Lutter contre les émissions fugitives

Une inspection minutieuse des composants du compresseur, notamment des systèmes d'étanchéité, est essentielle pour détecter les fuites. (Compression Burckhardt)

Introduction

Les compresseurs à gaz alternatifs sont utilisés dans de nombreuses applications et leurs exploitants exigent une fiabilité irréprochable . Les arrêts imprévus, qui interrompent un processus, peuvent engendrer des coûts financiers considérables pour l'entreprise. C'est pourquoi la plupart des exploitants mettent en œuvre un programme de maintenance préventive afin de garantir le bon fonctionnement de leurs compresseurs entre les révisions majeures.

Parallèlement, le développement durable est un enjeu de plus en plus pressant et tous les principaux équipements ont un rôle à jouer pour réduire leur empreinte carbone et leur consommation de ressources. Dans un monde où de nombreux gaz sont utilisés dans les applications industrielles, les compresseurs jouent un rôle essentiel et doivent contribuer à la fiabilité et à la durabilité des processus.

À cet égard, les émissions fugitives des compresseurs de gaz constituent un problème majeur pour les exploitants, tant en termes de durabilité que d'efficacité opérationnelle. Bien que les fuites n'entraînent pas de problèmes immédiats ni d'arrêts de production imprévus, il convient d'y remédier au plus tôt.

Pratique actuelle

Les compresseurs de gaz industriels sont utilisés dans le monde entier dans de nombreuses applications en amont, intermédiaires et en aval pour améliorer l'efficacité de nombreux procédés . Les fuites de gaz sont inévitables dans une certaine mesure ; l'objectif des opérateurs modernes est de les minimiser et d'optimiser la durabilité du procédé.

Dans de nombreux cas, les fuites de gaz sont collectées et acheminées vers une torchère où elles sont brûlées sans aucune tentative de récupération de l'énergie. Ce procédé est non seulement un gaspillage, mais il contribue également aux émissions de carbone qui pourraient être réduites par de meilleures pratiques de travail. De fait, de nombreux pays interdisent le torchage dans le cadre de leur démarche en faveur d'une plus grande durabilité. Certaines raffineries sont même surveillées par des caméras infrarouges afin de détecter tout torchage, sous peine d'amendes considérables pour infraction à la législation environnementale.

Identification des problèmes d'étanchéité

Bien qu'une fuite de gaz n'entraîne pas un arrêt immédiat du processus, elle ne fera que s'aggraver avec le temps et peut provoquer d'autres problèmes, comme une hausse des températures de fonctionnement. Ceci peut engendrer une baisse d'efficacité et des problèmes de fiabilité ; il est donc essentiel de s'attaquer au problème au plus tôt. La clé d'une solution efficace réside dans une approche globale du système d'étanchéité.

Burckhardt Compression propose une assistance sur site ainsi que des équipements d'inspection de pointe. (Image : Burckhardt Compression)

Lors de la compression, la plupart des fuites se produisent au niveau du joint d'étanchéité de la tige de piston ; l'opérateur doit donc y porter une attention particulière. La résolution de ce problème et la mise en œuvre d'un programme de maintenance préventive permettront non seulement de garantir la conformité à la législation environnementale locale, mais aussi d'obtenir un compresseur plus fiable et moins coûteux à exploiter.

L'intégrité de ces joints est déterminée par plusieurs facteurs, notamment la conception et le matériau de la bague, ainsi que l'état de surface de la tige de piston. Pour les compresseurs alternatifs, une usure accrue, et par conséquent une fuite d'étanchéité, peut être détectée par la mesure du débit de fuite de gaz ou par la détection d'une variation de la température du gaz qui fuit.

Établir l'échelle

Lors des inspections, les techniciens peuvent utiliser des détecteurs de fuites de gaz pour identifier les fuites au niveau des couvercles de cylindres, des couvercles de soupapes et autres joints statiques du compresseur. Déterminer l'ampleur du problème pour une installation donnée est complexe ; seules des mesures directes des fuites permettent d'obtenir des valeurs précises.

Une représentation plus précise des émissions fugitives peut être obtenue en collectant les gaz via les conduites de fuite, ce qui permet d'évaluer précisément l'ampleur du problème. Les débitmètres installés sur la tuyauterie acheminant les gaz vers la torchère peuvent fournir des données très précises sur les fuites de gaz.

L'ampleur d'une fuite dépend du système d'étanchéité, composé de nombreux éléments. La conception de ces systèmes est dictée par le gaz lui-même ; ainsi, les joints pour un gaz à grosse molécule, comme le méthane, sont plus faciles à réaliser que ceux pour l'hydrogène, la molécule la plus petite et la plus légère sur Terre. Burckhardt Compression possède une vaste expérience et un solide palmarès dans le domaine des gaz industriels et la conception de systèmes d'étanchéité robustes pour ces compresseurs.

