Traitement Interne de l'Eau des Chaudières

Voici des notes d'étude détaillées sur le traitement interne de l'eau des chaudières :

Objectifs d'apprentissage

• Expliquer les causes et les effets du tartre.
• Expliquer les méthodes internes de contrôle du tartre, y compris le traitement au phosphate, au chélate et le conditionnement et la dispersion de la boue.
• Expliquer les causes mécaniques et chimiques, les effets et les types d'entraînement.
• Expliquer les méthodes de contrôle d'entraînement, y compris l'utilisation d'antimousse et de purge.
• Décrire la conception et expliquer le fonctionnement des systèmes simples de purge, de récupération de chaleur et de purge automatique.
• Expliquer, en termes généraux, les stratégies d'échantillonnage et d'essai des conditions internes d'une chaudière.
• Décrire l'équipement type d'échantillonnage et de surveillance automatique.
• Décrire les systèmes types d'alimentation en produits chimiques, y compris les alimentateurs à pot.
• Décrire l'alimentation continue avec des réservoirs du jour et l'alimentation continue avec les réservoirs à pompe.

Causes du tartre dans les chaudières

• Le tartre est une couche dure de dépôt minéral formée sur le côté eau du métal de la chaudière.
• La formation de tartre se produit principalement dans les zones les plus chaudes de la chaudière, mais n'est pas limitée à ces zones.
• Les tubes de production, incluant les faisceaux de tuyaux de montée de production et les écrans d'eau, sont les plus vulnérables.
• Les chaudières à tubes de fumée peuvent également former du tartre sur le côté eau des tubes de fumée et de la chambre de combustion interne.
• La présence de minéraux indésirables dans est la cause première du tartre.
• Le calcium et le magnésium sont les principaux coupables.
• Le fer, le cuivre, l'aluminium et la silice sont d'autres dépôts préoccupants.

Effets du tartre

• Le tartre agit comme isolant, restreignant le transfert de chaleur et causant la surchauffe du métal.
• Des vides ou poches se forment entre le tartre et la surface des tubes, piégeant l'eau et favorisant la corrosion.
• Le tartre se détache et provoque des restrictions du débit, en particulier dans les collecteurs horizontaux, restreignant le débit d'eau dans certains tubes.

Méthodes internes de contrôle du tartre

• La première ligne d'attaque consiste à enlever, par divers systèmes de prétraitement, les minéraux qui forment le tartre avant qu'ils entrent dans la chaudière.
• La méthode de précipitation précipite les solides qui forment du tartre à l'aide de produits chimiques, puis les décharge de la chaudière.
• Le phosphate est utilisé comme produit chimique primaire de traitement, applicable à toutes les chaudières.
• Le chélate, un produit chimique particulier, réagit avec les minéraux qui forment du tartre, les empêchant de sortir de la solution avec l'eau de chaudière.
• Cette méthode de chélation est utilisée seulement pour des chaudières qui fonctionnent à moins de 4 000 kPa.

Traitement au phosphate

• Le principe de fonctionnement implique l'injection de composés de phosphate de sodium.
• Ces composés réagissent chimiquement combinés aux composés de calcium et de magnésium déjà présents dans l'eau.
• Les réactions forment des carbonates et causent la précipitation des carbonates de calcium et de magnésium au phosphate.
• Les produits chimiques les plus utilisés sont les orthophosphates.
• Sont également utilisés des polyphosphates plus complexes.
• Le phosphate est contrôlé dans une chaudière en injectant suffisamment de produit chimique maintenir un léger résiduel.
• Ce dernier suggère que tout le calcium et le magnésium a déjà réagi, minimisant le risque de tartre.
• Les réactions chimiques incluent :
  • 3CaCO3 + 2NazPO, 1 Ca3(PO4)2 + 3Na2CO3 (Réaction 1)
  • 3MgCO3 + 2Na,PO4 1 Mg3(PO4)2 + 3Na2CO3 (Réaction 2)
  • MgCO3 + 2NaOH 1 Mg(OH)2 + Na2CO3 (Réaction 3)

Traitement au chélate

• Le traitement au chélate utilise des agents chélatants.
• Les agents chélatants gardent les impuretés qui forment du tartre en solution, les empêchant de se précipiter hors de l'eau.
• Ce traitement est l'opposé du traitement au phosphate.
• Les agents chélatants sont des acides organiques faibles neutralisés en sels à base de sodium.
• l'EDTA (sel de tétrasodium d'acide éthylènediamine-tétraacétique) est un agent courant.
• Le NTA (sel trisodique d'acide nitrilotriacétique) est un autre agent chélatant courant.
• Les agents chélatants, une fois dans l'eau de chaudière, s'hydrolysent en ions organiques forts.
• L'agent chélatant absorbe le calcium, le magnésium et le fer déjà dans l'eau et empêche leur dépôt.
• Ainsi, ces ions sont enlevés de la chaudière par purge.

