Amélioration du transfert thermique des hydrocarbures

Lors du raffinage, le pétrole doit être porté à des températures assez élevées. Pour cela, le brut traverse une série d’échangeurs de chaleur. Ceux-ci ont tendance à s’encrasser au bout d’un certain temps. Selon la qualité du brut raffiné, l’encrassement peut être assez rapide. Dans certaines raffineries, les échangeurs doivent être nettoyés une fois par an.

Les impuretés du brut, comme le goudron, les asphaltènes et d’autres solides, en sont responsables. Avec le temps, toutes les surfaces intérieures de l’échangeur se couvrent d’une couche de dépôts. Dans le cas illustré par le schéma de droite, plusieurs échangeurs sont reliés en un train de préchauffage. Du pétrole circule des deux côtés de l’échangeur, et le brut qui se dirige vers le rebouilleur est chauffé par le brut chaud revenant du procédé. Cela permet de réduire l’énergie nécessaire dans la chaudière et d’utiliser l’énergie plus efficacement. L’encrassement progressif réduit de plus en plus le transfert thermique interne : les couches de dépôts isolent les surfaces et moins d’énergie passe d’un côté à l’autre.

Comme il n’est pas possible d’ouvrir régulièrement un tel échangeur, il faut d’autres moyens pour savoir ce qui s’y passe. L’un d’eux consiste à calculer le transfert thermique Q.

De nombreuses données doivent alors être calculées ; voici une seule des formules.

Q = m * Cp * (∆T) – Transfert thermique (Q) = Masse (m) * Masse volumique * (TempEntrée – TempSortie)

Les graphiques montrent l’évolution du transfert thermique dans le temps. Celui du haut présente les 120 jours précédant l’installation de Merus. Celui du bas montre les 120 premiers jours suivant cette installation.

Le passage d’une tendance croissante à une tendance décroissante est très net. Autrement dit, environ 3 kW d’énergie en moins étaient nécessaires pour chauffer une tonne de brut.

Nous avons constaté qu’il s’agissait d’un moyen très fiable de suivre ce qui se passe dans l’échangeur. En théorie, il serait également possible de contrôler la consommation de combustible de la chaudière, mais cette méthode est compliquée en raison des différents paramètres du combustible. Chez Merus, nous devons toujours utiliser les données fournies par notre client.

Aucune photo des surfaces intérieures des échangeurs n’est encore disponible. Cela s’explique par des cycles de nettoyage parfois très longs, pouvant aller jusqu’à un nettoyage tous les 5 ans seulement. Deux essais sont actuellement en cours dans la région du Golfe, sur des installations aux cycles plus courts ou pour lesquelles il a été convenu d’ouvrir l’échangeur avant l’essai puis après 12 mois d’utilisation de Merus. Nous présenterons également ces données ici dès qu’elles seront disponibles.

Conclusion :

Les éléments disponibles montrent très clairement que :

Un transfert thermique stable, avec moins d’encrassement dans l’échangeur, permet automatiquement d’économiser beaucoup d’énergie. Un encrassement moindre améliore la sécurité d’exploitation et peut réduire les arrêts d’urgence, rendant le fonctionnement global de la raffinerie plus régulier.

Après les études à long terme qui restent à réaliser, il pourrait même être possible d’espacer les interventions sur tous ces échangeurs critiques d’une raffinerie, en passant par exemple de tous les 3 ans aujourd’hui à tous les 4 ou 5 ans. Si cela se confirme, les économies seraient considérables, car une seule journée d’arrêt peut facilement coûter plusieurs millions de dollars américains.