TRAITEMENT DES EAUX DE REFROIDISSEMENT
Nous avons choisi d'éclairer les lecteurs sur la base d'expériences acquises sur différentes unités de production du Maghreb et d'Afrique de l'Ouest, dont nous ne citerons pas les raisons sociales ni les adresses ou pays d'implantation pour des raisons évidentes de respectdes sociétés dans les dossiers techniques desquelles nous avons puisé nos renseignements.
Préambule
Depuis plusieurs années, nous intervenons sur certains de ces sites, en particulier les sites de fabrication d'acide sulfurique permettant la fabrication de l'acide phosphorique; ce sont des unités qui utilisent, dans leur technologie, d'importants circuits de refroidissement, soit ouverts ( eau de mer), soit à eau recirculée.
Nous avons voulu apporter quelques commentaires sur ce qui peut être considéré comme une situation moyenne au niveau des différents sites, sur l'intérêt que présentent l'exploitation du traitement des eaux de ces circuits tellement les conséquences découlant de l'application du traitement sont importantes.
Certaines unités situées à proximité de la mer ou de l'océan exploitent des circuits de refroidissement en eau de mer ( circuits ouverts) lesquels sont hors du sujet traité dans les commentaires qui suivent.
Schéma d'un circuit à eau recirculée:
La plupart du temps, compte tenu d'une certaine rareté de l'eau sur certains sites, le circuit de refroidissement à eau recirculée avec évaporation est la solution adoptée, dans la mesure où les caractéristiques de l'eau disponible permettent sa concentration par évaporation; plus le taux de concentration sera élevé, plus la consommation d'eau d'appoint sera faible.
Le circuit de refroidissement que nous avons donc choisi est du type semi-ouvert avec évaporation; il constitue un point important des utilités et de la production car c'est sa propre fonction qui permet d'assurer un bon état des surfaces d'echanges de chaleur contre l'entartrage et la corrosion, ce qui en clair signifie : corrosion, cela veut dire, à terme, le remplacement de certains matériels; entartrage, cela veut dire les arrêts fréquents pour nettoyage chimique ou mécanique.
Concernant le traitement de l'eau, il est d'autant plus délicat à conduire que l'on a plusieurs impératifs ou obligations imposés.Nous les résumons ci-après.
- Réduire au maximum la consommation d'eau d'appoint pour des raisons économiques et également de disponibilité.
- Obéir à des impératifs techniques des caractéristiques d'eau, eu égard à la qualité des métaux existants dans le circuit.
- Pratiquer un traitement simple d'exploitation sans qu'il y ait des impératifs de respect rigoureux de normes chimiques afin de limiter les interventions pour contrôles et les réglages.
Comme dans toute industrie qui a pour vocation une production, l'eau ne constitue pas un souci majeur et son traitement et son exploitation doivent être simples.L'eau est un fluide utilisé pour refroidir des unités ,c'est à dire le produit fabriqué, les organes mécaniques qui s'échauffent etc.Il ne faut pas que le traitement d'eau devienne une usine dans l'usine, mais il est essentiel de se rendre compte de l'importance considérable en termes de qualité qui revient à l'eau consommée, essentiellement à l'eau des circuits de refroidissement.
Dans toute usine, l'eau a toujours été considérée comme quelque chose d'annexe, mais quand on sait ce que coûte les arrêts d'unités pour nettoyage (echangeur sale) ou pour réparation ou remplacement( tubes percés), et en y ajoutant le manque à produire durant les périodes d'arrêts, l'on aboutit à la conclusion simple suivante:
- Le circuit d'eau de refroidissement est un poste utilitaire majeur dans l'usine
- Le bon traitement de l'eau d'appoint, donc de l'eau recirculée, est la condition essentielle permettant, non pas toujours d'éviter totalement l'entartrage ou la corrosion, mais d'en réduire l'intensité et la progression afin d'espacer au maximum les arrêts pour nettoyage ou remplacements.
Sur le plan économique, le coût d'un traitement d'eau par le fait de la consommation en produits chimiques correctifs (anti-tartre, anti-corrosion, algicides et bactéricides) est trés nettement inférieur au préjudice constitué par les pertes dûes aux arrêts de production.Le fait de réduire ces arrêts de 20 à 30 % crée un gain de production plus de 100 fois supérieur au coût du conditionnement de l'eau !
