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Osmose inverse et la nouvelle aube de la marine

Les usines de dessalement d'aujourd'hui sont robustes, durables et hautement automatisées pour répondre aux demandes des opérateurs et de l'équipage, ce qui leur permet de respecter le calendrier et la mission avec une production d'eau potable suffisante.

Dans les temps anciens, les usines de distillation marines – alors principalement à vapeur – reposaient sur des évaporateurs flash archaïques, qui utilisaient de la vapeur pour chauffer, alimenter un éjecteur d'air et finalement créer un vide dans lequel l'eau de mer clignotait ou bouillirait et finalement être distillée. Le processus se déroulait souvent en deux étapes et ce qui ne clignotait pas était pompé par-dessus bord sous forme de saumure. Les temps ont changé. Il en va de même pour les équipements associés avec des équipements plus efficaces, plus faciles à utiliser et à entretenir.

Les usines d'évaporateur marines qui avaient utilisé de la vapeur, accumulaient facilement du tartre. Ils étaient soumis à des flux de vapeur, des températures et des pressions qui entraînaient un entretien élevé. Ils incorporaient plusieurs pompes, alarmes, vannes de décharge, voyants indicateurs et étaient sujets à de nombreux défis de fiabilité et de performance. De plus, ils exigeaient beaucoup de main-d'œuvre, obligeant souvent un monteur de montres à consacrer beaucoup de temps à leur fonctionnement, en veillant à remplir les réservoirs appropriés, à aligner soigneusement les vallées et à s'assurer que tous les échangeurs de chaleur du système fonctionnaient.

Ils nécessitaient également un entretien périodique approfondi et étaient quelque peu encombrants. Tout cela a changé avec l'émergence des navires d'osmose inverse et de dessalement sur les navires marins et offshore modernes. La nouvelle technologie est un lien essentiel dans la capacité d’un navire à fonctionner et à fournir une source autonome d’eau douce et potable à l’équipage et à toute autre application qui pourrait nécessiter de l’eau douce.

La nouvelle aube de l'osmose inverse
Jeffrey Lum, est un directeur des ventes et des comptes pour EVAC, un fournisseur leader de systèmes intégrés de gestion de l'eau et des déchets pour les industries de la marine, de l'offshore et du bâtiment dans le sud de la Floride.

«L'évaporateur était le moyen le plus courant de sécuriser l'eau pendant le transport», explique Jeff Lum. «Mais avec la nouvelle tendance de la vapeur lente et la réduction de la puissance des navires diesel-électriques, il (le navire) devient plus un consommateur qu'un avantage.» Avec l’évolution des unités d’osmose inverse mises en œuvre, à bord du navire, l’économie et l’efficacité globale de l’équipement ont été améliorées.

«L'énergie nécessaire pour démarrer l'évaporateur est coûteuse», ajoute Lum. «Les usines d'osmose inverse ont été créées comme une alternative meilleure et plus efficace et sont assez standard depuis le milieu des années 90.»

En réalité, l'eau potable produite par osmose inverse (RO) est une forme consommée de traitement de l'eau. Il est filtré par des membranes, jusqu'au micron, et fournit l'eau la plus pure.

«Le processus d'osmose est la diffusion de liquide à travers une membrane», explique Lum. «Si nous avons deux seaux, l'un avec de l'eau douce et l'autre avec de l'eau salée et que nous connectons les deux avec une membrane, le processus naturel serait que le frais migre du côté du sel. Le processus inverse consiste à insérer une pression du côté de l'eau salée, en le forçant vers le côté frais pendant que les résidus de sel restent dans la membrane. L'eau de perméat après le processus est si pure qu'elle doit être traitée avec des minéraux pour pouvoir être consommée. Le produit de qualité finale est bien meilleur que ce que nous buvons de nos robinets résidentiels. »

Lum dit que dans le nouveau segment de construction, où les spécifications ont été réécrites pour être plus efficaces. «Les usines RO sont installées depuis cette période», dit-il. "Mais dans le segment du réaménagement (ou de la modernisation) (du marché maritime), il existe une tendance commune à soit installer plus d'unités, réaménager les usines plus anciennes et remplacer les évaporateurs par des RO."

Scott McGuire est président de FCI Watermakers basé à West Valley, Utah. FCI Watermakers est l'un des principaux fabricants d'usines de dessalement pour l'industrie marine et offshore. Il dit que les usines de dessalement d'OI d'aujourd'hui sont hautement automatisées, en pensant à l'opérateur.

(Image: FCI Watermakers)

Automatisation du fonctionnement
«Nous nous sommes éloignés de tout ce qui a vraiment n'importe quel type d'interface manuelle», explique McGuire. «Tout est désormais automatisé. C'est une opération à une touche. Toutes les pressions montent automatiquement. Tous vos paramètres s'ajusteront automatiquement, en fonction de l'eau dans laquelle vous coulez. Nous avons éliminé l'utilisateur final, ou l'indicateur, du processus afin qu'il n'ait plus à se soucier de mettre la machine en pression et de venir de retour et de le surveiller tout le temps.

