Quelles caractéristiques augmentent la sécurité d'exploitation lors de la manipulation de poudres poussiéreuses et potentiellement explosives dans les mélanges d'engrais ?
Lors de la manipulation de poudres poussiéreuses et potentiellement explosibles – par exemple dans les mélanges NPK, les engrais contenant du nitrate d'ammonium ou les formulations à base de micronutriments –, un concept de sécurité intégré et à plusieurs niveaux est nécessaire. Il combine des mesures préventives, la maîtrise des sources d'inflammation et la protection constructive contre les explosions, et il repose sur un dimensionnement d'installation conforme à l'ATEX et étanche aux poussières.
Un dimensionnement conforme à l'ATEX comprend le zonage pour les atmosphères poussiéreuses (zones 20, 21 et 22) et le choix d'équipements appropriés avec les catégories d'appareils correspondantes. Les composants électriques sont réalisés étanches aux poussières, avec des indices de protection et des enveloppes appropriés, afin d'éviter la pénétration de poussière, les courts-circuits et les inflammations sur des surfaces chaudes. Les cuves, les filtres et les mélangeurs sont construits résistants au choc de pression et dimensionnés pour une pression d'explosion réduite.
La protection constructive contre les explosions comprend des décharges de pression telles que des disques de rupture ou des clapets d'explosion sur les silos, les filtres et les mélangeurs, afin d'évacuer la surpression de façon contrôlée vers des zones sûres. Des systèmes de suppression d'explosion à détection rapide et injection d'agents extincteurs peuvent supprimer le front de flamme en quelques millisecondes. Le découplage d'explosion s'effectue par des vannes à fermeture rapide, des clapets antiretour, des écluses à roue cellulaire avec protection contre la propagation de flamme ou des barrières d'agent extincteur, afin d'empêcher la propagation de la flamme et de la pression vers les parties d'installation voisines.
L'évitement des sources d'inflammation est un niveau de protection central. Une liaison équipotentielle continue et une mise à la terre systématique de toutes les parties d'installation conductrices et dissipatives – y compris les stations de big bags – empêchent les décharges électrostatiques par étincelles. Les sources d'inflammation mécaniques et thermiques sont limitées par des matériaux sans risque d'étincelles, une technique de palier appropriée et une surveillance de la température sur les pièces en rotation. Les températures de surface sont maintenues sous la température d'incandescence de la poussière concernée. Des capteurs tels que la détection d'étincelles dans les conduites d'aspiration, la surveillance de la température des paliers et des carters ainsi que des capteurs de vibrations pour la détection précoce d'un échauffement complètent la stratégie de protection.
Une conception de procédé fermée et à faible poussière réduit la formation de mélanges poussière-air explosibles. Des systèmes de transfert de matière sous vide ou fermés, par exemple des systèmes d'introduction de poudre par le vide ou des convoyages pneumatiques fermés, minimisent la libération de poussière. Les points d'alimentation et de transfert sont sécurisés par une aspiration définie, et des installations de filtration à nettoyage en ligne et surveillance de la pression différentielle assurent une captation fiable des poussières. Les zones critiques peuvent être inertées : les mélangeurs, les silos ou les conduites sont recouverts de gaz inerte et la teneur en oxygène est abaissée sous la concentration limite en oxygène, de sorte que la formation et la propagation de flammes soient empêchées.
La technique de mesure et de sécurité assure la preuve continue de la sécurité du procédé. Dans les systèmes inertés, la teneur en oxygène est surveillée en continu, et des capteurs de CO détectent précocement les feux couvants dans les silos. Le niveau de remplissage, la température et d'autres grandeurs pertinentes pour la sécurité sont saisis dans des boucles évaluées en conséquence. Des concepts d'arrêt d'urgence et de mise hors service avec une commande de sécurité appropriée permettent une réaction rapide et définie aux écarts critiques.