Nécessité absolue de réaliser un minimum de contrôle des eaux; il s'agit en fait et c'est ce qui est réalisé par le laboratoire des unités de production de procéder à une analyse quotidienne résultant des mélanges de trois échantillons prélevés à intervalles réguliers chaque jour ( 1 échantillon par poste).
L'analyses en soi n'est qu'une indication ponctuelle dont on dispose en temps réel sur ce qui se passe sur le circuit.Elle est à exploiter en tant que telle mais, également et surtout, en valeur relative par rapport aux contrôles des jours et semaines précédents. C'est bien l'évolution d'un titre, comparé à l'évolution d'autres titres qui permet d'apporter au moment où il le faut les corrections nécessaires.
Seul le résultat compte; quel est ce résultat et comment définir précisemment l'objectif ? Il faut espacer le plus largement possible les nettoyages chimiques ce qui signifie de protéger les équiupements afin de ne pas devoir réinvestir dans leur remplacement après une durée de vie écourtée, parfois à moins de 10% de leur durée prévisionnelle de vie.Pour ce faire, une exploitation du conditionnement d'eau doit être rigoureusement menée, et les points suivants doivent être "sous contrôle" des responsables:
- Comptage de la quantité d'eau qui rentre dans le système ( chimique et biologique)
- Contrôles périodiques qualitatifs de cette eau
- Contrôle de l'état du matériel servant à injecter les produits dans l'eau d'appoint
- Vérification périodique de la proportionnalité d'injection des agents antitartre et anticorrosion et maintien de la fiabilité de cette injection
- Contrôles qualitatifs périodiques de l'eau recirculée ( chimiques et bactériologiques)
-Contrôle de la filtration d'eau recirculée ( filtration en by-pass) pour en apprécier les performances surtout si les installations se trouvent dans une ambiance chargée en particules minérales ou végétales
Sont également à intégrer dans les paramètres des éléments qui vont permettre d'apprécier en temps réel l'évolution de la situation chimique et bactériologique du système, ce qui sera un moyen d'investigation de l'état des organes qui ne sont pas visibles lorsque les unités sont en fonctionnement. Ces paramètres sont les suivants:
- Relevés des températures entrée/sortie eau et produit sur les appareils concernés par des échanges de chaleur, lesquels conditionnement directement leur état , mais ce qui est essentiel, les rendements des unités concernées.
- Relevés des débits d'eau à travers ces appareils, si possible au moyen de techniques de mesure fiables.
Il est bien évident que l'ensemble de tous ces paramètres doit être accessible à tout moment, ce qui implique un stockage des données, ce qui est aisé avec les moyens informatiques dont dispose l'industriel. De plus, ceci permet de faciliter une assistance technique à distance par transfert des données, ce qui conduit, selon la fréquence de ce transfert, d'avoir, à distance, une vue quasiment en temps réel de la situation; des consignes peuvent alors être transmises rapidement.
Dans le cas du circuit à eau recirculée avec évaporation, un certain nombre de ratios sont à observer, quel que soit le type d'eau et de traitement.
- Teneur en molécule active du produit de conditionnement chimique
- Taux de purge de l'eau recirculée
- Teneur en MES de l'eau recirculée (MES = Matières en suspension)
- Teneur en caractéristiques à taux limité obligatoire dans l'eau recirculée ( ex :chlorures)
- pH de l'eau recirculée ( pH régulé ou non )
Ces ratios concernent le traitement chimique antitartre et anticorrosion; en soit, ils sont des chiffres qu'il est nécessaire d'interpréter tant en valeur ponctuelle instantanée qu'en valeur relative.
Au niveau des variations des caractéristiques chimiques, les règles qu'il faudra observer sont simples:
1/ Constance des titres et ratios dans le temps, ce qui est aisément perceptible en visionnant les courbes de variations qui sont établies quotidiennement par les exploitants.
2/ Pour chacun des ratios, observation précise des points de consignes qui sont données par le "Conseil" ou le "traiteur d'eau" car c'est cette observation qui conditionne la qualité des résultats obtenus.
Points à contrôler sur un circuit
T1: température eau froide
T2: température eau chaude
TC1 et TC2: Taux de corrosion
MES1 et MES2: matières en suspension entrée et sortie filtre.
