Le choix ne s'effectue pas uniquement selon la classe de poussière St1 ou St2. Ce qui est déterminant, c'est un concept complet de protection contre les explosions composé de données de matières vérifiées, de conditions de procédé, de géométrie de l'appareil, de réseau de conduites, de lieu d'implantation ainsi que des mesures prévues telles que l'inertage, la décompression, la suppression et le découplage. St1 et St2 décrivent uniquement la vitesse de montée en pression d'une poussière, et non automatiquement le degré de résistance à la pression requis pour le mélangeur.

La bonne question n'est donc pas « St1 ou St2 – quelle épaisseur de paroi ? », mais : quelle pression maximale peut apparaître dans le mélangeur concret, y compris tous les cas d'exploitation et incidents plausibles, et quel système de protection limite cette pression, de façon démontrable, à quelle valeur ?

Données de matières et de procédé

La base de la conception réside dans des valeurs caractéristiques représentatives de sécurité du produit effectif. En font partie 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 répartition granulométrique, l'humidité, la concentration limite en oxygène et la conductivité électrique. En cas d'ajout de liquide ou de solvants, d'éventuels mélanges hybrides vapeur-poussière doivent en outre être examinés.

Les classes d'explosion de poussière sont définies via la valeur KSt : St1 se situe à 0<KSt≤200 bar⋅m/s0<KSt≤200 bar⋅m/s, St2 à 200<KSt≤300 bar⋅m/s200<KSt≤300 bar⋅m/s. Une valeur KSt plus élevée signifie une montée en pression plus rapide et peut rendre nécessaires des temps de réaction plus courts pour les systèmes de décompression, de suppression et de découplage. Elle ne fournit toutefois pas d'indication complète sur la pmax, la résistance de récipient nécessaire ou l'aptitude d'une mesure de protection.

Les valeurs issues de la littérature ou de bases de données ne conviennent que pour une première planification préliminaire. Pour une conception pertinente en matière de sécurité, il convient d'utiliser des valeurs d'essai du produit concret ou d'un groupe de produits démontrablement représentatif. Des modifications de recette, une humidité modifiée, des granulométries plus fines, des constituants secondaires organiques ou un ajout de liquide peuvent modifier le comportement à l'explosion.

Il faut en outre tenir compte de la pression de service, de la température, du taux de remplissage, de l'atmosphère de procédé, des éléments internes, de la vitesse de rotation, des dépôts de poussière possibles, du chargement, de l'évacuation et de l'état des conduites raccordées. Sont particulièrement pertinentes les surpressions, les températures élevées, les éléments internes générateurs de turbulences, les longues conduites de liaison et les accumulations de pression potentielles. Elles peuvent modifier considérablement la violence de l'explosion et l'évolution de la pression.

Choisir la bonne construction

Dans une construction résistante à la pression d'explosion, le mélangeur est conçu de manière à résister, sans défaillance dangereuse, à la charge d'explosion interne retenue comme base. La question de savoir si des déformations permanentes sont admissibles doit être expressément définie dans le concept de conception retenu. Une conception pour la pression d'explosion maximale pmax est particulièrement pertinente lorsqu'aucune décompression ou suppression efficace n'est possible, lorsque le mélangeur est implanté de façon très dense, lorsqu'un rejet de produit n'est pas admissible ou lorsque la protection doit reposer sur la résistance passive du récipient.

Une construction résistante au choc de pression d'explosion peut admettre des déformations permanentes, mais ne doit ni éclater ni présenter de fuite dangereuse. Elle peut être conçue pour la pression d'explosion maximale ou pour une pression d'explosion réduite. L'affirmation « résistant au choc de pression signifie toujours conception pred » est donc trop imprécise. La pression de conception requise doit être clairement indiquée dans le concept de sécurité et justifiée par le calcul.

Une conception pour la pression d'explosion réduite pred est possible lorsqu'une décompression efficace ou une suppression d'explosion est prévue. Le mélangeur, ses brides, couvercles, hublots, tubulures de mesure, joints d'arbre, organes d'évacuation et raccords doivent alors être conçus pour la pression d'explosion réduite maximale réellement attendue. Ils ne doivent pas se concentrer uniquement sur le corps du récipient.

