Calculs d Effets de Surpressions - Prisma - Decembre 2013-V Cle081eef
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Installations Classées pour la Protection de l'Environnement Calculs d’effets de surpression
Réf. : IC-1387
SOMMAIRE I. II.
OBJECTIF ..................................................................................................................................... 2 CALCUL DE FLUX D’EFFETS DE SURPRESSION ............................................................................. 2 A- Méthodologie ........................................................................................................................... 2 1) Principe général ................................................................................................................... 3 2) Explosion de la cabine de poudrage .................................................................................... 3 B- Calcul des distances d'effet ..................................................................................................... 4 1) Définitions ........................................................................................................................... 4 2) Valeurs de référence ............................................................................................................ 4 3) Calcul numérique ................................................................................................................ 5 C- Conclusion ............................................................................................................................... 6
Etude réalisée par INDUSTRIE ENVIRONNEMENT SECURITE 2013
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I. OBJECTIF Suite à l’instruction du dossier de demande d’autorisation d’exploiter de la société Prisma déposé en janvier 2013, l’Inspecteur des Installations Classées souhaite que des calculs des zones d’effets de surpression soient réalisés pour le scénario n°70 de l’étude des dangers déposée, à savoir explosion au niveau de la cabine de poudrage. Afin de répondre aux attentes de l’Administration, une étude de calcul des zones d’effets de surpression est donc menée parallèlement à l’étude des dangers.
II. CALCUL DE FLUX D’EFFETS DE SURPRESSION A- Méthodologie La méthodologie utilisée s'appuie sur le rapport d’étude n°47572 de l’INERIS «Formation du savoir et des outils dans le domaine des risques majeurs» – Explosions de poussières – version 2 de 2006, et sur le «Guide de l’état de l’art sur les silos pour l’application de l’arrêté ministériel relatif aux risques présentés par les silos et les installations de stockage de céréales, de grains, de produits alimentaires ou de tout autre produits organique dégageant des poussières inflammables» – version 3 de 2008. Il est possible de distinguer 3 grands types de méthode d’évaluation : -
la méthode «équivalent TNT» : cette méthode figure dans les études de dangers les plus anciennes. Elle ne correspond pas à l’état de l’art. Il est déconseillé de l’utiliser pour modéliser les explosions de poussières.
-
les méthodes s’appuyant sur des normes de dimensionnement d’évents : ces méthodes sont à utiliser pour des volumes comportant des surfaces d’évents conçues selon les normes «silos». Dans le cadre d’une explosion de la cabine de poudrage de la société Prisma, cette méthode n’est pas adaptée.
-
les méthodes associant un calcul de Brode pour l’énergie et un indice multi-énergie pour les effets de pression : elles reposent sur une équation de Brode pour déterminer l’énergie disponible d’explosion et sur la méthode multi-énergie pour évaluer l’atténuation des effets de pression.
Cette dernière méthode présente l’avantage de définir l’énergie «disponible» par rapport aux spécificités du contenant (volume, pression de rupture). Pour le cas de l’explosion de la cabine de poudrage de la société Prisma, cette méthode permet notamment de prendre en compte les spécificités de la cabine de poudrage. Cette méthode est donc retenue.
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1) Principe général Le phénomène d’explosion survient lorsque des poussières en suspension ou des gaz inflammables sont enflammés par une source d’énergie suffisante. Pour qu’une explosion de poussières se produise, il est indispensable de réunir simultanément les conditions d’occurrence suivantes : -
présence d’un produit combustible,
-
présence d’un gaz comburant (oxygène de l’air),
-
création d’une source d’énergie suffisante pour l’inflammation,
-
formation d’un nuage de poussières combustibles en suspension,
-
teneur en combustible comprise entre la Concentration Minimale d’Explosion (CME) et la Concentration Supérieure d’Explosibilité (CSE),
-
mélange suffisamment confiné.
On parle alors de l’hexagone de l’explosion.
2) Explosion de la cabine de poudrage L’application de l’hexagone d’explosion à l’étude du cas d’explosion de la cabine de poudrage est la suivante : Produit combustible La poudre utilisée chez la société Prisma est de 2 sortes : poudre Inver et poudre Tecknos. Il s’agit de peinture en poudre thermodurcissable à base de résine polyester sans isocyanurate de trigrycidyle. Compte tenu de sa composition, cette poudre peut être considérée comme étant combustible. Gaz comburant La cabine de poudrage n’est pas sous atmosphère contrôlée. L’oxygène de l’air constitue donc le comburant nécessaire à l’explosion. Source d’énergie Selon l’ouvrage «Les mélanges explosifs» de l’INRS, les résines polyester présentent une énergie minimale d’inflammation (du nuage) de 50 mJ (pour information, l’énergie minimale d’inflammation pour un nuage de propane est de 0,24 mJ). Nuage de poussières combustibles en suspension La cabine de peinture est équipée de 8 pistolets de pulvérisation dont le débit unitaire moyen est de 180 g/min. Cette pulvérisation peut donc créer le nuage de poussières combustibles nécessaire à l’explosion.
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Concentration adéquate en combustible Les limites inférieures d’explosivité des poudres utilisées sont supérieures à 20 g/m3. Les dimensions de la cabine de poudrage sont de 4,825 x 4,4 x 1,8 = 38,2 m3. Afin d’atteindre la concentration limite inférieure d’explosivité, une quantité de 764 g de poudre (38,2 x 20) est nécessaire. Les pistolets de pulvérisation peuvent fournir une quantité de 1,44 kg de poudre par minute (8 x 180 g), soit une quantité suffisante pour atteindre la limite inférieure d’explosivité. Mélange suffisamment confiné La cabine de poudrage est un espace confiné. B- Calcul des distances d'effet 1) Définitions Sont retenues les définitions suivantes de l'INERIS : Effet domino : Le terme d'effet domino se rapporte à l'action d'un phénomène accidentel affectant une ou plusieurs installations d'un établissement qui pourraient déclencher un phénomène accidentel sur un établissement voisin, conduisant à une aggravation générale des conséquences. Synergie d'accidents : Pour les interactions entre installations d'un même établissement, est retenu le terme de synergie d'accidents.
