Traitement de l'eau des tours de refroidissement

Les tours de refroidissement sont omniprésentes dans les secteurs de l'énergie, de la chimie et du pétrole, car ce sont les principaux dispositifs qui rejettent la chaleur des condenseurs, des échangeurs et des systèmes de conditionnement d'air. Dans ces industries, l'eau qui circule dans ces tours est continuellement recyclée et exposée aux contaminants en suspension dans l'air, à la chaleur et aux additifs chimiques. Si ce flux circulant n'est pas correctement traité, les impuretés se concentrent par évaporation et provoquent des dépôts, de la corrosion ou une croissance microbiologique qui réduisent l'efficacité thermique de la tour et menacent l'intégrité de l'équipement. Le traitement de l'eau de la tour de refroidissement est la discipline qui consiste à conditionner l'eau d'appoint et l'eau de recirculation afin d'éliminer les impuretés, de contrôler l'entartrage et la corrosion, et d'inhiber les organismes biologiques de manière à ce que la chaleur soit transférée efficacement et que les composants restent protégés. Cette définition traduit un processus proactif qui fait appel à la chimie, à la microbiologie et à l'ingénierie mécanique. Les opérateurs des centrales thermiques et des installations pétrochimiques intègrent diverses méthodes de prétraitement, des programmes de dosage et des outils de surveillance afin de maintenir la qualité de l'eau dans des limites acceptables et de soutenir les cycles de concentration qui favorisent la conservation de l'eau. La complexité des systèmes varie en fonction de la source d'eau brute, de la charge de refroidissement et des réglementations environnementales, mais l'objectif fondamental de gestion de la pureté et de réduction de l'encrassement est le même dans tous les sites de conversion énergétique et de production chimique. En comprenant l'interaction entre les pertes par évaporation, la purge et l'équilibre chimique, les ingénieurs peuvent concevoir des programmes qui minimisent les risques opérationnels tout en préservant les ressources. Un programme bien pensé réduit également la probabilité d'apparition d'organismes biologiques dangereux tels que la légionelle, qui peut proliférer dans l'eau de refroidissement chaude et riche en nutriments. La science qui sous-tend le traitement s'appuie sur des réactions bien caractérisées telles que la précipitation du carbonate de calcium, l'oxydation des biofilms et l'inhibition de la corrosion par des inhibiteurs formant un film.

Un traitement efficace apporte une valeur commerciale tangible aux opérations de production d'énergie, de raffinage et de pétrochimie. Lorsque des dépôts superficiels se forment sur les tubes des échangeurs de chaleur, la conductivité thermique de ces surfaces diminue et il faut plus de combustible ou d'électricité pour obtenir le même effet de refroidissement. Le tartre composé de carbonate de calcium, de phosphate de calcium ou de silice agit comme un isolant et oblige les refroidisseurs et les condenseurs à travailler davantage, ce qui augmente la consommation d'énergie et les émissions de gaz à effet de serre. La corrosion dissout les surfaces métalliques, provoque des fuites de fluides de traitement et introduit une contamination particulaire dans les équipements en aval, ce qui entraîne des arrêts imprévus. Les bactéries et les algues produisent des polymères extracellulaires qui obstruent les orifices, abritent des agents pathogènes et accélèrent la corrosion par la production de métabolites. Les programmes de traitement de l'eau des tours de refroidissement atténuent ces risques en réduisant les solides dissous grâce à une purge contrôlée, en renouvelant l'eau conformément aux spécifications de qualité et en utilisant des inhibiteurs et des dispersants pour maintenir les ions en solution. La possibilité d'opérer à des cycles de concentration plus élevés - c'est-à-dire de faire recirculer l'eau plus de fois avant de la rejeter - se traduit directement par une réduction de la consommation d'eau d'appoint et des volumes d'eaux usées. Cela est important dans les secteurs de l'énergie et de la chimie, où les grandes charges thermiques signifient que les tours peuvent évaporer des centaines de mètres cubes par heure. Les avantages économiques comprennent la réduction des coûts d'achat de l'eau, la diminution de la consommation de produits chimiques grâce à l'optimisation, la prolongation de la durée de vie des équipements et l'évitement des sanctions réglementaires associées aux rejets dans l'environnement. Un traitement efficace est également une condition préalable au respect des obligations en matière de sécurité sur le lieu de travail et de santé publique, notamment en ce qui concerne le contrôle de la légionellose. En résumé, l'argumentaire en faveur d'un traitement robuste de l'eau des tours de refroidissement est convaincant lorsqu'il est considéré sous l'angle de l'efficacité énergétique, de l'intégrité des actifs, de la conservation des ressources et de la conformité.

