

refrigerant R134a, can react partially with air and oxygen in the presence of flammable gases. For all mixtures containing

more than 0,5 % non-flammable, partially halogenated hydrocarbons and flammable gases, the calculation method shall

not be applied if the concentration of the flammable component exceeds 0,25 %.
8 © ISO 2017 – All rights reserved
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ISO 10156:2017(E)
Table 2 — T and L values for the majority of flammable gases
ci i
T L
ci i
Gas CAS No. UN No.
in % in %
Acetylene 74–86–2 3374 3,0 2,3
Ammonia 7664–41–7 1005 40,1 15,4
Arsine 7784–42–1 2188 3,9 3,9
Bromomethane 74–83–9 1062 13,9 8,6
1,2-Butadiene 590–19–2 1010 2,0 1,4
1,3-Butadiene 106–99–0 1010 2,0 1,4
n-Butane 106–97–8 1011 3,6 1,4
1-Butene 106–98–9 1012 3,3 1,5
cis-Butene 590–18–1 1012 3,3 1,5
trans-Butene 624–64–6 1012 3,3 1,5
Carbon monoxide 630–08–0 1016 15,2 10,9
Carbonyl sulfide 463–58–1 2204 6,5 6,5
Chlorodifluoroethane (R142b) 75–68–3 2517 26,4 6,3
Chloroethane 75–00–3 1037 5,8 3,6
Chlorotrifluoroethylene (R1113) 79–38–9 1082 7,4 4,6
Cyanogen 460–19–5 1026 3,9 3,9
Cyclobutane 287–23–0 2601 2,9 1,8
Cyclopropane 75–19–4 1027 3,4 2,4
Deuterium 7782–39–0 1957 6,7 6,7
Diborane 19287–45–7 1911 0,9 0,9
Dichlorosilane 4109–96–0 2189 2,5 2,5
Difluoroethane (R152a) 75–37–6 1030 8,7 4,0
Difluoroethylene (R1132a) 75–38–7 1959 6,6 4,7
Dimethyl ether 115–10–6 1033 3,8 2,7
Dimethylamine 124–40–3 1154 2,8 2,8
Dimethylpropane (neopentane) 463–82–1 2044 2,1 1,3
Ethane 74–84–0 1035 4,5 2,4
Ethyl methyl ether 540–67–0 1039 2,8 2,0
Ethylacetylene 107–00–6 2452 1,8 1,3
Ethylene 74–85–1 1962 4,1 2,4
Ethylene oxide 75–21–8 1040 4,8 2,6
Fluoroethane 353–36–6 2453 6,1 3,8
Fluoromethane 593–53–3 2454 9,0 5,6
Germane 7782–65–2 2192 1,0 1,0 (estimated)
Hydrogen 1333–74–0 1049 5,5 4,0
Hydrogen selenide 7783–07–5 2202 4,0 4,0
Hydrogen sulfide 7783–06–4 1053 8,9 3,9
Isobutane 75–28–5 1969 3,4 1,5
Isobutene 115–11–7 1055 4,0 1,6
Methane 74–82–8 1971 8,7 4,4
Methyl chloride 74–87–3 1063 12,3 7,6
Methyl mercaptan 74–93–1 1064 5,7 4,1
NOTE Values for other flammable gases can be found in IEC/TR 60079–20.
© ISO 2017 – All rights reserved 9
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ISO 10156:2017(E)
Table 2 (continued)
T L
ci i
Gas CAS No. UN No.
in % in %
Methyl nitrite 624–91–9 2455 5,3 5,3
Methyl silane 992–94–9 3161 1,3 1,3
Methylacetylene (propyne) 74–99–7 3161 2,5 1,8
Methylamine 74–89–5 1061 6,9 4,9
Methylbutene (3-methylbut-1-ene) 563–45–1 2561 2,4 1,5
Monoethylamine 75–04–7 1036 5,7 3,5
Phosphine 7803–5
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 10156
Quatrième édition
2017-07
Bouteilles à gaz — Gaz et mélanges
de gaz — Détermination du potentiel
d’inflammabilité et d’oxydation pour
le choix des raccords de sortie de
robinets
Gas cylinders — Gases and gas mixtures — Determination of fire
potential and oxidizing ability for the selection of cylinder valve outlets
Numéro de référence
ISO 10156:2017(F)
ISO 2017
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ISO 10156:2017(F)
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sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur

l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à

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ii © ISO 2017 – Tous droits réservés
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ISO 10156:2017(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Domaine d’application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes, définitions, symboles et unités ....................................................................................................................................... 1

