Les systèmes de ventilation de carter capturent les émissions dangereuses de blow-by (brouillard d'huile et particules) rejetées par les carters des moteurs alternatifs et des groupes électrogènes, qu'ils soient marins ou fixes. Ces systèmes de ventilation de carter favorisent le respect et la gestion de l'environnement en protégeant les opérateurs ainsi que l'air, les cours d'eau et les sols environnants. La filtration à haute efficacité des systèmes de ventilation du carter protège le turbocompresseur, le refroidisseur et le catalyseur d'échappement du moteur contre la contamination. Il en résulte une optimisation des performances du moteur et une réduction des réparations coûteuses pour les opérateurs. Les systèmes de ventilation, qu'ils soient ouverts ou fermés, régulent la dépression/pression du carter par le biais de commandes manuelles ou automatiques afin d'éviter les fuites et les pertes d'huile par les joints d'étanchéité du moteur.
Les systèmes de ventilation de carter présentent d'énormes avantages environnementaux, financiers et opérationnels pour toute une série d'applications et de marchés, notamment la production d'énergie stationnaire (en continu et en attente) pour les moteurs à gaz naturel et diesel, l'entraînement mécanique, la propulsion marine, la cogénération et la transformation du biogaz en énergie.
Pour tout moteur, les critères de conception les plus critiques sont les suivants :
- Ventilation du flux de gaz d'échappement du moteur usé
- Vide ou pression requis dans le carter
- L'aspiration disponible du turbocompresseur et la pression différentielle dans le filtre à air du moteur.
Cependant, chaque application présente des défis qui lui sont propres. Cet article traite des solutions de ventilation de carter en rapport avec les défis uniques que posent diverses applications et industries.
Globalement, les normes environnementales pour les moteurs alternatifs et les groupes électrogènes deviennent de plus en plus strictes dans toutes les régions du monde. Aux États-Unis, le système d'évaluation TIER et la norme d'émission RICE NESHAP (Reciprocating Internal Combustion Engine National Emissions Standards for Hazardous Air Pollutants) sont deux excellents exemples de législation visant à réduire l'impact environnemental des moteurs fonctionnant au gaz naturel et au diesel. En Europe, la norme STAGE V est la principale norme applicable aux moteurs stationnaires, qui régit les émissions des groupes électrogènes et des moteurs à entraînement mécanique. Les émissions totales du moteur ne doivent pas dépasser certains niveaux pour obtenir la certification, et les émissions de gaz de carter peuvent représenter un pourcentage important du total (~25%). Sans un système efficace de ventilation du carter pour capter la pollution, les moteurs ne répondront pas aux normes les plus récentes, ce qui aura un impact sur la viabilité commerciale.
Système de ventilation de carter fermé monté sur un groupe électrogène diesel dans un centre de données pour empêcher les émissions huileuses de contaminer l'environnement de haute technologie environnant.
Outre la législation, les politiques en matière de santé, de sécurité et d'environnement des centrales électriques et des producteurs d'énergie stimulent la demande de modernisation et d'amélioration des systèmes de ventilation de carter. Avec une large base installée de groupes électrogènes au diesel et au gaz naturel, de nombreuses usines sont confrontées aux problématiques des émissions de carter d'huile ventilé. La tendance pour les opérateurs est de réduire ces émissions afin de protéger le personnel de l'usine, l'environnement et l'équipement.
Un système de ventilation du carter à haut rendement est le meilleur moyen de protéger le système d'admission, le turbocompresseur et le catalyseur d'échappement d'un moteur tout en évitant les émissions atmosphériques dangereuses. De grandes marques mondiales telles que Caterpillar, Cummins, Hyundai, Jenbacher, Kawasaki, Mitsubishi, Wartsila, Waukesha, etc. sont utilisées à la fois en service continu et en mode stand-by. Pour les groupes électrogènes à fonctionnement continu et les moteurs à entraînement mécanique, des systèmes de ventilation de carter ouverts assistés par dépression sont généralement utilisés pour capturer les émissions huileuses et évacuer l'air propre dans l'atmosphère. Comme les émissions polluantes ne sont généralement pas réacheminées par l'admission du moteur, il en résulte une optimisation des performances du moteur et une réduction des réparations coûteuses en raison d'une combustion plus propre. Cependant, avec un évent ouvert dans l'atmosphère, il est important que les opérateurs capturent les émissions de brouillard d'huile et de particules pour protéger l'environnement et le personnel de l'usine.
