Friabilité

Cette réaction est exothermique et l’eau est celui de tous les corps qui dégage la plus grande quantité de chaleur par condensation de vapeur en liquide : 2437 J (582,3 cal) par gramme à 25° C. La reprise d’eau par des charbons (plus poreux pour les flambants que les charbons de rang moyen) est un facteur aggravant.

2.3.4.5 Friabilité

La relation entre le calibre d’un morceau et la surface « oxydable » est à prendre en considération. Ainsi, la même pièce de charbon aura un comportement différent selon qu’elle reste entière ou qu’elle se brise en petites pièces.

Les charbons dits « friables » offrent globalement davantage de surfaces exposées à l’oxydation. L’indice de friabilité est mesuré en laboratoire par des essais physiques dénommés Hardgrove, Micum ou Yancey Geer & Price test.

2.4 M

ETHODES DE SUIVI ET DE TRAITEMENT A

…………..

2.4.1 Appréhension des charbons utilisés par le site

Selon les informations fournies par le site concerné, nous avons reçu d’une part les données contractuelles des produits consommés et nous avons procédé à des essais au sein de nos laboratoires sous traitants pour corroborer ces éléments et en tirer des enseignements complémentaires.

L’étude est limitée aux charbons connus au moment de la rédaction de l’étude pour être utilisés par le site. En cas de nouvel approvisionnement, chaque charbon doit faire l’objet d’une recherche analytique sur les paramètres choisis a minima pour servir de marqueur :

 Humidité totale & inhérente, indice de matières volatiles, analyse élémentaire, soufre pyritique, distribution granulométrique, indice Hardgrove,

 Essais complétés d’une analyse thermique différentielle (évolution de la différence de température ( T) entre l’échantillon étudié et un corps témoin inerte) et d’une analyse thermique gravimétrique (variations de masse d'un échantillon au cours de son chauffage).

Les recherches sur le sujet de l’auto combustion étant nombreuses, des études mettant en œuvre une méthode de chauffage dans des conditions adiabatiques en mettant en œuvre la loi d’Arrhenius (variation de la vitesse d'une réaction chimique en fonction de la température). Délicates à mettre en œuvre parce que requérant des équipements ‘prototype’, nous n’avons pas eu recours ici à ces techniques. Elles méritent néanmoins cette citation.

Les essais sont réalisés en concordance avec les stipulations des normes afférentes de l’ISO.

Les données sont reprises dans les certificats joints et le tableur récapitulatif en pages suivantes.

Nous avons énuméré ci dessus les diverses conditions propices à l’ignition de charbons qui sont tout à la fois d’ordre physique et chimique appartenant à la matière, comme à son environnement.

Afin d’élaborer un caractère prédictif quant à la tendance de tel ou tel charbon de s’auto enflammer, nous reprenons ci dessous les travaux effectués tant par Alex C. Smith & Charles P. Lazzara (Spontaneous Combustion Studies – US Bureau of Mines Report of Investigation, 1987) que C. D. Litton and S.J Page (Letter of publisher of Fuel Magazine, 1994) pour élaborer un indice critique de température d’auto combustion.

Les données issues des essais d’ATG confirment :

 Le potentiel de montée en température rapide des charbons ARUTMIN et TIVOLI H (perte de poids rapide à compter de températures < 300°C ; ces comportements sont à comparer utilement avec un échantillon

« témoin » de charbon colombien [Ref] dont les propriétés réactives sont connues,

 Les charbons OAKBRIDGE & ULAN sont assez proches l’un de l’autre,

 De même, on constate que la perte de poids liée à la thermo oxydation est accompagnée pour les deux mêmes charbons (à classer dans une catégorie à risque) de pics exothermes importants avec dégagement de chaleur aux températures les plus faibles constatées parmi les produits rencontrés.

