Guide des technologies de procédé
De nombreux produits à l'état de poudre sont susceptibles de provoquer une explosion.
Ceci s'explique par le fait que lorsqu'une poudre fine est intimement mélangée à l'air sous forme d'un nuage, la surface du produit exposée est très importante et la vitesse de combustion est très élevée.
L'explosion est la plus violente lorsque les particules sont:
- suffisament éloignées les unes des autres pour disposer de suffisament d'air
- suffisament rapprochées pour que la chaleur dégagée entraine la combustion des particules adjacentes.
L'explosion qui se produit est une DEFLAGRATION:
une onde de pression se déplace en avant du front flamme, à la vitesse du son (330m/sec) alors que la flamme elle même se déplace à une vitesse de 1 à 10m/sec.
Les surpressions engendrées dans un mélange initialement à la pression atmosphérique sont au maximum de 10bars.
La violence de l'explosion est caractérisée par trois grandeurs:
- la pression maximale atteinte lorsque l'explosion est achevée
- la vitesse maximale de montée en pression au cours de l'explosion
- dans certains cas la vitesse maximale de flamme
Ces caractéristiques sont déterminées à partir d'essais réalisées par des laboratoires spécialisés en chambre de 20litres, 1 ou 10m3.
La vitesse maximale de montée en pression permet de classer les produits en 3 classes:
- <200 bars/sec : classe St-1
- de 200 à 300 bars/sec : classe St-2
- >300 bars/sec : classe St-3
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Dm Cmini Pmax dP/dt
µm g/m3 bars bar/sec
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Cellulose 33 60 9,7 229
Liège 42 30 9,6 202
Maïs 28 60 9,4 75
Blanc d'oeuf 17 125 8,3 38
Lait en poudre 83 60 5,8 28
Farine de maïs 7 10,3 202
Farine de riz 18 60 9,2 101
Fleur de farine 22 30 9,9 115
Amidon de blé 40 10,1 655
Sucre 45 7,7 350
Cacao 65 4,9 84
Acétate de cellulose 35 7,7 455
Epoxy 15 6,6 595
Polystyrène 20 6,3 490
Polyamide 40 6,3 490
Vitamine B1 35 8,4 630
Vitamine C 35 6,2 385
Aspirine 15 6 540
Magnésium broyé 23 6,7 >700
Titane 50 5,6 >700
Aluminium micronisé 45 6,3 >700
Aluminium broyé 50 4,9 300
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Dm: diamètre moyen des particules (en microns)
Cmini: limite inférieure d'inflamibilité d'un nuage (en g de poudre/m3 d'air)
Pmax: pression maximale atteinte au cours de l'explosion (en bars)
dP/dt: vitesse maximale de montée en pression (en bar/sec)
La violence de l'explosion est fortement influencée par la taille des particules en suspension.
A titre d'exemple voici comment évoluent les caractéristiques d'une l'explosion de poussière d'amidon:
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taille pression vitesse
particules maxi moyenne
µm bars bars/sec
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100 7,5 100
60 8,0 300
30 8,5 550
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Ceci explique pourquoi il est indispensable de déterminer par des essais, les propriétés du produit sur lequel on opère.
Les explosions de poussières peuvent être évitées en agissant sur l'un des facteurs nécessaires à son développement:
- le combustible
en limitant la possibilité de former un nuage de poussière
- le comburant
en abaissant la teneur en oxygène dans les enceintes par injection d'un inerte
- la source d'inflammation
en veillant aux continuités électriques entre pièces métalliques pour éviter les étincelles d'origine électro-statique,
en évitant ou en protégeant les points chauds,
en évitant le contact de pièces d'acier rouillé avec de l'aluminium,
en utilisant des matériaux suffisament conducteurs (tuyaux, médias filtrants).
ENCEINTES RESISTANT A LA PRESSION
Les surpressions maximales atteintes au cours d'une explosion de poussière sont rarement supérieures à 10bars.
Calculer une enceinte où peut se produire une explosion, à cette pression peut être une bonne solution si le volume est faible (cyclônes, filtres...)
SUPPRESSEUR D'EXPLOSION
La suppression d'explosion consiste à injecter un produit extincteur avant que la pression n'atteigne une valeur destructrice.
Il est nécessaire de commencer l'extinction dans la phase initiale de la déflagration, lorsque la vitesse de montée en pression est encore faible.
La détection de l'explosion et la décharge de l'extincteur doivent être réalisés en quelques millisecondes, et le matériel utilisé est sofistiqué et coûteux.
C'est pourquoi cette méthode n'est utilisée que lorsque les autres méthodes sont inapplicables:
- équipement à protéger à l'intérieur d'un local avec impossibilité de diriger un évent vers l'extérieur
- combustible contenant des produits toxiques ou nuisibles pour l'environnement.
ISOLEMENT
Un équipement est généralement raccordé à d'autres enceintes par des canalisations par lesquelles une explosion peut se propager.
L'isolement consiste à empêcher cette propagation par un moyen mécanique qui peut être:
- actif:
une vanne de sectionnement disposée sur une tuyauterie dont la fermeture est commandée par un détecteur de pression ou de chaleur (rayonnement infra-rouge).
- passif
un évent d'explosion est disposé sur la tuyauterie, et doit, en éclatant, diriger l'explosion vers l'extérieur.
EVENT D'EXPLOSION
Un évent d'explosion est une trappe prévue pour être fermée et étanche dans les conditions normales d'exploitation, et qui doit s'ouvrir pour décharger l'excès de pression en cas d'explosion.
Il est conçu pour limiter la pression à l'intérieur d'une enceinte et prévenir sa destruction.
En évacuant la déflagration, l'évent peut libérer des flammes, des gaz et une importante quantité de chaleur .
Cette décharge doit donc être de préférence dirigée vers l'extérieur des bâtiments, à l'air libre.
L'échappement de l'évent peut aussi être canalisé vers un arrête flamme pour empêcher sa propagation.