Le système de déshumidification au biogaz de HRS améliore l’efficacité énergétique de Melbourne Water
Le traitement des eaux usées est un processus qui consomme beaucoup d’énergie, mais un récent projet de modernisation de la station d’épuration orientale de Melbourne Water contribue à réduire les émissions conformément aux objectifs de l’entreprise et de l’État. Un système de déshumidification du biogaz (BDS) de HRS Heat Exchangers constitue un élément clé de cette modernisation. En plus de prolonger la durée de vie des équipements de production d’électricité du site, cette technologie permet d’améliorer l’efficacité énergétique et de réduire les coûts d’exploitation. Surtout, cette modernisation permet au site de générer environ 30 % de ses propres besoins en énergie à partir du biogaz.
Le client
Située à Bangholme, dans la banlieue de Melbourne, à environ 19 miles au sud-est du centre-ville, la station d’épuration orientale (Eastern Treatment Plant, ETP) de Melbourne Water traite près de la moitié des eaux usées de Melbourne, soit une moyenne de 330 millions de litres par jour. Construit en 1975, ce site de 1 000 hectares est aujourd’hui la deuxième plus grande station d’épuration d’Australie et la plus grande station à boues activées de l’hémisphère sud. Il produit de l’eau recyclée de classe A à partir d’un système de traitement tertiaire avancé.
En 2020, Melbourne Water a lancé un projet avec John Holland-KBR Joint Venture pour moderniser le système de traitement du biogaz de l’Eastern Treatment Plant afin de le rendre plus efficace, résilient et à l’épreuve du temps. L’augmentation de la capacité, la prévention de la corrosion et de la sédimentation, et l’allongement de la durée de vie des équipements étaient des objectifs clés, avec des exigences spécifiques pour éliminer les gouttelettes de liquide et l’humidité et pour minimiser la taille et le coût de tout système de refroidissement nécessaire.
Le défi
Processus énergivore, le transfert et le traitement des eaux usées sont responsables d’environ 85 % des émissions totales de gaz à effet de serre (GES) de Melbourne Water, de sorte que la contribution à l’engagement Net Zero de l’entreprise était l’un des principaux objectifs du projet. « Cependant, les installations existantes approchant de la fin de leur durée de vie, il était également essentiel de s’assurer que la nouvelle installation puisse répondre à la croissance future de la production et aux mises à niveau de l’usine« , explique Nick Fung, chef de projet principal à Melbourne Water. L’augmentation de la fiabilité pour l’équipe d’exploitation sur le site et l’amélioration de la sécurité, tant au niveau de l’exploitation que de la maintenance, constituaient d’autres objectifs.
Le biogaz contient du sulfure d’hydrogène (H2S), qui se condense pour former un liquide très corrosif. Il était donc essentiel d’inclure un système permettant d’éliminer la majeure partie de l’humidité du gaz afin de minimiser la corrosion et la dégradation des générateurs de la centrale électrique, tout en limitant les temps d’arrêt et en réduisant la nécessité d’importer de l’électricité du réseau.
La complexité de la conception a été accrue par le fait que le BDS devait répondre aux exigences de deux phases opérationnelles différentes, chacune d’entre elles comportant quatre exigences de service. Cela signifie qu’un processus de conception thermique complexe a été nécessaire pour s’assurer que l’unité fournie pouvait répondre à l’ensemble des huit scénarios de conception potentiels.
La solution
HRS Heat Exchangers était l’une des cinq entreprises invitées à soumissionner pour l’équipement d’élimination de l’humidité dans le cadre du projet. Le système de déshumidification du biogaz (BDS) de HRS élimine l’eau du biogaz, protégeant ainsi les moteurs de cogénération et les groupes électrogènes de la corrosion et de la cavitation. Il condense plus de 90 % de l’eau présente dans le biogaz en réduisant la température pour laisser un gaz propre et vert. L’ajout de la technologie de régénération de la chaleur signifie que le biogaz froid produit peut être utilisé pour pré-refroidir le biogaz chaud entrant. Cela réduit la charge sur l’échangeur de chaleur de refroidissement final et permet d’économiser de l’énergie.
Le BDS fourni dans le cadre du projet a une capacité maximale de 4 161 m3/h (4 710 kg/h), tandis que l’inclusion d’une section de récupération d’énergie permet de réduire la charge du refroidisseur de 30 %, améliorant ainsi l’empreinte énergétique globale de l’ensemble du projet. Ce BDS se compose de deux échangeurs de chaleur, d’une unité de régénération et d’un refroidisseur final, fournis sur deux patins. L’un des patins – situé dans une zone dangereuse – contient les échangeurs de chaleur, un pot de purge du condensat, une conduite d’évacuation du condensat et toute l’instrumentation pertinente classée IECEx. Le second skid contient un réservoir tampon, des pompes à glycol de secours et de service, ainsi que toutes les vannes et instruments de contrôle du processus de la ligne de glycol. HRS a également fourni un refroidisseur supplémentaire et des descriptions détaillées du contrôle des processus, permettant aux ingénieurs de la coentreprise de fournir des systèmes globaux de contrôle et d’automatisation au client.
Le projet de modernisation a amélioré la fiabilité et la qualité de l’approvisionnement en biogaz de la centrale électrique de l’ETP, ce qui renforce la confiance dans sa capacité à fournir plus de 36 000 MWh (environ 130 TJ) d’énergie thermique pour le chauffage des processus. Cela signifie une dépendance moindre au gaz naturel, ce qui rend l’opération globale plus autosuffisante et réduit les émissions globales.