Formation de boues lors de la manutention des carburants marins - Mécanismes, impacts et atténuation par cavitation
Lesfiouls lourds (HFO) et les fiouls intermédiaires (IFO) sont largement utilisés comme carburants marins en raison de leur faible coût et de leur haute densité énergétique. Toutefois, la formation de boues pendant le stockage et la manutention, en particulier dans les systèmes de soutage à terre et à bord des navires, constitue un problème opérationnel persistant.
Les boues sont des résidus visqueux et semi-solides composés d'asphaltènes, de cires, de sédiments, d'eau et d'autres contaminants. Sa formation est influencée par la composition du carburant, la température de stockage, le temps de séjour et les pratiques de manutention. Les données empiriques issues des directives de l'OMI indiquent que la production de boues varie généralement entre 1 et 3 % du volume de HFO consommé (≈ 0,01-0,03 m³ par tonne).
1. Formation des boues - Mécanismes et composition
1.1 Composition
Les boues sont principalement composées de :
1.2 Paramètres d'influence
Les principaux facteurs influençant la formation de boues sont les suivants :
1.3. Les impacts économiques et opérationnels comprennent :
1.4. Taux de formation de boues
Le taux de formation de boues dépend de divers facteurs, notamment de la composition du carburant, des conditions de stockage et des pratiques de manutention. L'expérience opérationnelle et les orientations de l'OMI indiquent que la production de boues pendant la purification et le stockage du combustible est généralement comprise entre 1 et 3 % du volume de HFO consommé, bien que cela se réfère aux résidus des séparateurs/couloirs et ne devrait pas être directement assimilé à la spécification ISO 8217 relative aux sédiments.
Pour un navire stockant 1 000 tonnes de HFO 380 :
Il convient de noter que ces estimations ne tiennent compte que de la perte directe de valeur du combustible. Dans la pratique, les coûts de gestion des boues sont souvent plus élevés en raison de l'élimination obligatoire en vertu de l'annexe I de la convention MARPOL, des redevances de réception portuaire et des exigences en matière de manutention des slops, qui peuvent dépasser de manière significative le simple coût du carburant perdu.
2. Approches du contrôle et du traitement des boues
2.1 Méthodes traditionnelles
Limitations
3. Potentiel d'homogénéisation par cavitation du RAPTECH
Le mélange par cavitation utilise un flux à haute pression contrôlé et des phénomènes de cavitation pour générer des micro-turbulences, dispersant rapidement les particules de boue dans le carburant en vrac. Les figures ci-dessous montrent les capacités de l'homogénéisation RAPTECH ayant traité les sédiments lourds de l'huile de pyrolyse de déchets plastiques :
Avant l'homogénéisation par cavitation RAPTECH
Après homogénéisation par cavitation RAPTECH
Lors d'essais avec le HFO 380, l'homogénéisation par cavitation RAPTECH a réduit le potentiel sédimentaire total (TSP), un indicateur clé de la stabilité, de valeurs initiales allant jusqu'à 0,10 % m/m (conformément à la spécification ISO 8217) à 0,04 % m/m (rapport du Bureau Veritas). Cela représente une amélioration de la stabilité mesurée du carburant allant jusqu'à 60 %, ce qui indique une stabilité nettement supérieure du carburant et un risque nettement plus faible de formation de boues pendant le stockage et le fonctionnement du moteur.
Principaux avantages :
Pour un navire consommant 20 000 t de HFO par an, cela correspond à des économies de carburant d'environ 20 à 200 t par an, soit environ 10 000 à 100 000 USD par an (sur la base d'un prix de référence de 500 USD/t). Une augmentation des prix du carburant ou de la consommation augmenterait proportionnellement ces économies. Au-delà de la valeur directe du carburant perdu, l'élimination des boues conformément aux exigences de l'annexe I de la convention MARPOL représente un facteur de coût important. Les navires sont tenus de stocker les boues dans des réservoirs spéciaux et de les déverser uniquement dans des installations de réception ou de les incinérer à bord. Les frais de manutention des boues conformes à la convention MARPOL dans les ports peuvent souvent dépasser le coût du carburant perdu lui-même, ce qui fait de la réduction des boues une priorité opérationnelle et économique encore plus importante.
Exemple d'impact
La mise en œuvre du processus de mélange par cavitation peut conduire à :
4. Conclusion
La formation de boues lors de l'avitaillement des navires reste un défi opérationnel et réglementaire persistant qui a des conséquences économiques considérables. Outre les pertes directes de carburant, l'annexe I de la convention MARPOL exige que toutes les boues soient stockées, incinérées à bord ou déversées dans des installations de réception agréées, où les frais de traitement dépassent souvent la valeur du carburant perdu.
