Traitements des eaux de chaudière par les sulfites

Les sulfites sont les premiers réducteurs chimiques d'oxygène largement utilisés dans la production de vapeur. L'ion sulfite SO₃^-, réagit avec l'oxygène pour former du sulfate.
2SO₃^- + O₂ → 2SO₄^-

Différents sels sont employés pour apporter les ions sulfites:

Sulfite	Consommation [g/g O2]
ion sulfite (SO3-)	5
Sulfite de soude (Na2SO3)	8
Bisulfite de soude (NaHSO3)	6,6
Métabisulfite de soude (Na2S2O5)	6
Sulfite d'amonium (NH4)2SO3	7,3

pH	nature du sulfite
<5	HSO3-
7	HSO3- + SO3-
>8,5	SO3-

Quel que soit le sel ajouté à l'eau de chaudière, la nature du sulfite présent est seulement fonction du pH de l'eau qui le contient. Or comme celui-ci est généralement basique, c'est nécessairement l'ion sulfite SO₃^-- qui est la forme prédominante et qui réagit avec l'oxygène.

La vitesse de réaction du sulfite augmente avec la température et le pH de l'eau.

Le sulfite n'aide pas à la passivation du métal pour le protéger contre d'autres sources de corrosion.
Le sulfite assure une protection contre l'oxygène depuis les circuits d'alimentation en eau jusque dans la chaudière, mais pas sur les circuits vapeur puisqu'il n'est pas volatil et reste donc dans l'eau.
Il augmente la teneur en sels de l'eau en chaudière, et donc le besoin en purge.

Il se décompose à partir de 250°C produisant des sulfures et dioxyde de soufre volatils conduisant à des gaz acides dans la vapeur produite et des corrosions potentielles dans les circuits avals. Pour cette raison l'utilisation de sulfite dans des productions de vapeur supérieure à 40 bars est déconseillée.

    Na₂SO₃ + H₂O → SO₂ + 2NaOH

    4Na₂SO₃ + H₂O → 3Na₂SO₄+ 2NaOH + H₂S

Le sulfite de soude est peu soluble dans l'eau. ll est distribué pincipalement sous forme solide, ce qui ne facilite pas sa mise en oeuvre. Certains utilisateurs préfèrent utiliser le bisulfite ou le métabisulfite; ce dernier se transforme en bisulfite lorsqu'il est dispersé dans l'eau. Le bisulfite est soluble à plus de 35% dans l'eau à température ambiante, ce qui permet de distribuer des solutions aqueuses plus aisées à mettre en oeuvre.

Certaines distributions mélangent sulfite et bisulfite.

Exemple d'application

Une chaudière de production de vapeur basse pression est alimentée en eau adoucie, sans dégazage thermique. La dureté de l'eau brute prélevée dans le milieu naturel est de 50°F. L'eau d'alimentation de la chaudière est traitée par une solution de métabisulfite de sodium à 15% pour éliminer l'oxygène. La teneur résiduelle en sulfite dans l'eau en chaudière doit être de 20ppm. Pour limiter le primage, la salinité de l'eau en chaudière doit rester <4000mg/l.

L'eau brute est saturée en oxygène à une température de 15°C et contient 10 mg/l d'oxygène. Il faudra ajouter 5*10=50 mg de sulfite par litre d'eau pour consommer l'oxygène présent. Si 20% de l'eau alimentaire est purgée de la chaudière, pour maintenir un excès de 20 mg/l de sulfite, il faudra ajouter en plus20 *0,2=4 mg par litre d'eau alimentaire; soit 50+4=54mg de sulfite par litre d'eau alimentaire. Le sulfite étant apporté par une solution à 15% de métabisulfite, la quantité de solution à introduire sera 54/5*6/0,15=432 mg de solution par litre d'eau alimentaire.

L'eau brute contient 5 mmoles de carbonate soit 5*106=530 mg de carbonate de soude par litre d'eau après adoucissement. L'ajout de 54 mg de sulfite produira 54/80*142=96 mg de sulfate de soude par litre d'eau alimentaire. Après concentration dans la chaudière, si la purge représente 20% del'alimentation, la teneur totale en sel sera (530+96)/0,2=3130 mg de sels par litre d'eau en chaudière.