Système clé en main de silos en acier pour usine de charbon, destiné au stockage de matériaux en vrac
Système de manutention de matériaux en vrac pour une usine de charbon
Aperçu des informations générales
- Matériel stocké: Coke de pétrole calciné, coke de pétrole, matériaux à base de carbone, additifs à base de carbone, poudre de carbone industrielle
- Nombre de silos: 5 séries
- Type de silo: Silo industriel en spirale
- Dimensions du silo: Φ20 m × H16,643 m (5 ensembles)
- Diamètre du silo: 20 m
- Hauteur du silo: 16,643 m
- Capacité maximale d'un silo individuel: environ 5 200 à 5 300 m³
- Capacité totale de stockage: 26 130 m³
Configuration des applications et du système
Système de silos pour usine de carbone : en cours de réalisation
Stockage du noir de carbone – Phase de montage du silo en spirale
- Système de réception des matières premières: Fosses de chargement/déchargement et trémies de réception à contrôle des poussières pour les matériaux à base de carbone.
- Système de transport et de levage: Convoyeurs à bande robustes, élévateurs à godets et tours de transfert couvertes pour les matériaux carbonés.
- Système de stockage et de déchargement pour silos en acier: Mécanismes d'aide à l'écoulement et de déchargement par gravité contrôlée dans les grands silos.
- Système de contrôle des poussières et de protection de l'environnement: Filtres à manches, dépoussiéreurs de sommet de silo et conduites de transport étanches.
- Système d'alimentation et de distribution pour les processus industriels: Systèmes de dosage et de distribution à silos multiples destinés au traitement en aval du carbone.
Secteur d'activité et clientèle cible
- Secteurs d'activité concernés: Production de matériaux à base de carbone, traitement du coke de pétrole calciné, fabrication de carbone industriel, industrie du carbone métallurgique, stockage en vrac dans les usines de carbone
- Clients cibles: Usines de production de carbone, installations de traitement du coke de pétrole, producteurs de coke calciné, sociétés de négoce de matériaux carbonés, fournisseurs de matériaux pour anodes d'aluminium, terminaux de matières premières métallurgiques
Caractéristiques de stockage des matériaux à base de carbone
| Matériau | Densité apparente typique | Fluidité | Conditions de conservation |
|---|---|---|---|
| Coke de pétrole calciné | 0,75–1,05 t/m³ | Bien | Matériau carboné granulaire stable générant une quantité modérée de poussière. Doit être stocké dans un espace clos afin d'assurer un écoulement uniforme du matériau. |
| Coke de pétrole | 0,85–1,15 t/m³ | Bien | Matériau carboné brut présentant une large distribution de la teneur en humidité et de la taille des particules. Nécessite un stockage à l'abri de l'air et une stabilité du flux dans le système de transport. |
| Matériaux à base de carbone | 0,70–1,20 t/m³ | Moyen | Matériaux carbonés en vrac présentant une large distribution granulométrique. La conception des silos doit tenir compte des problèmes de ségrégation et de la flexibilité de déchargement. |
| Additifs à base de carbone | 0,70–1,00 t/m³ | Moyen | Matériau carboné fin. La ségrégation et la formation de poussière sont maîtrisées grâce à un système de stockage fermé et à un système de dosage précis. |
| Poudre de carbone industrielle | 0,60–0,95 t/m³ | Juste | Matériau carboné fin, très cohésif et présentant une forte tendance à la formation de ponts. Nécessite des systèmes avancés d'assistance à l'écoulement et une filtration des poussières à haut rendement. |
Principes de conception technique des systèmes de silos de stockage de matériaux carbonés
Dans le cadre d'un projet d'usine sidérurgique comprenant une usine de production de carbone, la gamme de densité apparente La densité des matériaux à stocker se situe entre 0,45 et 1,1 t/m³ pour le coke calciné et le noir de carbone. Ces densités ont une incidence sur hypothèses relatives à la charge nominale des silos. Les coefficients de pression latérale, qui dépendent des densités susmentionnées, se situent généralement entre 0,35 et 0,55, conformément à l'Eurocode EN 1991-4 relatif aux silos.
