Quels concepts de protection contre les explosions (construction résistante aux effets de choc, inertage, découplage) sont usuels en cas de risque d'explosion de poussière ?
En cas de risque d'explosion de poussière, des mesures de protection préventives et constructives sont combinées. Il s'agit d'abord d'éviter les atmosphères poussiéreuses explosibles dangereuses et les sources d'inflammation efficaces. Si cela n'est pas possible avec une sécurité suffisante, des mesures constructives limitent les conséquences d'une explosion éventuelle à un niveau acceptable. La TRGS 724 cite pour cela quatre mesures fondamentales : la construction résistante aux explosions, la décompression d'explosion, la suppression d'explosion ainsi que le découplage antiexplosion des flammes et de la pression.
Le choix du concept de protection dépend des données de sécurité des matières, de la taille de l'appareil, des conduites raccordées, du lieu d'implantation, du concept d'exploitation et des conséquences possibles d'un événement. Les données pertinentes sont notamment le KSt, la pression d'explosion maximale pmax, l'énergie minimale d'inflammation, les températures minimales d'inflammation, la granulométrie, l'humidité, la conductivité électrique ainsi que, le cas échéant, les données relatives aux mélanges hybrides.
Construction résistante aux explosions
Les appareils résistants aux explosions, par exemple les mélangeurs, filtres, silos, cyclones, sécheurs ou conduites, sont conçus de manière à résister à une explosion interne attendue sans se déchirer. Après un événement d'explosion ou de détonation, les parties d'installation concernées doivent être contrôlées afin de vérifier si leur résistance aux explosions est toujours assurée.
On distingue ici la construction résistante à la pression d'explosion et la construction résistante au choc de pression d'explosion. Les composants résistants à la pression d'explosion supportent la pression d'explosion maximale ou réduite sans déformation permanente. Les composants résistants au choc de pression d'explosion peuvent se déformer plastiquement, mais ne doivent ni éclater ni présenter de fuite dangereuse. Une construction résistante à la pression d'explosion satisfait en même temps aux exigences d'une construction résistante au choc de pression d'explosion.
La conception peut se fonder sur la pression d'explosion maximale ou – si une décompression efficace ou une suppression d'explosion est prévue – sur la pression d'explosion réduite pred. Des valeurs générales telles que « 8 à 10 bar » ne constituent pas une base de conception pour un appareil concret. Elles peuvent varier considérablement selon la poussière, le mélange hybride, la pression initiale, la température et la géométrie. Une conception spécifique au projet, fondée sur des données de matières vérifiées et des règles reconnues, est nécessaire.
Inertage
Lors de l'inertage, la teneur en oxygène dans l'espace de procédé est réduite par un gaz inerte approprié, ou l'atmosphère est largement remplacée par du gaz inerte. Cela vise à empêcher qu'une explosion ou un incendie ne se produise ou ne se développe. L'inertage est donc une mesure de protection contre les explosions préventive et non constructive.
L'azote est fréquemment utilisé pour les poussières organiques et de nombreuses poudres chimiques. Le dioxyde de carbone ou l'argon peuvent convenir dans certains cas. Le choix suppose toutefois une évaluation de la réactivité chimique, de la température de procédé, de la corrosion possible, de la qualité du produit, des exigences en matière de protection du travail et du comportement de la matière en cas de dysfonctionnement. Pour les poudres métalliques réactives, un gaz inerte inadapté peut lui-même engendrer des risques supplémentaires.
La valeur d'oxygène admissible doit se situer en dessous de la concentration limite en oxygène déterminée pour le système poussière-gaz inerte concret. Elle est fixée avec une marge de sécurité et tient compte de l'incertitude de mesure, des fuites, des variations de pression et de température, de l'humidité, des changements de produit et d'une éventuelle libération d'oxygène. Des valeurs cibles générales pour l'oxygène résiduel ne sont pas suffisantes.
Les procédés typiques sont l'inertage par cycles de vide et de pression pour les procédés par charges, l'inertage par balayage ou par flux continu pour les installations continues, ainsi que la superposition d'une légère surpression de gaz inerte. Une mise en œuvre sûre nécessite une installation suffisamment étanche, une alimentation en gaz inerte appropriée, une mesure d'oxygène représentative, des seuils d'alarme, des verrouillages et un concept pour les dysfonctionnements ou la perte d'énergie.
Découplage et protection en aval
Le découplage antiexplosion empêche que la pression, les flammes ou les particules en combustion ne se propagent à d'autres parties de l'installation via les conduites et les voies de transport. Il est particulièrement important aux interfaces entre le mélangeur, le filtre, le silo, le cyclone, le convoyeur, le sécheur et le conditionnement. Sans découplage approprié, une explosion dans un petit volume d'appareil peut se propager à des zones d'installation raccordées plus grandes.
