Des faits à portée de main : la chaleur

1 août 2022 | Par Kapil Bathla, Eastman Chemical Co.

Les fluides caloporteurs (HTF) assurent le chauffage et le refroidissement des équipements de traitement, y compris les réacteurs, les autoclaves, les colonnes de distillation, les rebouilleurs, les mélangeurs et les sécheurs. Les conceptions des systèmes FTC doivent prévoir une ventilation efficace du système, à la fois de l'eau résiduelle au démarrage et des produits de dégradation pendant le fonctionnement.

Lors de la mise en service de nouveaux systèmes FTC (Figure 1), une préoccupation majeure devrait être les effets de l'eau : les nouveaux systèmes peuvent être vulnérables aux pressions excessives de l'eau résiduelle. Les tests de pression hydrostatique (contrôles de fuite) effectués sur le système pendant la fabrication ou sur site après la maintenance peuvent être une source d'eau typique. L'élimination complète de l'eau peut être entravée par les siphons et les changements d'élévation de la tuyauterie. Les meilleures conceptions de système fournissent des installations de tuyauterie avec des pentes vers des drains à point bas stratégiquement placés. Une fois l'eau vidangée, mais avant le remplissage, le système peut être séché davantage en purgeant de l'air chaud et sec (ou N2) dans les circuits du système jusqu'à ce que le point de rosée du gaz sortant atteigne -34 à -40 °C, indiquant que l'humidité a été correctement séchée. Une attention particulière au processus de séchage réduira considérablement le temps nécessaire pour atteindre les températures de fonctionnement élevées prévues au démarrage.

FIGURE 1. Les systèmes de fluide caloporteur doivent être ventilés pour l'eau résiduelle au démarrage et pour les produits de dégradation du fluide pendant le fonctionnement

Avant la circulation, assurez-vous que le niveau de liquide froid du FTC dans le système est adéquat. Ceci est généralement indiqué par l'instrument de niveau de liquide du vase d'expansion (Figure 1). Ensuite, chauffez lentement le liquide tout en le faisant circuler dans tous les circuits de tuyauterie en supposant que la teneur en eau peut être excessive. La vanne A est fermée et les vannes B et C sont ouvertes. Le FTC circule dans le vase d'expansion et chauffe juste au-dessus de 100°C. Cette température force l'humidité à pénétrer dans l'espace vapeur du vase d'expansion. La vanne E est ouverte et l'entrée de gaz inerte balaie les vapeurs d'eau de l'espace de vapeur en aval vers un réservoir de récupération ou un système de torche. Le processus se poursuit jusqu'à ce que les symptômes d'humidité - y compris la cavitation de la pompe, le débit erratique du côté refoulement de la pompe et les bruits de cliquetis, de cognement et d'ébullition dans le vase d'expansion et le tuyau - disparaissent.

Une fois que le FTC est jugé adéquatement séché, le fluide doit être capable de continuer à chauffer à des températures de fonctionnement plus élevées. L'alignement typique des vannes pendant le fonctionnement normal consiste à ouvrir les vannes A et B et à fermer les vannes C et E. Ce placement de vanne permet une température plus basse dans le vase d'expansion (généralement environ 25% du volume du système), où son taux de dégradation thermique est négligeable.

En fonctionnement, le HTF se détériore à des vitesses croissantes à mesure que les températures de fonctionnement se rapprochent du maximum de fonctionnement global pour le HTF spécifique, modifiant l'état et la composition du HTF. La dégradation thermique conduit à la formation de composés à haut point d'ébullition, qui augmentent la viscosité du fluide et la formation potentielle de solides qui augmentent les risques de dépôts de coke ou d'encrassement, et de composés à bas point d'ébullition qui diminuent la viscosité du fluide et qui ont des points d'ébullition inférieurs à la plage d'ébullition du HTF. De plus, l'augmentation de la teneur en point d'ébullition bas peut entraîner une baisse du point d'éclair de 45 °C ou plus.

Les chaudières basses peuvent être gérées par une ventilation de routine du système. Les systèmes sont mieux ventilés uniquement lorsque la concentration des points d'ébullition bas dépasse les limites recommandées basées sur l'analyse d'échantillons du fluide.

La même procédure est suivie lors de la mise en service d'un nouveau système, sauf que des températures plus élevées sont nécessaires. Pour de nombreux FTC organiques, la procédure de ventilation est effectuée à des températures de fluide proches de 180 à 200 °C. Cette plage de température prend en charge la détente dans la phase vapeur et la séparation des points d'ébullition bas du fluide caloporteur pour élimination sans entraîner une perte significative des composants HTF. Avec la vanne A fermée et les vannes B et C ouvertes, tout le fluide s'écoule dans le vase d'expansion. Ce processus augmente la température du fluide dans le vase d'expansion et augmente les pressions partielles des produits de dégradation à bas point d'ébullition. Cela permet aux chaudières à bas point d'ébullition de passer en phase vapeur, où leur élimination est facilitée par l'ouverture de la vanne E. Un gaz inerte peut être utilisé pour balayer efficacement ces vapeurs sur la surface du liquide et hors de la conduite d'évent, où elles peuvent être condensées et collectées pour élimination.

La circulation à travers le vase d'expansion garantit également que tous les FTC bénéficient de la réduction des niveaux des chaudières à bas point d'ébullition.

Après le processus de purge, revenez à l'alignement typique des vannes pour un fonctionnement normal, où les vannes A et B sont ouvertes et les vannes C et E sont fermées. Cet agencement permet la dilatation et la contraction thermiques du volume du FTC vers et depuis le vase d'expansion avec les changements de température. Une ventilation et une purge continues ne sont pas recommandées, car cela peut épuiser des fractions du HTF lui-même, créant des changements connexes dans ses propriétés, ses performances et sa durée de vie.

Note de l'éditeur:Ce contenu a été rédigé par Kapil Bathla, spécialiste du développement de produits et du support technique client chez Eastman Chemical Co. (Kingsport, Tenn. ; www.eastman.com).