Classification électrique des emplacements dangereux : le cas des stations d’épuration

20 mai, 2020 | Blogue

Hugues Châteauneuf

Hugues Châteauneuf, ing.

Expert, Ventilation industrielle, emplacements dangereux et gestion des risques d'explosion

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Jacques-Olivier Gauvin

Jacques-Olivier Gauvin, ing.

Ingénieur mécanique

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Selon la norme NFPA-820 2020[1], la plupart des stations de pompage, des locaux et des bâtiments constituant une station d’épuration des eaux usées doivent être considérés comme des emplacements dangereux. Dans ces aires classifiées[2] où une atmosphère explosive est possible ou probable, les systèmes et l’appareillage électriques doivent être :

  • adéquatement conçus et certifiés (ex. : moteurs « explosion proof »);
  • raccordés de manière sécuritaire (ex. : installation classifiée selon le code électrique en vigueur avec quincaillerie classifiée et pratique de mise à la terre adéquate);
  • inspectés et entretenus minutieusement (ex. : inspections visuelles, inspections de près, inspections détaillées).

Les gestionnaires et les opérateurs de stations d’épuration doivent aussi tenir compte de ce qui suit :

  • L’identification des secteurs où des atmosphères explosives sont susceptibles de survenir constitue une obligation légale en vertu de l’article 18-004 du Code canadien de l’électricité[3] (CSA C22.1-18) – le statu quo n’est pas envisageable.
  • Deux approches sont possibles pour analyser et diagnostiquer les emplacements (au choix ou en combinaison) :
    • La mise en application directe des prescriptions de la norme NFPA[4].
    • L’identification de solutions d’optimisation qui permettent souvent de réduire de façon notable le nombre et l’étendue des zones classifiées.

Par où commencer?

Le pompage et le traitement des eaux usées sont des opérations à l’origine d’émissions de gaz et de vapeurs inflammables. Ces émissions proviennent principalement des substances que les eaux usées pourraient transporter (ex. : huiles, solvants ou essence issus de déversements accidentels) et de la digestion anaérobique des matières organiques (procédé).

Ce risque est connu et des documents de référence comme la norme NFPA-820 2020 établissent un barème pour guider la conception. Le défi est que les stations d’épuration – qu’elles soient récentes ou plus vétustes – n’ont pas forcément été conçues en tenant compte de la présence potentielle de gaz et de vapeurs combustibles en concentrations explosives et que, par conséquent, l’écart est souvent important entre le niveau de sécurité actuelle et le niveau visé. Lorsque l’approche de classification est conservatrice, la mise en application des mesures implique des changements majeurs difficilement envisageables.

Dans ce contexte, le plan d’action d’accompagnement suivant est proposé :

  • Étape 1 – Effectuer un relevé général des installations – sur place ou à distance – et diagnostiquer la situation actuelle.
  • Étape 2 – Déterminer la classification applicable selon deux approches – de base et d’optimisation – pour chacun des secteurs de l’installation.
  • Étape 3 – Évaluer l’écart entre le niveau de sécurité existant et l’objectif de conformité visé pour chaque secteur analysé.
  • Étape 4 – Trouver des solutions de contrôle du risque, de mise à niveau et de mise en conformité des installations existantes, et établir une stratégie d’implantation.

Des économies substantielles

La mise à niveau d’une installation électrique qui n’a pas été conçue pour des emplacements dangereux constitue un exercice fastidieux et, dans le cas des stations d’épuration, très coûteux. Des simples pompes de puisard aux équipements d’envergure comme les pressoirs, les filtres ou les convoyeurs, le remplacement des moteurs, des démarreurs, des connecteurs et autres raccordements peut représenter un défi de taille tant sur le plan de la disponibilité des équipements sur le marché[5] que sur le plan des coûts impliqués (ex. : l’installation d’un moteur 50 HP standard coûte 1000 $, alors que le même moteur destiné à une zone 1 coûte 4000$ ou encore l’installation de l’électricité de bâtiments d’une salle de pompage standard coûte 10 000$, alors que la même installation destinée à une zone 1 coûte 30 000$ ).

