di
Etude
& recommandations techniques
-
Procédure
relative à la mise en sécurité d’un parc à charbons sur un site de stockage
couvert de charbons
Nom Date Visa Rédigé par Alain Deloye
Directeur de la Sté INCEPTIS E&C 05/01/20
Validé par Alain Deloye 05/01/20
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Version initiale 05/01/20 Création de l’étude
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Le Directeur
SOMMAIRE
1. PRESENTATION DU CONTEXTE ET DES OBJECTIFS ... 6
1.1 CONTEXTE ... 6
1.2 OBJECTIFS ... 6
1.2.1 Connaître le charbon importé ... 6
1.2.2 Appréhender le processus d’auto combustion ... 6
1.2.3 Mettre en œuvre un guide des bonnes pratiques en matière de suivi des charbons ... 6
2. ETUDE ... 8
2.1 LES CHARBONS IMPORTES PAR LE SITE ETUDIE ... 8
2.2 LE CHARBON, GENERALITES ... 8
2.2.1 Origine ... 8
2.2.2 Composition ... 8
2.2.2.1 Les minéraux ... 8
2.2.2.2 La matière organique ... 8
2.3 L’AUTO COMBUSTION DU CHARBON, THEORIES ... 9
2.3.1 L’oxydation ... 9
2.3.2 Observation du processus ... 10
2.3.3 Criticité de certaines houilles ... 12
2.3.4 Causes probables & effets ... 14
2.3.4.1 Réaction d’oxydation ... 14
2.3.4.2 Dégagement de matières volatiles ... 14
2.3.4.3 Oxydation de la pyrite ... 15
2.3.4.4 Fixation d’humidité ... 15
2.3.4.5 Friabilité ... 15
2.4 METHODES DE SUIVI ET DE TRAITEMENT A L'USINE DE …. ... 15
2.4.1 Appréhension des charbons utilisés par le site ... 15
2.4.2 Evaluation du facteur « critique » de prédisposition à l’auto combustion : ... 19
3. LES INFRASTRUCTURES DE STOCKAGE ... 21
3.1.1 Parc ouvert ... 21
3.1.2 Parc fermé ... 22
3.1.3 Stockage sous gaz inerte (pour information) ... 24
4. PROCEDURE DE SURVEILLANCE ... 25
4.1 OBJET : ... 25
4.2 DOCUMENT(S) DE REFERENCE : ... 25
4.3 RESPONSABILITES : ... 25
4.4 EQUIPEMENTS : ... 25
4.5 PRINCIPES : ... 27
4.5.1 Relevé de températures ; conditions d’exécution, ... 27
4.5.1.1 Cartographie, quadrillage ... 27
4.5.1.2 Relevé des températures : ... 28
4.5.2 Fréquence des mesures : ... 29
4.5.3 Rapport : ... 29
4.6 IDENTIFICATION D’UN FEU ... 30
4.6.1 Signes avant-coureurs ... 30
4.6.2 Traitement d’un point chaud ... 30
4.6.3 Analyse des taches et plan d’intervention ... 30
5. CONCLUSIONS & RECOMMANDATIONS A L’EXPLOITANT ... 33
5.1 PRODUIT STOCKE : ... 33
5.2 HANGAR DE STOCKAGE : ... 33
5.3 SURVEILLANCE : ... 33
6. REFERENCES ... 34
7. ANNEXES ... 35
1. PRESENTATION DU CONTEXTE ET DES OBJECTIFS
1.1 C
ONTEXTELa société ………. met en œuvre sur son site de ………..en ……….. une centrale à charbons de trois tranches de 70 MW. Sa filiale d’ingénierie, est impliquée dans les projets de stockage et manipulation des charbons entrants et de leur préservation. A ces fins, le site sera équipé de ses propres infrastructures de déchargement de navires de mer, de stockage sur parc et sous hangar, de même que des moyens de reprise vers les silos des tranches thermiques.
