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 :
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.