Quelles fonctions de sécurité sont obligatoires lors de la manipulation de poudres à risque d'explosion de poussière ?
Lors de la manipulation de poussières combustibles, aucun catalogue uniforme de fonctions individuelles n'est obligatoire pour chaque installation. Ce qui est obligatoire, c'est bien plutôt un concept de protection contre les explosions documenté et basé sur les risques. Il doit tenir compte de la recette concrète, des données de matières, du classement en zones, de la conduite de procédé, des sources d'inflammation, du lieu d'implantation et de l'ensemble du réseau d'installation. Les mesures de protection résultent de l'évaluation des risques et du document relatif à la protection contre les explosions.
En Allemagne, les TRGS 720 à 724 précisent la démarche : éviter ou limiter l'atmosphère explosible dangereuse, éviter les sources d'inflammation efficaces et – si nécessaire – limiter les conséquences d'une explosion par des mesures constructives.
Éviter le danger
Une conduite de procédé fermée et aussi étanche à la poussière que possible, une aspiration appropriée, une filtration et un nettoyage basé sur les risques sont des mesures fondamentales. Elles visent à empêcher la formation de nuages de poussière dangereux ou de dépôts de poussière étendus. Une valeur limite générale telle que « à partir de 1 mm de couche de poussière, c'est critique » n'est pas fondée sur le plan technique. Même de fins dépôts peuvent s'accumuler sur de grandes surfaces et permettre une explosion secondaire en cas de mise en suspension ; les dépôts admissibles et les intervalles de nettoyage doivent donc être déduits de l'évaluation des risques concrète.
L'inertage est nécessaire lorsqu'il a été fixé comme mesure efficace dans le concept de protection. Il abaisse la teneur en oxygène, au moyen d'un gaz inerte approprié, en dessous d'une concentration limite en oxygène spécifique au produit et au procédé. Pour cela, une installation étanche, une séquence d'inertage définie, la mesure d'oxygène requise, des valeurs d'alarme et de coupure ainsi que des verrouillages de sécurité sont nécessaires. Toute installation présentant un risque d'explosion de poussière ne doit pas nécessairement être inertée ; la nécessité dépend des données de matières, du procédé et des mesures de protection alternatives.
Maintenir durablement la concentration des poussières combustibles en dessous d'une limite inférieure d'explosivité n'est en pratique souvent pas un concept de protection primaire fiable pour les procédés de poudre. Les concentrations de poussière sont difficiles à saisir en continu et de façon représentative ; en outre, des mises en suspension et dépôts locaux peuvent survenir. C'est pourquoi on choisit le plus souvent une combinaison de conduite de procédé fermée, de minimisation de la poussière, d'élimination des sources d'inflammation et, le cas échéant, de protection constructive.
Éviter les sources d'inflammation
Lorsqu'une atmosphère explosible ne peut pas être exclue avec certitude, toutes les sources d'inflammation potentielles doivent être évaluées et maîtrisées. Cela comprend les appareils électriques et non électriques, les surfaces chaudes, le frottement, les étincelles mécaniques, les entraînements bloqués, la surchauffe des paliers et joints, les corps étrangers, les décharges électrostatiques, les flammes nues et les travaux à chaud.
Les fonctions impérativement requises résultent alors de la conception. Les mesures typiques sont des paliers et joints surveillés en température, une surveillance de la vitesse de rotation ou du couple, la limitation des températures de surface, des appariements de matériaux appropriés, des séparateurs de corps étrangers, une maintenance contrôlée ainsi que des appareils ATEX adaptés à la zone fixée. La mise à la terre et l'égalisation de potentiel de toutes les pièces conductrices pertinentes sont des éléments centraux du concept de protection. Les exigences s'appliquent également aux conduites, filtres, tuyaux flexibles, fûts, IBC, FIBC, postes de remplissage et, le cas échéant, au personnel opérateur.
Une résistance de décharge forfaitaire d'au maximum 106 Ω n'est pas correcte pour chaque composant et chaque cas d'application. Les exigences relatives aux matériaux à capacité de dissipation dépendent du composant, du matériau et du cas d'utilisation. Pour les FIBC de type C, la TRGS 727 indique par exemple une résistance de décharge inférieure à 107 Ω vers le point de mise à la terre. Les FIBC de type D n'ont pas besoin de mise à la terre, mais ne peuvent être utilisés que si les exigences pour l'usage prévu sont respectées.