La société ………. extrait du minerai de nickel et son usine produit du ferronickel (FeNi). En quelques chiffres :
Capacité de production : 75 000 tonnes / an
Consommation de minerai brut : 3 à 4 millions de tonnes / an
Humidité moyenne du minerai : 26 à 28%
Teneur en nickel du minerai : 2,5 à 3%
Consommation de combustibles solides : 0,6 à 0 ,8 millions de tonnes / an
1.2 O
BJECTIFSL’objectif de cette étude est d’une part de présenter une synthèse des connaissances sur les risques liés aux phénomènes d’auto échauffement pouvant affecter les dépôts de minéraux fossiles solides combustibles et, partant, principalement de limiter les risques tant économiques que liés à la sécurité des biens et des personnes en traitant des 3 principaux points ci dessous :
1.2.1 Connaître le charbon importé
1.2.2 Appréhender le processus d’auto combustion
1.2.3 Mettre en œuvre un guide des bonnes pratiques en matière de suivi des charbons
a) par une procédure à l’attention des personnels locaux,
b) des recommandations de gestion de stock sous parc couvert et du stockage en plein air, c) des auto contrôles afin de maîtriser la problématique liée à l’oxydation du combustible.
Photo 2 : Source Inceptis
2. ETUDE
2.1 L
ES CHARBONS IMPORTES PAR LE SITE ETUDIESur la base des informations transmises par le site de ………, à la date d’impression de la présente étude, les charbons concernés sont :
Origine Type / mine Rang Indice
de MV % sur sec
HGI O %
sur sec
Stockage
Australie OAKBRIDGE Bitumineux 32,4 % * 59 ** - ouvert
Australie NEW HOPE TIVOLI H Sub-bitumineux 41,9 % ** 36 ** 9,47 % ** couvert
Australie ULAN Bitumineux 32,5 % ** 49 ** 7,98 % ** couvert
Indonésie ARUTMIN ‘6500’ Sub-bitumineux 43,8 % ** 38 ** 11,55 % ** couvert
Viet-Nam CAMPHA Anthracite 7,30 % ** 38 ** 2,88 % ** ouvert
* données ‘fournisseurs’
** données Inceptis E&C
2.2 L
E CHARBON,
GENERALITES2.2.1 Origine
Le charbon est une roche sédimentaire métamorphique qui provient de l’accumulation de matière végétale de nature variable : fougères arborescentes de la forêt houillère, spores, mangroves, algues, déposée sur place (bassins autochtones) ou après transport (bassins allochtones).
Ces bassins sont soit des zones marécageuses (tourbières actuelles), soit des lacs, soit des zones deltaïques, qui se sont enfoncés régulièrement, permettant à la forêt de continuer à prospérer sur de longues périodes.
Les sédiments ont été enfouis jusqu’à des profondeurs variables de quelques 100 m pour les lignites, jusqu’à plusieurs kilomètres pour les anthracites. Durant cet enfouissement le carbone organique s’est transformé en carbone minéral par l’action des micro-organismes (carbonatation), l’eau a été expulsée en forte proportion et la roche s’est indurée.
2.2.2 Composition
2.2.2.1 Les minérauxLes minéraux sont des morceaux de roches, de tailles diverses, sédimentés en même temps que la matière organique. Ce sont des silico-aluminates : grés, schistes, tufs volcaniques etc.…Après combustion, ces minéraux constituent les cendres et les scories. L’analyse des cendres révèle des éléments majeurs (silice, aluminium, calcium, fer, phosphore...) et des éléments en trace (métaux...), substances qui font l’objet de limites dans les spécifications contractuelles en raison de leur incidence sur l’environnement ou les procédés.
2.2.2.2 La matière organique
Le charbon au sens strict est la partie de couleur noire et d’origine organique.
Suivant son aspect macroscopique on distingue :
- Le fusain, tendre et friable, qui dérive de produits ligneux, - Le durain, mat, provenant de spores et de feuilles, - Le clarain, semi brillant, et de même provenance,
- Le vitrain, noir brillant, cohérent et uniforme, formé d’une gelée cellulosique amorphe.
La minéralogie comporte deux constituants principaux: l’inertitite et la vitrinite dont les proportions correspondent à une évolution vers des stades de plus en plus avancés.
Les charbons de l’ancien continent, dits du « Gondwana » (auquel appartient la Nouvelle Calédonie et les pays producteurs proches dont l’Australie, l’Indonésie, l’Afrique du Sud..), appartiennent au type fusique. Ils font partie des charbons dits ‘humiques’ constitués à l’origine d’éléments ligneux (tiges, racines) et cellulosiques (spores, feuilles).
Le pouvoir réflecteur de la vitrinite (R) permet de classer les charbons :
- en rangs de faible maturité (« low rank » en anglais) : lignites à sub bitumineux = R < 0,6%
- en rangs plus élevés dans la hiérarchie de la classification (« high rank » en anglais) : charbons bitumineux jusqu’aux anthracites = R > 0,6%.
Le degré de houillification (rang) du charbon joue un rôle primordial dans le processus d’oxydation qui est notre préoccupation dans le chapitre 2.3.