Il est essentiel d'intégrer correctement ces technologies dans le traitement de l'eau des tours de refroidissement, car chacune d'entre elles traite des aspects différents de la qualité de l'eau. La filtration protège les unités en aval et réduit la turbidité afin que les produits chimiques puissent interagir efficacement avec les espèces dissoutes. L'osmose inverse ou l'adoucissement réduisent les solides dissous et la dureté, ce qui permet aux opérateurs d'augmenter les cycles de concentration et de conserver l'eau sans l'entartrer. L'alimentation chimique automatisée garantit que les inhibiteurs et les biocides sont dosés avec précision en fonction de l'évolution des conditions de charge, ce qui permet de prévenir la corrosion et l'encrassement biologique tout en évitant le surdosage de produits chimiques. La désinfection par ultraviolets réduit les populations microbiennes et aide à maintenir des conditions sanitaires, ce qui est de plus en plus important dans les juridictions ayant des réglementations strictes en matière de légionellose. La filtration latérale complète le programme global en polissant continuellement l'eau en circulation, en limitant l'accumulation de particules et en maintenant les surfaces des tubes claires. En combinaison, ces systèmes permettent aux installations énergétiques, chimiques et pétrolières de maintenir des opérations efficaces et conformes en fonction de la qualité de l'eau d'alimentation et des exigences du processus.

Principaux paramètres de qualité de l'eau contrôlés

Le maintien d'une chimie de l'eau stable dans les tours de refroidissement nécessite des mesures continues ou fréquentes des paramètres qui influencent l'entartrage, la corrosion et la croissance microbienne. La conductivité et le total des solides dissous indiquent la concentration d'ions dans l'eau de recirculation et reflètent donc les cycles de concentration atteints. Les exploitants s'efforcent de maintenir la conductivité à un niveau inférieur à celui qui entraînerait la précipitation de sels peu solubles ; dans les systèmes typiques des centrales électriques, elle peut être contrôlée autour de 1 500 à 2 000 µS/cm lorsqu'un programme chimique complet est utilisé. Le pH affecte la solubilité du carbonate de calcium et l'efficacité des inhibiteurs de corrosion ; les valeurs sont généralement maintenues entre 7,0 et 8,5 afin d'équilibrer les tendances à l'entartrage et à la corrosion. L'alcalinité totale, exprimée en mg/L de CaCO₃, est une autre mesure critique car elle tamponne le pH et contribue à l'indice de saturation de Langelier (ISL) ; si l'alcalinité devient trop élevée, le risque d'entartrage augmente même lorsque le pH est modéré. La dureté calcique et la dureté magnésienne représentent la concentration de cations divalents qui forment facilement du tartre ; le contrôle de ces ions par des cycles d'adoucissement ou de limitation empêche le dépôt sur les surfaces de transfert de chaleur. La concentration de silice est surveillée parce que la silice peut former des écailles dures et vitreuses à des températures élevées qui sont difficiles à éliminer ; les directives habituelles limitent la silice à 100 mg/L dans l'eau de la tour. Les ions chlorure et sulfate sont associés à la corrosivité, en particulier pour les aciers inoxydables et les alliages de cuivre ; le chlorure est généralement maintenu en dessous de 250 mg/L et le sulfate en dessous de 500 mg/L pour éviter la formation de piqûres. Les niveaux d'oxygène dissous et le potentiel d'oxydo-réduction donnent une idée du potentiel de corrosion et de l'activité biocide de l'eau ; un faible niveau d'oxygène indique des conditions réductrices susceptibles de favoriser les bactéries anaérobies, tandis qu'un potentiel d'oxydo-réduction élevé indique des résidus de biocides oxydants efficaces. Les dénombrements microbiologiques, mesurés à l'aide de lames à tremper, de tests à l'adénosine triphosphate (ATP) ou de numérations sur plaque, permettent d'évaluer la nécessité de doser les biocides et de valider l'efficacité des mesures de contrôle. La présence d'un biofilm peut être déduite de la pression différentielle à travers les filtres latéraux ou de l'augmentation des températures d'approche sur les échangeurs de chaleur, ce qui indique que la surveillance ne peut pas reposer uniquement sur les tests de l'eau en vrac.

