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La présente invention est relative à un procédé
de nettoyage des surfaces d'une installation, encrassées
par des dépots inscrutants ou non, résultant de La combus-
tion de matières carbonées, applicable sans avoir à arrêter
le processus de combustion.
L'homme de l'art sait que toute opération de
co~bustion mettant en oeuvre des matières carbonées, qu'elles
soient à l'état gazeux, liquide ou solide, s'accompayne
généralement, d'une part, de l'émission de gaz plus ou moins
chauds, d'autre part, de la formation de produits minéraux
non combustibles et de produits carbonés imbrulés. Ces
produits sont plus ou moins entra~nés dans les circu:its où
sont véhiculés les gaz et ils peuvent soit se ~époser à leur
surface, soit réagir chimiquement avec les matériaux consti-
tutifs desdites surfaces, en raison de la température élevée
et de leur composition, fondre et adhérer à ces dernières.
On a ainsi création de dép8ts plus ou moins incrustants.
Ces dépôts encrassent les surfacés avec les-
quelles ils sont en contact et ceci peut avoir des consé
quences fâcheuses lorsque ces surfaces sont, comme dans le
cas de générateurs de chaleur, celles d'échangeurs chargées
de transmettre un flux thermique à un fluide circulant de
l'autre côté des surfaces. En effet, ces dépôts diminuent
le coefficient de transfert de la surface et conduisent à
une réduction de rendement calorifique des installations
nécessitant parfois leur arretO
Il s'avère donc nécessaire de procéder périodi-
quement au nettoyage de ces surfaces encrassées, afin de
supprimer ces dépôts, ou tout au moins, d'en limiter la
quantité à une valeur acceptable~
Il est de pratique courante d'effectuer ce
:l ~733~
nettoyage par insufflation sur la surface à nettoyer d'un
fluide sous pression tel que vapeur, eau ou airl qui agit
à la fois ou séparément com~le agent de refroidissement pro-
voquant une rétraction des dépots et comme agent mécanique
assurant leur désagrégation.
Mais ce procédé requiert l'utilisation de cir-
cuits de fluide sous une pression de plusieurs dizaines de
bars, et s'applique aux seules surfaces qui peuvent etre
atteintes directement par le jet de fluide, écartant de ce
fait son application aux i~stallation présentant des cir-
cuits à chicanes.
Par ailleurs, un tel procédé est en général mis
en oeuvre en dehors de tout processus de combustion, c'est~
à~dire l'installation arretée, dans le cas contraire, il
faut recourir à des têtes de soufflage con~ues de fa~on à
pouvoir être exposées à l'action de gaz chauds plus ou moins
corrosifs sans se détériorer~
Un autre procédé classique, et sans doute d'une
certaine efficacité, consiste à laver les surfaces encras-
sées, mais on se heurte alors au problème des d~pôts qui
se dissolvent mal ou qui donnent naissance à des solutions
acides conduisant à la corrosion et à la destruction des
matériaux constitutifs de l'installation. L'inconvénient
r~side également dans le fait qu'il faut inévitablement
arrêter l'installation à nettoyer pendant un intervalle de
temps assez prolongé, ce qui cause d'importantes pertes de
productivité dans le cas où celle-ci fait partie d'une unité
de fabrication travaillant en continu.
L'homme de l'art sait également qu'il peut ré-
soudre ce problème de nettoyage par un grenaillage des sur-
faces de l'installation. Toutefois, une telle solution ne
trouve son application que dans des installation de consti-
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tution par-ticulière et disposees de façon convenable. D'ou
l'interêt tres limi-te de ce type de procede.
On peut egalement Eaire appel au nettoyage chimique
consistant, par exemple, à imbiber les sur~aces à nettoyer d'une
solution d'ammoniaque pour neu-traliser l'anhydrique sulfurique
present dans les depôts à eliminer. Cette methode entralne
toutefois les mêmes inconvenients que ceux cités plus haut.
