SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 1 - CHAPITRE I : Rappel de Transfert de Chaleur 1 / Gnralits : Onappelletransfertdechaleur,lesprocessusparlesquelsdel'nergieest changesousformedechaleurentredescorpsoudesmilieuxdes tempratures diffrentes T1 et T2. Lachaleurpeuttretransmiseparconduction,convectionourayonnement.Bien quelestroisprocessuspuissentavoirlieusimultanment,l'undesmcanismes estgnralementprpondrant.Parexemple,lachaleurestprincipalement transmiseparconductiontraverslesmursenbriqued'unemaison;l'eaudans unecasseroleplacesurunecuisinireestsurtoutchauffeparconvection;la Terre reoit sa chaleur du Soleil en grande partie par rayonnement. Le flux engendr dans le transfert est proportionnel la diffrence de temprature T1 - T2 et la section de passage S du flux: = hS(T1 - T2) h sinterprte comme un coefficient dchange de chaleur. Cependant, cette relation nest valable quau premier ordre, car le plus souvent, le coefficient h dpend de la temprature. On introduira souvent la quantit / S, qui est la densit de flux, et qui sexprime en W/m2

Les diffrents modes de transferts de chaleur seront tudis en dtail dans la suite dececours.Leproblmeseradedterminerlecoefficienthdanschacundes modes envisags ci-aprs. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 2 - la conduction. a) la conduction Cetransportdechaleurseproduitauseind'unemmephase- aureposou mobile,maistranquille(absencederemous) -enprsenced'ungradientde temprature.Letransfertdechaleurrsulted'untransfertd'nergiecintique d'une molcule une autre molcule adjacente. Ce mode de transfert est le seul existerdansunsolideopaque.Pourlessolidestransparents,unepartiede l'nergie peut tre transmise par rayonnement. Avec les fluides que sont les gaz et lesliquides,laconvectionetlerayonnementpeuventsesuperposerla conduction. b) la convection. Le transfert de chaleur par convection se produit entre deux phases dont l'une est gnralementaureposetl'autreenmouvementenprsenced'ungradientde temprature. Par suite de l'existence du transfert de chaleur d'une phase l'autre, ilexistedanslaphasemobiledesfractionsdufluide(ouagrgats)ayantdes tempratures diffrentes. Le mouvement du fluide peut rsulter de la diffrence de massevolumiquedueauxdiffrencesdetempratures(onparlealorsde convectionlibreounaturelle)oudesmoyenspurementmcaniques(onparle alors de convection force). SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 3 - Lorsqu'unfluideestencoulement,unepartiedutransfertdechaleurdansle fluide se fait galement par conduction et, dans le cas d'un fluide transparent, un transfertdechaleurparrayonnementpeutaccompagnerlesdeuxtransferts prcdents. c) le rayonnement. Un point matriel chauff met un rayonnement lectromagntique dans toutes les directionssituesd'unmmectduplantangentaupointmatriel.Lorsquece rayonnementfrappeuncorpsquelconque,unepartiepeuttrerflchie,une autretransmisetraverslecorps(ditdiathermiquesitoutesttransmis),etle resteestquantitativementabsorbsousformedechaleur.Sionplacedansune enceinte deux corps capables d'mettre un rayonnement thermique, il existe entre cesdeuxcorpstempraturesdiffrentesunchangedechaleurd l'absorptionetl'missiondecesrayonnementsthermiques.Cetchangede chaleurestdsignhabituellementsouslenomderayonnement.Lestransferts parrayonnementsepoursuiventmmelorsquel'quilibrethermiqueestatteint, mais le dbit net de chaleur chang est nul. Ce type de transport de chaleur estanaloguelapropagationdelalumire,etilnencessiteaucun supportmatriel,contrairementaux coulements.Lesgaz,lesliquides et les solides sont capables d'mettre et d'absorber les rayonnements thermiques. Dansdenombreuxproblmesdetransformationd'nergiethermique,lestrois modes de transfert de chaleur coexisteront mais, gnralement, au moins une destrois formes pourra tre nglige, ce qui simplifiera le traitement mathmatique de l'appareildetransfert.Nouspouvonsdiredsprsent,qu'auxtempratures ordinaires,letransportparrayonnementestngligeable,maisilpeutdevenir notable et prpondrant lorsque le niveau de temprature augmente. Enoutre,signalonsquecertainstransfertsthermiquessontaccompagnsd'un transfert de matire entre deux phases. Le fluxdechaleurtransfrenprsence d'unchangementdephasedpenddelanatureetdespropritsphysico-chimiques des phases en prsence. C'est le cas de l'bullition, de la condensation, mais aussi des problmes d'humidification, de schage, de cristallisation, etc. Danscequisuitnousallonsprsenter,pourlestroistypesdetransportdela chaleur,lesloisgnralesquilesgouvernent.Puisnoustraiterons,demanire simple,quelquesapplicationsolemodedetransportdechaleurtudiest prdominant. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 4 - 2/CONDUCTION : LchangedechaleurparconductionestdfiniparlarelationdeFOURIER (1822) ;lavaleurinstantanedelaquantitdechaleurtransmisedanslunitde tempsest proportionnelle : - la section plane perpendiculairement traverse par le flux calorifique. -A la conductivit thermique du matriau traverse qui dpend des proprits physiques de la matire. -Augradientdetempraturequiestlerapportdelavariationdela temprature la distance parcourue par le flux calorifique. dLdTSdtdQ. = dq :quantit de chaleur dt : temps dT :temprature dL : paisseur du matriau travers par le flux de chaleur S : section traverse par le flux de chaleur : coefficient de conductivit thermique du matriau. Onvoitquelegradientdetemprature(dT/dL)estngatifdanslquationci-dessus :celasignifiequelefluxcalorifiquevaduchaudaufroid.lesignedu gradient est oppos celui du flux. Dansletableau 1,sontreporteslesconductivitsdequelquescorpssolides, liquidesetgazeux.D'unefaongnrale,lesmtauxsontbeaucoupplus conducteursdechaleurquelessubstancesnonmtalliques.Lesgazsontplutt mauvaisconducteurs :lecaractreisolantdelalainedeverreestdla prsence de l'air emprisonn entre les fibres. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 5 - Tableau 1 Matriau(W/mxK)Matriau(W/m/K) Argent419Grs1,8 Cuivre386Verre0,78 Aluminium204Chne0,17 Fer (pur)73 Lainede verre 0,038 Acier Inox16Eau0,556 Mercure8,2Air0,0262 On trouvera d'autres valeurs dans le Handbook of Chemistry and Physics LecalculintgralpermetdegnraliserlaloideFourierdescorpsdeformequelconques . Exemples dapplications. 2.a- paroi plane de longueur L. LSRThKSLRSLTLT Sq. 1.= ==== Rsistance thermique Conductance thermiqueSONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 6 - 2.b- paroi composite plane (murs composs) Uneparoipeuttrecomposedeplusieursmatriauxdiffrentsencontact physiqueles uns avec les autres sur une surface S. Lpaisseur de la paroi est L et chacun des matriaux une paisseur L1, L2, L3,.Ln, Telle queL=Li. Lesmatriauxconstituantlaparoiontdesconductivitsthermiquesquisont, respectivement 1, 2, 3. T1,T4tempratures des deux extrmits en C Chaquelmentdeparoiesttraversparlemmefluxthermique : Q=q1=q2=q3=.qn=cte =SLT Tq112 11

=SLT Tq2223 2

=SLT Tq3334 3 sL. Cest la rsistance thermique donc ( )=RThermiqueT Tq4 1 SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 7 - 2.c- paroi cylindrique : ( )ierrLnT T LQ2 1 2 = 2.d- paroi sphrique : En rgime permanent, la formule donnant le flux de chaleur est( )i ei er rT T r r LQ =2 1 4 Toujours T1 est suprieure T2 3 /CONVECTION : Le transfert de chaleur par convection apparat entre deux phases dont l'uneaumoinsestmobile,enprsenced'unediffrencede temprature.Lemouvementdesphasespeuttreprovoquparune dgradationd'nergiemcanique,letransfertdechaleurestditde convectionforce.Lemouvementpeuttreprovoquparl'existence mmedutransfertdechaleurparsuitedel'apparitiondanslemilieu d'une diffrence de masse volumique, le transfert de chaleur est dit de convectionnaturelleoulibre.Danscequisuit,nousnouslimiteronsau transfert de chaleur par convection force qui est le mode de transfert de chaleur essentiel pour de nombreux appareils industriels de transfert de l'nergie thermique. L : longueur de la paroi cylindrique re, ri rayons extrieur et intrieur du cylindre T1, T2 tempratures correspondant respectivement ri et re SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 8 - 3.a- Applications: -faire bouillir de leau dans une casserole -vaporateur, condenseur, changeur dans un procd -radiateur associe au moteur dune voiture. 3.b- Loi fondamentale de la convection : Le flux de chaleur transmis par convection entre une surface et un fluide est donn par la relation suivante : QC = h S ( Ts - Tf )AvecQc : le flux de chaleur par convection (KCAL/hr) hc : coefficient dchange de chaleur (KCAL/hm2C) S : surface dchange (m2) o surface de contact entre le fluide et le solide (ts-tf) :diffrencedetempratureentrelasurfacedusolideTsetcelledufluidetf .loin de la surface(C). hc.S = kc conductance thermique par convection 1/hc.S= RC rsistance thermique par convection 4 /Rayonnement Lerayonnementthermiqueestuntransfertdechaleursanslesupportdela matire 4.a- Bilan nergtique relatif un rayonnement incident Lorsque un flux dnergie i rayonne rencontre un corps-une partie de lnergie est absorbe ( a) . -Une partie est rflchie ( r) -Une partie continue son trajet aprs avoir travers le corps (t) NEWTON SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 9 - NB : - Sitoute lnergie incidente est absorbe le corps est appel corps noir -Siunepartiedelnergieestabsorbe,maisquecettepartieestconstante quelque soit la longueur donde de lnergie incidente, le corps est appel corps gris (dans le cas contraire, cest un corps color). -Siaucunenergienetraverselecorps,cecorpsestappelopaque(le contraire de transparent) 4.b- loi fondamentale du rayonnement Qr = S (T4 1 T 42) loi de STEFAN-BOLTZMAN (1879) Avec : Qr :flux de chaleur chang par rayonnement entre corps 1 et 2 :La constante de Boltzmann = 4.88.10-8Kcal / h.m2(K)4 S : surface du corps 1 :Facteurquitientcomptedesfacteursdemmisivitdesdeuxcorpsetdes gomtries relatives. NB : Pour un corps noir =1 SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 10 - 5/.Exempleindustrieldillustrationdesdiffrentsmodesdetransfertde chaleur SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 11 - CHAPITRE II : La combustion La combustion estlensemble desractions chimiques, produites au cours de loxydation complte ou partielle du carbone, du soufredes combustibles, qui donnent, gnralement, naissance une flamme. 1 -Dfinitions : Combustion neutre : combustion sans excs dair, ni dfaut dair et sans imbrls. Combustionoxydante :combustioneffectueavecexcsdair;maislexcsdairnest pas une garantie de combustion complte (sans imbrls). ** Impratifs de la combustion : Elever la temprature des ractants la temprature dinflammation. Conserver cette temprature dinflammation, donc tre dans les limites dinflammation. Propager la combustion. ** Vitesse de dflagrationVd : Cest la propagation normale dans les brleurs (ordre de grandeur de Vd : 1m/s). La vitesse de dflagration dpend : Du combustible (elle est environ trois fois plus pour lhydrogne que pour les hydrocarbures); De la temprature initiale ; Elle croit avec le diamtre du conduit et la turbulence.