Les systèmes de détection et d'extinction d'étincelles ne sont pas prescrits de façon générale. Ils peuvent être nécessaires dans les conduites de transport pneumatique, les tronçons d'aspiration, les installations de travail du bois ou d'autres applications, lorsque des particules chaudes ou des étincelles ont été identifiées comme danger pertinent. Leur nécessité, leur position de montage et leur fonction de sécurité doivent résulter de l'évaluation des risques.
Limiter les conséquences
Lorsque l'atmosphère explosible et les sources d'inflammation ne peuvent pas être évitées avec une sécurité suffisante, des mesures de protection constructives doivent être mises en œuvre. La TRGS 724 cite la construction résistante aux explosions, la décompression d'explosion, la suppression d'explosion et le découplage antiexplosion comme mesures destinées à limiter les conséquences d'une explosion à un niveau acceptable.
La décompression peut s'effectuer via des disques de rupture, des clapets de décompression ou des systèmes sans flamme appropriés. La suppression d'explosion nécessite une détection très rapide et un agent extincteur approprié. Le découplage antiexplosion empêche que la pression et les flammes ne se propagent via les conduites aux filtres, silos, convoyeurs, sécheurs ou autres appareils. Peuvent convenir des clapets anti-retour, des vannes à fermeture rapide, des barrières à agent extincteur, des vannes antiexplosion ou des écluses rotatives contrôlées à cet effet.
La mesure appropriée dépend des données de matières telles que le KSt, la pmax, l'énergie minimale d'inflammation et la granulométrie, ainsi que du volume de l'appareil, de la géométrie des conduites, du débit, de l'implantation intérieure ou extérieure et d'un éventuel risque pour les personnes. Un système de protection constructif ne protège pas automatiquement chaque personne dans chaque environnement ; en particulier pour la décompression, la direction d'évacuation, la sortie de flammes, l'onde de pression, le produit libéré et les zones sûres doivent être pris en compte.
Organisation et contrôle
Une évaluation des risques et un document relatif à la protection contre les explosions sont obligatoires dès lors qu'une atmosphère explosible dangereuse peut survenir. Le document doit être établi avant le début du travail, tenu à jour et adapté en cas de modifications pertinentes. Il contient notamment les données de matières, le classement en zones, les mesures de protection, le choix des appareils, les contrôles, les limites d'exploitation et les règles organisationnelles.
Les collaborateurs ont besoin d'instructions d'exploitation et de formations relatives aux zones Ex, à la libération de poussière, à la mise à la terre, au nettoyage, à l'élimination des dysfonctionnements, aux alarmes et aux mesures d'urgence. Des procédures d'autorisation doivent s'appliquer aux travaux à chaud, au meulage, au soudage ou à l'utilisation d'appareils non autorisés en zones Ex.
La sécurité contre les explosions doit être contrôlée avant la première mise en service et après des modifications soumises à contrôle. Le contrôle comprend le document relatif à la protection contre les explosions, les mesures de protection techniques et organisationnelles ainsi que leurs interactions. En font notamment partie la ventilation, l'avertissement de gaz, l'inertage, les appareils, les systèmes de protection ainsi que les dispositifs de sécurité, de contrôle et de régulation.
Les fonctions orientées vers la sécurité doivent disposer d'une conception basée sur les risques. La question de savoir si le SIL selon la CEI 61511, le Performance Level selon l'EN ISO 13849 ou une autre méthode s'applique dépend du type de commande, de la fonction de sécurité et du corpus de règles utilisé. Un SIL déterminé ou un Performance Level déterminé n'est pas obligatoire de façon forfaitaire pour toutes les mesures d'O₂, les systèmes de suppression ou les installations d'extinction d'étincelles.
Ainsi amixon® soutient la sécurité 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 doit souvent être 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 en zones de l'ensemble de l'installation – y compris le dosage, le chargement, l'évacuation, les filtres, les tronçons de transport, les silos et la zone d'implantation – fait partie de l'évaluation des risques et incombe à l'exploitant.
amixon® peut réaliser des mélangeurs, granulateurs, mélangeurs-sécheurs sous vide et réacteurs mélangeurs pour des applications avec une chambre de produit classée zone 20. En font partie, selon la gamme 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 VMT et AMT. Pour la zone 20, un niveau de protection très élevé est en principe requis, correspondant régulièrement à une exécution de catégorie 1D. La configuration concrète de la chambre de l'appareil, de l'entraînement, de l'instrumentation, des joints, des limites de température et de la documentation est fixée de façon spécifique au projet.
