Pharma Air Liquide

Risque d'incendie et explosions de gaz

Maintenir une culture sécurité et prévenir les risques liés à l’utilisation des gaz.
La sécurité est la priorité numéro un du Groupe Air Liquide. Cette dimension est présente de la conception de nos solutions à leur utilisation par nos clients. Les informations suivantes abordent les précautions usuelles visant à réduire les risques d'incendie et explosions de gaz dans les installations industrielles.

Les risques liées à l’incendie et l’explosion

Dans les industries chimiques et pharmaceutiques, les produits utilisés sont souvent des liquides inflammables. Ces produits peuvent être stockés purs dans des cuves (matières premières), mélangés pour la réalisation d’un produit final puis conditionnés et être transportés et distribués.
Ces produits émettent des vapeurs très souvent inflammables donc explosives en espace confiné. Les risques d’inflammation ou d’explosion peuvent être présents sur l'ensemble d’une ligne de production. 
Les volumes les plus importants sont principalement les cuves de stockage de matières premières sous forme de liquides inflammables. L’espace de tête (ou ciel gazeux) de ces cuves peut aussi contenir des vapeurs, également hautement inflammables.
Une teneur faible en oxygène au sein de cette atmosphère est donc primordiale pour la sécurité de l’installation. 
Chaque produit possède ses propres caractéristiques en fonction de l'atmosphère dans lequel il se trouve, donc de la teneur en oxygène, de la température et de la pression environnante.
Dans une atmosphère contenant un produit inflammable et de l'oxygène, une source d’ignition peut provoquer l’inflammation ou l’explosion de cette atmosphère si celle-ci est concentrée dans une espace clos et confiné. 
Pour abaisser la teneur en oxygène dans ces espaces clos, il est nécessaire de procéder à une injection de gaz neutre, le plus souvent de l’azote afin de chasser ou diluer l'oxygène présent.

Qu’est-ce que l’incendie ?

L’incendie est une combustion se développant sans contrôle dans le temps et dans l’espace. Il s’agit d’une réaction chimique d’oxydation d’un combustible (produit liquide, solide ou gazeux) par un comburant (typiquement l'oxygène de l'air).
Ce phénomène peut être schématisé par le « triangle du feu ».
Les trois composants du triangle du feu sont :

  • Source d’énergie: flamme, chaleur, étincelle, décharges électriques…,
  • Le comburant: principalement l’oxygène présent dans l’air,
  • Le combustible: composé solide, liquide, ou mélanges de vapeurs inflammables.

Le triangle du feu réunit trois composants. Pour éviter la formation d’un feu, il suffit donc de supprimer l’un d’entre eux. 

Qu’est-ce que l’explosion?

A la différence de l’incendie, l’explosion se caractérise par trois autres éléments qui s'ajoutent à ceux du triangle du feu et qui sont :

  • Le confinement (espace clos),
  • La présence de produits en suspension (vapeurs, gaz, aérosol, poussières …),
  • Le domaine d’explosivité: les produits en suspension sont avec le comburant à une concentration qui se trouve dans le domaine d’explosivité.

L'hexagone de l’explosion est donc constitué de 6 composants. En supprimant un des composants du triangle du feu, on se prémunit du risque de feu et d'explosion. En supprimant un des 3 autres composants, le risque de feu reste présent.

L’explosion provoque un effet de souffle accompagné de flammes et de chaleur avec une augmentation considérable de la pression interne dû au confinement. Cela provoque généralement la rupture de l’installation ou de l’équipement.

Les incendies et les explosions peuvent être à l’origine de blessures graves voire de décès, et de dégâts matériels considérables. Chacun de ces risques fait l’objet d’une démarche de prévention spécifique dont l’objectif prioritaire est d’agir avant que le sinistre ne survienne.

Mesures de préventions

Prévention du risque lié à l’incendie :

Pour la prévention du risque lié à l’incendie, la priorité est d’intervenir le plus en amont possible, notamment :

  •  au moment de la conception, 
  • et de l’implantation des locaux ou de la mise en place d’un procédé de production. 

L’employeur doit tenir compte en premier lieu de la réglementation du code du travail et éventuellement d’autres réglementations en fonction du type d’établissement.
Dans ces mesures de prévention, le procédé d'inertage est très souvent l’un de moyen de prévention et de protection mise en œuvre, par l’injection d’un gaz neutre dans la zone à risque.