4 Inflammabilité dans l’air des gaz et des mélanges de gaz ......................................................................................... 3

4.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 3

4.2 Méthode d’essai ...................................................................................................................................................................................... 4

4.2.1 Points clés concernant la sécurité ..................................................................................................................... 4

4.2.2 Principe .................................................................................................................................................................................... 4

4.2.3 Appareillage d’essai et produits ......................................................................................................................... 4

4.2.4 Mode opératoire de détermination de l’inflammabilité................................................................. 5

4.2.5 Mode opératoire de détermination des limites d’inflammabilité .......................................... 5

4.2.6 Résultats pour les gaz purs ..................................................................................................................................... 6

4.3 Méthode de calcul de l’inflammabilité des mélanges contenant n gaz inflammables

et p gaz inertes ........................................................................................................................................................................................ 8

4.4 Exemples ...................................................................................................................................................................................................11

4.5 Méthode de calcul de la limite inférieure d’inflammabilité des mélanges de gaz ......................12

4.5.1 Généralités .........................................................................................................................................................................12

4.5.2 Mélanges de gaz inflammables et mélanges de gaz inflammables avec de

l’azote et/ou de l’air ...................................................................................................................................................13

4.5.3 Mélanges de gaz inflammables avec des gaz inertes autres que l’azote et l’air ......13

4.6 Exemples ...................................................................................................................................................................................................14

4.7 Classification selon le Système Général Harmonisé (SGH) ............................................................................15

5 Potentiel d’oxydation des gaz et des mélanges de gaz ...............................................................................................15

5.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................15

5.2 Méthode d’essai ...................................................................................................................................................................................15

5.2.1 Points clés concernant la sécurité ..................................................................................................................15

5.2.2 Principe .................................................................................................................................................................................15

5.2.3 Appareillage d’essai ...................................................................................................................................................16

5.2.4 Mode opératoire ............................................................................................................................................................19

5.2.5 Résultats ...............................................................................................................................................................................19

5.3 Méthode de calcul ..............................................................................................................................................................................19

5.3.1 Principe .................................................................................................................................................................................19

5.3.2 Coefficients C ...................................................................................................................................................................

i 20

6 Mélanges contenant de l’oxygène et des gaz inflammables ..................................................................................21

6.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................21

6.2 Bases de la classification d’inflammabilité ..................................................................................................................22

6.3 Exemples ...................................................................................................................................................................................................24

Annexe A (informative) Classification selon le Système Général Harmonisé (SGH) ........................................26

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................27

© ISO 2017 – Tous droits réservés iii
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ISO 10156:2017(F)
Avant-propos

L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.

L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents

critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www

.iso .org/ directives).

L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/ brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion

de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: w w w . i s o .org/ iso/ fr/ avant -propos .html

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 58, Bouteilles à gaz, sous-comité

SC 2, Accessoires de bouteilles.

Cette quatrième édition annule et remplace la troisième édition (ISO 10156:2010), qui a fait l’objet d’une

révision technique. Elle incorpore également le Rectificatif technique ISO 10156:2010/Cor 1:2010.

Les principales modifications apportées par rapport à l’édition précédente sont les suivantes:

— révision technique des paragraphes 4.1, 4.2.5 et 4.4;
— ajout des paragraphes 4.5 et 4.6.
iv © ISO 2017 – Tous droits réservés
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ISO 10156:2017(F)
Introduction

L’ISO 5145 spécifie les dimensions de différents raccords de sortie de robinets de bouteilles à gaz pour

différents groupes de gaz compatibles. Ces groupes de gaz compatibles sont déterminés suivant des

critères pratiques définis dans l’ISO 14456.

Ces critères reposent sur certaines propriétés physiques, chimiques, toxiques et corrosives des gaz.

En particulier, l’inflammabilité dans l’air et le potentiel d’oxydation sont considérés dans le présent

document.

L’un des problèmes potentiels posés par l’élaboration du présent document vient du fait que, pour

les gaz purs, la littérature scientifique abonde en résultats qui sont parfois contradictoires selon les

méthodes d’essai employées. Dans le cas des mélanges de gaz, les données de la littérature scientifique

sont souvent soit incomplètes, soit inexistantes.

Le principal objectif du présent document est d’éliminer les ambiguïtés soulevées par les contradictions

des données de la littérature scientifique et, surtout, de compléter les données existantes

(principalement dans le cas des mélanges de gaz).