Avantages et inconvénients du traitement au chélate

• Avantages :
  • Sert à enlever le tartre existant sans retirer la chaudière du service.
  • Est plus clément au changement des conditions d'eau d'alimentation.
  • Est capable de faire face aux détachements soudains.
  • Absorde le tartre qui se forme
• Inconvénients :
  • Exige un contrôle serré à cause du risque de corrosion.
  • Une suralimentation extrême peut entraîner la perte des couches protectrices de magnétite.
  • Nécessite une élimination complète de l'oxygène.
  • Requiert des matériaux non corrosifs pour les systèmes d'alimentation.
  • Est plus coûteux et non économique si la dureté de l'eau d'alimentation dépasse 2 ppm.

Conditionnement et dispersion de la boue

• La boue des réactions de précipitation doit être conditionnée pour qu'elle reste dispersée et n'adhère pas aux surfaces.
• Les conditionneurs modernes de boue sont des polymères synthétiques.
• Les plus courants sont les polymères sulfonés et carboxylés.
• Les polymères peuvent conditionner la boue en changeant sa structure pour qu'elle devienne plus cristalline et moins collante.
• Un dispersant polymérique attire les particules de boue en suspension à cause d'une charge positive faible sur leur surface.

Causes et effets de la corrosion du système de chaudière

• La corrosion est la perte de métal à cause d'une interaction chimique entre le métal, l'eau et certaines impuretés.
• La perte de fer produisant deux résultats indésirables.
• Effets indésirables :
  • Amincit et affaiblit le métal de la chaudière, menant potentiellement à une rupture.
  • Provoque le dépôt de fer limitant le transfert de chaleur et causant la surchauffe.
• Les zones de préoccupation sont l'intérieur de la chaudière elle-même et le système de condensat.
• Se produit une réaction de corrosion naturelle entre l'eau et l'acier doux.
• Il se crée une mince couche de magnétite, devenant une couche protectrice contre d'autres corrosions : 3Fe + 4H,0 → Fe304 + 4H2

Quatre causes de corrosion

• L'eau de chaudière est corrodée par la corrosion acide lorsque le pH est inférieur à 8,5.
• Un pH faible, aussi appelé acidité, résulte en la perte de la couche de magnétite.
• Il peut se produire un amincissement général du métal ou un amincissement localisé dans des zones de contraintes élevées.
• Un bas pH est causé par la contamination de l'eau d'alimentation par des substances de procédé ou le fonctionnement inadéquat des déminéraliseurs.
• Une surveillance régulière du pH de l'eau est l'empêcher.
• Une solution caustique peut être injectée pour augmenter le pH, mais les chaudières à basse pression peuvent exiger une alimentation continue surveillée en caustique

Haut pH de l'eau de chaudière (corrosion caustique)

• L'alcalinité est à l'opposé de l'acidité.
• Une alcalinité élevée (pH supérieur à 12,7) est très corrosive pour le métal de la chaudière.
• Elle prend la forme de rainures profondes et irrégulières à la surface du métal.
• Ce type de corrosion est appelé corrosion caustique.
• La corrosion caustique générale (étendue) se produit en raison de l'admission de caustique avec l'eau traitée d'un système de déminéralisation.
• Le contaminant du procédé de déminéralisation est l'hydroxyde de sodium.
• L'eau contenant le caustique s'écoule dans les vides sous le tartre, se vaporise en raison d'une chaleur élevée et se concentre davantage.
• Le caustique dissout la couche de magnétite et l'eau de chaudière réagit de nouveau avec le métal.

Prévention de la corrosion caustique

• Programme de phosphate coordonné :
  • Injection de phosphate disodium réagissant avec le caustique (NaOH) pour produire du phosphate trisodique et contrôler le pH.
  • Na2HPO4 + NaOH -> Na3PO4 + H2O
  • Le rapport de sodium et de phosphate (Na/PO2) doit être maintenue à 3,0 afin d'empêcher de l'hydroxyde de sodium libre.
• Programme de phosphate congruent :
  • Réduit davantage le risque de caustique libre (NaOH), mais le rapport de Na/PO, est gardé plus bas, à moins de 2,6.
• Programme de phosphate d'équilibre :
  • À une concentration donnée de phosphate, le rapport du phosphate, du pH et de Na/PO reste stable même si la charge change.

