Explosions de poussière dans l'industrie de transformation

Explosions de poussière sont des incidents de sécurité dévastateurs qui peuvent survenir dans un large éventail d'industries telles que la pétrochimie, l'alimentation, le papier et la pharmacie. Ces incidents graves peuvent entraîner de nombreuses victimes et causer des dommages irréparables aux installations de l'industrie de transformation. Selon le Chemical Safety Board (CSB), une agence indépendante qui mène des enquêtes sur les incidents chimiques graves, il y a eu 111 cas d'explosion de poussière entre 2006 et 2017 aux États-Unis, faisant 66 morts et 337 blessés. Une autre étude du CSB de 2006 a montré que l'industrie alimentaire a le taux d'incidents le plus élevé, avec 24% de tous les cas d'explosion de poussière survenus entre 1980 et 2006. Par conséquent, les explosions de poussière ont été reconnues comme un risque majeur pour la sécurité qui doit être traité avec la plus grande prudence et attention. 

Afin de protéger la vie des travailleurs de l'industrie, l'OSHA a conçu et commencé à mettre en œuvre un programme national d'accent sur les poussières combustibles (NEP) en 2008. Ce plan de sécurité complet a fourni des procédures d'inspection des risques de poussière, accompagnées de politiques que les usines industrielles doivent appliquer pour réduire les explosions de poussière. risques, et des directives sur le respect des NFPA normes. 

Les experts en sécurité de l'industrie peuvent s'appuyer sur d'autres ressources utiles lorsqu'ils s'attaquent aux problèmes d'explosion de poussière. Rolf K. Eckhof, professeur émérite de technologie de sécurité des procédés au département de physique et de technologie de l'université de Bergen, en Norvège, a partagé ses connaissances sur le sujet dans son livre "Dust Explosions in the Process Industry". La 3ème édition de ce livre fournit des conseils inestimables sur l'identification, l'évaluation et le contrôle des risques d'explosion de poussière. Comme le dit la description du livre, "Il est impératif que les connaissances pratiques et théoriques sur l'origine, le développement, la prévention et l'atténuation des explosions de poussière soient transmises au responsable de la sécurité." Ce livre propose également une évaluation actualisée des activités courantes, des méthodes de test, des mesures de conception et des techniques d'exploitation sûres. Les consultants en sécurité de l'industrie et les étudiants peuvent trouver un examen détaillé de toutes les phases importantes relatives au contrôle des risques et des explosions de poussière. Comme indiqué dans le "Journal of Loss Prevention in the Process Industry" critique, "Ce livre est un compte rendu de tous les aspects des explosions de poussière et sera une source inestimable d'informations pour tous les spécialistes de la sécurité ou de la prévention des pertes impliqués dans les risques d'explosion de poussière." 

Qu'est-ce qu'une explosion de poussière

Cet incident potentiellement mortel se produit lorsque des particules de poussière s'accumulent dans l'air et brûlent rapidement, créant une violente onde de pression. Explosions de poussière présentent de graves risques pour la sécurité des industries de transformation et de fabrication, telles que la transformation des aliments, l'extraction du charbon, la transformation du bois, la fabrication de composants pharmaceutiques, etc. Plusieurs facteurs sont nécessaires pour qu'une explosion de poussière se produise :

• Poussière combustible
• Oxygène
• Espace clos
• Source d'allumage
• En outre, l'un des facteurs décisifs pour déterminer si l'explosion de poussière se produira ou non est la concentration de particules de poussière. À savoir, une explosion de poussière est très peu susceptible de se produire lorsque le niveau de concentration de poussière n'est pas suffisamment élevé pour l'alimenter. Lorsque la concentration de poussières combustibles est trop élevée, il n'y a pas assez d'oxygène pour provoquer une explosion. Les poussières combustibles contenant des particules plus fines sont plus dangereuses car elles se dispersent facilement, couvrant de plus grandes surfaces, les rendant hautement inflammables. Selon la fiche d'information de l'OSHA, lorsque les bonnes concentrations de poussières combustibles sont combinées avec suffisamment d'oxygène dans un espace confiné, à proximité d'une source d'inflammation, la soi-disant Pentagone d'explosion de poussière se forme et un incident grave se produit. 

