Brevet FR2804882A1 — publié le 20010817

La présente invention est relative à un procédé de compression, au moyen d'un compresseur centrifuge ou axial, d'air atmosphérique destiné à alimenter un appareil de distillation d'air ou une turbine à gaz du type industrielle, cet air étant à une température naturelle comprise entre 20 C et + 5 C environ, hors périodes de brouillard givrant, de pluie en surfusion ou de neige, du type dans lequel on sépare éventuellement les gouttelettes contenues dans l'air, puis on soumet l'air à une étape de filtration ou à plusieurs étapes de filtration successives. Par " turbine à gaz du type industrielle ", on entend les turbines à gaz dites " heavy duty ", par opposition aux turbines dites " aérodérivées ". Les compresseurs d'air atmosphérique des installations de distillation d'air et des turbines à gaz " industrielles " aspirent de l'air humide dont les conditions de température et d'humidité sont telles que les filtres situés à l'aspiration de ces machines peuvent être soumis à un givrage lorsque la température ambiante est inférieure à une certaine valeur. Un tel givrage, qui ne concerne généralement que le premier étage de filtration si plusieurs étages sont utilisés, peut avoir des effets négatifs très importants et compromettre la performance énergétique et la fiabilité de l'installation. Ainsi, suivant la conception et la structure d'un filtre donné, de son mode de fonctionnement et de son encrassement à un instant donné, les effets du givrage peuvent conduire à une élévation excessive et inadmissible de la perte de charge des filtres d'aspiration. Les risques techniques encourus par la machine de compression située en aval et propres à cette situation sont élevés, et, par conséquent, les constructeurs de ces machines imposent ou recommandent fréquemment que l'air aspiré soit réchauffé en amont des filtres de manière à éviter tous les risques liés à un éventuel givrage des filtres. Dans le cas particulier des turbines à gaz " industrielles ", le réchauffage est imposé lorsque la température de l'air extérieur descend en dessous de + 5 ou même +8 C, et/ou selon l'humidité relative de l'air. Dans le cas des compresseurs d'air à distiller, le seuil de réchauffage recommandé est généralement voisin de ces valeurs. Ce réchauffage est généralement imposé indistinctement du type de filtre installé à l'aspiration de ces machines. Or, le réchauffage de l'air a pour résultat une réduction de la masse volumique de l'air, et par suite une baisse des performances de compression ou de l'installation. Cette chute de performances liée au réchauffage peut atteindre 3 à 7%, et ce pendant une période de plusieurs mois par an, ce qui est extrêmement coûteux pour l'exploitant de la machine de compression. L'invention a pour but de permettre l'élimination du réchauffage de l'air lié aux problèmes de givrage des filtres tout en assurant une protection efficace de la machine de compression contre l'encrassement. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de compression d'air atmosphérique du type précité, caractérisé en ce que: - pour la ou la première étape de filtration, on utilise des éléments filtrants à poches dont le média filtrant est composé de fibres synthétiques ayant une densité qui augmente dans le sens de circulation de l'air à travers ce média; - on établit le débit d'air qui traverse chaque élément filtrant à une valeur qui correspond à une vitesse moyenne de filtration à travers le média comprise entre 0,1 et 0,4 m/s; et - on introduit l'air dans lesdits éléments filtrants à poches à sa température naturelle. Le procédé de compression suivant l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes leurs combinaisons techniquement possibles: . Un exemple de mise en oeuvre de l'invention va maintenant être décrit en regard du dessin annexé, sur lequel: - la Figure 1 représente schématiquement une installation de compression d'air conforme à l'invention; - la Figure 2 représente schématiquement le côté d'entrée du filtre amont de cette installation; - la Figure 3 est une vue schématique en perspective du côté d'entrée d'un élément filtrant du filtre de la Figure 2; - la Figure 4 est une vue schématique partielle prise en coupe suivant la ligne IV-IV de la Figure 3; et - la Figure 5 représente à plus grande échelle et en coupe le détail V de la Figure 4. L'installation de compression représentée sur la Figure 1 comprend un compresseur d'air 1 dont l'aspiration est reliée à une ligne d'alimentation 2. Cette dernière possède une entrée ouverte sur l'atmosphère et comprend, d'amont vers l'aval, un réchauffeur R, un séparateur de gouttelettes 3 et un ensemble de filtration 4. L'ensemble de filtration 4 comprend un premier étage de filtration ou étage de filtration amont 5, suivi d'un ou de plusieurs autres étages de filtration tels que 6. Chaque étage est adapté à la filtration de certains types de particules contenues dans l'air atmosphérique, ces particules ayant des dimensions qui s'échelonnent typiquement de 0,01 pm à 10 pm environ. Le refoulement du compresseur 1 est relié à une conduite de refoulement 7 qui mène à la chambre de combustion d'une turbine à gaz " industrielle ", ou bien à un appareil d'une installation de distillation d'air, notamment un appareil de dessiccation-décarbonatation de l'air par adsorption. L'étage de filtration amont ou filtre amont 5 est représenté schématiquement sur la Figure 2. Il est constitué d'une juxtaposition d'un grand nombre d'éléments filtrants 9 tous identiques, montés dans un châssis d'assemblage 10. L'un de ces éléments filtrants est représenté sur les Figures 