Comme moyens de découplage entrent en considération par exemple des clapets anti-retour adaptés à la protection contre les explosions, des vannes à fermeture rapide, des vannes antiexplosion, des barrières à agent extincteur ou des écluses rotatives certifiées. Chaque mesure individuelle doit être adaptée à la classe d'explosion de poussière, à la géométrie des conduites, au sens d'écoulement, au débit, aux rapports de pression et à la position de montage. Une écluse rotative n'est efficace comme moyen de découplage que si elle est expressément conçue pour cette fonction de protection, installée de manière appropriée et contrôlée régulièrement.
La décompression et la suppression d'explosion complètent les concepts cités. Lors de la décompression, des disques de rupture ou des clapets de décompression s'ouvrent, de sorte que la pression et les flammes sont évacuées vers une zone sûre. Si une décompression vers l'extérieur n'est pas possible, des systèmes de décompression sans flamme ou des installations de suppression peuvent être nécessaires. Les systèmes de suppression d'explosion détectent le début d'un événement et introduisent un agent extincteur afin de limiter la montée en pression. Les deux procédés nécessitent une conception, un contrôle et une maintenance coordonnés.
Ainsi amixon® soutient la protection contre les explosions pour les poudres à risque d'explosion de poussière
Conception conforme ATEX de la chambre de produit
En présence de poudres à risque d'explosion de poussière, l'intérieur d'un mélangeur, d'un granulateur, d'un sécheur ou d'un réacteur est souvent classé en zone 20. La zone 20 désigne une zone dans laquelle une atmosphère explosible sous forme de poussière est présente en permanence, pendant de longues périodes ou fréquemment. Le classement définitif en zones de l'ensemble de l'installation est toutefois fixé par l'exploitant dans le cadre de l'évaluation des risques. Il comprend, outre le mélangeur, le dosage, le remplissage, l'évacuation, les filtres, les conduites de transport, les silos, le conditionnement et le local d'implantation.
amixon® peut réaliser des mélangeurs, granulateurs, mélangeurs-sécheurs sous vide et réacteurs mélangeurs pour des applications avec une chambre de produit classée zone 20. Cela concerne, selon la gamme, la taille de construction et la configuration du projet, les mélangeurs à un arbre, les mélangeurs verticaux et coniques, les mélangeurs conteneurs, les mélangeurs continus ainsi que les mélangeurs-sécheurs sous vide et réacteurs mélangeurs des gammes VMT et AMT. L'exécution concrète de l'appareil, la catégorie de matériel, la température de surface admissible, l'équipement électrique et non électrique ainsi que la documentation requise sont définis de façon spécifique au projet sur la base des données de matières et des conditions de procédé.
La directive ATEX relative aux produits 2014/34/UE régit les exigences applicables aux appareils et systèmes de protection destinés à être utilisés en atmosphères explosibles. La directive ATEX relative à l'exploitation 1999/92/CE oblige les exploitants à réaliser une évaluation des risques, un classement en zones et un document relatif à la protection contre les explosions. Pour une chambre de produit classée zone 20, un niveau de protection très élevé est en principe requis, correspondant régulièrement à une exécution de catégorie 1D.
Sources d'inflammation et étanchéité
De faibles vitesses d'outil peuvent limiter l'apport d'énergie mécanique ainsi que l'énergie de frottement, de choc et d'abrasion. Pour les mélangeurs verticaux VM et HM, amixon® indique une plage réglable d'environ 0,8 à 3,5 m/s. Ce mode de fonctionnement peut en outre réduire la sollicitation des particules pour les poudres sensibles. Il ne constitue toutefois pas une preuve générale qu'aucune source d'inflammation efficace ne peut apparaître dans le mélangeur. Même à faible vitesse de rotation, il faut notamment évaluer les paliers, les joints, les arbres, les contacts outil-paroi, les corps étrangers, les blocages, les températures de surface, les charges électrostatiques et les composants électriques.
Les chambres de mélange et les outils de mélange peuvent être réalisés avec peu de joints et polis. Les portes d'inspection Clever-Cut® avec joint OmgaSeal® sont, selon les indications d'amixon®, conçues pour une étanchéité sans espace mort de la chambre de produit. Ces caractéristiques peuvent réduire les fuites de poussière et les dépôts. L'étanchéité effective dépend toutefois également des différences de pression, du matériau du joint, de l'usure, du montage, de la maintenance et de la conduite concrète du procédé. Une construction étanche à la poussière réduit le risque de dépôts de poussière, mais ne remplace ni un concept de nettoyage efficace ni l'évaluation d'éventuelles explosions secondaires.
