Conception d'un système de captage des gaz d'échappement pour les sources de COV

Un système de captage des effluents gazeux pour les sources de COV capte les vapeurs de solvants au niveau de la cabine, de la zone de désolvatation ou du four, les transporte dans des gaines à un débit contrôlé et les dirige vers une unité de traitement, telle qu’un adsorbeur à charbon actif. Le dimensionnement dépend du débit d’air capté et de la charge en solvants, et non de la seule taille de la cabine.

Ce qui se trouve entre la cabine de peinture et la cheminée
Un système de captage et de collecte des effluents gazeux forme une chaîne, et chaque maillon transmet ses données au suivant :

• Dispositif de captage : la cabine, l’enceinte, la hotte ou l’orifice d’évacuation du four. Il s’agit du collecteur de gaz d’échappement au sens strict, la partie située à la source.
• Conduits et registres : ils acheminent le flux d'effluents gazeux et l'équilibrent entre les branches.
• Prétraitement : filtration des particules ou des brouillards, et refroidissement lorsque le flux est chaud.
• Ventilateur(s) : ils déterminent le débit réel au niveau du dispositif de captage.
• Adsorbeur : l’étage à charbon actif qui élimine les vapeurs de solvant.
• Surveillance et cheminée : les capteurs indiquant le bon fonctionnement de l'adsorbeur, et le point d'évacuation de l'air traité.

Une erreur au niveau du premier maillon, comme aspirer plus d'air que nécessaire pour le procédé, se traduit plus loin par un adsorbeur plus grand, un ventilateur plus puissant et une durée de vie du charbon réduite. Ce guide suit cette chaîne dans l'ordre et s'arrête là où sont prises les décisions de dimensionnement.

Quatre points d'émission sur une ligne d'application de peinture pour pièces automobiles

HAC de Senserui  répertorie ces quatre types de procédés parmi ses applications typiques, aux côtés des procédés chimiques et pharmaceutiques.

Déterminer le débit de captage avant de choisir le moindre équipement

Le débit de captage dépend de la géométrie de l’ouverture et du mouvement d’air entrant nécessaire au procédé pour retenir les vapeurs. Il ne dépend pas de l’adsorbeur. Si le débit d’extraction est trop faible, le solvant s’échappe dans l’atelier. S’il est trop élevé, la même masse de solvant est diluée dans un volume d’air plus important, ce qui nécessite un adsorbeur plus grand, augmente la consommation d’énergie du ventilateur et réduit la concentration à l’entrée du lit de charbon.
Pour déterminer le débit de dimensionnement :

1. Répertoriez chaque point d’émission avec ses heures de fonctionnement et indiquez ceux qui fonctionnent en même temps.
2. Pour chaque point, calculez le débit de captage à partir de la surface ouverte ou de la géométrie de l’enceinte, ainsi que de la vitesse d’entrée exigée par votre procédé ou votre spécification EHS.
3. Additionnez les débits des sources fonctionnant simultanément. Lorsque les sources alternent, retenez le cas d'exploitation le plus contraignant plutôt que la somme.
4. Tracez le réseau de gaines et calculez la perte de charge jusqu'à la branche la plus éloignée.
5. Équilibrez les branches à l'aide de registres lors de la mise en service et conservez les mesures comme référence.
6. Comparez le total au débit d'air nominal indiqué sur le devis de l'adsorbeur.

Du débit d'air et de la concentration à la charge de charbon actif

La masse de solvant entrant dans l’adsorbeur chaque heure est :
Débit massique de solvant (kg/h) = débit d'air (m³/h) × concentration (mg/m³) ÷ 1 000 000
Calcul illustratif avec des valeurs hypothétiques, et non une spécification Senserui : 20 000 m³/h à 50 mg/m³ fournissent 1 kg de COV par heure, soit 8 kg sur un poste de huit heures.
Le nombre d’heures avant saturation du charbon se calcule ensuite comme suit :
Heures = masse de charbon (kg) × capacité utile (kg de COV par kg de charbon) ÷ débit massique de solvant (kg/h)