De plus, le présent document était auparavant utilisé à d’autres fins que le choix des raccords de sortie

de robinets de bouteilles à gaz, par exemple pour définir des données sur l’inflammabilité et le potentiel

d’oxydation pour la classification et l’étiquetage des gaz et des mélanges de gaz.

Il est prévu d’utiliser le présent document dans le cadre de régimes réglementaires nationaux différents,

mais elle a été rédigée de manière à convenir pour l’application du Règlement type de l’ONU et du SGH

[9]
de l’ONU .
© ISO 2017 – Tous droits réservés v
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NORME INTERNATIONALE ISO 10156:2017(F)
Bouteilles à gaz — Gaz et mélanges de gaz —
Détermination du potentiel d’inflammabilité et
d’oxydation pour le choix des raccords de sortie de
robinets
1 Domaine d’application

Le présent document spécifie des méthodes servant à déterminer si un gaz ou un mélange de gaz est ou

non inflammable dans l’air et si un gaz ou un mélange de gaz est plus ou moins oxydant que l’air, dans

les conditions atmosphériques.

Le présent document est destiné à être utilisé pour la classification des gaz et des mélanges de gaz, y

compris pour le choix des raccords de sortie de robinets de bouteilles à gaz.

Le présent document ne traite pas de la préparation en toute sécurité de ces mélanges à une pression et

à des températures autres que les conditions ambiantes.
2 Références normatives
Le présent document ne contient aucune référence normative.
3 Termes, définitions, symboles et unités
3.1 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.

L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/

— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse http:// www .iso .org/ obp

3.1.1
gaz ou mélange de gaz inflammable dans l’air

gaz ou mélange de gaz qui peut s’enflammer dans l’air à la pression atmosphérique et à une température

de 20 °C
3.1.2
limite inférieure d’inflammabilité dans l’air

teneur minimale d’un gaz ou d’un mélange de gaz dans un mélange homogène avec l’air à laquelle une

flamme commence juste à se propager

Note 1 à l’article: La limite inférieure d’inflammabilité dans l’air est déterminée dans les conditions

atmosphériques.

Note 2 à l’article: L’expression «limite d’inflammabilité», utilisée dans le présent document, est parfois également

appelée «limite d’explosivité».
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ISO 10156:2017(F)
3.1.3
limite supérieure d’inflammabilité dans l’air

teneur maximale d’un gaz ou d’un mélange de gaz dans un mélange homogène avec l’air à laquelle une

flamme commence juste à se propager

Note 1 à l’article: La limite supérieure d’inflammabilité dans l’air est déterminée dans les conditions

atmosphériques.

Note 2 à l’article: L’expression «limite d’inflammabilité», utilisée dans le présent document, est parfois également

appelée «limite d’explosivité».
3.1.4
domaine d’inflammabilité

domaine de concentration entre les limites inférieure et supérieure d’inflammabilité

Note 1 à l’article: L’expression «domaine d’inflammabilité», utilisée dans le présent document, est parfois

également appelée «domaine d’explosivité».
3.1.5
gaz ou mélange de gaz plus oxydant que l’air

gaz ou mélange de gaz qui peut, à la pression atmosphérique, entretenir davantage la combustion qu’un

mélange de référence constitué de 23,5 % d’oxygène dans de l’azote
3.1.6
potentiel d’oxydation

nombre sans dimension qui compare le pouvoir oxydant d’un gaz ou mélange de gaz à celui de l’oxygène

Note 1 à l’article: L’OP est obtenu en faisant la somme des produits suivants: fraction(s) molaire(s) de chaque

composé oxydant par son (leur) coefficient d’équivalence en oxygène, C .
3.1.7
conditions atmosphériques
pression normale de 101,3 kPa à 20 °C
3.2 Symboles
ème
A fraction molaire du i gaz inflammable dans un mélange de gaz, en %
ième
B fraction molaire du k gaz inerte dans un mélange de gaz, en %
C coefficient d’équivalence en oxygène
ème
F i gaz inflammable dans un mélange de gaz
ième
I k gaz inerte dans un mélange de gaz
n nombre de gaz inflammables dans un mélange de gaz
p nombre de gaz inertes dans un mélange de gaz
K coefficient d’équivalence entre un gaz inerte et l’azote (voir le Tableau 1)
teneur équivalente d’un gaz inflammable
L limite inférieure d’inflammabilité dans l’air d’un gaz inflammable

