Brevet FR2650384A1 — publié le 19910201

La présente invention concerne un procédé de nettoyage de surfaces chaudes de fours, ainsi qu'une installation et des granulés pour sa mise en oeuvre. Dans de nombreux domaines de l'industrie, et en particulier de l'industrie pétrochimique, sont utilisés des fours, chaudières, aéroréfrigérants, appelés ci-après "fours" et munis d'échangeurs thermiques présentant des surfaces notamment métalliques et en particulier des faisceaux tubulaires, pour la plupart. Ces échangeurs thermiques présentent souvent des encrassements, en particulier du c'ôté fluide chauffant, sous forme de dépôts dont la composition est variable selon les fluides, (liquides ou gazeux) qui apportent les calories à l'échangeur. Ces dépôts sont responsables de l'encrassement et éventuellement de la corrosion chimique ultérieure des surfaces notamment métalliques des échangeurs thermiques, et en particulier des faisceaux tubulaires. Il est donc apparu nécessaire de nettoyer les fours pour leur permettre de conserver leurs caractéristiques d'échange thermique, donc leur efficacité et leur rendement, et aussi de diminuer les frais d'entretien ultérieurs résultant d'une dégradation par attaque chimique, et enfin de respecter la réglementation en vigueur sur les rejets dans l'atmosphère des imbrûlés, suies, et de tous les polluants. Il est connu, pour nettoyer des installations de fours et chaudières industrielles, de mettre en oeuvre un procédé de nettoyage dit "en marche". Il consiste à nettoyer les surfaces métalliques en utilisant, dans les zones encrassées, une solution hyper-oxydante qui assure la combustion de tous les imbrûlés contenus dans les dépôts, en utilisant un apport d'eau sous forme liquide ou vapeur sous pression. Cette opération élimine les parties combustibles des suies. Comme tous ces éléments combustibles forment un liant entre les différents dépôts, la croûte qui recouvre les tubes devient ainsi plus friable. A l'aide de lances, on projette alors sur les tubes un jet de vapeur qui élimine les dépôts déjà en partie désagrégés par l'action de l'hyper-oxydant. Cette solution connue sous le nom de "procédé en marche" présente cependant les inconvénients suivants. Il est nécessaire de. porter de l'eau à des températures de l'ordre de 80', ou à l'état de vapeur avant de l'utiliser, car d'une part il serait néfaste au rendement du four d'y introduire des frigories et d'autre part le contact d'un jet d'eau froide sur les tubulures métalliques et/ou sur les supports de ces tubes, c'est-à-dire tout choc thermique serait à proscrire. Enfin, ce traitement se fait en deux étapes successives. La présente inversion remédie à ces inconvénients, en effet elle concerne un procédé de nettoyage par désintégration des dépôts sur les surfaces de fours en marche, mis en oeuvre à sec. Selon l'invention, on projette sur les surfaces à nettoyer un agent oxydant sous forme particulaire; l'agent oxydant sec lui-même est projeté dans un flux gazeux sec sous pression. Par "sec" on entend sensiblement exempt d'eau. Les inconvénients des procédés connus sont éliminés, et de plus ce traitement en marche à sec ne nécessite pas de précaution particulière, nécessaire au contraire pour - 30 l'eau ou la vapeur chaudes, la source d'air comprimé utilisée figurant en général parmi les utilités disponibles sur les sites industriels. Cet aspect est particulièrement avantageux dans les raffineries. Par "fours" selon l'invention, on entend notamment tous les fours et chaudières comportant des surfaces intérieures chaudes notamment métalliques, en particulier des fours en raffinerie, des fours de distillation atmosphérique, de distillation sous vide, de réformeur, du type four cylindrique ou four cabine, ou encore four double comportant deux zones de -radiation et une ou plusieurs zones de convection communes, ainsi que les craqueurs et les chaudières à échangeurs. Par surface, on entend de façon plus générale toute surface chaude du four encrassée par un dépôt provenant d'un'combustible, et notamment les surfaces