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Exemple d'ACD (NFPA 652)

Exemple d'Analyse des Risques de Poussières d'un processus industriel de manipulation de poudres

Question ou remarque ? Veuillez nous contacter à admin@powderprocess.net

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Résumé de la section
1. Qu'est-ce que la norme NFPA 652 ?
2. Un exemple d' ACD ?

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1. ACD (NFPA 652)

Une L'Analyse des Risques de Poussières (ACD) est obligatoire selon la norme NFPA 652, cette page vise à donner un exemple d'ACD pouvant être utile aux exploitants d'usines devant réaliser leur propre analyse. Dans cet exemple, une ligne de transport pneumatique de farines est étudiée.

Aux États-Unis, une norme axée sur les explosions de poussières combustibles a été publiée par la NFPA : la norme NFPA 652. Cette norme est obligatoire et exige notamment la réalisation d'une Analyse des Risques de Poussières (ACD). Le document, en date de mai 2020, fixe une date limite pour compléter l'ACD au 7 septembre 2020 et demande une révision et une mise à jour tous les 5 ans. Le fait de ne pas avoir correctement réalisé l'ACD entraînera des sanctions de l'OSHA.

Les détails sur la norme NFPA 652 et d'autres normes, ainsi que des explications sur ce qu'est une ACD et comment la réaliser, peuvent être trouvés sur cette page : NFPA 652 - Analyse des Risques de Poussières (ACD) : Le processus d'Analyse des Risques de Poussières dans le cadre de la norme NFPA 652

2. Un exemple d'ACD

Pour cet exemple, considérons une boulangerie industrielle disposant d'un petit processus de production de biscuits. La 1re étape de ce processus consiste à décharger des sacs de farine dans l'installation et à transporter la farine de blé vers un silo, d'où elle sera dosée vers le reste du processus. Une analyse complète, au-delà du silo, doit bien sûr être réalisée par le propriétaire de l'usine, mais pour cet exemple, nous nous arrêterons à cette 1re partie du processus, que l'on peut également appeler nœud : basculement du matériau, transport et stockage.

Pour rappel, une analyse des risques de poussières est réalisée selon les étapes suivantes. Ces étapes seront suivies pour étudier l'exemple donné.

Des explications générales sur les explosions de poussières et l'Analyse des Risques de Poussières sont données dans la page en plus de ce qui est lié à l'exemple. Pour une compréhension plus facile, les éléments réels de l'exemple d'ACD sont encadrés.

L'analyse ACD de l'exemple est présentée dans des encadrés comme celui-ci

Attention : l'analyse ci-dessous n'est qu'un exemple pour illustrer une méthode ; elle n'est pas exhaustive et ne peut être utilisée telle quelle pour un cas donné. Les lecteurs doivent réaliser leur propre étude adaptée aux particularités de leur processus.

2.1 Identification des dangers : propriétés des matériaux

Quels sont les matériaux combustibles ou explosifs et où se trouvent-ils ?

La 1re étape de l'ACD consiste à déterminer s'il y a des poussières combustibles dans le processus et quelles sont leurs propriétés.

Dans ce cas, oui, la farine est combustible ; il faut alors rechercher ses propriétés d'explosivité. La farine de blé étant assez courante, il est possible de trouver dans la littérature les caractéristiques d'explosion de ce matériau.

Notons cependant que si le matériau est mal connu ou présente des caractéristiques spécifiques (très fin...), il sera nécessaire de réaliser des tests avec des instituts spécialisés afin de déterminer les données d'explosion.

Pour la farine de blé type 405 utilisée dans le processus de l'entreprise, les valeurs suivantes sont trouvées dans la littérature [IFA] Pour un diamètre de particule < 63 microns (valeur médiane = 30 microns) Énergie Minimale d'Inflammation (EMI) = > 30 mJ Température Minimale d'Inflammation (TMI) nuage = 400 °C Température Minimale d'Inflammation (TMI) couche = 450 °C Concentration Minimale Explosive (CME) = 60 g/m³ Pression Maximale d'Explosion (Pmax) = 8 bar Vitesse Maximale de Montée en Pression (Kst) = 125 Classe d'explosion : St1 Résistivité : ~10^10 ohm.m [George]

Ces données constituent l'ensemble minimal requis pour réaliser une ACD. Dans certains cas, il peut être nécessaire de disposer de données supplémentaires. Notons qu'une base de données, financée par l'Union Européenne, est disponible en ligne avec plus de 7 000 substances répertoriées sur https://www.dguv.de/ifa/gestis/index-2.jsp. En utilisant cette base, on se rend compte que de nombreuses données peuvent être disponibles pour une seule substance ; l'utilisateur doit donc être très prudent quant aux conditions dans lesquelles les données ont été obtenues afin de sélectionner celles qui se rapprochent le plus de son application (la granulométrie est très importante, tout comme l'humidité).