2-La flamme : La flamme est le volume dans lequel seffectue les ractions de combustions ; il peut treplus grand que la partie visible qui est couramment considrecommela flamme.On peut distinguerdeux sortes de flammes selon la manire dans seffectuent les mlanges comburant /combustible : Les flammes de pr - mlange. Les flammes de diffusion. On peut, bien entendu, avoir des flammes pour lesquelles on se situe entre ces deux limites. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 12 - 2.a - Flammes de combustible gazeux Flamme depr mlange Dunmlangehomognedecombustiblegazeuxetdecomburant,seffectueengrande partiesurunesurfaceappelefrontdeflamme,dpaisseurtrsfaibleaudeladecette surface ,sur laquelle 95% de la combustion ,on a un mlangersultant de la combustion du combustiblerestant,parloxygnedelespaceambiant,quidiffuseensensinversede lcoulement du gaz . Flamme de diffusion Le combustible gazeux et le comburant sont introduits sparemment .Par diffusion les deux gazvontsemlangerprogressivement.Lemlangeseradautantplusaccentuquela turbulence sera forte .La longueur de laflamme est grande par rapport celle obtenue avec une flamme de prmlange . 2.b -Flamme de combustible liquide : Le combustible liquide est pulvris en fines gouttelettes. Les gouttelettes vont, par dtente et chauffage dans louvreau du brleur, se vaporiser et ventuellement cokefier. les vapeurs vont diffuser dans lecomburant, le comburant va diffuser dans le sens contraire pour venir oxyder les particules de coke. Globalement on a ainsi une flamme de diffusion. 3- Nature et caractristiques des combustibles : Les principaux combustibles utiliss dans les fours ptroliers et ptrochimiques sont : Gaz naturel Fuel - gaz de raffinerie Fuel-oils lgers et lourds Rsidus lgers et lourds Essences Fuel-gaz de raffineriePoids molculaires ..de 8 35 H2 (% vol.)5% en moyenne PCI (kcal/kg ).....1500 15000 SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 13 - Fuel-oilsPCI (kcal/kg ) 9500 9800 Soufre (% Poids)4 5 Viscosit (cSK 50c)... 0 1500 Densit .0.8 1 Vanadium..jusqu400 ppm 4 - Dfinition de la chaleur de combustion Onappellechaleurdecombustion pressionconstanteduncorpssimpleoudun compos chimique dfinie lenombre decalorie dgag par la combustion avec loxygne dunepartiedececombustiblegaleuneunitdemasse.Lacombustionalieula pressionnormalede760mmHgaveclecombustible,loxygne,lesfumesprisla temprature initiale de 0c, et leau produite par la combustion totalement condense. 5- Raction de combustion Connaissant la composition des combustibles, lexcs dair impos et le taux de la vapeur de pulvrisation des brleurs, nous rsoudrons lquation de raction afin de dterminer la compositiondesgazprovenantdelacombustion.Eneffet,ilserautiledeconnatrecette composition pour : Dimensionner le four Dimensionner les carnaux et la chemine Evaluer la quantit de produit agressifs libre. Lesprincipalesractionsdecombustionneutressontdonnesdansletableauci-dessous, avec une temprature de rfrence 0c. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 14 -

Ces raction permettent de dterminer la quantit dair ncessaire aux brleursainsi que la composition et la quantit de fumes sche ethumideproduitespartir dun combustible dtermin. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 15 - 6- Composition thorique des fumes

Lacompositionthoriquedesfumessexprimeenpour-centvolumeoupour-centpoids. On obtient ces valeurs partir du nombre de molcule des constituants que lon dtermine laide des quations des ractions. Soit par les principaux constituants de fumes humides provenant de la combustion de 1kg de combustible : Il vient : Poids spcifique fumes = PMi ni x 10-3 0, 0224 ni x 10-3

Volume spcifique fumes =1/ poids spcifique fumes = 0,0224 ni PMi ni x 10-3

7- Teneur thorique en produits agressifs Laconnaissancedeteneurdesfumesenproduitsagressifssimposeaujourdhuidufait de la rglementation sur la pollution atmosphrique. Les principaux produits agressifs contenus dans les fumes produites par les combustibles utiliss sont le CO2, le SO2et le NO. Les valeurs spcifiques de ses constituants sont donnes en tte du tableau ci-contre. Poids molculaire Nombre De moles % volume Poids (Kg/Kg) Volume (Nm3/Kg) n1 n2 n3 n4 n5 n1/N n2/N n3/N n4/N n5/N 44n1 x 10-3 64n2 x 10-3 28n3 x 10-3 32n4 x 10-3 18n6 x 10-3 0.0224n1 0.0224n2 0.0224n3 0.0224n4 0.0224n5 ProduitsCO2 agressifsSO2 N2 O2 H2O Total 44 64 28 32 18 N100.00PMini x 10-3 0.0224ni SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 16 - 8- Pouvoir calorifique suprieur et infrieur On appelle pouvoir calorifique suprieur (PCS) la quantit de chaleur, exprime en Kilocalories, dgage par la combustion pression constante de 760 mmHg de 1 kilogrammeoude1normalmtrecubeduncombustibletantramensla temprature de rfrence (0c). Onappellepouvoircalorifiqueinfrieur(PCI)laquantitdechaleurdgagedanles mmes conditions que le PCS, mais en admettant que la vapeur provenant de la raction de combustion nest pas condens. Lesdeuxvaleurssontliespourlesgazetlesliquidespardesrelationsrespectives suivantes en ngligeant la contraction du mlange combustible et comburant : PCI = PCS 10, 9 npour les gaz n = nombre de moles H2O PCI = PCS 53 H pour les liquidesH = % poids de lhydrogne du Combustible

9-Enthalpie des fumes : Lenthalpiedesfumesestlachaleurspcifiquedecesfumesacettetemprature.Lachaleurspcifiquemolculairedesgazconstituantslesfumesvarieenfonctiondela tempraturesuivantlesformulesci-aprs,lesquellespeuventtreutilisessansgrands risques derreurs pour les niveaux de tempratures considrs exprims en degrs Celsius : O2, N2, H2, CO il vient : Cp =6,8 + 12x 10-4 t (kcal/kmole) H2O il vient : Cp =8,1 + 58 x 10-4t (kcal/kmole) CO2 il vient : Cp =8,5 + 74 x10-4 t (kcal/kmole) Do la notion de la chaleur dchauffement des gaz. On appelle chaleur dchauffementdungazdet0 t1 lenombretotaldekilocalories quil faut cder ce gaz pour effectuer cette lvation de temprature. Inversement la chaleur dchauffement molculaire donne la quantit de chaleur quun gaz cdera en se refroidissant, do les formules suivante : chaleur dchauffement molculaire pression constante de 0c tc en kilocalories : SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 17 - Gaz parfaits (O2, N2, H2, CO) Qp= 0,0068 t + 0,0000006 t Vapeur deau (H2O)Qp= 0,0081 t + 0,0000029 t Gaz carbonique (CO2) Qp=0,0085 t +0,0000037 t Mthane (CH4) Qp =0,0098 t + 0 ,000006 t Chaleurdchauffementpressionconstantede0ctcenkilocalories,rapporte1 normal mtre cube de gaz (0c et 760 mmHg) :

Gaz parfaits (O2, N2, H2, CO) Qp= 0,305 t + 0,000027 t Vapeur deau (H2O)Qp= 0,363 t + 0,000130 t Gaz carbonique (CO2) Qp=0,381 t +0,000166 t Mthane (CH4) Qp =0,439 t + 0 ,000269 t 10-Temprature de combustion : On distingue quatre tempratures de combustion : -Temprature thorique-Temprature potentielle ou temprature thorique avec excs dair-Temprature effective -Temprature pratique ou temprature dquilibre. 10.a- Temprature thorique Cest la temprature que prendraient les produits dune combustion si celle-ci tait neutre, complte etathermane. La temprature thorique est donne par la formule :

Tt =T + PCI / F.c T : temprature ambiantePCI : exprim en kcal/kg F : quantit de fumes en kg c : chaleur spcifique en kcal/kg, degrCelsius avec en premire approximation : C = 0,24 + 3 x 10-5 (tp + T) Avec tp : temprature potentielle SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 18 - Le tableau ci-dessous donne les tempratures thoriques de quelques gaz. Nature Temprature de combustion Pour air 0 c H2 CO CH4 C2H2 2 000c 2 142c 1 850c 2 400c 10.b- Temprature potentielle : Cest la temprature que prendraient les produits dune combustion complte et athermane avec excs dair. Latempraturepotentielleestdonneparlammeformulequelatempraturethorique avec la quantit de fumes F1 calcule en fonction de lexcs dair, do :

Tt =T + PCI / F.c

Cettetempraturecaractriselexcsdairncessitparlestypesdelquipementde chauffe et de la chambre de combustion combins pour brler correctement le combustible considr.Ellepermetgalementdesituerleniveauthermiquedesfumesdansles diffrenteszonesdchangeetcontribuepourunelargepartaudimensionnementdela zone de convection. 10.c- Temprature effective de combustion Cestlatempraturequeprendraitlesproduitsdunecombustioncomplteetathermane avec excs dair compte tenu de la chaleur absorbe par les dissociations qui se produisent dans les fumes

te =T + PCI - Qd F1 c Avec Qd = chaleur de dissociation.

SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 19 - Le calcul de te se fait par approximations successives en supposant au dpart que te, ce qui permetdecalculerQddaprslacompositiondesfumesetlesconstantesdquilibre chimique. 10-d - Temprature pratique de combustion : La temprature pratique de combustion, appele aussi temprature dquilibre, est celle que lon obtiendrait si la flamme tait une temprature uniforme. Si lon pose : (1 ) = pertes par les imbrls(1 -) =pertes par les paroisq =quantit de chaleur rayonne sur les murs par kg ou m3 de combustible tpr =temprature pratique de combustion il vient : PCI = q + F1 c (tpr T) (1) Si lon pose : p = quantit de combustible en kg ou en m3 brle en 1 heureQ = flux de chaleur rayonne par la flamme en kcal/h Il vient : Q = pq (2) Or on dmontre que :

Q =S [(tpr + 273)4 (t + 273)4] Facteur qui dpend de la forme du foyer ,coefficient de rayonnement mutuel quidpend de la nature de la flamme et de la surface rceptrice S surface de la flamme tpr temprature pratique de la combustion = temprature moyenne de la flammettemprature de la surface rceptrice SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 20 - Il en rsulte que :

PCI = S [(tpr + 273)4 (t + 273)4]/ P+ + F1 c (tpr T) Pour rsoudre cette quation, on peut tracer la courbe / Y = S [(tpr + 273)4 (t + 273)4] / P + F1 c (tpr T) Et la couper par la droite :y = PCI Ilconvientdattirerlattentionsurlquationquipermetdexpliquerlephnomneque nous appellerons paradoxe des flammes chauffantes . LquationQ = S [(tpr + 273)4 (t + 273)4] Montre que, si Sontdesvaleursdonnes,laflammechauffedautantplusquetpr est lev.Celasignifieenlangagevulgairequneflammedesurface(S)etdenature() donnes, contenue dans un foyer donn () dont les parois sont une temprature donne (t) chauffe dautant plus que sa temprature est plus lev. Onpourraittretentdecroirequededeuxflammesquelconquescesttoujourslaplus chaude qui chauffe le plus. Or, cela nest pas ncessairement vrai. Brlons du gazhaut fourneau dans un foyer de chaudire. La flamme est peine visible et son rayonnement est extrmement faible. Carburons la flamme par une petite injection de benzne.Elledevientbrillanteetsonrayonnementaugmentedansuneproportion considrable. Pourtant, si lon mesure la temprature de la flamme dans les deux cas avec unpyromtreaspiration,ontrouvequelatempraturedeladeuximeflammeestplus faible. Ce rsultat sexplique par lquation dans laquelle tpr a diminu mais a augment de sorte que, dans lensemble, Q a augment. On peut dailleurs pousser plus loin le raisonnement et montrer quil doit bien en tre ainsi. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 21 - La comparaison des quations (1) et (2) des pages prcdentes donne : Q = P [ PCI F1 c (tpr - T)] Q = P [ PCI= (tpr T)] F1 c F1 c Or, daprs la dfinition de la temprature potentielle tp, on a :

PCI= tp T F1 c Do : Q = P F1 c (tp tpr) Puisque PCI et F1 nont pas chang, les deux flammes ont la mme temprature potentielle. On voit ainsi que le flux de chaleur rayonn Q augmente quand la temprature pratique tpr diminue.Celarsulteimmdiatementdailleursduprincipedeltatinitialetdeltat final. Il semble paradoxal de dire quune flamme chauffe plus parce quelle est moins chaude. Le mme rsultat semble naturel au contraire si lon dit que la flamme est moins chaude parce quelle chauffe davantage. Nepasperdredevuequecelanestvraiqugalitdetempraturepotentielle ;Siles tempraturespotentiellessontdiffrentes,ilestimpossibledeprvoirlaquelledesdeux flammes a le grand rayonnement. 11 . Brleurs (types, fonctionnement et rglage) : 11.1 . Dfinition Lesbrleursontpourrledeprovoquerlemlangeintimedelairetducombustibleen vue dobtenir la combustion complte de celui-ci. Lair de combustion est introduit par des volets dair rglables du fait, la plupart du temps, de la dpression qui rgne dans le four. Lecombustible,gazouhuile,dbouchedanslecourantdairaucentredunouvreau rfractaire qui, par la chaleur quil rayonne, assure la stabilit de la flamme. Un brleur est conu pour brler soit du gaz, soit de lhuile. Certains brleurs sont quips pour brler lun ou lautre combustible.

SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 22 - 11.2. Les brleurs gaz : Ilssontdedeuxtypes :soitprmlange(brleursairinduit),soitsansprmlange. Dans les premiers, a. Les brleurs mlange : une partie de lair de combustion est mlang au combustible avantquecelui-cinedboucheaudubrleur.Ceprmlangepermetdobtenirune combustion plus rapide mais ce type de brleur ne peut tre utilis sur le gaz dans lesquels la vitesse de propagation de la flamme est leve (gaz riche en hydrogne).

b.Lesbrleurssansprmlange :Ilsdonnentuneflammedediffusion,lairde combustionentrantdanslefourparalllementaujetdegazetdiffusantlentementdans celui-ci. Ils donnent une flamme plus longue et plus lumineuse que ceux pr mlange.

