Analyses de métaux traces pour la surveillance de la corrosion dans les systèmes de condensat de cogénération

Une revisite de plusieurs analyses de fer dans l’eau d’alimentation des générateurs de vapeur et pourquoi la surveillance du cuivre est nécessaire dans les installations de cogénération.

Par Brad Buecker – Buecker & Associates, LLC

Dans des articles précédents sur Power Engineering, nous avons examiné l'importance de la surveillance des traces de fer pour déterminer l'étendue de la corrosion de l'acier au carbone dans les circuits de condensats et d'eau d'alimentation des générateurs de vapeur à récupération de chaleur (HRSG). (1, 2) Les systèmes d'eau d'alimentation HRSG ne contiennent généralement pas d'alliages de cuivre, sauf peut-être rarement un condenseur avec des tubes en alliage de cuivre. Cependant, les systèmes de cogénération et les grands systèmes de vapeur industriels peuvent comporter de nombreux échangeurs de chaleur contenant des tubes en alliage de cuivre.

En conséquence, la surveillance du fer et du cuivre dans les condensats est importante pour évaluer l'efficacité des programmes de traitement chimique pour minimiser la corrosion et l'effet secondaire du transport des produits de corrosion vers les générateurs de vapeur. Dans cet article, nous reviendrons brièvement sur plusieurs aspects importants des analyses de fer des condensats/eau d’alimentation des générateurs de vapeur. Nous examinerons également pourquoi la surveillance du cuivre est nécessaire dans les installations de cogénération, ainsi que les méthodes analytiques modernes pour l'analyse des métaux traces.

À l'époque de la construction de grandes centrales fossiles au milieu du siècle précédent, le réseau de condensats/eau d'alimentation contenait généralement plusieurs réchauffeurs d'eau d'alimentation fermés ainsi qu'un réchauffeur ouvert, le dégazeur.

Les alliages de cuivre étaient un choix de matériaux courant pour les tubes fermés de chauffe-eau d'alimentation en raison des excellentes propriétés de transfert de chaleur du cuivre. Cependant, le cuivre est sensible à la corrosion due aux effets combinés de l'oxygène dissous et de l'ammoniac, ce dernier étant le produit chimique courant pour le contrôle du pH de l'eau d'alimentation (bien que dans certaines usines alcalinisantes, c'est-à-dire neutralisantes, les amines restent le choix). (3, 4)

L'oxygène convertit la couche protectrice de Cu2O sur la surface du cuivre (où le cuivre est à l'état d'oxydation +1) en CuO, le cuivre se transformant à un état d'oxydation +2. Cu2+ réagit avec l'ammoniac pour former un composé soluble. Ainsi, pour pratiquement tous les systèmes contenant des alliages de cuivre, une combinaison de désaération mécanique et d’élimination chimique de l’oxygène était et est toujours nécessaire pour protéger les alliages. Le désoxygénant sert également d’agent passivant pour reconvertir CuO en Cu2O.

La combinaison d'ammoniac ou d'un mélange ammoniac/amine pour le contrôle du pH et l'alimentation en piégeurs d'oxygène est connue sous le nom de traitement réducteur entièrement volatil (AVT(R)). Il produit la couche de magnétite sombre familière (Fe3O4) sur l'acier au carbone, mais n'est plus recommandé pour les unités utilitaires et les HRSG sans alliages de cuivre.

Au lieu de cela, le traitement oxydant entièrement volatil (AVT(O)) comme indiqué dans la référence 1 (sans alimentation de désoxygénation mais toujours de l'ammoniac ou un mélange ammoniac/amine pour le contrôle du pH) est le bon choix. AVT(O) produit une couche d'oxyde rouge, l'α-hématite (également connue sous le nom d'oxyde ferrique hydraté (FeOOH)) sur l'acier au carbone. Pour réussir, l'AVT(O) nécessite une eau d'alimentation de haute pureté avec une conductivité cationique <0,2 mS/cm. Pour les systèmes de cogénération et de génération de vapeur industrielle, l'eau d'alimentation (généralement) de moindre pureté et/ou la présence d'échangeurs de chaleur à tubes en alliage de cuivre interdisent l'AVT(O), l'AVT(R) étant l'option requise.

Un contrôle chimique minutieux est nécessaire pour trouver l’équilibre entre une corrosion minimale du fer et du cuivre. Un élément clé du programme de traitement est la surveillance des produits de corrosion afin de garantir que la chimie est optimisée.

Concernant la surveillance du fer, plusieurs points de discussion de la référence 2 méritent une brève répétition.

En règle générale, 90 % ou plus des produits de corrosion de l’acier se présentent sous forme de particules d’oxyde de fer. Ainsi, les mesures du fer juste dissous ne se rapprochent pas de la concentration totale des produits de corrosion. Hach a développé une procédure de paillasse qui utilise un processus de digestion de 30 minutes pour convertir tout le fer en forme soluble pour une analyse ultérieure sur un spectrophotomètre standard.

La limite inférieure de détection est de 1 partie par milliard (ppb), ce qui est satisfaisant même pour les générateurs de vapeur à haute pression où la concentration de fer recommandée dans l'eau d'alimentation est <2 ppb. Comme les événements l'ont montré au cours des quatre dernières décennies, la surveillance du fer est très importante pour suivre la corrosion à écoulement accéléré (FAC) dans les systèmes de condensats/d'eau d'alimentation et dans l'économiseur et l'évaporateur basse pression (et souvent certains circuits à pression intermédiaire) des systèmes multi- HRSG à pression. Cette technique de paillasse fournit uniquement des lectures instantanées, mais celles-ci sont souvent suffisantes avec un système protégé par une chimie appropriée. (5)