Protection contre l'explosion acceptable pour les filtres à poussière

Introduction

Au vu du nombre de questions techniques posées récemment par nos clients, les fabricants de filtres et les experts en explosions sur la manière de protéger les filtres industriels, il semble qu'il y ait une certaine confusion sur la manière de traiter la protection acceptable contre les explosions pour les filtres à poussière.

Ce document a pour but de présenter quelques lignes directrices et de souligner les considérations importantes concernant les stratégies de protection des filtres à poussière industriels.

La norme allemande VDI 2263 suggère que la protection contre les explosions n'est requise que lorsque l'énergie minimale d'inflammation (EMI) de la poussière est inférieure à 1 mJ. Pour des valeurs MIE supérieures à 10 mJ, des mesures préventives sont suffisantes. Entre 1 et 10 mJ, "il convient de demander l'avis d'un expert". Pourtant, selon d'autres sources, la protection antidéflagrante des filtres est toujours requise.

Dans ce document, nous allons examiner, en partant des directives ATEX, dans quelles conditions il est possible de se fier uniquement à la prévention des explosions pour protéger les filtres à poussière.

Atmosphères explosives

Bien que les filtres à poussière puissent être utilisés dans des applications où les concentrations de poussière sont élevées, de nombreux filtres sont utilisés dans des systèmes d'extraction où la concentration moyenne de poussière est inférieure à la limite inférieure d'explosivité (LIE).  Il est donc tentant d'affirmer qu'il est peu probable qu'une atmosphère explosive se forme dans de tels filtres.

Cependant, lorsque l'air (avec une faible charge de poussière) pénètre dans le filtre, une partie des fines de poussière se dépose sur les éléments filtrants.  Afin d'éviter le colmatage des éléments filtrants, une impulsion d'air frappe de temps en temps les éléments filtrants, ce qui libère les fines.  Par conséquent, à chaque impulsion de nettoyage, un nuage dense de poussière très fine est généralement créé autour des éléments filtrants nettoyés.  Et comme dans les filtres courants de telles impulsions sont créées fréquemment, il faut s'attendre à un nuage de poussière explosif fréquemment, au moins dans une partie du boîtier du filtre. Selon les définitions des zones conformément à la directive ATEX 1999/92/CE (ATEX 153), la conséquence de ce nettoyage par impulsions est la présence d'une situation de zone 20.

Bien entendu, il existe des exceptions à cette règle générale.  Dans certaines situations, la concentration de poussière dans l'air extrait est extrêmement faible, de sorte qu'un nettoyage manuel une fois par jour suffira à maintenir le filtre en bon état de fonctionnement. Dans d'autres situations, aucun nettoyage du tout sur de longues périodes de temps peut être acceptable, comme dans le cas d'un filtre secondaire à la sortie d'un filtre commun. 

Risque acceptable selon ATEX

Selon l'ATEX 153, les équipements situés dans une zone 20 doivent être certifiés de catégorie 1D, en référence à la directive ATEX 2014/34/UE (ATEX 114). Selon ATEX 114, les exigences pour les équipements de catégorie 1D sont que les sources d'inflammation ne peuvent même pas se produire en cas de deux situations de défaut indépendantes ou d'une situation de défaut "rare".

Les deux fautes ou scénarios de fautes rares doivent être le point de départ de l'analyse des risques du processus afin de déterminer si les mesures préventives destinées à éviter les sources d'inflammation, seront suffisantes pour atteindre un niveau de sécurité acceptable.

En d'autres termes, pour un environnement de zone 20 à l'intérieur d'un filtre, le fait de s'appuyer uniquement sur des mesures préventives n'est alors suffisant que si des sources d'inflammation ne sont pas à prévoir, même en cas de deux défauts indépendants ou d'une rare occurrence de défaut.

Exemple - si un élément filtrant (conducteur) n'est pas mis à la terre, il peut se charger et créer des décharges d'étincelles vers le boîtier du filtre.  Afin d'éviter de telles décharges, l'élément filtrant doit être mis à la terre.  Même dans ce cas, de telles décharges doivent être envisagées : supposons qu'un élément ait été oublié, ou qu'un élément filtrant se détache et tombe.

Cela ne doit certainement pas être considéré comme une situation normale, mais peut difficilement être exclu dans les situations de défaut. Une décharge d'étincelles doit au moins être considérée comme une situation de défaut rare. Mais même une telle situation n'est pas acceptable dans une zone 20 !

Sources d'inflammation dangereuses

L'énergie d'étincelle d'un élément filtrant isolé est limitée.  Elle dépend du type et de la taille de l'élément filtrant, mais il est très peu probable qu'une telle décharge d'étincelles dépasse jamais 10 mJ.  La limite VDI de 10 mJ est donc logique.

Une approche similaire est possible pour les étincelles mécaniques : si des machines en mouvement rapide sont extraites vers un filtre, il est très difficile de prouver que même dans de rares situations de défaut, aucune étincelle n'arrivera jamais dans le filtre.  Mais les étincelles mécaniques accidentelles n'enflammeront que les poussières plutôt "sensibles" (MIE inférieure à 10 mJ et température minimale d'inflammation MIT inférieure à 400°C). Cependant, ceci doit être évalué avec précaution. Pour les poussières ayant une MIT très basse, les étincelles pourraient être capables de s'enflammer même si la MIE est supérieure à 10 mJ.  Par conséquent, outre la MIE, la MIT est également une variable importante pour vérifier si une protection est nécessaire.

"Une seule étincelle, même si elle n'est pas capable d'enflammer un nuage de poussière, peut se déposer sur un élément filtrant et déclencher un incendie."

Un événement souvent négligé est qu'une seule étincelle, même si elle n'est pas capable d'enflammer directement un nuage de poussière, peut se déposer sur un élément filtrant et déclencher un feu couvant. La température de surface d'un tel feu couvant est bien supérieur à la TMI de presque tout nuage de poussière. Un feu couvant est la garantie d'une explosion de poussière dès qu'un mélange explosif se forme (c'est-à-dire lors du prochain nettoyage par impulsions). Par conséquent, avant de pouvoir conclure que la protection contre l'explosion d'un filtre spécifique peut être exclue, il faut prouver qu'un tel événement d'un feu couvant dû à des étincelles (ou à l'auto-allumage de dépôts) peut être exclu, même en tant que condition de défaut rare.  N'oubliez pas que même une poussière avec un indice de combustion BZ de 1 ou 2 (ce qui signifie qu'elle ne supportera pas un feu couvant dans une couche de poussière) peut très bien supporter un feu couvant lorsque la couche de poussière concernée se trouve sur un élément de filtre avec un flux d'air continu !

Prévention

Si des étincelles sont à prévoir dans une ligne d'extraction (comme sur des machines), la détection et l'extinction des étincelles peuvent aider à empêcher les étincelles d'arriver dans le filtre. Bien que cette méthode soit certainement utile, elle n'est pas à l'abri d'une défaillance : le détecteur d'étincelles peut devenir aveugle en raison de dépôts, la pression de l'eau peut baisser, la vanne d'eau peut être fermée accidentellement, etc. Par conséquent, il est généralement impossible d'exclure les étincelles en tant que conditions de défaillance rares.

Conclusion

En considérant et en appliquant les exigences ATEX, la protection antidéflagrante des filtres sera requise dans presque toutes les situations.

Sauf dans les cas particuliers où une évaluation spécifique des risques permet de conclure que les nuages de poussière explosifs sont peu probables ou que toutes les sources d'inflammation potentielles peuvent être exclues avec une certitude de presque 100 %, la protection ne sera pas requise.

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