Système de ventilation de carter ouvert assisté par le vide installé sur un groupe électrogène à gaz naturel en service continu dans une centrale électrique universitaire.
Pour être efficaces, les systèmes de ventilation assistée par dépression doivent être dimensionnés en fonction du débit de blow-by du moteur usé. Un système complet comprend un filtre à haute efficacité, une source de vide intégrée avec moteur électrique, ainsi que les tuyauteries et vannes associées pour réguler le vide ou la pression dans le carter. Le niveau de vide/pression du carter est déterminé par la marque et le modèle du moteur. A titre d'exemple, voir les modèles SME ou BAE Solberg qui sont conçus pour répondre à des besoins spécifiques.
Pour les applications d'alimentation diesel de secours telles que les centres de données, les hôpitaux et les universités, les systèmes de ventilation de carter fermés sont les plus courants. Ces moteurs s'appuient sur l'aspiration/le vide du turbocompresseur/de l'admission du moteur pour aspirer les émissions du carter et les faire passer à travers le filtre à haute efficacité. Bien que les heures de fonctionnement de ces groupes électrogènes soient limitées, l'efficacité des émissions est essentielle pour éviter la contamination en aval du turbocompresseur et du système d'admission du moteur. Toute émission de gaz de carter non traitée migre dans le moteur et a un impact négatif sur les émissions totales de gaz d'échappement du moteur. En outre, compte tenu des environnements d'installation sensibles et propres, le contrôle des émissions est essentiel.
Un système de ventilation de carter, tel que la série ACV Solberg, est un système de ventilation de carter fermé qui est dimensionné en fonction du débit de blow-by du moteur usé. Ce modèle utilise le vide/l'aspiration de l'admission du moteur et du turbocompresseur pour aspirer les émissions de brouillard d'huile à travers le filtre coalescent à haute efficacité. Une vanne à membrane intégrée contrôle le niveau de vide du côté du carter du filtre pour répondre aux exigences du fabricant du moteur.
Qu'il s'agisse d'un système de ventilation de carter ouvert ou fermé, les filtres coalescents à huile internes Solberg ont une efficacité de 99,97 % à 0,3 micron. Tous deux capturent les brouillards d'huile et les particules en suspension afin d'assurer un niveau élevé de protection du moteur et de l'environnement.
Les moteurs fixes alimentés au gaz naturel et au diesel sont également utilisés pour faire fonctionner des équipements mécaniques tels que les compresseurs de gaz et les pompes de transfert de liquide. Ces applications sont généralement en service continu car elles desservent des gazoducs, des usines de traitement de l'eau et d'autres process critiques. Les moteurs sont souvent soumis à la même législation que ceux utilisés pour la production d'électricité ; en outre, les exploitants de moteurs sont souvent soucieux de protéger la santé et la sécurité de leurs employés ainsi que l'environnement. Compte tenu de la nature continue et du caractère critique de ces applications, les performances et la fiabilité du moteur sont primordiales.
Système de ventilation de carter ouvert assisté par le vide installé pour éliminer les émissions de brouillard d'huile d'un moteur à gaz naturel à entraînement mécanique.
C'est pourquoi les systèmes de ventilation de carter à haut rendement sont importants pour la protection des opérateurs, de l'environnement et du moteur lui-même. Les systèmes Solberg à aspiration assistée (séries BAE et SME) et à carter fermé (série ACV) sont utilisés pour capter les émissions huileuses du carter tout en maintenant le vide ou la pression requis dans le carter.
