Quels concepts de sécurité (par ex. inertage, décompression) représentent l'état de l'art en matière de protection contre les explosions de poussière ?
L'état de l'art n'est pas un paquet fixe composé toujours des mêmes mesures. Il consiste en un concept global basé sur les risques, qui tient compte des données de matières réelles, des appareils, des conduites, des conditions d'implantation et des états d'exploitation. La stratégie de protection suit un ordre clair : éviter ou limiter l'atmosphère explosible, éviter les sources d'inflammation efficaces et – si cela ne réussit pas avec une sécurité suffisante – limiter les conséquences d'une explosion éventuelle par des mesures constructives.
Les données caractéristiques les plus importantes sont notamment le KSt, la pression d'explosion maximale pmax, l'énergie minimale d'inflammation, les températures minimales d'inflammation du nuage et de la couche de poussière, la granulométrie, l'humidité, la conductivité électrique ainsi que, le cas échéant, les données des mélanges hybrides vapeur-poussière. Sans ces données, aucun choix fiable d'inertage, de décompression, de suppression ou de découplage n'est possible.
Mesures préventives
L'inertage est une mesure préventive importante pour les appareils fermés tels que réacteurs, mélangeurs, sécheurs, broyeurs ou installations de transport. L'azote, le dioxyde de carbone ou d'autres gaz appropriés abaissent la teneur en oxygène en dessous d'une concentration limite en oxygène déterminée pour le système poussière-gaz inerte concret. En font partie un appareillage suffisamment étanche, une alimentation en gaz inerte appropriée, une mesure d'oxygène représentative, des marges de sécurité, des seuils d'alarme et des verrouillages. Le gaz doit correspondre au produit, à la température, à la chimie et à la protection du travail. Pour les poudres métalliques réactives ou les produits oxydants, l'aptitude doit être examinée avec un soin particulier.
La limitation de la concentration en dessous de la limite inférieure d'explosivité n'est, pour les poudres, que d'une aptitude limitée comme mesure isolée. La TRGS 722 souligne qu'une concentration moyenne de poussière dans une installation peut avoir peu de valeur informative : en raison de la répartition non homogène de la poussière, des zones localement explosibles peuvent néanmoins apparaître. La limitation de la concentration en poussière ne peut donc être utilisée comme mesure de protection que si elle est surveillée de manière fiable et respectée dans tous les états d'exploitation pertinents.
Pour éviter les dépôts de poussière, il faut des transferts fermés, des appareils étanches, une aspiration efficace, une technique de filtration, des surfaces lisses et faciles à nettoyer ainsi que des plans documentés de nettoyage et de contrôle. Les dépôts de poussière peuvent, en cas de mise en suspension, favoriser des explosions secondaires. Une valeur limite forfaitaire pour les épaisseurs de couche admissibles n'est toutefois pas suffisante ; l'évaluation doit tenir compte des propriétés de la poussière, de la surface, de la mise en suspension possible et des sources d'inflammation.
Maîtriser les sources d'inflammation
Lorsqu'une atmosphère explosible ne peut pas être exclue avec certitude, les sources d'inflammation possibles doivent être systématiquement évitées. En font partie les surfaces chaudes, le frottement, les étincelles produites mécaniquement, les entraînements bloquants, les corps étrangers, la surchauffe des paliers et joints, les matériels électriques, les décharges électrostatiques ainsi que les foyers couvants.
L'état de l'art comprend des matériels électriques et non électriques adaptés à la zone, la limitation des températures de surface admissibles, la surveillance de la température aux points critiques de paliers et de joints, des appariements de matériaux appropriés, des séparateurs de corps étrangers, la mise à la terre, l'égalisation de potentiel et une maintenance préventive. Les systèmes de détection et d'extinction d'étincelles peuvent être pertinents ou nécessaires dans les tronçons de transport et d'aspiration, lorsque des particules chaudes ou des étincelles ont été identifiées comme source d'inflammation pertinente. Ils ne constituent toutefois pas une obligation générale pour toute installation véhiculant de la poussière.
Protection constructive
Si une explosion ne peut pas être empêchée avec une sécurité suffisante, des mesures de protection constructives en limitent les conséquences. La TRGS 724 cite la construction résistante aux explosions, la décompression d'explosion, la suppression d'explosion et le découplage antiexplosion comme mesures centrales.
