Considérations pour la filtration automatique des systèmes d'eau des tours de refroidissement

La réduction des déchets et l'efficacité des processus sont essentielles pour les entreprises qui souhaitent des opérations plus fluides. Alors que diverses industries, y compris la production d'électricité, cherchent des moyens d'améliorer l'efficacité opérationnelle, les pratiques de traitement de l'eau de refroidissement ont également évolué pour relever le défi.

Les tours de refroidissement éliminent la chaleur résiduelle et refroidissent l'eau en circulation pour les systèmes des centrales électriques (Figure 1), des usines chimiques et des raffineries de pétrole. Avec parfois des dizaines de milliers de gallons d'eau par minute circulant en continu dans les tours de refroidissement, la filtration joue un rôle essentiel pour maintenir les systèmes propres, efficaces et opérationnels.

1. Les solutions de filtration automatique soutiennent les programmes d'amélioration continue des entreprises industrielles de tous types, y compris les centrales électriques. Courtoisie : Eaton/Getty Images

Les tours de refroidissement diffusent constamment de l'eau en cascade pour éliminer les contaminants en suspension dans l'atmosphère et les transporter dans le système de refroidissement. Ces systèmes peuvent également être contaminés par des infiltrations d'eau ou par des solides entraînés résultant de processus de corrosion. De nombreuses tours d'eau de refroidissement intègrent également un régime de traitement chimique pour lutter contre la croissance microbiologique et la contamination.

Les dépôts et autres particules nocives peuvent réduire l'efficacité des composants du système de refroidissement tels que l'échangeur de chaleur et l'équipement de canalisation. L'eau de refroidissement et les autres fluides de travail couramment utilisés dans les flux de liquide de refroidissement doivent être maintenus propres pour permettre une évacuation efficace de la chaleur du procédé. L'encrassement de la surface de l'échangeur de chaleur par le tartre ou la contamination réduit l'efficacité énergétique et peut avoir un impact négatif sur les performances et la fiabilité des autres actifs du système de refroidissement.

La filtration industrielle aide à assurer un débit continu et un fonctionnement sans souci pour les systèmes d'eau de refroidissement. Le marché propose de nombreux types de solutions manuelles et automatiques avec filtration automatique, souvent basées sur des technologies de rétrolavage et de nettoyage mécanique. La filtration automatique présente des avantages par rapport aux méthodes de filtration manuelles, dont l'application peut nécessiter beaucoup de travail. Une première étape pour déterminer le besoin de filtration consiste à considérer les questions suivantes :

■ Quelle quantité de saleté ou de particules est collectée ? Si la méthode de filtration en place ne nécessite qu'un entretien occasionnel - si le nettoyage et le changement se produisent toutes les quelques semaines - un système automatique peut ne pas être nécessaire (en général, un filtre en amont est le meilleur choix pour les applications non critiques où les particules de 50 microns ou moins n'auront pas d'impact négatif sur le processus ou l'équipement). A l'inverse, si l'élément filtrant se charge rapidement ou nécessite un nettoyage manuel fréquent, un système automatique doit être prioritaire.

■ Quel degré de filtration est nécessaire ? Une analyse de distribution granulométrique, ou PSD, peut déterminer la taille et la gamme de particules représentatives d'un système d'eau de refroidissement donné. La détermination de la plage granulométrique facilite le choix d'une solution de filtration pour des performances et une fiabilité optimales.

■ Quel est le débit ? La solution de filtration devra gérer le débit maximal pour produire l'effet désiré. Les taux de filtration sont généralement exprimés en gallons par minute par pied carré de surface de filtre (gpm/ft 2). De plus, la pression et le débit seront-ils stables ou variables ?

■ Quelle perte est tolérable ? Le lavage à contre-courant nettoie les filtres pour éliminer les contaminants accumulés. Certaines solutions de filtration nécessitent un débit de lavage à contre-courant considérablement plus important, ce qui entraîne une consommation d'eau accrue et une perte potentielle de média. Les filtres nettoyés mécaniquement n'ont généralement pas besoin d'être rincés et génèrent beaucoup moins d'eau à éliminer.

■ Combien d'espace le système occupera-t-il ? Les systèmes de filtration industriels varient considérablement en taille et en profil en fonction des besoins de filtration et du débit. Il est judicieux de consulter un partenaire expérimenté dans la conception et l'installation de solutions de filtration personnalisées.

