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RÉSUMÉ
Les explosions de gaz en milieu confiné sont des accidents domestiques ou industriels fréquents. Cet article présente les caractéristiques techniques des mélanges gazeux inflammables permettant l’évaluation du risque d’explosion de gaz en milieu industriel et la vérification de la conformité des installations aux normes réglementaires. L’accent est mis sur la recherche des données d’inflammabilité des gaz dans la littérature et sur les méthodes de calcul permettant l’obtention des informations spécifiques nécessaires pour atteindre un haut niveau de sécurité dans les industries de procédé.
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Gas-phase explosions in vessels and enclosures are common household and industrial accidents. This article describes the flammability data necessary for gas-phase explosion hazard assessment and facility compliance with the regulations. The utility of gas-phase flammability data collection in the literature is emphasized, as well as calculation methods to obtain the process-specific data necessary to achieve a high level of safety in process industries.
Auteur(s)
-
Jean-Louis GUSTIN : Consultant en sécurité des procédés - Ancien expert sécurité des procédés de Rhône-Poulenc, Rhodia, Solvay, Lyon, France
INTRODUCTION
Les explosions de gaz en milieu confiné sont des accidents domestiques ou industriels fréquents et souvent spectaculaires. Les explosions de gaz résultent de l’inflammation d’un gaz dans une enceinte ou un milieu confiné. L’inflammation est possible si la composition du gaz ou du mélange gazeux est inflammable et si une source d’inflammation est présente. L’inflammabilité d’un mélange gazeux est donc déterminée par sa composition, les conditions environnementales, la température, la pression, l’enceinte où il se trouve, le type et l’intensité des sources d’amorçages présentes. Pour écarter le risque d’explosion de gaz, il faut connaître et maîtriser toutes ces conditions.
Les données d’inflammabilité des gaz ou vapeurs de carburants dans l’air sont bien souvent limitées à des données réglementaires fournies dans des conditions standard qui ne correspondent pas aux conditions du procédé considéré. Mais à partir de ces informations limitées, il est possible de recalculer les informations recherchées dans les conditions spécifiques du procédé.
Dans le présent article, la recherche des données d’inflammabilité et des données réglementaires sur les gaz carburants d’une part, et les méthodes de calcul permettant l’adaptation des limites d’inflammabilité dans l’air aux conditions environnementales et aux mélanges de carburants d’autre part, seront développées. La même attention sera portée à l’étude des auto-inflammations en phase gazeuse. En vue de passer à la mise en œuvre industrielle, il est toujours nécessaire de faire des vérifications expérimentales directes ou indirectes, mais le travail expérimental nécessaire s’en trouve fortement allégé.
Trois types d’explosion de gaz peuvent être distingués en fonction de leur mode de propagation et des effets de pression observés : l’explosion homogène, la déflagration et la détonation. Les différents modes de propagation des explosions de gaz et leurs conditions de prévalence seront décrits.
Lorsqu’une phase gazeuse est inflammable, il se pose la question des effets de pression de l’explosion dans une enceinte. Les informations caractéristiques des déflagrations sont la surpression maximale d’explosion Pmax (bar G) et la violence de l’explosion caractérisée par le KG (bar · m · s–1). Ces données sont connues pour un petit nombre de gaz carburants dans l’air et pour quelques gaz instables. L’utilisation de ces données de Pmax et KG sera développée dans l’article [SE 5 021] consacré à la prévention des explosions de gaz et à la protection des enceintes contre des surpressions excessives, par des évents d’explosion ou des suppresseurs d’explosion.
Enfin, nous décrirons les appareils permettant la détermination expérimentale des limites d’inflammabilité des gaz et vapeurs carburants dans l’air ou dans une atmosphère comburante, que l’on peut trouver dans un laboratoire de sécurité des procédés très bien équipé. Ils consistent en des appareils de mesure des points d’éclair, une sphère de 20 L résistant à la pression permettant la réalisation d’explosions de gaz, un appareil de mesure des températures d’auto-inflammation de gaz et de liquides suivant la norme.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
explosion | Gas phase | Flammability
VERSIONS
- Version archivée 1 de avr. 2002 par Jean-Louis GUSTIN
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Effets de pression des déflagrations
En anglais
1. Caractéristiques des mélanges gazeux inflammables
-
Phase gazeuse inflammable
Une phase gazeuse est inflammable lorsqu’elle permet la propagation d’une flamme. Il peut s’agir d’une flamme de combustion impliquant un gaz carburant et un gaz comburant. Il peut aussi s’agir d’une flamme de décomposition d’un gaz instable, pur ou en mélange avec un gaz inerte.
