Expert en projet de mesure de la qualité de l’eau et de traitement de l’eau depuis 2007
Prévention du tartre dans les chaudières : comment un analyseur de qualité de l’eau surveille-t-il la dureté et la silice pour prolonger la durée de vie des équipements ?
Introduction
La formation de tartre dans les chaudières peut avoir des conséquences économiques et sur le fonctionnement des équipements. La formation d'une couche dure, due à la présence de calcaire et de silice dans l'eau, peut réduire le transfert de chaleur. L'acier au carbone, matériau couramment utilisé dans les chaudières, a une conductivité thermique d'environ 50 W/mK. Or, le tartre, comme le sulfate de calcium, peut avoir une conductivité de seulement 0,6 W/mK. Cela signifie que le système de chauffage doit augmenter considérablement sa puissance pour faire passer la chaleur à travers le tartre.Qu’est-ce que le tartre dans l’eau de chaudière et pourquoi est-ce un problème ?
Les chaudières sont des appareils qui produisent de la vapeur par transformation de l'eau en phase gazeuse. Elles utilisent généralement du gaz naturel, du propane, du fioul, du charbon ou de l'électricité comme source de chaleur. Lorsque l'eau est très dure ou riche en silice, elle laisse des dépôts de calcaire sur les éléments chauffants. De plus, des boues se forment au fond de la chaudière et sont évacuées pour maintenir l'équilibre chimique du fluide.Raisons de la formation des écailles
Maintenant que nous savons que la formation de tartre pose problème pour le fonctionnement des chaudières, nous pouvons aborder la raison pour laquelle ce tartre se forme :
Dureté de l'eau
La dureté de l'eau est indiquée par la présence d'ions calcium et magnésium. Sous l'effet de la chaleur, ces ions précipitent sous forme de carbonates et de sulfates. En milieu alcalin, ils se transforment en carbonate de calcium et en hydroxyde de magnésium. Ces dépôts forment une couche dure à la surface de l'élément chauffant. Même lorsque leur concentration est inférieure à 0,1 ppm, les chaudières haute pression à haute température peuvent accélérer leur cristallisation. Sans contrôle, ce phénomène peut entraîner une réduction du diamètre intérieur des canalisations.Présence de silice dans l'eau
Comparativement à la dureté, la silice forme une couche plus vitreuse. Elle est beaucoup plus dense que le tartre. Sa conductivité est bien inférieure à celle du tartre. Même avec une couche microscopiquement mince, le transfert de chaleur nécessaire peut entraîner la défaillance ou la surchauffe des éléments chauffants. Le dépôt est quasi permanent. Son élimination peut nécessiter un perçage mécanique ou l'utilisation d'acide fluorhydrique, un produit dangereux. De plus, à une pression de 400 psig, la silice se vaporise et peut se propager jusqu'à des équipements tels que les turbines, endommageant ainsi leurs pales.Normes de qualité d'eau recommandées pour les chaudières
Les paramètres de qualité de l'eau sont généralement définis par le fabricant de la chaudière. Il est recommandé de maintenir la chimie de l'eau dans les limites définies. Celles-ci sont généralement identiques à celles mentionnées dans le code ASME (American Society of Mechanical Engineers) CRTD-Vol. 34. Ce code, intitulé « Consensus on Operating Practices for the Control of Feedwater and Boiler Water Chemistry », est la norme de référence du secteur pour les chaudières à tubes d'eau. Les directives générales fournissent un tableau qui met en évidence la nécessité d'un renforcement des exigences chimiques en fonction de la pression de service.Paramètre | 0-300 psig | 301-600 psig | 901-1 000 psig |
Dureté totale (ppm) | <0,3 | <0,2 | Aucun détecté |
Silice (ppm) | <150 | <40 | <8 |
Alcalinité totale (ppm) | <700 | <500 | <200 |
Conductivité spécifique | 7000 S/cm | 5000 S/cm | 2000 S/cm |
Comment fonctionnent les analyseurs de qualité de l'eau
Les analyseurs de qualité de l'eau surveillent le bon fonctionnement des chaudières. La présence d'ions calcium et magnésium associés à la silice est imperceptible à l'œil nu. Ces analyseurs utilisent une technologie de pointe pour détecter ces impuretés et prévenir ainsi l'entartrage de l'eau des chaudières. Voici comment ils procèdent :Surveillance de la dureté
La technique d'analyse de la dureté de l'eau la plus moderne et la plus rapide est celle des électrodes sélectives aux ions (ESI). Le capteur est conçu pour réagir aux ions calcium et magnésium. Son fonctionnement repose sur le principe de l'équation de Nernst :Surveillance de la silice
Comparativement à la dureté de l'eau, le contrôle de la silice exige une conception beaucoup plus sophistiquée des analyseurs de qualité de l'eau, notamment pour prévenir l'entartrage des chaudières. La méthode la plus courante est celle du bleu de molybdène. L'eau contenant de la silice prend une couleur bleu foncé permettant sa détection. La silice réagit avec le molybdate en milieu acide, formant ainsi du molybdate de silicium bleu. L'intensité de cette coloration bleue indique la présence de silice dans l'eau. Un émetteur de 810 nm projette de la lumière à travers l'échantillon d'eau. L'absorbeur situé à l'autre extrémité détecte la quantité de lumière ayant traversé l'échantillon. Le signal généré est directement représentatif de la concentration de silice dans l'eau. La capacité de détection d'un analyseur de qualité de l'eau pour la silice est de 0 à 200 ppb avec une précision de ±1 %.Surveillance en temps réel et alerte précoce pour la prévention du tartre
La surveillance en temps réel de la présence d'ions magnésium-calcium et de silice présente des avantages considérables pour la prévention de l'entartrage des chaudières.