Dans la pratique de la mise en œuvre des contrats EPC, un silo en acier assemblé par boulons Cette configuration est souvent choisie pour assurer un équilibre entre vitesse de montage rapide avec des tolérances de fabrication maîtrisées dans les systèmes de stockage des matières premières de carbone. Lors de la conception d’un système de silos pour une usine de carbone, les ingénieurs sont confrontés au défi de maintenir un processus de production ininterrompu, ce qui se traduit par un taux d’utilisation élevé des équipements de production (85 – 95%). Il en résulte des capacités de stockage tampons limitées (24 à 72 heures) selon la taille de l'usine. Le système de silos constitue donc une interface de découplage critique entre les processus en amont et en aval que sont la calcination et le formage.
Du point de vue de la réalisation d’un projet, la mise en œuvre d’un silo de stockage de matériaux carbonés nécessite l’intégration de la conception structurelle, mécanique et des procédés. Le délai de réalisation habituel pour les silos industriels en acier est de 8 à 14 mois, ce qui inclut la fabrication, les travaux de génie civil et la mise en service. Dans les usines métallurgiques, une fiabilité du système de manutention supérieure à 98% est la norme pour éviter les perturbations du processus. Dans les processus industriels d’approvisionnement et d’achat, le choix d’un fournisseur qualifié usine de silos industriels en acier constitue un facteur déterminant pour le contrôle de la qualité de fabrication et la stabilité à long terme des performances structurelles.
Méthodes de conception technique pour la prévention du colmatage et le déchargement en continu dans les silos de coke calciné
Le déchargement en continu dans un système de silos de stockage de coke calciné nécessite généralement que le système soit conçu pour conditions de débit massique dans lequel, dans l'idéal, 95% du matériau contenu dans les silos est en mouvement et il n'y a pas de zones de stagnation dans le système. À cette fin, les angles d'inclinaison des trémies, qui se situent généralement entre 60 et 70 degrés pour les matériaux d'origine carbonée, doivent être contrôlés avec une grande précision afin de surmonter les frottements internes et de permettre au matériau de s'écouler sous l'effet de la gravité.
Un système de stockage de poudre de carbone doit également être conçu de manière à pouvoir accueillir des particules fines dont la taille moyenne est inférieure à 75 microns. Ces particules de très petite taille génèrent des forces de cohésion très importantes et, dans ces conditions, les coefficients de frottement sur les parois, qui dépendent de l’état de surface de l’acier, peuvent varier de 0,35 à 0,65 et influencer la probabilité de formation d’un arc ainsi que la fiabilité de l’écoulement.
Construction d'un système de silos de stockage de coke calciné
Solution EPC pour silo de stockage de matériaux à base de carbone
Pour les opérations à grande échelle, un système de silos à déchargement continu est conçu pour des débits compris entre 50 et 500 tonnes par heure et est destiné à fonctionner en association avec des équipements en aval, tels que des alimentateurs à vis ou des systèmes de transport pneumatique. Cette conception réduit considérablement les pics de charge dans le système, jusqu’à 30% par rapport à un système à déchargement par lots.
Dans les projets intégrés de manutention en vrac, un fournisseur de silos en acier pour coke de pétrole Cette solution est souvent utilisée pour garantir un stockage stable et un déversement contrôlé des matériaux carbonés fins dans des conditions variables d'humidité et de compactage.
Résistance à l'écoulement et contrôle du frottement sur les parois de la poudre de carbone à haute densité
Lorsque la densité apparente des poudres de carbone à haute densité varie entre 0,6 et 1,2 t/m³ en raison de variations du compactage et de la teneur en humidité (qui doit être maintenue en dessous de 2%), le comportement à l'écoulement de ces poudres devient très imprévisible. Ces fluctuations peuvent entraîner une augmentation de 20 à 40% de la résistance au cisaillement interne de la poudre lorsque la pression de stockage dépasse 50 kPa.
Dans les systèmes industriels avancés, un Application de stockage de matériaux dans un silo en spirale est de plus en plus utilisé pour améliorer l'uniformité du débit et réduire les zones mortes dans les systèmes de traitement du charbon à grand débit.
Dans la conception de silos en acier de grand diamètre, le mécanisme de contrôle du frottement contre la paroi revêt une importance capitale, car le frottement sur les parois peut représenter 60% de la résistance totale à l'écoulement. Une méthode couramment utilisée pour améliorer la fluidité consiste à réduire la rugosité de surface à une valeur inférieure à Ra 3,2 μm.
