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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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Gas-phase explosion hazards in enclosures may be controlled by prevention and protection measures. Keeping the gas phase composition outside the flammable range, and at the same time eliminating ignition sources as per the ATEX regulation, prevents gas phase explosions. Vessel protection is achieved by explosion venting to keep the pressure effects within the vessel’s mechanical strength range. Explosion suppression systems using flame quenching devices and automatic isolation systems may also be used. The different techniques available to control gas phase explosion hazards are described in this article, with special emphasis on their recent versions.
Auteur(s)
-
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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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
prevention | explosion | protection | Gas phase
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2. Protection des enceintes contre les surpressions d’explosions de gaz
2.1 Données de base : Pmax et KG
La protection des enceintes contre les surpressions d’explosions de gaz repose sur les données de surpression maximale d’explosion Pmax exprimée en bar G et de vitesse maximale d’augmentation de la pression caractérisée par la valeur de
exprimée en bar.m.s–1. Les données de surpression d’explosion Pmax et de KG des gaz dans l’air sous la pression initiale atmosphérique sont connues pour quelques gaz et vapeurs organiques seulement. Ces données ont été obtenues par Bartknecht dans une enceinte sphérique de 5 litres. La source d’amorçage centrale est une étincelle électrique d’énergie E = 10 Joules. Le mélange gazeux initial est stagnant (non agité). On trouve également ces données dans NFPA 68 édition de 2002, avec des commentaires et des corrections pour certaines données de KG (tableau 8). Les valeurs de la surpression d’explosion Pmax ne sont pas affectées par le volume de l’enceinte dans laquelle elles ont été déterminées s’il s’agit d’enceintes de géométrie sphérique, avec une source d’amorçage située au centre de la sphère, une phase gazeuse initiale stagnante et un volume limité à quelques mètres cube.
La surpression de l’explosion Pmax diminue en général lorsque la température initiale augmente car l’enceinte contient alors moins de gaz. Le KG augmente en général lorsque la température initiale augmente car la vitesse des réactions de combustion...
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Protection des enceintes contre les surpressions d’explosions de gaz
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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HAUT DE PAGE
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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