Traitement des eaux de refroidissement: entartrage, corrosion et encrassement biologique est la gestion chimique et mécanique des eaux de refroidissement recirculantes en circuit ouvert visant à contrôler les trois mécanismes qui encrassent et dégradent les échangeurs de chaleur et les tours de refroidissement: l'entartrage minéral, la corrosion des métaux et la prolifération biologique.
Lorsque l'eau s'évapore, les solides dissous se concentrent, l'oxygène et les nutriments pénètrent, et les surfaces chaudes mouillées deviennent un habitat idéal pour les micro‑organismes. Un programme de traitement maintient ces trois phénomènes en équilibre afin de préserver l'efficacité des transferts thermiques et de rendre la perte de métal prévisible.
Un système ouvert recirculant évacue la chaleur en faisant évaporer une fraction de l'eau circulante. L'eau pure s'en va sous forme de vapeur, de sorte que chaque minéral dissous, chlorure et sulfate restant se concentre à chaque cycle.
Cela s'exprime par les cycles de concentration, le rapport d'une espèce conservée (souvent les chlorures ou la conductivité) dans l'eau circulante à la même espèce dans l'eau d'appoint. Des cycles plus élevés économisent de l'eau mais favorisent l'entartrage; le programme fixe donc une cible et la maintient par une purge contrôlée.
L'entartrage est le dépôt de sels peu solubles, le plus souvent le carbonate de calcium, sur les surfaces chaudes. Il isole les tubes, réduit le débit et abrite la corrosion.
Le prédicteur classique d'entartrage est l'indice de saturation de Langelier (LSI), défini comme LSI = pH - pHs, où pHs est le pH auquel l'eau est exactement saturée en carbonate de calcium aux dureté calcique, alcalinité totale, solides dissous totaux et température donnés.
L'indice de stabilité de Ryznar, RSI = 2 x pHs - pH, est un indice empirique associé où des valeurs inférieures à environ 6 indiquent une tendance à l'entartrage et des valeurs supérieures à environ 7 indiquent une tendance corrosive.
Les deux indices décrivent uniquement la force motrice du carbonate de calcium, pas la corrosivité générale; ils complètent donc la surveillance directe de la corrosion plutôt que de la remplacer.
Un programme moderne dose plusieurs familles de produits, chacune ciblant un mécanisme, puis les ajuste en fonction de la chimie de l'eau mesurée :
| Problème | Cause principale | Contrôle principal |
|---|---|---|
| Dépôt de carbonate de calcium (entartrage) | LSI positif, dureté et alcalinité élevées, température de surface élevée | Inhibiteur d'entartrage, acidification ou contrôle du pH, réduction des cycles |
| Corrosion généralisée et par piqûres | Oxygène dissous, pH bas, chlorures et sulfates élevés, LSI négatif | Film d'inhibiteur de corrosion, contrôle du pH, surveillance par coupons |
| Encrassement biologique (biofilm et mucilage) | Eau chaude, lumière solaire, nutriments, biocide faible ou intermittent | Biocides oxydants et non oxydants alternés, dispersant, contrôle de l'ORP |
| Corrosion influencée microbiologiquement | Bactéries anaérobies sous dépôt telles que les sulfato‑réductrices | Contrôle du biofilm, dispersants, prévention des dépôts |
| Limon et matières en suspension | Poussières transportées par l'air entraînées dans la tour | Filtration en dérivation (sidestream), dispersant, purge adéquate |
Une eau de refroidissement chaude, aérée et riche en nutriments favorise le développement de bactéries, d'algues et de champignons qui forment un biofilm sur les parois des tubes et le garnissage des tours.
Le biofilm est un isolant thermique très efficace, qui réduit le transfert de chaleur de façon bien plus importante que ne le laisse supposer son épaisseur, et il protège le métal sous‑jacent de l'inhibiteur présent dans l'eau.
Sous ce film, des zones appauvries en oxygène permettent aux bactéries sulfato‑réductrices et autres de provoquer la corrosion influencée microbiologiquement , produisant des piqûres localisées profondes pouvant perforer un tube alors que la majeure partie de la surface reste propre.
