Prévenir la Corrosion des Chaudières : Stratégies Prouvées pour une Qualité Supérieure de l'Eau d'Appoint

La défaillance des chaudières est une préoccupation majeure pour les centrales de chauffage et de production d'énergie, et la corrosion associée à la qualité de l'eau de la chaudière est connue pour être la cause principale. Le coût total des défaillances de tubes de chaudière dans les centrales électriques est estimé à environ 5 milliards de dollars par an (notez que ce chiffre date de 2009, il est donc probablement bien plus élevé aujourd'hui). Pour assurer le fonctionnement sûr à long terme d'une chaudière, la qualité de l'eau doit être continuellement maintenue dans les tolérances requises par la chaudière.

Impuretés de l'Eau d'Appoint de Chaudière

Les sources d'eau contiennent des impuretés qui, à certains niveaux, peuvent être très nocives. À haute température, même des quantités infimes de certaines substances dans l'eau d'appoint peuvent causer des dommages graves aux équipements et tuyaux en peu de temps. Les solides dissous ou en suspension problématiques, l'oxygène, le dioxyde de carbone et la matière organique peuvent causer l'entartrage, l'encrassage et la corrosion. Par exemple :

• Le fer peut se déposer sur les parties internes et tubes de la chaudière, endommager les équipements en aval et affecter la qualité de certains processus de fabrication.
• Le cuivre peut causer des dépôts dans les turbines à haute pression, diminuant leur efficacité et nécessitant un nettoyage coûteux ou le remplacement d'équipements.
• La silice peut causer un entartrage extrêmement dur, surtout dans les chaudières à haute pression.
• Le calcium peut causer l'entartrage sous plusieurs formes selon la chimie de l'eau d'appoint de la chaudière.
• Le magnésium peut adhérer à l'intérieur de la chaudière et aux tubes revêtus, attirant plus de solides et contribuant à l'entartrage, surtout s'il est combiné avec du phosphate.
• L'aluminium peut se déposer sous forme de tartre à l'intérieur de la chaudière et peut réagir avec la silice pour augmenter encore la probabilité d'entartrage.
• La dureté cause des dépôts et du tartre sur les pièces et la tuyauterie de la chaudière.
• Les gaz dissous tels que l'oxygène et le dioxyde de carbone peuvent causer une corrosion grave sur les tuyaux et pièces de la chaudière.

Le type de corrosion le plus courant est l'attaque par piqûres due à l'oxygène dissous. Elle se caractérise par de petits trous profonds qui pénètrent les parois des tubes et causent une défaillance éventuelle. Les facteurs affectant la gravité incluent la concentration en oxygène dissous, le pH et la température. (Lecture connexe : Comment Reconnaître, Prévenir et Traiter Efficacement la Corrosion par Piqûres.)

Pour prévenir la corrosion, l'eau de chaudière doit être légèrement alcaline et non acide. Une acidité inappropriée et une eau légèrement alcaline peuvent dissoudre le métal et le film protecteur sur les surfaces métalliques.

L'attaque acide se produit si le pH tombe en dessous de 8,5. Dans cette condition, les matériaux sont sensibles à l'amincissement de surface causé par l'attaque chimique. Toute zone contrainte serait la plus vulnérable dans ce type d'attaque.

L'attaque caustique se produit si le pH est supérieur à 12,9, et est souvent rencontrée à haute température dans les chaudières traitées au phosphate. Les dépôts dans les zones de fort transfert de chaleur peuvent décaper le film de magnétite du matériau de base.

Entraînement de Mousse (Carry-over)

L'entraînement de mousse est causé par des impuretés normales de chaudière devenant trop concentrées, un sur-traitement avec des produits chimiques ou une introduction accidentelle de matière organique (graisse ou huile) dans l'eau d'appoint ou le retour de condensat. La mousse à l'intérieur de la chaudière est facilement forcée hors de la sortie de vapeur de la chaudière et peut causer des dommages majeurs. Le coup de bélier dans une conduite de vapeur, l'érosion dans la tuyauterie de vapeur et les événements de bas niveau d'eau de la chaudière en sont des exemples.

Systèmes de Traitement de l'Eau d'Appoint de Chaudière

Un système de traitement de l'eau d'appoint de chaudière est composé de plusieurs technologies individuelles qui traitent la condition de l'eau d'appoint pour répondre aux exigences de la chaudière spécifique. Le système de traitement est composé des composants nécessaires pour éliminer les impuretés qui sont toujours présentes quelle que soit la source. Un système de traitement de base d'eau d'appoint de chaudière comprend généralement un type de coagulation, filtration, échange d'ions, décalcalisation, désaération et procédés à membrane tels que l'osmose inverse. Ces composants sont décrits dans les sections suivantes. (Lecture connexe : Comment Éviter la Corrosion Basée sur Chélatants dans un Tuyau d'Eau de Chaudière.)