Lorsque des secteurs de bâtiments sont classifiés, la gestion de l’appareillage électrique, qui comprend l’inspection, l’entretien et la maintenance, est très astreignante et complexe, nécessitant notamment l’implication de ressources qualifiées adéquatement formées. De plus, certains appareils particuliers, comme ceux constituant les systèmes de détection de gaz, nécessitent une calibration fréquente (en général trois fois par année).

Lorsqu’une solution d’optimisation ou des mesures de contrôle sont déterminées, leur implantation peut permettre d’éviter la classification totale ou partielle d’un secteur. Par exemple, s’il est établi que la ventilation est suffisante ou pourra le devenir pour contrôler les gaz et les vapeurs inflammables[6] émis par le procédé dans un secteur donné (ex. : pompes, réservoirs et bassins, convoyeurs), il sera plus judicieux de s’engager à améliorer la ventilation plutôt que de classifier ledit secteur. Lorsque l’optimisation est possible, la rentabilisation de l’investissement est très rapide.

L’expertise unique de BBA a été mise à profit par des opérateurs de stations de traitement et a démontré que l’implantation de mesures de contrôle par optimisation coûte jusqu’à 10 fois moins cher qu’une mise à niveau prescrite équivalente. Le gain se traduit non seulement par la sécurisation et la mise en conformité des installations, mais aussi par la réduction des exigences d’inspection et de maintenance, et par la diminution des coûts d’entretien et de remplacement de l’appareillage électrique. Résultat: la sécurité des opérateurs sera accrue et leurs interventions facilitées.

Pour conclure

Les gestionnaires de station d’épuration des eaux usées doivent tenir compte du contrôle des risques d’explosion et de la classification des emplacements dangereux, car des gaz et des vapeurs inflammables sont présents ou susceptibles de l’être en concentration explosive dans certains équipements et secteurs.

Des standards de référence comme la norme NFPA-820 2020 formulent des recommandations pour identifier et classifier les emplacements dangereux dans les installations industrielles, mais les prescriptions qui en découlent sont plutôt exigeantes, rendant l’écart à combler entre la réalité des stations d’épuration et les niveaux attendus souvent très important.

En matière de classification des emplacements dangereux, un principe fondamental demeure, soit la nécessité de réduire l’envergure et le nombre de zones classifiées. Une installation devrait donc être constituée en majorité d’emplacements non classifiés ou d’emplacements de zone 2 et/ou de zone 22, c’est-à-dire des lieux où la formation d’atmosphères explosives est peu probable. L’envergure physique (étendue) des zones à concentration dangereuse ainsi que leur fréquence d’occurrence et leur durée seront minimisées, voire éliminées. La circonscription des sources d’émission et le contrôle des gaz et des vapeurs inflammables seront possibles grâce à une conception intelligente des systèmes et des équipements de procédé, et par l’implantation de mesures d’atténuation et de contrôle comme de la ventilation, de la détection de gaz, du cloisonnement ou de la mise sous pression.

Une approche par optimisation permettra aux gestionnaires de station d’épuration des eaux usées de démontrer qu’ils sont en plein contrôle du risque et de répondre adéquatement aux exigences réglementaires applicables, tout en réalisant des économies substantielles sur les coûts d’implantation, de remplacement et d’exploitation des parcs d’équipements électriques.

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[1] Il est possible que certains équipements électriques adéquats pour une opération en zone classifiée ne soient pas disponibles sur le marché (inexistants ou simplement inadéquats pour l’utilisation visée).

[2] Ex. : sulfure d’hydrogène (H2S), méthane (CH4).

[3] Au Québec, le Code canadien de l’électricité est applicable en vertu du Code de sécurité, chapitre II – Électricité, et du Code de construction du Québec, chapitre V – Électricité qui est constitué par le Code canadien de l’électricité, première partie, 23e édition et des modifications du Québec (norme CSA C22.10-18).

[4] Par exemple, les puits humides et secs des stations de pompage des eaux usées ainsi que les réservoirs et bassins d’emmagasinement, de décantation et d’homogénéisation sont des emplacements dangereux (zone 1 ou classe I, division 1).

[5] Norme de la National Fire Protection Association.

[6] Ex. : zone 0, zone 1 ou zone 2; la classification des zones est aussi possible en classes et divisions (ex. : classe I, division 1; classe I, division 2) selon le système impérial.

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