En combinant la gestion systématique du carburant et l'homogénéisation par cavitation avancée, les opérateurs peuvent :
L'intégration de l'homogénéisation par cavitation à la fois dans les stations de soutage et à bord des navires ouvre donc la voie à un traitement des combustibles marins plus sûr, plus économique et plus respectueux de l'environnement, tout en minimisant les problèmes liés aux boues et les charges réglementaires.
Auteur : Ahmad Saylam | RAPTECH Eberswalde GmbH
5. Références
Lesfiouls lourds (HFO) et les fiouls intermédiaires (IFO) sont largement utilisés comme carburants marins en raison de leur faible coût et de leur haute densité énergétique. Toutefois, la formation de boues pendant le stockage et la manutention, en particulier dans les systèmes de soutage à terre et à bord des navires, constitue un problème opérationnel persistant.
Les boues sont des résidus visqueux et semi-solides composés d'asphaltènes, de cires, de sédiments, d'eau et d'autres contaminants. Sa formation est influencée par la composition du carburant, la température de stockage, le temps de séjour et les pratiques de manutention. Les données empiriques issues des directives de l'OMI indiquent que la production de boues varie généralement entre 1 et 3 % du volume de HFO consommé (≈ 0,01-0,03 m³ par tonne).
1. Formation des boues - Mécanismes et composition
1.1 Composition
Les boues sont principalement composées de :
- Asphaltènes (fractions aromatiques lourdes sujettes à la précipitation)
- Cires (fractions paraffiniques à point de fusion élevé)
- Sédiments et particules (sable, rouille, produits de corrosion)
- Eau (provenant de la condensation ou de la contamination)
- Résiduschimiques (produits chimiques de traitement, additifs)
| Composant | Mesure (typique) |
|---|---|
| Asphalte | 50-70 % |
| Cires | 10-20 % |
| Sédiments | 5-15 % |
| Eau | 1-5 % |
| Other (résidus) | 5-10 % |
1.2 Paramètres d'influence
Les principaux facteurs influençant la formation de boues sont les suivants :
- Composition du carburant : Teneur plus élevée en asphaltènes → potentiel de boues plus élevé
- Température : Le refroidissement en dessous du point de précipitation de la cire augmente la formation de boues
- Durée de stockage : Un séjour plus long favorise la sédimentation et l'agglomération
- Contamination : La pénétration d'eau et de particules accélère la formation de boues
- Efficacité du mélange : Une mauvaise circulation permet une accumulation localisée
1.3. Les impacts économiques et opérationnels comprennent :
- Réduction du volume de carburant utilisable
- Blocage des pompes, des filtres et des conduites de carburant
- Augmentation des coûts d'entretien et de nettoyage
- Risque de combustion non uniforme et d'encrassement du moteur
1.4. Taux de formation de boues
Le taux de formation de boues dépend de divers facteurs, notamment de la composition du carburant, des conditions de stockage et des pratiques de manutention. L'expérience opérationnelle et les orientations de l'OMI indiquent que la production de boues pendant la purification et le stockage du combustible est généralement comprise entre 1 et 3 % du volume de HFO consommé, bien que cela se réfère aux résidus des séparateurs/couloirs et ne devrait pas être directement assimilé à la spécification ISO 8217 relative aux sédiments.
Pour un navire stockant 1 000 tonnes de HFO 380 :
| Scénario | Masse de boue (t) | Volume du slugle m³ | Perte de coût du carburant @ $500/t |
|---|---|---|---|
| Low estimated (1% by vol) | 9.5 | ≈ 10 | 4.750 |
| Haute estimée (3% en volume) | 28.5 | ≈ 30 | 14.250 |
Il convient de noter que ces estimations ne tiennent compte que de la perte directe de valeur du combustible. Dans la pratique, les coûts de gestion des boues sont souvent plus élevés en raison de l'élimination obligatoire en vertu de l'annexe I de la convention MARPOL, des redevances de réception portuaire et des exigences en matière de manutention des slops, qui peuvent dépasser de manière significative le simple coût du carburant perdu.
2. Approches du contrôle et du traitement des boues
2.1 Méthodes traditionnelles
- Chauffage et circulation : Maintenir le combustible au-dessus du point de précipitation de la cire (~50-60°C pour le HFO 380)
- Séparation/décantation centrifuge : Éliminer l'eau et les solides lourds
- Filtration mécanique : Protéger le moteur et les systèmes d'avitaillement
- Additifs chimiques : Dispersants, stabilisateurs pour réduire la formation de sédiments
Limitations
- Coûts énergétiques et d'entretien élevés
- Pas totalement efficace pour l'homogénéisation de grands volumes de réservoirs
- Risque de mélange incomplet, en particulier dans les stations d'avitaillement ou à bord.
