Les dépoussiéreurs servent à prévenir les risques d’incendie et d’explosion dans les procédés industriels mettant en suspension de très fines particules. Mais ces risques sont souvent transférés au système de dépoussiérage qui aspire et filtre les poussières combustibles. Il faut donc aussi appliquer des mesures de prévention et de protection au système de dépoussiérage.
Sommaire
Principes de fonctionnement des différents types de dépoussiéreurs
Dans les appareils de dépoussiérage, l’on distingue les dépoussiéreurs par voie sèche (cyclones, filtres à manches, filtres à poches ou filtres à cartouches, dépoussiéreurs électrostatiques) et ceux par voie humide.
Les cyclones utilisent la force centrifuge pour séparer la poussière de l’air qui la transporte. De haut en bas, ils prennent une forme cylindrique puis tronconique. En point haut du cylindre supérieur se situe l’entrée d’air empoussiéré tangente à la circonférence du cyclone. L’air empoussiéré entrant tourne autour des parois en descendant tout en se séparant des grains les plus grossiers par gravité. Par la suite, par le centre du cyclone, l’air remonte au sommet où se situe l’orifice de sortie. La poussière grossière s’accumule en bas du cône et est vidangée via un organe d’extraction (double clapet, écluse ou vanne rotative). En sortie, l’air contient encore les poussières les plus fines, que seul un dépoussiéreur à manches ou à cartouches peut dépoussiérer.
Un dépoussiéreur à filtre à manches, à cartouches ou à poches fonctionne sur le principe d’un aspirateur domestique. Chaque manche, poche ou cartouche du filtre arrête la poussière à sa surface et laisse passer l’air débarrassé de la poussière. Un dépoussiéreur se compose de deux parties : Une partie accueille l’air empoussiéré provenant du dispositif de captation des poussières ; les manches du filtre retiennent les poussières tout en laissant passer l’air. Une trémie en bas de la partie empoussiérée récoltera la poussière accumulée dans les manches qui sera libérée à chaque opération de décolmatage (secouage, jet d’air comprimé). La trémie se vide dans un bac étanche ou via une vanne rotative. Dans l’autre partie, l’air dépoussiéré ressort du filtre pour ensuite être dirigé dans une canalisation dans laquelle un ventilateur aspire le flux d’air, pour l’expulser, ou le réintroduire dans le local.
Un dépoussiéreur électrostatique (ou électrofiltre) fonctionne sur l’attraction réciproque de deux éléments possédant une charge électrique opposée. Le dépoussiéreur industriel charge négativement les poussières en suspension dans le flux d’air. Ceci en le faisant passer dans un réseau de fils à très haute tension (anode). Par la suite, les poussières se séparent du flux d’air en étant attirées par des parois chargées positivement (cathode), sur lesquelles elles se fixent. Les poussières accumulées sont ensuite détachées des cathodes par martelage ou nettoyage à l’eau. La poussière est récupérée dans une trémie.
Un dépoussiéreur humide fait passer le flux d’air empoussiéré dans une colonne d’eau (barbotage), ou un rideau d’eau ruisselante, ou un brouillard d’eau pulvérisée à contre-courant. Les poussières adhèrent aux molécules d’eau et se séparent de l’air.
Le risque d’incendie ou d’explosion dans une installation de dépoussiérage
Risque de formation d’ATEX
Pour qu’une ATEX se forme dans un cyclone, il faut à la fois que le niveau d’empoussièrement du flux d’air atteigne le domaine d’explosivité, et que le pourcentage de particules fines soit suffisant. Les grosses particules ont un effet refroidisseur sur la flamme, et empêchent sa propagation lorsqu’elle sont très abondantes.
Le flux d’air empoussiéré passant dans la canalisation entre dans le capteur de l’air empoussiéré jusqu’au corps du dépoussiéreur à manches, et peut constituer une ATEX si la concentration de poussières dans le flux d’air se situe dans le domaine d’explosivité. Dans ce cas, l’ATEX entrera dans le dépoussiéreur.
La constitution d’une ATEX peut être temporaire. Selon le procédé, le niveau d’empoussièrement du flux d’air dans la canalisation peut varier dans le temps. En effet, le débit d’émission de particules combustibles pendant le fonctionnement d’un appareil peut ne pas être constant, notamment lors du démarrage ou de l’arrêt du procédé, d’opérations discontinues, de phases de fonctionnement etc… Le décolmatage pneumatique des manches ou cartouches produit généralement une ATEX, les particules les plus fines étant remises en surpension par le décolmatage, et de surcroit, potentiellement à l’arrêt de l’appareil (décolmatage fin de cycle).
Lorsque l’on utilise un dépoussiéreur par voie humide pour filtrer un air chargé de particules métalliques (aluminium notamment), il risque de s’établir, entre l’eau et le métal, une réaction chimique produisant de l’hydrogène. La nature du métal influe sur la cinétique de réaction, et lors du fonctionnement normal du dépoussiéreur, le débit d’émission d’hydrogène est insuffisant. A l’arrêt du dépoussiéreur, il peut y avoir une accumulation d’hydrogène dans le ciel du dépoussiéreur, générant un risque d’ATEX. En revanche, le dépoussiérage à voie humide reste généralement le principe de dépoussiérage le plus sécurisé du point de vue de l’ATEX, les sources d’ignition étant généralement éteintes par l’action de l’eau.