Le charbon est un matériau physiquement et chimiquement hétérogène composé essentiellement de carbone, d’hydrogène et d’oxygène avec des quantités moindres d’azote, de soufre, de chlore, fluor, voire de phosphore et mercure sous forme de traces.
Par chauffage, tous les charbons libèrent des goudrons et des gaz. Les matières volatiles sont des gaz adsorbés durant la formation des charbons et emprisonnés dans ceux ci à une pression partielle voisine de celle de leur formation. Il s’agit essentiellement de CO2, de méthane (CH4) et autres hydrocarbures, ainsi qu’un peu d’argon et d’hydrogène. La teneur en volatiles diminue avec l’évolution du charbon en raison de conditions thermo dynamiques croissantes. Leur observation sera, outre l’apport en terme de définition du rang, utile à sérier les types de charbons et leur aptitude à l’auto échauffement.
2.3 L’
AUTO COMBUSTION DU CHARBON,
THEORIESLa combustion brutale du charbon, l’une des réactions chimiques les plus importantes de ce matériau, ne se produit qu’au-dessus d’un certain seuil, la température d’inflammation. Cependant, dès la température ambiante, un charbon abandonné à l’air fixe plus ou moins rapidement de l’oxygène en dégageant en particulier de l’oxyde de carbone, du gaz carbonique et de la vapeur d’eau.
Cette réaction ménagée de l’oxygène sur le charbon en dessous du seuil de combustion est dite « exothermique » et l’allure globale du processus dépend de la compétition entre deux phénomènes : la production et l’évacuation de la chaleur.
Dans le cas où la chaleur libérée ne pourrait se dissiper totalement, on assiste à un échauffement spontané qui peut dégénérer en auto inflammation, soit au fond (feux de mines), soit au sein de terrils ou lors de stockage en silos, trémies et sur parcs.
La durée de stockage, si elle est peu préoccupante pour les charbons maigres à 1/2 gras, sera un facteur de risque notoire en cas de stationnement prolongée d’une cargaison de charbons ¾ gras à flambants. Il est important de veiller à ne pas stocker des produits « frais » sur des charbons anciens et oxydés et de ne pas laisser de semelles de produits anciens. La règle du « premier arrivé, premier consommé » s’applique dans toute sa rigueur.
2.3.1 L’oxydation
L’oxydation est un phénomène lent qui concerne tous les combustibles solides de fraîche extraction dès lors que leur surface est exposée à l’air.
En fait, tous les solides combustibles et oxydables peuvent s’échauffer spontanément dans certaines conditions de stockage. Les matières combustibles réagissent avec l’oxygène de l’air dès la température ordinaire avec une vitesse d’oxydation d’autant plus grande que ces matières ont une granulométrie plus fine et donc une surface spécifique plus élevée.
En simplifiant, la matière organique réagit avec l’oxygène de l’air à partir d’une certaine température et est susceptible de brûler spontanément et complètement dans un délai de temps plus ou moins long selon une réaction telle que :
CnHmOp + (4n + m – 2p) O2 nCO2 + m/2 H2O 2
Le mécanisme d’auto échauffement peut s’expliquer qualitativement de la manière suivante : lorsque les conditions de dépôt ou de stockage d’un charbon sont telles que la chaleur dégagée par les réactions d’oxydation n’est pas intégralement dissipée par les échanges thermiques entre le système réactionnel et le milieu extérieur, il se produit une élévation de température. Cette augmentation de la température augmente la vitesse d’oxydation selon la loi d’Arrhenius et, par conséquent, le dégagement de chaleur est accru en raison du gradient de température plus important. On obtient alors soit un état stationnaire où toute la chaleur est évacuée vers l’extérieur, soit un emballement de l’auto échauffement du charbon et à sa combustion vive dans la mesure où les réactions d’oxydation ne sont pas freinées par défaut d’oxygène.
La vitesse d’oxydation va dépendre de :
- l’oxy réactivité de la substance (nature, humidité, etc…), - la surface accessible à l’oxygène,
- la température et de la pression partielle d’oxygène.
A température ambiante, une faible quantité de charbon en présence de l’oxygène de l’air ne conduit généralement pas à des réactions de combustion significatives. A cette température, en effet, les vitesses réactionnelles
sont si faibles qu’elles sont pratiquement nulles : le mélange est alors considéré dans un état stationnaire.
