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Une recherche partenariale appuyant l’´ evolution de la r´ eglementation : Un c

Une recherche partenariale appuyant l’´ evolution de la r´ eglementation : Un cas d´ elicat de dimensionnement d’´ event pour le stockage de peroxydes organiques Marc Kazmierczak, Patricia Vicot, Laurent Dupont, Luc V´ echot, Jean-Pierre Bigot To cite this version: Marc Kazmierczak, Patricia Vicot, Laurent Dupont, Luc V´ echot, Jean-Pierre Bigot. Une recherche partenariale appuyant l’´ evolution de la r´ eglementation : Un cas d´ elicat de dimen- sionnement d’´ event pour le stockage de peroxydes organiques. Michel Cournil. XI Congr` es de la Soci´ et´ e Fran¸ caise de G´ enie des Proc´ ed´ es. Des r´ eponses industrielles pour une soci´ et´ e en mutation., Oct 2007, Saint Etienne, France. Soci´ et´ e Fran¸ caise de G´ enie des Proc´ ed´ es, pp.ISBN=2-910239-70-5, 2007. <hal-00451758> HAL Id: hal-00451758 https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00451758 Submitted on 30 Jan 2010 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entiﬁc research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ ee au d´ epˆ ot et ` a la diﬀusion de documents scientiﬁques de niveau recherche, publi´ es ou non, ´ emanant des ´ etablissements d’enseignement et de recherche fran¸ cais ou ´ etrangers, des laboratoires publics ou priv´ es. XI° Congrès de la Société Française de Génie des Procédés. Des réponses industrielles pour une société en mutation. Saint Etienne, 9 au 11 octobre 2007, N°96, 2-910239-70-5 Une recherche partenariale appuyant l’évolution de la réglementation : Un cas délicat de dimensionnement d’évent pour le stockage de peroxydes organiques KAZMIERCZAK Marca*, VICOT Patriciaa, DUPONT Laurenta, VECHOT Lucb , BIGOT Jean-Pierreb a INERIS Parc Alata BP2 60550 VERNEUIL EN HALATTE b ENSM-SE, Centre SPIN, Département GENERIC, 158, cours Fauriel 42023 SAINT- ETIENNE Cedex 2 Résumé Les dangers présentés par les peroxydes organiques sont très variés, et dans tous les cas, le risque d’emballement thermique, avec explosion pneumatique du contenant est à considérer. Dans le cas étudié, le danger de déflagration ou d’explosion pneumatique éliminé au niveau du stockage mère par l’emploi d’un emballage plastique de 35 litres peu résistant, réapparaît au cœur même de l’unité de polymérisation utilisant le peroxyde, car le concepteur a prévu un stockage tampon en cuve inox d’environ 1 m3 . La préparation de ditertiobutylperoxyde (DTBP) peut donner lieu à une explosion en phase gazeuse même sous azote, induisant éventuellement une déflagration de la phase liquide. Plus classiquement, on doit tenir compte du scénario d’emballement thermique du stockage menant à l’éclatement de la cuve, suite à un incendie extérieur ou à un auto-échauffement. Nous avons réalisé des essais à l’échelle de 0,8 - 10 et 20 litres, en modifiant des méthodes normalisées ou recommandées internationalement ; une évolution de ces méthodes sera proposée dans le futur. Nous avons pu ainsi étudier le couplage entre l’explosion en phase gazeuse et l’emballement thermique de la phase liquide pour le DTBP, et proposer au vu des résultats des recommandations pour réduire dès la conception de l’installation l’apparition de ce phénomène, tout en limitant la violence de l’emballement thermique s’il apparaît. La présente étude a aussi permis de contribuer à mieux comprendre comment établir le projet d’arrêté pour les cas très différents du stockage et de l’usage des peroxydes, dans le contexte de la révision de la nomenclature et les arrêtés relatifs au stockage et à l’utilisation des peroxydes organiques, au titre des Installations Classées pour la Protection de l’Environnement (ICPE). Mots Clés: Peroxyde organique ; emballement de réaction ; stockage ; Ditertiobutylperoxyde ; explosion. 1. Introduction Les peroxydes organiques sont utilisés principalement comme catalyseurs de polymérisation dans les industries de la peinture ou des plastiques, ou comme biocides par exemple en milieu hospitalier. Les dangers présentés par les peroxydes organiques sont très variés, et on doit en particulier tenir compte de la possibilité dans certains cas de détonation ou d’émission de nuages toxiques. Dans tous les cas, le risque d’emballement thermique, avec explosion pneumatique du contenant est à considérer. En 1998, à la demande des industriels, un groupe sectoriel a été constitué, réunissant des représentants du Ministère de l’Ecologie et du Développement * Auteur à qui la correspondance devait être adressée : marc.kazmierczak@ineris.fr 1 XI° Congrès de la Société Française de Génie des Procédés. Des réponses industrielles pour une société en mutation. Saint Etienne, 9 au 11 octobre 2007, N°96, 2-910239-70-5 Durable, des DRIREs, des industriels et de l’INERIS, afin de revoir la nomenclature et les arrêtés relatifs au stockage et à l’utilisation des peroxydes organiques, au titre des Installations Classées pour la Protection de l’Environnement (ICPE). Un