LES DANGERS DE LA CONTAMINATION :

2010: issue 6 A publication of Caterpillar Global Mining LES DANGERS DE LA CONTAMINATION : LES SYSTÈMES MODERNES EXIGENT UN CARBURANT PROPRE Les mines achètent, stockent et consomment des millions de litres de carburant chaque année : une dépense importante qui constitue l un des principaux facteurs de performance des machines. La complexité croissante des systèmes d injection de carburant actuels fait qu ils exigent plus que jamais des carburants de meilleure qualité, surtout en termes de propreté. Bien que les mines ne puissent pas toujours contrôler l état du carburant à sa livraison, elles peuvent par la suite intervenir pour améliorer sa propreté avant de l introduire dans les machines. Dans le monde entier, les mines prennent des mesures pour réduire la contamination du carburant, en vue de prolonger la vie des composants, d améliorer les performances des machines, de limiter les coûts de carburant et d accroître la disponibilité des machines. «Il ne fait aucun doute que l utilisation de carburant contaminé dans les systèmes de carburant modernes peut entraîner toute une série de problèmes sur les machines», explique David Barker, consultant de support produit de la division minière mondiale (Global Mining Division) de Caterpillar. «Mais il y a des mesures que les sites peuvent prendre pour contrôler la propreté du carburant qu ils utilisent.» LE COÛT DE LA CONTAMINATION : La propreté est essentielle pour réduire le coût à la tonne par le biais d un meilleur entretien des machines. «Hormis le coût des pneus et du carburant, et des salaires des conducteurs de machines, environ 70 pour cent du coût d exploitation total de la machine correspond au coût du cycle de vie des organes de transmission», indique M. Barker. Sur un grand tombereau de chantier type, la répartition des coûts est la suivante : Moteur 40% Transmission/Convertisseur de couple 10% Couple conique et Différentiel 40% Divers 10%

Les systèmes de carburant modernes utilisent des injecteurs électroniques. Ces composants sont capables de fournir des quantités précises de carburant et de contrôler le calage de l injection à quelques millièmes de seconde près. Les injecteurs électroniques contrôlent la performance et la consommation de carburant du moteur, mais leur remplacement est coûteux une fois usés. Le coût du cycle de vie des composants est à peu près comparable au coût de remise en état du composant divisé par la durée de vie réelle des composants exprimée en heures. Prolonger la durée de vie d un composant est le facteur le plus important pour réduire le coût de son cycle de vie. Cela ne signifie pas simplement allonger les intervalles de révision et permettre une usure plus sévère des composants. Cela signifie mettre en œuvre une stratégie visant à réduire le taux d usure et parvenir à une plus longue durée de vie des composants sans encourir une usure excessive. «Un carburant contaminé peut provoquer un taux d usure inacceptable de l injecteur et se traduit par des pannes, ce qui entraîne des frais de réparation inutiles», conclut M. Barker. LES CONTAMINANTS DU CARBURANT Les deux contaminants que l on trouve le plus couramment dans les carburants sont les impuretés et l eau en trop grande quantité. Ces contaminants sont généralement introduits dans le carburant lors des processus de transport, de mélange ou de stockage. L eau, le contaminant le plus courant, peut être introduit lorsque de l air chaud et humide se condense sur les parois du réservoir de carburant et que de la condensation s accumule. Une quantité d eau excessive peut réduire les propriétés lubrifiantes du carburant et provoquer un grippage de l injecteur et de possibles dommages au moteur. De plus, des champignons et des bactéries se développent dans l eau. Lorsqu ils se propagent dans un système de carburant, ils peuvent obstruer les filtres à carburant, réduisant alors leur durée de vie et entraînant une usure prématurée de l injecteur, ce qui a des incidences sur la vie de la machine. Les particules d impuretés, de sédiments et d autres solides ont un effet similaire sur les injecteurs de carburant, qui les usent prématurément et provoquent des pannes inutiles. Toutefois, un carburant propre apporte d autres bénéfices qu une simple réduction des problèmes, notamment une plus grande économie de carburant et une durée de vie plus longue des composants. En plus de réduire la fréquence de remplacement des filtres à carburant et des injecteurs, les carburants propres prolongent la vie de l injecteur. «Ce qui importe le plus au bout du compte, c est la disponibilité de la machine», explique M. Barker. «Lorsque des machines ne sont pas en réparation, elles sont à l œuvre sur le site. Et plus nous limitons les durées d immobilisation, plus nous augmentons la productivité.» AMÉLIORER LA PROPRETÉ Deux facteurs essentiels à la qualité des carburants sont la propreté du carburant livré sur le site, ainsi que les pratiques de stockage et de manutention employées après son arrivée. «Les fournisseurs de carburant assurent bien évidemment aux mines que le carburant qu ils livrent est propre», indique M. Barker. «Bien souvent c est effectivement le cas. Or, ce carburant ne ravitaille pas directement les machines, il est acheminé dans des citernes de stockage qui peuvent être contaminées ou présenter des niveaux élevés d accumulation de condensation.» Afin d optimiser la durée de vie du moteur, le carburant diesel introduit dans le réservoir doit avoir une teneur en particules conforme à la norme ISO 18/16/13 avec une teneur maximale en eau de 0,1 pour cent (1 000 ppm).

