Sensibilité, sévérité et spécificités des explosions de mélanges hybrides gaz/vapeurs/poussières

Sensibility, severity and specificities of gas/vapor-dust explosions

• Auteur / Autrice : Imad Khalili
• Direction : Laurent Perrin, Olivier Dufaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et des produits
• Date : Soutenance le 11/04/2012
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés
• Jury : Président / Présidente : André Laurent
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Putier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alexis Coppalle, Philippe Gillard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Combustion

Mélanges (chimie)

Explosions

Coups de poussières

Mots clés libres

Mélanges hybrides

Explosion de poussière

Effet de synergie

Propagation de flamme

Hybrid mixtures

Dust explosion

Synergistic effect

Flame propagation

Résumé

La sensibilité et la sévérité d'explosion des différents mélanges gaz/vapeur-poussière ont été étudiées grâce à des dispositifs standards (sphère de 20 L, tube de Hartmann). Les spécificités des explosions de mélanges hybrides gaz/poussière ont été mises en évidence. En fait, même pour des concentrations de gaz inférieures à la limite inférieure d'explosivité (LIE), la probabilité d'inflammation et la gravité d'explosion peuvent être considérablement augmentées, ce qui permettra notamment de conduire à de grands changements dans la détermination des zones ATEX. Il a été, par exemple, démontré que ces mélanges peuvent être explosifs même lorsque la concentration en poudre et la concentration en vapeur sont respectivement en dessous de la concentration minimale explosive et de la LIE. En outre, des effets de synergie ont été observés et la vitesse de montée en pression de mélanges hybrides peut être supérieure à celles des gaz purs. Les origines de ces spécificités ne doivent pas être recherchées dans la modification d'un paramètre unique, mais peuvent probablement être attribuées aux effets combinés sur l'hydrodynamique (propagation de la flamme), le transfert thermique et la cinétique de combustion. Des expériences ont été menées afin de souligner l'importance de chaque contribution. Basé sur des schémas cinétiques classiques à coeur rétrécissant prenant en compte des diverses contraintes lors d'une réaction non-catalytique de gaz/solide et sur des modèles de combustion homogène pour les gaz, un modèle a été développé pour représenter l'évolution temporelle de la pression d'explosion pour ces mélanges

The explosion sensitivity and severity of various gas/vapor-dust mixtures have been studied thanks to specifically modified apparatuses based on a 20 L sphere and a Hartmann tube. The specificities of gas/dust hybrid mixtures explosions have been highlighted. In fact, even for gas concentrations lower than the lower explosivity limit (LEL), the ignition probability and the explosion severity can be greatly increased, which will notably lead to great changes in the Ex zones determination. For instance, it has been shown that such mixtures can be explosive when both the dust and gas concentrations are below their respective minimum explosive concentration and LEL. Moreover, synergistic effects have been observed and the rate of pressure rise of hybrid mixtures can be greater than those of the pure gases themselves. The origins of these specificities should not be sought in the modification of a single parameter, but could probably be attributed to combined impacts on hydrodynamics (flame propagation), thermal transfer and combustion kinetics. Experiments have been carried out in order to underline the significance of each contribution. Based on classical shrinking core models taking into account the various limitations during a non-catalytic gas/solid reaction and on homogeneous combustion for gases, a model has been developed to represent the time evolution of the explosion pressure for such mixtures