A partir d’une certaine température du mélange, soit en augmentant de façon homogène la température dans tout le volume, soit en élevant la température ambiante, des réactions d’oxydation lentes démarrent ; ces réactions étant exothermiques, elles produisent des calories qui vont faire croître la température du mélange à condition cependant que les calories ne soient pas dissipées par les parois vers l’extérieur. Il s’agit en fait d’une oxydation lente qui s’accélère lorsque les températures sont de plus en plus élevées : on atteint un stade où les réactions d’oxydation s’emballent pour atteindre, le cas échéant, l’auto inflammation du combustible.
Concernant l’évaluation de la sécurité d’un stockage d’un charbon, la détermination de la température susceptible de provoquer l’emballement des réactions d’oxydation, les dimensions et formes du stockage, et la réactivité propre du produit sont alors des facteurs prépondérants (Cf. § 2.4.2)
L’oxydation affecte tous les types de charbons, mais notamment les propriétés cokéfiantes, au point de rendre un charbon complètement inapte à la cokéfaction après une durée de stockage prolongée, même parfois pour une augmentation à peine décelable de la teneur en oxygène.
Les charbons les plus riches en oxygène, c.-à-d. les charbons de faible rang, s’avèrent les plus oxydables ; les groupes hydroxyles OH serviraient de centres de fixation préférentiels de l’oxygène. La quantité d’oxygène fixée varie enfin en fonction de l’humidité relative de l’atmosphère.
2.3.2 Observation du processus
Le processus apparaît globalement comme suivant les étapes ci-dessous :
a) le charbon commence à s’oxyder lentement jusqu’à ce qu’une température de 50° C soit atteinte,
il s’oxyde en présence d’air dès la température ambiante et si la chaleur dégagée par la réaction n’est pas intégralement éliminée à l’extérieur du tas, la différence est conservée dans celui-ci et sert à en élever la température : le début du cycle est alors entamé,
l’oxydation est visible à la surface des morceaux de charbon ; celle-ci est proportionnelle à la valeur de la surface apparente (coal surface area). Plus importante sera cette dernière, plus l’oxygène aura une chance de se combiner avec le charbon, ce qui aura pour conséquence directe que pour une durée et un poids donnés la chaleur libérée sera plus importante,
Photo 3 : charbon indonésien
b) l’oxydation s’amplifie entretenue par des températures en élévation jusqu’à ce que le charbon soit approximativement entre 100 et 140° C,
Photo 4 : dégagement de vapeur sur un stock au début d’un processus d’auto combustion
c) à 140° C environ, le charbon libère de l’oxyde de carbone et de la vapeur d’eau,
Photo 5 : fumerolles sur un stock de charbons
d) la production d’oxyde de carbone s’accroît rapidement jusqu’à ce qu’une température de 240° C environ soit atteinte. A ce stade, l’auto combustion peut se déclencher.
Photo 6 : foyer déclaré
e) autour de 350° C (jusqu’à 600° C pour les rangs supérieurs), le charbon brûle vigoureusement.
Des vapeurs soufrées, voire des fumées jaunes âcres peuvent se dégager du tas. L’apparition de traces blanchâtres et jaunâtres sur le charbon sera aussi la marque d’un auto échauffement avancé.
2.3.3 Criticité de certaines houilles
Les principales caractéristiques pouvant présager de facteurs d’auto combustion dans les charbons sont listées ci après (ces caractéristiques fondent principalement notre évaluation du potentiel d’auto inflammation des combustibles solides et sont prises en compte pour minimiser leur probabilité) :
1. humidité :
a. plus l’humidité inhérente (ou de constitution) est élevée, plus élevée sera la tendance à l’auto échauffement,
b. l’eau ajoutée par arrosage est bannie,
c. l’humidité ambiante sous certaines latitudes peut avoir une influence néfaste, L’humidité joue précisément un rôle important dans le phénomène d’auto échauffement du charbon.
L’effet de l’humidité favorisant l’oxydation et l’auto échauffement du charbon a été confirmé par de nombreuses recherches, basées sur des essais expérimentaux. Ces recherches ont permis de montrer qu’il se forme des complexes charbon – oxygène lorsque du charbon frais est exposé à la température ambiante de l’air. Ces complexes oxygénés sont instables et se décomposent rapidement en eau et oxyde de carbone. La présence d’eau adsorbée a été prouvée comme étant une condition nécessaire dans la formation de ces complexes, ce qui apparaît comme une étape essentielle dans les schémas d’oxydation du charbon.
