Usine de fabrication de vitrages automobiles – Le système modulaire de sécheur à chaleur de compression (HOC) permet des économies annuelles supérieures à 3 millions de kWh

Meta Description :  Le plus grand fabricant mondial de vitrages automobiles, Fuyao Glass, a déployé quatre sécheurs à adsorption par chaleur de compression de 170 m³/min sur sa base de Fuqing, atteignant un point de rosée stable de -40 °C, une perte de purge nulle, une redondance modulaire, des économies d’électricité annuelles dépassant 3 millions de kWh et un délai de rentabilisation d’environ 2 ans.

Présentation du Client

Fuyao Glass Industry Group Co., Ltd.  est le principal fournisseur mondial de solutions technologiquement les plus avancées en matière de vitrages automobiles. Ce projet de modernisation est situé à la base de La zone de développement économique et technologique de Fuqing Rongqiao, rue Yangxia, province du Fujian . Cette base constitue le projet mondial d’exportation de Fuyao Glass, couvrant une superficie de 627 mu (environ 41,8 hectares), et vise à devenir une usine intelligente zéro carbone de classe mondiale.

Fuyao Glass se trouve dans une période critique d'expansion de sa capacité, ce qui exerce des exigences sans précédent sur la fiabilité, l'efficacité énergétique et l'évolutivité de son système d'air comprimé. La demande totale en air comprimé de l’usine est d’environ 550–600 m³/min (soit environ 33 000–36 000 m³/h)  , fonctionnant 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 pour alimenter l’ensemble de la ligne de production de verre flotté ainsi que plusieurs lignes de transformation approfondie de verre automobile haut de gamme.

Applications de l’air comprimé dans la fabrication de verre automobile

(Contenu inchangé – identique à la version précédente)

Points de douleur

Le système initial de séchage d’air comprimé de l’usine était composé d’une combinaison de sécheurs réfrigérants de grande capacité et de sécheurs à adsorption à régénération par purge chauffée (type à micro-chauffage)  . À mesure que la capacité de production s’est rapidement accrue et que les normes de qualité des procédés se sont renforcées, le système initial a révélé plusieurs problèmes structurels :

• Risque de drainage de condensat des sécheurs réfrigérants :  Les lignes de production de verre flotté et de verre revêtu tolèrent extrêmement peu l’humidité. Les sécheurs réfrigérants condensent et éliminent l’eau par refroidissement, en s’appuyant sur des robinets de vidange automatiques pour évacuer le condensat. Toutefois, le robinet de vidange du condensat est le composant présentant le taux de défaillance le plus élevé dans tout système de sécheur réfrigérant — qu’il soit à flotteur, à temporisation ou électronique, tous sont sujets à des blocages, des obstructions ou des pannes électriques lors d’un fonctionnement continu prolongé. Dès lors qu’un robinet de vidange tombe en panne, le condensat s’écoule directement vers les tuyauteries et les équipements situés en aval. Dans la fabrication du verre, l’eau liquide pénétrant dans une tour d’adsorption détruit rapidement l’agent dessiccant. Plus grave encore, l’humidité pénétrant dans la chambre de revêtement ou dans la zone d’assemblage du PVB entraîne le rejet de lots entiers, une seule perte pouvant atteindre plusieurs millions de yuans. Chez Fuyao, dont la production continue à grande échelle exige une fiabilité maximale, toute défaillance d’un robinet de vidange du condensat représente un risque qualité inacceptable.
• Pertes importantes de purge dues aux sécheurs à purge chauffée :  Les sécheurs à régénération chauffée consomment encore 5 à 8 % de leur débit nominal sous forme d’air de purge de régénération. Pour une capacité totale du système d’environ 550 à 600 m³/min, cela signifie environ 28 à 48 m³/min d’air comprimé sec sont continuellement évacués  dans l’atmosphère – ce qui équivaut à faire fonctionner en continu un compresseur de très grande taille.
• Instabilité du point de rosée :  Dans des conditions estivales chaudes et humides, l’efficacité de régénération des sécheurs à régénération chauffée diminue. Le point de rosée sous pression fluctue, atteignant parfois des valeurs supérieures à -30 °C, ce qui rend difficile le maintien constant de la cible de conception de -40 °C pour les produits haut de gamme.
• Dispersion des équipements et charge élevée de maintenance :  La répartition de plusieurs unités dans toute la salle des services a entraîné une faible utilisation de l’espace et une charge de maintenance importante. Les vannes pneumatiques nécessitaient une réparation ou un remplacement tous les 12 à 18 mois, et l’usure du dessiccant s’est accélérée.
• Incapacité à répondre aux besoins d’extension de capacité :  Le système de séchage d'origine était déjà proche de sa limite de capacité et ne pouvait pas supporter une extension future.
• Mauvaise adéquation avec les objectifs d’usine intelligente à zéro carbone :  La base de Fuqing est positionnée comme une usine intelligente mondiale à zéro carbone. La forte consommation énergétique et les pertes importantes par purge du système de séchage d’origine étaient largement incompatibles avec cet objectif stratégique.