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, à l'établissement et à la tenue à jour du document relatif à la protection contre les explosions ainsi qu'au contrôle de l'installation. amixon® peut fournir les documents relatifs à l'appareil livré ; l'évaluation et la libération de l'ensemble de l'installation restent des tâches de l'exploitant.
Limiter les sources d'inflammation et les fuites de poussière
De faibles vitesses périphériques peuvent limiter l'énergie de frottement, de choc et d'abrasion dans le mélange. Pour les mélangeurs verticaux VM et HM, amixon® indique une plage de vitesse périphérique réglable d'environ 0,8 à 3,5 m/s. Cela peut, pour les produits en vrac sensibles, réduire en même temps la sollicitation des particules. Une faible vitesse de rotation n'est toutefois pas à elle seule une preuve qu'aucune source d'inflammation efficace n'apparaît. Les paliers, joints, arbres, contacts outil-paroi possibles, corps étrangers, blocages, surfaces chaudes, charges électrostatiques et dispositifs électriques doivent en outre être évalués.
Les fonctions de sécurité appropriées peuvent comprendre la surveillance de la température aux paliers et joints, la surveillance de la vitesse de rotation et du couple, la gestion des corps étrangers, une maintenance contrôlée, la mise à la terre et l'égalisation de potentiel. Les fonctions réellement nécessaires et leur conception résultent de l'évaluation des risques. 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 motivation contraire.
Des zones de produit à faible nombre de joints, polies, et des systèmes d'étanchéité appropriés peuvent limiter 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 et de la maintenance. Une exécution étanche de l'appareil ne remplace donc ni l'aspiration, le nettoyage et la maintenance, ni l'évaluation des dépôts de poussière possibles et des explosions secondaires.
Inertage et procédés sous pression
Les mélangeurs-sécheurs sous vide et réacteurs mélangeurs VMT et AMT peuvent être réalisés étanches aux gaz, au vide et à la pression. Ils conviennent ainsi aux procédés dans lesquels le mélange, la réaction, le conditionnement ou le séchage doivent avoir lieu sous vide, surpression ou atmosphère de gaz inerte. La résistance à la pression et au vide n'équivaut toutefois pas à une conception résistante à la pression d'explosion ou au choc de pression d'explosion. Celle-ci doit être expressément convenue de façon spécifique au projet et conçue sur la base des données de matières relatives à la sécurité.
L'inertage peut être une mesure préventive de protection contre les explosions. Pour les appareils sous vide, la chambre de mélange est par exemple évacuée puis mise sous gaz inerte approprié. Des cycles de pression répétés permettent de réduire encore la concentration en oxygène. L'inertage suppose une installation étanche, une alimentation en gaz inerte appropriée, des séquences de balayage définies, 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 produit-gaz inerte respectif.
L'inertage n'empêche pas automatiquement l'auto-inflammation, la décomposition thermique, l'incendie ou les réactions exothermiques. Il n'est donc qu'un élément d'un concept complet de protection contre les explosions. La stratégie de protection appropriée peut en outre nécessiter des appareils résistants à la pression d'explosion ou au choc de pression d'explosion, une décompression, une suppression d'explosion et le découplage des parties d'installation raccordées.
Centre technique et conception
La conception spécifique au projet commence par les données de matières relatives à la sécurité, par exemple le KSt, la pmax, l'énergie minimale d'inflammation, les températures minimales d'inflammation, l'humidité, la granulométrie, la conductivité électrique et d'éventuels mélanges hybrides. Ces données déterminent le concept de zones, les températures de surface admissibles, la catégorie de matériel, les exigences d'étanchéité, la mise à la terre, l'inertage ainsi que les mesures de protection constructives possibles.
Selon ses propres indications, amixon® propose des essais de procédé avec le produit d'origine au centre technique. La qualité de mélange, l'apport de température, la répartition des liquides, les collages, l'évacuation, la nettoyabilité et le comportement sous vide ou gaz inerte peuvent y être examinés. De tels essais peuvent soutenir la conception en génie des procédés, mais ne remplacent ni l'essai de sécurité des matières ni l'évaluation des risques de l'ensemble de l'installation.