-
Mélanges inflammables
Un mélange gazeux est inflammable lorsqu’il est constitué d’un gaz carburant, ou d’un mélange de gaz carburants, et d’un gaz comburant, ou d’un mélange de gaz comburants.
– Le carburant peut être un hydrocarbure comme le gaz naturel, le propane, les vapeurs d’hydrocarbures, de solvants, d’hydrogène, ou même la vapeur d’un métal oxydable.
– Le comburant peut être l’oxygène, l’air, les mélanges d’oxygène et d’azote de composition variable, mais aussi des gaz comburants comme l’ozone, le chlore, les oxydes de chlore Cl2O et ClO2 , NCl3 , l’hémioxyde d’azote N2O, les autres oxydes de l’azote NO, NO2 , N2O4 , le fluor et le brome, les gaz oxydants complexes comme NF3.
– Par ailleurs, les mélanges gazeux peuvent contenir des gaz diluants non oxydables ou inertes, comme l’azote, le gaz carbonique CO2 , l’argon, la vapeur d’eau, l’acide chlorhydrique HCl, etc. Certains gaz inertes ne le sont pas pour tous les carburants ; par exemple, les vapeurs de sodium brûlent dans le gaz carbonique CO2 sous pression élevée à température élevée. L’oxyde d’éthylène peut réagir avec le gaz carbonique. Des mélanges gazeux non inflammables dans les conditions normales (25 °C, dans l’air, sous la pression atmosphérique) peuvent devenir inflammables à une température et une pression plus élevées ou dans une atmosphère différente. Il convient donc d’être très prudent dans cette matière.
1.1 Limites d’inflammabilité ou d’explosivité d’un gaz carburant
Dans un mélange gazeux constitué d’un gaz carburant et d’un gaz comburant et éventuellement d’un gaz diluant ou inerte, la limite inférieure d’explosivité (LIE) est la concentration minimale en gaz carburant susceptible...
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Caractéristiques des mélanges gazeux inflammables
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - INRS - Les mélanges explosifs. - Ibid., Partie 1 : Gaz et Vapeurs, ED 911, ISBN 2-7389-1183-8 (1994) (2004) http://www.inrs.fr/
-
(2) - MEDARD (L.) - Les explosifs occasionnels. - Technique et Documentation, Éd. Lavoisier, ISBN 9782743003715 (1987) (1999).
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(3) - COWARD (H.F.), JONES (G.W.) - Limits of flammability of gases and vapors. - Bulletin 503, Bureau of Mines, Washington (1952).
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(4) - ZABETAKIS (M.G.) - Flammability characteristics of combustible gases and vapors. - Bulletin 627, Bureau of Mines, US Department of the Interior (1965).
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(5) - MASHUGA (C.O.), CROWL (D.A.) - Application of the flammability diagrams for evaluation of fire and explosion hazards of flammable vapors. - AIChE 32nd Loss Prevention Symposium, New Orleans, LA (1998).
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(6) - GUSTIN (J.-L.) - Safety...
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Encyclopédie des gaz, l’air liquide https://www.airliquide.com/fr/media/lencyclopedie-gaz
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Application sous Androïd http://www.mediachimie.org/ressource/lencyclop%C3%A9die-des-gaz
HAUT DE PAGE
NF EN 60079-20-1 (06-10), Atmosphères explosives – Partie 20-1 : Caractéristiques des substances pour le classement des gaz et des vapeurs – Méthodes et données d’essai https://www.afnor.org/
CEI 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 http://www.afnor.org
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 (1978), Standard on explosion protection by deflagration venting, National fire protection association
NFPA 68 (2002), Guide for Venting of Deflagrations, National fire protection association
NFPA 68 (2007), Standard...
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