Figure : séchoir à air à adsorption par chaleur de compression de 170 Nm³/min

Notre solution

Répondant aux besoins fondamentaux de Fuyao Glass en matière de capacité très élevée, risque nul d’eau liquide, perte par purge nulle, haute efficacité énergétique, faible entretien et redondance modulaire , et compte tenu du fait que la base de Fuqing dispose de plusieurs grands compresseurs centrifuges sans huile  fonctionnant 24 h/24 et 7 j/7, nous avons conçu un système modulaire de séchage à adsorption par chaleur de compression (HOC)  composé de quatre sécheurs HOC  fonctionnant en parallèle, offrant une redondance N+1 (ou même N+2).

Technologie principale : Chaleur de compression (HOC)

La technologie HOC utilise la chaleur dégagée lors de la compression provenant de compresseurs centrifuges sans huile situés en amont (température de refoulement typique : 120–160 °C) pour régénérer le dessiccant, sans consommer d’énergie électrique supplémentaire ni d’air comprimé pour le purgeage.

Pourquoi choisir HOC plutôt qu’un sécheur à purge par soufflante ?  Pour la base de Fuyao à Fuqing – une application à très grande échelle comportant plusieurs compresseurs centrifuges sans huile fonctionnant 24/7 à pleine charge – la technologie HOC offre des avantages inégalés :

Les compresseurs centrifuges sans huile de la base de Fuqing présentent des températures de refoulement stables comprises entre 120 et 150 °C, répondant pleinement aux exigences en matière de source de chaleur pour la régénération du HOC.

Équipement clé

• Séchoirs :  Quatre HOC-Dry 170  sécheurs à adsorption par chaleur de compression, chacun avec une capacité 170 m³/min (10 200 m³/h)  . Installés en parallèle, ils peuvent être configurés de manière flexible en trois unités en service + une unité de secours  (capacité totale de 510 m³/min) ou en quatre unités en service  (capacité totale de 680 m³/min), répondant ainsi aux besoins actuels et futurs d’extension.
• Méthode de régénération :  Un faible débit d’air comprimé chaud (température d’environ 120–150 °C) est prélevé sur la sortie du compresseur centrifuge avant le refroidisseur secondaire  et dirigé vers la tour nécessitant une régénération. La chaleur désorbe l’humidité du déshydratant, et l’air humide est rejeté à l’atmosphère. L’ensemble du processus de régénération ne consomme ni d’air comprimé pour le purgeage ni d’énergie électrique de chauffage  – l’énergie de régénération provient entièrement de la chaleur résiduelle qui serait autrement dissipée.
• Conception sans risque d’eau liquide :  Les sécheurs HOC fonctionnent selon le principe de adsorption  l’adsorption plutôt que de la condensation – aucune eau condensée n’est produite pendant le processus de séchage, donc aucun risque de transport d’eau liquide n’existe en cas de défaillance de la vanne de vidange du condensat . En outre, le système HOC est équipé d’un séparateur d’entrée haute efficacité destiné à intercepter toute eau liquide accidentelle provenant des conduites amont.
• Système de contrôle :  Un automate programmable (API) maître Siemens S7-1500 coordonne les quatre sécheurs, équilibrant leur temps de fonctionnement en fonction de la surveillance en continu du point de rosée et retirant automatiquement toute unité défectueuse avec déclenchement d’une alarme. Un écran tactile industriel de 15 pouces affiche en temps réel les paramètres de fonctionnement ainsi que les tendances historiques. Le système s’intègre au système de contrôle distribué (SCD) central de Fuyao pour une surveillance à distance et une gestion des alertes.
• Pack de filtration :  Préfiltre (1 µm) éliminant les particules présentes dans la canalisation ; postfiltre (0,01 µm) capturant d’éventuelles fines de dessiccant ; un séparateur d’entrée haute efficacité garantit l’interception de toute eau liquide accidentelle avant qu’elle n’atteigne les tours d’adsorption.