Tout, d'une cigarette à une étincelle provenant d'un roulement de roue surchauffé, peut enflammer un explosion de poussière. Une fois enflammée, la poussière brûle rapidement, créant une onde de haute pression atmosphérique. Fréquemment, la première explosion remue un autre nuage de poussière, conduisant à la deuxième explosion. Des études de cas détaillées ont montré que ces secondes explosions sont plus violentes et destructrices et se produisent peu de temps après les premières, causant des dommages irréversibles aux installations et mettant en danger la vie des travailleurs.

Pour cette raison, cet article se concentrera sur la description explosion de poussière risques dans l'industrie de transformation. Il présentera également des mesures de prévention et d'atténuation des explosions de poussière, ainsi que des pratiques d'exploitation sécuritaires que les entreprises doivent mettre en œuvre pour assurer un environnement de travail sécuritaire. 

Quels sont les risques d'explosion de poussière ? 

Certaines poussières, comme les poussières de charbon, de céréales et d'engrais, sont facilement reconnaissables comme des risques d'explosion. Le problème est qu'il existe une large gamme d'autres poudres et poussières qui peuvent présenter de graves risques d'incendie ou d'explosion dans les installations industrielles. 

Malheureusement, les explosions de poussière catastrophiques à Imperial Sugar Company en 2007 étaient des incidents de sécurité sans précédent pour ceux qui ne connaissaient pas les risques d'explosion de poussière. La forte concentration de poussière de sucre combustible a provoqué une série d'explosions dévastatrices, faisant 14 morts et blessant 38 travailleurs, dont 14 avec des brûlures potentiellement mortelles. La question qui a intrigué les inspecteurs et les travailleurs de l'OSHA après cet incident grave était la suivante : "Comment une poudre, un matériau solide, généralement non dangereux, comme le sucre ou le plastique, peut-il devenir un incendie ou une explosion, c'est-à-dire un risque de déflagration ?"

La compréhension approfondie de la nature des matériaux finement broyés et du fonctionnement des incendies est nécessaire pour comprendre pourquoi ces risques d'explosion de poussière existent. Premièrement, un incendie est une réaction d'oxydation, ce qui signifie que tous les matériaux sujets à l'oxydation peuvent présenter un risque important d'incendie ou d'explosion de poussière. Un excellent exemple d'un tel matériau est une barre de fer. Lorsqu'elle est exposée à l'air, une barre de fer rouille lentement et ce processus d'oxydation peut prendre des jours, des semaines, voire des mois. Alors qu'une seule barre de fer rouillée ne présente pas de risque d'explosion, une barre de fer broyée contenant de fines particules en présente certainement. En effet, la poussière de fer a une surface nettement plus élevée qui réagira beaucoup plus rapidement avec l'oxygène.

Plus les particules sont fines, plus la réaction chimique sera rapide et forte. Cette inflammation des particules de poussière libère de la chaleur, provoquant l'expansion du gaz autour des particules et créant un front de flamme. Lorsque le front de flamme se déplace à une vitesse inférieure à la vitesse de la lumière, on parle de déflagration. Lorsqu'une déflagration se produit dans un espace clos, il en résulte une augmentation de la pression atmosphérique car les parois de l'enceinte limitent l'expansion interne des gaz. Cela conduit à une explosion, l'onde de pression en expansion causant des dommages irréparables à la zone fermée. Ce processus peut se produire avec n'importe quel matériau qui peut s'oxyder, libérant de la chaleur. Par conséquent, la plupart des produits chimiques organiques, des aliments, des métaux, des plastiques, des composés de carbone et des composants pharmaceutiques sous forme de poudres fines peuvent présenter des risques dangereux d'explosion de poussière.