Dans certaines zones géographiques, les entreprises fournissant du carburant aux mines disposent de l infrastructure et des procédures nécessaires pour fournir du carburant relativement propre. Toutefois, dans la majorité des applications minières, ce n est pas le cas. Le carburant qui quitte la raffinerie est transporté vers des endroits éloignés au moyen de navires, pipelines, barges et camions, et est souvent stocké dans des citernes provisoires. Chaque fois que le carburant est stocké ou déplacé, il risque d attirer des contaminants. Dans certains cas, des quantités élevées d eau et/ou d impuretés peuvent le contaminer. Une grande partie de ces impuretés peut être éliminée par un stockage et un traitement appropriés. CAPACITÉ DE STOCKAGE DE CARBURANT Avec une durée de stockage adéquate, une bonne partie des impuretés et de l eau présentes dans le carburant se déposeront au fond de la citerne si le carburant reste au repos. La capacité de stockage de carburant sur le site devrait être suffisante pour permettre aux nouvelles livraisons de carburant de reposer deux à trois jours avant d être extraites de la citerne. «Le problème le plus fréquent sur les sites miniers est le manque de capacité de stockage de carburant», explique M. Barker. «La capacité des mines et les parcs de véhicules de transport se développent souvent plus vite que leurs installations de stockage de carburant. Cela se traduit généralement par l ajout de carburant dans des réservoirs d où du carburant est consommé simultanément. Cette pratique a pour effet de remuer les contaminants et de les maintenir en suspension dans le carburant livré.» CONCEPTION DE LA CITERNE Indépendamment de leur taille ou de leur forme, les bonnes pratiques recommandent que les citernes de carburant présentent les caractéristiques suivantes : Fond de la cuve incliné. L eau qui décante du carburant coulera vers l endroit le plus bas dans la citerne à fond incliné. Les citernes doivent être équipées d un tuyau d écoulement au point le plus bas et être régulièrement vidangées afin de minimiser la présence d eau. Tuyau d aspiration correctement situé. Un tuyau d aspiration situé bien au-dessus du niveau du sol garantira que seul du carburant propre est extrait, et que l eau et les impuretés qui se sont déposées au fond de la citerne ne soient pas à nouveau remuées. Filtres de ventilation déshydratants. Ces filtres éliminent toute trace d humidité de l air pénétrant dans la citerne. Revêtement intérieur de réservoir non-corrosif. Au minimum, le fond de la citerne sur une hauteur d 1 mètre (3 pieds) cuve doit être enduit d époxy pour résister à la corrosion de l eau piégée. MANUTENTION DU CARBURANT Une fois que les mesures appropriées ont été prises en matière de stockage, il est également important d avoir une politique de maintenance du carburant, et de mettre en place un personnel adéquat chargé de la manutention correcte du combustible. Cela comprend l utilisation de compteurs de particules et de tests de détection de l eau pour mesurer la propreté et contrôler les échantillonnages des livraisons entrantes et du carburant sortant. LA FILTRATION Les filtres à carburant dont sont équipées les machines sont conçus pour fournir une filtration finale à un carburant modérément propre. La filtration au niveau des machines n est pas destinée à nettoyer le carburant contaminé par des quantités importanes d impuretés et d eau. En cas d utilisation de carburant contaminé, la capacité de la filtration embarquée est dépassée, suite à quoi les injecteurs s usent prématurément ou se grippent.