La décompression utilise par exemple des disques de rupture ou des clapets d'explosion. Ils s'ouvrent à une pression de déclenchement définie et limitent la pression interne à une pression d'explosion réduite admissible pour le récipient. La conception tient compte du KSt, de la pmax, du volume du récipient, de la géométrie, de la pression d'ouverture, de la surface de décompression, des conduits de décompression possibles ainsi que des effets de pression et de flamme à l'extérieur de l'appareil. L'EN 14491 traite du choix et de la conception des systèmes de décompression d'explosion pour les explosions de poussière ; l'EN 14797 traite des exigences applicables aux dispositifs de décompression eux-mêmes.
Une décompression doit conduire vers une zone sûre. En cas d'implantation intérieure, les systèmes de décompression sans flamme peuvent constituer une option, à condition qu'ils conviennent au procédé. Ils retiennent les flammes, mais nécessitent néanmoins une évaluation de l'onde de pression, de la chaleur, du bruit engendré, des rejets de produit possibles et de l'environnement sûr. Une décompression sans flamme n'est donc pas une solution standard convenant forfaitairement à toute implantation intérieure.
La suppression d'explosion est un système de protection actif. Des détecteurs rapides de pression ou de flamme détectent le début d'une explosion ; un agent extincteur est introduit de manière à limiter la montée en pression à une valeur admissible. Le temps de réaction requis, la quantité et le type d'agent extincteur ainsi que la conception de la commande doivent être adaptés à la matière, au récipient et au procédé. Le procédé est particulièrement pertinent lorsqu'une décompression vers l'extérieur n'est pas possible ou qu'un rejet de flammes et de produit n'est pas acceptable.
Les appareils résistants à la pression d'explosion et au choc de pression d'explosion sont conçus de manière à résister à une explosion interne sans défaillance dangereuse. La question de savoir si une conception pour la pression d'explosion maximale ou une pression d'explosion réduite est nécessaire résulte du concept de protection. La décompression et la suppression peuvent limiter la sollicitation, mais ne remplacent pas la résistance requise du récipient protégé.
Le découplage antiexplosion empêche la propagation des flammes, de la pression et des particules en combustion via les conduites et voies de transport. Des solutions appropriées sont par exemple des clapets anti-retour, des vannes à fermeture rapide, des barrières à agent extincteur, des vannes antiexplosion ou des écluses rotatives qualifiées à cet effet. Le découplage doit tenir compte des interfaces entre le mélangeur, le filtre, le silo, le sécheur, le convoyeur et le conditionnement. Son aptitude dépend notamment de la géométrie des conduites, de la classe de poussière, du débit, du sens d'écoulement, de la pression et de la situation de montage.
Organisation et justification
Font partie de l'état de l'art un document relatif à la protection contre les explosions à jour, des plans de zones, des données de matières, des instructions d'exploitation, des plans de nettoyage et de maintenance, des contrôles réguliers des systèmes de protection, des formations et des autorisations réglementées pour les travaux à chaud. Le document relatif à la protection contre les explosions doit présenter de façon compréhensible la stratégie technique et organisationnelle globale.
La sécurité contre les explosions doit être contrôlée avant la première mise en service et après des modifications soumises à contrôle. Ce contrôle évalue non seulement les composants individuels, mais aussi l'interaction des appareils, systèmes de protection, commande, inertage, découplage et mesures organisationnelles.
Ainsi amixon® soutient une protection contre les explosions de poussière conforme à l'état de l'art
Exécution d'appareil conforme zone 20
En présence de poudres à risque d'explosion de poussière, l'intérieur des mélangeurs, sécheurs, réacteurs ou granulateurs doit souvent être évalué comme 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 en zones de l'ensemble de l'installation est effectué par l'exploitant sur la base de l'évaluation des risques et comprend également le dosage, le remplissage, l'évacuation, les filtres, les tronçons 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. Pour une chambre de produit en zone 20, un niveau de protection très élevé est en principe requis, correspondant régulièrement, dans la catégorisation ATEX classique, à la catégorie 1D. L'exécution concrète, y compris les températures de surface maximales, les composants électriques et non électriques, les joints, l'instrumentation et la documentation, est déduite des données de matières et des conditions de procédé.
La directive ATEX relative aux produits 2014/34/UE concerne les appareils et systèmes de protection destinés à être utilisés en atmosphères explosibles. La directive ATEX relative à l'exploitation 1999/92/CE oblige l'exploitant à l'évaluation des risques, au classement en zones et au document relatif à la protection contre les explosions. amixon® peut fournir la documentation pour l'exécution d'appareil livrée ; l'évaluation de l'ensemble de l'installation et le choix du concept de protection global restent des tâches de l'exploitant.