Comment réduire les risques de poussière ?

Comprendre que la poussière peut présenter de graves risques d'incendie et d'explosion permet aux consultants en sécurité et autres experts en sécurité de déterminer les mesures à mettre en œuvre pour mettre les installations de l'industrie de transformation en conformité avec les normes NEP de l'OSHA. L'objectif crucial est d'éliminer les principales causes d'explosions potentiellement catastrophiques dans ces installations, même s'il n'est pas toujours possible d'éliminer tous les dépôts de poussière. La première étape vers cet objectif est de réduire l'accumulation de poussière combustible sur les surfaces exposées et cachées à l'intérieur des usines. Comme déjà indiqué, les explosions secondaires peuvent être responsables de destructions massives et de pertes de vie au sein de l'installation. Ces explosions se produisent lorsque l'onde de pression d'une explosion initiale soulève dans l'air la poussière accumulée sur les surfaces horizontales, où elle s'enflamme et forme un nuage de poussière explosif. Comme cette poussière explosive s'étend rapidement de la source d'allumage primaire, elle cause des dommages catastrophiques, des blessures graves et des pertes de vie. 

Selon la National Fire Protection Association (NFPA), des concentrations de poussière de 1/32e de pouce, similaires à l'épaisseur d'un trombone, sont suffisantes pour provoquer une explosion de poussière lorsqu'elles sont dispersées à proximité d'une source d'inflammation. Pour cette raison, l'élimination de la poussière accumulée est la principale préoccupation du plan NEP de l'OSHA. 

Par conséquent, trois mesures cruciales doivent être mises en œuvre pour réduire le risque de poussière en abaissant la concentration de poussière :

• Identification des zones problématiques
• Identification des poussières combustibles
• Élimination des risques liés à la poussière 

Un risque d'explosion de poussière peut exister dans les installations de l'industrie de transformation où les matériaux en poudre s'échappent de l'équipement de traitement et de transport, se déposant sur diverses surfaces horizontales à proximité de la source de poussière. Les particules de poussière se trouvent généralement sur le dessus de l'équipement, des escaliers, des rampes, des luminaires, etc. Alors que les surfaces visibles sont nettoyées régulièrement, la poussière explosive peut s'accumuler excessivement sur les surfaces cachées qui sont souvent négligées. Ces surfaces problématiques comprennent les composants de support de toit, les pièces d'équipement au-dessus du niveau des yeux, les conduits surélevés, la tuyauterie et les chemins de câbles, et les experts en sécurité doivent se concentrer sur leur nettoyage. Ainsi, l'entretien ménager régulier et le nettoyage des surfaces exposées et cachées dans l'installation sont des facteurs cruciaux pour réduire les risques de poussière.

Identifier si la poussière est dangereuse ou non est le deuxième aspect le plus important pour réduire le risque d'explosion de poussière. Comme nous l'avons déjà conclu, toutes les poussières ne présentent pas un risque d'incendie ou d'explosion. Alors que toutes les poussières doivent être nettoyées pour des raisons de sécurité, l'accent est mis sur les poussières combustibles qui peuvent provoquer de graves explosions. 

Par conséquent, les professionnels de la sécurité doivent faire un inventaire de tous les matériaux en poudre et examiner les fiches de données de sécurité des matériaux pour identifier les poudres potentiellement à risque. Si ces fiches de données sont incomplètes, les professionnels de la sécurité peuvent effectuer un test de danger. Plusieurs publications de la NFPA peuvent fournir des informations précieuses sur les poussières combustibles. Outre l'entretien ménager régulier, vous devez inspecter les sources de poussière et les sources d'inflammation primaires pour éliminer les risques d'explosion. 