 L’échantillon d’anthracite de par sa constitution intrinsèque se distingue des autres au cours de la dégradation thermo oxydante par un seul pic exothermiques à 567°C ; il apparaît beaucoup plus stable au cette dégradation

 Conditions d’analyse :

o Gamme de température 20 _ 1 000°C o Vitesse de chauffe 10°C /mn

o Sous air

ANALYSE IMMEDIATE, ELEMENTAIRE & TEMPERATURE CRITIQUE D’ AUTO COMBUSTION

Charbon concerné Ref éch. H20 Cendres % s/sec

Mat Vol % s/sec

Carbone fixe

%

Oxygène (Daf) %

CSHTOX (°C) selon S&L

CSHTMFR (°C) selon L&P

ANTHRACITE CAMPHA 607HR07 3.11 10.00 7.30 82.70 3.30 118.1 X 117.0 X

ULAN 608HR07 8.08 14.20 32.50 53.30 9.13 79.8 XX 93.4 XX

TIVOLI H 609HR07 5.27 13.30 41.90 44.80 10.84 68.5 XXX 93.3 XX

OAKBRIDGE 003HR08 8.44 16.00 30.30 53.70 5.10 106.2 X 94.6 XX

ARUTMIN '6500' 610HR07 11.40 12.60 43.80 43.60 13.22 52.9 XXX 58.2 XXX

NOTA = Les données sont issues d'échantillons dont l'échantillonnage n'a pu être surveillé & garanti comme représentatif au sens de la norme ISO 18283 (en particulier quant à la teneur en eau)

Légende =

CSHTOX

(°C) selon S&L

< 70°C potentiel elevé d'auto combustion XXX

> 70 < 100° C potentiel réel, mais modéré XX

> 100°C potentiel faible X

CSHT_MFR (°C) selon

L&P CSHT_OX Critical self heating temperature in °C based upon elemental oxygen level

CSHTMFR Critical self heating temperature in °C based upon C, VM and moisture adsorption (moist fuel ratio)

ANALYSES THERMIQUE GRAVIMETRIQUE ET DIFFERENTIELLE

Charbon concerné Ref éch.

entre (T °C) et (T °C) % entre (T °C) et (T °C)

type

ANTHRACITE CAMPHA 607HR07 426.21 664.60 90.68 > 400,00 566.81 exo

ULAN 608HR07 302.60 611.63 85.80 349.11 495.88 exo

TIVOLI H 609HR07 289.44 554.70 87.69 336.81 458.15 exo

OAKBRIDGE 003HR08 315.00 600.00 84.14 355.58 503.15 exo

ARUTMIN '6500' 610HR07 276.12 566.22 87.21 344.56 453.39 exo

ECH [REF]. 960RW08 275.00 550.00 88.87 332.88 466.58 exo

ATG perte de masse obs. ATD pic(s) observés.

Les évolutions notées ci-dessus sur les différents échantillons soumis à l’analyse confirment le CSHT déterminé en page précédente.

L’échantillon [REF] est un charbon colombien haut volatile de la zone de EL CERREJON connu pour sa réactivité.

Les charbons TIVOLI H & ARUTMIN se situent dans une gamme de valeurs très proche de celles de l’échantillon [REF]

Les charbons ULAN & OAKBRIDGE sont dans une gamme de températures plus élevées ; l’anthracite se distingue assez naturellement par sa plus grande stabilité.

2.4.2 Evaluation du facteur « critique » de prédisposition à l’auto combustion :

Eu égard aux divers facteurs pré disposants énumérés ci dessus, il est établi la hiérarchie suivante pour les charbons consommés par le site :

Charbon concerné

ANTHRACITE CAMPHA 607HR07 3.11 7.30 38 <0,10 24.70 28.39 118.1 117.0 0

ULAN 608HR07 8.08 32.50 49 <0,10 26.32 43.61 79.8 93.4 2

TIVOLI H 609HR07 5.27 41.90 36 <0,10 13.67 61.15 68.5 93.3 8

OAKBRIDGE 003HR08 8.44 30.30 59 <0,10 27.91 18.72 139.7 103.3 2

ARUTMIN '6500' 610HR07 11.40 43.80 38 0.23 34.00 42.00 52.9 58.2 8

NOTA =

Les données sont issues d'échantillons dont l'échantillonnage n'a pu être surveillé & garanti comme représentatif au sens de la norme ISO 18283 (en particulier quant à la teneur en eau)

ARUTMIN '6500' / OAKBRIDGE SAXONVALLE = granulométries communiquées par les fournisseurs

3. LES INFRASTRUCTURES DE STOCKAGE

Nous rappelons ci-après quelques attitudes et conseils de bon sens, au su de notre expérience, quant à la disposition des infrastructures de stockage de matières pondéreuses. Nous ne nous substituons pas aux maîtres d’ouvrage qui restent seuls responsables de la conception de leurs équipements.