T teneur maximale en gaz inflammable qui, en mélange avec de l’azote, donne une composition

qui n’est pas inflammable dans l’air, en %
x fraction molaire du composé oxydant, en %
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ISO 10156:2017(F)
He hélium
Ar argon
Ne néon
Kr krypton
Xe xénon
N azote
H hydrogène
O oxygène
CO dioxyde de carbone
SO dioxyde de soufre
N O hémioxyde d’azote
SF hexafluorure de soufre
CF tétrafluorure de carbone
C F octafluoropropane
3 8
C HF pentafluoroéthane
2 5
CH méthane
3.3 Unités

Pour les besoins du présent document, tous les pourcentages de gaz (%) sont donnés en fractions

molaires (% mol.) qui sont équivalentes à des fractions volumiques (% vol.) dans les conditions

atmosphériques normales.
4 Inflammabilité dans l’air des gaz et des mélanges de gaz
4.1 Généralités

Les paragraphes 4.2 et 4.3 présentent une méthode d’essai et une méthode de calcul permettant de

déterminer si un gaz ou un mélange de gaz est inflammable dans l’air, dans le but de déterminer le

raccord de sortie du robinet à utiliser pour le transport ou pour la classification selon le SGH.

La méthode d’essai (décrite en 4.2) peut être utilisée dans tous les cas, mais elle doit l’être lorsque des

valeurs T (ou L ) ne sont pas disponibles.
ci i

La méthode de calcul (mentionnée en 4.3) ne peut être utilisée que si des valeurs T (ou L ) fiables sont

ci i
disponibles.

Le paragraphe 4.5 fournit une méthode de calcul permettant de déterminer la limite inférieure

d’inflammabilité du mélange de gaz déterminé en 4.3 et qui peut être utilisée pour les catégories de gaz

inflammables selon le SGH.

Dans les cas où le résultat d’essai est différent de celui obtenu par le calcul, le résultat d’essai doit

prévaloir.
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ISO 10156:2017(F)

Les mélanges non inflammables définis par un numéro ONU doivent prendre le pas sur toute

classification effectuée par calcul.
4.2 Méthode d’essai
4.2.1 Points clés concernant la sécurité

Les essais doivent être réalisés par un personnel formé et compétent respectant les procédures

autorisées (voir aussi 4.2.4). Le tube pour essai et le débitmètre doivent être convenablement protégés

par un écran pour abriter le personnel en cas d’explosion. Le personnel doit porter un équipement

de protection individuelle comprenant des lunettes de sécurité. Pendant l’opération d’allumage, le

tube pour essai doit être ouvert à l’air libre et isolé de l’alimentation en gaz. Des précautions doivent

également être prises pendant l’analyse du gaz ou du mélange d’essai.
4.2.2 Principe

Le gaz ou mélange de gaz est mélangé dans les proportions désirées à de l’air. Dans le mélange à

l’équilibre, une inflammation est produite à l’aide d’un arc électrique et l’on observe si une flamme se

propage ou non dans le tube pour essai.
4.2.3 Appareillage d’essai et produits
4.2.3.1 Généralités
L’appareillage (voir la Figure 1) comprend:
— un mélangeur;
— un tube où se produit la réaction;
— un système d’allumage;
— un système d’analyse permettant de déterminer la composition du gaz d’essai.

NOTE Un autre appareillage équivalent peut être employé, comme décrit dans les méthodes d’essai

normalisées pour la détermination des limites d’inflammabilité, par exemple l’EN 1839 et l’ASTM E681.

4.2.3.2 Préparation
4.2.3.2.1 Gaz d’essai

Le gaz d’essai doit être préparé pour représenter la composition la plus inflammable à même de se

produire en cours de fabrication normale. Les critères à utiliser pour définir la composition du gaz

d’essai sont les tolérances de fabrication, c’est-à-dire que le gaz d’essai doit renfermer la concentration

la plus élevée en gaz inflammables rencontrée lors du processus de fabrication normale, et que la teneur

en humidité doit être inférieure ou égale à 0,01 %. Le gaz d’essai doit être homogénéisé et soigneusement

analysé pour déterminer sa composition précise.
4.2.3.2.2 Air comprimé

L’air comprimé doit être analysé et présenter une teneur en humidité inférieure ou égale à 0,01 %.

4.2.3.2.3 Mélange gaz d’essai/air

L’air comprimé et le gaz à soumettre à l’essai sont introduits dans un mélangeur, en contrôlant les débits.