3 à 5. L'élément filtrant 9 comprend un assemblage à configuration plissée de feuilles 11 de média filtrant, thermosoudé sur chaque bord en 12, de façon à former plusieurs poches 13 juxtaposées, au nombre de six à douze. Le bord d'entrée de l'ensemble des poches est fixé par surmoulage ou par fixation mécanique à un cadre d'entrée 14 de forme carrée, qui maintient ouverte l'entrée de l'élément 9. De plus, chaque poche 13 contient généralement plusieurs manches de stabilisation et de répartition du flux d'air 15 contenues dans son plan général médian, afin d'empêcher la poche de s'affaisser et de garantir l'utilisation effective de toute la surface filtrante. Chaque manche 15 est constituée par un tronc de pyramide en matériau relativement rigide, par exemple en matière plastique, ouvert à ses deux extrémités et dont l'axe est parallèle à la direction générale F d'écoulement de l'air à filtrer. Les manches 15 sont maintenues en place par thermosoudage ou fixation mécanique sur les feuilles 11 (Figure 4). L'élément filtrant 9 est un filtre à poches de formant standard 24'', c'est-à-dire dont le cadre 14 a pour dimension 592 x 592 mm. La profondeur de l'élément filtrant peut s'élever jusqu'à 600 mm. Le média 11, dit à structure progressive, est composé de fibres synthétiques, par exemple de polypropylène ou de polycarbonate, disposées en plusieurs couches dont la densité croît d'amont vers l'aval dans la direction générale d'écoulement F' de l'air à travers le média, comme représenté sur la Figure 5. Un tel média est insensible à l'humidité et permet une filtration en profondeur. L'élément 9 possède une structure ouverte avec une grande surface de filtration sur toute sa profondeur et une très bonne distribution du flux d'air. On choisit le nombre d'éléments 9, en fonction du débit total d'air à comprimer, de manière que le débit traversant chaque élément 9 soit inférieur ou égal à 80% du débit nominal, et typiquement inférieur ou égal à 3000 m3/h, avec une vitesse moyenne de filtration (rapport du débit d'air à la surface développée du média 11) comprise entre 0,1 et 0, 4 m/s et de préférence inférieure ou égale à 0,2m/s. De façon surprenante, on a constaté qu'avec de tels éléments filtrants fonctionnant dans de telles conditions, pour de l'air à une température pouvant descendre jusqu'à -200C (hors périodes de brouillard givrant, de pluie en surfusion ou de neige), on élimine sensiblement totalement les effets négatifs liés au givrage, de sorte que la perte de charge au passage de l'étage de filtration 5 reste inférieure à sa limite supérieure nominale, soit 250 Pa ou 450 Pa selon la classe d'efficacité des éléments filtrants 9. L'étage de filtration 5 conserve une très grande capacité de rétention qui limite ou élimine les effets de colmatage en présence d'eau ou d'humidité, tout en conservant une perte de charge extrêmement faible comme indiqué ci-dessus, une efficacité gravimétrique supérieure à 99%, ainsi qu'une efficacité opacimétrique qui peut atteindre 95%, suivant les normes ASHRAE 52.1 et EN 779. Des exemples d'éléments filtrants 9 ayant donné satisfaction sont le filtre à poches PEL F6 de la société hollandaise FILTRAIR, ou encore le filtre à poches T60 de la société allemande FREUDENBERG. Chacun de ces filtres possède un débit nominal supérieur à la valeur de 3000 m3/h indiquée plus haut. L'invention permet de se passer pendant une fraction importante de l'année de tout réchauffage d'air en amont du compresseur d'air, ce qui évite toute baisse de performances de ce dernier due au phénomène de givrage. Le réchauffeur R n'est utilisé qu'en période de brouillard givrant, de pluie en surfusion ou de neige. Les économies d'énergie ainsi réalisées par temps froid sont considérables pour les installations de grande taille. Comme on le comprend, l'invention s'applique également à des installations à un seul étage de filtration 5. REVEND I CATIONS 1 - Procédé de compression, au moyen d'un compresseur (1) centrifuge ou axial, d'air atmosphérique destiné à alimenter un appareil de distillation d'air ou une turbine à gaz du type industrielle, cet air étant à une température naturelle comprise entre -200C et + 5 C environ, hors périodes de brouillard givrant, de pluie en surfusion ou de neige, du type dans lequel on sépare éventuellement les gouttelettes contenues dans l'air, puis on soumet l'air à une étape de filtration (5) ou à plusieurs étapes de filtration (5, 6) successives, caractérisé en ce que: - pour la ou la première étape de filtration (5), on utilise des éléments filtrants à poches (9) dont le média filtrant (11) est composé de fibres synthétiques ayant une densité qui augmente dans le sens (F') de circulation de l'air à travers ce média; - on établit le débit d'air qui traverse chaque élément filtrant (9) à une valeur qui correspond à une vitesse moyenne de filtration à travers le média (11) comprise entre 0,1 et 0,4 m/s; et - on introduit l'air dans lesdits éléments filtrants à poches (9) à sa température naturelle. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse moyenne de filtration à travers le média (11) est comprise entre 0,1 et 0,2 m/s. 3 - Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque élément filtrant (9) est un élément filtrant de format standard dont la face frontale a pour dimension 592 x 592 mm. 4 - Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le média filtrant (11) est un polymère synthétique, par exemple de type polypropylène ou polycarbonate. - Procédé suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le débit d'air est limité à 80% du débit nominal pour chaque élément filtrant (9).