métalliques. Le nettoyage est réalisé en marche, c'est-à-dire sans que les installations soient arrêtées. Les surfaces notamment métalliques sont alors couramment portées à des températures de 200 à 1000'C, les températures étant différentes dans les zones de radiation et dans les zones de convection. Ce nettoyage selon l'invention permet de réaliser en une seule étape la désintégration et l'élimination des dépôts et résulte de la combinaison de deux effets. D'une part, comme les dépôts contiennent des matières combustibles correspondant aux imbrûlés des combustibles généralement utilisés pour le réchauffage, ces dépôts peuvent être éliminés par effet "chimique" ou "thermique" dû à la combustion des dépôts présents sur la surface chaude qui s'enflamment au contact des particules d'agent oxydant, cette combustion entraînant une désintégration des dépôts et brûlant les matières combustibles présentes dans ces dépôts. D'autre part, l'agent oxydant étant sous forme de particulaire, la projection de ces particules a également un effet mécanique lié à la vitesse des particules quand elles entrent en contact avec -les surfaces à nettoyer. La combinaison de ces deux effets assurent la désintégration et l'élimination des dépôts. Pour que l'effet chimique et thermique soit atteint, il est souhaitable d'utiliser un agent oxydant choisi parmi des composés et compositions chimiques fortement oxydantes et facilement disponibles. Il est possible d'utiliser les oxydes, peroxydes et persels du chrome, du manganèse, du chlore, du soufre, de l'azote ou du bore tels que les chromates, bichromates, permanganates, chlorates, nitrates, nitrites ou borates des métaux alcalins, alcalino-terreux, ou de l'ammonium, ou leurs mélanges. Pour que l'effet mécanique soit également atteint, il est apparu préférable que l'agent oxydant selon l'invention soit sous la forme de granulés. De préférence la granulométrie est comprise entre 0,5 et 2,5 mm et en particulier entre I et 2 mm. Plus particulièrement, une granulométrie de 1,5 mm environ pour des granulés de nitrate d'ammonium s'est montrée particulièrement efficace. Eventuellement, et en particulier dans le cas de forts encrassements des surfaces, on peut faire précéder la mise en oeuvre du procédé selon l'invention par un soufflage à l'air pour éliminer les particules non adhérentes à la surface à nettoyer. Eventuellement, et de préférence en cas de dépôts importants et durs, on peut amplifier l'effet mécanique dû à la projection des granulés selon l'invention en projetant simultanément un matériau particulaire dur. A cet effet, on peut employer par exemple du sable. La granulométrie du sable est alors choisie entre 0,5 et 2 mm. Lorsqu'on emploie un mélange d'agent oxydant et de matériau particulaire, on peut employer, selon le degré d'encrassement des surfaces à traiter, du sable de nettoyage dans une proportion allant jusqu'à 20% en poids. Lorsqu'on emploie le ou les agents oxydants sous forme de granulés, la densité sous forme de granulés en vrac est par exemple comprise entre environ 0,5.103kg.m 3 3 -3 et 1,5.103kg.m3 Le flux gazeux sec entraînant les particules au contact des surfaces à nettoyer doit avoir selon l'invention une vitesse suffisante pour entraîner les particules et leur permettre de compléter l'effet chimique et thermique de combustion locale par l'effet mécanique d'attaque des dépôts. Cet effet mécanique est atteint en particulier lorsque la vitesse des particules d'agent oxydant, et éventuellement du matériau particulaire dur, est comprise entre 100 et 250 m.s 1 Une vitesse de 130 à 200 m.s1 s'est montrée particulièrement efficace. La présente invention concerne également une installation pour le nettoyage par désintégration des dépôts sur les surfaces chaudes des fours par projection d'un agent oxydant sous forme particulaire sur ces surfaces dans un flux gazeux sec sous pression. Les installations selon l'invention comportent une tuyauterie de transport du flux gazeux sec reliée à l'une de ses extrémités à une source de gaz sec sous pression, et à l'autre