- Optimisation des traitements de surface des murs: Permet de réduire le coefficient de frottement de 15 à 25 % grâce à des revêtements ou au polissage.
- Réglage de l'angle de la trémie: L'angle recommandé pour les matériaux en carbone se situe entre 60 et 70 degrés afin d'assurer un débit massique stable.
- Réduction des obstructions de l'écoulement: Réduit la formation de voûtes et de ponts en contrôlant la répartition des contraintes internes.
La formation d'arcs et de ponts se produit lorsque les forces de cohésion internes dépassent les forces gravitationnelles ; ce phénomène est observable lorsque la cohésion des particules est supérieure à 1,5 kPa. Dans le cas des silos industriels de charbon, une mauvaise gestion de la formation d'arcs et de ponts peut réduire la section effective de déchargement jusqu'à 70 %.
| Paramètre de conception | Plage typique | Impact de l'ingénierie |
|---|---|---|
| Densité apparente | 0,45–1,2 t/m³ | Détermine les charges structurelles de référence |
| Angle de la trémie | 55–70° | Assure la stabilité du débit massique |
| Coefficient de frottement sur la paroi | 0.30–0.65 | Influence la résistance à la décharge |
| Taille des particules | 10 à 200 μm | Influence le comportement de cohésion |
| Pression de stockage | 20 à 80 kPa | Conséquences sur le renforcement structurel |
En gérant de manière adéquate les mécanismes de résistance au flux de matière, il est possible d'augmenter le rendement de déchargement de 20 à 35 %. Cela vaut tout particulièrement pour les usines de charbon dont la capacité de production est supérieure à 300 000 tonnes par an.
Maîtrise des émissions de poussière et intégration des principes de conception des systèmes à dépression
Les systèmes modernes de silos de contrôle des poussières utilisés dans les usines de noir de carbone visent à maintenir la concentration des émissions de poussières bien en dessous de 10 mg/Nm³. Cette réglementation est importante car elle s'aligne sur les normes industrielles de qualité de l'air, les meilleures techniques disponibles (MTD) de l'Union européenne et les réglementations régionales similaires. Cela est particulièrement vrai pour le noir de carbone en raison de la finesse de ses particules.
Projet de silo en acier pour une usine de production de carbone
Un système de dépression destiné au contrôle des poussières maintient la pression interne du silo entre -50 et -150 Pa afin d'empêcher les poussières de s'échapper lors du remplissage et de la vidange du silo. Ce système est souvent associé à des filtres à manches à jet pulsé offrant une efficacité de filtration de 99,91 %.
Les systèmes de dépoussiérage bien conçus atteignent des rendements de captage compris entre 98% et 99,5%, ce qui réduit le risque de non-conformité aux réglementations et améliore la sécurité sur le lieu de travail.
- Conception de l'équilibre des flux d'air – maintient une dépression stable pendant les cycles de remplissage et de vidange.
- Intégration d'une unité de filtration – garantit un rendement de 99,91 TP6T pour les particules de 10 microns et moins.
- Zonage pour le confinement des émissions – permet de distinguer les zones à forte concentration de poussière de celles à faible concentration afin d'améliorer l'efficacité du contrôle.
Les systèmes de ventilation industrielle fonctionnent en dépression et nécessitent généralement un débit d'air compris entre 1,2 et 1,8 m³/h par m² de surface de silo pour assurer un confinement stable. Plusieurs systèmes d'alimentation par silos sont utilisés pour garantir une production continue et stable lors de la production de carbone à grande échelle. Ces systèmes utilisent généralement entre 3 et 8 silos en parallèle afin d'assurer un équilibrage redondant du flux de matière.
L'adaptation des rythmes du système peut réduire l'impact des pics de charge sur la contrainte subie par le système, qui se situe généralement entre 20 et 60 tonnes/heure par four. La fiabilité pour un fonctionnement en continu d’un silo à déchargement continu est généralement conçue pour une disponibilité de 96 à 99%, en fonction du niveau d’automatisation et de la conception de la redondance intégrée.