En préambule, il convient de dresser un rappel des risques inhérents au stockage de charbons tels que définis par le NATIONAL FIRE PROTECTION ASSOCIATION (et repris dans le texte des normes américaines NFPA 850 / 120) :

RISQUES SPECIFIQUES POUR LE STOCKAGE DE CHARBONS : a) POUSSIERES PULVERENTES DE CHARBONS (RISQUE D’EXPLOSION)

Les causes possibles recensées sont = - Impact mécanique ou électrique, - tremblement de terre,

- éclair, vent, tonnerre, - vibration de machinerie,

- dispositif de lutte contre l’incendie, - mur du son,

- fuite localisée.

b) INFLAMMATION (RISQUE D’ INCENDIE) Les causes possibles recensées sont = - auto combustion,

- extraction d’un point chaud,

- transport sur bande de matières chaudes, - fumées,

- flamme de méthane, - propagation.

3.1.1 Parc ouvert

Les principes de bases d’une bonne gestion de parc sont :

 Préparer une aire recouverte d’un sol pavé (de préférence à un bitume pour limiter les arrachements et les traitements ultérieurs),

 Prévoir un système de drainage du terrain et écoulement des eaux de décantation et pluviales, traitement des eaux en bassin,

 Ménager des accès aux engins de reprise ou de déplacement des produits autour des tas,

 Permettre à proximité le déplacement de parties chaudes (hot spots), leur étalement et compactage,

 Limiter les pénétrations d’air lentes à l’intérieur d’un tas de charbons considérés comme suspect :

• en cas de distribution granulométrique où cohabitent proportion importante de fines et présence de grenus (formation de cheminées),

• en cas de hauteur de pile importante, où le phénomène de ségrégation favorise :

- l’accumulation de fines en hauteur et où la surface exposée est plus importante avec une circulation d’air forcée lente → l’oxydation est prédominante sur la convection = risque accru d’auto échauffement

- l’accumulation de morceaux en bas de tas → la convection serait alors prédominante sur l’oxydation si la circulation d’air est rapide, mais la conduction par des fines peut contrarier celle ci = risque d’auto échauffement cependant plus limité.

- en conclusion, toutes les zones du tas peuvent devenir sensibles en fonction de la combinaison de plusieurs des conditions énumérées ci dessus et il est dangereux de penser a priori que certaines parties sont plus critiques que d’autres,

- en cas de stockage peu régulier, des anfractuosités peuvent se créer autour du tas et devenir des voies de courant d’air néfastes,

 Favoriser la rotation des cargaisons sur l’aire de stockage pour permettre aux premières cargaisons arrivées d’être consommées en priorité (first « in », first « out ») et ne pas laisser de reliquats de vieux charbons former une semelle ou des monticules en périphérie ; l’aire de stockage devra pouvoir être régulièrement raclée et nettoyée,

 Ne pas dépasser une durée de stockage supérieure à 8 semaines pour des produits de rang faible ; au delà réaliser un compactage contrôlé,

Photo 7 : compactage avec un bull à chenilles

 Limiter la ségrégation des calibres en évitant la formation du tas par un jeteur central, mais réaliser un

stockage plus homogène en plusieurs passes / couches successives et superposées pour favoriser le mélange des fins et des morceaux grenus et « fermer » le tas.

3.1.2 Parc fermé

De facto, et compte tenu des éléments qui précèdent, les industriels sont particulièrement attentifs à la réalisation d’un parc fermé :

a) en raison des dangers liés à l’auto combustion, b) aux émanations gazeuses qui en découleraient.