Le mélange gaz d’essai inflammable/air doit être analysé à l’aide d’un chromatographe ou d’un simple

analyseur d’oxygène avec un détecteur de gaz inflammable.
4 © ISO 2017 – Tous droits réservés
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ISO 10156:2017(F)
4.2.3.3 Tube pour essai

Le récipient d’essai est un tube vertical en verre épais (par exemple 5 mm), d’un diamètre intérieur au

moins égal à 50 mm et d’une hauteur minimale de 300 mm. Les électrodes d’allumage sont espacées d’au

moins 5 mm et sont placées à une distance comprise entre 50 mm et 60 mm du fond du tube. Le tube est

muni d’une ouverture pour l’échappement des gaz. L’appareillage doit être protégé pour empêcher tout

dommage en cas d’explosion.
4.2.3.4 Système d’allumage

Un générateur d’étincelles à même de produire des étincelles haute tension (par exemple 15 kV, 30 mA,

alimentation en courant alternatif) avec une énergie de 10 J doit être utilisé. L’entrefer (distance entre

les électrodes) doit être de 5 mm, et la durée des étincelles doit être comprise entre 0,2 s et 0,5 s.

4.2.4 Mode opératoire de détermination de l’inflammabilité

Des précautions doivent être prises, pendant les essais d’inflammabilité, pour éviter l’explosion. Pour

cela, commencer l’expérimentation à des concentrations «sûres» de 1 % de gaz d’essai dans l’air. Puis

augmenter la concentration de gaz initiale par petits pas de 1 % jusqu’à ce que l’allumage se produise.

Avant chaque tentative d’allumage, le récipient d’essai doit être purgé avec le mélange d’essai. Le volume

de purge doit être au moins égal à 10 fois le volume du récipient d’essai. Tenter ensuite l’allumage avec

l’étincelle d’induction lorsque le mélange d’essai est à l’équilibre, et observer visuellement si une flamme

se détache ou non de la source d’allumage et se propage.

Si un détachement de flamme et une propagation vers le haut d’au moins 100 mm sont observés, la

substance d’essai doit être classée comme inflammable.

Si la structure chimique du gaz indique qu’il n’est pas inflammable et que la composition du mélange

stœchiométrique avec l’air peut être calculée, seuls les mélanges situés dans le domaine compris entre

10 % (valeur absolue) au-dessous et 10 % au-dessus de la composition stœchiométrique ont besoin

d’être soumis à l’essai par pas de 1 %.

Pour les mélanges contenant de l’hydrogène, la flamme est presque incolore. Pour confirmer dans ce cas

la présence de flamme, il est recommandé d’utiliser des sondes thermométriques [voir la Figure 1 a)].

4.2.5 Mode opératoire de détermination des limites d’inflammabilité

Contrairement à la détermination de l’inflammabilité en général, pour déterminer les limites

d’inflammabilité (LI) il est nécessaire d’appliquer un mode opératoire d’essai différent. En utilisant le

même appareillage d’essai, la préparation du gaz d’essai et le critère d’allumage décrits en 4.2.3 et 4.2.4,

la caractérisation des limites d’inflammabilité consiste à déterminer la quantité de la substance d’essai

dans l’air avec laquelle le mélange d’essai ne s’enflamme plus. À proximité de la limite d’inflammabilité,

la variation incrémentielle de la teneur en substance d’essai dans l’air est choisie de manière à être

presque égale à 0,1 % en volume pour une LI < 10 % et à 0,2 % en volume pour une LI ≥ 10 %.

Pour des raisons de sécurité, les essais d’inflammabilité initiaux sont réalisés avec un mélange d’essai

pour lequel la teneur en substance d’essai est, si possible, située hors du domaine d’explosivité attendu.

Avant chaque tentative d’allumage, le récipient d’essai est purgé avec le mélange d’essai. Le volume de

purge doit être au moins égal à 10 fois le volume du récipient d’essai. Une fois la purge terminée, l’entrée

du récipient d’essai est fermée hermétiquement. Le mélange d’essai contourne alors le récipient d’essai

et s’écoule directement dans le système d’échappement. Une tentative d’allumage est effectuée avec

l’étincelle d’induction, dans des conditions à l’équilibre. On observe si une flamme se détache ou non de

la source d’allumage et se propage à au moins 100 mm.