2) Valeurs de référence Les valeurs de référence sont fixées par l'article 9 (renvoyant à l’annexe 2) de l'arrêté du 29 septembre 2005 et sont les suivantes : En mbars
Effets sur les structures
Effets sur l’Homme
20
Seuil des destructions significatives des vitres
Seuils des effets délimitant la zone des effets indirects par bris de vitre sur l’homme
50
Seuil des dégâts légers sur les structures
Seuil des effets irréversibles délimitant la «zone de dangers significatifs pour la vie humaine»
140
Seuil des dégâts graves sur les structures
Seuil des effets létaux délimitant la «zone des dangers graves pour la vie humaine» (art. L. 515-16 du Code de l'Environnement)
200
Seuil des effets domino
Seuil des effets létaux significatifs délimitant la «zone des dangers très graves pour la vie humaine» (art. L 515-16 du Code de l'Environnement)
300
Seuil des dégâts très graves sur les structures
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Sont retenus dans le présent rapport les seuils de 20, 50, 140 et 200 mbars. Etude réalisée par INDUSTRIE ENVIRONNEMENT SECURITE 2013
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3) Calcul numérique Détermination de l’énergie de l’explosion de poussières La formule est la suivante :
E = 3 x V x (Pex - Patmosphérique) avec
E = énergie de l’explosion (en J) V = volume de l’enceinte considérée (m3) Pex = pression absolue de l’explosion (Pa) Patmosphérique = pression atmosphérique (Pa) = 1 013 250 Pa Pex - Patmosphérique = pression relative de l’explosion (Pa)
Dans une approche dimensionnante, la pression relative est définie par
Pex - Patmosphérique = 2 x Prupture avec
Prupture = pression statique de rupture de l’enceinte (Pa)
Le tableau ci-dessous présente quelques valeurs de Prupture les plus fréquemment rencontrées : Nature de la paroi
Prupture (en Pa)
Tour de manutention béton
10 000 à 30 000
Tour de manutention en bardage métallique ou en fibrociment
1 500 à 10 000
Tour de manutention en palplanches
Briques
30 000 à 100 000 15 000 à 100 000 (parois) 10 000 à 40 000 (toits) 30 000 à 100 000 (parois) 10 000 à 20 000 (toits) 10 000 à 30 000
Tuiles
500
Verre
300 à 2 500
Portes métalliques résistantes et bien fermées
15 000
Portes métalliques en appui sur l’huisserie
1 000
Cellules en béton Cellules métalliques
Dans le cadre de la cabine de poudrage, en cas de surpression, les portes métalliques devraient céder en premier. Ces dernières ne sont pas de type résistantes aux surpressions, ni bien fermées (chaine de traitement continue). La pression de rupture peut donc être évaluée à 1 000 Pa. Afin de se placer dans les conditions les plus majorantes, la totalité du volume de la cabine de peinture est prise en compte en tant que volume «explosible». L’énergie de l’explosion du nuage de poussières dans la cabine de poudrage est donc de : E = 3 x 38,2 x (2 x 1 000) E = 2,292 x 105 joules Etude réalisée par INDUSTRIE ENVIRONNEMENT SECURITE 2013
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Détermination des distances des effets de surpression Les formules sont présentées dans le tableau ci-dessous : Valeurs de référence relatives aux seuils d’effets de surpression
50 mbars
Distance des effets de surpression suivant la méthode multi-énergie (indice 10) Il est convenu que la distance à 20 mbars soit double de celle de 50 mbars 0,11 E1/3
140 mbars
0,05 E1/3
200 mbars
0,032 E1/3
20 mbars
L’indice 10 de la méthode multi-énergie est une situation majorante. Cependant, cet indice permet de prendre en compte un phénomène d’éclatement et de propagation d’onde de choc. Les indices inférieurs à 10 correspondent à des explosions de gaz à l’air libre en milieu encombré, ce qui n’est pas le cas dans le présent scénario. Les distances suivantes sont donc calculées à partir d’une énergie d’explosion de poussières égale à 2,292 x 106 joules : Valeurs de référence
Distance des effets de surpression
20 mbars
13,4 m
50 mbars
6,7 m
140 mbars
3,1 m
200 mbars
2m
La représentation de ces effets de surpression est présentée en page suivante. Interprétation Les seuils de 200 mbars et 140 mbars présentent des distances touchant uniquement l’espace dédié à la cabine de poudrage. Aucun effet domino ni synergie d’accident n’est à redouter. Le seuil de 50 mbars touche une extrémité de l’équipement de séchage post four de cataphorèse, ainsi qu’une partie du site de production de la société Palfroid (environ 40 m²). Dans ce rayon, des dégâts légers sur les structures sont à redouter, notamment pour le sécheur et le bardage séparatif avec la société Palfroid. Le seuil de 20 mbars touche une grande partie du sécheur et environ 200 m² du site de production de la société Palfroid. Dans ce rayon, les parties vitrées seront détruites.
C- Conclusion Aucun effet domino ni synergie d’accident n’est à redouter en cas d’explosion de la cabine de poudrage.
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