Risque d’inflammation et d’explosion d’ATEX
Le passage du flux d’air empoussiéré dans la canalisation est sujet au phénomène de chargement électrostatique des poussières par leur frottement sur la paroi. Ce phénomène peut être également présent dans la partie empoussiérée des dépoussiéreurs. Une décharge électrostatique peut être possible dans la canalisation ou dans un dépoussiéreur. On estime l’énergie qu’elle libère à moins de 10mJ. Si cette énergie libérée dépasse l’énergie minimale d’inflammation des poussières en suspension, la décharge électrostatique sera leur source d’inflammation, d’où l’explosion de l’ATEX dans la canalisation ou dans la partie empoussiérée d’un dépoussiéreur à manche.
Le dépoussiéreur électrostatique fonctionne sur la différence de potentiel entre l’anode et la cathode. Suite à l’intensité de cette différence, la distance entre les électrodes doit être ajustée afin d’éviter la formation d’un arc électrique (claquage), source d’inflammation d’une ATEX.
Un procédé peut émettre à la fois des poussières et des particules incandescentes (broyage, meulage, …). Ces dernières peuvent être source d’inflammation d’une ATEX présente dans la partie empoussiérée ou dans les manches du filtre d’un dépoussiéreur. Dans ce cas, l’on privilégiera généralement une solution de dépoussiérage à voie humide, ou un un dépoussiérage à voie sèche avec une pré séparation des étincelles et un dispositif de détection et d’extinction d’étincelles.
Risque d’incendie
L’accidentologie montre que l’explosion dans un dépoussiéreur à manches est souvent suivie d’un incendie des poussières déposées au fond de la trémie et dans le filtre, par conséquent du filtre lui-même.
La filtration de l’air empoussiéré ne produit pas d’échauffement des poussières. Il n’y a donc pas de risque d’incendie des dépoussiéreurs à filtre par auto échauffement, sauf cas particulier, où les substances captées à température ambiante présentent un volume critique d’auto échauffement. Lorsque le volume au fond du filtre le dépasse, le risque d’incendie devient patent.
Les mesures de prévention et de protection du risque ATEX pour les dépoussiéreurs.
Les mesures de prévention selon le type de dépoussiéreurs
La mesure de prévention contre les incendies et les explosions pour les dépoussiéreurs à manche consiste en la suppression des décharges électrostatiques par utilisation des manches antistatiques. Cependant, l’accidentologie rapporte que l’oubli de relier à la terre ce type de filtres pourrait conduire à des décharges électrostatiques supérieures à l’énergie minimale d’inflammation des poussières courantes. Ce dysfonctionnement conduirait à une dangerosité supérieure à celles des filtres à manches non antistatiques.
Dans le cas d’un dépoussiéreur à manches, un contrôle régulier de l’usure, du décrochement, ou du percement des manches, fait partie de la prévention ATEX. Le contrôle des pressions en entrée/sortie, l’équipement d’un opacimètre dans la zone non empoussiérée permettent de vérifier l’étanchéité des manches.
Pour éviter que le risque électrostatique soit source d’inflammation, les parties métalliques du dépoussiéreur à manche doivent être reliées à la terre, y compris les canalisations. Il en est de même pour le cyclone. Il s’agit également pour les composants électriques situés à l’intérieur du dépoussiéreur d’être conformes à la réglementation ATEX.
Une des mesures de prévention contre les particules incandescentes est la mise en place un pré-séparateur de poussières avant le dépoussiéreur principal, soit sous forme d’un cyclone, soit d’un séparateur à impact ou encore d’un dispositif de détection et d’extinction d’étincelles.
Dans le cas d’un dépoussiéreur électrostatique, un contrôle régulier du réglage de la différence de potentiel, et de la distance entre les électrodes, préviendra le risque d’arc électrique.
La prévention d’explosion d’ATEX dans les dépoussiéreurs à voix humide consiste à : ventiler son volume lorsqu’il est à l’arrêt pour éviter l’accumulation d’hydrogène, détecter l’hydrogène dans le ciel du dépoussiéreur. On installera ce type de dépoussiéreurs plutôt à l’extérieur afin de diluer la présence d’hydrogène, ou dans un local équipé d’une ventilation spécifique au risque d’explosion. Un risque d’incendie peut survenir au niveau des résistances de chauffage destinées à mettre hors gel le dépoussiéreur humide. L’immersion de ces résistances doit être contrôlée.
Les mesures de protection
Les mesures de protection concernent :
- L’équipement du dépoussiéreur d’évents d’explosion : partie de la paroi du dépoussiéreur, s’ouvrant dès le début de surpression résultant de l’explosion interne de l’ATEX, pour évacuer les gaz et la surpression.
- L’usage de suppresseurs d’explosion : dispositif détectant l’amorçage de l’explosion à l’intérieur du dépoussiéreur, évitant que l’explosion atteigne sa surpression maximale par injection d’un produit extincteur, protégeant de l’éclatement les parois du dépoussiéreur
- Le découplage du dépoussiéreur avec le reste de l’installation pour éviter que l’explosion dans le dépoussiéreur ne se propage dans les canalisations. Il s’agit d’installer sur les canalisations reliant le dépoussiéreur une vanne se fermant automatiquement sous l’effet de l’onde de pression (clapet anti-retour ATEX ou vanne à fermeture rapide) .