Si une inflammation est observée, la teneur en gaz d’essai dans le mélange d’essai est modifiée de

manière itérative jusqu’à ce qu’il ne se produise plus de détachement de flamme. La concentration du

mélange d’essai à laquelle l’allumage cesse de se produire (plus de détachement de flamme) doit être

confirmée par quatre essais supplémentaires. La détermination prend fin lorsque, lors des cinq essais,

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ISO 10156:2017(F)

plus aucun détachement de flamme n’est observé. Si un détachement de flamme se produit, la teneur

en gaz d’essai doit être encore modifiée et elle doit être réduite (limite inférieure d’inflammabilité) ou

augmentée (limite supérieure d’inflammabilité) d’un incrément. Les essais sont à nouveau effectués

avec la nouvelle teneur en substance d’essai.

La limite d’inflammabilité est la concentration du gaz d’essai dans le mélange dans l’air à laquelle

l’allumage cesse de se produire.
4.2.6 Résultats pour les gaz purs

Une liste des gaz inflammables est donnée dans le Tableau 2, avec les valeurs T et L . Ces valeurs ont

ci i
été obtenues avec un appareillage d’essai similaire à celui décrit en 4.2.3.
a) Appareillage utilisant un tube en pyrex et des thermocouples
6 © ISO 2017 – Tous droits réservés
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ISO 10156:2017(F)
b) Appareillage approprié pour tester un mélange de gaz
Légende
1 mélangeur 13 chronomètre
2 débitmètre 14 mélange avec x % de gaz d’essai
3 gaz d’essai 15 dispositif à pression constante faible
4 air comprimé 16 pompe doseuse 1, x %
5 dispositif de sécurité (soupape) 17 pompe doseuse 2, y %
6 vanne 18 air
7 bougie d’allumage 19 mélange avec (xy/100) % de gaz d’essai
8 thermocouples Échappement des gaz vers l’extérieur
9 tube en pyrex, de 1 m de longueur et 50 mm Mélange de gaz analysé
de diamètre intérieur
10 vanne Échappement vers l’extérieur du mélange de gaz
analysé
11 électrodes d’allumage Échappement du mélange de gaz pendant l’essai
12 transformateur haute tension

Figure 1 — Exemples d’appareillage pour la détermination des limites d’inflammabilité des gaz

à la pression atmosphérique et à la température ambiante
© ISO 2017 – Tous droits réservés 7
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ISO 10156:2017(F)

4.3 Méthode de calcul de l’inflammabilité des mélanges contenant n gaz inflammables

et p gaz inertes
La composition d’un mélange de ce type peut être exprimée comme suit:
A F + … + A F + … + A F + B I + … + B I + … + B I
1 1 i i n n 1 1 k k p p

La composition du mélange est réexprimée en termes de composition équivalente en transformant

toutes les fractions de gaz inertes en leur équivalent en azote, en utilisant le coefficient d’équivalence.

Les valeurs de K sont données dans le Tableau 1.
A F + … + A F + … + A F + (K B + … + K B + … + K B )N
1 1 i i n n 1 1 k k p p 2

Après ajustement de manière que la somme des fractions de tous les composants gazeux soit égale à 1,

l’expression de la composition est donnée par la Formule (1):
 
 
n p
 
 
 
AF + KB N (1)
 
∑∑i ik k 2
n p
 
 
i==1 k 1
 
AK+ B
 i kk 
 
 i==11k 
où =A′ est la teneur équivalente en gaz inflammable.
n P
AK+ B
∑∑i kk
i==11k

La condition pour que le mélange ne soit pas inflammable dans l’air est donnée par la Formule (2):

100≤1 (2)
i=1

où T est la teneur maximale en gaz ou en vapeur inflammable qui, en mélange avec de l’azote, donne

une composition qui n’est pas inflammable dans l’air. Les valeurs de T sont données dans le Tableau 2

et le Tableau 3 pour les gaz et pour les vapeurs.

À la place des formules précédentes, la Formule (3) peut être utilisée, sans avoir besoin d’effectuer

d’étapes intermédiaires:
n p
 
100
A −1 ≤ BK (3)
 
∑ ik∑ k
 ci 
i=1 k=1
Tableau 1 — Coefficients d’équivalence, K , entre gaz inertes et azote
Gaz N CO He Ar Ne Kr Xe SO SF CF C F C HF
2 2 2 6 4 3 8 2 5
K 1 1,5 0,9 0,55 0,7 0,5 0,5 1,5 4 2 1,5 3,5

NOTE Ces données sont des estimations conservatives fondées sur des données expérimentales et sur l’expérience des

industries du gaz.

Pour d’autres gaz non inflammables et non oxydants contenant dans leur formule chimique trois atomes ou plus, le coefficient

d’équivalence K = 1,5
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