extrémité à un moyen de projection du mélange gaz-particules du type buse. Comme gaz sec sous pression, on peut utiliser de l'air comprimé ou tout autre gaz ou mélange gazeux adapté aux conditions de sécurité et/ou à l'effet chimique recherché. Cette installation comporte en- outre un réservoir à particules m4ni d'un moyen de dosage des particules. Ce moyen de dosage débouche dans la tuyauterie de transfert et à cet effet, entre ses deux extrémités, la tuyauterie de transfert est munie d'un raccord avec le moyen de dosage du réservoir. En outre, entre ce raccord et son extrémité portant par exemple cette buse, la tuyauterie est au moins en - partie souple. Dans un mode particulier de réalisation, le réservoir à particules est sous pression, et muni d'un moyen- de dosage par gravité, la pression dans la tuyauterie de transfert et la pression régnant dans le réservoir étant compatibles avec l'usage d'une vanne mécanique permettant la régulation mécanique du dosage par gravité. Ces pressions peuvent -tre par exemple sensiblement équilibrées. Bien que d'autres pressions soient envisageables, en particulier pour d'autres diamètres de tuyauterie et de buse et d'autres débits, des pressions de l'ordre de 5.105 à 10.105 Pa pour le gaz comprimé sont préférées; le diamètre intérieur de la tuyauterie est de l'ordre de 25 à 50 mm; et le moyen de projection du mélange gaz-particules du type buse, et de préférence du type Venturi, peut avoir un diamètre intérieur de l'ouverture de sortie de l'ordre de 9,5 à 11 mm, et une longueur de à 200 mm. Il apparaît clairement que la pression, la vitesse, les diamètres intérieurs de la tuyauterie et de la buse, ainsi que la longueur de la buse peuvent varier dans de larges mesures, pour obtenir les vitesses de projection efficaces selon l'invention. Ces vitesses peuvent elles-mêmes varier selon la nature des dépôts à éliminer, la granulométrie et la nature de l'agent oxydant, et la granulométrie et la nature du matériau particulaire dur éventuellement associés. Entre le raccord reliant la tuyauterie de transfert au moyen de dosage en particules et l'extrémité de sortie de la buse, la' tuyauterie comporte au moins une partie souple. En effet, cette installation, propre à la mise en oeuvre du procédé, est destinée à être actionnée par un homme qui dirige Ia buse et le jet émis par la buse vers les dépôts dans le four. A cet effet, le moyen de projection peut être fixé sur une lance, que l'homme dirige vers les surfaces à nettoyer, à partir de toutes les ouvertures et/ou regards du four en marche. Il peut s'agir des regards se trouvant en périphérie du four, de la porte de visite, des regards de sol, et même des trappes d'explosion. Comme tuyaux souples, on utilise de préférence des tuyaux à armature tissée double. Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, ces tuyaux souples sont choisis en matériau conducteur du courant électrique, ce qui permet d'éviter les phénomènes de courant statique, et donc les risques d'étincelle et d'explosion. Ce mode particulier est très utile dans les raffineries. L'installation elle-même est alors reliée à la masse. La présente invention concerne également des granulés comprenant au moins un agent oxydant pour leur application à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention,. dont la granulométrie est comprise entre 0,5 et 2,5.mm, de préférence I à 2 mm. L'agent oxydant peut être choisi parmi les oxydes, peroxydes et persels du chrome, du manganèse, du chlore, du soufre, de l'azote ou du bore tels que les chromates, bichromates, permanganates, chlorates, nitrates, nitrites ou borates des métaux alcalins, alcalino-terreux, ou de l'ammonium ou leurs mélanges. Dans un mode particulier de réalisation, l'agent oxydant constituant les granulés est du nitrate d'ammonium. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront 'à la - lecture des exemples ci- après: Exemple 1 Le procédé selon l'invention a été mis en oeuvre dans un four cylindrique d'une unité d'hydrocraquage d'une raffinerie de pétrole. Il s'agit d'un four fonctionnant avec une charge constante. On a utlisé une qualité de produit et une température d'entrée au four, toujours identiques. De ce fait, les gains sur le rendement de l'unité sont plus facilement calculables. L'agent oxydant utilisé est du nitrate d'ammonium de granulométrie homogène de 1,5 mm environ, la densité du composé sous forme de granulés en vrac étant de 3 -3 1.10 kg.m- L'installation est constituée d'un compresseur, d'un appareil sous pression du type "sableuse", de tuyauterie souple, et d'une buse de projection, qui présentent les caractéristiques suivantes: Compresseur à air: puissance 60 à 90 CV (1 CV = 0,735 KW) pression: 7 bars -1 débit: 5 à B m3.mn Appareil sous pression Cet appareil du type "sableuse sous pression" est relié au compresseur. Il reçoit le granulé et l'achemine jusqu'à l'orifice de sortie dans un flux gazeux sec à la vitesse nécessaire à la projection en sortie de buse. Cet appareil fonctionne, sous pression, suivant le principe de la gravité en ce qui concerne le passage des particules ou granulés du réservoir vers la tuyauterie servant au transfert. La pr.ession régnant dans le réservoir de particules est environ égale à la pression de l'air comprimé provenant du compresseur par la tuyauterie de transfert, qui est la pression régnant en dessous des granulés ou particules. Le granulé est entraîné par le flux gazeux d'air comprimé et pénètre dans la tuyauterie de transfert par l'intermédiaire d'un moyen de dosage qui permet de régler avec exactitude la quantité de granulé introduite. Cette régulation est effectuée. à l'aide d'une vanne de dosage à régulation mécanique. Tuyauterie de transfert Les tuyaux sont souples avec une armature tissée double; ils sont conducteurs du courant électrique. Le diamètre intérieur du tuyau est de 32 mm. Buse de projection La buse utilisée est du type Venturi et on a utilisé des buses ayant une ouverture de sortie de 9,5 mm et des longueurs de' 150 mm. La vitesse de sortie des granulés :'1 était alors 'comprise entre 130 et 200 m.s. Le tableau ci-après présente lis résultats obtenus par la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus (T/J = tonne par jour): Avant Après Traitement Traitement Gain Production du four 1925,00 T/J 1944,00 T/J + 19,00 T/J Consommation de 26,49 T/J 25,67 T/J - 0,82 T/J combustible Température de 343,9 'C 346,5 'C + 2,6 'C sortie du produit traité Température de 197,5 'C 227,5 'C + 30,0 oC sortie de la vapeur produite Température des fumées: - entrée convection 860,0 'C 843,8 'C - 16,2 'C- - sortie convection 550,0 'C 420,0 'C - 130,0 'C Le rendement global de l'échange thermique: chaleur absorbée par rapport à chaleur fournie a été augmenté de ,1%. Il apparaît clairement que d'autres compresseurs pourraient être utilisés, en particulier des compresseurs pouvant développer une puissance comprise entre environ et 150 CV, et pouvant fournir une pression comprise entre 4.105 et 10.105 Pa, ces valeurs étant données à titre indicatif. Le choix de la buse de projection doit également tenir compte du type d'intervention. Exemple 2 La procedure de l'exemple I a été reproduite avec le même genre d'installation pour traiter un four o des dépôts plus tenaces encrassaient des tuyauteries. Un mélange comportant le même granulé et 15% en poids de sable lavé séché, et calibré entre 0,5 et I mm a été utilisé. Des résultats du même ordre ont été enregistrés. Comme cela apparaît dans les exemples précédents, les procédé et installation selon l'invention sont particulièrement utiles pour retrouver ou maintenir dans les installations de fours une efficacité en cours d'utilisation et même après une longue utilisation équivalente à l'efficacité de mise en route, c'est-à-dire sans attendre pour le désencrassement les arrêts annuels des sites industriels. REVENDICATIONS 1. Procédé de nettoyage par désintégration des dépôts sur les surfaces chaudes de fours en marche, caractérisé en ce que l'on projette sur lesdites surfaces nettoyer un agent oxydant sous forme particulaire dans un flux gazeux sec sous pression. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit agent est sous forme de granulés ayant une granulométrie comprise entre 0,5 et 2,5 mm, en particulier entre I et 2 mm, et plus particulièrement environ 1,5 mm. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit agent oxydant est choisi parmi les oxydes, peroxydes et persels du chrome, du manganèse, du chlore, du soufre, de l'azote ou du bore tels que les chromates, bichromates, permanganates, chlorates, nitrates, nitrites ou borates des métaux alcalins, alcalino-terreux, ou de leurs mélanges. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit agent oxydant est choisi parmi les oxydes, peroxydes et persels du chrome, du manganèse, du chlore, du soufre, de l'azote ou du bore tels que les chromates, bichromates, permanganates, chlorates, nitrates, nitrites ou borates des métaux alcalins, alcalino-terreux, ou de leurs mélanges, de préférence le nitrate d'ammonium. 5. Procédé selon l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce que la température des surfaces est comprise entre 200' et 1000 OC. 6. Procédé selon l'une des revendications I à 5, caractérisé en ce que l'on projette simultanément un matériau particulaire dur, en particulier du sable. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on projette simultanément jusqu'à 20% en poids de sable. 8. Procédé selon l'une des revendications I à 7, caractérisé en ce que la vitesse de projection est suffisante pour l'attaque des dépôts par effet mécanique. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la vitesse est comprise entre 100 et 250 m.s, de préférence 130 à 200 m.s1 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la projection de l'agent oxydant est éventuellement précédée ou suivie d'un soufflage à l'air, en particulier à l'air sous pression. 11. Installation pour le nettoyage par désintégration des dépôts sur des surfaces chaudes de fours en marche, par projection sur ces surfaces d'un agent oxydant particulaire dans un flux gazeux sec sous pression, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un réservoir à particules d'agent oxydant, muni d'un moyen de dosage, une tuyauterie de transfert du flux gazeux sec reliée à l'une de ses extrémité à une source de gaz sec sous pression,. et à l'autre extrémité à un moyen de projection du mélange gaz-agent du type buse, et munie entre ses deux extrémités d'un raccord avec le moyen de dosage du réservoir, la tuyauterie étant au moins en partie souple entre le raccord et ledit moyen de projection. 12. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce que le réservoir est sous pression et est muni d'un moyen de dosage par gravité. 13. Installation selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce que la pression est comprise entre 5.105 et 10.105 Pa, et est de préférence environ égale à 7.10 Pa. 14. Installation selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisée en ce que le moyen de projection du mélange gaz-agent est une buse du type Venturi, ayant un diamètre compris entre environ 9,5 et 11 mm à son extrémité de sortie, et une longueur comprise entre 150 et 200 mm. -. InstalIation selon l'une des revendications 10 à 14, caractérisée en ce que la tuyauterie a un diamètre intérieur compris entre 25 et 50 mm, de préférence environ égal à 32 mm. 16. Installation selon l'une des revendications 10 à 15, caractérisée en ce que la tuyauterie est en matériau conducteur du courant électrique, l'installation étant reliée à la masse. 17. Granulé pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications I à 10, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un agent oxydant choisi parmi les oxydes, peroxydes et persels du chrome, du manganèse, du chlore, du soufre, de l'azote ou du bore tels que les chromates, bichromates, permanganates, chlorates, nitrates, nitrites ou borates des métaux alcalins, alcalino-terreux, ou leurs mélanges de granulométrie comprise entre 0,5 et 2,5 mm. Z2 18. Granulé selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il est constitué de nitrate d'ammonium.