2. matières volatiles : mesurée par un indice, les matières volatiles augmentent proportionnellement à leur pourcentage la réactivité du charbon,
3. oxygène : plus la teneur en oxygène est élevée, plus élevée sera la tendance à l’auto échauffement, 4. PCS : plus le pcs (DAF) est faible, plus élevée sera la tendance à l’auto échauffement,
5. soufre : souvent considéré comme un facteur majeur, son importance doit être relativisée du fait de l’observation de feux spontanés dans certains charbons sub- bitumineux et lignites bas soufre qui avaient des caractéristiques d’oxydation élevée et a contrario des charbons haut soufre qui montrent une
propension à l’oxydation faible,
6. soufre pyritique : on observera davantage que le soufre total, le pourcentage de soufre pyritique présent dans celui-ci ; la présence de pyrite dispersée dans le charbon accroît la cinématique d’oxydation (cf. § 2.3.4.3)
7. l’oxydation du charbon est une réaction entre la matière solide et les gaz, qui apparaît lorsque l’air passe au travers de la masse du solide. L’apport d’oxygène combiné avec le charbon augmente la température du charbon au travers d’une réaction exothermique. En même temps que la réaction intervient, l’humidité du charbon est relâchée sous forme de vapeur d’eau et puis un dégagement gazeux se produit (matières volatiles) avec une odeur caractéristique,
8. l’importance de la surface d’exposition du produit est un facteur direct favorisant l’auto combustion ; les cargaisons de fins dont la surface d’exposition sera plus importante (une étude américaine a conclu sur le fait que la probabilité d’auto combustion était proportionnelle à la racine carrée de la surface exposée) est un fait aggravant le risque
néanmoins, il serait hasardeux de conclure sur ce point sans évoquer le rôle des grains et gailletins dans un tas (voir point 8 et figure n° 1),
un charbon criblé à une dimension plus grenue est assez rarement suspecté d’auto combustion.
9. la ségrégation des particules et calibres de charbons est également une cause directe de ce phénomène en créant les conditions d’une alimentation en air ; les particules grenues du stock autorisent la circulation d’air dans une partie du tas (convection) et réagissent avec les parties plus fineuses dans d’autres parties favorisant la propagation (conduction) ; les fines jouent donc un rôle d’agent conducteur entre les parties plus grenues (cf. figure n° 1)
10. il est communément admis dans les études sur l’auto combustion que le facteur d’évolution de la réaction entre charbon et oxygène double pour chaque palier de 8/10° C franchi ; au delà de 70/80°C, le temps de déclenchement d’une réaction vive peut se compter en heures,
11. lorsqu’il existe des conditions de stockage dans lesquelles le courant d’air naturel est juste suffisant pour que le charbon l’absorbe et que celui ci reste insuffisant pour dissiper la montée en température, la
réaction augmente et la température peut alors excéder des limites souhaitées ; un processus peut encore être enclenché.
12. tous les apports extérieurs en eau (arrosage anti-poussières, tentatives de refroidir des zones chaudes..) sont à proscrire.
En conclusion sur ces 12 points, on notera à la fois l’importance du critère de rang repris dans les numéros 1,2, 3 &
4 et les aspects directement liés à la manutention et au stockage repris dans les numéros 7,8, 10 & 11.
Figure n° 1 : Ségrégation lors de la mise en tas
On constate ci dessus la manière avec laquelle l’air circule aidé par la ségrégation entre les calibres supérieurs situés en périphérie et les fins répartis entre le sommet et l’intérieur du tas. L’air circule donc facilement sur la périphérie basse du tas et plus difficilement à l’intérieur facilitant la création de « points chauds ». Ces points parfois difficiles à localiser, voire à déceler, peuvent au demeurant brûler au ralenti de façon plus ou moins étouffée sans que les signes extérieurs soient immédiatement apparents.
2.3.4 Causes probables & effets
Dans l’état actuel des études sur le charbon, nous en restons à l’égard de ces phénomènes à l’état d’hypothèses, dont succinctement nous rappelons les suivantes :
2.3.4.1 Réaction d’oxydation
La fixation d’oxygène par les charbons s’accompagne toujours du dégagement de certains produits de réaction comme l’oxyde de carbone, le gaz carbonique et la vapeur d’eau. Tout l’oxygène réagissant n’est donc pas fixé, mais une partie est utilisée pour l’arrachage d’atomes de carbone et de d’hydrogène qui faisaient préalablement partie intégrante de la structure organique solide.
On constate en appliquant une loi de chauffe graduelle et régulière à un charbon que la vitesse d’oxydation sera accompagnée d’une perte de poids de l’échantillon et d’un accroissement plus ou mois rapide de la température.