Si d'autres matériaux étaient traités sur la même ligne, le même type de données devrait être recherché et tabulé pour l'analyse.

En plus des caractéristiques des matériaux, la documentation technique de l'usine doit être collectée et mise à jour. Schéma de procédé, implantation, caractéristiques des équipements sont requis. Dans cet exemple, le schéma de procédé ci-dessous est considéré.

La 1re étape de l'ACD consiste à cartographier le processus de production afin d'identifier les zones potentielles de risques liés aux incendies et/ou explosions de poussières. Il est donc conseillé de réaliser une ACD avec une équipe pluridisciplinaire qui connaît bien l'environnement de travail et peut fournir une documentation pertinente (P&ID, fiches techniques et dessins des équipements...) et qui doit inclure une personne experte dans les risques liés aux poussières combustibles.

L'équipe réalisant l'ACD doit commencer par recueillir les données d'explosion (EMI, TMI, Kst, Pmax...) sur les poussières manipulées dans l'usine, puis lister les zones où des poussières combustibles sont présentes. Une fois l'usine cartographiée, le risque réel doit être évalué.

2.2 Analyse des risques

Où la poussière est-elle présente ?

Une fois les données de combustibilité recueillies, ainsi que les données du processus, il est nécessaire de les combiner pour vérifier s'il existe effectivement un risque, ce qui signifie répondre aux questions suivantes pour chaque équipement :

• Y a-t-il une poussière combustible dans la zone ?
• La poussière peut-elle être présente sous forme de nuage dans la Concentration Minimale Explosive ? Ou la poussière peut-elle s'accumuler en couches
• Y a-t-il un comburant (typiquement de l'oxygène) ?
• Y a-t-il une source d'inflammation ? (si la poussière est sous forme de dépôt, la source d'inflammation peut simplement être une source de chaleur)

Pour réaliser cette partie de l'analyse, il faut progresser étape par étape dans le processus, en considérant généralement les différents équipements. Dans cet exemple, nous commençons par la station de basculement et posons la question de la présence de poussière dans cette zone :

La poussière peut-elle être présente en concentration explosive ?	À l'intérieur de l'équipement	À l'extérieur de l'équipement
Poste de basculement	Oui Lors du déchargement des sacs de farine, un nuage de poussière se crée à chaque basculement	Oui En cas de dysfonctionnement du système d'aspiration des poussières ou si l'opérateur renverse du produit
Écluse rotative	Oui L'écluse rotative fonctionne avec la poudre à l'intérieur	Oui De la poussière peut tomber sur l'écluse depuis le poste de basculement en cas de fuite, par exemple
Tuyauterie de transport pneumatique	Oui Pendant le transport, notamment au démarrage et à l'arrêt de la ligne de transport, la poussière peut être en concentration explosive dans la tuyauterie	Oui Des fuites peuvent survenir au niveau des raccords de la tuyauterie
Trémie	Oui Lors du transport du produit, un nuage de poussière se forme dans la trémie	Oui Des fuites peuvent se produire au niveau des regards de visite, des connexions, etc.

On peut noter que partout où il y a de la poudre ou des poussières, la possibilité d’avoir ces dernières en suspension dans l’air, à une concentration explosive, ne peut rarement être exclue.

Notez également que la zone potentielle à risque en dehors de l’équipement peut être limitée à la zone (généralement 1-2 m) autour de l’émission potentielle de poussière.

Y a-t-il des sources d’inflammation ?