Une façon de réduire la charge pesant sur les filtres à carburant des machines est d installer un système de filtration de carburant en vrac. La filtration de carburant en vrac consiste à utiliser des filtres de haute capacité qui éliminent l excédent d impuretés et d eau du carburant avant qu il ne soit introduit dans la machine. Caterpillar a mis au point un système global permettant de supprimer à la fois les impuretés et l eau. Le système de filtration de carburant en vrac (Bulk Fuel Filtration System) Cat est destiné à être utilisé dans toute application nécessitant de stocker du carburant pour des machines ou des moteurs. Il exige peu d entretien et intègre un dispositif de sûreté pour éviter que du carburant contaminé aille dans l unité. «La filtration du carburant en vrac est utilisée dans l industrie aéronautique depuis plus de 50 ans pour faire face à ces mêmes problèmes. Aujourd hui, Caterpillar a adopté cette technologie éprouvée afin d aider ses clients du secteur minier.», David Barker, consultant de support produit. FONCTIONNEMENT L unité autonome est montée sur un patin et placée entre la citerne de stockage de carburant et la station de ravitaillement. Les éléments de filtre à particules à 4 microns, beta 200 et entièrement synthétiques éliminent les impuretés en un seul passage et retiennent de grandes quantités de débris de manière efficace. La fréquence de remplacement du filtre est d environ une fois par mois, selon le niveau de contamination. Les éléments du filtre peuvent être remplacés rapidement et facilement, sans besoin d outils à main. Le coalesceur contient plusieurs éléments capables d abaisser, au débit nominal, la quantité d eau à 1 000 ppm (0,1 pour cent) ou moins, à partir d un taux initial qui peut aller jusqu à 3 pour cent d eau en volume. L eau éliminée par ces éléments tombe au fond du coalesceur et s écoule automatiquement vers une cuve de stockage externe d eau. Un mécanisme à flotteur situé dans le bas de l unité contrôle le niveau de l eau. Les éléments coalescents ne s obstruent pas et ne doivent généralement être remplacés qu une fois par an. CARTOUCHE FILTRANTE Repousse les gouttelettes d eau plus petites suspendues dans le carburant en mouvement et les empêche de s échapper. COALESCEUR PURGE D EAU AUTOMATIQUE Permet de vidanger l eau excédentaire. VANNE D ÉCHANTILLONNAGE DE SORTIE Donne accès à des échantillons de carburant filtré. ÉLÉMENTS DE FILTRE COALESCEUR Les fibres attirent l eau en grosses gouttes qui tombent vers le bas. (la vue est simplifiée à titre d illustration.) VANNE DE RÉGULATION des bouchons de condensationralentit ou interrompt l écoulement de carburant si la quantité d eau présente dans le carburant est supérieure au débit de la vanne de vidange de l eau ou si des filtres à particules ou coalesceurs commencent à s obstruer. Les jauges indiquent l obstruction des filtres. FILTRE à PARTICULES 4 MICRONS Supprime les particules abrasives. ROBINET-VANNE Interrompt l écoulement lors d opérations d entretien ou lors du retrait de l unité. HYDROMÈTRE Mesure et consigne en permanence le volume d eau éliminée. Port pour élément chauffant disponible en option. VÁLVULA DE COMPUERTA Corta el flujo durante la revisión o el traslado de la unidad. CARBURANT SEC ET PROPRE CARBURANT CONTAMINÉ PAR DES IMPURETÉS ET DE L EAU

Une vanne de limitation du débit automatique ralentit ou arrête la sortie de carburant si les filtres à particules sont obstrués ou si des quantités massives d eau sont détectées dans le carburant. Cela garantit que seul du combustible propre sort de l unité. Le débit maximum de carburant du système d alimentation en carburant de l utilisateur détermine la taille du système de filtre coalesceur. Quatre unités différentes sont disponibles. Les deux plus petites unités offrent une capacité de 190 litres par minute (lpm) (50 gallons par minute) (gpm) et de 379 lpm (100 gpm). Elles sont destinées à des applications de citernes journalières ou à une utilisation mobile sur un camion-citerne où le ravitaillement se fait manuellement. L unité de 757 lpm (200 gpm) est conçue pour les stations de carburant utilisant un dispositif de remplissage rapide, où le débit maximum ne dépasse pas 757 lpm (200 gpm). Cette unité est adaptée pour les camions Cat 793 allant jusqu à 218 tonnes (240 tonnes courtes). L unité de plus grande taille, 1 136 lpm (300 gpm), est destinée au remplissage rapide des camions Cat 797 de 327 tonnes (360 tonnes courtes). L installation permanente est simple, indique M. Barker. «Il vous suffit d un petit bloc de béton en aval de la