PROCEDE D'ANTICIPATION, DE RETARD ET/OU DE PREVENTION DU RISQUE D'INFLAMMATION SPONTANEE ET/OU D'EXPLOSION D'UNE ATMOSPHERE EXPLOSIVE Objet de l'invention [0001] La présente invention est relative à un procédé c'anticipation, de retard et/ou de prévention du risque d'inflammation spontanée et/ou d'explosion dans les conditions atmosphériques d'une atmosphère explosive, c'est-à-cire d'un mélange avec l'air de substances inflammables sous forme de gaz, vapeurs, brouillards, poussières ou grains combustibles, conservée dans un milieu ou un volume confiné ou semi-confiné tel qu'un silo à grains, un volume comprenant un mélange de combustibles, hydrocarbures ou de poussières industrielles ou de fertilisants et d'air, le réservoir d'un véhicule, une galerie de mine, etc.

Arriere-plan technologique et état de la technique à la base de l'invention [0002] Chaque année, des installations industrielles subissent des dégâts matériels importants, provoqués par des incendies et/ou des explosions. Parfois même, ces dégâts s'accompagnent de pertes humaines.

[0003] Des efforts en matière de prévention de ces risques doivent donc être faits et la Directive européenne

1999/92/CE du 15 décembre 1399 s'inscrit dans ce cadre.

[0004] Des mélanges avec l'air d'une ou plusieurs substances inflammables, définis sous le terme d' « atmosphères explosives » par la Directive européenne 1999/92/CE du 16 décembre 1999, peuvent faire l'objet d'une explosion eu d'un incendie lcrsau'ils sont conservés à des températures ambiantes ou élevées dans des milieux confinés ou semi-confinés.

[0005] De telles atmosphères peuvent être présentes dans certains volumes tels que les silos à grain, dans l'espace interstitiel des grains, dans la partie vide des cellules de stockage au-dessus du grain, ainsi que dans les galeries de manutention du silo dans les cellules ou intercalaires « diamant » vides ou autres espaces confinés.

[0006] Ces atmosphères explosives peuvent être constituées d'hydrocarbures et d'air, de produits de pyrolyse et d'air cu de fermentation aérobie ou anaérobie de grain humide ou de poussières provenant d'opérations de nettoyage, de séchage ou de manutention du arain.

[0007] D'autres silos à ciel ouvert sont eux aussi concernés dans la mesure où l'atmosphère à l'intérieur du mélange stocké est explosive et peut donner lieu à des « feux couvants » à l'intérieur de la masse stockée ou à un incendie à la surface du tas stocké.

[0008] Des atmosphères explosives peuvent également être présentes dans les stockages de fertilisants, de farines/poudres animales ou végétales, les réservoirs de véhicules, les galeries de mines, etc.

[0009] Aussi importe-t-il de détecter le risque d'explosion de ces atmosphères explosives.

[0010] Le document W089/08253 décrit un procédé et un appareillage pour déterminer si un combustible peut provoquer une explosion dans les conditions présentes dans un moteur diesel. Ce phénomène est étudié en soumettant le

combustible à une exposition en présence d'un mélange de gaz oxydants en augmentant de manière progressive la température. Dans une seconde étape, une réaction catalytique de post-oxydation en CO2 et en eau est réalisée et un détecteur mesure continuellement la quantité de CO2 produite. L'indice de cétane du combustible est déterminé par une analyse des données basée sur un modèle statistique.

[0011] Des dispositifs similaires sont décrits dans le document W098/18001, dans lesquels on utilise différents éléments de détection (senseurs) permettant de déterminer la proportion critique des différents composants dans des chambres de mesure jusqu'à former un mélange explosif.

[0012] Cependant, ces différents systèmes sont basés sur une comparaison par rapport à une référence déterminée généralement pour un volume et un mélange de combustibles précis.

Buts de l'invention [0013] La présente invention vise à proposer un procédé d'anticipation ec/cu de prévention du risque <BR> <BR> <BR> <BR> d'inflamma_i_n spontanée e~/ou d'explosion atune atmosphère explosive telle que définie dans la Directive 1999/92/CE publiée au JOCE L23 du 28/01/00, mélange combustible conservé dans un milieu confiné ou semi-confiné, par exemple un silo à grains, un terril de poussier de charbon à ciel ouvert, un bâtiment dont l'atmosphère est imprégnée de poussières industrielles ou de fertilisants (sacs d'engrais/nitrate d'ammonium) ou de poudres/farines animales ou végétales, de sciure de bois, un réservoir partiellement rempli de kérosène, d'essence, de gaz d'hydrocarbures, et d'air, etc., qui ne présenterait pas les incertitudes et inconvénients des procédés de l'état de

la technique et qui puisse être adapté à tout type de volume et à tout type de combustible (solide, liquide, en émulsion, en gouttelettes ou gazeux) en présence d'air, d'oxygène ou d'un autre agent oxydant.