McGuire souligne que l'automatisation a été motivée par le changement d'opérateurs. Les ingénieurs de bord vont d'un navire à l'autre et n'ont souvent pas le temps d'apprendre un nouveau système ou de s'impliquer profondément dans les systèmes. «Notre tentative d'automatisation a été de rendre aussi simple pour l'utilisateur, quel que soit son utilisateur et ses compétences, d'utiliser ces machines», dit-il. «Nous avons même éliminé les courroies et les poulies et tout ce qui y est lié.» Il reconnaît que les unités plus anciennes ont plus de pièces mécaniques et que cela devient un élément de maintenance, car les entraînements par courroie et poulie peuvent devenir déréglés. «Tout est désormais à entraînement direct», dit-il. «Avec boîte de vitesses, réducteurs ou même couplage direct – selon la taille du système, à eux en contrôlant les vitesses des moteurs.»

Pompes haute pression durables et fiables
Pour les unités RO et les usines de dessalement sur un skid, des pompes haute pression très durables et robustes sont nécessaires. McGuire dit avoir vu toute la gamme des fabricants et des caractéristiques de pompes haute pression.

Il y avait autrefois des pompes en bronze et en laiton utilisées. Puis les pompes nickel-aluminium-bronze sont arrivées – sans grands résultats. Ensuite, il y avait des pompes à essieu radial qui ne nécessitaient pas d'huile. Mais, comme l'explique McGuire, les meilleures pompes haute pression qu'il a trouvées étaient celles en acier inoxydable 316 car elles avaient les meilleures performances et la plus grande durabilité et ont été le choix de FCI Watermakers dans les pompes haute pression.

L'acier inoxydable 316 est idéalement adapté aux applications marines et d'eau salée et est le matériau requis pour le service que ces pompes endurent, et la fonction critique qu'elles remplissent, dans un système de bord très important.

(Image: FCI Watermakers)

Assistance après-vente
Un problème courant avec les usines de dessalement est le remplacement des pièces, ou plus précisément, le remplacement des membranes. La membrane RO ne dure pas éternellement. Périodiquement, il doit être remplacé. L'acquisition d'une membrane de remplacement devient problématique car toutes les membranes ne sont pas adaptées à une unité particulière. Très souvent, un navire peut commander une membrane dans un port étranger ou dans un endroit éloigné, et c'est une membrane inadaptée qui devient une membrane peu performante.

Comme l'explique McGuire, souvent un ingénieur en chef ou des armateurs doivent remplacer une membrane et se connecter à leur équipement de bord local ou à leur fournisseur local. Ils la remplacent par une membrane hors spécifications, l’introduisent, et elle n’est pas conçue pour la pression de fonctionnement normale, les gallons de sortie ou la conception de l’usine de dessalement.

«Et donc, ils ne fonctionnent pas correctement», dit McGuire. «Tenez-vous en aux membranes spécifiées sur la machine, car elles sont conçues pour cette machine.

«Nous pouvons nous réapprovisionner auprès de n'importe quel nombre de distributeurs que nous avons dans le monde ou ils peuvent nous appeler directement», explique McGuire. «Nous stockons des centaines de membranes. Et nous aurons toujours un stock de membranes. Nous pouvons vous les apporter où que vous soyez »

Mais il met en garde contre les membranes stagnantes en inventaire. «Parce que les membranes ont généralement une durée de conservation d'un an, certains revendeurs n'aiment pas les mettre sur une étagère car elles se trouvent juste là et elles pourraient alors se détériorer. Donc, souvent, ils se déploieront directement depuis nous. »

(Image: FCI Watermakers)

Fonctionnement et entretien corrects
Un autre point de conception pour l’opération de FCI Watermaker est l’inclusion périodique de lavages automatiques à l’eau douce. «Chaque fois que la machine s'éteint, le système se rince à l'eau douce», dit-il. «Donc, les membranes, les filtres, les pompes haute pression, tout ce qui reste dans l'eau salée pendant une longue durée.» Il dit qu'ils ont permis à leur automatisation d'être programmée pour rincer automatiquement le système avec de l'eau fraîche, s'il se met en veille pendant une période de temps ou sera inactif pendant une période prolongée.

McGuire dit qu'avec une maintenance régulière et en temps opportun et un remplacement rapide des pièces consommables de l'usine telles que les joints, les bagues d'usure, les membranes et toutes les autres pièces nécessaires, le système peut prolonger la vie du navire. «Vous pourriez construire un navire demain et avec un entretien approprié, un refoulement adéquat, un rinçage approprié et le remplacement périodique de certaines pièces, cela devrait durer.

«Nous avons des systèmes qui fonctionnent toujours à partir des premiers systèmes que nous ayons jamais mis sur le marché», dit-il, «Il s'agit de remplacer les consommables, de suivre la maintenance du système. Ainsi, vous pouvez continuer à fonctionner aussi longtemps que vous souhaitez continuer à remplacer des pièces. »

Le maintien des usines de dessalement est un maillon essentiel des opérations à bord. La disponibilité d'eau douce pour l'équipage est un facteur déterminant pour que le navire maintienne sa mission et respecte son calendrier. Cela devient très important si un navire est incapable de prendre de l'eau potable tout au long de son voyage ou doit opérer pendant de longues périodes. Les usines de dessalement, fonctionnant correctement, avec un entretien et un équipement appropriés, sont essentielles pour une ingénierie maritime fluide et efficace.

«L'eau devient en quelque sorte une marchandise», déclare Lum. «Dans le segment des croisières, nous constatons que les passagers utilisent plus d'eau douce chaque année, mais il y a aussi beaucoup de déchets. Le processus des eaux noires et grises devrait être l'un des sujets sous peu, car beaucoup pourraient être réutilisés comme eau technique. »

(Image: FCI Watermakers)

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