Par conséquent, vous devez revoir les étapes du processus et l'équipement, fermer les ouvertures par lesquelles la poussière dangereuse peut s'échapper et réduire diverses sources d'inflammation telles que les étincelles ou la chaleur. La NFPA a fourni un ensemble de codes, de normes et de directives pour atténuer ce processus important et aider les consultants en sécurité de l'industrie des processus à lutter contre les risques d'explosion de poussière. 

Prévention et atténuation des explosions de poussière 

De sérieux efforts ont été faits récemment pour concevoir et améliorer les mesures de prévention et d'atténuation des explosions de poussière dans l'industrie de transformation. Ces efforts ont abouti au développement de diverses méthodes pour résoudre les problèmes liés aux explosions de poussière, comme la prédiction en temps réel du développement des explosions ou la prévention des sources d'inflammation. L'adoption d'une conception de processus plus sûre basée sur des connaissances approfondies, la technologie et la formation continue du personnel est la clé d'une prévention et d'une atténuation réussies des explosions de poussière. 

Une connaissance approfondie de la science des poudres est une aide inestimable pour évaluer et contrôler les risques d'explosion de poussière. Au cours des 20 dernières années, des méthodes plus sophistiquées et flexibles ont remplacé les méthodes schématiques simples. Au cours de cette période, des recherches systématiques, accompagnées de mises en œuvre pratiques, ont abouti à des mesures d'atténuation bien conçues. Par exemple, les systèmes d'évacuation, de suppression et d'isolement des explosions de poussière sont issus de la compréhension des processus de propagation des flammes. 

• Prévention et atténuation du développement des explosions de poussière

L'un des problèmes importants liés aux explosions de poussière est la propagation rapide des flammes dans les nuages de poussière. Cela se produit parce que les forces d'inertie dans les nuages de poussière peuvent produire des gradients de concentration de carburant. De plus, les flammes peuvent transférer une quantité considérable de chaleur au nuage de poussière en raison du rayonnement thermique. Cependant, le rôle du rayonnement thermique dans le développement des explosions de poussière doit être étudié plus avant. 

De nombreux scientifiques ont consacré beaucoup de temps et d'efforts pour concevoir des modèles mathématiques complets pour mesurer la propagation des flammes dans les nuages de poussière. Ces modèles aideront les responsables de la sécurité à mieux comprendre l'escalade des explosions de poussière. Les scientifiques ont appliqué une technique de propagation à flamme plate pour mesurer avec précision la vitesse de combustion. Selon les résultats, de nombreux facteurs, tels que la taille des particules, les concentrations de poussière, l'enrichissement en oxygène et la perte de chaleur par rayonnement, peuvent affecter la propagation de la flamme dans les nuages de poussière. Cette expérience a attiré l'attention sur la similitude entre la propagation de la flamme à travers les nuages de poussière et les brouillards de combustible, et l'importance de la perte de chaleur par rayonnement. Les résultats ont montré que si un nuage de poussière se composait de 10 µm particules de graphite ou d'aluminium, la perte de rayonnement des particules pourrait réduire la vitesse de propagation de la flamme jusqu'à 40%.

• Empêcher la génération de poussière explosive 

Tout a commencé avec le Dr Weber, l'un des premiers experts qui s'est attaqué à l'explosion de poussière dans l'industrie de transformation il y a 130 ans. Il a souligné que la dispersibilité et la concentration des particules affectaient considérablement la génération de nuages de poussière. En prenant l'exemple de la farine et des explosions de poussière dévastatrices en Pologne et en Allemagne dues à la haute dispersibilité de ce matériau, il a prouvé que la dispersibilité des particules de farine de blé augmentait à mesure que leur niveau d'humidité diminuait. 