L’auto échauffement se produit au sein d’un combustible solide lorsque la vitesse de production de chaleur par une réaction exothermique quelconque excède sa vitesse de dissipation vers le milieu environnant par conduction ou convection libre ou forcée. En l’absence de prévention ou de traitement de la zone concernée, la température peut alors s’élever dangereusement jusqu’à pyrolyse, puis auto inflammation du combustible.
2.3.4.2 Dégagement de matières volatiles
Celui-ci est quasiment anodin en milieu ouvert, il est par contre possible de constater en cas de stockage dans un espace confiné un dégagement de matières volatiles qui accompagne la pyrolyse et constitue un facteur aggravant par la formation éventuelle de mélanges inflammables avec l’air dont l’explosion pourrait survenir en présence d’une source d’inflammation comme une simple étincelle d’électricité statique.
Dans un premier palier de températures comprises en deçà de 350°C, on note des transformations limitées n’affectant que relativement peu la structure organique du charbon, puisqu’il s’agit alors de la phase de désorption, c’est à dire de la libération de gaz déjà présents à l’intérieur des pores du matériau : l’eau entre 100 & 150°C, le méthane CH4 et le dioxyde de carbone CO2.
Au delà de 350°C, on peut obtenir un ramollissement, voire une fusion franche suivie de la formation de semi-coke.
2.3.4.3 Oxydation de la pyrite
La teneur en pyrite (FeS2) associé à l’eau et à l’oxygène permet la formation de sulfate de fer et d’acide sulfurique, ce qui produit une réaction exothermique :
(S-- -> SO4-- -> + 217 Kcal/mole)
Bien que controversée, la présence de pyrite dans le soufre est un élément à surveiller dans la mesure où la réactivité d’un charbon est toujours plus rapide lorsque la teneur en soufre pyritique est élevée.
2.3.4.4 Fixation d’humidité
Le charbon généralement saturé d’humidité à la mine va subir au cours de son utilisation et de son transport des modifications de sa teneur totale en eau. Séchage partiel ou reprise d’eau en fonction de divers aléas, ce phénomène sera d’autant plus important que le produit sera plus ou moins poreux.
Dans tous les cas, on évite autant que possible de ré injecter de l’eau dans les charbons pendant leur transport et leur stockage (sauf en cas d’émission de poussières intenses où des produits fixatifs sont recommandés). Le drainage ou le pompage des aires de stockage sont notamment des mesures de préservation courante de la qualité intrinsèque des charbons.
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
CSHTMFR (°C) selon
L&P CSHTOX 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
Référence éch.
analysé
H20 Mat Vol %
s/sec HGI Soufre
pyrit. Granu. Granu. CSHTOX (°C) selon S&L
CSHTMFR (°C) selon
L&P
Risque (échelle 10)
Facteur(s) / paramètre(s) concerné(s) & incidence
Marqueur de rang (haut vol.
> 35%)
Friabilité élevée > 70
Teneur >
0,5 %
Présence maj.
de fines > 30
% 0/2 mm
Présence hétérogène de
fins et de surcalibrés >
55% 20 +
< 70°C < 70°C
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 FEU4.6.1 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
POTENTIELLE
• Présence de gaz nocifs et raréfaction de l’oxygène dans l’atmosphère
• Inhalation de fumées
• Personnel chutant dans une partie chaude ou en flammes
1. Estimation de la situation (phase) de l’auto combustion par observation visuelle et des équipements de mesure, 2. S’assurer que la zone sous surveillance n’est pas en combustion (risque d’enfouissement),
3. Si le feu est vif, mesurer les niveaux d’oxygène et de monoxyde de carbone dans l’air environnant,
4. Délimiter une zone de foyer, 5. Réaliser un schéma de la zone.
DETERMINER UN PLAN DE LUTTE • Rencontrer des risques et dangers insoupçonnés
1. Si nécessaire, (en cas de situation non habituelle), réaliser un plan des risques encourus impliquant les travailleurs concernés,
2. Déterminer le type des équipements requis (est ce de la mousse carbonique sera nécessaire ?)
3. S’assurer de la formation et de l’expérience des personnels impliqués dans la lutte, 4. Nommer un responsable d’intervention.
COMBATTRE UN FEU NON SIGNIFICATIF
• Ne pas noyer suffisamment et encourager la reprise
1. Noyer le foyer en profondeur et l’éteindre si possible,
2. Soit retirer ou pousser la partie chaude à un endroit suffisamment éloigné de la partie principale du tas 3. Inspecter la zone à intervalles réguliers pour s’assurer que le charbon ne reprend pas dans les alentours proches.
