Comment améliorer la qualité de l'eau d'alimentation pour prévenir la corrosion des chaudières

La panne de chaudière est une préoccupation majeure pour les centrales de chauffage et d'électricité, et la corrosion associée à la qualité de l'eau de la chaudière est connue pour en être la principale cause. Le coût total des pannes 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 susceptible d'être beaucoup plus élevé.) Pour assurer le fonctionnement sûr à long terme d'une chaudière, le la qualité de l'eau doit être continuellement maintenue dans les limites de tolérance de la chaudière.

Impures de l'eau d'alimentation de la chaudière

Les sources d'eau contiennent des impuretés qui, à certains niveaux, peuvent être très nocives. À des températures élevées, même des traces de certaines substances dans l'eau d'alimentation peuvent causer de graves dommages à l'équipement et aux tuyaux en peu de temps. Les solides dissous problématiques ou les solides en suspension, l'oxygène, le dioxyde de carbone et les matières organiques peuvent provoquer l'entartrage, l'encrassement et la corrosion. Par exemple :

• Le fer peut se déposer sur les pièces et les tubes internes de la chaudière, endommager les équipements en aval et affecter la qualité de certains procédés de fabrication.
• Le cuivre peut provoquer la formation de dépôts dans les turbines haute pression, ce qui réduit leur efficacité et nécessite un nettoyage coûteux ou le remplacement de l'équipement.
• La silice peut provoquer un entartrage extrêmement dur, en particulier dans les chaudières à haute pression.
• Le calcium peut provoquer l'entartrage sous plusieurs formes en fonction de la chimie de l'eau d'alimentation de la chaudière.
• Le magnésium peut coller à l'intérieur de la chaudière et des tubes revêtus, attirant plus de solides et contribuant au tartre, 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 le risque d'entartrage.
• La dureté provoque 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 provoquer une corrosion sévère des tuyaux et des pièces de la chaudière.

Le type de corrosion le plus courant est l'attaque par piqûres due à l'oxygène dissous. Ceci est caractérisé par des trous petits mais profonds qui pénètrent dans les parois du tube et provoquent une défaillance éventuelle. Les facteurs affectant la gravité comprennent la concentration en oxygène dissous, le pH et la température. (Lecture connexe :Comment reconnaître, prévenir et traiter efficacement la corrosion par piqûres.)

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

Une attaque acide se produit si le pH tombe en dessous de 8,5. Dans ces conditions, les matériaux sont sensibles à l'amincissement de surface causé par la gravure. Toute zone stressée serait la plus vulnérable à ce type d'attaque.

L'attaque caustique se produit si le pH est supérieur à 12,9 et se produit souvent à des températures élevées impliquant des chaudières traitées au phosphate. Les dépôts dans les zones de transfert de chaleur élevé peuvent enlever le film de magnétite du matériau de base.

Mousse reportée

Le transfert de mousse est causé par des impuretés normales de la chaudière qui deviennent trop concentrées, un traitement excessif avec des produits chimiques ou une introduction accidentelle de matière organique (graisse ou huile) dans l'eau d'alimentation de la chaudière ou le retour de condensat. La mousse à l'intérieur de la chaudière est facilement expulsée de la sortie de vapeur de la chaudière et peut causer des dommages importants. Les coups de bélier dans une conduite de vapeur, l'érosion des conduites de vapeur et les épisodes de manque d'eau dans la chaudière en sont des exemples.

Figure 1. Vidéo décrivant le fonctionnement de la chaudière.

Systèmes de traitement de l'eau d'alimentation des chaudières

Un système de traitement de l'eau d'alimentation de chaudière est composé de plusieurs technologies individuelles qui traitent l'état de l'eau d'alimentation 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 base de traitement de l'eau d'alimentation de chaudière comprend généralement un certain type de coagulation, de filtration, d'échange d'ions, de désalcalinisation, de désaération et de processus membranaires tels que l'osmose inverse. Ces composants sont décrits dans les sections suivantes. (Lecture connexe :Comment éviter la corrosion à base de chélateur dans une conduite d'eau de chaudière.)

Coagulation et précipitation chimique

Une fois que tous les gros objets ont été retirés 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 par 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 de l'eau en les combinant en particules plus lourdes par coagulation qui finissent par précipiter et se déposer.

Filtration et ultra-filtration

L'étape suivante consiste généralement à faire passer l'eau par filtration pour éliminer toutes les particules en suspension telles que les sédiments, la turbidité et certains types de matières organiques. Il est souvent utile de le faire au début du processus, car l'élimination des solides en suspension en amont peut aider à protéger les membranes et les résines échangeuses d'ions contre l'encrassement 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, des sulfates, des chlorures ou des nitrates. Cette procédure utilise un procédé d'échange de cations à acide fort, dans lequel la résine est chargée d'un ion sodium. L'eau dure passe dans un adoucisseur, et le calcium et le magnésium s'échangent avec les ions sodium. Les ions sodium sont maintenus lâchement et sont facilement remplacés par des ions calcium et magnésium. Au cours de ce processus, des ions sodium "libres" sont libérés dans l'eau.

Désalcalinisation

La désalcalinisation peut réduire l'alcalinité ou le pH, qui est une impureté qui peut provoquer la formation de mousse, la corrosion et la fragilisation. La désalcalinisation du chlorure de sodium utilise une résine échangeuse d'anions puissante pour remplacer le bicarbonate, le sulfate et le nitrate par les anions chlorure.

Osmose inverse et nanofiltration

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

Dégazage ou dégazage

Le condensat renvoyé 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 l'équipement et la tuyauterie de la chaudière. Par conséquent, il est impératif d'éliminer ces gaz à des niveaux acceptables pour maximiser la durée de vie et la sécurité du système de chaudière. Il existe plusieurs types de dispositifs de dégazage qui se déclinent dans une gamme de configurations, mais un dégazeur à plateau ou à pulvérisation pour le dégazage ou des désoxygénants sont les types les plus courants.

Chaudières haute pression et basse pression

Les exigences de qualité de l'eau d'alimentation dépendent de la pression et du débit. Pour certaines pressions, il existe un niveau maximal de contaminants, et à mesure que la pression augmente, il devient plus critique pour un traitement approfondi de l'eau qui donne 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 (TDS) ne nécessitent généralement qu'une simple filtration et un adoucissement de l'eau. Comme la chimie de l'eau peut l'imposer, ou à mesure que la pression augmente, un désalcalinisateur peut être nécessaire.

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

Tests et contrôle qualité de l'eau d'alimentation

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'alimentation doit être maintenue à un niveau correspondant aux normes de conception, puis en notant toute fluctuation des paramètres mesurés. Il existe des instruments analytiques sensibles en ligne et hors ligne qui peuvent être utilisés pour mesurer les paramètres de diagnostic clés qui sont cruciaux pour la sécurité et les performances de la chaudière.

Il est essentiel de savoir où se situe la qualité de la source d'eau d'alimentation par rapport à la qualité de l'eau requise pour une chaudière spécifique, car un traitement inadéquat de l'eau peut entraîner l'entartrage, la corrosion et l'encrassement de la chaudière et des équipements en aval.