Spécifications de performance

Figure : sécheurs d'air à dessiccant à chaleur de compression de 170 Nm³/min

Livraison et installation

Le projet a été mis en œuvre pendant les arrêts planifiés pour maintenance à la base de Fuqing :

• Conception et essai d’acceptation en usine (6 semaines) :  Conception détaillée du système, sélection des matériaux, développement de la logique de commande PLC. Réalisation complète des essais FAT sur les quatre sécheurs HOC dans l’usine de fabrication, en simulant les conditions réelles de refoulement des compresseurs.
• Livraison et préparation du site (2 semaines) :  Quatre sécheurs à sec montés sur patins (chacun pesant environ 18 tonnes) livrés à la base de Fuqing. Démontage des anciens équipements de séchage, préparation des fondations et réservation des interfaces de raccordement des tuyauteries.
• Installation (3 semaines) :  Mise en place des quatre sécheurs sur leurs patins compacts. Encombrement total d’environ 40 m² (30 % inférieur à celui du système initial). Reconfiguration des collecteurs d’air comprimé afin de raccorder l’alimentation en air haute pression de la base à l’entrée de chaque sécheur. Modification de la tuyauterie de dérivation du gaz chaud du compresseur pour introduire la chaleur de régénération. Installation des câbles d’alimentation électrique et de commande terminée.
• Mise en service et validation (1 semaine) :  Rincage du système, essai d’étanchéité, étalonnage des capteurs de point de rosée. Un fonctionnement continu de 72 heures a montré un point de rosée stable entre -42 °C et -44 °C. Formation des opérateurs au système de commande fournie, ainsi que remise de la documentation technique complète et des documents de validation IQ/OQ.

Aucune interruption imprévue n’est survenue ; l’ensemble des travaux a été réalisé dans les plages de maintenance prévues.

Résultats et avantages (12 mois après la mise en service)

Une perte de purge de 28 à 48 m³/min nécessite une puissance supplémentaire du compresseur. La puissance spécifique des compresseurs centrifuges sans huile est d’environ 6 kW/m³/min → économie de 170 à 290 kW de puissance de compresseur.

Calculé sur la base d’un fonctionnement continu 24 h/24, 7 j/7, 365 j/an. Puissance équivalente du système d’origine : 350 kW (valeur moyenne), puissance du nouveau système : 3 kW. Économie annuelle ≈ (350 – 3) kW × 8 760 h ≈ 3 040 000 kWh. Au tarif industriel de l’électricité de 0,70 ¥/kWh, l’économie annuelle sur les coûts d’électricité s’élève à environ 2,13 millions de ¥. En incluant les économies liées à la maintenance, le bénéfice annuel total s’élève à environ 2,46 millions de ¥.

