L’installation sur site d’un dispositif de protection contre les explosions ne suffit pas à elle seule. La norme EN 14491 précise que la décompression doit se faire sans entraîner de dommages secondaires. Georg Suter et Adrien Bisel, tous deux consultants chez FireEx, nous partagent leur analyse technique.
Selon les réglementations en vigueur, les concepts de protection contre les explosions se composent généralement de trois groupes de mesures. D’abord, éviter les atmosphères explosives ou, au moins, limiter leur expansion. Ensuite, éviter les sources d’inflammation. Enfin, limiter les effets éventuels d’une explosion. Le dernier groupe de mesures est également appelé « protection constructive contre les explosions ». La mesure de protection constructive la plus ancienne, et pourtant probablement la plus courante, est la décompression. La surpression de l'explosion est spécifiquement détournée vers l'extérieur afin de protéger le conteneur ou le système à protéger de la destruction par l'onde de pression d'une explosion de poussière se propageant à l'intérieur. Les caractéristiques de sécurité du mélange explosif (Kst, Pmax) ainsi que la taille et la forme du récipient sont requises pour la conception. Il est tout aussi important de connaître la résistance à la pression du récipient, car une surpression, qui est généralement de quelques centaines de millibars, persiste malgré la décompression. La conception est réglementée dans la norme EN 14491. Un outil de calcul fréquemment utilisé est WinVent. Le cabinet de conseil FireEx constate souvent que la conception de la décompression a été réalisée correctement, mais qu'il n'a pas été tenu compte du fait que la réglementation exige clairement que la décompression se situe dans une zone dans laquelle aucun dommage secondaire ne peut survenir. La raison de cette exigence? Lorsque la pression est relâchée, une flamme instantanée et une onde de pression se propagent à l'extérieur du conteneur décompressé. Cela signifie notamment que la zone doit être exempte de circulation humaine. De plus, aucun produit inflammable ne doit y être stocké. Le non-respect de cette règle est particulièrement grave lorsque la décharge se produit dans un local dans lequel des personnes y travaillent régulièrement.
Décompression et propagation de la flamme
Après avoir atteint une pression de réponse définie, le disque de rupture s'ouvre et les gaz de combustion se dilatent vers l'extérieur. Ce dégagement de gaz est associé au dégagement de flammes, d'ondes de pression et de particules solides brûlées et non brûlées. À l'extérieur du conteneur, une explosion secondaire peut se produire, déclenchée par le jet de flamme qui s'échappe, si un nuage de poussière avec une concentration de poussière explosive est créé. Cela peut se produire soit en remuant la poussière déposée dans l'environnement, soit en libérant de la poussière non brûlée via l'ouverture de décompression. Ce dernier cas est encore plus probable. Plus le mélange poussière-air à l'origine de l'explosion de poussières est riche (≥500g/m3), plus la distance entre le point d'allumage et la zone de secours est grande.
Équation de calcul empiriques selon EN 14491
Quelle est l’ampleur de la propagation des flammes et des ondes de pression? La norme EN 14491 contient des équations de calculs empiriques. Celles-ci sont basées sur des mesures effectuées dans le cadre d'essais de décompression avec diverses conditions limites. Les rapports longueur/diamètre des conteneurs étaient inférieurs à 2 (L/D < 2). Cela limite également l'application des équations de calcul à ces conditions.
Propagation de la flamme
Direction horizontale de la longueur de la flamme: Lf = 10 ∙ V 1/3 [m] Direction verticale de la longueur de la flamme: Lf = 8 ∙ V 1/3 [m] Largeur de la flamme dans les directions horizontales et verticales: Wf = 2,8 ∙ V 1/3 [m]
Propagation de la pression
Les formules suivantes s'appliquent à la pression créée par l'explosion de poussière à l'extérieur de l'ouverture de décharge :
Surpression maximale: pext,max = 0,2 ∙ p réd, max ∙ Av 0,1 ∙ V 0,18 [bar]
La surpression maximale dans la zone extérieure, pext,max peut être attendue à une distance de: Rs = 0,25 ∙ Lf [m]
Surpression à une plus grande distance r (r > Rs) : pext(r) = pext,max · (Rs / r)1.5
Les distances résultant de ces calculs sont prudentes car elles sont basées sur les plus grands écarts observés. Malheureusement, il n’existe aucune formule permettant une évaluation moins conservatrice dans certains cas. Les tests montrent seulement que s'il y a une faible concentration de poussière à l'intérieur et aucun dépôt de poussière à l'extérieur, une réduction des distances à 50% des valeurs calculées est autorisée.