Pourobtenirlacombustiondelhuile,ilfautque celle-cisoitfinementpulvrisedansle courant dair de combustion. Cette pulvrisation s obtient soit laide des vapeurs deau, soit mcaniquement. Dans les brleurs pulvrisation la vapeur, lhuile combustible et la vapeur sont mlanges dans une chambre de mlange et sortent ensemble par lorifice des brleurssouslaspectdunemoussequisersoutentrsfinesparticules.La consommation de vapeur et denviron 35% du pois de celle du combustible. 11.3 - les brleurs pulvrisation mcanique : Lhuilearrivesoushautepressionaunezdubrleuroelleestpulvriseparladtente dans lorifice de sortie. 11.4. Les brleurs pulvrisation la vapeur : Ilsontunesouplessedefonctionnementbeaucoupplusgrandequeceux pulvrisationmcanique.Pourceux-ci,encasdemodificationimportantede rgimedemarche,ilestncessairedechangerlorificepourobtenirune pulvrisation correcte. Lhuiledoittrerchauffeavantdarriverauxbrleursunetempraturetelle quesaviscositsoitsuffisammentfaible(delordrede350Angler).Dautre part,lavapeurdepulvrisationdoittrelgrementsurchauffepourtre compltement sche. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 23 - Les brleurs ont pour fonction de raliser la combustion et dassurer : le mlange du combustible et du comburant, de faon ce que chaque molcule de lun puisse trouver la ou les molcules de lautre, auxquelles elle va sassocier ; linflammation du mlange ; la stabilit de la combustion, tout en assurant une combustion complte. Pour effectuer cette combustion complte on met de lair en excs par rapport la valeurstchiomtrique.Cetexcsdairaugmentelaconsommationdu combustible, puisque cet air ambiant va tre rejet la temprature des fums. La pertederendementduelexcsdairestdautantplusfortequelatemprature desfumsestleve,doncquelerendementthermiquedufourestbas.Ala limite,pourunfourquiauraitunrendementde100%,lexcsdairnauraitpas dimportance. Silonrduitlexcsdairendessousdelavaleurquiconduitlacombustion complte,lateneurenimbrlcrotetfaitperdrelegrainquelonescomptaiten rduisant lexcs dair, et ceci de deux faons : Instantanment : onperddela chaleur de combustion des imbrls ; Dansletempspareffetcumulatif :lesimbrlspeuventencrasserlessurfaces dchanges, ce qui conduit une lvation de temprature des fumes et donc une perte de chaleur sensible. 11.5 - Brleurs souffls etbrleurs tirage naturel Ilnyapasdediffrenceessentielleentreunbrleursouffletunbrleurdit tiragenaturel .ladiffrencenesesituequauniveaudelapertedepression subit par lair dans le brleur. Cette diffrence de pression et gnre : paruventilateurpourlesbrleurssouffls(pertedepressiondanslesbrleurs jusqu environ 250 daPa) leur capacit peut atteindre jusqu 80mw ; par le tirage du four pour les brleurs dits tirage naturel (perte de pression de 6 20 daPa) leur capacit peut atteindre 7mw. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 24 - CHAPITRE III : Les Fours Danslaplupartdesunitsderaffinageoudeptrochimielapportdelnergie thermiquerequiseparleprocdsefaitparlintermdiairedefourschauffage directdanslesquelslnergieproduiteparlacombustionesttransmise directementaufluiderchaufferquicirculedansunserpentintubulaireouun faisceau de tube. Cest la raison pour laquelle est appel four tubulaire. 1. Utilisation des fours tubulaires : Lesusagesdesfourstubulairessontmultiplesmaischaquecasncessiteune tude particulire dans le but de concevoir le four le plus conomique et le mieux adapt aux conditions imposes. On peut citer les exemples suivants : Rchauffage dun fluide sans changement de phase Rchauffage dun fluide avecvaporisation partielle Rchauffage dun fluide avec raction chimique 2. Caractristiques gnrales des fours tubulaires : Unfourtubulaireestconuetcalculpourpermettredetransfreraufluideune quantit de chaleur donne par heure; le dbit et les tempratures dentre et de sortie tant fixes lavance .Il faut donc faire apparatre dans le four une quantit dechaleursuffisante,latempraturevoulue,pourrchaufferlefluideet compenserlespertes,ettransfrerlachaleurdisponibleaufluidedansdes conditions telles que celui-ci ne soit pas dtrior. Le four doit donc tre avant tout agence en vuede la combustion dune quantit suffisantedecombustible.Ildevracomporterlesbrleursncessaires ;ceux-ci devrontpouvoirtrealimentsencombustibleetenair.Danslapluspartdes fours de raffinerie, ladmission de lair de combustion dans le four est obtenue par la dpression qui rgne lintrieur du four. Cette dpression estelle mme due au tirage de la chemine. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 25 - Les tempratures obtenues dans les produits de la combustion sont toujours trs leves .On peut, dailleurs, les augmenter en prchauffant lair de combustion par les fumes allant la chemines. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 26 - SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 27 - Leschangesthermiqueslintrieurdufoursefontlafoisparlestrois mcanismes de la radiation, de la convection et de la conduction. Lesproduitsdelacombustioncdentleurchaleurauxtubesparradiationet convection ;traverslesparoisdetubes,letransfertsefaitparconduction ; lintrieur des tubes, cest la convection qui intervient de nouveau ;enfin ,les pertes calorifiques travers les murs du four se font par conduction. Lephnomneleplusimportantprendreenconsidrationestlaradiationdes produitsdeconvection.Cependant,lhistoiredesfourstubulairesmontreque lintrtdecephnomneadabordtnglig.Lespremiersfoursconstruits taient pratiquement des fours convection .Dans ce type de four ,les premires rangesdetubesexposeslaflammeabsorbaientlachaleuruntauxtrs lev alors que les tubes situes prs de chemine nen absorbaient que trs peu. Silonretiraitlapremirerange,ctaientlestubesdelasecondequitaient surchauffes et le retrait des tubes ne faisait quaggraver le problme. La vritable solution qui est celle actuellement utilise dans les fours modernes est daugmenterlenombredetubesexposslaradiationetlimiterunevaleur raisonnable la qualit de chaleur quils absorbent par unit de surface. 3. Constitution dunfour tubulaire : Dune faon gnrale, les fours comportent les parties principales suivantes : 3.1-Charpente et casing : Lefourtubulaireestconstituduneenveloppemtalliquedeformesdiverses, souvent paralllpipdique ou cylindrique. Lefourcomporteunezonedite zonederadiation constitueessentiellement dune chambre de combustion dans laquelle des tubes sont exposs la flamme et reoivent la chaleur principalement par radiation des produits de combustion .La tempraturedesfumeslasortiedelazonederadiationestlev(700c 1100c) et doncle rendement est faible (de lordre de 50% du pouvoir calorifique infrieurPCI).Unefractiondelchangesefaitgalementparconvectionentre lesfumesetlestubes.Cettezonesielleexiste,estinstallelasortiedes fumesdelachambredecombustion.Elleestconstitue dun faisceau de tubes SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 28 - placsenquinconce,perpendiculairementouparalllementladirectiondes fumes. Dans les deux cas, on cherche obtenir une vitesse assez grande pur les fumes,defaonaugmenterlecoefficientdchange.Cestubespeuventtre garnisdailetteoudaiguilles,afindaugmenterlasurfacedchangeducotdes fumes, qui est gnralementle fluide prsentant la rsistance thermique la plus forte. Lerendementdelazonedeconvectionest,bienentendu,suprieurceluidun fournecomportantqunezonederadiation.Lerendementdpenddela tempraturedentredufluidechauff(onnepeutpasrefroidirdesfumesen dessousdelatempraturedufluidefroid),maisgalementdelimportancedela surface dchange que lon a installe. Lenveloppe mtallique du four doit tre suffisamment renforce pour rsister aux actionsduventetsupporterlefaisceautubulaire.Elleestconstituedune ossatureencharpenteetdetlesboulonnesousoudessurcettecharpente .Comme , en gnral ,la chambre de combustion est en dpression par rapport latmosphredufaitdutiragedelachemine,cetteenveloppedoittre suffisammenttanchepourviterlentedelairparasitequiauraituneffet prjudiciable sur le rendement du four. Lesparoisintrieuresdufour,particulirementcellesdelachambrede combustion,sontprotgscontreleffetsdelatempratureparungarnissage rfractaireetisolantqui,enoutre,apourbutderduirelespertesdechaleur lextrieur. Leplancherdelazonedecombustionconstituelasoledufour ;elleestaussi, recouverte dune couche de produits rfractaire et isolant. Lesparoisverticales(oulasoledanslesfoursverticaux)sontpercesdans lesquelssontplacslesbrleurs.Uncertainsnombrederegardspermettent dobserverlacombustion,laformedesflammes,latenuedestubes ;desportes daccs lintrieur du four sont aussi mnages dans les parois .Ces regards et ces portes doivent tre hermtiquement clos lorsque le four est en service . Enfin,lesfumesquittentlefourparlintermdiairedela chemine en passant, le cas chant, par le rchauffeur dair .La chemine de forme cylindrique peuttresituedirectementsurlefourousurunefondationspareLeconduit amenantlesfumeslabasedelacheminesappellecarneau.Lerledela chemineestmultiple.Sonpremierbutestdeconduirelesfumesdans SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 29 - latmosphre une hauteur telle, quelles ne risquent pas de gner le voisinage : ceciestimportant,enparticulierdanslesinstallationstrsresserresoles chemines des fours doivent tre plus leves que les colonnes voisines. Mais, la chemine,parsontirage,metlachambredecombustionendpressionet provoque ainsi lentre de lair ncessaire la combustion par les volets dair des brleurs.Sesdimensions,hauteuretdiamtre,doiventdonctrecalculespour obtenir ce tirage. La chemine est souvent protge intrieurement, au moins dans sa partie basse o les fumes sont encore trs chaudes, par une couche de bton rfractaire, ce quipermetdelaconstruireenacierordinaire.Quandlachemineestdegrande hauteur, elle est quelquefois construite en bton .A sa base, on trouve souvent un registrequipermetderglerletirage.Ceregistredoittreconstruitenacier rsistant la temprature des fumes. 3.2-Matriauxrfractaires et isolants : Le revtement des parois intrieures du four est constitu soit dun mur en briques rfractaire, soit dune couche de bton rfractaire. Lesproduitsrfractairesutilissdanslesfoursderaffineriesontengnral constitusdargilesoudeterredediatome.Cesproduitsjoignentleurqualit rfractaire, une faible perte calorifique ; ils sont donc en mme temps isolants. Lesbtonssontconstitusdunlianthydraulique,engnraluncimentfondu ,auquelonajouteenproportionvariables,suivantlesconditionsdutilisation,des produitstelsquegranulsdediatomeetdevermiculite.Onobtient,aprs schage pour lvaporation de leau, dun bton de faible densit ,rsistant bien des tempratures de lordre de 1000-1200c et dont la conductibilit thermique est de lordre de 0,25Kcal/m.h.c .Les btons sont appliqus au pistolet pneumatique surlesparoisdufourouilssontmaintenusenplaceparungrillagemtallique tendu sur aiguilles soudes la paroi intrieure du four. Les briques rfractaires sont en gnral rectangulaires (220 x 110 x 65xmm), mais on utilise aussi des pices moules ou dcoupes dans des briques standard pour lemontagedemurscylindriqueoudevotes.Lesdesmurssontlisentreelles par un coulis au ciment rfractaire spcial . Lesvotes,ouplafonddesfours,sontconstruitesavecdesbriquesdeforme spcial, suspendues par des crochets en acier ou fonte allis une srie de fers profils reliant les parois verticales du four .Les briques prsentent une saillie sur SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 30 - une partie de leur paisseur qui vient reposer sur une saillie correspondante de la partie infrieur de la brique voisine. Lorsquelatempraturedelachambredecombustionettrslev,lesparois rfractaire sont constitus de plusieurs paisseur de briques .On interpose entre la dernirepaisseurdebriquesetlaparoimtalliquedufourunecouchedisolant (laine de verre ou de roche) qui permet de rduire les pertes calorifiques. MATERIAUX REFRACTAIRE 4. Description des diffrents types de four : Il existe de nombreuses dispositions des tubes, dans les zones de radiation et de convection, et dune zone par rapport lautre. Il en rsulte de nombreux types de fours. On peut, toutefois, distinguer les diffrentes catgories suivantes : 4.1 - Les fours dits cabines tubes horizontaux : dans ces fours la forme gnrale de la zone de radiation est celle dun paralllpipde, dont la plus grande longueur est horizontale .Les tubes sont placs horizontalement le long des parois latraleslespluslongues.Lesbrleurssontsitussurlasole,ousurlapartie SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 31 - infrieure des murs latraux les plus longs ou encore sur les murs dextrmits ne recevant pas les tubes. 4.2-Lesfoursdits boites tubesverticaux :danscesfours,laforme gnraledelazonederadiationestcellesdunparalllpipde,lestubessontplacs,danslapluspartdescas,circonfrentiellementlelongdelaparoi intrieure.Lesbrleursverticauxsontdispossdanslasoledufour.Lazonede convection,placeau-dessusdelachambre,estconstituedetubesverticaux placsdirectementdanslachemine,oudetubeshorizontaux,engnraltrs SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 32 - courts,situsdansunechambrespcialeentrelachambredecombustionetla chemine .Celle-ci est monte directement sur le four. 4.3 - Les fours cylindriques verticaux : la zone de radiation se prsente sous la forme dun cylindre axe vertical .Les brleurs sont placs sur la sole, la base du cylindre .La surfacedchangecouvrelesparoisverticalesetprsentedoncunesymtriecirculaire par rapport au groupe de chauffage. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 33 - 4.4 - Les fours chauffage par murs radiants : La surface dchange est place dans le plan mdian de la chambre de combustion. Les brleurs sont rpartis sur les parois latrales longitudinales. 4.5-Lesfoursditsdoublechauffe :Danscesderniers,leplandestubes constituant la surface dchange, et dans le plan mdian des rangs debrleurs.