La capacité utile n’est pas une valeur unique pour le « charbon actif ». Elle provient des données du fournisseur de charbon pour votre solvant spécifique, à votre température et à votre humidité, et un mélange de plusieurs solvants doit être évalué espèce par espèce.
Deux conséquences en découlent. Premièrement, doubler le débit d'air alors que la masse de solvant reste identique ne double pas la consommation de charbon. Cela surdimensionne l'adsorbeur et le ventilateur, et réduit la concentration à l'entrée, ce qui abaisse généralement la capacité utile atteignable par le charbon. Deuxièmement, la saturation constitue la limite supérieure de l'intervalle, non la cible. Le solvant commence à apparaître à la sortie dès que le front de la zone d'adsorption atteint l'extrémité du lit, avant même que l'ensemble du lit ne soit saturé. L'intervalle de remplacement est donc déterminé par le perçage.

Protéger le carbone des brouillards, de la chaleur et de l’humidité

Le brouillard de pulvérisation atteignant le charbon actif recouvre sa surface et obstrue ses pores, ce qui entraîne une perte de charge accrue et une baisse de capacité. C'est pourquoi un étage de filtration doit être installé en amont de l'adsorbeur, avec son propre capteur de pression. La chaleur nuit également à l'adsorption : plus le gaz est chaud, moins le charbon retient de solvant ; les effluents du four doivent donc être conditionnés avant de pénétrer dans le lit. Dans certaines conditions, l'humidité entre en compétition avec le solvant pour occuper les sites d'adsorption, ce qui s'avère particulièrement critique dans les climats humides ou lorsque des effluents de revêtements en phase aqueuse se mélangent aux rejets.
Senserui indique que le système HAC est équipé d’une surveillance de la pression différentielle. La page du produit ne précise pas où se situe l’étage de préfiltration dans une configuration HAC-M ; faites-le donc confirmer dans le devis.

HAC / HAC-M : ce que Senserui a publié

Le système modulaire HAC / HAC-M de Senserui Système de traitement des gaz résiduaires est une unité d'adsorption sur charbon actif. Ce tableau distingue ce qui figure sur la page produit de ce que vous devez encore demander.

L'indice d'iode mesure le développement de la microporosité du charbon. C'est un indicateur de qualité, pas une garantie de capacité pour un solvant donné ; ainsi, une valeur brute ne permet pas de savoir combien de temps durera une charge. Le charbon en nid d'abeilles est généralement retenu pour limiter la résistance à l'écoulement. La perte de charge du système HAC n'étant pas publiée, référez-vous au devis pour connaître la puissance du ventilateur correspondant à votre débit.
Par rapport aux ensembles d'adsorption classiques à ventilateur unique, une configuration modulaire à plusieurs ventilateurs permet à plusieurs ventilateurs plus petits de se répartir le flux d'air. Senserui décrit ce fonctionnement comme adapté à la demande pour la gestion de l'énergie au sein de ses systèmes. Les chiffres de consommation d'énergie spécifiques au HAC ne sont pas publiés.

Deux alarmes qui se ressemblent : pression et percée

La pression différentielle mesure la résistance à l'écoulement. Elle augmente lorsque le brouillard, la poussière ou les condensats colmatent le média, sans rien indiquer sur la capacité d'adsorption résiduelle du charbon. Un détecteur de perçage surveille la sortie de solvant après le lit de charbon. Ces deux signaux répondent à des questions différentes : leur analyse conjointe permet de distinguer un problème de maintenance d'une saturation de capacité.

Un lit saturé peut présenter une faible perte de charge, c'est pourquoi un lit peut sembler en bon état d'après la seule pression alors que le solvant le traverse.
Pour déterminer l'intervalle de remplacement à partir de mesures plutôt que du calendrier :

1. Lors de la mise en service, consignez les bases de dimensionnement (débit, concentration, heures de fonctionnement) ainsi que la perte de charge initiale avec du charbon propre et un préfiltre propre.
2. Suivez l'évolution du signal de percement chaque semaine, ou via l'option IoT si elle est installée, au lieu d'attendre l'alarme.
3. Comparez la consommation réelle de solvant d’après les registres d’achat ou d’utilisation avec la charge calculée. Un écart signifie que la base de dimensionnement était erronée.
4. Commandez les cassettes de rechange dès que la tendance indique l'imminence d'un perçage, en tenant compte des délais de livraison.
5. Revoyez la base de dimensionnement après tout changement de revêtement, de solvant ou de vitesse de ligne.