stockage principal, alimenté par les camions du fournisseur, situé loin du procédé, peut facilement faire l’objet de prescriptions réglementaires précisant les moyens à mettre en œuvre pour assurer la sécurité. Ceci permet d’améliorer l’efficacité du régime réglementaire déclaratif auquel sont soumises certaines installations classées n’imposant pas d’étude de danger particulière, quand le stockage est peu important. En particulier le danger est réduit à la source par l’utilisation d’emballages de transport qui intègrent déjà des barrières passives de protection. En effet, la réglementation relative au transport des matières dangereuses impose notamment d’éviter les phénomènes de détonation ou d’éclatement pneumatique, même en cas d’incendie violent, grâce à l’emploi de méthodes d’emballages spécifiques. En revanche, un procédé industriel utilisant un peroxyde ne pourra en général intégrer que des prescriptions d’objectifs vis à vis des questions de sécurité, qui devront s’ajouter aux nombreuses autres contraintes d’exploitation. Cette différence d’application de la réglementation fait qu’il se crée une zone intermédiaire dans laquelle coexistent deux gestions et approches différentes de la sécurité. Dans le cas étudié, le danger de déflagration ou d’explosion pneumatique éliminé au niveau du stockage mère par l’emploi d’un emballage plastique de 35 litres peu résistant, réapparaît au cœur même de l’unité de polymérisation utilisant le peroxyde, car le concepteur a prévu un stockage tampon en cuve inox d’environ 1 m3. Dans le cas des peroxydes, une seule méthode est internationalement admise pour dimensionner un évent, et repose sur des essais lourds à l’échelle d’un contenant de 10 litres. Nous avons adapté cette méthode, initialement axée sur le transport, aux problèmes spécifiquement liés au stockage, et en la modifiant pour étudier le couplage entre la décomposition explosive de la phase gazeuse et l’emballement thermique ou la déflagration de la phase liquide. Par ailleurs, le peroxyde étudié peut exploser en phase gazeuse, même sous azote. Nous avons donc caractérisé ce phénomène avec une méthode normalisée à l’échelle de 20 litres, reconnue en particulier par la réglementation française. Après description des méthodes utilisées, nous allons examiner successivement examiner chaque danger et évaluer le risque correspondant, afin de déterminer laquelle des méthodes de dimensionnement d’évent est prééminente. On envisagera également des conditions permettant de réduire à la source les dangers. 2. Méthodes expérimentales utilisées L’exploitant utilise le ditertiobutylperoxyde (DTBP), comme catalyseur de polymérisation pour la fabrication d’une peinture. Le solvant utilisé est l’ethylethoxypropionate (EEP), qui suivant les formulations fabriquées est présent au minimum à 10%. Le DTBP liquide peut donner lieu à un emballement thermique, ses vapeurs peuvent se décomposer de manière explosive y compris lorsqu’elles sont diluées par de l’azote, ce qui peut entraîner un emballement de réaction plus violent que celui obtenu dans le scénario d’un incendie pleinement développé autour du stockage. Ce scénario, dans le cas d’une explosion d’un fût de 220 litres de DTBP, a fait l’objet d’une étude très détaillée par (Hendershot et al., 1998), sans toutefois relever dans l’arbre des causes la possible explosion de la phase gazeuse et ses conséquences sur la décomposition de la phase liquide. Il faut donc étudier les scénarios correspondant aux phénomènes attendus pour les phases liquides et gazeuses. 2 XI° Congrès de la Société Française de Génie des Procédés. Des réponses industrielles pour une société en mutation. Saint Etienne, 9 au 11 octobre 2007, N°96, 2-910239-70-5 2.1 Méthode ONU modifiée INERIS pour l’évaluation du couplage entre une explosion en phase gazeuse et une déflagration en phase liquide (échelle 0,81 litre) Dans le cas du transport des matières dangereuses de type peroxyde organique, (Les Nations Unies, 2005) recommandent une méthode expérimentale spécifique, pour le dimensionnement d’évents, dans le scénario où le récipient est exposé à un incendie pleinement enveloppant. Cette méthode est d’une mise en œuvre très lourde car appliquée à l’échelle de 10 litres, ce qui nécessite la mobilisation d’une zone pyrotechnique d’environ 1000 m2. (Véchot et al., 2006), via une collaboration entre l’ENSM-SE et l’INERIS, ont proposé de modifier très simplement un calorimètre de laboratoire couramment utilisé, dénommé VSPII (Vent Sizing Package II, échelle 0,1 litre), et le protocole d’essai associé, de façon à obtenir des dimensionnements d’évent légèrement supérieurs à ceux obtenus à l’échelle de 10 litres (approche majorante raisonnable), alors que la méthodologie DIERS appliquée antérieurement à l’aide de cet équipement donnait lieu à des surdimensionnements aberrants sur des mélanges usuels à base de peroxyde. Ce nouveau protocole a été établi actuellement pour l’hydroperoxyde de cumène, choisi parce uploads/Industriel/ 52622348.pdf