C'est pourquoi la demanderesser soucieuse d'apporter
sa contribution à un problème d'autant plus important que les
economies d'énergie, et, donc~ la recherche du rendement maxi-
mum des echangeurs de chaleur, c~nstituent auiourd'hui pour
les industriels un objectif primordial, a cherché et mis au
po1nt un procédé de nettoyage e-t d'entretien en état de propreté
des sur*aces encrassees par les depôts resultant de la combus-
tion de matières carbonees, tel, qu'il soit applicable sans
avoir à arrêter en general le processur de combustion dans
l'installation, c'est-à-dire sans perturber la marche des unites
de production qui sont sous sa depenclance. Ce procedé présente
également les avantages suivants: il permet de nettoyer les
depots les plus adherents sur des surfaces d'accès diEficile
sans recourir a llutilisation de solutions de lavage creatrices
de phenomenes de corrosion ou de dispositifs consommant des
quantités d'énergie redhibitoires et sans modiflcation ou
adaptation particulière de l'installation à nettoyer.
Selon la presente invention, ii est prevu un
procédé de ne-ttoyage des surfaces d'une installation encrassees
par des depôts resultant de la combustion de matieres carbonées,
comprenant l'in]ection dans l'installation sous forme d'une
dispersion qui est entralnee par les gaz de combustion d'une
solution contenant un melange de nitrate de potassium et d'ammo-
nium dans lequel la proportion de nitrate d'ammonium dans le
_3_
~,
: .
~ 1733'3~
melange est superieure à 15~ en poids et l'application aux
depôts e-t produits de la reac-tion d'ondes acoustiques aeriennes
afin de deplacer les produits desdites surEaces et de provoquer
leur entralnement par le flux d'air ou des gaz de combustion
ou leur chute vers les cendriers de l'installation.
Ainsi, avec le procede de nettoyage selon la pre-
sente invention, on injecte dans l'installation au moins un
corps susceptible de reagir chimiquement avec les depôts carbo-
nes et mineraux resultant de la combustion des matières carbo-
nees.
La reaction chimique doit conduire, le plus gene-
ralement, à l'oxydation des depôts. Dans le cas des depôts
carbones, il y a combusti.on, donc, destructi.on desd:Lts depôts;
dans le cas des depôts mineraux, il se produit une reaction
d'oxydation conduisant à une augmen-tation de volume, et, donc
à la desagregation des structures qui cristallisent des depots.
La solution injectee contient de preference 200 à
300 g/litre de nitrate d'ammonium. ~:
Dans certains cas, il est preferable, pour empêcher
toute corrosion, d'amener ces solutions à un pH superieur à 9
~ en y ajoutant de l'ammoniaque ou tout au-tre corps susceptible
de stabiliser le pH des depôts.
La solution injectee peut con-tenir des inhibi-teurs
de corrosion necessaires pour eviter les attaques chimiques sur
les materiaux consitutifs de systeme. Le choix des consti-.
tuants de la solution injectee et des quantites de la solution
injectee tiennent egalement compte des reglementations en
matière de pollution atmospherique.
Tel qu'explique plus haut, on met en oeu~re la
substance a l'état divise afin d'obtenir la surface de contact
~ la plus grande possible avec les depôts carbones et mineraux,
~ et, par suite, une reduction chimique acceleree.
_ ~ _
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Cet etat de division peut être encore augmente en
injectant la solution au moyen d'atomiseurs ultra-soniques ou
de tout autre moyen suscep-tible d'assurer une dispersion
convenable et dont le nombre et la situation ~eographique sont
essen-tiellemen-t :Eonction de la structure de l'installation à
nettoyer. Mais, ils sont generalement places de façon que
le nuage de corpuscules qu'ils produisent n'entre pas en
contact avec la flamme resultant de la combustion des matières
carbonees. Les atomiseurs peuvent être installes specialement
pour l'opération de nettoyage ou de facon permanente sur les
ouvertures existantes de l'installation, par exemple sur les
regards.