Trois principaux types de structure de stockage couvert existent dans le secteur charbonnier :

i. hangar pour stockage longitudinal avec portique de mise et reprise mobile sur toute la longueur (stock triangulaire),

ii. dôme circulaire équipé d’un jeteur et d’un bras de reprise par raclage circulaire (stock conique),

Figure n°2 dôme - coupe

iii. silo avec trémies de vidange à la base de la structure et convoyeur sous terrain (stock fermé),

Le site de ………. a retenu le schéma (ii).

Les points suivants devront servir à l‘étude technique de réalisation du parc couvert :

 Tous les matériaux utilisés pour la construction du stockage couvert sont réputés anti-inflammables,

 Prévoir une libre circulation des engins sur le périmètre extérieur de la zone de stockage au droit des parois (piste de roulement) qui permette l’accès sur toutes les zones du stock d’un engin motorisé pour traiter des zones considérées comme suspectes,

 Ménager les accès en nombre suffisant sur le périmètre de la structure (3 a minima) pour permettre la visite des surveillants et, le cas échéant, l’entrée des équipes de secours et de manutention pour le traitement des points « chauds » dès leur survenance,

Figure n° 3 : coupe du dôme

Photo n°8 Dôme pour charbons (66 m) _ Taiwan

Photo n°9 Dôme pour cokes de pét.

(122 m) _ USA

 Adapter un système de ventilation adéquat en partie haute du bâtiment pour laisser s’échapper des émanations éventuelles de méthane, et empêcher toute concentration de CO,

 Une zone dégagée à proximité du stockage couvert doit permettre de recevoir les produits non stables qui en seraient extraits ; cette aire doit être suffisamment étendue pour étaler des charbons et les compacter,

 Ne laisser en aucun cas se créer des zones « mortes » non accessibles,

 Réaliser un stockage par couches superposées,

 Eviter que les systèmes de drainage souterrains soient des facilitateurs de courants d’air,

 Ne pas stocker des charbons frais sur d’anciens produits, des charbons secs avec des charbons humides, des charbons aux granulométries disparates (sauf si les fines étaient sensées colmater tous les vides),

 Maîtriser l’humidité inhérente du charbon, ne pas utiliser de système d’aspersion d’eau,

 Recourir à un système de surveillance constant (cf. procédure § 4.)

 Eviter les structures qui favoriseraient l’accumulation de poussières (envols lors de la mise au stock) ; dans le cas où des zones seraient considérées comme propices à l’accumulation de poussières fines de charbons, il conviendra de mettre en place un système de nettoyage et d’évacuation,

 Les sources d’allumage intempestives telle que sources d’électricité statique sont proscrites et tous les équipements électriques et éléments de machinerie à l’intérieur du bâtiment sont équipés de moteurs anti-étincelles,

 Prévoir d’équiper la structure :

o d’un détecteur préventif de CH4, o d’un détecteur préventif de CO, dans la mesure du possible,

o d’un système de surveillance permanent par caméra infrarouge,

 Prévoir la formation des techniciens en vue d’assurer une surveillance régulière de la zone de stockage en complément d’une surveillance à distance par caméra (en effet, celle-ci ne saurait remplacer une visite du stock par un personnel expérimenté qui au vu des odeurs, des impressions ressenties, sera à même de mener des investigations plus pertinentes que ne le permet un balayage thermique).

3.1.3 Stockage sous gaz inerte (pour information)

Le principe du stockage sous gaz inerte consiste à accélérer le confinement de la zone de stockage en remplaçant rapidement l'air interstitiel de la masse de charbons par un gaz inerte tel que l'azote ou un mélange d'azote et de gaz carbonique.

De nombreuses expériences de stockage sous atmosphère contrôlée sont menées en Australie par le CSIRO : dans le cas d’une atmosphère confinée, celle-ci est aujourd'hui considérée comme inadaptée au stockage moderne de grande capacité et doit donc être oubliée.

4. PROCEDURE DE SURVEILLANCE

4.1 O

BJET

:

La procédure ci après précise les mesures à prendre pour assurer la surveillance des températures sur des charbons déposés sur des piles de stockage.