3. Potentiel d'homogénéisation par cavitation du RAPTECH
Le mélange par cavitation utilise un flux à haute pression contrôlé et des phénomènes de cavitation pour générer des micro-turbulences, dispersant rapidement les particules de boue dans le carburant en vrac. Les figures ci-dessous montrent les capacités de l'homogénéisation RAPTECH ayant traité les sédiments lourds de l'huile de pyrolyse de déchets plastiques :
Avant l'homogénéisation par cavitation RAPTECH
Après homogénéisation par cavitation RAPTECH
Lors d'essais avec le HFO 380, l'homogénéisation par cavitation RAPTECH a réduit le potentiel sédimentaire total (TSP), un indicateur clé de la stabilité, de valeurs initiales allant jusqu'à 0,10 % m/m (conformément à la spécification ISO 8217) à 0,04 % m/m (rapport du Bureau Veritas). Cela représente une amélioration de la stabilité mesurée du carburant allant jusqu'à 60 %, ce qui indique une stabilité nettement supérieure du carburant et un risque nettement plus faible de formation de boues pendant le stockage et le fonctionnement du moteur.
Principaux avantages :
- Homogénéisation efficace : Réduit l'accumulation localisée de boues
- Stabilité à long terme : Maintient la composition uniforme du carburant pendant un stockage prolongé
- Fiabilité opérationnelle : Réduction des blocages et des opérations de maintenance
- Application évolutive : Peut être mis en œuvre à la fois à terre dans les stations de soutage et à bord des navires
- Économies : Outre la réduction des coûts d'élimination des boues, l'homogénéisation par cavitation peut améliorer l'utilisation du carburant d'environ 0,1 à 1 % par réservoir et par voyage.
Pour un navire consommant 20 000 t de HFO par an, cela correspond à des économies de carburant d'environ 20 à 200 t par an, soit environ 10 000 à 100 000 USD par an (sur la base d'un prix de référence de 500 USD/t). Une augmentation des prix du carburant ou de la consommation augmenterait proportionnellement ces économies. Au-delà de la valeur directe du carburant perdu, l'élimination des boues conformément aux exigences de l'annexe I de la convention MARPOL représente un facteur de coût important. Les navires sont tenus de stocker les boues dans des réservoirs spéciaux et de les déverser uniquement dans des installations de réception ou de les incinérer à bord. Les frais de manutention des boues conformes à la convention MARPOL dans les ports peuvent souvent dépasser le coût du carburant perdu lui-même, ce qui fait de la réduction des boues une priorité opérationnelle et économique encore plus importante.
Exemple d'impact
La mise en œuvre du processus de mélange par cavitation peut conduire à :
- Réduction de l'accumulation des boues : En dispersant les particules de boue, le processus empêche l'accumulation localisée
- Meilleure utilisation du carburant : Une qualité de carburant plus constante permet d'améliorer les performances et l'efficacité du moteur
- Réduction des coûts : Réduction des besoins d'entretien et de nettoyage, d'où une baisse des coûts d'exploitation
4. Conclusion
La formation de boues lors de l'avitaillement des navires reste un défi opérationnel et réglementaire persistant qui a des conséquences économiques considérables. Outre les pertes directes de carburant, l'annexe I de la convention MARPOL exige que toutes les boues soient stockées, incinérées à bord ou déversées dans des installations de réception agréées, où les frais de traitement dépassent souvent la valeur du carburant perdu.
En combinant la gestion systématique du carburant et l'homogénéisation par cavitation avancée, les opérateurs peuvent :
- Maintenir la stabilité du combustible à long terme
- Réduire les coûts de maintenance, d'immobilisation et d'élimination
- Améliorer l'utilisation du carburant, la fiabilité des moteurs et la sécurité des opérations
- Assurer la conformité avec l'annexe I de la convention MARPOL tout en réduisant les risques pour l'environnement
L'intégration de l'homogénéisation par cavitation à la fois dans les stations de soutage et à bord des navires ouvre donc la voie à un traitement des combustibles marins plus sûr, plus économique et plus respectueux de l'environnement, tout en minimisant les problèmes liés aux boues et les charges réglementaires.
Auteur : Ahmad Saylam | RAPTECH Eberswalde GmbH
5. Références
- Organisation internationale de normalisation (ISO). (2017). ISO 8217:2017 - Produits pétroliers - Combustibles (classe F) - Spécifications des combustibles marins.
- Concawe. (2019). Stabilité du fioul lourd et formation de sédiments. Rapport No. 5/19
- CIMAC. (2018). Rapports sur les carburants : Sludge Formation and Fuel Handling. Conseil international des moteurs à combustion
- RAPTECH GmbH. (2024). Rapports techniques internes sur la technologie de mélange par cavitation