Coagulation et Précipitation Chimique

Après l'élimination de tous les gros objets de la source d'eau d'origine, divers produits chimiques sont ajoutés à un réservoir de réaction pour éliminer les solides en suspension en vrac et divers autres contaminants. Ce processus commence avec un assortiment de réacteurs de mélange, qui sont généralement un ou deux réacteurs qui ajoutent des produits chimiques spécifiques pour éliminer toutes les particules plus fines dans l'eau en les combinant en particules plus lourdes via la coagulation qui finissent par précipiter et se déposer.

Filtration et Ultrafiltration

L'étape suivante consiste généralement à faire passer l'eau à travers la filtration pour éliminer toutes les particules en suspension telles que les sédiments, la turbidité et certains types de matière organique. Il est souvent utile de faire cela tôt dans le processus, car l'élimination des solides en suspension en amont peut aider à protéger les membranes et les résines d'échange d'ions du colmatage plus tard dans le processus de prétraitement.

Adoucissement par Échange d'Ions

Une résine adoucissante peut être utilisée pour traiter une dureté élevée contenant des bicarbonates, sulfates, chlorures ou nitrates. Cette procédure utilise un processus d'échange de cations à acide fort, où la résine est chargée avec un ion sodium. L'eau dure passe à travers un adoucisseur, et le calcium et le magnésium échangent leur place avec les ions sodium. Les ions sodium sont faiblement retenus et sont facilement remplacés par les ions calcium et magnésium. Pendant ce processus, des ions sodium « libres » sont libérés dans l'eau.

Désalcalisation

La désalcalisation peut réduire l'alcalinité ou le pH, qui est une impureté pouvant causer le moussage, la corrosion et la fragilisation. La désalcalisation au chlorure de sodium utilise une résine d'échange d'anions forte pour remplacer les anions bicarbonate, sulfate et nitrate par des anions chlorure.

Osmose Inverse et Nanofiltration

L'osmose inverse (OI) et la nanofiltration (NF) forcent l'eau sous pression à travers des membranes semi-perméables, piégeant les contaminants tels que bactéries, sels, organiques, silice et dureté, tout en laissant passer l'eau concentrée et purifiée. Ces unités de filtration sont utilisées principalement avec les chaudières à haute pression où la concentration de solides en suspension et dissous doit être maintenue extrêmement basse.

Désaération ou Dégazage

Le condensat retourné se mélangera à l'eau d'appoint traitée et entrera dans un processus de désaération ou de dégazage. Toute trace d'oxygène et de dioxyde de carbone peut être extrêmement corrosive pour les équipements et tuyauteries de chaudière. Par conséquent, l'élimination de ces gaz à des niveaux acceptables est impérative pour maximiser la durée de vie et la sécurité du système de chaudière. Il existe plusieurs types de dispositifs de désaération qui se déclinent en une gamme de configurations, mais les désaérateurs de type plateau ou pulvérisation pour le dégazage ou les piégeurs d'oxygène sont les types les plus courants.

Chaudières Haute Pression et Basse Pression

Les exigences de qualité de l'eau d'appoint dépendent de la pression et du débit. Pour certaines pressions, il y a un niveau maximal de contaminants, et à mesure que la pression augmente, il devient plus critique d'avoir un traitement d'eau approfondi qui produit une eau de meilleure qualité.

Les chaudières à basse pression (600 PSI et moins) et l'eau avec une faible quantité de solides dissous totaux (SDT) nécessitent généralement seulement une simple filtration et un adoucissement de l'eau. Comme la chimie de l'eau pourrait l'exiger, ou à mesure que la pression augmente, un désalcalisateur peut être nécessaire.

Les chaudières à haute pression (600 PSI et plus) nécessitent généralement un type de déminéralisation, d'échange d'ions ou de dispositifs de polissage à lit mélangé ou sandwich à base de résine. L'osmose inverse utilisée en combinaison avec une technologie de polissage est très populaire là où une eau d'une pureté extrêmement élevée est requise.

Tests et Contrôle de Qualité de l'Eau d'Appoint

Prévenir et minimiser les processus de corrosion dans les chaudières est très important dans l'industrie de l'énergie thermique. La qualité de l'eau d'appoint doit être maintenue à un niveau correspondant aux normes de conception, suivi de la prise en compte de toute fluctuation des paramètres mesurés. Il existe des instruments analytiques en ligne et hors ligne sensibles qui peuvent être utilisés pour mesurer les paramètres diagnostiques clés qui sont cruciaux pour la sécurité et la performance de la chaudière.

Savoir où se situe la qualité de la source d'eau d'appoint par rapport à la qualité d'eau requise pour une chaudière spécifique est essentiel, car un traitement d'eau inadéquat peut mener à l'entartrage, la corrosion et l'encrassage de la chaudière et des équipements en aval.