Le nettoyage, la maintenance et l'hygiène font également partie du concept de sécurité. Une construction à faible espace mort évite les dépôts de poussière dans les zones difficilement accessibles et réduit le risque de sources d'inflammation locales ou de feux couvants. Des surfaces lisses et faciles à nettoyer en contact avec le produit facilitent l'élimination de la poussière, en option en exécution apte au CIP. Des ouvertures d'inspection bien accessibles avec des fermetures étanches aux poussières et aux gaz soutiennent le contrôle et la documentation. Des intervalles de nettoyage définis et documentés, par exemple avec des prescriptions relatives aux épaisseurs de couche de poussière maximales admissibles, limitent la quantité de poussière combustible.
Un concept de sécurité complet comprend en outre la documentation et la caractérisation des poussières. Un document relatif à la protection contre les explosions consigne systématiquement les dangers, le zonage, les mesures de protection et les responsabilités. Les caractéristiques de poussière telles que la valeur KSt, la Pmax, l'énergie minimale d'inflammation et la limite inférieure d'explosivité sont déterminées et constituent la base du dimensionnement constructif et de génie des procédés. Des appréciations du risque, par exemple sous forme d'analyses HAZOP ou PAAG, considèrent l'ensemble du procédé, identifient les scénarios critiques et définissent les mesures préventives et limitatives appropriées.
De la combinaison de ces éléments naît un concept de sécurité échelonné : protection primaire contre les explosions par l'évitement des mélanges explosibles, protection secondaire par l'exclusion des sources d'inflammation et protection tertiaire par la limitation des effets. La sécurité d'exploitation lors de la manipulation de poudres poussiéreuses et potentiellement explosives dans les installations de mélange d'engrais s'en trouve durablement augmentée.
Ainsi amixon® met en œuvre la protection contre les explosions pour les poudres à risque d'explosion de poussière
L'évitement des poussières dans le procédé de mélange
Lors du traitement de poussières combustibles, une atmosphère explosible peut se former dans certaines conditions ; la condition est la présence simultanée de poussière combustible, d'oxygène et d'une source d'inflammation efficace. La protection préventive contre les explosions vise donc à exclure de façon fiable, ou à limiter efficacement, au moins une de ces conditions. Chez amixon®, la base est l'exécution étanche aux poussières des appareils : elle réduit la sortie de poussières de produit dans l'environnement et contribue ainsi à éviter les dépôts de poussière dangereux et les atmosphères poussiéreuses explosibles à l'extérieur du mélangeur. Les hélices SinConcave®/SinConvex® produisent le remaniement forcé nécessaire à cela sans faire inutilement poussiérer le produit.
La zone ATEX 20 comme dimensionnement systématique
Chez amixon®, la chambre de mélange est conçue pour la zone ATEX 20 sur toutes les séries. En font partie les mélangeurs à un arbre EM, les mélangeurs verticaux et coniques VM, HM, AM, KS, SH et GM, les mélangeurs conteneurs COM, les mélangeurs continus AMK ainsi que les réacteurs sécheurs-mélangeurs VMT et AMT. La zone ATEX 20 désigne les domaines dans lesquels une atmosphère poussiéreuse explosible est présente en permanence ou pendant de longues périodes. Ce dimensionnement constitue la base systématique des concepts de zone 20/21 dans le traitement des poudres. Le cadre réglementaire est formé par la directive produits ATEX 2014/34/UE et la directive d'exploitation 1999/92/CE. Le zonage de l'installation incombe à l'exploitant ; amixon® livre pour cela des appareils qualifiés avec une documentation complète.
L'évitement des sources d'inflammation par une conduite à faible vitesse
L'évitement des sources d'inflammation efficaces est un élément central de la protection préventive contre les explosions. Dans de nombreuses applications, les mélangeurs amixon® travaillent avec des fréquences de rotation comparativement faibles ; la vitesse périphérique des outils de mélange peut, si le concept de procédé l'exige, être limitée à moins de 1 m/s. La faible vitesse des outils réduit les sollicitations mécaniques et peut diminuer le risque d'événements de frottement, de choc ou d'étincelle susceptibles d'enflammer. Comme la géométrie de mélange produit un mouvement du produit tridimensionnel et intense, une faible vitesse périphérique ne signifie pas une performance de mélange moindre. L'évaluation concrète des sources d'inflammation possibles doit néanmoins toujours être faite en fonction de l'application – notamment à partir des propriétés des matières mises en œuvre, de corps étrangers éventuels, des charges électrostatiques, du dimensionnement des paliers et des joints, de la surveillance de la température ainsi que de l'équipement électrique et mécanique de l'appareil.