4.2 D

OCUMENT

(

S

)

DE REFERENCE

:

 Manuel Qualité de l’exploitant et/ou de son prestataire,

 Décrets et règlements relatif à la protection de l’environnement (en vigueur à l’échelon local),

 Décrets et règlements relatifs à la santé et à sécurité des travailleurs (en vigueur au plan local),

 Caractéristiques des charbons stockés et caractère

4.3 R

ESPONSABILITES

:

La Direction du site,

Le service de manutention et de gestion des parcs de stockage, Le service ‘contrôle’ de l’exploitant et/ou de son prestataire

garantissent le respect des fréquences et méthodes spécifiées ci-dessous.

4.4 E

QUIPEMENTS

:

- Caméra infrarouge pour mesure de surface et surveillance à distance (voir figure n°4 ci dessous),

Photo 10 : caméra infrarouge de surveillance de parc à charbons

- thermomètre à infrarouge à visée laser pour mesure de surface, ou

- caméra thermique portable,

Figure n°4 : Exemple de visualisation d’un stock de charbons et convoyeur avec équipement infrarouge

Photo 11 : pistolet infrarouge de relevé de températures Photo 12 : cannes pyrométriques

- sonde – canne pyrométrique ou/ thermométrique de 1,50 / 1,80 m de long avec thermocouple pour mesure de profondeur,

- équipement de forage et de tubage des orifices, - bombes de peinture,

- équipements individuels de sécurité, dont un masque à particules, un détecteur de gaz CO & O2 type Exotox ou équivalent.

Photo 13 : équipements de sécurité

4.5 P

RINCIPES

:

4.5.1 Relevé de températures ; conditions d’exécution,

Les charbons stockés sur des parcs doivent faire l’objet d’une surveillance régulière afin de mesurer leur comportement en matière d’échauffement spontané.

4.5.1.1 Cartographie, quadrillage

Le technicien en charge des mesures réalise une cartographie de la température moyenne de chaque pile suivant les points désignés préalablement et repérés sur tout le pourtour des piles à différentes hauteurs (prendre particulièrement en compte la hauteur des piles qui est un des facteurs aggravants, donc les sommets, les pentes exposées aux vents dominants, les pieds de tas où s’amoncellent les éboulis et pièces grenues).

Les points sont mesurés si possible à des endroits fixes, ce à des fins de suivi de l’évolution des températures aux mêmes endroits. Dans l’hypothèse d’un stockage prolongé, ils seront marqués en regard des annotations du plan.

Un marquage au sol avec une bombe de peinture TP est réalisé et renouvelé en cas d’effacement ou de modification du tas.

Figure n° 5 : Exemple de quadrillage d’un tas

En cas de stockage stratégique de très longue durée, un forage est réalisé sur les points désignés par le technicien et équipé d’un tube pvc de 70 à 80 cm permettant un repérage aisé et l’introduction de la sonde au même point de mesure.

4.5.1.2 Relevé des températures :

a) Le technicien réalise un quadrillage sommaire du tas (ou utilise l’image fournie par un dispositif de surveillance informatisé) ; il procède premièrement à un balayage avec le pistolet infrarouge dans chaque zone ainsi prédéfinie,

Figure n° 6 : quadrillage « virtuel »

b) Il se déplace ainsi sur les quatre faces du tas de la base au sommet en visualisant toutes les symptômes potentiels d’un auto échauffement : indices olfactifs, odeurs typique de goudron, de soufre, crevasses et craquelures, vapeurs, changements de couleur de la surface du tas (blanchissement), parties sèches, oxydation apparente (effet « tâche de rouille »).. Ces zones suspectes font l’objet d’un contrôle indépendamment de la cartographie prédéfinie.

c) Au centre de chacune des zones, il utilise le thermomètre à canne en pénétrant la matière aussi profondément que possible et après stabilisation de la température lue, relève celle-ci et la porte sur sa fiche de travail en référence de la zone concernée. Si la croûte du stock est durcie en surface, le technicien

N

Point n° 28 T° relevée = 42°C Date : 30/08/2007

s’aide d’un pic pour essayer de creuser un orifice ou de percer la zone compacte. A défaut en cas d’impossibilité de pénétrer le tas, les mesures sont relevées en surface avec le balayage infrarouge.

d) En cas d’élévation de la température au delà de 30/40°C, il use de la canne thermométrique pour sonder le tas en profondeur (entre 1,2 et 1,8 m selon la granulométrie du produit).