Le contrôle consiste à maintenir un résidu mesurable de biocide, à alterner des chimies oxydantes et non oxydantes, et à utiliser des dispersants pour empêcher l'établissement d'un film.
La purge est l'évacuation délibérée d'une eau concentrée vers le drain, remplacée par de l'eau d'appoint, et c'est le contrôle principal des cycles. À titre d'approximation, eau d'appoint = évaporation + purge + dérive, et cycles de concentration = eau d'appoint / (purge + dérive).
Il est courant de fonctionner sur trois à six cycles; chaque cycle supplémentaire économise de l'eau mais resserre la fenêtre d'entartrage et de corrosion, de sorte que la valeur réalisable est déterminée par la chimie de l'eau d'appoint.
Des dépôts incontrôlés entraînent ensuite l' encrassement des échangeurs de chaleur , ce qui augmente la température d'approche et la charge de pompage jusqu'à ce que l'échangeur doive être nettoyé.
Un programme de routine suit la conductivité comme indicateur des cycles, le pH, la dureté calcique et l'alcalinité pour le calcul du LSI, le résidu d'inhibiteur, et le biocide oxydant par résidu libre ou par potentiel d'oxydoréduction (ORP). La perte de métal est confirmée par des coupons de corrosion, généralement exprimés en mils par an, et la charge microbienne par lames de contact (dip slides) ou par dosage ATP. Le tableau ci‑dessous donne des cibles représentatives qu'un site ajuste selon sa propre eau et sa métallurgie.
| Paramètre | Plage typique surveillée | Objectif |
|---|---|---|
| Cycles de concentration | 3 à 6 | Économie d'eau et de produits chimiques par rapport à la limite d'entartrage |
| pH | 7,5 à 9,0 | Équilibrer corrosion et entartrage |
| Taux de corrosion de l'acier doux | Inférieur à environ 5 mpy | Confirmer l'efficacité du film inhibiteur |
| Résidu libre de biocide oxydant | 0,2 à 1,0 mg/L | Limiter la formation de biofilm |
Parce que ces contrôles se répètent à des intervalles fixes sur de nombreux échangeurs et tours, ils conviennent à un calendrier piloté par un CMMS. Fabrico peut gérer les circuits d'échantillonnage, enregistrer les relevés par rapport aux limites et déclencher des bons de travail lorsqu'un coupon ou une lame de contact sort des plages acceptables.
Intégrez la même discipline à la maintenance des tours de refroidissement afin que le nettoyage mécanique et le contrôle chimique restent synchronisés. Les équipes peuvent réserver une démo Fabrico pour voir le routage en pratique.
Un LSI positif signifie que l'eau est sursaturée en carbonate de calcium et a tendance à déposer du tartre sur les surfaces chaudes. Un LSI négatif signifie que l'eau est sous‑saturée et a tendance à être corrosive, et un LSI proche de zéro est à peu près à l'équilibre.
Des cycles plus élevés concentrent la dureté, l'alcalinité, les chlorures et les sulfates. Cela pousse l'eau vers l'entartrage et augmente les niveaux d'ions corrosifs, de sorte que le nombre maximal de cycles sûrs est déterminé par la chimie de l'eau d'appoint et le traitement, pas seulement par le coût de l'eau.
L'encrassement biologique est la croissance d'un biofilm par des bactéries, des algues et des champignons. Il isole les surfaces d'échange thermique et protège le métal sous‑jacent de l'inhibiteur, créant des zones appauvries en oxygène où la corrosion influencée microbiologiquement provoque des piqûres profondes localisées alors que la majeure partie de la surface reste propre.
Au minimum : la conductivité pour les cycles, le pH, la dureté calcique et l'alcalinité pour le LSI, le résidu d'inhibiteur, et un résidu de biocide oxydant ou l'ORP. Confirmer la perte de métal avec des coupons de corrosion et la charge microbienne avec des lames de contact ou un dosage ATP.
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