Système de contrôle automatisé
Les rapports d'analyse en laboratoire peuvent nécessiter plusieurs heures pour diagnostiquer un problème, suivies d'interventions manuelles. Ce processus entraîne la formation de tartre. Les systèmes modernes de surveillance en temps réel des analyseurs de qualité de l'eau fournissent des valeurs actualisées et permettent des actions de contrôle directes grâce à leur intégration avec un système de contrôle distribué (DCS).
Le système peut déclencher une purge de la chaudière pour éliminer les minéraux concentrés. De plus, des pompes chimiques peuvent injecter des inhibiteurs de tartre dès que la dureté augmente afin de protéger les éléments chauffants des chaudières.
Préserver la capacité de transfert de chaleur
La détection précoce permet de prévenir la formation de tartre. Comme mentionné précédemment, un tartre de 1,5 mm peut réduire le rendement de la chaudière de 5 %. Le système peut générer des alarmes, évitant ainsi les points chauds localisés susceptibles d'entraîner le gonflement des tubes ou la fragilisation par l'hydrogène.
Analyse médico-légale
Les analyseurs modernes de qualité de l'eau peuvent détecter et enregistrer des données pendant 30 jours, voire plus. Grâce à leur intégration avec les systèmes de contrôle-commande distribués (DCS), les opérateurs peuvent déceler une augmentation progressive de la qualité de l'eau au cours de la journée. Cette augmentation peut indiquer une dégradation ou une saturation des déminéralisateurs, ce qui affecte le fonctionnement des chaudières.
Réduction de la consommation d'énergie et des coûts de maintenance
En prévenant la formation de tartre, on réduit la surchauffe et la corrosion. La durée de vie des chaudières et des équipements associés peut être prolongée de 20 à 30 %. De plus, le besoin de nettoyages chimiques agressifs est considérablement réduit, ce qui prévient l'amincissement du métal de la chaudière au fil du temps. Le tableau ci-dessous illustre l'impact du tartre sur l'efficacité des chaudières, impact facilement évitable grâce à l'utilisation d'analyseurs de qualité d'eau :
Épaisseur de l'échelle (pouces) | Perte d'efficacité (%) | Augmentation du coût de l'énergie (%) |
0.016 | 5 | 5-10 |
0.043 | 10 | 10-15 |
0.094 | 15 | 15-20 |
0.177 | 20 | 20-25 |
Conclusion
Les chaudières sont des équipements coûteux qui nécessitent une surveillance constante pendant leur fonctionnement afin d'éviter les arrêts prolongés pour maintenance. La présence de dureté et de silice dans l'eau d'alimentation constitue l'une des principales causes de la baisse de rendement et de l'endommagement des chaudières. Les analyseurs de qualité d'eau de pointe, fonctionnant selon le principe des électrodes sélectives d'ions (ESI) et la méthode au bleu de molybdène, permettent de détecter des variations infimes des concentrations d'ions magnésium/calcium et de silice. Il en résulte un meilleur contrôle de la chaudière, une durée de vie accrue des équipements, une réduction des interventions de maintenance et une efficacité améliorée.
Si vous recherchez un fabricant expérimenté d'analyseurs de qualité d'eau, pensez à Shanghai BOQU Instrument Co., Ltd., fondée en 2007 à Shanghai, en Chine. L'entreprise propose des solutions haut de gamme pour la surveillance de la qualité de l'eau . Forte de plus de 100 professionnels qualifiés, BOQU est spécialisée dans les analyseurs et capteurs de pointe pour des paramètres tels que la dureté et la silice. Découvrez l'ensemble de leurs capteurs à la pointe de la technologie sur https://www.boquinstrument.com/ .
Liens rapides
Nous contacter
Bureau Ajouter：Non. 118 Xiuyan Road, nouvelle zone de Pudong, Shanghai, code postal: 201315, Chine
Contactez-nous tout de suite
BOQU Instrument se concentre sur le développement et la production d'analyseurs et de capteurs de qualité de l'eau, notamment un compteur de qualité de l'eau, un compteur d'oxygène dissous, des capteurs de pH, etc.