L'inertage par la technique du vide
Une autre approche de la protection préventive contre les explosions est l'inertage de l'espace de procédé. Les mélangeurs amixon® peuvent être réalisés étanches au vide. L'air présent dans la chambre de mélange peut ainsi être d'abord évacué puis remplacé par un gaz inerte ; comme gaz inertes entrent en ligne de compte, selon les exigences du produit, le procédé et le concept de sécurité, par exemple l'azote, le dioxyde de carbone ou des gaz rares. En abaissant la teneur en oxygène en dessous de la concentration limite en oxygène déterminante pour la poussière concernée, la formation d'une atmosphère explosible à l'intérieur du mélangeur peut être empêchée. Sont déterminants ici les données caractéristiques spécifiques à la poussière, l'étanchéité de l'ensemble du système, le mode d'exploitation prévu ainsi qu'une technique de mesure, de commande et de surveillance appropriée.
Exécution résistante à la pression et résistante au choc de pression
Si une atmosphère explosible ne peut pas être évitée de façon sûre, des mesures de protection constructives peuvent être nécessaires. Les mélangeurs amixon® sont réalisables au choix en exécution résistante à la pression ou résistante au choc de pression. Le dimensionnement se fonde sur les grandeurs caractéristiques déterminées pour la poussière concernée, en particulier sur la surpression d'explosion maximale et la vitesse de montée en pression. Une construction résistante à la pression supporte la pression d'explosion maximale attendue ; une exécution résistante au choc de pression tient compte de la pression d'explosion réduite qui résulte d'un concept de décharge de pression coordonné. La décharge de pression n'est pas une caractéristique de composant isolée, mais une partie d'un concept de protection coordonné : outre le dimensionnement du dispositif de décharge, il faut prendre en compte l'évacuation sûre des flammes et de la pression, les émissions de poussière possibles, la mise en danger des personnes ainsi que les interactions avec les composants raccordés.
Un concept individuel de protection contre les explosions
Quel concept de protection convient ne peut pas être fixé de manière générale. Sont déterminants, entre autres :
- la combustibilité et les grandeurs caractéristiques d'explosion de la poudre,
- l'énergie minimale d'inflammation et les températures d'inflammation,
- la concentration limite en oxygène,
- la taille des particules, l'humidité et la température du produit,
- la pression de service et la conduite du procédé,
- l'intégration de l'alimentation, de la vidange, de la filtration et de la périphérie,
- le zonage ATEX sur le lieu d'installation,
- les exigences de l'évaluation des risques et du document relatif à la protection contre les explosions.
amixon® dimensionne donc les appareils de mélange en fonction de l'application – de la conduite de procédé étanche aux poussières à l'exécution résistante à la pression ou au choc de pression avec la décharge de pression adaptée, en passant par l'inertage assisté par le vide.
Validation en halle d'essais amixon®
Avant chaque investissement se place la démonstration en halle d'essais. Au siège de Paderborn, 35 installations d'essai de tailles diverses sont disponibles à cette fin. Elles sont complétées par des centres techniques au Japon, en Inde, en Thaïlande, en Chine, en Corée du Sud et aux États-Unis. Les essais sont réalisés avec les produits d'origine, des taux de remplissage et des tailles de charge réels ainsi que dans la plage de température et de pression prévue. Sont évalués la qualité de mélange, le ménagement du produit, l'apport d'énergie, la nettoyabilité et la reproductibilité en service de série ultérieur. Les résultats sont analysés et documentés en commun avec les expertes et les experts amixon®. Il en résulte une base de décision solide, qui réduit nettement les risques techniques et économiques avant l'achat.