EP1528318B1 - 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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EP1528318B1
EP1528318B1 EP03292721A EP03292721A EP1528318B1 EP 1528318 B1 EP1528318 B1 EP 1528318B1 EP 03292721 A EP03292721 A EP 03292721A EP 03292721 A EP03292721 A EP 03292721A EP 1528318 B1 EP1528318 B1 EP 1528318B1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28G—CLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
    • F28G1/00—Non-rotary, e.g. reciprocated, appliances
    • F28G1/16—Non-rotary, e.g. reciprocated, appliances using jets of fluid for removing debris
    • F28G1/166—Non-rotary, e.g. reciprocated, appliances using jets of fluid for removing debris from external surfaces of heat exchange conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J3/00—Removing solid residues from passages or chambers beyond the fire, e.g. from flues by soot blowers
    • F23J3/02—Cleaning furnace tubes; Cleaning flues or chimneys
    • F23J3/023—Cleaning furnace tubes; Cleaning flues or chimneys cleaning the fireside of watertubes in boilers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • 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
    • F27D25/00—Devices or methods for removing incrustations, e.g. slag, metal deposits, dust; Devices or methods for preventing the adherence of slag
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • 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 the surfaces of ovens, particularly metal heat exchange surfaces on the fume side of industrial furnaces, such as petroleum refining and petrochemical furnaces, as well as industrial boilers.
  • Such furnaces often use heavy fuel oil as fuel for economic reasons. Since the combustion of heavy fuel oil is incomplete, deposits are formed on the heat exchange surfaces. These deposits consist in particular of heavy fractions of hydrocarbons, silica, heavy metals and stable components maintaining a solid state inside the oven, even at high temperature. Similar problems can also be seen with other liquid or gaseous fuels.
  • the particles remove the deposition by an oxidizing chemical effect and a mechanical effect due to the speed of the particles which only sublimate after coming into contact with the surfaces to be cleaned.
  • the invention therefore aims to propose a solution solving these problems, while being cheap and maintaining good efficiency to eliminate the deposit.
  • particles are used whose formulation consists mainly (more than 50% by weight) of carbamide.
  • Carbamide (urea) is inexpensive and is obtained without major difficulty in the form of solid beads.
  • carbamide is not an oxidant, 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 which is sufficiently high so that the particles are not sublimated before coming into contact with the surfaces to be cleaned, but also sufficiently low for to neutralize the acidic compounds of the deposit, to weaken by chemical action the physical structure of the deposit, then to sublimate or vaporise entirely under the heat of the combustion gases.
  • carbamide according to the invention at least 95% of carbamide (by weight) is introduced into the formulation of the particles.
  • a magnesium salt advantageously magnesium carbonate or magnesium silicate, is added to the formulation of the particles.
  • the magnesium salt makes it possible to sequester the moisture and to avoid agglomeration of the particles and clogging of the device generating the jet of gas.
  • magnesium captures vanadium, which is often present in deposits and causes corrosion of heat exchange surfaces.
  • it allows slightly increase the melting temperature of the particles, which further improves the cleaning efficiency.
  • magnesium salt is added to the weight of the formulation of the particles.
  • the furnace is adjusted so that the temperature of said surfaces to be cleaned is greater than 250 ° C.
  • the formulation changes state by coming into contact with the surfaces to be cleaned, which makes it much more efficient 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 shows schematically a method of cleaning tubes 2 of a cylindrical kiln 1 of a petroleum refining unit.
  • the oven 1 is kept in operation, heated by a burner (not shown).
  • the tubes 2 extend inside the furnace 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 rod 4 is passed an injection rod 4 through an opening 8 formed in the wall 10 of the oven. This rod projects solid particles 6 against one of the tubes.
  • This rod 4 is supplied with 4 compressed air at a pressure of about 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 resulting from the decomposition of the formulation, which generates a release of sulfur oxide, nitrogen and water vapor.
  • the user then moves the injection rod, as illustrated by the arrow 12, between the first 2a and the second 2b end of the tube 2, to remove the deposit on the entire tube. If necessary, the cane is passed through other existing or specially created openings in the walls of the furnace and proceeds in a similar manner with the other tubes 2.

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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 connaît 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. Un procédé similaire qui utilise des particules solides de formaldéhyde d'urée est connu du document US 6 186 869 B.
  • 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 utilise des particules à dont la formulation est 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 utilise des particules dont la formulation est 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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