L'instrumentation joue un rôle central dans la saisie de ces paramètres. Les sondes de conductivité et les contrôleurs ajustent automatiquement les vannes de purge pour maintenir les cycles dans les limites cibles, tandis que les capteurs de pH sont reliés aux pompes d'alimentation en acide ou en caustique pour corriger les écarts. Les analyseurs de dureté en ligne ou les titrages périodiques renseignent sur les programmes de régénération des adoucisseurs et guident les ajustements des doses d'inhibiteurs. Les contrôleurs de silice sont utilisés lorsque de l'eau brute à forte teneur en silice pénètre dans le système, comme dans les centrales géothermiques ; les relevés supérieurs aux points de consigne typiques déclenchent des ajustements des limites du cycle ou nécessitent l'utilisation de dispersants. Les analyseurs de chlore résiduel, les capteurs de potentiel d'oxydo-réduction et les contrôleurs ORP sont utilisés pour contrôler l'alimentation en biocides oxydants et vérifier que les résidus atteignent les objectifs de désinfection sans dépasser les permis de rejet. La surveillance microbiologique peut impliquer des tests hebdomadaires sur lame de trempage ou des sondes de biofilm en ligne qui mesurent les changements de flux de chaleur ; lorsque les chiffres dépassent les seuils, les opérateurs ajustent la stratégie du biocide ou nettoient le système. Enfin, les coupons de corrosion et les sondes électroniques de vitesse de corrosion fournissent des indications en temps réel sur la perte de métal, ce qui permet de déterminer le dosage des inhibiteurs et la sélection des matériaux.

Considérations relatives à la conception et à la mise en œuvre

La conception et la mise en œuvre d'un programme de traitement de l'eau des tours de refroidissement dans les installations énergétiques et chimiques exigent une compréhension globale de la charge thermique, de la qualité de l'eau, des matériaux de construction et du contexte réglementaire. Les ingénieurs commencent par caractériser la source d'eau d'appoint ; l'eau de rivière, l'eau de puits, l'eau dessalée ou l'approvisionnement municipal présentent chacun des défis uniques en termes de solides en suspension, de dureté, de salinité et de charge organique. Le choix de l'équipement de prétraitement - qu'il s'agisse d'une filtration sur support, d'une filtration sur cartouche, d'un adoucissement ou d'un dessalement sur membrane - dépend de ces caractéristiques ainsi que des cycles de concentration requis. Les systèmes qui utilisent de l'eau saumâtre, par exemple, peuvent s'appuyer sur l'osmose inverse pour éliminer l'excès de sels afin que les tours puissent fonctionner à trois cycles ou plus sans dépasser les limites de conductivité ou de chlorure. Les concepteurs de l'usine calculent également le service thermique et la perte par évaporation pour dimensionner la tour, les pompes et la tuyauterie ; ces calculs doivent tenir compte des conditions ambiantes saisonnières à Istanbul ou d'autres climats locaux qui influencent l'évaporation. En outre, les concepteurs évaluent la métallurgie des échangeurs de chaleur et du matériel de la tour, en choisissant des matériaux tels que l'acier au carbone, l'acier inoxydable, le titane ou la fibre de verre, qui résistent à la corrosion dans les conditions chimiques prévues pour l'eau. Lorsque l'on prévoit une forte teneur en chlorure ou un faible pH, les matériaux résistants à la corrosion se justifient malgré un coût initial plus élevé, car ils réduisent les risques d'entretien et d'arrêt à long terme.