COMBATTRE UN FEU SIGNIFICATIF
(lorsque l’épuisement en O2 est évident) • Technicien dans un environnement chargé en CO et épuisé en O2,
• Respirer de la fume et de l’air chaud
• Etre partiellement brûlé (ou les équipements)
• Potentiel élevé d’une explosion de
pneumatiques sur engin
Les résultats du plan de prévention et de lutte déterminent les actions à prendre :
A défaut, les actions suivantes sont entreprises :
1. Etablir une analyse des gaz présents dans l’atmosphère,
2. Si l’épuisement en CO2 est établi, circonscrire une zone de « danger » avec signalisation,
3. Toute personne pénétrant la zone à pied doit être autorisée par le responsable de l’intervention et revêtir les équipements de respiration adéquats.
4. Les conducteurs d’engins doivent revêtir les respirateurs,
5. Un détecteur de gaz doit être fourni au conducteur d’engin, 6. L’utilisation du canon à eau (avec de la mousse si nécessaire) doit être utilisé localement pour supprimer le feu au point où il couve, plutôt que l’ouvrir (cela réduira l’émission de fumée et de gaz),
7. Avant de pénétrer sur le lieu avec le bulldozer ou l’excavatrice, s’assurer que le système d’air conditionné est fermé ou en circuit interne et que les équipements de sécurité sont présents dans la cabine,
8. en cas d’alarme du détecteur CO, le conducteur doit se retirer de la zone afin de vêtir l’équipement de respiration,
9. en cas d’alarme du détecteur O2, le machiniste doit stopper tous travaux immédiatement et se retirer à une distance d’au moins 20 m du foyer,
10. le charbon retiré du point chaud doit être déposé,étalé et compacté par couches à distance du charbon sain.
5. CONCLUSIONS & RECOMMANDATIONS A L’EXPLOITANT
Le phénomène d’auto échauffement des charbons est un sujet complexe, qui a fait l’objet de nombreux modèles (Semenov, Thomas, Franck-Kamenetskii, Glasser & Brooks). Ceux-ci, s’ils se révèlent utiles à la compréhension du processus, sont difficilement transposables au quotidien sur le terrain.
Si l’aspect théorique reste donc un champ d’expérimentation pour les instituts et laboratoires de recherche, nous avons cherché à élaborer ici une méthode de prévention fondée sur la connaissance, l’anticipation et les mesures de détection.
Ainsi, l’utilisation de modèles mathématiques simples pour évaluer le phénomène d’auto échauffement peut permettre dans de nombreux cas d’établir des prévisions et de donner des règles de sécurité quant aux modalités de stockage des charbons particulièrement sujets à l’auto échauffement.
Le rôle joué par différents facteurs sur la réactivité à l’oxydation chimique et biologique a été analysé, notamment l’effet de masse, de la température, du temps, de la teneur en oxygène de l’atmosphère et de l’humidité des produits.
5.1 P
RODUIT STOCKE:
A) CONNAITRE LE CHARBON QUI DOIT ETRE ENTREPOSE AU PLAN ANALYTIQUE ET DETERMINER SON SEUIL CRITIQUE D’AUTO COMBUSTION (CSHT),
B) AUTANT QUE FAIRE SE PEUT, EVITER LE STOCKAGE COUVERT DE CHARBONS HAUT VOLATILES > 32 % SUR SEC *,
5.2 H
ANGAR DE STOCKAGE:
A) RESPECTER A MINIMA DANS L’ÉTUDE D’OUVRAGE LES POINTS LISTES AU § 3.1.2, ET NOTAMMENT :
A.1 Les accès,
A.2 Le système de ventilation A.3 Le système de détection CO
5.3 S
URVEILLANCE:
A) FORMER LES PERSONNELS EU EGARD A LA GESTION DES
CHARBONS,
B) METTRE EN PRATIQUE UNE PROCEDURE DE SURVEILLANCE ALLIANT DETECTION AUTOMATIQUE ET INSPECTION REGULIERE (Cf. § 4).
* Le stockage couvert des charbons étudiés ici (ARUTMIN 6500 / TIVOLI H) qui présentent des caractéristiques susceptibles d’une dégradation importante et de départs de feu à des températures inférieures aux autres ne peut être recommandé au terme de cette étude ; il se fera dès lors aux risques et périls de l’exploitant.