Exemples
| EXEMPLES | V = 5 m² | V = 50 m³ |
|---|---|---|
| pred, max | 0,3 bar | 0,3 bar |
| AV | 0,75 m² | 4,2 m² |
| LF (horizontal) | 17 m | 37 m |
| WF | 5 m | 10 m |
| pext,max | 0,08 bar | 0,14 bar |
| rpmax | 4,25 m | 9,25 m |
| pext (15 m) | 0,022 bar | 0,068 bar |
| pext (30 m) | 0,016 bar | 0,024 bar |
SYMBOLES
- 🔸 Av : Surface de relief géométrique [m²]
- 🔸 Lf : Longueur de la flamme [m]
- 🔸 Pext, max : Pression maximale à l'extérieur de l'appareil après décompression [bar]
- 🔸 préd, max : Pression d'explosion réduite à l'intérieur se produit [bar]
- 🔸 r : Distance devant la zone de relief en [m]
- 🔸 Rs : Zone dans laquelle la surpression maximale doit être attendue [m]
- 🔸 V : Volume de l'appareil [m³]
- 🔸 Wf : Largeur de flamme [m]
Distances de construction en matière de protection incendie
Les distances entre bâtiments prévues par la réglementation en matière de sécurité incendie ne tiennent pas compte des distances mentionnées ci-avant.
Elles sont conçues uniquement pour le risque de propagation d'un incendie et sont donc nettement inférieures aux rayons de dommages possibles des explosions selon la norme EN 14491.
Mesures
Que peut-on faire si l'on constate que des personnes peuvent se trouver dans la zone de danger calculée pour des installations existantes ou qu'il y a des marchandises inflammables ou des biens dignes de protection? Certaines mesures possibles sont énumérées ci-après.
Dispositif de déflexion
Avec un dispositif de déflexion suffisamment solide, le jet de flamme peut être raccourci et dévié dans une zone où aucun dommage ne serait causé. Le dispositif de déflexion doit être construit conformément aux règles de la norme EN 14491 de manière à garantir la résistance et à ne pas altérer la décompression. En particulier, le dispositif de déflexion ne doit être ni trop proche de l'ouverture de dégagement, ni trop éloigné. Il doit également être incliné de manière que les flammes et les ondes de pression soient déviées vers le haut. Dans le cas d'appareils conformes à la norme EN 14491, les essais d'explosion montrent que les systèmes de déflexion peuvent réduire de moitié la longueur de la flamme le long de l'axe par rapport à la décharge de pression sans déflexion. Cependant, une zone de danger au-delà du dispositif de déflexion doit toujours être définie avec des restrictions d'accès. Les zones dans lesquelles les flammes sont déviées doivent également être considérées comme une zone de danger.
Décharge de la pression d’explosion sans flamme
Les flammes peuvent être refroidies et éteintes à l'aide d'un dispositif de décharge sans flamme. L'onde de choc est ainsi considérablement atténuée et les distances de sécurité nécessaires sont nettement plus faibles. Le principe de fonctionnement de tels dispositifs est que le mélange explosif s'échappant du conteneur passe à travers un système de tamis ou de mailles métalliques. Le mélange est ainsi refroidi et la flamme s'éteint.
Suppression des explosions
Si la résistance à la pression de l'installation à protéger est suffisante, il est également possible d'installer un système de suppression d'explosion. Dans ce cas, une explosion en cours est détectée par des capteurs de pression et éteinte par l'injection rapide d'un agent extincteur dans l'installation, de sorte qu'elle ne puisse pas se développer pleinement. En outre, il n'y a pas de libération de flammes.
Conclusion
La décharge de la pression d'explosion des installations ne doit pas mettre en danger les personnes à l'extérieur, provoquer des dommages secondaires aux installations et aux bâtiments ou des incendies ultérieurs. Lors de la conception de la protection de l'installation, cette exigence est souvent oubliée. De plus, il est fréquent que des modifications soient apportées à l'extérieur et que le délestage initialement autorisé devienne un danger pour les nouvelles installations situées à proximité. FireEx conseille les exploitants dans l'évaluation des dangers dans la zone de délestage et dans le développement des mesures éventuellement nécessaires.