La conformité aux réglementations et aux normes fait partie intégrante du processus de mise en œuvre. Les installations respectent les codes du bâtiment, les permis de rejet d'eau et les directives consensuelles de l 'ASME qui fixent des critères minimaux de conception et de fonctionnement pour les chaudières et les systèmes de refroidissement. Les réglementations en matière de protection de l'environnement, y compris les limites locales de rejet des solides dissous totaux, du chlore résiduel libre et de la température, déterminent les facteurs de concentration admissibles et influencent la sélection des produits chimiques. Les directives de santé au travail relatives au contrôle de la légionellose s'alignent sur les cadres de santé et de sécurité de la norme ISO 45001, ce qui incite les concepteurs à incorporer des éliminateurs de dérive, une désinfection latérale et des points d'échantillonnage. Les systèmes de gestion de la qualité fondés sur les normes ISO 9001 ou ISO 14001 exigent une documentation, un étalonnage des instruments et un examen périodique de l'efficacité du traitement. Lors de la mise en service, les ingénieurs vérifient l'installation correcte des pompes d'alimentation en produits chimiques, des contrôleurs et des capteurs, en s'assurant qu'ils réagissent rapidement aux changements de la composition chimique de l'eau. Une évaluation des risques peut être réalisée afin d'évaluer les points de contamination potentiels et de prévoir la redondance des composants critiques, tels que les pompes de dosage doubles ou les capacités de dérivation. Dans l'ensemble, une mise en œuvre réussie permet d'équilibrer les performances techniques, la conformité et le coût, tout en mettant l'accent sur l'adaptation de la conception au calendrier d'exploitation de l'installation, aux exigences du processus et aux responsabilités environnementales.

Fonctionnement et entretien

L'exploitation d'un système de traitement de l'eau d'une tour de refroidissement implique une observation, un réglage et un enregistrement continus afin de maintenir la qualité de l'eau dans les limites spécifiées. Les opérateurs effectuent des contrôles quotidiens de la conductivité, du pH et de la température, en vérifiant manuellement les relevés des contrôleurs automatiques et en notant tout écart par rapport aux points de consigne. Les tâches hebdomadaires comprennent souvent la mesure de la dureté, de l'alcalinité et des résidus d'inhibiteurs à l'aide de kits d'essai portables et l'ajustement des taux de dosage des produits chimiques en conséquence. Les programmes de biocides comportent généralement une alternance de biocides oxydants et non oxydants ; les oxydants tels que le chlore ou le brome sont appliqués en continu ou par intermittence, tandis que les non oxydants tels que le glutaraldéhyde ou l'isothiazoline sont dosés mensuellement pour prévenir la résistance microbienne. Le contrôle de la purge est essentiel ; une vanne automatique reliée au contrôleur de conductivité s'ouvre pour évacuer l'eau lorsque la conductivité dépasse le point de consigne, ce qui permet de maintenir les cycles sans intervention manuelle. Les opérateurs surveillent également les débitmètres d'eau d'appoint et les estimations d'évaporation pour détecter les fuites, les dérives ou les débordements, qui peuvent indiquer des problèmes avec les vannes à flotteur ou les éliminateurs de dérive. Des inspections visuelles régulières du bassin de la tour, du milieu de remplissage et des éliminateurs de dérive permettent d'identifier l'accumulation de boue ou de limon biologique ; tout dépôt est éliminé lors d'un nettoyage programmé afin de rétablir le débit et d'atténuer le risque microbiologique.