Pour tous les types de fours cits ci-dessous, lexception des cas ou les brleurs sont en vote, la zone de convection peut tre situe au-dessous de four. La zone de convection peut galement tre plac sur le cot de la zone de radiation. Dans ce dernier cas des carneaux de fumes trs chaudes assurent la liaison entre les deux zones. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 34 - Lestubesconstituantlasurfacedchangedelazonederadiationsontplacs devant le garnissage rfractaire isolant de lenveloppe. Un espace gal environ undiamtredetubeestmaintenuentrelestubesetcetteparoirfractaire.La chauffe du tube, bien quingalement rpartie, se fait sur toute la priphrie. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 35 - SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 36 - Lenveloppedufournestpasparfaitementtanche,notammentsuiteau vieillissementetauxnombreuxpassagesdetubes.Pourdesraisonsdescurit ou pour la sauvegarde du matriel, lintrieur du four est maintenu en dpression par rapport lair extrieur. Cettedpressionest,leplussouvent,obtenueparletiragedelachemine,ou quelquefois,par un ventilateur de tirage. Ces organes sont placs directement au-dessous de la zone de convection,ou au sol cot du four. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 37 - Lair de combustion est introduit dans les brleurs, soit par la dpression rgnant danschambredecombustion(brleurtiragenaturel),soitlaidedun ventilateur (brleurs souffls). Pour assurer la combustion compte du combustible, unexcs dair, par rapport lavaleurstoechiomtrique,doittreajout.Cetexcsdairdpend,dela temprature de lair de combustion et principalement du combustible. Les valeurs dexcs dair les plus couramment admises sont, en pour-cent de lair stchiomtrique : CombustibleAir froid (20C)Air chaud (300C) Fuel ol Gaz20-25 10-15 5-15 5-10 Le choix dun type de four dpend principalement des facteurs suivants : Naturedesproduitschauffetconditiondeservice(dbit,temprature, pression) ; Drainabilit des faisceaux tubulaires ; Prsence ou non de catalyseur dan les tubes ; Combustible ; Encombrement ; Facilit de construction ou de transport ; Cot pour application donne. 5. Description dtaill dun four tubulaire : Un four tubulaire est constitu de : 5.1-Faisceauxtubulaires :Lesfaisceauxtubulairessontgnralement constitus de tubes droits, sans soudure, relis entre eux : Par des coudes 180 souds sur les tubes, ou SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 38 - Pardesliaisonsspciales,appelesboitesderetour,comportantunoudeux orificesfermespardesbouchons.Cesdispositifspermettentlobservationetle nettoyage de lintrieur des tubes. Les dimensions les plus courantes des tubes de four et tolrances sont indiques dans le tableau ci-dessous :

Diamtre extrieur Pouces mm 1,9 48,39 2,37560,3 2,875 73 3,5 88,9 4 101,6

4,5 114,3 5,563141,3 6,625 168,3 8,625 219,1 10,75 273 Epaisseur moyenne Pouces mm 0,145 3,68 0,154 3,91 0,203 5,16 0,216 5,49 0,226 5,74 0,237 6,02 0,258 6,55 0,280 7,11 0,322 8,18 0,365 9,27 SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 39 - Tolrances dimensionnelles (daprs la norme NF A 49.219) : sur lpaisseur T : T 3,2 mm + 0,5 mm -0,15 T 3,2 T 20 +0,15 T -0,125 T T 20 0,125 T Sur le diamtre extrieur D : D 48,3+0,4 mm -0,8 mm 48,3 D 114,3 +0,8 mm -0,8mm 114,3 D 219,1 +1,6 mm 219,1 D 406,4+2,4 mm-0,8 mm Tableau I. Dimensions les plus courantes des tubes de fours . 5.2-Matriaudestubes :lechoisdumatriaupourlefaisceauxdestubes repose sur les critres suivants : Rsistance la corrosion par le fluide chauff ; Rsistance loxydation par les fumes chaudes ; Rsistance mcanique en temprature : - la pression intrieure du fluide chauff, - aux contraintes mcaniques dues au poids du faisceau tubulaire et du fluide quil contient. Les matriaux les plus usits sont dans le tableau ci-dessous, avec la temprature maximum demploi pour la rsistance loxydation par les fumes. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 40 - Type suivant AISI* Etats Unis Dsignation suivant normesfranaise AFNOR Temprature Limite Demploi (c) Acier au carboneTU42F 480 Aciersallis 1,25%Cr0,5%Mo 2,25%Cr11%Mo 5% Cr-0 ,5%Mo 9% Cr-1% Mo TU 10 CD 5-05 TU 10 CD 9-10 TUZ 12 CD 05-05 TUZ 10 CD 09 600 630 650 700 Aciers inoxydables 18Cr-8Ni 18Cr8Ni 18Cr8Ni-Ti 18Cr8Ni-Cb 18Cr8Ni-CO 304 316 347 316 Z6 CN 18-10 Z6 CNT 18-10 Z6 CN Nb 18-10 Z6 CND 17-12 870 870 870 870 Aciers rfractaires forgs 35Ni 20 Cr 43 Fe(alliage 800 H) 72 Ni 15 Cr 8 Fe (alliage 600) 985 1010 Aciers rfractairesmouls par centrifugation25Cr20Ni(HK40) 35 Ni 25 Cr Nb 1010 1100 *Dans les fours les grades H gnralement utiliss car le contrle de la teneur en carbone permet de meilleures rsistances mcaniques temprature lev . Tableau II. Matires des tubes les plus couramment utilises ettemprature limites demploi. 5.3 - Supportage des faisceaux tubulaires : La libre dilatation de llment du faisceau tubulaire est la base des principes du supportage. Les matriaux utiliss doivent rsister : Aux fumes ; loxydation ; lacorrosionparlescendresdecombustiblesliquides(vanadates, sulfates)etprsenterunebonnersistancemcaniquechaud(domaine lastique et fluage).SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 41 - Danscertainscas,onutilisedesmtauxpeuoupasallis,maisilssontalors protgsdelactiondesfumes(temprature,oxydation)parungarnissage rfractaire .Cest le cas des supports dextrmits dans les zones de convection. 5.4 - Garnissage des parois du four : Lenveloppedesfours(chambredecombustion,zonedeconvection,chemine) estconstitueduneparoimtalliquerevtueintrieurementdungarnissage isolant et rfractaire. Les proprits requises pour un garnissage isolant rfractaire sont varies : Conductivit thermique faible ; Temprature pyroscopique lev ; Rsistance mcanique leve ; Bonne rsistance aux variations de temprature ; Facilit de mise en uvre. Cespropritssontcontradictoiresetlaslectiondunmatriaupourune applicationparticulireestlersultatduncompromis.Danscertaincas,cestun garnissage multicouche qui permettra dallier les proprits opposes de plusieurs matriaux. Diffrents types de garnissage : a)Matriaux utilisables directement au contact des fumes : Briquesrfractaires:constituesdargilesrfractaire(silicatedaluminium hydrat) ou de terre de diatomes et possdant une structure poreuse naturelle ou artificiellement provoque .Les briques sont obtenues le plus souvent par moulage et cuisson .Elles sont poses avec un coulis dassemblage prise air. Btonisolantrfractaire :constitudunmlangedecimentalumineuxfonduet dagrgats rfractaire .Ils sont mis en place par coule ou par projection .La prise esthydraulique.IlssontfixspardesancragesenVsoudssurlatlede lenveloppe du four . SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 42 - Fibres cramiques :ces fibres cramiques ,dun diamtre de 3m ,sont obtenues par soufflage dune masse rfractaire sillico-alumineuse fondue base de produits extra purs .Elles sont conditionnes sous les formes suivantes : -matelasdefibrefixssurlesparoisdufourpardesancragessoudssurla tlerie et constitus, par exemple, de tige et rondelle, -modulesprfabriqus,assemblagedenappesdefibrescramiquessous forme de cubes (de section 0,3 x 0,3m) que lon ancre cte cte sur la tlerie. b) Matriaux utilisables en deuxime couche Pouraccrotrelarsistancethermiqueduneparoirsistantelachaleur,mais peu isolant, on peut utiliser les matriaux suivants : Fibres minrales : ces fibres sont obtenues par soufflage dune masse rfractaire de roches synthtiques fondues .Les panneaux constitus de ces fibres sont trs isolant et utiliss derrire des murs constitus de briques. Panneauxrigidesdesilicatedecalcium :trsisolants,utilissendeuxime couche derrire une paroi de briques ou de bton rfractaire. 5.5 - Brleurs : Lesbrleursontpourrledeprovoquerlemlangeintimedelairetdu combustibleenvuedobtenirlacombustioncompltedecelui-ci.Lairde combustionestintroduitpardesvoletsdufait,laplupartdutemps,dela dpression qui rgne dans le four .Le combustible ,gaz ou huile ,dbouche dans le courantdairaucentredunouvreaurfractairequi,parlachaleurquilrayonne ,assure la stabilit de la flamme. Un brleur est conu pour brler soit du gaz ,soit delhuile.Certainsbrleurs sont quips pour brlerlun oulautrecombustible ( bruleursmixtes ). 5.6-Ramoneurs :Afindemaintenirproprelecircuitdesfumesetainsi conserverlefficacitdessurfacesdchange,oninstalledansleszonesde convection des ramoneurs. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 43 - Plusieurs types sont disponibles : a)Appareilssoufflagedairoudevapeur.Cesontdestubesrotatifs,fixes ourfractaires,comportantdesbusesdesoufflage.Ilssontutilisdefaon intermittente (en gnral 3 fois par 24 heures) pour souffler les dpts pulvrulents qui ont pu se dposer sur les surfaces dchange. b)Ramoneursacoustiquesousubsoniques.Cesontdesappareilsqui mettent des vibrations acoustiques ou infrasonores dans lenceinte de la zone de convection,afindemaintenirensuspensionlespoussiresetainsiviterleurs dpts sur les surfaces dchange. 5.7 - Rchauffeur dair : Lesprchauffeurdaironttconuetmiseaupoint.Cesont,enfait,des changeursdechaleurentrelesfumesetlairdecombustionpourlesquelson cherche obtenir des pertes de charge pour viter lemploi de ventilateurs, tout en ayant un bon coefficient de transfert pour diminuer les investissement pour un taux dercuprationdechaleurdonn.Dautrepart,leseffetsdelacorrosion lacide sulfuriquedoiventtreprisenconsidrationlorsquelatempraturedes fumes la sortie du prchauffeur est infrieure au point de rose (170 200c).