Les compresseurs non lubrifiés présentent des défis considérables en matière d'étanchéité, mais Burckhardt Compression propose une gamme de solutions qui peuvent être mises en œuvre, en fonction de l'application.

Dans un cas précis, un client avait mesuré un taux de fuite de 7 Nm³/h sur un compresseur mono-étagé non lubrifié. Après analyse de la conception existante, la meilleure solution a consisté à remplacer les joints de piston à trois segments par un modèle à quatre segments, intégrant un segment de support, sans modifier les matériaux utilisés. Il en a résulté une réduction significative des fuites, à 1,2 Nm³/h en moyenne, même après 7 600 heures de fonctionnement.

Modélisation des solutions

Il est actuellement très difficile d'obtenir des données précises sur les fuites de gaz et de prédire avec exactitude les améliorations apportées par le remplacement de pièces, en se basant uniquement sur la modélisation. Ceci est dû en partie au grand nombre de facteurs influant sur les fuites des garnitures. Cependant, il est possible de démontrer une réduction des fuites et une fiabilité accrue grâce à des exemples concrets, et c'est dans ce domaine que Burckhardt Compression fait figure de pionnier.

Dans un cas précis, un compresseur fonctionnant à sec avec un mélange de 90 % d'hydrogène et 10 % de méthane présentait un taux de fuite très élevé, la garniture d'étanchéité n'atteignant pas la durée de vie minimale de 4 000 heures requise par le programme de maintenance. Burckhardt Compression a proposé une solution exclusive comprenant un ensemble d'anneaux multi-pièces en Persisto 850, développé par son équipe d'experts interne. Cette solution a permis de réduire considérablement les fuites de gaz et d'atteindre une durée de vie minimale de 8 000 heures.

Au cœur de toute solution performante se trouvent des années d'expérience et d'expertise, mises à profit pour le développement de nouveaux composants et l'amélioration des conceptions . Aujourd'hui, des outils d'analyse optimisent les performances de chaque compresseur grâce à un programme d'évaluation adaptable à chaque application.

Défis de l'industrie

Les objectifs mondiaux de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) et de l'empreinte carbone de l'industrie en général ont entraîné un renforcement de la législation, tant au niveau local qu'international. Le Partenariat mondial pour la réduction du torchage du gaz regroupe des compagnies pétrolières internationales, des gouvernements nationaux et régionaux, ainsi que des institutions internationales. Une initiative visant à éliminer le torchage de routine d'ici 2030 a été lancée par la Banque mondiale et les Nations Unies en 2015 et a reçu le soutien de plusieurs grandes entreprises énergétiques et gouvernements nationaux.

Concrètement, cela signifie que toute nouvelle installation doit éviter le torchage non urgent, tandis que les installations existantes doivent l'éliminer d'ici 2030. Concernant les compresseurs, la mise en œuvre de mesures visant à minimiser les émissions fugitives optimisera leurs performances et améliorera leur fiabilité et leur durabilité . Toutefois, il existe de nombreux modèles de compresseurs différents selon l'application et l'échelle du procédé de traitement du gaz, et ils peuvent être fournis par de nombreux fabricants d'équipement d'origine (OEM).

En général, lorsqu'on recherche une assistance technique, on s'adresse d'abord au fabricant d'origine (OEM). Les réponses peuvent varier selon l'âge du compresseur et la capacité du fabricant à assurer un support local. Burckhardt Compression bénéficie non seulement de plusieurs décennies d'expérience dans le domaine des compresseurs de nombreux fabricants d'origine , mais propose également une assistance sur site ainsi qu'un support personnalisé en direct grâce à un équipement de pointe.

Les données sont reines

Comme pour tout équipement essentiel, les données de processus sont indispensables pour établir les caractéristiques de fonctionnement importantes . La quantité d'informations disponibles sur les compresseurs de gaz varie considérablement selon l'opérateur.

Toutefois, lorsque les données disponibles sont limitées, des capteurs et des équipements d'enregistrement supplémentaires peuvent être installés temporairement dans le cadre de l'analyse des performances afin d'établir les conditions de fonctionnement actuelles. Par la suite, ces nouvelles données permettront de poursuivre l'enquête et d'assurer la continuité et l'efficacité des opérations.

Les données de processus sont essentielles pour identifier tout problème lié aux opérations existantes. Leur analyse permet de mettre en lumière des problèmes passés inaperçus et aggravés par le temps. Ces mêmes données peuvent également servir à comparer les périodes avant et après la mise en œuvre de modifications techniques, afin d'évaluer le degré d'amélioration.

Gérer le changement

L'établissement de données de référence pour un compresseur est la première étape pour identifier les problèmes. Cela permet de définir les objectifs du projet de modernisation et la meilleure façon de les atteindre. C'est particulièrement important pour les compresseurs industriels, conçus pour une durée de vie de plusieurs décennies. Cependant, au fil du temps, les applications peuvent évoluer, les paramètres de processus se modifier et l'infrastructure environnante être remplacée.