La maintenance préventive va au-delà de la gestion des produits chimiques. Les composants mécaniques tels que les ventilateurs, les moteurs, les boîtes de vitesses et les pompes doivent être lubrifiés, soumis à une analyse des vibrations et à des contrôles d'alignement à intervalles réguliers afin d'éviter toute défaillance mécanique susceptible de perturber le refroidissement. Les faisceaux d'échangeurs de chaleur sont inspectés et nettoyés chaque année ou plus fréquemment si les indicateurs d'encrassement révèlent une réduction de l'efficacité du transfert de chaleur ; les méthodes de nettoyage peuvent inclure le jet d'eau à haute pression, le détartrage chimique ou l'hydrodécapage. L'étalonnage de l'instrumentation est une autre tâche essentielle : les sondes de conductivité, les capteurs de pH, les électrodes ORP et les débitmètres doivent être étalonnés tous les trimestres à l'aide d'étalons certifiés pour garantir un contrôle précis. En matière de sécurité, il convient de s'assurer que les réservoirs de stockage des produits chimiques sont étiquetés, que l'enceinte de confinement secondaire est intacte et que des équipements de protection individuelle sont disponibles pour la manipulation des acides, des alcalis et des biocides. Les opérateurs tiennent des registres de la consommation de produits chimiques, des mesures de la qualité de l'eau et de l'entretien des équipements ; ces registres permettent d'analyser les tendances et de démontrer la conformité aux exigences réglementaires et aux exigences de la norme ISO 50001 en matière de gestion de l'énergie. En cas d'anomalies, telles qu'une augmentation soudaine de la demande d'inhibiteurs ou une baisse du pH, le dépannage consiste souvent à rechercher des fuites, une contamination par les fluides de traitement ou un mauvais fonctionnement des pompes doseuses. Une approche systématique de l'exploitation et de la maintenance garantit que le traitement de l'eau de la tour de refroidissement reste proactif plutôt que réactif, protégeant ainsi les actifs critiques des installations énergétiques et chimiques.

Défis et solutions

Malgré une conception et un fonctionnement soignés, le traitement de l'eau des tours de refroidissement dans les industries de l'énergie et de la chimie est confronté à des défis récurrents qui nécessitent des solutions attentives. Problème : l'entartrage se produit lorsque les minéraux dissous dépassent leur solubilité et précipitent sur les surfaces d'échange thermique, entravant le transfert thermique et réduisant l'efficacité du système. Solution : Les opérateurs peuvent adoucir l'eau d'appoint, ajuster les cycles de concentration et doser les inhibiteurs de tartre tels que les phosphonates et les polymères qui interfèrent avec la croissance des cristaux. Dans certaines eaux à forte teneur en silice, les cycles doivent être limités ou l'osmose inverse doit être utilisée pour réduire la silice en dessous de son seuil de solubilité. Problème connexe : la corrosion résulte de réactions électrochimiques entre l'eau et les surfaces métalliques, en particulier en présence d'oxygène dissous, d'un faible pH ou de fortes concentrations de chlorure. La solution : Les programmes chimiques comprennent des inhibiteurs cathodiques et anodiques tels que le zinc, les orthophosphates ou les molybdates, qui forment des films protecteurs sur les surfaces métalliques ; le maintien du pH dans la plage alcaline, l'élimination de l'oxygène par désaération ou par piégeage, et le contrôle du chlorure atténuent également la corrosion. L 'encrassement microbien pose un autre problème : les micro-organismes forment des biofilms qui piègent les nutriments et protègent les bactéries des biocides, ce qui entraîne une corrosion par sous-dépôt et des épidémies potentielles de légionellose. Solution : Une stratégie intégrée de contrôle biologique alterne les biocides oxydants avec des agents non oxydants, utilise des dispersants pour pénétrer les biofilms et recourt au nettoyage mécanique ou à la désinfection par ultraviolets pour réduire les réservoirs microbiens.