Lorsque la temprature dentre du fluide rchauffer ne permet pasde refroidir lesfumesunniveautelquelerendementdufournestpassonoptimum conomique,onpeuteffectuerunrecyclagethermiqueavecchangementde support.Ilsagitdenleverlachaleurdesfumessortantdufourpourla rintroduire lentre de la chambre de combustion. Un recyclage pur et simple de fumes napporte rien, car la temprature du fluide froidlimitelatempraturederefroidissementdesfumes.Ilfautdonc ncessairementunfluidetempratureplusbasse.Lairdecombustionremplit ces conditions. Plusieurs schmas peuvent tre utiliss : Lairdecombustionestrchauffdirectementparlesfumes(fig.1).Un changeur de chaleur plac sur le circuit des fumes rchauffe lair de combustion qui alimente les brleurs. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 44 - 01 On interpose entre les fumes et lair de combustion un fluide intermdiaire tel que leausouspression,delhuile(fig.2).Lecaloducconstitueuneapplication technologique particulire de ce schma. Figure 02 SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 45 - Uneceschmaestconstitueparlefluideprincipalrchauffer(fig.3).dontla temprature est abaisse par de lair de combustion, puis la temprature dans une zone de convection complmentaire avant de passer dans le circuit normal.

Figure 03 Diffrent types de rchauffeurs dair : a)Rchauffeur dair intgr (fig.4) Cesontdeschangeursconstitusdetubesenacier,placsenzonede convectiondufouretdontlaconstitutionestidentiquecelledeszonesde convectionclassiquesderchauffagedefluideprocds.Lencore,lasurface dchange du ct fumes peut tre accrue par des ailettes ou des aiguilles. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 46 - Figure 04 b) Rchauffeur dair spar Deux types principaux se trouvent sur le march : les rchauffeurs statiques : ils peuvent tre tubes de fonte ; plaques dacier ; tubes dacier. lesrchauffeursdynamiquesourgnratifs :parmilesrchauffeurs dynamiques,lappareilleplusfrquemmentutilisestconstituparunrotor recevantunempilagedetlesmincesgaufres.Unmoteurassurelarotationdu rotor.Lestlesdurotorpassentsuccessivementdanslecourantdefumes,o elles schauffent ,et le courant dair de combustion ,qui schauffe leur contact .Desmtalliquesdtanchitmontssurlerotorassurentunetanchit imparfaite avec le stator etentrelescircuitsairetfumes . Une partie de lair en surpressionparrapportauxfumespassecelles-cietabaisseleurtemprature .Lesventilateursdairetdefumesdoiventsontengnralmontesdansdes paniers facilement remplaables. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 47 - Quelle que soit la solution, un dispositif de rchauffage dair de combustion devra treprfrencemunidedispositifdebypassage.Celui-cipermetlentretien ventueldesrchauffeursdairsanstreobligdarrterlensemblede linstallation. NB : Danslesfoursbrlantdescombustiblesliquides ,ilestimportantdutiliserdes appareils dans lesquels les espaces de passage des fumes sont de dimensions suffisantespourquelesencrassementsduesauxcendres,ouventuellement des suies ,ne conduisent pas rapidement une obstruction du circuit des fumes . 6. Rendement thermique dun four : Lconomiedexploitationestunfacteurprpondrantdansltudedunfour ; aussi la notion de rendement est-elle dimportance. Ondfinitlerendementdunfourcommelerapportentrelaquantitdechaleur absorbe par le fluide rchauff et celle dgage par la combustion. =Qreue/Qcombustion= 1- (Perte/ Qcombustion ) NB :Unepartietrsfaibledelachaleurnonabsorbeestperduepar conduction travers les parois du four (1 2 % de la quantit libre aux brleurs) Les pertes les plus importantes sont les pertes la chemine, dissipes danslatmosphreparlesfumesquisortentdufourtemprature assez leve. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 48 - NB : le pourcentage de perte par les fumes dpend de deux paramtres : Lexcs dair de combustion La temprature de rejet des fumes a) Lexcs dair de combustion : le dbit des fumes saccrot avec lexcs dairaussi faible que possible, tout en veillant obtenir une combustion complte, sans imbrls ;onpeutjouersurcefacteurparunrglagecorrectdelacombustion, encoreque,mmeavecdesbrleursbienconus,onnepuissedescendreen dessousdunecertainelimitecaronrisquedavoirunecombustionincomplte dont les inconvnients sont : Dabordlarductiondudgagementdechaleurparunitdepoidsdecombustible brl, donc une rduction du rendement contraire leffet recherch ; la formation de CO susceptible de se combiner loxygne encore prsent dans lesfumesendehorsdelachambredecombustion(phnomnedepost-combustion qui peut endommager le four) . b) la temprature de rejet des fumes : La temprature des fumes dpend dun trs grand nombre de facteurs ; en fait, pour un excs dair donn, la temprature laquellelesfumessortentdelazonederadiationestdtermineparcharge thermiquedufour,lasurfaceetlatempraturedestubes.Lamnagementdune zone dite de convection, constitue dun faisceau tubulaire plac sur le trajet des fumes vers la chemine, permet de rcuprer une partie de a chaleur sensible de celles-ci. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 49 - Il faut ,toutefois ,signaler que la temprature des fumes reste toujours suprieure la temprature dentre de la charge dans le four .Gnralement ,en raffinerie ,le fluide entrant au four est prchauff par un systme important dchangeurs . Remarque : Lepourcentagedepertedefumesdlatempraturederejetsobtient approximativement par la relation approche suivante : % (perte aux fumes d leur temprature de rejet)= temprature des fumes (c) 20 c) Possibilit et limite lamlioration du rendement dun four : Danscertainesinstallationscommeparexemplelesunitsdecraquagela tempraturedentredelachargedanslefoursonttellesquunezonede convectionutilisantlachargeentrantaufourauraittroppeudeffetsurle rendement. On peut alors utiliser les fumes pour rchauffer un autre produit plus froid comme par exemple surchauffer ou mme produire de la vapeur deau. Un autre procd permettant damliorer le rendement dun four, sil comporte dj une zone de convection, et dinstaller la suite de celle-ci un pr chauffeur dair de combustion. Les calories ainsi rcuprs augmente la qualit de chaleur libr par lacombustion.Mais,biensur,ilfaitquelessurfacesdchangeenradiationet convectionsoitalorscalculespourpermettrelabsorptiondecettequantitde chaleursupplmentaire.Cependant,cetinvestissementsupplmentairenepeut souvent se justifier que pour les fours de grande capacit. Pourtant,ilfautsignalerquonnepeutrduiretoutlatempraturedesfumes .Nous virons en effet que le tirage de la chemine diminue lorsque la tempratures fumes diminue : quand le tirage est trop faible, et devient ncessaire dutiliser un ventilateuretlaconsommationdnergiencessairepourceventilateurdoittre prise en compte dans le bilan gnral. Uneautreraisonlimitantlarcuprationdelachaleurdesfumesetquen dessousdunecertainetemprature(pointderose),lesfumeslaissent condenserdesproduitsacidessusceptiblesdeprovoquerdeseffetscorrosifs gnant . SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 50 - 7- Mthode de nettoyage des tubes dun four: 7.1 Nettoyage externe des tubes : Pourconserverlerendementdelarcuprationdechaleursurlesfumes,ilest ncessaire dentretenir ltat de propret des surfaces dchange. la mise en place desurfacestendues(ailettesoupicots)rendpossiblelaccumulationdesuies lors de brlage de combustibles liquides. La mthode classique utilise pour liminer ces dpts repose sur le soufflage des suies par un jet de vapeur. Celapeuttreralispardeslancesquipesdenombreuxorifices,places demeure dans la zone de convection et par lesquelles est inject priodiquement de la vapeur moyenne pression. Ceslancespeuventencoretrertractilesetnepntrentdanslazonede convection que lors des injections de vapeur. Elles ne comportent alors que deux orifices dinjection et pntrent en tournant dans la zone de convection entranes parunmcanismeextrieure,uncontactdefindecourseinversantle dplacement de la lance en fin de trajet. Ce dernier type vite de laisser en place dans les fumes chaudes les lances en dehorsdescyclesderamonageetontuneefficacitpluttsuprieuredansla mesureolenombredorificedinjectiontantlimit,lejetdevapeurestplus concentr sur les surfaces nettoyer. Le schma ci-dessous en montre un exemple. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 51 - Lefficacitdessouffleursdesuieestmalgrtoutlimitepuisquelestubes concernsprotgentleursvoisinsdelimpact du jet de vapeur (on ne peut gure espreratteindreplusde3rangesdetubesau-dessusetau-dessousdela lance).Celaconduitlamiseneplacedungrandnombrederamoneursetpar suiteuneconsommationdevapeurrelativementimportante(environ300kgde vapeur par ramoneur et par cycle). Les cycles de ramonage sont de une fois par quatre une fois par jour. Unetechniqueplusrcentefaitappellmissiondinfra-sonparuntubede rsonance. Cettetechniqueplusefficace(puisquelessonssepropagentdanstoutelazone deconvection)danslamesureoleszonesnesontpastropamortieparla gomtriedufouretpeuonreuse(absencedeconsommationdevapeur)est miseenoeuvreavecunetrsgrandefrquence(uncyclede2minutestousles quatre heures,par exemple). Le schma ci-dessous prsente un exemple dinstallation de ramoneur sonore. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 52 - 7.1 Nettoyage interne des tubes dcocking : Ceprocdconsistenettoyerlestubesdufour,gnralementparpassepar lactiondelavapeuretdelair.Ledcokagesaccomplihabituellementendeux phases. ECAILLAGE et COMBUSTION. a) PHASE DECAILLAGE : Pendant cette phase seule la vapeur est injecte lentre dune passe un dbit lev tandis que lon chauffe. Le tube est bonifi et le coke est dtach de la paroi par laction refroidissante de lavapeursurlestubeschaudsobligeantlecokesecontracteretsebriser. Lentranement de la vapeur grande vitesse et laction chimique. CO H CO O H C + + +2 2 23 3 2 Durant cette phase et si lopration est bien conduite on pourra liminer de 90% 95% du coke. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 53 - b) PHASE DE COMBUSTION : Leresteducoke,considrcommeinfimeestbrllairenprsencedela vapeur.

