FR2884598A1 - Procede de nettoyage et/ou refroidissement de la surface externe d'un echangeur thermique - Google Patents

Abstract

L'invention revendiquée a pour objet un procédé de nettoyage et/ou refroidissement de la surface externe d'un échangeur thermique. Ledit procédé comprend la projection, sur ladite surface externe dudit échangeur thermique, de neige carbonique et/ou de glace carbonique. Ledit procédé est avantageusement mis en oeuvre avec du CO2 gazeux récupéré et transformé (en neige et/ou glace carbonique) sur site.

Description

- de remplacer, lors d'un arrêt de l'installation, l'échangeur sous-

dimensionné par un échangeur dont les dimensions sont plus adaptées aux performances requises, notamment en intégrant à la conception les pertes de performances prévisibles entre deux arrêts techniques; et/ou

- de modifier les conditions d'alimentation de l'équipement, dans le but de soulager ledit échangeur; et/ou - de mettre en oeuvre un lessivage des surfaces d'échanges externes de l'échangeur; et/ou - de mettre en oeuvre un arrosage semi-continu des surfaces d'échange externes de l'échangeur, lorsque celles-ci sont accessibles lors de son fonctionnement (contexte des aéroréfrigérants et aérocondenseurs, notamment). Un tel arrosage en refroidissant lesdites surfaces externes et par vaporisation d'une partie de l'eau d'arrosage augmente la performance de l'échangeur. Toutefois, ledit arrosage s'effectue généralement à eau perdue et aggrave la corrosion des équipements, l'encrassement par entartrage voire les risques de développements bactériologiques telle que la légionellose.

Dans le cadre de la présente invention, pour éviter de tels goulots d'étranglement, on propose un autre type de mesure.

On propose un procédé de nettoyage et/ou refroidissement des surfaces externes des échangeurs thermiques, performant, particulièrement intéressant en ce qu'il est susceptible d'être mis en oeuvre dans différents contextes, à des fins d'une nature quelque peu différente (principalement de nettoyage, principalement de refroidissement, ou de nettoyage et de refroidissement), avec avantageusement valorisation d'un sous-produit produit sur site.

Selon son premier objet, la présente invention concerne donc un procédé de nettoyage et/ou refroidissement de la surface externe d'un échangeur thermique. Ledit procédé comprend, de façon caractéristique, la projection, sur ladite surface externe dudit échangeur thermique, de neige carbonique et/ou de glace carbonique.

Ledit procédé est basé sur la mise en oeuvre d'une méthode cryogénique. En référence plus particulièrement à l'aspect nettoyage, on peut le qualifier de carbosablage.

Les termes de neige carbonique et glace carbonique sont familiers à l'homme de métier, qui n'ignore pas non plus les procédés d'obtention et de projection desdites neige et glace carbonique.

La neige carbonique est ainsi obtenue, à partir de CO2 gazeux, par successivement compression et refroidissement, puis détente adiabatique à basse pression. La glace carbonique est ainsi obtenue à partir de neige carbonique, par compression hydraulique ou mécanique de ladite neige carbonique. On parle souvent de pellets de glace carbonique.

La projection de neige carbonique et/ou de glace carbonique est généralement mise en oeuvre, de façon connue en soi, via de l'air comprimé basse pression.

Ladite projection est per se connue. Elle a déjà été mise en oeuvre, dans différents contextes, notamment pour nettoyer l'intérieur de moules de fabrication sur presse, dans le secteur de la fabrication de pneumatiques.

Dans le cadre du procédé de l'invention, de façon caractéristique, ladite(lesdites) neige carbonique ou(et) glace carbonique est(sont) projetée(s) sur la surface externe d'un échangeur thermique. Au contact de ladite surface, une double action: - de nettoyage, du fait de l'impact (action mécanique) et/ou de l'expansion (choc thermique) rapide, due à la sublimation du CO2 gazeux; et - de refroidissement (d'abaissement de la température), du fait de ladite sublimation, est développée. Au contact de ladite surface, de nature spécifique, on peut rechercher l'une ou l'autre, l'une et l'autre, des composantes de cette double action. En cela, le procédé de l'invention est particulièrement intéressant.

En référence à la composante nettoyage de la double action précisée cidessus, on peut ajouter que le nettoyage "à sec" en cause est particulièrement intéressant en ce qu'il n'agresse pas la surface nettoyée, en ce qu'il est susceptible d'y avoir un effet de désoxydation.

En référence à la composante refroidissement de ladite double action, on peut ajouter qu'il est possible de la valoriser totalement, dans un contexte d'échangeur thermique, en système ouvert, en fonctionnement. Ceci est plus particulièrement développé plus avant dans le présent texte.