Pour un concept global conforme ATEX, une surveillance de la température et du couple, des concepts appropriés de paliers et de joints, une gestion des corps étrangers, une mise à la terre, une égalisation de potentiel et une maintenance préventive peuvent être nécessaires. Pour les couches de poussière, la TRGS 723 indique en principe un écart de sécurité de 75 °C entre la température minimale d'inflammation de la couche de poussière et la température de surface, sauf si l'évaluation des risques permet une autre détermination.
Conception en pression et découplage
Les mélangeurs-sécheurs sous vide et réacteurs mélangeurs VMT et AMT peuvent être réalisés étanches aux gaz, au vide et à la pression. Ces propriétés sont nécessaires pour les procédés sous vide, surpression ou atmosphère de gaz inerte. Elles ne signifient toutefois pas automatiquement qu'un appareil est conçu résistant à la pression d'explosion ou au choc de pression d'explosion. Une conception correspondante doit être expressément spécifiée et repose sur des données de matières relatives à la sécurité telles que le KSt, la pmax, l'énergie minimale d'inflammation, les températures d'inflammation, l'humidité, la granulométrie et d'éventuels mélanges hybrides.
Une construction résistante à la pression d'explosion ou au choc de pression d'explosion peut faire partie d'un concept de protection contre les explosions constructif. Elle est conçue, selon la stratégie de protection, pour la pression d'explosion maximale ou pour une pression d'explosion réduite par décompression ou suppression. Après un événement, les composants concernés doivent être contrôlés quant à leur intégrité et leur aptitude à l'utilisation ultérieure.
Le découplage antiexplosion est nécessaire lorsque la pression, les flammes ou les particules en combustion pourraient se propager à d'autres parties de l'installation via des conduites de liaison. Cela concerne en particulier les interfaces entre le mélangeur, le filtre, le silo, le sécheur, le convoyeur et l'installation de conditionnement. Des mesures appropriées peuvent être des clapets anti-retour contrôlés pour la protection contre les explosions, des vannes à fermeture rapide, des vannes antiexplosion, des barrières à agent extincteur ou des écluses rotatives adaptées. La sélection et la conception s'effectuent pour la chaîne de procédé concrète, la classe d'explosion de poussière, la géométrie des conduites, le débit et les rapports de pression.
Inertage comme mesure préventive
L'inertage peut être utilisé comme mesure préventive de protection contre les explosions. La teneur en oxygène dans l'espace de procédé est alors réduite par un gaz inerte approprié à une valeur sûre, inférieure à la concentration limite en oxygène déterminée pour le système poussière-gaz inerte concret. Dans les appareils sous vide, l'atmosphère peut par exemple être ajustée par une évacuation répétée suivie d'une mise sous gaz inerte approprié. amixon® décrit ce principe pour les mélangeurs-sécheurs sous vide et les réacteurs de synthèse.
Les conditions préalables sont une installation suffisamment étanche, une alimentation en gaz inerte appropriée, des séquences définies d'évacuation et de balayage, une mesure d'oxygène représentative, des seuils d'alarme et des verrouillages orientés vers la sécurité. La valeur de consigne d'oxygène admissible doit être définie pour la recette concrète, le gaz inerte, la pression, la température, l'humidité et l'incertitude de mesure. Des valeurs de consigne d'oxygène générales ne sont pas suffisantes.
L'inertage réduit la probabilité d'une atmosphère explosible, mais ne remplace pas toutes les autres mesures de protection. Il ne protège pas automatiquement contre l'auto-inflammation, la décomposition thermique, les réactions exothermiques ou d'éventuels incendies dans des dépôts. En présence de constituants oxydants et de poudres réactives, l'aptitude du gaz inerte ainsi que l'efficacité de l'inertage doivent être examinées avec un soin particulier.
Essais et conception
La conception suit les données de matières relatives à la sécurité, la User Requirement Specification de l'exploitant et l'examen de l'ensemble du réseau d'installation. Des essais avec le produit d'origine peuvent évaluer l'aptitude en génie des procédés, par exemple la qualité de mélange, l'évolution de la température, la répartition des liquides, les collages, l'évacuation, la nettoyabilité et le comportement sous vide. Ils ne remplacent toutefois ni l'essai de sécurité des matières, ni la conception de la décompression, de la suppression ou du découplage, ni l'évaluation des risques par des spécialistes qualifiés en protection contre les explosions.
amixon® indique exploiter sur son site de Paderborn plus de 30 installations d'essai de tailles différentes ; des centres techniques complémentaires sont disponibles au Japon, en Inde, en Thaïlande, en Chine, en Corée du Sud et aux États-Unis. Les résultats d'essais peuvent soutenir le choix du mélangeur, des outils, des joints, du transfert thermique, du concept de dosage et de la conduite du procédé.