■ Combien d'efforts seront nécessaires ? Que la solution pour votre système soit un filtre haute performance, une crépine durable sans entretien, ou les deux, investir du temps pour explorer la gamme complète d'options en vaut la peine, car la bonne solution de filtration industrielle peut rapporter des dividendes pendant des années.

■ Quel est le retour sur investissement ? La bonne solution de filtration peut réduire considérablement les dépenses d'exploitation et les coûts de main-d'œuvre tout en aidant les entreprises à respecter les réglementations et à atteindre leurs objectifs de consommation et d'élimination responsables de l'eau.

Souvent, l'approche consiste à adopter un système multifiltre avec une capacité supplémentaire suffisante pour gérer le flux de processus pendant qu'un ou plusieurs filtres sont mis hors ligne pour être nettoyés ou remplacés. Une approche alternative est un filtre automatique autonettoyant qui ne nécessite pas de temps d'arrêt pour l'entretien.

Les avantages de la filtration automatique incluent la réduction des pertes d'eau et de la consommation d'énergie, la lutte contre l'encrassement des particules et la corrosion et l'augmentation de la disponibilité du processus. Il réduit également la demande de maintenance et prolonge la durée de vie des composants du système de refroidissement, et aide à atteindre les mesures de conformité industrielles/environnementales.

Les crépines et les filtres industriels remplissent essentiellement la même fonction, mais les filtres peuvent éliminer les particules de taille beaucoup plus petite. La règle générale est la suivante : "Si vous ne pouvez pas le voir, vous ne pouvez pas le forcer." Cela signifie que les particules jusqu'à 0,004 pouce (0,1 millimètre) - ou en d'autres termes, 100 microns ou 150 mesh - peuvent être éliminées efficacement avec une crépine en amont. Pour tout ce qui est plus petit, un filtre sera nécessaire.

Indépendamment de l'utilisation d'une crépine ou d'un filtre, les particules accumulées dans l'élément filtrant doivent être périodiquement éliminées. L'arrêt du débit et le nettoyage manuel de l'élément signifient que le processus doit être arrêté ou que la crépine/filtre doit être contournée pendant la maintenance. Comme aucun des deux scénarios n'est optimal, cela déclenche souvent la recherche d'un filtre autonettoyant. Il existe deux conceptions de filtration automatique standard : les filtres à rétrolavage automatique et les filtres nettoyés mécaniquement.

Les systèmes de lavage à contre-courant automatiques effectuent le nettoyage grâce à une fonction de lavage à contre-courant intégrée qui fournit un flux ininterrompu. Ceux-ci utilisent couramment un bras interne creux rotatif pour collecter les débris déposés sur le média filtrant. Au fur et à mesure que les particules piégées s'accumulent, la chute de pression à travers le filtre augmente jusqu'à ce qu'elle atteigne une valeur prédéterminée à laquelle une vanne est ouverte, permettant au fluide et aux débris accumulés de sortir par le bras rotatif.

Une crépine en amont peut également être un ajout précieux à tout système de filtration de tour d'eau de refroidissement. La filtration grossière en amont protège les pompes et les filtres en aval plus délicats en éliminant les gros solides indésirables du flux de refroidissement. Souvent, cette solution sera rentable en termes de durée de vie prolongée de l'élément filtrant, de temps d'arrêt réduit et de besoins de maintenance réduits.

Les filtres à rétrolavage automatiques se corrigent également pendant et après les perturbations. Pendant des conditions perturbées, le filtre commencera à effectuer un lavage à contre-courant en continu. Une fois que le processus revient à la normale, les temps d'intervalle de lavage à contre-courant se normaliseront également. La fréquence de nettoyage peut être basée sur le temps, la pression différentielle, la sélection manuelle ou d'autres critères spécifiques à l'application.

Généralement, ce type de filtre est utilisé pour éliminer les particules de plus de 50 microns et peut gérer des charges de débris d'environ 200 parties par million (ppm). Les filtres automatiques sont mieux utilisés dans les situations à volume élevé où des pertes de fluide jusqu'à 5 % du débit total pendant le nettoyage sont acceptables.