Les analyses chimiques et les contrôles figurant sur le schéma ci-dessus sont à examiner en valeur relative si l'on veut apprécier la situation et apporter les correctifs nécessaires.
Exemples:
D'anormales variations du principe actif de la molécule du produit de conditionnement en amplitude, et ceci par rapport à la recommandation, y compris un écart de + ou - 5% par exemple n'ont pas de signification "intéressante"si l'on n'a pas comparé ces variations à celles du taux de concentration, donc du delta T à la tour, donc du taux de purge, donc du taux d'évaporation etc.
Bande jaune: Tolérance de dosage du produit de conditionnement.
Courbe en noir: variations normales de dosage
Courbe en rouge: variations anormales; il faut remettre en cause, dans le cadre d'une exploitation en régime continu les points A, B, C D et E figurant sur le schéma ci-dessous:
Une variation progressive de l'évolution d'un titre est techniquement explicable, alors que d'importantes variations ( facteur multiplicateur de 1,5 à 2,5 ) rapides quotidiennes, voire bi-quotidiennes,ne sont explicables que par des déficiences au niveau des mesures qu'elles soient chimiques, thermiques ou autres.Il peut s'agir
- d'infidélités des capteurs de mesures
- de qualité des points de prélèvements d'échantillons d'eau pour quelque raison que ce soit
- de qualité d'analyses d'eaux.
Examen du matériel refroidi par l'eau recirculée
Le but du traitement de l'eau est d'éviter en particulier l'entartrage des appareils refroidis, dont notamment les échangeurs de chaleurs responsables, tout au moins partiellement, des rendements de production.
Prenons l'exemple d'un échangeur; une prévision de son état consiste à suivre en temps réel le coefficient global de transfert de chaleur.
Les parametres qui sont pris en compte pour le calcul de ce coefficient sont: les t° entrée et sortie d'eau de refroidissement et du produit liquide refroidi, le débit d'eau, le débit du fluide refroidi, la surface de chauffe de l'appareil, l'enthalpie du fluide refroidi.Nous avons traité ce sujet dans une note précèdente.
Quand l'changeur s'encrasse, le coefficient de transfert diminue. Les calculs donnent une valeur minimum à ne pas dépasser, ce qui signifie que l'echangeur doit être nettoyé.
Nous figurons ci-après les courbes de coefficient de transfert:
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Le graphe de gauche montre 2 echangeurs en valeur relative: la courbe bleue correspond à un échangeur qui se salit beaucoup plus vite que celui correspondant à la courbe rouge
Le graphe de droite montre l'effet de dégradation des qualités de l'échangeur au fur et à mesure des nettoyages, ce qui signifie, selon l'écart en ordonnées des points D2, D3,... la qualité du nettoyage effectué, ceci en valeur relative.
De même, les temps de salissement ( abcisses T1, T2, T3, ....) au bout desquels l'échangeur doit être nettoyé, diminuent.
Qualité du conditionnement de l'eau d'appoint
L'important , c'est bien sûr la qualité du conditionnement de l'eau d'appoint, tant le conditionnement chimique antitartre et anticorrosion pratiqué en continu et proportionnellement sur l'eau d'appoint, que les traitements complémentaires algicides et bactéricides.
Les phases suivantes s'imposent:
- Rassembler toutes les données et paramètres concernant le circuit proprement dit.
- Collecter toutes les analyses d'eaux d'appoint, du circuit en tenant compte des possibles variations de l'eau d'appoint, ce qui implique de posséder des résultats depuis plusieurs mois. Collecter toutes données sur des qualités d'eaux susceptibles d'être utilisées en alternance avec l'eau considérée comme la source principale d'approvionnement.
- Faire réaliser une étude pour déterminer le type de conditionnement le mieux adapté avec dans le cadre d'un circuit de grand volume avec des débit d'appoint importants, si cela est réalisable, une étude sur pilote.
- Suivre de près l'évolution du conditionnement lorsqu'il aura été mis en oeuvre en prévoyant l'ouverture périodique d'échangeurs tests ou d'échangeurs situés sur le circuit et facilement démontables ( 1 visite par mois pendant 6 mois).
Formation technique
Nous assurons des séminaires de formation en traitement des eaux sur tous types de sujets techniques et fourniront tous renseignements sur le sujet à tous les lecteurs qui nous le demanderont.
courriel: detrigne@aol.com