Maintenant que les zones où la poussière peut être présente ont été identifiées, il est nécessaire de vérifier s’il existe une source d’inflammation dans la zone qui pourrait déclencher une explosion. Les sources d’inflammation suivantes doivent être prises en compte :

• Électrostatique
• Accumulation d’électricité statique pouvant se décharger brusquement
• Électrique
• Étincelles provenant d’appareils électriques
• Mécanique
• Typiquement des contacts métal/métal
• Source de chaleur
• Provenant d’activités (travaux de soudage, etc.)
• Provenant d’équipements (moteur à haute température, palier chaud, etc.)

Électrostatique

Il existe différentes sources de décharges électrostatiques dans un procédé de manipulation de poudres : Étincelles : deux matériaux conducteurs sont chargés à deux potentiels différents jusqu’à ce qu’une décharge se produise entre les matériaux et crée une étincelle. Selon la taille des pièces, l’énergie impliquée peut être >50 mJ, déclenchant ainsi une explosion pour la farine de blé considérée dans cette analyse de risque. Tous les équipements considérés dans l’analyse peuvent être à l’origine de telles décharges. Décharge en brosse : les décharges en brosse ont généralement une faible énergie <5 mJ et ne peuvent donc pas être dangereuses pour la farine de blé concernée. Décharge en brosse propagée : ces décharges se produisent lorsque les deux faces d’une couche de matériau non conducteur sont chargées avec une polarité opposée. La décharge résultante peut libérer des énergies >500 mJ, les rendant très dangereuses du point de vue des explosions de poussière. Elles se produisent lorsqu’un matériau isolant est placé en contact avec une poudre circulant rapidement, par exemple dans une ligne de transport pneumatique. Décharges couronnes : l’énergie est généralement très faible <1 mJ et ne devrait donc pas poser de problème pour la farine de blé manipulée. Décharge conique : ces décharges se produisent dans les trémies/silos où les solides en vrac sont stockés tout en étant chargés, par exemple après une étape de transport pneumatique. L’énergie accumulée peut se décharger brusquement. Il est possible de calculer le diamètre critique à partir duquel un risque peut exister.

	Étincelles	Décharge en brosse	Décharge en brosse propagée	Décharge couronne	Décharge conique
Poste de déchargement	Oui	Non	Non	Non	Non
Écluse rotative	Oui	Non	Non	Non	Non
Tuyauterie de transport pneumatique	Oui	Non	Oui	Non	Non
Trémie	Oui	Non	Non	Non	Oui

De cette première analyse, il ressort que le risque d’étincelles entre deux matériaux conducteurs isolés est présent pour tous les équipements. Ainsi, toutes les parties métalliques en contact avec un nuage de poudre, ou qui pourraient l’être (dans la zone identifiée à l’extérieur de l’équipement, par exemple), doivent être mises à la terre. Dans cet exemple, où nous réalisons une évaluation des risques pour une installation existante, les ingénieurs doivent inspecter le procédé, recenser toute partie non mise à la terre et établir un plan d’action pour y remédier. Si le procédé était en phase de conception, les ingénieurs responsables de la conception devraient prévoir des points de mise à la terre pour tous les équipements.

Notez que certains équipements nécessitent une attention particulière, comme les filtres au niveau du poste de déchargement et de la trémie/silo. Les cages de filtre doivent être électriquement connectées au support de filtre et le support de filtre doit être mis à la terre. De nombreux accidents se sont produits parce que les éléments d’un filtre n’étaient pas correctement reliés à la terre.

L’équipe réalisant l’évaluation des risques d’explosion de poussière pour le système de transport pneumatique effectue une visite de la ligne et constate que plusieurs points de mise à la terre manquent et que de la poussière semble s’être répandue autour du poste de déchargement, sur le sol et sur l’écluse rotative située en dessous.

Le prochain risque électrostatique mis en évidence par l’analyse est le risque de décharge en brosse propagée dans la tuyauterie de transport pneumatique. Dans notre exemple, la tuyauterie est entièrement en acier ; il n’y a pas de partie en matériau isolant, comme un flexible, qui pourrait provoquer ce type de décharge. Cependant, pour d’autres systèmes nécessitant des flexibles, ceux-ci doivent être conçus pour éviter l’accumulation de charges, surtout si le flexible possède une spirale conductrice, qui DOIT être mise à la terre.

