Qualité des eaux de chaudière

Une qualité d'eau correcte est primordiale pour la fiabilité d'opération et la préservation de la durée de vie des générateurs de vapeur.
La qualité de l'eau influe également sur la qualité de la vapeur à produire et dépend de l'usage ultime qui en est fait (turbinage, vapeur surchauffée, fluide procédé, ...).

Les caractéristiques essentielles à surveiller sont:
- le pH et la teneur en gaz dissous (oxygène et dioxyde de carbone)  pour limiter la corrosion
- les sels dissous pour limiter les dépôts
- la silice pour limiter les entraînements ou les dépôts

Oxygène dissous

L'oxygène est un gaz naturellement présent dans l'eau prélevée dans le milieu naturel.
L'oxygène associé à l'eau est responsable de la corrosion du fer avec formation du bien connu oxyde ferrique de couleur rouille. Cet oxyde poreux et peu adhérant n'apporte aucune protection à l'acier. En réduisant la teneur en oxygène de l'eau, il peut se former à la surface de l'acier un oxyde de couleur noire, mélange d'oxyde ferreux et ferrique aussi appelé magnétite, adhérent et stable en milieu alcalin. Sa formation est recherchée pour protéger les tubes des générateurs de vapeur.

La concentration recommandée pour l'eau alimentant la chaudière est <2ppb (<2µg/l).

Cette teneur peut être obtenue en deux temps:
- par un dégazage thermique qui permet d'atteindre au mieux une teneur de 20ppb (20 µg/l)
- par l'ajout d'un réducteur chimique d'oxygène (hydrazine ou autre)

Les analyses d'oxygène dissous peuvent être réalisées à l'aide d'une cellule électrochimique (ISO 5814) ou par analyse polarographique.

Fer, dureté et matière en suspension

Une chaudière est particulièrement sensible à l'encrassement et tout ce qui est susceptible de provoquer des dépôts doit être évité.

Dureté totale

C'est la somme de tous les sels de calcium et de magnésium exprimés en carbonate de calcium (CaCO₃).
Elle est exprimée en mg/l de CaCO₃ ou bien en:

• degré Français °F (1°F = 10 mg/l CaCO₃)
• degré Allemand  ( = 10 mg/l CaO)
• degré Anglais (= 14,28 mg/l CaCO₃)
• degré Américain (= 1 mg/l CaCO₃)

Pression de la vapeur (bar):	<20	20-30	30-40	40-50	50-60	60-70	70-100	100-140	>140
Fer dans l'eau d'appoint (mg/l)	<0,05	<0,05	<0,03	<0,025	<0,02	<0,02	<0,01	<0,01
Cuivre dans l'eau d'appoint (mg/l)	<0,02	<0,01	<0,01	<0,003	<0,003	<0,003	<0,003	<0,003
Dureté totale dans l'eau d'appoint (mg/l CaCO3)	<0,3	<0,3	<0,2	<0,2	<0,1	<0,05	<0,05	<0,05
Solides dissous dans la chaudière (mg/l)	<3500	<3000	<2500	<1000	<750	<300	<100	<50
Solides en suspension dans la chaudière (mg/l)

pH

L'alcalinité renforce l'adhérence de la couche de magnétite protégeant les surfaces d'échange contre la corrosion.

Il est recommandé de maintenir un pH >8,5. La norme française NF EN 12952 recommande même un pH >9,2.
Les condensats eux même devront présenter un pH>8,5 et <9,2 si le circuit d'utilisation contient des équipements en cuivre ou en laiton.

Silice

La silice dans l'eau de chaudière doit être limitée pour:
- en limiter la teneur dans la vapeur où elle peut provoquer des dépôts sur les turbines
- éviter des dépôts de silicates sur les surfaces d'échange thermique pour des pressions <40 bars.

Pour que la concentration dans la vapeur n'excède pas 20µg/l, la teneur en silice dans l'eau de la chaudière ne doit pas dépasser:

Pression de la vapeur (bar):	<20	20-30	30-40	40-50	50-60	60-70	70-100	100-140	>140
mg/l SiO2 dans l'eau en chaudière	<150	<90	<40	<30	<20	<8	<2	<1
mg/l SiO2 dans l'eau d'appoint pour 1% de purge	<1,5	<0,9	<0,4	<0,3	<0,2	<0,08	<0,02	<0,01

Pour des pressions <40 bars une alcalinité jusqu'à 15 mg/l, en augmentant sa solubilité, autorise une teneur en silice jusqu'à 160 mg/l.

Alcalinité totale

L'alcalinité de l'eau représente sa capacité à neutraliser une solution acide. Elle est mesurée par la quantité d'acide nécessaire pour atteindre un pH donné. Les espèces chimiques mesurées sont les hydroxyles (OH^- ), les carbonates (CO3^2- ) et les bicarbonates (HCO₃^- ).
Cette mesure des carbonates et bicarbonates est un indicateur important de la capacité de l'eau à former du tartre.

On distingue:

• l'alcalinité simple (TA) si la neutralisation est arrêtée pour un pH à 8,3; seuls les hydroxyles et la moitié des carbonates sont mesurés
• l'alcalinité complète (TAC) ou totale, si la neutralisation est arrêtée pour un pH à 4,5; les hydroxyles, les carbonates et les bicarbonates sont mesurés

La soude libre en chaudière est destinée à solubiliser la silice.
Trop importante elle peut générer une corrosion caustique.

Pression de la vapeur (bar):	<20	20-30	30-40	40-50	50-60	60-70	70-100	100-140	>140
TAC (mg/l CaCO3) dans l'eau en chaudière	<350	<300	<250	<200	<150	<100	<50

Conductivité

La conductivité est représentative de la concentration en sels dissous. Elle est exprimée en µS/cm ou en µmho/cm (1 µS/cm = 1 µmho/cm ≈ 0,7 mg/l de sel dissout).
La mesure de conductivité de l'eau en circulation sert à ajuster le débit de purge de la chaudière.
Valeurs recommandées:

Pression de la vapeur (bars)	<20	20-40	40-60	60-100	100-140
Avec alimentation >30µS/cm	<8000	<4000	<2000
Avec alimentation <30µS/cm	<1500	<1500	<800	<250	<100

Sulfite résiduel

L'addition de sulfite peut être utilisée pour réduire la teneur en oxygène de l'eau des générateurs de vapeur. Cependant il augmente la teneur en sel dissous et, en se décomposant à haute température, il produit des gaz acides véhiculés par la vapeur. C'est pourquoi il ne doit être utilisé que dans les producteurs de vapeur à pression <60bars et sa concentration dans l'eau doit être limitée. Les valeurs recommandées sont:

Pression de la vapeur (bars):	<20	20-40	40-60	>60
ppm sulfite résiduel	30-60	20-40	15-30	non recommandé

Plus sur le web

• Norme Française NF EN 12952
• Recommandations de l' American Boilers Manufacturers Association
• Norme britannique BS EN 12952
  
• Norme de l'industrie Japonaise JIS B 8223
• Recommandations de l'Electric Power Resarch Institute
• Norme Allemande TRD 611