[0014] Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif qui permette d'éviter ou de retarder les phénomènes d'inflammation spontanée ou d'explosion de tels combustibles conservés dans ces milieux confinés ou semi-confinés, mélangés à un agent oxydant tel que l'oxygène ou l'air par exemple.

Eléments caractéristiques de la présente invention [0015] La présente invention concerne un procédé d'anticipation et/ou de prévention du risque d'inflammation spontanée et/ou d'explosion d'une atmosphère explosive conservée dans un milieu confiné ou entassé, dans lequel on mesure la température du mélange à partir du moment de création dudit mélange, et on détermine le moment critique d'inflammation spontanée et/ou d'explosion de ce mélange en déterminant la période d'induction, c'est-à-dire le temps écoulé entre la création dudit mélange et le moment critique au-delà duquel on risque une inflammation spontanée et/ou une explosion dudit mélange.

[0016] On entend par « atmosphère explosive », un mélange, dans les conditions atmosphériques, d'air et de substances inflammables sous forme de gaz, vapeurs, brouillards ou de poussières combustibles, dans lequel, après inflammation spontanée, la combustion se propage à 1'ensemble du mélange non brûlé. Si l'atmosphère est homogène, l'inflammation spontanée peut se produire simultanément dans tout le volume.

[0017] Selon l'invention, le combustible est présent sous forme solide, liquide, gazeuse, en brouillard en poussière ou en émulsion.

[0018] Dans le procédé de l'invention, le milieu confiné comportant le mélange substances inflammables/air est chois-parmi le groupe constitué par des silos à grains, des centres de stockage de matériaux combustibles solides tels que du poussier de charbon, de la sciure de bois, des fertilisants (engrais/nitrate d'ammonium), des farines animales ou végétales, des galeries de mines, des réservoirs de combustible, en particulier des réservoirs d'hydrocarbures (kérosène, essence, méthane, butane, propane, etc.) partiellement remplis d'air, d'atmosphères explosives, éventuellement incorporés dans un véhicule tel qu'un camion, un avion, un bateau, etc.

[0019] Avantageusement, dans le procédé de l'invention, on utilise également des moyens d'alarme, de retard et/ou de prévention de ladite inflammation spontanée et/ou explosion, qui peuvent être enclenchés de manière automatique ou éventuellement manuelle par le personnel chargé de la surveillance et de la manutention dudit mélange présent dans le milieu confiné. Lesdits moyens ou dispositifs doivent être enclenchés dès la création de l'atmosphère explosive pour déterminer le moment critique d'inflammation spontanée et/ou d'explosion de l'atmosphère explosive, c'est-à-dire lorsque le temps écoulé se rapproche du moment critique (Ti) d'inflammation spontanée et/ou d'explosion.

[0020] Ces différents moyens peuvent comprendre des senseurs, des capteurs, des détecteurs, des analyseurs ou des dispositifs de dilution, de séparation, de refroidissement ou d'inertage du mélange de manière à retarder ou à prévenir ladite inflammation spontanée et/ou ladite explosion.

[0021] Les différents éléments permettant de caractériser le seuil critique d'inflammation spontanée

et/ou d'explosion de l'atmosphère explosive sont basés sur la combinaison de moyens bien connus de l'homme du métier tels que des senseurs, des enregistreurs, des systèmes de minutage définissant le temps écoulé, des dispositifs de mesure de la température initiale et des variations dans le temps de la température du mélange, des systèmes d'intégration des données tels que puces et mémoires électroniques, etc., connectés à une unité centrale de calcul et de contrôle permettant d'enclencher de manière automatique ou manuelle différents dispositifs d'alarme, de prévention ou de lutte contre l'incendie permettant de prévenir, de retarder ou d'éviter ladite inflammation spontanée et/cu ladite explosion, ainsi que des mécanismes de pompage, de vidange, de manutention, de refroidissement ou d'inertage de l'atmosphère à risque eu des substances inflammables et combustibles.

Brève description des dessins : [0022] La figure 1 présente la cellule d'un silo à grains munie du dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé selon une forme préférée d'exécution de l'invention.

[0023] La figure 2 présente les connexions entre le centre de surveillance et les autres éléments du dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé selon une forme préférée d'exécution de l'invention.

[0024] La figure 3 présente pour différentes atmosphères explosives les variations du logarithme de la période d'induction fi en fonction de la température initiale (en degrés Celsius) de ladite atmosphère.

Description d'une forme d'exécution de l'invention: [0025] Selon une forme d'exécution possible de l'invention, le procédé d'anticipation et/ou prévention du risque d'inflammation et/ou d'explosion concerne une cellule verticale à remplissage et à vidange par gravité dans un silo à grains, et utilise un équipement tel que représenté à la figure 1.