Le dernier risque potentiel est la décharge conique dans la trémie de réception. Dans notre exemple, le diamètre du récepteur n’est que de 1 m, ce qui est très faible ; il est donc très peu probable qu’une décharge conique se produise, d’autant plus que l’énergie minimale d’inflammation (EMI) de la farine de blé considérée est assez élevée. Cependant, pour d’autres applications avec des produits ou des tailles de particules différents, une formule est disponible pour calculer l’énergie de décharge conique attendue en fonction du diamètre de la trémie.

Électrique

Les composants électriques pouvant être en contact avec un nuage de poussière, à l’intérieur ou à l’extérieur – dans la zone où un nuage de poussière peut être présent –, doivent être conçus pour fonctionner dans cet environnement. Les normes déterminent en effet la classe des équipements électriques.

Dans l’exemple d’une installation existante, l’exploitant de l’usine doit vérifier le marquage réel des composants électriques dans la zone où un nuage de poudre peut être présent. Si ceux-ci ne sont pas conformes, des actions doivent être entreprises. Dans le cas d’un projet de conception, la classe adéquate d’équipements doit être fournie.

L’équipe réalisant l’évaluation des risques d’explosion de poussière pour le système de transport pneumatique effectue une visite de la ligne et vérifie les équipements électriques dans la zone où la poussière est présente. Elle constate que l’écluse rotative est un ancien modèle dont le moteur ne présente aucune marque de certification pour les atmosphères explosives de poussière, affichant seulement IP54.

Mécanique

Certains problèmes mécaniques peuvent créer des étincelles ou une chaleur suffisante pour déclencher une explosion. Il est nécessaire de lister et de vérifier, en particulier, les pièces rotatives pouvant entrer en contact avec un nuage de poussière. Dans cet exemple, il y a deux équipements rotatifs : l’écluse rotative située sous le poste de déchargement et évacuant la farine vers la ligne de transport pneumatique, et le surpresseur Roots qui fournit l’air pour le transport.

Une écluse rotative peut tomber en panne, entraînant un contact métal/métal entre le rotor et le stator. Une règle empirique, pour l’acier, est que des étincelles seront créées si le contact métal/métal se produit à une vitesse > 1 m/s. Dans cet exemple, l’exploitant de l’usine doit donc calculer la vitesse périphérique maximale du rotor de l’écluse rotative ; si elle est inférieure à 1 m/s, le risque est faible.

L’écluse spécifique étudiée dans cet exemple a un diamètre de 200 mm et tourne à 40 tr/min, ce qui donne une vitesse périphérique de 0,42 m/s ; le fonctionnement est donc acceptable.

En phase de conception, le diamètre de l’écluse rotative doit être sélectionné de manière à atteindre la capacité requise tout en maintenant la vitesse périphérique de l’écluse < 1 m/s.

Les rotors du surpresseur Roots tournent très rapidement, généralement à 3000 tr/min ; tout désalignement pourrait donc créer un contact métal/métal, puis des étincelles pouvant être envoyées dans la ligne de transport. L’expérience montre que ces étincelles s’éteignent souvent dans la tuyauterie entre le surpresseur et l’entrée du produit, mais pour éliminer ce risque, un pare-flamme (une sorte de grille) peut être ajouté à la sortie du surpresseur.

Dans notre exemple, le surpresseur est équipé d’un tel dispositif.

Source de chaleur

Les exploitants d’usine doivent évaluer s’il existe des sources de chaleur dans la zone où des nuages de poussière peuvent être présents. Cela peut être, par exemple, des ateliers avec des activités de découpe ou de soudage à proximité d’un poste de déchargement. Ou cela peut être des travaux de maintenance effectués sur le procédé. Ces travaux peuvent être particulièrement dangereux ; le propriétaire de l’usine DOIT donc mettre en place un bon entretien (s’assurer qu’il n’y a aucun dépôt de poussière dans l’usine) et un permis de travail avec un permis de feu pour s’assurer que personne ne peut venir commencer des travaux de soudage/découpe autour ou sur les équipements traitant des poudres combustibles.

Dans cet exemple, l’exploitant de l’usine n’effectue aucun travail par point chaud à proximité des équipements concernés et a mis en place un système efficace de procédures et de permis de travail pour sécuriser toute intervention sur site. L’usine est également équipée d’aspirateurs permettant de maintenir la zone propre.

D’autres sources possibles de chaleur incluent les moteurs en surchauffe ou les pièces mécaniques en surchauffe, comme les paliers.