Programme de phosphate congruent

• Le rapport est habituellement augmenté en ajoutant de la soude caustique (hydroxyde de sodium, NaOH) ou du phosphate trisodique (Na,PO2).
• Le rapport est réduit en ajoutant du phosphate disodique.
• Dans les grandes chaudières avec des tubes soumis à une chaleur élevée, une partie du phosphate se précipite hors et se «cache» sur les surfaces des tubes.
• Lors des changements de charge, ce précipité retourne à en solutions causant la confusion dans le contrôle du programme de phosphate et causant des pics de NaOH.

Programme de phosphate d'équilibre

• Ce programme fonctionne avec une concentration de phosphate maintenant un rapport de phosphate, de pH et de Na/PO qui reste stable, ce peu importe la charge qui change.
• Il faut déterminer par essai la «parfaite» quantité de phosphate à injecter à une chaudière particulière dans ses divers conditions de marche (chaudières sont toutes différentes).
• Il est ainsi permis de déterminer le phosphate résiduel optimal auquel les problèmes de dissimulation de phosphate et l'excès de NaOH ne se produisent pas, et ce, quelle que soit la charge de la chaudière.
• L'utilisation du phosphate pour contrôler le pH et le tartre ne doivent pas être confondus.
• Dans les chaudières à basse pression, le contrôle du tartre est l'objectif prioritaire alors que dans les chaudières à haute pression qui utilisent de l'eau déminéralisée, le contrôle du pH est prioritaire.

Prévention de la fragilité

• Aux pièces de chaudière soumise à tension et aux fuites, incluant les tubes à niveau.
• Le traitement consiste à maintenir l'eau relativement libre de caustique (NaOH), comme dans un programme de phosphate.
• du nitrate de sodium doit être injecté pour combattre la fragilité, pour les chaudières à basse pression

Prévention de la corrosion à l'oxygène

• Le traitement consiste à ajouter des composés de chaudière réagissant à l'oxygène libre et qui l'élimine.
• Cet ajout se fait dans la zone de stockage du désaérateur ou à l'aspiration des pompes d'eau pour l'alimentation.
• Le sulfite de sodium est le produit le plus utilisé réagissant avec de l'oxygène.
• Le sulfate de sodium ainsi produit est enlevé lors de la purge selon la base réaction chimique suivante: 2Na2SO3 + 3 -> 2Na5SO4
• Suffisamment de sulfite doit être alimenté afin de maintenir 10 à 15 ppm, permettant ainsi faire face aux fluctuations d'eau.
• Le sulfite augmente les solides. Une purge est donc de mise.

Alternatives désoxygénantes

• Les produits chimiques sont injectables afin d'être en mode élimination de l'oxygène.
• Le principal avantage est d'être entraîné vers le protectecteur et d'offrir une protections contre la corrosion.

Entraînement

• L'entraînement inclut tout contaminants solides, liquide ou vaporeux sortant avec les ballons ou des ballons de vapeur.
• Les notions de pureté de vapeur est employés dans la mesure où cette dernières contient peu d'entraînement.
• Il est presque impossible d'obtenir zéro entraînement, un seuil limite permet d'éviter les effets nocifs.

Conséquences de l'entraînement

• Si le les chaudières possèdent des surchauffeurs, ces derniers sont endommagés par la corrosion ou sont à rompre.
• L'encrassement des turbines se fait à mesure où les solides s'y déposent. La silice y est particulièrement dommageable.
• Choc thermique important par les bouchons d'eau conséquents.
• Perte de prodution dû aux travaux et aux interruptions provoqués.

causes

• La conception des pièces internes sont causes d'entraînement mécaniques.
• Le mode d'opération ainsi que l'arrimage peuvent être facteurs.
• L'augmentation drastique et soudaine du taux peuvent impliquer des bouchons.
• Les mousses et minuties des bulles de vapeur affecte le bilan.

Préventions

• La conception et operation doivent être fait en fonction des paramètre de design ainsi que le niveau d'eau et du taux d'allumage.
• Les sources d'huiles et autres matières organiques doivent être pris en charge et minimisé.
• Les ajoutifs chimiques antimoussantes pour l'eau sont une protection réactive contre la mousse et faciliter l'éclatement des membranes.

Importance d'une purge efficace

• Réducteur de quantité d'énergie utilisé.
• Vrai de lors d'un purge continue sur une plage de 24 h
• Le rendement est maximisé si la charge de la purge est réduit.