En référence à l'une et l'autre des deux composantes de ladite double action, on peut ajouter que le procédé de l'invention ne fait pas intervenir de produit toxique, de produit délicat à manipuler (le CO2 est ininflammable, incolore, inodore, non toxique, non conducteur...) et qu'il ne génère pas de déchets, en sus des saletés décrochées à la surface externe des échangeurs thermiques traités.

A toutes fins utiles, on rappelle ici que le CO2 est solide à - 78. 33 C, que la chaleur de sublimation du CO2 est de 573 KJ/kg et la chaleur spécifique du CO2 gazeux (- 78 C à + 25 C) est de 0,77 à 0,85 KJ/m3. Ces chiffres mettent en avant l'intérêt du procédé de l'invention, dans un contexte d'échangeur thermique accessible, en fonctionnement. On peut considérablement augmenter (booster) la puissance thermique dudit échangeur...

Le procédé de l'invention, en référence à au moins l'une de ses 15 deux composantes: nettoyage et refroidissement, peut être mis en oeuvre sur tout type d'échangeur thermique.

Ceux opérant en système fermé à tubes, à plaques... peuvent être traités selon l'invention, à, principalement, des fins de nettoyage, une fois à l'arrêt et rendus accessibles.

Ceux opérant en système ouvert aéroréfrigérants, aérocondenseurs. .. peuvent être traités selon l'invention, à des fins de nettoyage et/ou refroidissement. A, principalement, des fins de nettoyage, ils peuvent être traités à l'arrêt ou en fonctionnement. A, principalement des fins de refroidissement, ils sont traités en fonctionnement.

De façon préférée, le procédé de l'invention comprend donc la projection de neige et/ou glace carbonique à la surface externe d'un aéroréfrigérant ou d'un aérocondenseur. Ce type d'échangeur thermique est familier à l'homme de métier. Il comporte généralement une batterie de tubes à ailettes associée à des ventilateurs. Le fluide, à simplement refroidir (cas d'un aéroréfrigérant) ou à condenser (cas d'un aérocondenseur), circule dans les tubes, refroidis par l'air ambiant.

Selon une première variante, le procédé de l'invention comprend la projection ponctuelle de neige carbonique et/ou de glace carbonique, avantageusement de glace carbonique, à, principalement, des fins de nettoyage. On souhaite ainsi mettre en oeuvre une opération de nettoyage de la surface externe d'un échangeur thermique.

Une telle opération de nettoyage est ponctuelle. Elle peut être mise en oeuvre à l'arrêt de l'échangeur thermique ou lors du fonctionnement de celui-ci, si sa surface extérieure est accessible. Elle est obligatoirement mise en oeuvre à l'arrêt de l'échangeur thermique, dans le cas d'un échangeur travaillant en système fermé. Elle peut être mise en oeuvre à l'arrêt de l'échangeur ou lors du fonctionnement de celui-ci, s'il fonctionne en système ouvert. On a vu plus haut que c'est le cas des aéroréfrigérants et aérocondenseurs. Le refroidissement inhérent à toute opération de nettoyage selon l'invention n'est a priori valorisable que dans un contexte d'échangeur thermique en fonctionnement.. .

Une telle opération de nettoyage est avantageusement mise en oeuvre avec de la glace carbonique. L'action mécanique développée par ladite glace carbonique est en effet supérieure à celle développée par la neige carbonique...

Selon une seconde variante, le procédé de l'invention comprend la projection en semi-continu de neige carbonique et/ou glace carbonique, avantageusement de neige carbonique, à, principalement, des fins de refroidissement; ladite projection en semi-continu étant mise en oeuvre sur la surface externe d'un échangeur thermique en fonctionnement.

Une telle opération de refroidissement s'inscrit dans la durée. On a compris qu'il s'agit là d'augmenter (de booster) la capacité thermique de l'échangeur traité. Ledit échangeur thermique, avantageusement du type aéroréfrigérant ou aérocondenseur, est évidemment en fonctionnement et l'intervention de la neige et/ou glace carbonique augmente de façon avantageuse l'écart de température entre le fluide à refroidir et la température de l'air ambiant. Ladite intervention peut ainsi se révéler particulièrement avantageuse en période d'été.

A cette fin de refroidissement, dans la mesure où une substantielle action mécanique n'est pas recherchée, on projette avantageusement de la neige carbonique. On conçoit toutefois que l'on observe toujours un effet de nettoyage, inhérent, d'intensité variant avec la force de la projection et la nature du matériau projeté (neige ou glace)...