e) Dans une zone notoirement chaude, les sondages seront répétés dans un cercle restreint autour du premier point mesuré, si possible au plus profond que le permet l’instrument et jusqu’à retrouver des températures normales afin de préciser l’extension de cette zone suspecte,

f) Les points chauds sont repérés avec des marquages à la bombe,

g) Equipé d’un détecteur de CO, le technicien est attentif aux mesures enregistrées. Toute observation portant sur une valeur > 50 ppm est à porter sur le rapport d’intervention,

h) Les mesures obtenues sont inscrites sur un calepin de chantier et sont ensuite reportées sur le rapport d’intervention (et/ou la cartographie du tas),

i) Le nombre de mesures relevées par stock n’est qu’indicatif et dépendra de la présence de zones suspectes et de points chauds, à savoir une mesure tous les 4/5 m environ dans une situation non sensible. La décision d’augmenter le nombre de mesures en fonction des circonstances présentes doit être laissée au technicien en charge de l’inspection. Le technicien est équipé d’un moyen de radiophonie pour communiquer avec l’extérieur du hangar.

4.5.2 Fréquence des mesures :

a) Chaque cargaison fait l’objet d’une surveillance initiale à la mise en stock sur les installations de transfert du charbon du bord du navire au parc (mesure sur convoyeur),

b) Dans une situation de surveillance dite « standard » sans qu’il ne se produise d’élévation particulière de la température par rapport à celle déterminée à l’arrivée au port :

- le relevé est établit par quinzaine calendaire,

- deux séries de mesures successives ne pourront être espacées de plus de 15 jours.

c) Dans le cas de figure où des points / zones chaudes dépassent 50°C, - un relevé hebdomadaire de(s) zone(s) incriminé(es) sera entrepris.

d) Dans le cas de figure où des points / zones chaudes dépassent 70°C, - un relevé quotidien de(s) zone(s) incriminé(es) sera entrepris,

- un rapport complet des points chauds détectés est remis au service « sécurité ».

4.5.3 Rapport :

Une information des services du site est effectuée sur le champ en cas de signalement d’une zone suspecte ou chaude à traiter en urgence. Une mention de ce signalement est précisée sur le rapport idoine.

Les mesures sont consignées sur un tableur Excel qui permet la comparaison de l’évolution des températures relevées d’une inspection sur l’autre et l’établissement de courbes.

Figure n° 7 : Relevé de T° sur parc ; rapportage.

4.6 I

DENTIFICATION D

’

UN FEU

4.6.1 Signes avant-coureurs

Les différentes étapes qui indiquent au technicien qu’une réaction vive va se produire sont soulignées ci dessous : Les feux de charbons se déroulent selon le schéma classique suivant :

Phase 1 : production de vapeur,

Phase 2 : apparition de fumerolles de couleur blanche,

Phase 3 : le charbon se consume avec apparition de fumées jaune - soufre,

Phase 4 : le charbon brûle avec des fumées de couleur bleue et l’apparition de flammes.

A partir de la phase 1, la lutte contre l’auto combustion doit être la priorité par rapport à la production, et notamment lorsque des charbons « frais » doivent être ajoutés sur la pile.

4.6.2 Traitement d’un point chaud

En fonction de la situation et de l’étendue du point chaud, le recours à un bulldozer est la norme, le cas échéant accompagné d’un camion citerne équipé d’un canon à eau.

Le personnel requis pour cette mission doit avoir des connaissances sur le phénomène et l’expérience pour traiter ces situations (à tout le moins être sous la responsabilité d’un cadre entraîné).

4.6.3 Analyse des taches et plan d’intervention

ACTIVITE ou SITUATION DANGERS POTENTIELS PROCEDURE DE TRAVAUX EN SECURITE ANALYSE DE LA SITUATION ET DE SON EXTENSION

ACTIVITE ou SITUATION DANGERS POTENTIELS PROCEDURE DE TRAVAUX EN SECURITE ANALYSE DE LA SITUATION ET DE SON EXTENSION

Dans le document Etude & recommandations techniques - (Page 15-0)