citerne de stockage de carburant et d une pompe d alimentation. Vous devrez également prévoir une citerne d eau à proximité pour stocker les eaux usées retirées du carburant.» Le dispositif ne nécessite pas d alimentation électrique, sauf s il est utilisé dans les climats extrêmement froids. Un appareil de chauffage électrique en option est disponible pour les climats froids où l eau retirée du carburant risque de geler. DES RÉSULTATS TANGIBLES «Bien que les sites miniers réalisent la valeur que représente la propreté du carburant, on peut se demander pourquoi ils n emploient pas tous des systèmes de filtration», indique M. Barker. «En vérité, ils commencent actuellement à comprendre combien cela est important et la différence que cela fait dans la vie de leurs composants et de leurs équipements.» Par exemple, la mine de Zangezur en Arménie rencontrait des problèmes récurrents d injecteurs et de moteurs dans tous les types d équipements sur le site. L installation d un système de filtration de carburant en vrac (Bulk Fuel Filtration System) Cat a eu un impact considérable pour la mine, qui est exploitée par l entreprise Zangezur Copper and Molybdenum Mining Company et détenue par la société allemande Cronimet. La mine de Zangezur, lancée en 1952, est la plus grande entreprise minière en Arménie et constitue l un des plus grands gisements de molybdène dans le monde. En 2009, on estime que le site a produit 41 000 tonnes (45 000 tonnes courtes) de cuivre et environ 8 200 tonnes (9 000 tonnes courtes) de concentré de molybdène. Le site exploite environ 30 machines, y compris des camions Cat 785, des chargeuses sur pneus 992 et 993, plusieurs tracteurs à chenilles et une pelleteuse. Les problèmes d injecteur ont des répercussions négatives sur n importe quel site minier, mais ces répercussions sont encore plus importantes dans une région éloignée comme celle de Zangezur. La mine est exploitée à une altitude de 2 200 mètres (7 217 pieds) et est entourée de montagnes. «Le remplacement des pièces représente un véritable défi en Arménie», explique Ivan Glushankov, spécialiste support produits Caterpillar pour l exploitation minière basé à Moscou. «Les pièces sont non seulement coûteuses à remplacer, mais les obtenir peut également se révéler extrêmement difficile. La réparation d une machine peut parfois prendre 30 jours, et quand la machine est en panne, la productivité est en baisse.» Les représentants de Caterpillar et Zeppelin Armenia se sont rendus sur le site, ont évalué le problème et ont recommandé d y installer le système de filtration de carburant en vrac. Les résultats ont été impressionnants. «Tous les problèmes ont disparu», explique Rubik Abramyan, chef du service des transports de la mine. «J ai recommandé à chaque site minier d installer ce système. Les effets qu il a eus sur notre site ont été immédiats et considérables. Nous avons constaté des améliorations sur chacune de nos machines.»

«Les effets qu il a eus sur notre site ont été immédiats et considérables. Nous avons constaté des améliorations sur chacune de nos machines.» Rubik Abramyan, mine de Zangezur en Armenie M. Glushankov estime que l amélioration des performances et l allongement de la durée de vie des composants résultant de l utilisation de carburant propre ont permis à Zangezur de rentabiliser l achat du système de filtration de carburant en seulement quelques mois. «Ces systèmes sont relativement bon marché, surtout lorsqu on les compare au coût d une machine de mine», précise M. Barker. «Le simple fait de ne pas avoir à remplacer quelques jeux d injecteurs suffit à amortir le coût du système.» Les sites aux États-Unis ont constaté des résultats similaires, indique M. Barker. «Ces clients n ont plus de problèmes de filtres à carburant bouchés. Un directeur de mine nous a indiqué qu il remplaçait chaque jour un filtre à carburant avant d installer le système de filtration de carburant en vrac. Dans la période des 10 jours suivant la mise en place du système, il n a pas remplacé un seul filtre. Les clients signalent aussi qu ils ne sont pas obligés de remplacer les injecteurs à demi-vie du moteur. Et comme toujours, plus les durées d immobilisation sont limitées, plus la productivité est élevée.» Selon David Barker, le processus de filtration de carburant en vrac va devenir plus courant sur les sites du monde entier. «L un de nos clients est tellement impressionné par les avantages du carburant propre qu il filtre le carburant quand il est introduit dans la citerne de stockage, et le filtre à nouveau au moment de l extraction,» ajoute-t-il.