Des nuages de poussière explosive primaire sont généralement créés à l'intérieur de l'équipement de traitement lorsqu'une concentration suffisante de poussière est soulevée. La manipulation et le transport de divers matériaux dans des broyeurs, des séchoirs, des mélangeurs, des convoyeurs à godets et d'autres équipements de traitement entraînent généralement la dispersion de poussière, formant de dangereux nuages de poussière. Ces explosions primaires de poussière provoquent généralement une deuxième vague d'explosion plus dévastatrice, avec des conséquences catastrophiques.

Par conséquent, il est important d'avoir des informations sur la structure du nuage de poussière pour prédire la sensibilité à l'inflammation du nuage et le déroulement de cette explosion primaire. Cependant, les scientifiques ont seulement commencé à développer des modèles numériques pour résoudre ce problème, et les exemples d'utilisation pratique sont rares. 

Les gens s'attaquent généralement au problème d'explosion de poussière en ajoutant des mesures préventives au processus existant. Cependant, l'application d'une approche de processus intrinsèquement plus sûre peut être une meilleure solution. Cette approche implique de concevoir un processus de production où aucun risque d'explosion de poussière n'existe. Cela devrait inclure le choix de solutions de production, de traitement, de stockage et de transport où la génération de nuages de poussière est réduite au minimum.

Une autre solution pratique consiste à ajouter un gaz inerte comme l'azote ou le dioxyde de carbone à l'air. De cette façon, un nuage de poussière devient moins susceptible de s'enflammer. Cependant, cette mesure doit être mise en œuvre avec prudence car l'ajout d'azote dans l'air peut présenter un risque d'étouffement. 

• Prévention des sources d'inflammation

La température minimale de la surface chaude suffisante pour l'inflammation du nuage de poussière était considérée comme une constante universelle pour tout nuage de poussière en question. Cependant, ces températures minimales d'inflammation peuvent varier considérablement en fonction de l'échelle et de la géométrie de la surface chaude liée au nuage de poussière. On peut donc identifier plusieurs sources d'inflammation : des décharges électrostatiques entre deux électrodes, des décharges électrostatiques à une électrode, des particules incandescentes ou brûlantes, ou un appareil électrique. Bien que des efforts importants aient déjà été faits pour concevoir des mesures efficaces de prévention des sources d'inflammation, ces mesures et normes doivent encore être développées. 

Mesures de protection et d'atténuation 

Les étapes cruciales pour prévenir les explosions de poussière, qui protègent les vies humaines et les équipements, sont :

• Garder les surfaces propres
• Empêcher l'accumulation de poussière
• Réduire les sources d'inflammation

Pour cette raison, les consultants en sécurité peuvent envisager d'investir dans convoyeurs à câbles tubulaires qui répondent à toutes ces exigences et peuvent être une solution parfaite pour la prévention des explosions de poussière dans l'industrie de transformation. 

Premièrement, ces convoyeurs sont conçus pour transporter diverses matières premières à travers différentes étapes du processus et ont réduit la possibilité d'accumulation de résidus alimentaires ou de poussière sur le câble. À savoir, la surface du câble tubulaire exposée directement aux matériaux est inférieure de 80% à la surface de la chaîne porte-câbles. De plus, ce convoyeur à câble tubulaire uniforme et lisse est scellé en nylon, empêchant l'accumulation de poussière dans les brins de câble.

Deuxièmement, les convoyeurs à câble tubulaire offrent diverses options de nettoyage, telles que des boîtes à brosses, des essuie-glaces en uréthane, des éponges en ligne et des brosses à poils, ainsi qu'un nettoyage humide CIP automatisé, pour assurer une élimination complète de la poussière. 

Enfin, ces systèmes de convoyage par câble de traînée tubulaire utilisent des moteurs économes en énergie fonctionnant à faible puissance. De cette façon, le risque de générer des étincelles en tant que source potentielle d'explosion de poussière est minimisé. 

En termes simples, en mettant en œuvre le Convoyeurs à câbles dans votre processus de production, vous minimisez les risques dangereux d'explosion de poussière en transportant divers matériaux de manière hygiénique, sûre et économe en énergie.