EP1528318A1 - Procédé de nettoyage en marche des surfaces d'échange thermique de fours - Google Patents

Procédé de nettoyage en marche des surfaces d'échange thermique de fours Download PDF

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EP1528318A1 EP03292721A EP03292721A EP1528318A1 EP 1528318 A1 EP1528318 A1 EP 1528318A1 EP 03292721 A EP03292721 A EP 03292721A EP 03292721 A EP03292721 A EP 03292721A EP 1528318 A1 EP1528318 A1 EP 1528318A1
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    • F28G—CLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
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    • F28G1/166—Non-rotary, e.g. reciprocated, appliances using jets of fluid for removing debris from external surfaces of heat exchange conduits
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    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
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    • F28G—CLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
    • F28G9/00—Cleaning by flushing or washing, e.g. with chemical solvents

Definitions

  • the invention relates to a method for cleaning in operation of furnace surfaces, in particular metal exchange surfaces thermal side fumes of industrial furnaces, such as refining furnaces petroleum and petrochemical industries, as well as industrial boilers.
  • Such ovens often use heavy fuel oil as fuel for economic reasons.
  • the combustion of heavy fuel oil being incomplete, deposits are formed on the heat exchange surfaces.
  • These deposits in particular consist of heavy fractions of hydrocarbons, silica, heavy metals and stable components maintaining a solid inside the oven, even at high temperatures. Similar problems can also be found with other liquid fuels or gaseous.
  • the particles remove deposition by an oxidative chemical effect and by a mechanical effect due to the speed of particles that do not sublimate after being in contact with the surfaces to be cleaned.
  • the aim of the invention is therefore to propose a solution that solves these problems while still being cheap and retaining a good efficiency to eliminate the deposit.
  • the particles are produced at from a formulation mainly constituted (more than 50% by weight) of carbamide.
  • Carbamide (urea) is inexpensive and can be obtained without difficulty major in the form of solid beads.
  • carbamide not an oxidizer, it has been shown to be more effective at removing deposits than previously used products and overall less polluting.
  • the presence in greater quantity of the carbamide in the formulation makes it possible to obtain a melting temperature of the formulation sufficiently high so that the particles are not sublimated before entering the contact surfaces to be cleaned, but also low enough to neutralize the acidic compounds of the deposit, to weaken by chemical action the physical structure of the deposit, then to sublimate or vaporize entirely under the heat of the combustion gases.
  • carbamide in weight
  • a salt of magnesium advantageously magnesium carbonate or silicate of magnesium to the formulation of the particles.
  • the magnesium salt makes it possible to sequester moisture and prevent particle agglomeration and clogging of the device generating the jet of gas.
  • magnesium captures vanadium which is often present in the deposits and which causes the corrosion of heat exchange surfaces. In addition, it allows to slightly increase the melting temperature of the particles, which further improves the cleaning efficiency.
  • magnesium salt between 0.5% and 5% is added. the weight of the formulation of the particles.
  • the oven so that the temperature of said surfaces to be cleaned is greater at 250 ° C.
  • the formulation changes state in coming into contact with the surfaces to be cleaned, which makes it much more powerful to react with the components of the deposit.
  • the particles are advantageously sprayed in contact with the surfaces to be cleaned at a speed of at least 50 ms -1 .
  • the attached figure schematically represents a process of tube cleaning 2 of a cylindrical oven 1 of a refining unit oil.
  • the oven 1 is kept in operation, heated by a burner (not shown)
  • the tubes 2 extend inside the oven between a first end 2a and a second end 2b. Hydrocarbons circulating in said tubes 2 are heated between these two ends by heat exchange with the combustion gases.
  • This deposit To detach this deposit, it is passed an injection rod 4 to through an opening 8 formed in the wall 10 of the oven.
  • This cane projects solid particles 6 against one of the tubes.
  • This cane 4 is supplied with compressed air at a pressure of approximately 5 to 10 bar and solid particles 6 by a device provided for this purpose.
  • the particles 6 are substantially spherical and have a size of between 1 and 5 millimeters, advantageously between 2 and 4 millimeters. They reach the tube 2 at a speed of at least 50m.s -1 , advantageously between 100m.s -1 and 200m.s -1 .
  • the formulation of the particles preferably contains about 98% carbamide - (NH 2 ) 2 CO - and about 2% magnesium carbonate, by weight.
  • the acid derivatives of the deposit are neutralized by the gases from the decomposition of the formulation, which generates an oxide release of sulfur, nitrogen and water vapor.
  • the user then moves the cane injection, as illustrated by arrow 12, between the first 2a and the second 2b end of the tube 2, to remove the deposit on the entire tube. the need, he can pass the cane through other existing openings or specially created in the walls of the oven and it proceeds so analogous with other tubes 2.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de nettoyage en marche des surfaces de fours, en particulier des surfaces métalliques d'échange thermique de fours industriels, tels que des fours de raffinage pétrolier et de pétrochimie.
Le procédé comprend les étapes suivantes :
  • on génère un jet de gaz que l'on dirige vers les surfaces à nettoyer,
  • on réalise des particules à partir d'une formulation constituée majoritairement de carbamide, on intègre les particules (6) à l'état solide au jet de gaz et on projette les particules à une vitesse telle qu'elles se désintègrent en venant au contact desdites surfaces à nettoyer,
  • on déplace le jet de gaz et de particules le long des surfaces à nettoyer.

