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RÉSUMÉ
La prévention des explosions de gaz repose sur la maîtrise de la composition des phases gazeuses en dehors du domaine de composition inflammable et sur l’élimination des sources d’inflammation. La protection des enceintes contre les effets des explosions de gaz repose sur l’installation d’évents d’explosion permettant de réduire la surpression d’explosion à une valeur compatible avec la résistance mécanique des installations. L’utilisation de suppresseurs d’explosions et de vannes de sectionnement rapide est également envisageable pour cela. Les techniques permettant la maîtrise du risque d’explosion de gaz et leur évolution récente sont exposées dans cet article.
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Jean-Louis GUSTIN : Consultant en sécurité des procédés - Affiliation : ancien expert sécurité des procédés de Rhône-Poulenc, Rhodia, Solvay. Lyon, France
INTRODUCTION
Il existe deux moyens de maîtriser le risque d’explosion de gaz en milieu confiné : la prévention des explosions de gaz et la protection des installations contre les effets des explosions.
La prévention des explosions de gaz repose sur la maîtrise de la composition des phases gazeuses en dehors du domaine de composition inflammable et sur l’élimination des sources d’inflammation, comme l’impose la réglementation ATEX.
La prévention des explosions de gaz est une étape essentielle dans le développement des procédés, qui peut être abordée rapidement car les informations nécessaires peuvent être facilement rassemblées. Les méthodes préventives utilisables sont l’évitement par conception des phases gazeuses inflammables, l’inertage des enceintes avec un gaz inerte comme l’azote, l’abaissement de la température des phases liquides en dessous de leur point d’éclair, l’abaissement de la concentration des carburants volatils en dessous de leur LIE combinée, la flegmatisation des gaz ou des vapeurs instables en leur ajoutant un gaz inerte. L’identification des sources d’inflammation et leur élimination fait l’objet de la réglementation européenne ATEX dont les exigences essentielles sont décrites. Des dispositions constructives basées sur les leçons du passé permettent d’éviter des erreurs tragiques. Enfin, quelques techniques permettant d’éviter la rétrodiffusion de l’air et ses conséquences dans des installations normalement maintenues sous inertage sont rappelées.
La protection des enceintes contre les effets des déflagrations de gaz repose sur l’installation d’évents d’explosion permettant de réduire la surpression d’explosion à une valeur compatible avec leur résistance mécanique. Les techniques de calculs de ces évents reposant sur les caractéristiques des explosions de gaz Pmax et KG ont été développées très tôt en Allemagne et en Suisse alémanique par Bartknecht et adoptées aux États-Unis par la NFPA. Puis ces méthodes ont évolué aux États-Unis par l’utilisation par NFPA de corrélations de plus en plus élaborées visant à éviter d’avoir à mesurer les caractéristiques des déflagrations des gaz, mais en même temps, négligeant leurs particularités. Toutes les étapes de ce processus sont décrites dans cet article afin de permettre à chacun de comprendre comment est protégé le matériel actuellement exploité. Les informations concernant les pressions initiales élevées sont d’un grand intérêt. La protection des conduites contenant un mélange gazeux inflammable est évoquée. La protection des installations industrielles par des suppresseurs d’explosions et des systèmes d’isolement rapides est également décrite.
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3. Conclusion
Le risque d’explosion de gaz concerne beaucoup d’activités industrielles, et en particulier l’industrie chimique au sens large, l’industrie gazière, la pétrochimie, le raffinage, la fabrication des huiles, des bitumes, des colles, l’agrochimie, la pharmacie, la fabrication d’engrais, la métallurgie, la récupération des COV dans les processus industriels, le traitement de déchets industriels et le recyclage en général, les procédés de fermentation, la production de biogaz, la fabrication de chips et de pellets de bois, l’utilisation de machines frigorifiques utilisant des fluides réfrigérants comme l’ammoniac ou d’autres fluides réfrigérants qui sont aujourd’hui inflammables dans l’air. Certaines de ces activités sont exercées en dehors du domaine industriel par des agriculteurs ou des acteurs indépendants qui devraient normalement rencontrer quelques problèmes.
Il est donc utile de rendre accessible à un large public des connaissances relatives au risque d’explosion de gaz qui peut concerner leur domaine d’activité sans qu’ils en soient forcément informés. L’étude du risque d’explosion de gaz mérite beaucoup d’attention car les conséquences peuvent être considérables. La première étape dans le domaine est d’identifier les conditions dans lesquelles une phase gazeuse pourrait devenir inflammable. Il est donc nécessaire de calculer ou de mesurer les limites d’inflammabilité des carburants dans les conditions de composition de température et de pression présentes. Les deux approches permettent l’obtention de résultats corrects, mais il est toujours prudent de faire des vérifications.
Il est toujours préférable d’adopter des conditions de procédés excluant la formation de phase gazeuse inflammable. Il est plus facile de contrôler la composition d’une phase gazeuse que de maîtriser les conséquences d’explosions de gaz fréquentes dans une installation.
Pour réduire la probabilité d’avoir une explosion de gaz alors qu’une phase gazeuse est devenue inflammable, il est nécessaire d’éliminer les sources d’amorçage qui pourraient être présentes dans l’installation. Ce but peut être atteint en appliquant correctement la réglementation ATEX. Cela permet de réduire la probabilité d’avoir une explosion de gaz lors de dérives des conditions de procédés conduisant à la formation d’une phase gazeuse inflammable.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - GUSTIN (J.-L.) - Safety of Ethoxylation Reactions, - Institution of Chemical Engineers, Loss Prevention Bulletin 157, 11-18 (2001).
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(2) - GLOR (M.), SIWEK (R.) - Minimum energy necessary to initiate decomposition of ethylene oxide vapour, - 7th International Symposium on Loss Prevention and Safety Promotion in the process Industries, Taormina, Italy, 4-8 May 1992, paper n° 78 : 1-13.
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(3) - JUNE (R.K.), DYE (R.F.) - Explosive decomposition of ethylene oxide, - Plant/Operations Progress, Vol. 9, n° 2 : 67-74 (1990).
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(4) - SIWEK (R.), ROSENBERG (E.) - Prevention of ethylene oxide decomposition, - International Symposium Loss Prevention and Safety Promotion in the process industries, Oslo, paper n° 52 : 1-15 (1989).
-
(5) - COWARD (H.F.), JONES (G.W.) - Limits of Flammability of Gases and Vapors, - Bulletin 503, Bureau of Mines, Washington DC (1952).
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Norme EN 1127-1 (2000), Atmosphères explosives. Prévention de l’explosion et protection contre l’explosion. Partie 1 : Notions fondamentales et méthodologie
Norme NF EN 60079-20-1 (2010), Atmosphères explosives – Partie 20-1 : Caractéristiques des substances pour le classement des gaz et des vapeurs – Méthodes et données d’essai (www.afnor.org)
Norme EN 13673 (2003), Détermination de la pression maximale d’explosion et de la vitesse maximale de montée en pression des gaz et vapeurs
NFPA 68, Standard on Explosion Protection by Deflagration Venting, 1978 Édition, National Fire Protection Association. NFPA, 1 Batterymarch Park, Quincy, MA 02169-7471
NFPA 68, Guide for Venting of Deflagrations, 2002 Édition, National Fire Protection Association. NFPA, 1 Batterymarch Park, Quincy, MA 02169-7471
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