On conçoit aussi parfaitement que l'on puisse, dans le cadre de 35 l'invention, initier une projection en semi-continu par une projection de glace carbonique ponctuelle destinée à mettre en oeuvre un nettoyage préliminaire (accompagné d'un refroidissement inhérent) et faire suivre ladite projection ponctuelle de glace carbonique par une projection en semi-continu de neige carbonique...

On saisit là tout l'intérêt du procédé de l'invention.

Il se révèle possible, sur un site industriel, de dimensionner des échangeurs thermiques, notamment des aéroréfrigérants et/ou aérocondenseurs, en référence aux conditions hivernales et de mettre en oeuvre, en été, selon la nécessité, le procédé de l'invention (variante refroidissement), pour obtenir la puissance de réfrigération requise. Il se révèle ainsi possible de "sous-dimensionner" des échangeurs thermiques (en référence aux dimensions qui seraient théoriquement requises dans les conditions de fonctionnement les plus contraignantes).

Le procédé de l'invention peut notamment être mis en oeuvre sur des sites industriels de type sites de raffinage, sites d'agrochimie, sites de pétrochimie, centrales thermiques, aciéries, cimenteries ou incinérateurs d'ordures ménagères. Ces sept exemples ne sont pas exhaustifs.

Le procédé de l'invention utilise du CO2 sous la forme de neige et/ou glace carbonique. On a vu que la neige carbonique est préparée à partir de CO2 gazeux. Le procédé de l'invention est donc consommateur de CO2 gazeux.

Dans le cadre d'une variante avantageuse, le procédé de l'invention est mis en oeuvre sur un site industriel avec valorisation de CO2 gazeux coproduit sur ledit site industriel.

On indique ici que les industries françaises (centrales thermiques, raffineries, aciéries, cimenteries...) émettent chaque année 160 millions de tonnes de CO2 (40% du total des émissions françaises de CO2). Ce CO2 "industriel" est suffisamment dense pour être capté en sortie d'usine, séparé et compressé pour être valorisé, au moins partiellement, dans le cadre de l'invention.

Le procédé de l'invention comprend alors la récupération d'au moins une partie dudit CO2 gazeux co-produit, sa transformation en neige et/ou glace carbonique et la projection de ladite neige et/ou glace à la surface externe d'au moins un échangeur thermique. Ces opérations peuvent être menées en discontinu (opérations ponctuelles, de nettoyage principalement) mais aussi en continu (refroidissement en semi-continu).

Cette variante de mise en oeuvre du procédé de l'invention est d'autant plus avantageuse que ledit CO2 constitue, hors invention, un sous-produit non valorisé ou valorisé hors site seulement.

On a construit et l'on construit de plus en plus à ce jour des unités de réformage à la vapeur ("steam méthane reforming"). De telles unités produisent de l'hydrogène, à partir de méthane ou d'hydrocarbures saturés légers. Elle produisent, outre ledit hydrogène, du CO2 ou du CO (gazeux). Ledit CO2 est rejeté à l'atmosphère ("CO2 fatal") ou liquéfié sur site. Il est transporté, liquide, pour être transformé en neige ou glace carbonique hors site. On comprend tout l'intérêt de la variante avantageuse du procédé de l'invention, mise en oeuvre, dans un tel contexte, sur de tels sites.

Ainsi, de façon particulièrement préférée, le procédé de l'invention est mis en oeuvre, pour le refroidissement d'échangeurs thermiques, notamment d'aéroréfrigérants et/ou d'aérocondenseurs, en semi-continu, avec du CO2 récupéré sur site, notamment sur site de raffinage, pétrochimie, agrochimie, centrale thermique...

On a compris que l'on peut ainsi réduire la puissance électrique installée pour alimenter les ventilateurs des échangeurs thermiques, des aéroréfrigérants et/ou aérocondenseurs notamment, et valoriser du CO2 existant.

En référence à l'effet de serre, il est important de souligner que l'on valorise du CO2 produit, que l'on ne génère ainsi aucun CO2 supplémentaire.

Le procédé de l'invention, intéressant per se, l'est encore plus, mis en oeuvre avec du CO2 récupéré et transformé sur site.

Le procédé de l'invention est mis en oeuvre avec des moyens de projection de neige carbonique et/ou glace carbonique. De tels moyens et des dispositifs les incorporant ont été décrits selon l'art antérieur, notamment dans les demandes de brevet FR 2 475 425, FR 2 808 585 et WO 03/051579.