6. REFERENCES
IMO “Code of Safe Practice for Solid Bulk Cargoes”
RICHARD’s Bay “Code of Practise for the Safe Handling & Ocean Transport of South African Coal”
“COAL Preparation” 5th edition Sty for mining metallurgy and exploration Inc 1991
“COAL Technical Training” _ BTi 2005 A. Deloye
«
Méthodes pour l’évaluation et la prévention des risques accidentels » _ INERIS 2005 « Cahiers de l’Utilisation du Charbon » – CODETEC 1989
Beamish B B, Barakat M A, St George J D, 2001. “Spontaneous-combustion propensity of New Zealand coals under adiabatic conditions”. International Journal of Coal Geology, Vol 45, pp. 217- 224.
Beamish B B, Barakat M A, St George J D, 2000. “Adiabatic testing procedures for determining the self-heating propensity of coal and sample ageing effects”. Thermochimica Acta, Vol 362, pp. 1-9.
Humphreys D, Rowlands D, Cudmore J F, 1981. “Spontaneous combustion of some Queensland Coals”. Proc. Ignitions, Explosions and Fires in Coal Mines Symposium. The AusIMM Illawarra Branch, Melbourne, Australia, pp. 5-1 – 5-19.
Sponcom – “A computer program for the prediction of the spontaneous combustion potential of an underground coal mine”. US department of the interior, bureau of Mines, Pittsburgh research center. AC Smith, WP Rumancik, CP Lazzara
« Pour une classification synthétique universelle des combustibles solides ». B. Alpern 1981 Bull.
Centre Recherche & Exploration Production Elf Aquitaine.
Beamish B B, Barakat M A, St George J D, “Kinetic parameters associated with self-heating of New Zealand coals under adiabatic conditions” - Mineralogical Magazine, August 2003, Vol. 67(4), pp. 665– 670.
Brooks K, Glasser D. “A simplified model of spontaneous combustion in coal stockpiles” – Department of Chemical Engineering, University of the Witwatersrand, PO Box 1176, Johannesburg, 2000, South Africa.
“Prevention of spontaneous combustion in coal stockpiles _ Experimental results in coal storage yard” V. Fierro, J.L. Miranda, C. Romero, J.M. Andres, A. Arriaga, D. Schmal, G.H. Visser - Instituto de Carboquımica(C.S.I.C), P.O. Box 589, 50080 Zaragoza, Spain ; ENDESA, 44500 Andorra-Teruel,
Spain ; TNO, P.O. Box 342, 7300 AH Apeldoorn, Netherlands.
“Use of infrared thermography for the evaluation of heat losses during coal storage” V. Fierro, J.L. Miranda, C. Romero, J.M. Andres, A. Pierrot, E. Gomez-Landesa, A. Arriaga, D. Schmal, - Instituto de Carboquımica(C.S.I.C), P.O. Box 589, 50080 Zaragoza, Spain ; ASINEL, P.O. Box 233, 28930 Mostoles, Madrid, Spain; ENDESA, 44500 Andorra, Teruel, Spain; TNO, P.O. Box 342, 7300 AH Apeldoorn, Netherlands
7. ANNEXES
Analyse par notre laboratoire des charbons o CAMPHA
o ULAN o TIVOLI o OAKBRIDGE o ARUTMIN
Analyse par notre laboratoire d’un référant (charbon connu pour ses propriétés hautement oxydables) o [Ref] Colombie « El Cerrejon »
Analyse immédiate
▪ Humidité totale % selon ISO 589 B_2
▪ Taux de cendres % selon ISO 1171
▪ Indice de matières volatiles % selon ISO 562 Analyse élémentaire
▪ Taux de soufre total % selon ISO 19579
▪ Soufre pyritique % selon ISO 157
▪ Carbone % selon ISO 12902
▪ Hydrogène % selon ISO 12902
▪ Oxygène % par calcul selon ASTM D 3176
▪ Indice HGI selon ISO 5074
▪ Distribution granulométrique selon ISO 1953
▪ Analyse thermique différentielle : L’analyse thermique différentielle est une technique mesurant la différence de température entre un échantillon et une référence (matériau inerte thermiquement) en fonction du temps ou de la température, lorsqu’ils sont soumis à une programmation de température, sous atmosphère contrôlée.
▪ Analyse thermique gravimétrique : La thermogravimétrie est une technique mesurant la variation de masse d’un échantillon lorsqu’il est soumis à une programmation de température, sous atmosphère contrôlée.