CO CO C O 2 2 4 22 2+ + c) Exemple : Dcockge du four 70 FI Procdure : Aprs arrt de lunit suivant la procdure. Fermer les vannes FRC1 VA/B, dplacer le contenu des serpentins du four vers la colonne C1. Inverser les coudes et insrer le circuit de dcokage vers le ballon V3. Allumer les pilotesIsoler le systme de bloc. Augmenter la temprature dans la zone de convectionTI26 150C. Ouvrir progressivement la vapeur au surchauffeur. a.rgler la pression de la vapeur au surchauffeur. b.Ouvrir la vapeur progressivement sur les deux passes du four. c.Ouvrir leau dpuration des fumes au ballon de sparation V3. d.Aprsavoirliminerleshydrocarburesdesserpentinsoncommencela phase dcaillage. e.Avertir la CTE f.Augmenter progressivement le dbit de vapeur dans les passes 4500kg/h. g.Augmenter la temprature dans la zone de convection 650C raison de 100C/Hdurantcettephaseilestconseilldempcherquelatemprature de surface des serpentins ne dpasse les 550C( si la couleur des tubes est rouge). h. Contrler la vapeur surchauffe. Lvolution de lopration est suivie en observant la couleur de leau de quenche lasortieduballonV3.Quandlcaillagedbute,leauviredunecouleurlaiteuse au gris puis au noir. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 54 - Toutes les 20mn invertir le dbit de vapeur sur chaque passe. dbut dcaillage. a.renverser la direction du courant de vapeur chaque fois que la concentration des particules de poussires du coke diminue. b.Il est recommand durant cette phase de : c.Varier le dbit de vapeur par rduction intermittente. d.Injectiondunadditifdairpendantquelquesminutesensurveillant constamment la temprature des tubes. e.A contrler la phase dcaillage par une prise dchantillon deau la sortie du ballon V3. Phase initiale--------eau laiteuse Phasedcaillage,leauprendlacouleurgrisclairpuisaufuretmesure quaugmentelcaillagelesparticulesducokesontenlevespourdonnerune couleur noire leffluent Fin de lopration dcaillage Dbut de lopration de combustion. Aprs avoir minimis la prsence du coke dans les serpentins pendant lopration dcaillage on procde la combustiondu coke restant par oxydation directe sous vapeur. a.rduire la temprature dans la zone radiante 645C. b.rgler le dbit de vapeur 4000kg/h dans chaque passe. c.Injecter progressivement de lair au serpentin N1dans la proportion 1/10 de la vapeur soit 400kg/h. d.Silacouleurdestubesestrougeceriseaugmenterledbitdevapeurou diminuer le dbit dair. La temprature de peau des tubes dans cette phase ne doit pas dpasser 550C. Quandonnotequilnyaplusdecombustiononconsidrequeledcokagede cette passe est termin. -fermer lair au serpentin -rpter lopration au serpentin N2 SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 55 - Opration de dcokage termine. a.diminuerlatempraturedanslazoneradianteraison de100C/hlorsque la temprature dans la zone radianteou de convection atteint 150C. b.fermer la vapeur dans les serpentins c.fermer la vapeur au surchauffeur d.teindre les brleurs et pilotes. 8. Rgulation et instruments de contrle : 8.1-Regulation : Largulationdanslesfoursrestesimpleetselimitedesfonctionsessentiellesau contexte ptrolier. Rappelons que ce contexte interdit, entre autre, dutiliser dans toute la mesure du possible descombustiblesnoblespourbrlerdesproduitssecondaires,quelalgislationsurla pollutioninterditderejeterlatmosphresansquilsaientsubispralablementcertains traitements. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 56 - Fonctions: La rgulation dans les fours porte sur les fonctions suivantes : Allure de chauffe en fonction de la temprature de sortie du fluide process. Dbit de fluide process dans le four. Dbit de vapeur de pulvrisation en fonction de la pression du combustible. Proportionnalitair/combustibleenfonctiondelindicationdelanalyseurdelO2 ou de CO2 sur les fumes du dbit combustible. Silestpossibledadapterundispositiffiableetsanstropdinertieavecles brleursairsouffl,desdifficultssubsistentauniveaudelatransmission mcaniqueaveclesbrleursairinduitdontladaptationresteencore problmatique. De plus, cette fonction est difficile remplir valablement avec des combustibles trs diffrentiels et des caractristiques variables. Dbit calorifique constant en fonction du PCI du gaz. 8.1.a- Principe : Lesprincipesdelargulationpermettentdassurerdiversesfonctions.Ces diverses fonctions restent simples et courantes. La rgulation est dans la plus part descas pneumatiqueetrpondauxprincipesgnrauxdontleplusclassiqueest reprsent sur le schma de la figure IX.1. Figure 8.1 SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 57 - Ce schma comprend : un capteur de temprature (TE) convertisseur transformant le signal lectrique (mV) en signal pneumatique (PSI) unrgulateurdetempraturedeproduitsortant(TC)danslequellesignalreu est compar un point de consigne, et transform en signal modulun servomoteur actionnant une vanne de rgulation. A la demande de lexploitant il peut tre ajout : un enregistreur de temprature sur le rgulateur (TRC). un indicateur de temprature prs de la vanne de rglage.

8.1.b- Rgulation de chauffe : Largulationdechauffeestlaplusimportantedesfonctionsprvuespourle fonctionnementcorrectdunfour.Lalluredesbrleursestasserviela temprature du fluide process. Lachanede rgulation de la chauffe rpond au schma classique. Dans le cas de chauffe simultane avec des combustibles liquides et gazeux, seul le dbit de lun dentre eux est soumis la rgulation, le second tant rgl une valeur constante.

Prcisons que lon peut rgler indiffremment sur lun ou lautre combustible selon le programme impos. 8.1.c-Dbit de fluide process : Largulationdudbitdufluideprocessdanslespassesdunfourpourbut dassurer une rpartition gale 5%prs au maximum dans chacune des passes dunfourcertainsexploitantsassurentcetterpartitionlaidedunevanne rglage manuel mais, dans la plus part des cas, ce rglage est assur par un FIC (Flow Indicator Controller) mont sur chacune des passes. Cesdispositifsappels manifolds quipentessentiellementdesfours rchauffantdesproduitsenphasemixte.Ilfautprciserquelebureaudtudes sassure que la vaporisation ne dbute pas dans la vanne de rglage par suite de SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 58 - lapertedechargetraverscelle-ci.Largulationdedbitdoitseffectuer essentiellementsur la phase liquide.

Largulationdelarpartitiongaledelachargedanslespassesestune opration relativement dlicate, sensible la fluctuation de charge et aux incidents survenantenexploitationtelquelencrassementduntube.Cettefonctionde rgulation ne doit pas supprimer lobligation de vrifier sur chacune des passes : la pression en amant des faisceaux. la temprature de fluide la sortie du faiscea 8.1.d- Dbit de vapeur de pulvrisation :

La rgulation du dbit de vapeur pulvrisation en fonction de celui du combustible est assure par un dispositif pression diffrentielle. 8.1.e- Proportionnalit combustible/comburant : Largulationdelaproportionnalitcarburantcombustiblepeuttreassureen fonction de lindication donne par : un analyseur de O2 un analyseur de CO2 un instrument mesurant le dbit ou la pression de combustible un instrumentmesurant le dbit ou la pression de comburant Lechoixdesindicateursexploiterestconditionnparletypedebrleurs considr.Prcisonsquavecunquipementdechauffeairsouffltoutesles possibilitssontpermisesalorsquavecdesbrleursairinduitlinformationne peut tre donne essentiellement que par des analyseurs de CO2, et

O2. Lutilisationdecettefonctiondergulationnestpasencoretrsrpanduedans lesfours.Lesimpratifssurlapollutionetlarecherchesurlamliorationdu rendement de la combustion en favorisant lemploi. 8.1.f- Dbit calorifique : Largulationdudbitcalorifiqueaprincipalementpourbutdecomplterla rgulationdechauffe,voiremmedelamliorer,enlimitantlinertieestrendre plusgrandeencoredepartlavariationquelquefoisimportantedupouvoir SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 59 - calorifiqueetdeladensit descombustiblesgazeuxquirendentinsuffisanteune rgulation de dbit massique. La rgulation du dbit calorifique est assure, le pus souvent, par un simulateur de chauffe. Leprincipedefonctionnementdusimulateurlepluscourammentutilisestbas sur la chaleur dgage par un brleur aliment dbit constant. Laquantitdechaleurdgageestcompareunevaleurderfrenceetun rgulateurmodifielerglagededbitmassiqueducombustiblealimentantles brleurs principaux en fonction du rsultat de la combustion. 8.2-Instruments de contrle :