[0026] Les connaissances actuelles ont permis d'identifier, dans les silos, deux types principaux d'accidents : des incendies, des explssicr. s, les premiers étant parfois à l'origine des deuxièmes.

L'état des connaissances actuelles en matière de prévention et de protection part du principe que ces incendies et/ou ces explosions ont pour origine : soit un auto-échauffement des produits stockés, qui aboutit à une première auto-inflammation, laquelle se propage ensuite dans s l'atmosphère et les produits, soit au déclenchement d'une explosion, le plus souvent dans les galeries ou tours de manutention, remplies de poussières inflammables, par suite soit d'une étincelle provenant d'un court-circuit sur un appareillage électrique soit d'une décharge électrostatique ou d'une surchauffe locale due au frottement de pièces mécaniques.

[0027] La présente invention a pour but d'utiliser une connaissance nouvelle qui démontre qu'une atmosphère explosive constituée d'un mélange avec l'air, dans les conditions atmosphériques, de substances inflammables sous forme de gaz, vapeurs, brouillards ou poussières inflammables fera toujours l'objet d'une inflammation spontanée (voir figure 3), même à température ambiante, si

les volumes stockés sont suffisamment grands pour que les effets de parois deviennent négligeables à l'échelle des collisions moléculaires. Cette nouvelle connaissance est d'ailleurs confirmée par les différentes études d'auto- échauffement et d'incendie de silos à plat répertoriées.

[0028] Dans le cas des atmosphères « à poussières » à haute température la période d'induction, c'est-à-dire le temps qu'il faudra pour que l'atmosphère s'enflamme spontanément, peut devenir très court et surtout l'inflammation risque de se produire simultanément dans tout le volume d'atmosphère, donnant lieu à une explosion plus ou moins violente selon l'énergie dégagée (pressions élevées, chaleur) et le confinement de l'atmosphère.

[0029] Dans ce cas, les mesures préventives doivent être prises d'urgence, dès la création de l'atmosphère explosive, étant donné que l'explosion et sa propagation peuvent ne prendre que quelques secondes ou même fractions de secondes.

[0030] L'inventeur a choisi d'illustrer cette invention par son application pour une cellule de stockage vertical classique.

[0031] La cellule 1 du silo, de forme cylindrique, comprend dans sa partie supérieure un crifice de remplissage 2 et un orifice de vidange muni d'une vanne 3 dans sa partie inférieure.

[0032] La cellule 1 est en cutre équipée d'un câble creux 4 suspendu de manière centrale, contenant un câble intérieur 5 auquel sont incorporés des senseurs de température 6, en général des thermocouples, des capteurs d'humidité, des sondes de gaz, etc., espacés chacun d'une distance qui est fonction du diamètre de la cellule cylindrique 1.

[0033] Plus précisément, on mesure certains paramètres et on prélève des échantillons d'atmosphère à un

depointsàl'intérieurdelacellule1aucertainnombre moyen de sondes de gaz 7 en commençant dès le début du remplissage.

[0034] Les échantillons sont soumis à une analyse initiale l'aide d'un analyseur 3,''analyse permettant d'introduire, en plus de la composition initiale de l'atmosphère, sa température initiale, d'autres paramètres tels que l'hygrométrie et surtout le temps écoulé. Cet échantillonnage devra être poursuivi soit de manière continue soit avec une fréquence déterminée par le niveau de risque d'explosion de l'atmosphère.

[0035] Il est cependant préférable que le suivi de la température, du temps écoulé et des autres paramètres se fasse en continu au moyen de capteurs de température 6, de capteurs d'humidité 9, ces différents capteurs étant placés à l'intérieur du câble interne 5.

[0036] En pratique, dès que le mélange des produits inflammables à stocker avec l'air qui remplit la cellule 1 est effectué, des moyens sont mis en oeuvre pour connaître la nature du mélange, les caractéristiques de l'atmosphère susceptible d'exploser, à la fois à l'intérieur du produit et partievideau-dessusduproduitstocké,commela l'illustre la figure 2.

[0037] Des capteurs de pression 10 sont placés le long de la paroi interne de la cellule 1 afin de pouvoir intégrer à tout instant les nouvelles données aux données déjà stockées au niveau du centre de contrôle et de surveillance li. Le centre de surveillance 11 pourra ainsi commander, en cas de nécessité, la mise en oeuvre du dispositif d'alarme 12 et/ou d'intervention automatique via un programmateur 14 et un logiciel de gestion 15 afin de réduire et/ou de neutraliser le risque d'inflammation spontanée ez/ou d'explosion.

[0038] Avantageusement le dispositif selon l'invention comprend également un enregistreur 20 desciné à enregistrer au fur et à mesure les données relatives aux différents paramètres.

