Annexe méthodologie de calcul explosion capacité sous pression

Modélisation des effets de surpression en cas d’explosion d’une capacité (foyer chaudière)
La modélisation s’appuie sur :
- l’équation de Brode (calcul de l’énergie libérée par la détente des gaz de
combustion) pour déterminer l’énergie disponible de l’explosion
- sur la méthode multi énergie pour évaluer l’atténuation des effets de pression.
Détermination de l’énergie de l’explosion
La détermination de l’énergie de l’explosion de poussières s’effectue à partir de l’équation de
Brode (en Joules) que l’on multiplie par le rendement de l’explosion (cf. Omega 15 –
Eclatement de réservoirs, INERIS, octobre 2004) :
E = r × 3 × V × (Pex − Patm )
Avec :
r : rendement de l’explosion (sans unité)
V : volume de l’enceinte considérée en m3
Pex − Patm
: pression relative de l’explosion en Pa
La pression d’explosion est prise égale à la pression de rupture de l’enceinte considérée.
De plus, la pression de rupture est prise égale à 2,5 fois la pression de calcul de l’enceinte
pour les enceintes sous pression (cf. Omega 15 – Eclatement de réservoirs, INERIS, octobre
2004).
Pour les enceintes à pression atmosphérique :
- Pour les bacs atmosphériques dont le rapport r = Hauteur / Diamètre est supérieur à
1, la Pression d’éclatement sera prise égale à 101 325 Pa relatif (1 bar relatif) ;
- Pour les bacs dont le rapport r est inférieur à 1, la Pression d’éclatement sera prise
égale à 50 663 Pa relatif (0,5 bar relatif).
La distribution de cette énergie résiduelle « Er » est répartie forfaitairement entre l’énergie
disponible pour la propulsion des fragments « Ef » et l’énergie dissipée dans l’onde de choc
« Esh », de la façon suivante :
Ef = F x Er
Esh = (1-F) Er
avec :
F=0,2 pour une rupture fragile
F=0,6 pour une rupture ductile
L’énergie d’explosion à prendre en compte dans la méthode Multi-Energie est donc de :
-
0.8 x Energie de Brode pour les ruptures fragiles
-
0.4 x Energie de Brode pour les ruptures ductiles
Détermination des distances des effets de surpression
La détermination des distances des effets de surpression s’effectue en appliquant la méthode
multi énergie développée par le TNO (organisme hollandais). Son concept repose sur l’idée
que les conditions de combustion dans un nuage inflammable peuvent varier en fonction du
confinement de l’environnement. Plus le confinement autour d’une explosion est important,
plus l’explosion sera violente.
La méthode assimile l’explosion dans un nuage à une explosion à symétrie hémisphérique à
vitesse de flamme constante. La méthode présente 10 degrés de violence correspondant à
différentes vitesses de flamme.
L’indice d’explosion utilisé est l’indice 10 puisque l’on est face à un phénomène d’éclatement
et de propagation d’onde de choc. Les indices inférieurs correspondent à des explosions de
gaz à l’air libre en milieu encombré.
Le tableau suivant donne les formules associées aux effets de surpression.
Valeurs de référence relatives aux
seuils d’effets de surpression
300 mbar
200 mbar
140 mbar
50 mbar
Distance des effets de surpression suivant la
méthode multi énergie indice 10 (en mètres)
1/3
0,028 E
1/3
0,032 E
1/3
0,05 E
1/3
0,11 E
Tableau : distance des effets de surpression suivant la méthode multi énergie indice 10
La distance correspondant au seuil à 20 mbar est prise comme le double de la distance à 50
mbar.