La solution peut être injectee en continu pendant
toute la periode de nettoyage ou de fa~on programmee. Ainsi,
sous l'action de cette i.njection au sein de la zone chaude de
l'installation, la solution pulvéri.see et entralnee par les
gaz résultant de la combustion est rapidement mis en contact
avec les depôts carbones et mineraux sur lesquels elle reagit
en provoquan-t leur combustion ou la reaction chimique desiree.
Ces réactions entralnent leur fine fragmentation qui favorisera
leur deplacement ulterieur sous l'action des ondes acoustiques.
Le systeme à nettoyer etant en marche normale
pendant l'injection du corps, les temperatures auxquelles se
produisent les réactions sont comprises entre 300 et 1000~C,
et ces reactions sont donc très rapides, et meme font appel
a la chimie des hautes temperatures.
La deuxième caracteristique de l'invention consiste
donc à deplacer les particules résultant des réactions chimiques
afin de provoquer leur entralnement dans le circuit des gaz de
combustion ou leur chute vers les cendriers de l'installation..
Cette mise en mouvement des particules est obtenue par leur
mise en phase avec des ondes acoustiques aériennes, generees
.. ~ . -5-
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par des sources de vibrations sonores. Ces sources emette~t
des vibrations de fréquences audibles de 250 Hert~, par
e~emple. C'est dans le'domaine de ~requences audibles que les
sources sonores sont les plus efficaces pour le but reaherche,
mais il est possible de recourir'à des sources infra ou ultra-
sonores pour cer-tains dep~ts.
Du point de vue puissance, une gamme comprise
- entre lO0 et 200 decibels par source peut être de preference
mise en oeuvre.
Ces sources doivent être à des emplacements judicieu-
sement choisis en fonction des caracteristiques de l'installa-
tion, de la nature, de la situation geographique et de la quan-
tite de depôts a eliminer. Elles sont plus ou moins eloignees
les unes des autres en fonction de leur rayon d'action. Leur
concep~ion doi-t être telle qu'elles puissent supporter des
temperatures allant jusqu'à 1000~C sans se deteriorér. Elles
sont placees sur l'installation au moment du nettoyage ou
resten-t à demeure.
Ainsi, sous l'action combinee de la substance
injectee et des ondes acoustiques, les depôts qui encrassent
les surfaces de l'installatlon, se trouvent redults à une masse
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plus ou moins pulvérulente de particules qui es-t, soit en-
trainée par les gaz résultant de la combustion et arrêtée
éventuellement par des électro~il-tres, soit redéposée en
certains endroits de l'installation, par exemple dans les
parties basses de l'installation où elle ne gêne pas les
échanges thermiques et pourra être récupérée à tout moment
ou lors d'un arre-t de l'installation suivant la conception
de cette dernière.
Des modes de réalisation préféren-tiels de la
présente invention est illustrée par les dessin qui accom-
pagnent la demande. Ces dessins représentent différents
types d'installations susceptibles de recevoir application
du procédé revendiqué.
~a figure 1 concerne une chaudière de grande
puissance.
La figure 2 concerne une chaudière de petite
puissance.
La figure 3 concerne un four de raffinerie.
~a figure 1 représente, de :Eaçon schématique,
une coupe verticale d'une chaudière de grande puissance 1
équipée d'un brûleur 2 émettant une flame 3 générant des gaz
chauds qui circulent suivant le sens des flèches 4, accom-
pagnés par des produits carbonés et des produits minéraux
qui viennent se déposer sur les surfaces 5 des quatre échan-
geurs 6. Quatre pulvérisateurs 7 disposés en différents
endroits de la chaudière injectent le corps susceptible de
réagir chimiquement avec les dépôts qui encrassent les sur-
faces tandis que cinq sources sonores 8 ont été placées sur
chacune des deux faces latérales de l'installation, paral-
lèles à l'axe du brûleur.
. La figure 2 représente une coupe verticale d'une
chaudière acier de petite puissance 9 pour la production
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33~S
d'eau chaude ou de vapeur équipée d'un bruleur 10 émet-
tant une flamme 11 d'où résultent des gaz qui circulent
suivant le sens des flèches 12 en abandonnant une partie
des produits solides qui les accompagnent sur les surfaces
d'échange 13. Pour appliquer le procédé, on a placé trois
injecteurs 1~ tandis qu'une source sonore 15 a été mise en
place entre les deux faisceaux tubulaires de l'installation.