Description

L'invention concerne un procédé de nettoyage en marche des surfaces de fours, en particulier des surfaces métalliques d'échange thermique côté fumées de fours industriels, tels que des fours de raffinage pétrolier et de pétrochimie, ainsi que de chaudières industrielles.
De tels fours utilisent souvent le fioul lourd comme combustible pour des raisons économiques. Or, la combustion du fioul lourd étant incomplète, il se forme des dépôts sur les surfaces d'échanges thermiques. Ces dépôts sont notamment constitués de fractions lourdes d'hydrocarbures, de silice, de métaux lourds et de composants stables conservant un état solide à l'intérieur du four, même à haute température. Des problèmes similaires peuvent également être constatés avec d'autres combustibles liquides ou gazeux.
Ces dépôts réduisent considérablement les échanges thermiques entre les gaz de combustion et le fluide à chauffer, ce qui génère une perte de rendement du four.
On connaít déjà diverses techniques permettant de nettoyer les surfaces d'échanges thermiques du four, tout en maintenant le four en activité. En particulier, EP-A-0 410 867 divulgue de réaliser les étapes suivantes :
  • générer un jet de gaz que l'on dirige vers les surfaces à nettoyer,
  • intégrer des particules à l'état solide au jet de fluide, projeter les particules à une vitesse telle que les particules se désintègrent en venant au contact desdites surfaces à nettoyer,
  • déplacer le jet de fluide et de particules le long des surfaces à nettoyer.
Les particules éliminent le dépôt par un effet chimique oxydant et par un effet mécanique dû à la vitesse des particules qui ne se subliment qu'après être entrées en contact avec les surfaces à nettoyer.
Toutefois, ce procédé pose de gros problèmes de sécurité pour l'approvisionnement en agent oxydant dans la mesure où le plus satisfaisant est constitué par du nitrate d'ammonium, lequel peut constituer avec d'autres produits un puissant explosif.
L'invention vise par conséquent à proposer une solution résolvant ces problèmes, tout en étant bon marché et en conservant une bonne efficacité pour éliminer le dépôt.
Pour ce faire, conformément à l'invention, on réalise les particules à partir d'une formulation constituée majoritairement (plus de 50% en poids) de carbamide.
La carbamide (urée) est bon marché et s'obtient sans difficulté majeure sous forme de billes solides. En outre, bien que la carbamide ne soit pas un oxydant, elle s'est révélée plus efficace pour éliminer les dépôts que les produits précédemment utilisés et globalement moins polluante. Enfin, la présence en majeure quantité de la carbamide dans la formulation permet d'obtenir une température de fusion de la formulation suffisamment élevée pour que les particules ne soient pas sublimées avant d'entrer au contact des surfaces à nettoyer, mais également suffisamment basse pour neutraliser les composés acides du dépôt, pour fragiliser par action chimique la structure physique du dépôt, puis pour se sublimer ou se vaporiser entièrement sous la chaleur des gaz de combustion.
Compte tenu des avantages procurés par la carbamide, conformément à l'invention, on introduit au moins 95% de carbamide (en poids) dans la formulation des particules.
Seuls quelques additifs seront ainsi ajoutés en faible quantité pour une action ciblée.
En particulier, conformément à l'invention, on ajoute un sel de magnésium, avantageusement du carbonate de magnésium ou du silicate de magnésium à la formulation des particules.
La carbamide étant hygroscopique, le sel de magnésium permet de séquestrer l'humidité et d'éviter l'agglomération des particules et l'obturation du dispositif générant le jet de gaz. De plus, le magnésium capte le vanadium qui est souvent présent dans les dépôts et qui provoque la corrosion des surfaces d'échange thermique. En outre, il permet d'augmenter légèrement la température de fusion des particules, ce qui améliore encore l'efficacité du nettoyage.
Avantageusement, on ajoute entre 0,5% et 5% de sel de magnésium au poids de la formulation des particules.
Cette proportion permet d'obtenir une efficacité satisfaisante tout en ne générant qu'une quantité minimale de résidus solides. En effet, une partie du sel de magnésium n'est pas vaporisé et tombe sur la sole du four avec une partie des dépôts détachés des surfaces nettoyées.
Conformément à une autre caractéristique avantageuse de l'invention pour obtenir une bonne efficacité de la formulation, on règle le four de sorte que la température desdites surfaces à nettoyer soit supérieure à 250°C.
Ainsi, la formulation, et en particulier la carbamide, change d'état en entrant au contact des surfaces à nettoyer, ce qui la rend beaucoup plus performante pour réagir avec les composants du dépôt.
En outre, avantageusement on projette les particules au contact des surfaces à nettoyer à une vitesse d'au moins 50 m.s-1.
On obtient ainsi une désintégration satisfaisante des particules solides de la formulation, ce qui améliore encore son efficacité et assure un nettoyage encore meilleur desdites surfaces par effet mécanique et chimique.
La figure jointe représente schématiquement un procédé de nettoyage de tubes 2 d'un four cylindrique 1 d'une unité de raffinage pétrolier.
Le four 1 est maintenu en fonctionnement, chauffé par un brûleur (non représenté). Les tubes 2 s'étendent à l'intérieur du four entre une première extrémité 2a et une deuxième extrémité 2b. Des hydrocarbures circulant dans lesdites tubes 2 sont chauffés entre ces deux extrémités par échange de chaleur avec les gaz de combustion.
La présence d'un dépôt sur l'extérieur des tubes 2 isole thermiquement le fluide à réchauffer (ici les hydrocarbures) des gaz de combustion, ce qui nécessite d'augmenter la puissance délivrée par le brûleur pour maintenir le même échange thermique.
Pour détacher ce dépôt, on fait passer une canne d'injection 4 à travers une ouverture 8 ménagée dans la paroi 10 du four. Cette canne projette des particules solides 6 contre l'un des tubes. Cette canne 4 est alimentée 4 en air comprimé à une pression d'environ 5 à 10 bar et en particules solides 6 par un appareil prévu à cet effet.
Les particules 6 sont sensiblement sphériques et ont une dimension comprise entre 1 et 5 millimètres, avantageusement entre 2 et 4 millimètres. Elles atteignent le tube 2 à une vitesse d'au moins 50m.s-1, avantageusement entre 100m.s-1 et 200m.s-1. La formulation des particules contient de préférence environ 98% de carbamide - (NH2)2CO - et environ 2% de carbonate de magnésium, en poids. En entrant en contact avec le tube 2 dont la température est d'au moins 250°C, les particules 6 détachent une partie du dépôt, toute la carbamide contenue dans les particules se vaporise et seule une très faible quantité de résidus solides tombe sur la sole du four.
Les dérivés acides du dépôt sont neutralisés par les gaz issus de la décomposition de la formulation, ce qui génère un dégagement d'oxyde de soufre, d'azote et de vapeur d'eau. L'utilisateur déplace alors la canne d'injection, tel qu'illustré par la flèche 12, entre la première 2a et la deuxième 2b extrémité du tube 2, afin de retirer le dépôt sur l'ensemble du tube. Au besoin, il fait passer la canne par d'autres ouvertures existantes ou spécialement créées dans les parois du four et il procède de manière analogue avec les autres tubes 2.