De plus, après des années de service, le rendement du compresseur diminuera en l'absence de mesures correctives majeures. Cela aura un impact direct sur l'efficacité énergétique et les coûts d'exploitation, mais sans une analyse approfondie des données de fonctionnement, ces informations précieuses risquent d'être perdues.

Une étude approfondie devrait mettre en évidence les points faibles, le potentiel d'économies d'énergie et la possibilité de réduire les émissions de gaz, ainsi que réaliser une analyse des processus afin d'identifier les éventuelles modifications à apporter aux systèmes d'étanchéité et de lubrification. Elle devrait tenir compte des objectifs de l'exploitant et formuler une proposition détaillée pour résoudre les problèmes. Chez Burckhardt Compression, tout cela est réalisé grâce au programme BC ACTIVATE .

Solutions sur mesure

Chaque application étant différente, il n'existe pas de solution unique applicable à tous les équipements. En évaluant chaque compresseur individuellement et en créant un ensemble d'améliorations sur mesure, il est possible d'optimiser les performances de cette machine.

Le programme BC ACTIVATE propose une évaluation structurée pour tout compresseur alternatif, utilisant des techniques de mesure avancées et l'analyse de données pour identifier les problèmes potentiels et améliorer l'efficacité, la fiabilité et la durabilité. L'expertise des fabricants d'équipement d'origine (OEM) et des décennies d'expérience ont été combinées pour offrir un processus d'évaluation complet qui révèle les dysfonctionnements, les fuites de gaz, les vibrations excessives et la consommation d'énergie.

L’analyse des données existantes, la réalisation d’une inspection approfondie et la collecte de données de processus supplémentaires permettent d’obtenir une vision complète de l’installation. Le programme BC ACTIVATE identifie les problèmes et propose une solution structurée et adaptée à l’application. Ces solutions peuvent aller de la mise à niveau des matériaux d’étanchéité à des ajustements d’alignement et de géométrie, en passant par des améliorations majeures du compresseur, notamment l’entraînement primaire et le remplacement des cylindres.

Les premiers résultats sont visibles, notamment la réduction des fuites de gaz , ce qui a un impact direct sur la durabilité et l'efficacité opérationnelle. À plus long terme, l'amélioration de la fiabilité et de l'efficacité énergétique se confirmera, permettant ainsi de réduire l'empreinte carbone et les coûts d'exploitation.

Perspectives d'avenir

Face à l'intérêt croissant des gouvernements nationaux pour le développement durable, il est fort probable que les opérateurs soient tenus de prouver les mesures mises en œuvre pour réduire leurs émissions. Comme évoqué précédemment, les données sont essentielles, et la capacité à mettre en évidence les améliorations, à démontrer une efficacité accrue et des performances optimisées sera primordiale.

L'avènement du métavers industriel , l'utilisation de technologies de communication et de procédés d'ingénierie de pointe offrent une formidable opportunité d'optimiser les performances des équipements. Le passage d'un modèle de maintenance préventive à un modèle prédictif favorisera également une plus grande durabilité et une durée de vie accrue.

Pour les équipements fabriqués il y a 20 ou 30 ans, l'utilisation de matériaux modernes et l'ajout de dispositifs de collecte de données offrent de nombreux avantages. Un niveau d'information plus élevé permet d'identifier et de résoudre rapidement tout problème, ce qui améliore la fiabilité et les performances globales.

Conclusions

L'importance accrue accordée au développement durable en entreprise oblige les sociétés à examiner chaque aspect de leurs opérations et à identifier les améliorations possibles. Réduire les émissions et les déchets, diminuer la consommation d'énergie et optimiser les performances des machines contribuent à l'objectif de minimiser l'empreinte carbone globale.

Pour remédier aux problèmes actuels et préparer l'adoption d'une nouvelle législation, il est bien plus rentable de prendre le temps de planifier et de mettre en œuvre correctement une série d'actions que de précipiter le processus pour respecter une échéance imminente. Une approche combinée visant à améliorer la fiabilité et la performance permet de réduire les coûts d'exploitation tout en soutenant les objectifs de développement durable.

L'introduction de nouveaux matériaux ou l'amélioration de la conception des composants peuvent prendre du temps, mais une planification rigoureuse et une vision globale du projet permettent de réaliser d'importantes économies et d'effectuer les travaux lors des arrêts programmés. Le choix d'un partenaire de maintenance possédant une expertise OEM et une expérience des compresseurs de toutes marques est une première étape essentielle. L'utilisation de technologies de pointe et de techniques d'analyse avancées permet d'élaborer des propositions détaillées pour un compresseur optimisé , contribuant ainsi au mieux à une durabilité accrue.