La ~igure 3 représente une coupe verticale d'un
four 16 de raffinerie consommant 70 tonnes de fuel lourd
par jour. Ce four est équipé de trois br~leurs 17 qui
émettent des flammes 18 dans chacune des trois cellules de
radiation 19. Les-gaz de combustion circulent suivant le
sens des flèches 20 et laissent déposer une partie des
particules en suspension qu'elles entraînent sur les sur-
faces des échangeurs 21. Trois pulvérisateurs 22 ont été
disposés près de chacun des brûleurs, et un quatrième, à
la sortie des cellules de radiation, tandis que sept sources
sonores 23 ont été placées pour trois d'entre elles sur une
des parois latérales de l'installation au niveau cles cel-
lules et, pour les quatre autres, au niveau des échangeurs
21.
Pour mieux faire comprendre l'invention, on dé-
crit maintenant deux exemples d'appllcation de l'invention.
Exemple 1:
Une chaudi~re classique à eau surchauffée, d'une
puissance calorifique de 10 thermies par heure, chauffée au
charbon,en service permanent, a été traitée pendant la
marche suivant le procédé de l'invention pour nettoyer à
la fois les zones de radiation et d'échange de chaleur.
Le processus a été le suivant: on a injecté
200 litres d'une solution contenant 155 g/l de nitrate
d'ammonium et 135 g/l de nitrate de potassium, amenée par
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addition d'ammoniaque à un pH voisin de 9,3 et ce, pendant
une durée de 60 minutes en quatre périodes de 15 minutes,
avec un arrêt de 30 mn en-tre chaque injection.
Pendant la durée de l'injection, le tirage de la
chaudière a été réduit au minimum afin d'éviter des pertes
de corps par la cheminée e-t quatre sources sonores instal-
lées sur les parois de la chaudière ont été mises en ac-
tion pendant 10 secondes toutes les 15 minutes suivant
une fréquence de 250 Hz et une intensité de 140 décibels.
Ces sourcès étaient ~aintenues en service pendant 2~ heures
après la fin de l'injection pour parfaire le nettoyage.
Les particules qui se sont détachées des surfaces ont été
entralnées par le ~lux des gaz de combustion et arretées
par un électrofiltre.
Le rendement thermique de la chaudière qui avait
chuté à 85% de la normale était redevenu voisin de 98%
après traitement.
Ex_mple 2:
Un four de raffinerie du type représenté sur la
figure 3 consommant 300 tonnes de fuel lourd par jour, en
service depuis plus de six mois a été traité par le procé-
- dé de l'invention pour assurer le nettoyage des cel:Lules
de combustion et des échangeurs. Pour cela, on a injecté
en cinq périodes de 30 minutes,~ séparées par des périodes
de repos de 30 minutes, 5000 litres d'une solution conte-
nant 115 g/l de nitrate d'ammoni~lm et 135 g/l de nitrate
de potassium amenée à un pH de 9,3 par addition d'ammonia-
que.
A la suite de chaque période d'injection, on
mettait en action pendant 15 secondes, sept sources sonores
réparties suivant la figure 3, Après entraînement des
particules par Les fumées ou leur dépôt dans le bas de
_ g _
3 ~ '3 ~ '
l'installa-tion, le rendement thermique de l'installation,
qui avait chuté à 80%, est repassé à 95% de la normale ha-
bituelle.
Ce procédé trouve sont application dans le net-
toyage des surfaces d'installations telles que, notamment,
chambres de combustion de chaudières, échangeurs de chaleur
tournants ou statiques, condults et gaines de fumées,
filtres électrostatiques, et sur lesquelles on veut inter-
venir sans avoir a arreter le processus de combustion et
maintenir un rendement calorifique maximum de manière à
réaliqer d'importante~ économi.es d'énergie.
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