[0039] Des dispositifs 21 permettant de faire varier par exemple l'humidité, la température, la pression, etc. sont reliés à l'unité centrale 11.

[0040] En outre, l'unité centrale 11 commande en sortie via des système de commande 23 (ou sorties) la machinerie du silo, par exemple ceux associés au transilage, à la vidange ou au remplissage, etc..

[0041] Parmi les procédés permettant de neutraliser le spontanéeet/oud'explosion,ond'inflammation peut citer l'inertage et l'aspiration de l'atmosphère suivie d'une conservation sous vide.

[0042] Dans le procédé d'inertage, on vise à neutraliser le caractère réactif de l'atmosphère en substituant l'atmosphère présente dans la cellule 1 par une atmosphere non-explosive, par exemple en remplaçant''air (ou l'oxygène) par un gaz tel que l'azote ou le dioxyde de <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> carbone. Le gaz inerte cu inertant est prélevé dans des bouteilles 12 telles que représentées sur la figure L, puis injecté sous l'action d'une pompe d'injection 16 dans la cellule 1 via l'entrée 17.

[0043] Le procédé d'aspiration de l'atmosphère suivie d'une conservation sous vide ou sous gaz inerte, quant à lui, repose sur le principe selon lequel c'est l'oxygene de !'air ou celui libéré par certaines molécules auxquelles il est associé qui réagit dans l'atmosphère et la rend explosive. Pendant la période d'induction qui précède son inflammation spontanée ou son explosion, son élimination est réalisée à l'aide de pompes d'aspiration 18 telles que représentées sur la figure 1 et la conservation sous dépression ou sous vide est maintenue grâce à la

fermeture de l'obturateur 13. Conjoiniemenc des dispositifs de réfrigération 22 de l'atmosphère peuvent être utilisés.

[0044] Les deux procédés peuvent être mis en oeuvre en parallèle.

[0045] Il est donc avantageux de prévoir les éléments suivants dans l'équipement de la cellule verticale : -des éléments d'aspiration et de pompage permettant l'inertage à pression atmosphérique de la cellule et de fermeture de celle-ci après inertage ; -ou bien une membrane étanche installée à l'intérieur de la cellule, ouverte dans sa partie supérieure de façon à permettre son remplissage et munie d'un orifice inférieur par exemple pour pomper l'atmosphère et mettre le stockage sous vide, jusqu'au moment de sa vidange.

[0046] La figure 3 donne un exemple de données expérimentales qui sont utilisées comme référence par le centre de surveillance pour décider de la mise en oeuvre du dispositif d'alarme 12 et/ou d'intervention automatique via le programmateur 14 et le logiciel de gestion 15, afin de réduire et/ou de neutraliser le risque d'inflammation spontanée et/ou d'explosion. Ces données correspondent aux variations de la période d'induction, pour un mélange combustible/agent oxydant, en fonction de la température <BR> <BR> <BR> <BR> initiale du mélange. Plus précisément, sur la figure 3 ont été reprises différentes données, relevées dans des conditions de température constante, présentant en ordonnée le logarithme de la période d'induction, c'est-à-dire le logarithme du temps écoulé entre la création du mélange combustible/agent oxydant et le moment d'inflammation spontanée et/ou d'explosion, et en abscisse la température initiale dudit mélange. Sur ce graphique est représentée une courbe basée sur la sommation de différentes données expérimentales cbtenues avec des mélanges combustibles

sous forme solide, liquide eu gazeuse, de poudre noire, de benzène, de cyclohexane, de cyclohexène, d'agents lubrificateurs, de kérosène, de propane, d'éthane, de n-heptane, etc., au contact ou mélangés à de l'air.

[0047] Sur la base de ces données expérimentales, il est possible, pour un mélange combustible/agent oxydant présent dans un milieu confiné, à condition de respecter des techniques expérimentales appropriées, d'anticiper la période d'induction et donc le moment où il y aura inflammation spontanée du mélange, ce qui permet de déterminer le seuil de temps critique écoulé au-delà duquel ledit mélange combustible/agen-oxydant est susceptible de s'enflammer spontanément et donc de provoquer une déflagraticn et/ou une explosion.

[0048] Comme indiqué dans la figure 3, il faut s'attendre à ce qu'il y ait inflammation spontanée de l'atmosphère interstitielle ou périphérique des produits stockés, même si cette inflammation spontanée n'est pas précédée d'un auto-échauffement. En effet, la courbe de la figure 3 indique la période d'induction d'atmosphères à pression atmosphérique et à température constante avant inflammaticn spontanée. Cette période d'induction pourra bien sûr dépendre de la nature des produits inflammables stockés et donc de l'évolution physique ou chimique de l'atmosphère explosive interstitielle après mélange des produits avec l'air contenu dans la cellule avant remplissage.