Comparaison des configurations de captage

Traiter l'air ambiant par adsorption est généralement peu pratique en raison du volume important et de la faible concentration. Équiper d'une hotte le point d'émission demande plus d'efforts de conception mais permet de réduire le dimensionnement de tous les équipements en aval.

Les points forts de l'adsorption sur charbon actif et ses limites

L'adsorption sur charbon actif convient bien aux flux tels que les rejets de cabine : volume important, concentration en solvant faible à modérée, aucun combustible ni flamme requis. La conception à cassettes limite la maintenance au simple remplacement des modules de charbon plutôt qu'à la réfection complète du lit.
Les limites déterminent plus souvent les projets que les atouts. Le carbone est un consommable ; son coût récurrent est donc proportionnel à la masse de solvant plutôt qu’au débit d’air, et un flux à forte concentration, tel que l’échappement d’un four, peut fortement raccourcir les intervalles de remplacement. L’adsorption transfère le solvant de l’air vers le carbone ; elle ne le détruit pas, de sorte que le carbone usagé devient un flux de déchets à gérer conformément aux réglementations locales. Les flux chauds ou humides nécessitent un conditionnement avant d’atteindre le lit. Pour une ligne dominée par la charge des fours de cuisson, l’étape de conception doit vérifier si l’ensemble de ce débit doit passer sur du carbone.

Tarifs et éléments à fournir pour un devis

Prix : disponible sur demande, selon la configuration du système et les exigences du projet.
La configuration dépend du débit d’air et de la concentration en COV ; les informations suivantes sont donc nécessaires pour établir le devis :

1. Débit d'air par point d'émission et points fonctionnant simultanément
2. Liste des solvants et consommation horaire, d'après les fiches de données de sécurité et les registres d'achats
3. Température et humidité en entrée d'adsorbeur
4. Présence éventuelle de brouillard de pulvérisation dans le conduit
5. Heures de fonctionnement et organisation des postes
6. Plan du réseau de gaines avec les longueurs approximatives des tronçons
7. Valeurs limites d'émission locales et éventuelles obligations de surveillance ou de déclaration

FAQ

 Quelle est la différence entre un dispositif de captage des gaz d'échappement et une unité de traitement ?

Le collecteur est le dispositif de captage à la source : une cabine, une hotte ou un orifice d’évacuation de four. L’unité de traitement, telle qu’un adsorbeur à charbon actif, se situe en aval et élimine les COV du flux capté. Des erreurs dans la conception du collecteur modifient ce que reçoit l’unité de traitement.

 Comment le débit d'effluents gazeux est-il déterminé ?

Par point d'émission, à partir de la géométrie des ouvertures et de la vitesse d'aspiration requise par votre procédé. Les débits des sources fonctionnant simultanément s'additionnent, et le total est vérifié par rapport au débit d'air nominal de l'adsorbeur.

 À quelle fréquence le charbon actif doit-il être remplacé ?

Il n'existe pas d'intervalle universel. Il dépend du débit massique de solvant, de la masse de charbon actif et de la capacité utile, et il est préférable de le déterminer à partir de la courbe de percement. Senserui n'a pas publié d'intervalle de remplacement pour le HAC.

Senserui publie-t-il une plage de débit d'air pour l'HAC ?

Non. La page du produit indique que les configurations sont adaptées au débit d'air et à la concentration de COV, sans préciser de plage numérique fixe.

 Le HAC est-il certifié ATEX ou certifié CE ?

Senserui atteste d'un système de gestion de la qualité ISO 9001:2015 au niveau de l'entreprise, de la conformité CE et d'une conception de protection contre les explosions selon les principes ATEX. Aucun numéro de certificat spécifique n'étant publié pour le HAC, demandez les certificats applicables à l'unité livrée. Le guide CE de la Commission européenne confie au fabricant la responsabilité d'identifier les exigences applicables.

Une même unité HAC peut-elle desservir à la fois une cabine et un four ?

Cela dépend de la compatibilité de leurs plannings, températures et concentrations. Les combiner sans réexamen de la configuration risque d'alimenter un lit dimensionné pour l'air dilué d'une cabine avec les effluents chauds et concentrés d'une étuve.