15 Avr La concentration de fond des gaz et vapeurs inflammables et le débit de ventilation.
Lors de dégagement de gaz ou de vapeurs, des zones ATEX gazeuses se forment. C’est un mélange avec l’air, de substances inflammables sous forme de gaz ou de vapeur qui, après inflammation, permet une propagation auto entretenue.
Pour maîtriser les inflammations, la directive européenne (1999/92/CE) et le code du travail (R4227-44) préconise en premier lieu d’ « empêcher la formation d’atmosphères explosives ».
La méthodologie pratiquée par les experts émérites d’atex-expertise, préconise de diminuer, déplacer ou déclasser la zone ATEX par des moyens techniques ou organisationnels, pragmatiques, appropriés et compatibles avec le milieu industriel ainsi que financièrement acceptable.
La norme IEC 60079-10-1 de décembre 2020, nous donne des formules complexes pour calculer les taux de dégagement de vapeurs ou gaz inflammables dans différents scénarii (fuites ou évaporations).
En fonction du degré de dilution et des caractéristiques de ventilation (efficacité et disponibilité), cette même norme nous donne les types de zone (0, 1, 2 ou d’étendue négligeable EN) et des distances dangereuses ou zones ATEX.
Pour rendre les calculs de cette norme plus accessibles, atex-expertise a développé un logiciel de calculs pratique dans sa présentation et son utilisation.
En milieu confiné, la spécification de la concentration de fond est également nécessaire à déterminer. Elle permet de valider que l’étendue de l’ATEX est bien négligeable par rapport au débit de la ventilation.
La concentration de fond, notée Xb est la concentration moyenne de substance inflammable dans le volume de l’étude (pièce ou bâtiment), à l’issue d’une période au cours de laquelle un régime permanent a été établi entre le dégagement et le flux d’air induit par la ventilation.
En première approximation Xb = Qg / (Qg + Q1)
Qg est le débit volumétrique du gaz inflammable par rapport à la source (m3/s)
Q1 débit volumétrique de l’air entrant dans la pièce par les ouvertures (m3/s).
La concentration de fond est considérée comme faible et donc le degré de dilution comme élevé si le Xb < 0,25 LII
LII en vol/vol (par exemple pour le méthane LII = 5% soit 0,05 en vol/vol et Xb<0,0125).
Cette valeur de 0,25 LII (0,0125 pour CH4) sera notée : Xcrit ou valeur souhaitée/critique de la concentration de substance inflammable (vol/vol)
Exemple : Dans une chaufferie au gaz de ville, avec une ventilation forcée et maintenue de 1800m3/h, un taux de fuite sur un raccord vissé est calculé à 6,5 E-4 m3/s.
La question est donc : Le taux de concentration de fond est-il suffisamment faible pour s’assurer que l’ensemble de la chaufferie ne sera pas classé en zone ATEX ?
Débit de ventilation en m3/s = 1 800/3600 = 0,5
D’où Xb = 6,5 10-4/ (6,5 10-4+0,5) = 0,0013 soit 10% du Xcrit
On peut donc en conclure que le degré de dilution élevé est confirmé et que l’étendue de la zone est réduite à 2EN. La seule précaution est de maintenir cette ventilation.
Dans le cas où la ventilation naturelle ou forcée n’est pas avérée ; sans trop de calcul, nous pouvons constater qu’en cas de fuite, le mélange inflammable va se propager dans toute la chaufferie. Une zone 2 sera dans toute la pièce, et même une zone 1 si la détection n’est pas constatée rapidement par un explosimètre et des sécurités activées.
Alors quel est le débit de ventilation à mettre en place ?
Nous allons ajouter le facteur de sécurité « f ». Ce gradient de concentration de fond dans la pièce en raison d’un mélange inefficace.
La sortie étant en outre éloignée du dégagement lui-même, la concentration à la sortie est inférieure à la concentration de fond moyenne. f peut être compris entre 1,5 pour un mélange modérément inefficace et 5 pour un mélange très inefficace.
Xcrit = f Qg / (Qg + Q1)
Dans ce cas prenons : Xcrit = 0,25 LII et f=5 avec LII du méthane =0,05
Xcrit =0,0125 et f/ Xcrit =400
Q1 = f/ Xcrit *Qg -Qg où Q1 = 400 Qg -Qg = 399 Qg
Le débit de ventilation devient simple à déterminer pour un Qg de 6,5 E-4 m3/s
Q1 = 399 * 3600 * 6,5.10-4= 950 m3/h.
Et si la ventilation envisagée est naturelle avec une bouche d’arrivée d’air frais en bas et face aux vents dominants et une bouche d’évacuation des gaz en hauteur sur le mur opposé.
Quelles seront alors les dimensions des ouvertures ?
En prenant la vitesse indicative de ventilation du tableau C1 de 0,5 m/s.
La surface minimale d’ouverture (S=Q1/v) sera de 0,52 m2
Ce qui correspond à des ouvertures carrées de 72 cm de côté ou circulaires de Ø=80 cm.
Les calculs réalisés ci-dessus sont à titre d’exemples et doivent être adaptés aux données réelles de l’installation et validés par un expert certifié « Référent d’évaluation des risques d’ATEX et classement de zones ».
Une question ? Un site : https://www.atex-expertise.com/
Nous vous répondrons rapidement pour vos problématiques ATEX les plus complexes.