La sécurité, le temps de fonctionnement et la réduction de la maintenance sont des objectifs primordiaux pour les exploitants de moteurs marins. Les applications maritimes essentielles comprennent la propulsion et l'alimentation électrique des navires militaires, des remorqueurs, des pétroliers, des dragueurs, des navires de croisière, etc. Compte tenu de la nature confinée de l'équipage et des passagers, le contrôle des émissions est essentiel. Les émissions du carter étant principalement constituées de brouillard d'huile, elles constituent un risque respiratoire et de glissade sur les ponts des navires. Une fois sur le pont ou la structure du navire, les hydrocarbures causent des dommages à l'environnement en se déversant dans les cours d'eau environnants.
Une solution viable pour relever les défis des applications marines consiste à utiliser un système de ventilation de carter ouvert assisté par le vide, tel que la série BAE de Solberg. Du point de vue des émissions, ces systèmes comprennent des filtres coalescents d'une efficacité de 99,97 % pour les brouillards d'huile et les particules de 0,3 micron. L'élément filtrant coalescent contribue à la propreté de l'air respiré à bord du navire et empêche la contamination par brouillard huileux sur le pont et dans les cours d'eau environnants.
Des systèmes de ventilation de carter ouverts et assistés par le vide sont installés sur des moteurs diesel (navire de recherche marine) pour capter les émissions huileuses dangereuses.
Les marques de moteurs marins telles que Caterpillar, Daihatsu, Hyundai, MaK, Man Diesel, Niigata et Wartsila sont couramment utilisées dans les applications les plus rigoureuses. L'une des caractéristiques de la plupart des moteurs diesel marins est qu'ils fonctionnent idéalement sous une pression atmosphérique ou légèrement positive du carter. Un système de ventilation de carter ouvert de type recirculation comprend une tuyauterie intégrée pour maintenir automatiquement la pression naturelle du carter d'un moteur et élimine le besoin de réglages manuels ou de commandes électroniques coûteuses. Voir des exemples de ce style avec les séries BAE et SME Solberg. La configuration unique de la tuyauterie de "recirculation" permet non seulement de maintenir la pression naturelle du carter, mais aussi d'assurer une décharge naturelle de la pression en cas de colmatage complet de l'élément filtrant interne ou de défaillance de la source de vide. Ces fonctions d'autorégulation permettent à l'équipage du navire de se concentrer sur les tâches essentielles du navire.
Les installations nouvelles ou rénovées nécessitent la prise en compte de plusieurs facteurs afin de garantir des performances optimales :
- Tuyauterie de mise à l'air libre : Nous recommandons de maintenir le diamètre du tuyau d'évent vers et depuis le système de ventilation du carter tout en évitant les points bas et les pièges afin d'empêcher l'accumulation d'huile.
- Conduites de vidange/tuyauterie : Pendant le fonctionnement, l'huile coalesce et s'accumule dans le filtre de ventilation du carter et doit être vidangée en permanence. Nous recommandons que la conduite de vidange raccordée soit immergée sous le niveau bas de l'huile dans le carter d'huile ou le conteneur d'huile usagée. La destination de l'huile dépend de la recommandation du fabricant du moteur. Si la vidange n'est pas effectuée correctement, l'huile contournera le filtre et le brouillard sera évacué soit dans l'atmosphère (configuration de carter ouvert), soit dans le système d'admission du moteur (configuration de carter fermé).
- Hauteur de montage : Étant donné que le système de ventilation du carter est généralement sous vide et qu'une conduite de vidange est raccordée, la hauteur de montage est essentielle pour assurer une vidange correcte et éviter les dérivations d'huile. L'équipe d'ingénieurs de Solberg recommandera la hauteur de montage minimale idéale lors des discussions techniques avec nos clients.
Qu'il s'agisse d'une application d'énergie stationnaire, d'entraînement mécanique ou d'énergie marine, les défis pour les opérateurs sont similaires : Contrôle des émissions et performances du moteur. Un système de ventilation de carter adapté permet aux opérateurs de relever ces défis. La vaste expérience de Solberg sur le terrain avec les clients et les prospects s'est traduite par une vaste base de connaissances que nous partageons continuellement avec le marché. Notre mission est d'être la ressource principale pour le marché de la production d'énergie en offrant des systèmes de ventilation de carter de haute performance. Les conceptions de systèmes, les connaissances techniques et l'expérience sur le terrain de Solberg aboutiront à la meilleure solution pour votre application.
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