Sources d'inflammation et fuites de poussière
La limitation des sources d'inflammation est un élément central de la protection contre les explosions. De nombreux mélangeurs verticaux amixon® peuvent fonctionner à faibles vitesses périphériques. Pour les gammes VM et HM, amixon® indique une plage d'environ 0,8 à 3,5 m/s. De faibles vitesses d'outil peuvent limiter l'énergie de frottement, de choc et d'abrasion et réduire la sollicitation des particules. Elles ne constituent toutefois pas à elles seules une preuve qu'aucune source d'inflammation efficace ne peut apparaître. Les paliers, joints, arbres, contacts outil-paroi, corps étrangers, blocages, températures de surface, charges électrostatiques et composants électriques doivent en outre être évalués.
Les fonctions de sécurité appropriées peuvent comprendre la surveillance de la température et du couple, une vitesse de rotation contrôlée, des appariements de matériaux appropriés, la séparation des corps étrangers, la mise à la terre, l'égalisation de potentiel et une maintenance préventive. 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, dans la mesure où l'évaluation des risques ne permet pas une autre détermination.
Des zones de produit à faible nombre de joints et polies ainsi que des joints appropriés peuvent réduire les fuites de poussière. 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. L'étanchéité effective dépend toutefois du matériau du joint, des différences de pression, de l'usure, du montage, de la maintenance et de la conduite du procédé. Une exécution étanche de l'appareil peut limiter les dépôts de poussière, mais ne remplace ni une aspiration efficace ni un concept de nettoyage et de maintenance basé sur les risques.
Inertage et protection constructive
L'inertage peut être utilisé comme mesure préventive de protection contre les explosions. Les mélangeurs-sécheurs sous vide et réacteurs mélangeurs des gammes VMT et AMT peuvent être réalisés étanches aux gaz, au vide et à la pression. Avec une conception appropriée, l'espace de procédé peut être évacué puis mis sous gaz inerte approprié. Des cycles de pression répétés permettent d'abaisser encore la teneur en oxygène.
Un inertage sûr suppose une installation suffisamment étanche, une alimentation en gaz inerte appropriée, une séquence de balayage adaptée au produit, une mesure d'oxygène représentative, des valeurs d'alarme et de coupure ainsi que des verrouillages de sécurité. La valeur d'oxygène admissible doit se situer, avec une marge de sécurité, en dessous de la concentration limite en oxygène déterminée pour le système poussière-gaz inerte concret. Des valeurs de consigne d'oxygène générales ne sont pas fiables. L'inertage ne protège en outre pas automatiquement contre l'auto-inflammation, la décomposition thermique, les réactions exothermiques ou les incendies dans des dépôts de poussière.
La résistance à la pression et au vide seule n'équivaut pas à une conception résistante à la pression d'explosion ou au choc de pression d'explosion. Si un appareil doit résister à une certaine sollicitation en pression en cas d'explosion, cela doit être expressément spécifié et conçu sur la base du KSt, de la pmax, de l'énergie minimale d'inflammation, des températures d'inflammation, de l'humidité, de la granulométrie et d'éventuels mélanges hybrides.
Lorsqu'une explosion ne peut pas être empêchée avec une sécurité suffisante, des mesures constructives telles que la décompression, la décompression sans flamme, la suppression d'explosion, la construction résistante à la pression d'explosion ou au choc de pression d'explosion et le découplage antiexplosion entrent en jeu. Le découplage est particulièrement nécessaire aux interfaces avec les filtres, silos, convoyeurs et autres appareils, lorsque des flammes ou de la pression pourraient se propager via les conduites. La mesure appropriée doit être conçue pour le réseau d'installation respectif, les caractéristiques de la poussière, la géométrie des conduites, le débit et le lieu d'implantation.
Conception par essais
La conception commence par les données de matières relatives à la sécurité et la User Requirement Specification de l'exploitant. Des essais avec le produit d'origine peuvent en outre examiner les propriétés en génie des procédés, par exemple la qualité de mélange, l'échauffement du produit, l'abrasion des particules, la répartition des liquides, les collages, l'évacuation et la nettoyabilité. Ces essais soutiennent le choix de l'exécution de l'appareil et des paramètres d'exploitation, mais ne remplacent ni un essai de poussière conforme aux normes ni une évaluation de la protection contre les explosions de l'ensemble de l'installation.
amixon® indique exploiter, sur son site de Paderborn, plus de 30 installations d'essai et entretenir d'autres centres techniques au Japon, en Inde, en Thaïlande, en Chine, en Corée du Sud et aux États-Unis. Les résultats peuvent être utilisés pour la conception du type de mélangeur, des outils, des joints, du concept de dosage, du transfert thermique et de la conduite de procédé.