Dans cet exemple, le moteur de l’écluse rotative doit être classé pour avoir une température maximale < 2/3*TIA=2/3*400=266°C ou TSI-75°C=450-75=375°C, ce qui signifie que les moteurs ne doivent pas atteindre une température >266°C.

Il en va de même pour les paliers des écluses rotatives, qui doivent également être protégés pour éviter que le produit ne pénètre dans le palier, ne l’endommage et ne prenne potentiellement feu si le palier commence à surchauffer.

Dans notre exemple, le moteur est d’une classe suffisante, car il ne peut pas dépasser 185°C.

Classer les dangers

Les différents dangers présentés par l’installation ont été examinés ; il est maintenant nécessaire de les classer afin de déterminer si des mesures spécifiques sont requises pour réduire le risque. Notez que différentes matrices existent pour classer les risques ; celle ci-dessous n’est qu’un exemple.

Nous poursuivons avec notre exemple de ligne de transport pneumatique pour la farine. Après avoir analysé les risques possibles d’explosion, les suivants subsistent : Étincelles électrostatiques dues à une mise à la terre incorrecte de l’installation (A) Le moteur de l’écluse rotative n’est pas classé pour un fonctionnement en environnement poussiéreux (B)

	Peu probable	Très rare	Rare	Probable	Très probable
Catastrophique
Dangereux				A
Majeur			B
Mineur

L'équipe détermine les évaluations suivantes : Danger / Probable -> risque inacceptable pour les étincelles électrostatiques. L'activité considérée implique en effet un mouvement considérable de poudre lors du basculement et dans la ligne de transport pneumatique. Ce mouvement de poudre charge les matériaux en contact ; si certains de ces matériaux sont isolés, une décharge d'étincelle peut se produire, entraînant une explosion avec la farine. Au poste de basculement ou dans la ligne de transport pneumatique, les conséquences de l'explosion peuvent être dangereuses. Pour le moteur de l'éclusette rotative, le risque évalué est plus faible, car le moteur est toujours classé IP54, ce qui offre un niveau de protection de base. De plus, une éventuelle explosion se produirait en dehors des équipements de procédé. Après avoir classé les risques, il est néanmoins nécessaire de les réduire, car les deux risques sont jugés "inacceptables" dans la matrice d'évaluation des risques utilisée.

2.3 Gestion du danger

Quelles sont les mesures de protection à mettre en œuvre ?

Le risque d'étincelle électrostatique peut être maîtrisé en reliant simplement à la terre tous les équipements et en s'assurant que la mise à la terre reste effective.

L'usine de notre exemple envoie immédiatement l'équipe de maintenance pour remettre en place la mise à la terre manquante et enregistre comme action la création d'une checklist de vérification des mises à la terre, qui sera utilisée régulièrement pour garantir que tous les câbles de terre restent en place dans le temps. Cela réduit le risque en abaissant la probabilité d'une explosion à "très rare". Pour le moteur de l'éclusette rotative, celui-ci étant ancien et nécessitant davantage de maintenance, l'usine décide de le remplacer. Les actions de gestion des risques en attente de remplacement visent à maintenir la zone propre, à éviter toute fuite de poussière lors du basculement et à s'assurer que le boîtier de connexion du moteur est bien étanche. Dans un délai de 2 à 3 mois, l'usine procédera au remplacement du moteur.

Dans les deux cas, la stratégie employée consiste à éviter la source d'inflammation. La matrice des risques peut ensuite être mise à jour avec les nouvelles évaluations une fois les actions réalisées.

	Peu probable	Très rare	Rare	Probable	Très probable
Catastrophique
Dangereux		A
Majeur	B
Mineur

Notez que dans certains cas, l'ajout de mesures d'atténuation telles que des panneaux d'explosion sur le silo, des vannes à action rapide dans la ligne de transport pneumatique peut être requis.

Les conclusions DOIVENT être documentées dans l'AED (*Analyse des Risques d'Explosion de Poussières*) et l'usine DOIT appliquer les conclusions. Il est crucial pour la sécurité que les risques soient correctement traités, qu'un plan d'action soit défini et exécuté dans les délais impartis.

N'oubliez jamais que les Analyses des Risques d'Explosion de Poussières sont obligatoires, et conclusions de l'analyse des risques doivent être mises en œuvre par l'usine.