Avantages quantifiables

• Économies d’énergie remarquables :  La technologie HOC permet une consommation électrique quasi nulle pour le procédé de séchage – la commande totale des quatre sécheurs ne consomme que 3 kW environ. Par rapport aux sécheurs à régénération par purge chauffée d’origine, la consommation d’énergie pour la régénération a chuté d’environ 97 %. L’élimination de la purge signifie que les compresseurs n’ont plus besoin de produire d’air supplémentaire pour compenser cette perte. Les économies annuelles d’électricité dépassent 3 millions de kWh , équivalent à une réduction des émissions de CO₂ d'environ 1 670 tonnes par an (selon le facteur d'émission du réseau électrique chinois de 0,55 kg de CO₂/kWh). Cela s'inscrit pleinement dans les objectifs ESG de neutralité carbone du groupe Fuyao.
• Risque d’eau liquide totalement éliminé :  Les sécheurs HOC fonctionnent selon le principe de l’adsorption : aucun condensat liquide n’est produit au cours du processus de séchage, éliminant ainsi fondamentalement le risque catastrophique de transport d’eau liquide dû à une défaillance de la vanne d’évacuation du condensat.
• Point de rosée stable toute l’année :  La surveillance en ligne montre que le point de rosée sous pression reste constamment compris entre -42 °C et -44 °C tout au long de l’année, sans jamais dépasser -40 °C, même dans des conditions estivales chaudes et humides. Aucun défaut lié à l’humidité n’a été signalé sur les lignes de verre trempé ou de verre feuilleté.
• Redondance modulaire et extension future :  Avec quatre sécheurs configurés en trois unités en service + une unité de secours, n’importe quelle unité individuelle peut être mise hors ligne pour maintenance sans affecter la production : les trois unités restantes délivrent encore 510 m³/min, couvrant pleinement la demande maximale de la base, qui s’élève à 550–600 m³/min. Lorsque l’extension future de la capacité exigera un débit supplémentaire, l’unité de secours pourra être mise en service afin d’atteindre le mode à quatre unités en service (680 m³/min), sans avoir besoin d’acquérir du matériel supplémentaire.
• Réduction drastique des coûts de maintenance :  Les sécheurs HOC présentent des cycles longs (6 à 8 heures), ce qui entraîne une fréquence très faible d’actionnement des vannes. Aucune consommation de chauffage électrique, aucune vanne à commutation haute fréquence, aucun risque d’empoisonnement du dessiccant par l’huile. La durée de vie du dessiccant devrait dépasser 5 ans.
• Retour sur investissement :  Coût total installé ≈ 5,2 millions de yuans  (quatre sécheurs et accessoires). Économies annuelles d’électricité ≈ 2,13 millions de yuans , économies sur la maintenance ≈ 0,33 million de yuans , bénéfice annuel total ≈ 2,46 millions de yuans . Délai de rentabilisation ≈ 2,1 ans .
• Soutien à la construction d’une usine intelligente zéro carbone :  L’utilisation par le sécheur HOC de la chaleur résiduelle pour la régénération – sans consommation d’électricité supplémentaire – réduit au minimum l’empreinte carbone du procédé de séchage, apportant un soutien solide à l’initiative de Fuyao visant à créer une usine intelligente zéro carbone.

Témoignage client

« Notre système de séchage initial sur le site de Fuqing souffrait de plusieurs problèmes : risque de défaillance des évacuations de condensat dans les sécheurs frigorifiques, pertes importantes par purge, point de rosée instable et inadéquation avec nos objectifs zéro carbone. Le nouveau système de sécheurs HOC composé de quatre unités, configuré selon une redondance modulaire 3+1, résout fondamentalement tous ces points critiques : pas d’eau liquide, aucune perte par purge, consommation d’électricité quasi nulle et point de rosée stable toute l’année en dessous de -40 °C. Les économies annuelles d’électricité dépassent 3 millions de kWh, avec un délai de rentabilisation d’environ deux ans. Cette solution est devenue une référence pour les mises à niveau technologiques des systèmes de séchage d’air comprimé au sein du groupe Fuyao. »

— Responsable des services généraux, base de Fuqing de Fuyao Glass