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Filtre à panier automatique spécialement adapté à des pressions allant jusqu'à 80 bar

20 juillet 2020 Paru dans le N°434 ( mots)

Dans une centrale hydroélectrique du fournisseur d'énergie suisse Kraftwerke Oberhasli AG, les filtres à panier automatiques modèle 2596 d'Eaton spécialement modifiés minimisent l'usure des vannes de régulation hydrauliques causée par les glaciers et les solides en suspension. Ils sont conçus pour des pressions allant jusqu'à 80?bar et filtrent les particules d'une finesse de 25??m.

La centrale électrique Kraftwerke Oberhasli AG (KWO) peut générer de l'énergie à la demande à tout moment en utilisant l'eau du barrage du lac de Grimsel, à 1 909 mètres au-dessus du niveau de la mer. Le fournisseur d'énergie suisse apporte une contribution importante à la production d'électricité et à la stabilisation du réseau électrique en Suisse et en Europe grâce à ses centrales hydroélectriques dans la région de Grimsel. En outre, les lacs de rétention servent de batteries naturelles dans lesquelles l'énergie peut être stockée sous forme d'eau et utilisée plus tard pour produire de l'électricité. Toutefois, l'utilisation du ruissellement glaciaire naturel et de l'eau de pluie pose un problème : la matière suspendue. Le glacier érode constamment les particules de pierre très fines des montagnes. Ces solides, issus de l'abrasion glaciaire, sont acheminés par le ruissellement dans le lac et s'agglutinent avec d'autres matières suspendues apportées par les précipitations. Ces particules de 25 à 200 microns constituent un problème pour les énormes turbines des centrales électriques KWO, car elles provoquent une usure importante des vannes coulissantes. Ces vannes utilisent la pression de l'eau pour commander les clapets à bille qui contrôlent alors l'admission vers les turbines. En raison de la hauteur de chute de l'eau de 670 mètres, de très hautes pressions surviennent dans les vannes et leurs conduites d'alimentation.

Usure importante des vannes de régulation hydrauliques

Des bassins de décantation du sable sont installés en amont pour empêcher l'entrée de grosses particules dans les vannes de régulation, avec une efficacité très relative. « Jusqu'à présent, les vannes devaient être nettoyées et réparées par KWO tous les trois à quatre mois», explique Franz Christen, directeur commercial et technique chez BT-Hydraulik AG, chargé par KWO de remédier au problème. Par le passé, les vannes devaient même être régulièrement remplacées, mais elles ne sont plus disponibles sur le marché. Afin de réduire voire, idéalement, supprimer les réparations coûteuses et chronophages, l'exploitant de la centrale hydroélectrique souhaitait trouver une nouvelle solution. «L'installation de bassins de décantation plus grands n'était pas envisageable», poursuit Christen. «Des pressions d'eau de 60bar, 80bar voire de plus de 100bar, nécessiteraient des bassins très grands et complexes. Mais cela est impossible, pour des raisons économiques et environnementales et par manque de place. La conversion en systèmes oléohydrauliques n'était pas possible pour les mêmes raisons. » Par conséquent, KWO a décidé d'installer des systèmes de filtration directement en amont des vannes de régulation et s'est tourné vers BT-Hydraulik, une entreprise à la pointe de la technologie d'entraînement hydraulique.

Les experts de la société basée à Berne ont conseillé à KWO d'utiliser un filtre à panier automatique. «Les filtres classiques se bouchent au fil du temps, ils doivent être entretenus et remplacés à intervalles réguliers», explique Christen. «Un filtre autonettoyant est la solution la plus économique.» Le problème réside dans le fait que les filtres à lavage à contre-courant standard ne sont pas conçus pour les hautes pressions d'une centrale hydroélectrique. BT-Hydraulik, en collaboration avec Eaton, a continué de travailler à l'amélioration du filtre modèle 2596 d'Eaton. Ce filtre motorisé permet d'éliminer en continu les solides des fluides dans les systèmes de canalisations, mais uniquement dans une plage de pression standard, jusqu'à un maximum de 16 bar. Cependant, Eaton permet aux clients de personnaliser ce système de filtration pour l'adapter à leurs applications spécifiques.

Le filtre automatique modifié résiste à des pressions allant jusqu'à 80bar

Une version du filtre automatique modèle 2596 d'Eaton a été développée pour KWO, afin de supporter des pressions allant jusqu'à 80 bar. Diverses mesures ont toutefois dû être prises : Tout d'abord, afin d'améliorer la résistance aux hautes pressions, Eaton a modifié l'ensemble du corps de filtre en augmentant l'épaisseur de la paroi et la robustesse du couvercle. Ensuite, l'arbre d'entraînement du bras de rinçage a été équipé d'une quadruple garniture mécanique. «Il a été particulièrement difficile de trouver un élément filtrant offrant la plus grande finesse de filtration possible et également capable de résister aux hautes pressions tout en étant lavable à contre-courant », explique Christen. Une version renforcée des éléments filtrants DuraWedge® a été choisie : grâce à des fils en acier inoxydable en V, même la version standard peut être utilisée dans les applications exigeantes. Désormais renforcés, ils peuvent résister aux hautes pressions dans la centrale hydroélectrique, filtrant une grande partie des matières suspendues grâce à une finesse de filtration de 25 μm. «Le système a toutefois dû être ajusté afin que les paniers filtrants ne se déforment pas lors du lavage à contre-courant», explique Christen. «Une réduction de pression de 60bar à la pression ambiante aurait été problématique malgré le renforcement. »

Les filtres à panier haute pression utilisés dans la centrale hydroélectrique de KWO (au nombre de quatre pour le moment) ont également été adaptés aux paramètres d'exploitation utilisés. La taille du connecteur pour deux des filtres est de 2 pouces, tandis que les deux autres mesurent 3 pouces, avec un débit compris entre 200 et 400 litres par minute. Cependant, la conception du panier de filtre haute pression, développé conjointement par Eaton et BT-Hydraulik, peut également être adaptée à d'autres paramètres, en fonction des exigences de l'application. Le lavage à contre-courant est déclenché par une commande Eaton (dans le cas de KWO, à chaque fois que la pression différentielle atteint 0,8 bar. Il est sinon possible de le déclencher à des intervalles de temps prédéterminés, mais un lavage à contre‑courant permanent est également envisageable.

Réduction significative de l'usure et des coûts de réparation

Même si la phase d'essai du nouveau système de filtre de KWO doit durer plusieurs années, les premiers résultats sont éloquents. «Les résultats sont très bons», affirme KWO. «Pour le moment, nous n'avons subi aucune panne et le système répond parfaitement à nos besoins en termes d'entretien et de nettoyage des paniers. » Comparé notamment aux lignes de turbine dans lesquelles les vannes coulissantes n'ont pas encore été réinstallées, l'usure a considérablement diminué. L'entretien requis et les coûts associés ont été réduits au minimum par le filtre à panier automatique à haute pression.

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