Claims (9)

  1. Procédé de nettoyage en marche des surfaces (2) de fours (1), en particulier des surfaces métalliques d'échange thermique côté fumée de fours industriels ainsi que de chaudières industrielles, dans lequel on réalise les étapes suivantes :
    on génère un jet de gaz que l'on dirige vers les surfaces à nettoyer,
    on intègre des particules (6) à l'état solide au jet de gaz et on projette les particules à une vitesse telle que les particules se désintègrent en venant au contact desdites surfaces à nettoyer,
    on déplace le jet de gaz et de particules le long des surfaces à nettoyer,
    ledit procédé étant caractérisé en ce que l'on réalise les particules à partir d'une formulation constituée majoritairement de carbamide.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on introduit au moins 95% de carbamide dans la formulation des particules.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'on ajoute un sel de magnésium à la formulation des particules.
  4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on ajoute entre 0,5% et 5% de sel de magnésium à la formulation des particules.
  5. Procédé selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en que l'on ajoute du carbonate de magnésium à la formulation des particules.
  6. Procédé selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en que l'on ajoute du silicate de magnésium à la formulation des particules.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on règle le four de sorte que la température des surfaces à nettoyer soit supérieure à 250°C.
  8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on projette les particules au contact des surfaces à nettoyer à une vitesse d'au moins 50 m.s-1.
  9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un conduit renfermant un fluide à réchauffer s'étendant à l'intérieur du four entre une première (2a) et une deuxième (2b) extrémité, on déplace le jet de fluide de la première à la deuxième extrémité.
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