Silos, cyclones, unités de filtration, broyeurs, lignes de transport — tout équipement manipulant une poussière fine combustible porte un risque d'inflammation. Quand l'inflammation survient, la pression dans un volume clos monte très rapidement.
Même là où l'objectif est d'empêcher toute explosion, la conception doit prendre en compte ce qui se passe s'il s'en produit une.
Trois stratégies
L'évent. Un panneau fragile s'ouvre à une pression définie et évacue la flamme dans une direction sûre. C'est la voie la plus courante et la plus économique. La surface d'évent se dimensionne à partir du volume, de la violence d'explosion de la poussière et de la résistance de l'équipement.
La suppression. La montée en pression est détectée et un agent suppresseur est injecté. On l'emploie là où l'évent est impossible — à l'intérieur des bâtiments, avec des produits toxiques.
Le découplage. Il empêche l'explosion de se propager à d'autres équipements par les lignes raccordées. C'est la protection principale contre une explosion en chaîne entre silos.
Ce qu'apporte le calcul
La pression d'explosion elle-même se détermine généralement par des méthodes de calcul normalisées. La CFD apporte concrètement ailleurs :
- Le jet d'évent et la boule de feu. Où vont la flamme et l'onde de pression issues du panneau d'évent, et jusqu'où ? Les distances de sécurité et les postes du personnel en dépendent — un problème compressible et instationnaire.
- L'accumulation de poussière. L'endroit où la poussière se dépose montre où se situe le risque. C'est un problème de transport de particules, et les zones mortes en sont les points critiques.
- L'efficacité du captage et de la ventilation. Maintenir la concentration de poussière en suspension sous la limite inférieure d'explosivité est la mesure première ; c'est un problème d' efficacité de captage.
Une mise en garde
La modélisation des explosions est un domaine sensible et les résultats ne doivent pas être utilisés comme valeurs absolues. La base, ce sont les normes compétentes et la caractérisation expérimentale de la poussière (violence d'explosion, énergie minimale d'inflammation) ; le calcul les appuie, il ne les remplace pas.
Références
- Magnussen, B. F. & Hjertager, B. H. (1977). On mathematical modeling of turbulent combustion with special emphasis on soot formation and combustion. Symposium (International) on Combustion, 16(1), 719–729. DOI: 10.1016/S0082-0784(77)80366-4
- Morsi, S. A. & Alexander, A. J. (1972). An investigation of particle trajectories in two-phase flow systems. Journal of Fluid Mechanics, 55(2), 193–208. DOI: 10.1017/S0022112072001806