Les moyens intervenant selon l'invention conviennent pour la projection de neige et/ou glace carbonique à la surface externe des échangeurs en cause. A cette fin, la structure de moyens de l'art antérieur a peut-être été modifiée, adaptée... En tout état de cause, la force de projection est adaptée pour ne pas endommager la surface "traitée".

Les moyens de projection en cause peuvent être fixes ou mobiles. Pour une utilisation en semi-continu, à, essentiellement des fins de refroidissement, ils sont avantageusement fixes, agencés à proximité des surfaces d'échange à atteindre.

Lesdits moyens de projection sont évidemment reliés à des moyens d'alimentation en neige et/ou glace carbonique.

Dans le cadre de la variante avantageuse explicitée ci-dessus, lesdits moyens de projection sont associés à des moyens de production de neige et/ou glace carbonique, alimentés par du CO2 gazeux, co-produit sur le site industriel où sont agencés lesdits moyens de projection. Sur ledit site industriel, on trouve donc: - des moyens de récupération dudit CO2 gazeux, - des moyens de production de neige et/ou glace carbonique à partir dudit CO2 gazeux récupéré, et - lesdits moyens de projection.

Pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, les moyens de projection de neige et/ou glace carbonique sont agencés au sein d'un dispositif adapté ; notamment: - à la géométrie ou configuration de (la surface externe de) l'échangeur 20 thermique en cause; - à la périodicité plus ou moins importante de l'intervention; - à la nature de ladite intervention: nettoyage ponctuel ou refroidissement continu...

De façon nullement limitative, on peut indiquer ce qui suit.

Dans l'hypothèse où un simple effet de nettoyage est recherché, un dispositif, simple, peut se résumer à un dispositif type échelle aérienne mobile, équipé d'une plate-forme (du type monte-charge) sur laquelle peut se tenir l'opérateur apte à réaliser l'intervention.

En cas d'interventions répétées, notamment sur des équipements à accès difficile, on peut installer, de façon fixe ou démontable, un chassis type cadre, de dimensions adaptées aux dimensions desdits équipements, de manière à réaliser le nettoyage, avec déplacements en X et Y, télécommandés, des moyens de projection (i. e. de la buse de projection de glace carbonique). Lesdits moyens de projection sont solidaires d'une platine, mobile en X et Y, dont le déplacement est commandé à distance par un opérateur. Ce type de dispositif est adaptable, quelle que soit la géométrie de l'échangeur thermique à nettoyer, échangeur à plan incliné ou horizontal. Un tel dispositif comprend avantageusement des connections rapides, de manière à n'installer les éléments sensibles, qu'en cas d'utilisation.

Dans l'hypothèse où l'on recherche principalement un effet de refroidissement sur toute la surface traitée, on dispose avantageusement les moyens de projection de façon à assurer une projection aussi homogène que possible sur toute ladite surface. Lesdits moyens de projection peuvent consister en des buses rotatives, telles que décrites dans l'art antérieur.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Procédé de nettoyage et/ou refroidissement de la surface externe d'un échangeur thermique, caractérisé en ce qu'il comprend la projection, sur ladite surface externe dudit échangeur thermique, de neige carbonique et/ou de glace carbonique.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit échangeur thermique consiste en un aéroréfrigérant ou un aérocondenseur.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend la projection ponctuelle de neige carbonique et/ou de glace carbonique, avantageusement de glace carbonique, à, principalement, des fins de nettoyage.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite projection ponctuelle est mise en oeuvre sur ladite surface externe dudit échangeur thermique à l'arrêt ou en fonctionnement.

5. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend la projection en semi-continu de neige carbonique et/ou glace carbonique, avantageusement de neige carbonique, à, principalement, des fins de refroidissement; ladite projection en semi-continu étant mise en oeuvre sur ladite surface externe dudit échangeur thermique en fonctionnement.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre sur un site industriel de type site de raffinage, d'agrochimie, de pétrochimie, centrale thermique, aciérie, cimenterie ou incinérateur d'ordures ménagères.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre sur un site industriel et en ce que ladite(lesdites) neige carbonique ou(et) glace carbonique projetée(s) est(sont) générée(s) in situ à partir de CO2 gazeux co-produit sur ledit site industriel.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre avec des moyens de projection de neige carbonique et/ou glace carbonique, convenant à la projection de ladite neige et/ou glace à la surface externe dudit échangeur thermique.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de projection de neige carbonique et/ou glace carbonique sont fixes ou mobiles.

10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de projection sont associés à des moyens de production de ladite neige carbonique et/ou glace carbonique, alimentés par du CO2 gazeux, coproduit sur le site industriel où sont agencés lesdits moyens de projection.