8.2.1- Fonctions de contrle : Lecontrledanslesfoursestconstituparunensembledefonctionsdont limportance est grande. Elles permettent de sassurer de la bonne marche du four etdedcelertouteslesanomaliesdefonctionnement,lesquelspeuventtrela consquence dun mauvais rglage ou les avant-coureur dune panne. Il est en effet possible de connatre approximativement la loi du vieillissement dun matrieldansletempsoudencrassementdunfaisceauaucoursdune compagne. Toute volution rapide en dehors de ces lois doit tre la consquence duneanomaliequilfaudrarechercher,expliqueretsupprimer.Toutcetravail reposesurlesfonctionsdecontrleetdalarme.Lesfonctionsdecontrle,avec ou sans alarme, portent sur les points suivants : Analyse des fumes. Temprature de peau avec alarme possible. Temprature des fumes. Dpression de la chambre de convection-carneau. Pression de lair souffl. Pression du combustible. Pression de la vapeur de pulvrisation. Pression de la vapeur dtouffement. Opacit des fumes. Temprature du produit. Pertes de charge (encrassement interne). SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 60 - Pertes de charge (encrassement externe). Coloration des tubes. Temprature des rfractaires. Temprature du casing. Notonsquelesinstrumentsdecontrleassurentaussidesfonctionsdescurit. Celles-la seront mentionnes dans le chapitre consacr la scurit des fours. 8.2.2- thermocouples : Lesthermocouplessontutilisspourassureretindiquerlatemprature.Cette indication peut tre galement enregistre et porte en salle de contrle.Il existe deux fonctions distinctes dans lutilisation de ces appareillages : Contrle de temprature de peau des tubes. Contrle de temprature des fluides. Thermocouplesdepeau :ilsmesurentlatempraturedelaparoiextrieure destubes.Cettemesureestplusoumoinsexacteselonladispositiondela soudure. On prvoit un ou deux thermocouples par passe en zone de radiation et de convection aux endroits prsums les plus chauds. Thermocouplespourfluides :ilsmesurentlatempraturedesfumesaux diffrentsendroitsdeparcoursdecelle-ci(uneprisedetempratureaucentre nerveux du four reste trs importante connatre). Pour tous les thermocouples, la nature du couple en fonction de la temprature est un critre respecter, tel par exemple : Chromel Alumel pour 1100C max. Platine Platine Rhodier pour 1600C max. Les thermocouples doivent tre accessibles et facilement remplaables. 9 .Scurit des fours : Etantdonnlesconditionsopratoirestrssvresdunfourenserviceetson budget relativement important, la scurit de cet quipement est indispensable. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 61 - Les fonctions de scurit des fours consistent liminer tous les risques ventuels et rduire un degr minimal les dangers afin de protger lintgrit du matriel et dviter les prjudices humains. Lascuritdesfoursestassureparunensembledefonctions,avec dclenchement dalarme ou intervention directe sur la marche du four.Les instruments assurant ces fonctions sont incorpors dans la chane de scurit de lunit ; certains tant reports en salle de contrle. 9.1-fonctions de scurit : Les principales fonctions de scurit sont numres ci-dessous : coupure des feux par pression du combustible basse. contrle de flamme par pilotes ou cellules. surpression limite par soupape, et portes dexplosion. verrouillage autorisent lalimentation en air de combustion et en combustible ouverture du registre la dfaillance de la commande. alimentation en vapeur dtouffement. alimentation en vapeur de protection lintrieur des tubes. purge vapeur des cannes assures par un systme de verrouillage. 9.2- scurit des brleurs : Daprscesfonctions,onremarquequelerisquesesitueessentiellementau niveaudesbrleurs.Pourcela,unsoinparticulierdoittrerservaux quipementsdechauffe.Eneffet,dansleschauffesautomatiques,semi-automatique et celles main, lorsque les variations de dbit sont grandes, il est de plus en plus ncessaire de prvoir des scurits en cas dextinction ( le risque est important aux faibles dbits du combustible ). Cenestpaslextinctionenellemmequiestcraindre,maisses consquences.Lorsqueunbrleursteintetlarriveducombustibleatoujours lieu dtre, lenceinte des fume est occupe par un mlange inflammable qui peut sallumer au contact dun point chaud ( pot de suies en ignition ,torche dallumage oubrleurdesoutienlaissenservice).Lacombustionbrusquedumlange donnelieuunesurpressioninstantaneimportantepouvantproduiredetrs graves dgts. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 62 - Toutextinctiondesbrleursquidureplusdequelquessecondsestdtectepar des cellules sensiblesaux radiations des flammes des combustibles utiliss. Les cellules agissent par lintermdiaires de relais sur des scurits montes en srie avec les autres dispositifs : manque deau ,manque depressionducombustible, insuffisancedetempraturedanslecasdefuel,manquedairdecombustion ,manque de tirage ,etc.dont lintervention en service arrte linstallation . Certainesscuritsdoiventtremiseshorsservice,pendantlesoprationsde dmarrage,pourpermettrelallumage.Dautresdoiventagirdansunsens dtermin,parexemple,lemanquedetiragedoitdterminerlarrt,maisun manque de combustible ou dair de soufflage ne doit pascouper le tirage afin de permettre le balayageetc. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 63 - CHAPITRE IV : Leschaudires Les chaudires sont des quipements statiques destines produire de la vapeur partir de lnergie calorifique du combustible (GN,fuel gazetc.). Une chaudire industrielle fournit de la vapeur surchauffe diverses pression et temprature. -HP (haute pression P=48bar,T=490C) turbomachine,turboalternateur -MP (moyenne pression P=12bar - 25 bar,T=300C) jecteur,torche-BP (basse pressionP=3bar T=190C) changeur 1- composition de leau : Leau,etenparticulierleau brute estunmilieucomplexecomportantune grande varit dlments en suspension, en mulsion, en solution. Elments rencontrs dans leau : SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 64 - NB : Les matires en suspension, en mulsion et organiques sont responsables des boues et des dpts. Lesselsminrauxsontresponsablesdestartresetilssontgalement gnrateursdesphnomnesdeprimageoudentranementdeauetdesels avec la vapeur. Quant aux facteurs qui dterminent les phnomnes de corrosion, ils sont des plus varis : -gaz dissous (oxygne, CO2) -PH -Nature des ions (anions, cations) -Nature des matriaux -Temprature -Erosion, vibration, cavitation -Contraintes mcanique etc - 2-Proprits de leau : Leau est un des meilleurs solvants existants.Lorsquelleseformeenmasses nuageusesetensuitequandelleserpandausolsousformedepluieoude neige,ellesechargeengazdissous.Puisentraversantlescouches gologiques de la terre, elle se charge en minraux. Lespropritssuivantes,enparticulier,sontimportantesauregarddelaction deleausurlesmatriels,notammentmtalliques,encontactaveccelle-ci (capacit et rcipients, tuyauteries et accessoires). Propritsdoxydo-rductionquisontresponsables,pourunepart importante, de la corrosion des mtaux Proprits dissolvantes : Leau dissout les cristaux ioniques, les composs molculaires, les gaz SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 65 - 2.1 - la solubilit des sels : 2.1.1 -le phnomne physico-chimique Dans la nature la formation du bicarbonate de calcium, partir de carbonate de calcium, deau et de gaz carbonique. La raction chimique scrit : Dautrebicarbonates(notammentdepotassium,maisgalementde magnsium, de sodium etc..) se forment selon le mme schma et se trouvent en solution dans leau. Laractionci-dessus,quenousgarderonscommeexemple,estrversible sousleffetdunelvationdetemprature(partirde55Cnotamment)et dune augmentation de la concentration du sel dans leau. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 66 - Ce qui signifi prcipitation sous forme de carbonates ( formation du TARTRE) etdgagementdegazcarbonique :cestexactementlephnomnequise produirait silon utilisait de leau brute dans une chaudire. Formation du tartre : Les facteurs qui provoquent ou favorisentla dposition des sels sur les parois chaudes(lentartrage),sontlislabaissedesolubilitdansleau.Ilsagit essentiellement de : - la concentration qui, lorsquelle est leve, favorise la prcipitation, - la temprature qui, en augmentant, diminue la solubilit. 2.1.2 -les consquences nfastes : Le processus dcrit ci-dessus a plusieurs consquences : -laprsenceconjointedeauetdegazcarbonique,entranantlaformation dacide carbonique dilu quientrane la corrosion du mtal de la chaudire et de lensemble de linstallation ;leau est dite agressive . SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 67 - -lentartrage du foyer est des tubes entrane : * une surconsommation dnergie, * une couche isolante entravant lchange de chaleur Conductibilit thermique : Le phnomne de primage (qui est lentranement deau, chimiquement impure, en mmetempsquelavapeurproduiteparlachaudire)estdommageable, essentiellement pour deux raisons : *1) il propage lentartrage aux corps de chauffe *2)ilprovoquelattaque(physiqueetchimique),parlemlangeeau/vapeur,des matriels en contact avec cette dernire. Conclusion Il faut traiter leau Utilise dans la chaudires : Soit en liminant les lments indsirables Soit en ajoutant les lments manquants Afin de neutraliser les nuisances. 2.2 -la solubilit des gaz : Les gaz dissous dans leau ont notamment les actions nfastes suivantes : SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 68 - -legazcarbonique,quinestpasnuisiblesilavapeurestsche,gnrede lacidecarboniqueenprsencedevapeurcondense,cequiprovoquela dsagrgation des surfaces mtalliques, -loxygneestgalementcorrosifenmilieuhumideetsonactionacclre celledugazcarbonique ;lattaqueestvisibledanslagnratricebassedu tuyau,locircule/saccumulelecondenst :onlerepreparlaprsence debouesdanslecondenst,etsurtoutparlaformationdenombreux chancre de rouille. Voir la solubilit de loxygne dans leau : SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 69 - 2.3 -lacidit de leau Mesurer par le PH , lacidit de leau est gnralement due lacide carbonique dissous.unPHtroplev(alcalin)ousurtouttropbas(acide)estunfacteur dagressivit vis vis du matriel, notamment mtallique. SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 70 - LephnomneestdautantplusdifficilematriserquelePHpeutvarierde faonconsidrablelintrieurdunemmeinstallationenfonctionnement(et passer, par exemple, de 12 en chaudire 5 dans le rseau de retour). 2.4 -Mesure des paramtres et valeurs cibles : 2.4.1 -le PH ,ou potentiel hydrogne ,mesure lacidit de leau. cette mesure se fait avec des mthodes simples,soit lectriques, soit colorimtriques. Le PH doit tre idalement compris entre 9 et 12 pour leau de chaudire, qui doit tre alcaline. Voir acidit des eaux de chaudire 2.4.2-deuxsriesdindicespermettentdaborderlamesure,pluscomplexe, de la teneur en sels dissous : - le TH, ou titre hydrotimtrique, mesure la duret de leau, dans une unit qui sappelleledegrhydrotimtriquefranais(f).lanalysehydrotimtriqueest mene par addition leau dune liqueur de savon. Le TH gnralement mesur sur leau brute, et utilis en pratique, correspond la duret totale de celle-ci (i.e.teneur globale en CO2 libre et sels de Ca et Mg). Cette mesure peut tre affine : aprs vaporation du CO2 et prcipitation des carbonates,onmesureraleTHpermanentcorrespondantladuretlieaux autres sels de Ca et Mg (chlorures, sulfates, nitrates).par diffrences on obtient SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 71 - TH temporaire=TH- TH permanent Correspondant la teneur en carbonates et bicarbonates de Ca et Mg Echelle de duret de leau -leTACoutitrealcalimtriquecomplet(ouencore MWert correspond lateneurtotaleenhydroxydes,carbonatesetbicarbonatesalcalinset alcalino-terreux.mesurparadditionleaudunesolutiontitre/acideen prsenceduncolorant(mthylorangeouhlianthine),leTACestexprim en degr alcalimtrique franais (f). Paramtres pour eaux de chaudire : SONATRACH / IAP SKIKDAFours &Chaudires-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER02-05/04/2006 - 72 - 2.5 -les remdes : 2.5.1 -llimination des gaz dissous Lesgazgnralementrencontrsensolutiondansleau(oxygne,gaz carbonique,azote)ontlapropritcommunedevoirleursolubilitdcroitre avec la temprature. Cest ainsi que la teneur maximale e