Prévention du risque lié à l’explosion :

Pour la prévention du risque lié à l’explosion, la priorité est d’empêcher la formation d’atmosphères explosives (ATEX). 
En faisant une évaluation des risques, à défaut, il faut éliminer les sources d’inflammation et mettre en œuvre des mesures permettant d’atténuer les effets potentiels d’une explosion (par ex: évent d’explosion). 
Le danger d’explosion étant une des causes les plus importantes d'accidents, il est primordial de se protéger en amont et de mettre en œuvre tous les appareils nécessaires pour éviter la formation de Zone ATEX. 

Dans ce but l’inertage est aussi une des solutions privilégiées.

Quels sont les produits potentiellement inflammables ou explosifs ?

Si on prend l’exemple de l'industrie pharmaceutique, les produits typiques potentiellement inflammables sont les liquides de type alcool, solvants et leurs vapeurs associées.
Ces produits, comme toute substance inflammable, sont caractérisés par un domaine d' inflammabilité entre des limites inférieure et supérieure d'inflammabilité dans l’air, à température et pression ambiante :

  • La limite inférieure d'inflammabilité  (LIE) est la teneur minimale à partir de laquelle la concentration du produit dans l’air est inflammable.
  • La limite supérieure d'inflammabilité (LSE) est la teneur au-delà de laquelle la concentration du produit dans l’air est suffisamment importante par rapport à la teneur en oxygène pour qu’il ne puisse plus s’enflammer. 

Sous air avec 21% d'oxygène, l’amplitude de ce domaine est maximale (écart entre la LIE et la LSE). 
Cette amplitude sera réduite si on diminue la teneur en oxygène, jusqu' à s’annuler pour une nouvelle valeur en oxygène. Cette valeur est définie par la concentration en oxygène en dessous de laquelle, quelque soit la teneur du produit, en contact avec une source d'énergie, son inflammation sera impossible. Cette nouvelle valeur est appelée la CLO (Concentration Limite en Oxygène) ou MOC (Maximum Oxygen Content).

Exemple de procédé d’inertage dans des cuves de stockage ou d’applications avec des atmosphères inflammables.

Les risques d’explosion nécessitent de respecter des modes de mise en œuvre précis lors de la présence d’une atmosphère potentiellement inflammable.

La mise en service
Avant leur mise en service, les cuves de stockage ou les installations sont généralement sous air. Il est donc nécessaire avant tout travaux de mise en service et de mise en œuvre des produits inflammables, de conditionner l’équipement sous gaz inerte afin de chasser ou diluer l’air présent pour atteindre une teneur en oxygène cible.
Cette teneur sera généralement la CLO divisée par 2. Dans notre exemple de l’éthylène, la CLO étant de 10% , la teneur cible en oxygène sera alors de 5%.

Le maintien en service
Pendant les phases de production ou de stockage, un maintien et un contrôle de la teneur en oxygène est nécessaire.
Pour cela, une installation de contrôle de l’inertage sera mise en place. Elle assurera dans le temps que l'atmosphère à protéger restera inférieure ou égale à la teneur cible définie pour chaque installation en fonction des paramètres produits, pression, température … 
Cela s’applique à toutes les étapes du procédé comme le remplissage ou le soutirage de produit, l’ajout de matière, prélèvements, mélange … 
Les paramètres de contrôle les plus fréquemment surveillés sont la pression dans l’installation et la teneur en oxygène.

La purge de mise hors service 
Pour des arrêts de production avec intervention pour travaux de maintenance, l'ensemble des équipements concernés par l’inertage devra être purgé de tout produit inflammable et de l'atmosphère sous oxygéné, généré par l’inertage. Il est donc impératif de procéder à une étape de renouvellement de l'atmosphère par de l'air sain et respirable.
L’accès à ces zones de travail ne sera autorisé qu’après un relevé d’une teneur en oxygène supérieure à 19%. 
Chaque intervenant devra être équipé d’un détecteur O2 portable et d’un explosimètre. 
Les mesures de protection des opérateurs doivent être définies dans l’étude de risques et notées dans les pages du plan de prévention.

Exemple de cas en station d’épuration

Les risques d’incendie et d’explosion sont présents dans beaucoup d'industries souvent insoupçonnées. Par exemple, dans les stations d'épuration d’eau potable ou d’eaux industrielles, il est important de prévenir les risques d’explosion sur le stockage des boues séchées ou de charbon actif pulvérulent.

Le mode de protection de ces stockages est de type curatif: l’injection d’azote voire de dioxyde de carbone (CO2) est effectué sur une détection de la montée en température ou de dégagement de monoxyde de carbone (CO) du produit.

Une source de gaz d’inertage opérationnelle est donc installée en permanence  sur le site du client. Le volume total de gaz disponible sera calculé en fonction du volume à inerter et d’un volume supplémentaire de secours afin de pouvoir réaliser plusieurs opérations d’inertage successives.

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