Désaérateurs : élimination de l'oxygène de l'eau d'alimentation de la chaudière est le processus mécanique qui élimine l'oxygène dissous et le dioxyde de carbone de l'eau d'alimentation avant qu'elle n'entre dans une chaudière à vapeur, protégeant la chaudière, l'économiseur, la tuyauterie et le système de condensat contre la corrosion. Presque toutes les chaudières industrielles au-delà des plus petites unités compactes dépendent d'une forme de désaération, et une mauvaise mise en œuvre transforme rapidement le système en un problème de corrosion.
L'eau de complément et le condensat de retour transportent tous deux des gaz atmosphériques dissous, principalement l'oxygène et le dioxyde de carbone. L'oxygène dissous est fortement corrosif pour l'acier au carbone aux températures de chaudière, provoquant des piqûres localisées sur les parois des tubes, les tambours et la tuyauterie d'alimentation ; une petite quantité peut provoquer une perforation bien avant qu'un amincissement uniforme de la paroi ne soit détecté. Le dioxyde de carbone forme de l'acide carbonique, abaissant le pH et entraînant la corrosion dans les conduites de condensat, les pièges et les échangeurs de chaleur, loin en aval de la chaudière. Éliminer ces deux gaz avant qu'ils n'atteignent le métal chaud coûte bien moins cher que d'en subir les conséquences.
La solubilité des gaz dans l'eau diminue fortement avec l'augmentation de la température, atteignant un minimum pratique proche du point d'ébullition de l'eau à la pression de fonctionnement. Un désaérateur chauffe l'eau d'alimentation entrante avec de la vapeur pour la porter à, ou très près de, la température de saturation, de sorte que les gaz dissous sortent de la solution sous forme de gaz libres. Le chauffage seul ne suffit pas : le gaz libéré doit être évacué avant de se redissoudre, c'est pourquoi les désaérateurs associent le chauffage à un lavage mécanique, pulvérisant l'eau en fines gouttelettes contre une vapeur en contre‑courant et évacuant le gaz libéré avant qu'il ne refroidisse et se redissolve.
Le choix dépend de la taille de la chaudière, de la variabilité de la charge et de l'objectif de teneur résiduelle en oxygène requis en aval.
Un désaérateur correctement dimensionné et exploité, avec une alimentation en vapeur adéquate et une ventilation correcte, réduit couramment l'oxygène dissous dans la gamme basse des parties par milliard, souvent cité comme 7 ppb (0,005 cm3/L) ou mieux dans les recommandations HEI et ASME, le dioxyde de carbone étant également réduit à un niveau négligeable. Maintenir cette plage nécessite un débit de vapeur suffisant pour conserver la température de saturation à toutes les charges, une ventilation correcte et un temps de séjour adéquat dans le laveur.
| Paramètre | Désaérateur mal exploité | Désaérateur bien exploité |
|---|---|---|
| Oxygène dissous résiduel | 50 à 100+ ppb | 7 ppb (0,005 cm3/L) ou moins |
| Température de fonctionnement vs saturation | Plusieurs degrés °C en dessous de la saturation | À environ 1 °C de la saturation |
| Débit d'évent | Sous‑venté ou sur‑venté | Réglé selon la courbe fabricant pour la charge |
| Contrôle du niveau de stockage | Erratique, sujet à la vaporisation locale (flashing) | Stable, dimensionné pour la marge NPSH de la pompe |
Sous la section de désaération, chaque désaérateur comporte un réservoir de stockage contenant de l'eau désaérée à la température de saturation, prête pour les pompes d'alimentation. Le réservoir amortit les variations de demande et, tout aussi important, fournit l'altitude et la charge statique nécessaires aux pompes d'alimentation pour satisfaire leur exigence de NPSH. Parce que l'eau de stockage est proche de son point d'ébullition, la marge entre la NPSH disponible et requise est volontairement étroite, ce qui explique pourquoi les réservoirs de stockage sont presque toujours montés sur des structures métalliques surélevées, parfois appelées tours de désaérateur, de sorte que la hauteur supplémentaire prévient la cavitation à l'entrée de la pompe. Le contrôle du niveau et de la pression y est traité comme une fonction de protection, et non comme une simple gestion d'inventaire.
La désaération mécanique élimine la grande majorité de l'oxygène dissous mais ne peut pas atteindre le zéro. Des agents chimiques piégeurs, tels que le sulfite de sodium pour les chaudières basse et moyenne pression ou des agents comme des substituts de l'hydrazine et des dérivés du carbohydrazide pour les unités haute pression, sont dosés en aval du désaérateur pour réagir avec ce résiduel. Ces agents servent de secours et de finition, et ne remplacent pas la désaération mécanique.
La performance dépend également de la quantité de condensat que l'installation renvoie et de son état. Le condensat arrive chaud et en grande partie dépourvu de gaz si le système de retour de condensat est étanche et bien ventilé, allégeant la charge du désaérateur, tandis que des prises d'air aux pompes ou des pièges endommagés réintroduisent de l'oxygène déjà éliminé une fois. Les performances du désaérateur, les débits de purge et l'intégrité du condensat sont à examiner ensemble ; voir notre aperçu de la pratique de purge des chaudières pour comprendre comment les solides dissous se concentrent et sont purgés de la chaudière.
L'entretien courant couvre l'inspection des vannes de pulvérisation et des plateaux pour dépôts ou érosion, les vérifications du débit d'évent par rapport à la charge, les instruments de niveau et de pression du stockage, et des tests périodiques d'oxygène dissous à la sortie. Ces tâches sont faciles à reporter, et les conséquences apparaissent des mois plus tard sous forme de tubes piqués, si bien que de nombreuses équipes suivent les inspections et les registres de dosage dans une plateforme GMAO (CMMS) comme Fabrico, en maintenant le travail sur un intervalle fixe afin que tout dérive soit signalée tôt. Réservez une démo Fabrico pour voir comment les plans de maintenance préventive du désaérateur s'intègrent dans un programme de fiabilité plus large.
Un simple réservoir d'eau d'alimentation ne fait que stocker l'eau pour les pompes d'alimentation de la chaudière. Un désaérateur chauffe activement et lave mécaniquement l'eau avec de la vapeur pour éliminer l'oxygène et le dioxyde de carbone dissous, puis évacue les gaz libérés.
La section de stockage contient de l'eau proche de son point d'ébullition, de sorte que la marge contre la cavitation des pompes est mince. Surélever le réservoir ajoute une charge statique à l'aspiration de la pompe, satisfaisant l'exigence de NPSH et empêchant la vaporisation à l'entrée de la pompe.
Certaines installations très petites ou à basse pression utilisent uniquement un traitement chimique, mais pour la plupart des chaudières industrielles cela est impraticable à grande échelle, car le dosage doit suivre une charge d'oxygène en mouvement constant sans élimination mécanique. La désaération mécanique plus un agent piégeur en finition est l'approche standard.
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