- Stratégie de contrôle du séquencement des silos – assure des cycles de décharge alternés pour un débit continu.
- Conception de l'équilibrage de charge – garantit une répartition homogène des matériaux entre plusieurs unités de stockage.
- Logique de synchronisation du rythme de production: Adapte le débit du silo pour répondre aux besoins des processus en aval.
Il a été démontré que l'utilisation de plusieurs systèmes de silos dans les usines de traitement du carbone permettait de réduire les fluctuations de charge de pointe subies par les équipements en aval de 15% à 30%, tout en prolongeant considérablement la durée de vie opérationnelle de ces équipements et en réduisant leurs besoins en maintenance.
Configuration structurelle et limites techniques des silos en acier de grand diamètre destinés à l'industrie du charbon
La conception des grands silos en acier destinés à l'industrie du charbon doit tenir compte des effets de charge excentrique, ce qui peut entraîner une augmentation des contraintes locales dans les parois de 20% à 35% par rapport à une charge symétrique, dans les silos d'un diamètre supérieur à 15 m.
Le système intégré de manutention des matériaux en vrac associé aux silos en acier doit tenir compte des charges dynamiques survenant lors du remplissage des silos. D’après la théorie de la pression dans les silos de Janssen, les charges dynamiques pendant le remplissage peuvent atteindre 1,3 à 1,5 fois la valeur de la pression statique du silo. Ces charges influencent la conception de l’enveloppe du silo en acier en termes d’épaisseur et d’espacement des éléments de raidissement.
En règle générale, la capacité des silos en acier utilisés dans l'industrie du charbon varie entre 500 m³ et plus de 20 000 m³, ce qui nécessite de trouver un équilibre optimal entre le coût de la structure et la flexibilité des opérations.
Défis liés à l'optimisation de la conception des trémies et à la répartition des charges structurelles dans les silos
La conception des silos destinés à l'industrie du carbone se heurte à un degré élevé de non-linéarité dans la répartition des charges, dû à la ségrégation des particules et à l'état variable du tassement. En effet, les contraintes verticales n'augmentent pas de manière linéaire avec la hauteur, mais ont tendance à se stabiliser à une profondeur donnée, qui peut se situer entre 5 et 8 mètres selon les caractéristiques du matériau.
Le déchargement de matériaux en vrac au niveau de la sortie d'une trémie peut poser problème en raison de risques d'obstruction. Afin de réduire ce risque, le diamètre des sorties de trémie est généralement conçu pour se situer entre 0,5 et 1,2 mètre dans les systèmes industriels à charbon.
- Conception de la redistribution des charges: Réduit les contraintes localisées de 10 à 20 %.
- Étalonnage de la géométrie de la sortie: Assure un débit constant, quelle que soit la densité du matériau.
- Stratégie de répartition de charge de la fondation: Permet de maintenir le risque de tassement différentiel en dessous de 5 mm.
Des systèmes bien conçus permettront de maintenir la fiabilité du déchargement par gravité à plus de 95% du temps. Ce taux tombera en dessous de 80% si les angles de la trémie et le dimensionnement de la sortie n’ont pas été correctement étudiés. Les fondations devront supporter des charges totales du silo comprises entre 10 000 et 25 000 kN. Cela dépend du volume de matière stockée et de la densité de celle-ci.
Pratiques d'ingénierie pour un fonctionnement stable des systèmes de stockage dans l'industrie du carbone
Système de stockage de poudre de carbone
La réussite d'un projet de silo « clé en main » destiné à une usine de production de carbone nécessite une intégration parfaite des flux de matériaux et la coordination des processus dans le cadre de systèmes automatisés. Dans la plupart des environnements industriels, le débit de l'ensemble de l'usine peut être amélioré de 10 à 18% et les temps d'arrêt réduits de 20 à 30%.
La stratégie optimale pour un système de stockage dans une usine de charbon implique souvent de réaliser des essais de débit, des mesures de frottement sur les parois et des évaluations du profil de déchargement, afin de garantir la fiabilité à long terme. Cela revêt une importance cruciale lorsqu'il s'agit de matériaux présentant une densité apparente et un taux d'humidité variables.
La stabilité du déchargement d'un silo repose sur une conception technique globale et une gestion opérationnelle rigoureuse.