L'EN 14491 traite du choix et de la conception des systèmes de décompression pour les explosions de poussière. Elle tient compte notamment du volume du récipient, des données de la poussière, de la pression d'ouverture, de la surface de décompression, des conduits de décompression, des forces de recul et des effets à l'extérieur du récipient. Des conduits de décompression longs, des turbulences, une accumulation de pression et des jets de flamme peuvent augmenter la pression d'explosion réduite. La norme souligne en outre que, dans la plupart des cas, des mesures de découplage sont nécessaires dans les conduites de liaison.

Démarche pratique

Dans un premier temps, les données de matières actuelles et tous les états d'exploitation sont saisis. Ensuite, il est déterminé si l'atmosphère peut être empêchée de manière fiable par inertage. Si c'est le cas, l'alimentation en gaz inerte, la mesure d'oxygène, les verrouillages, les fuites et les scénarios de défaillance doivent être conçus de manière à ce que la valeur d'oxygène admissible soit respectée en toute sécurité. L'inertage peut influencer la résistance à la pression nécessaire, mais ne remplace pas automatiquement un concept de niveau de repli pour les dysfonctionnements, le démarrage, l'ouverture, le nettoyage ou la perte de l'alimentation en gaz inerte.

Il est ensuite décidé si le mélangeur est conçu pour la pmax, protégé par décompression à la pred, ou limité par un système de suppression à une pression démontrée. En cas d'implantation intérieure, il faut vérifier en particulier si une décompression vers l'extérieur est possible. Si ce n'est pas le cas, une décompression sans flamme, une suppression ou une construction résistante aux explosions peuvent être plus appropriées. La décision dépend également du fait que, en cas d'événement, du produit, des flammes ou des substances toxiques puissent ou non s'échapper.

Le choix doit intégrer l'ensemble du réseau d'installation. Les conduites de liaison vers les filtres, silos, convoyeurs, systèmes de vide et installations de conditionnement peuvent transmettre une explosion ou provoquer une accumulation de pression. C'est pourquoi un découplage antiexplosion est souvent nécessaire, par exemple avec des clapets anti-retour appropriés, des vannes à fermeture rapide, des barrières à agent extincteur ou des écluses rotatives qualifiées.

Les marges de sécurité ne doivent pas être fixées forfaitairement à 10 ou 20 pour cent. Elles résultent de la norme choisie, des méthodes de calcul, des incertitudes des données de matières, des règles de construction, des variations de pression, des caractéristiques des matériaux et de l'organisme de contrôle compétent respectif. Une plage de conception typique de 0,2 à 2 bar pour la pred n'est pas non plus une prescription générale ; de telles valeurs ne sont admissibles que dans le cadre des domaines de validité de la méthode utilisée respectivement.

Particularités pour St2

Les poussières St2 possèdent une vitesse de montée en pression plus élevée que les poussières St1. Cela réduit la fenêtre de temps disponible pour les systèmes actifs tels que la suppression ou les vannes à fermeture rapide. La décompression et le découplage doivent également être conçus avec un soin particulier. Des surfaces de décompression plus grandes peuvent être nécessaires, mais ne sont pas automatiquement suffisantes : la géométrie du récipient, les éléments internes, les conduites, les forces de recul et une propagation de flamme possible doivent également être évalués.

Une température de service ou une pression de départ accrue peut modifier les paramètres d'explosion. Les mélanges hybrides de poussière combustible et de vapeur peuvent également entraîner des pressions d'explosion plus élevées ou une sensibilité à l'inflammation modifiée. Pour les produits St2, il est donc particulièrement important de ne pas partir de valeurs standard apparemment conservatrices, mais de concevoir les conditions réelles avec des spécialistes de la protection constructive contre les explosions.

Documentation et contrôle

La conception en pression, les données de matières utilisées, le concept de protection, les calculs, le découplage et les exigences relatives aux pièces annexes doivent être consignés de façon compréhensible dans le document relatif à la protection contre les explosions et dans les documents techniques. Des modifications de la recette, de la granulométrie, de l'humidité, de la pression de service, de la température, du débit, du réseau de conduites, des dispositifs de décompression ou des appareils raccordés peuvent nécessiter une nouvelle évaluation.

Le contrôle avant la première mise en service doit confirmer que le mélangeur, les systèmes de protection et les installations raccordées ont été construits conformément au concept de protection contre les explosions et fonctionnent efficacement. Cela vaut également après des modifications soumises à contrôle.