La deuxième option de conception de filtration automatique utilise un disque de nettoyage mécanique pour gratter les débris accumulés sur le média filtrant (Figure 2). En règle générale, un cycle de nettoyage pré-chronométré permet d'assurer un débit stable. De plus, si les débris piégés augmentent la chute de pression à travers le filtre (créant ainsi une condition de perturbation), le racleur peut être actionné à une valeur prédéterminée (notez qu'une fonction de priorité de pression différentielle fiable est essentielle à tout système de filtration qui fonctionne bien). Les débris sont ensuite déposés au fond du boîtier du filtre où ils peuvent être retirés sans interrompre le flux à travers le filtre.

2. Dans cet exemple de filtration à rétrolavage automatique, le flux entrant traverse le cylindre intérieur. Les particules s'accumulent sur la surface intérieure de la chambre à tamis tandis que les liquides filtrés s'écoulent vers le bas et hors de la chambre. La phase de rétrolavage est configurée pour s'activer sur un cycle temporisé avec un forçage de la pression différentielle. Courtoisie : Eaton

Cette action de nettoyage rend les filtres de nettoyage mécaniques (Figure 3) adaptés pour éliminer les particules de plus de 25 microns de diamètre. Certains de ces filtres sont capables de gérer des charges de débris plus élevées et des cycles de purge plus fréquents que les filtres automatiques conventionnels. La plupart n'utilisent également qu'une petite quantité de liquide filtré pour emporter et éliminer les débris.

3. Dans cet exemple de filtration de nettoyage mécanique, un disque de nettoyage est utilisé pour éliminer les contaminants de l'élément filtrant. L'air comprimé en haut et en bas de la colonne centrale est utilisé pour entraîner un bloc magnétique à l'intérieur du tube auquel le disque de nettoyage est couplé magnétiquement. Lorsque l'aimant se déplace, le disque est entraîné en contact étroit avec le média filtrant. Cette action de grattage prend en charge un cycle de nettoyage approfondi car les débris sont collectés au bas de l'unité. Le faible volume rejeté par rapport au volume de fluide traité contribue également à réduire le gaspillage de produit. Courtoisie : Eaton

Notez qu'une crépine ou un filtre crée une chute de pression et également une restriction de débit. Ces deux facteurs doivent être pris en compte lors de la conception du système. L'ajout de l'un ou l'autre après coup peut nécessiter une augmentation de la taille des pompes pour maintenir un débit et une pression adéquats.

Lorsqu'une filtration encore plus fine est requise, des filtres à sac ou à cartouche peuvent être envisagés en aval. Les filtres à sac ou à cartouche utilisent un média jetable, ce qui permet une rétention plus fine et une élimination des particules. Il faut choisir entre un système simplex, où le processus de filtration est interrompu lors du remplacement du filtre, ou pour éviter cela en optant pour un système duplex ou run-and-standby. Cette configuration de boîtiers de filtres multiples peut permettre une filtration continue permettant de nettoyer un côté pendant que l'autre est entretenu. Les systèmes de sacs ou de cartouches nécessiteront un entretien régulier et les concepteurs de systèmes doivent également tenir compte du coût d'achat et d'élimination des consommables.

Choisir la solution de filtration industrielle optimale est rarement un processus simple. De nombreux facteurs et approches doivent être pris en compte, et même des installations ayant des fonctions similaires peuvent avoir des exigences de conception très différentes, notamment la nécessité d'un traitement chimique ou biologique. La voie prudente consiste à discuter des exigences de processus avec un expert ou un fournisseur de solutions compétent et à les impliquer dès les premières étapes de la conception, ce qui permet de repérer les défis et les opportunités qui peuvent ne pas être évidents pour un œil non averti.

La filtration automatique peut réduire considérablement les solides entraînés et les dépôts potentiels, améliorant ainsi l'efficacité de fonctionnement du système d'eau de refroidissement. L'installation d'un filtre autonettoyant automatique dans un système d'eau de refroidissement, par exemple, peut protéger les échangeurs de chaleur, les pompes, les vannes et les buses de pulvérisation, tout en éliminant en continu les particules et en fournissant un débit continu, même lorsque le système est en cours de lavage à contre-courant.

—Ulrich Latzest chef de produit mondial, Filtration industrielle, pour Eaton Technologies GmbH à Nettersheim, en Allemagne.Wim Callaert est chef de produit senior pour Eaton Technologies GmbH à Sint-Niklaas, Belgique. Pour en savoir plus, rendez-vous sur eaton.com/filtration.

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