La consommation d'eau et les contraintes environnementales constituent des obstacles supplémentaires. L'eau de purge est rejetée dans les égouts ou les stations d'épuration et contient des niveaux élevés de sels dissous et de produits chimiques de traitement ; l'augmentation des cycles de concentration permet d'économiser de l'eau mais augmente le risque que ces contaminants dépassent les limites de rejet. Problème : il peut être difficile d'équilibrer les économies d'eau et la conformité lorsque la qualité de l'eau d'appoint fluctue ou que les restrictions en matière de salinité se renforcent. Solution : la surveillance continue de la conductivité et des principaux ions, associée à un contrôle adaptatif de la purge, permet de maximiser les cycles sans dépasser les seuils réglementaires. D'autres sources d'eau, telles que la récupération des condensats, les eaux usées traitées ou la collecte des eaux de pluie, peuvent compléter l'approvisionnement en eau d'appoint et réduire la dépendance à l'égard de l'eau douce. Autre problème : les coûts des produits chimiques de traitement et les ruptures d'approvisionnement peuvent peser sur les budgets et les opérations, en particulier dans les régions éloignées ou en période de volatilité du marché. Solution : la mise en place d'une filtration latérale et d'un prétraitement à haute efficacité réduit le besoin de produits chimiques coûteux en empêchant les contaminants d'entrer dans la boucle de recirculation ; la négociation de contrats de produits chimiques en vrac et le maintien de stocks sur place améliorent également la résilience. Enfin, le facteur humain ne peut être ignoré ; une formation insuffisante des opérateurs ou un manque de rotation peut entraîner un traitement incohérent et des signes d'encrassement non détectés. Solution : des programmes de formation réguliers, des procédures d'exploitation normalisées claires et l'utilisation de plateformes de surveillance automatisées contribuent à garantir l'application cohérente des meilleures pratiques et la détection précoce des problèmes dans les installations complexes de production d'énergie et de produits chimiques.

Avantages et inconvénients

Le traitement de l'eau des tours de refroidissement présente de nombreux avantages pour les entreprises des secteurs de l'énergie, de la chimie et du pétrole. L'amélioration de l'efficacité du transfert de chaleur réduit directement la consommation de carburant et les émissions de gaz à effet de serre en diminuant la contre-pression du condenseur et l'utilisation de l'énergie du refroidisseur. Des programmes de traitement efficaces maintiennent les surfaces propres et minimisent la corrosion, prolongeant ainsi la durée de vie des échangeurs de chaleur, des tours et des tuyauteries ; cela réduit les dépenses d'investissement pour les remplacements et évite les arrêts imprévus qui peuvent coûter des millions de dollars en perte de production. La conservation de l'eau est un autre avantage majeur ; en augmentant en toute sécurité les cycles de concentration, les installations peuvent réduire la demande en eau d'appoint de 20 à 50 %, ce qui est important dans les régions soumises au stress hydrique. Un système bien géré protège également la sécurité des travailleurs et la santé publique en empêchant le développement de la légionellose et d'autres agents pathogènes, ce qui permet de respecter les réglementations en matière de santé et de sécurité. En outre, une chimie de l'eau cohérente stabilise les conditions de traitement, réduit la probabilité de contamination croisée avec les flux de traitement dans les usines chimiques et favorise la conformité avec les permis de rejet qui limitent les polluants et la température dans les effluents.

Cependant, le traitement de l'eau des tours de refroidissement présente également des inconvénients dont il faut tenir compte. Le coût d'investissement des équipements de prétraitement tels que l'osmose inverse, les systèmes d'échange d'ions et la filtration latérale peut être important, en particulier pour les grandes tours des complexes de raffinage. Les dépenses d'exploitation comprennent non seulement les produits chimiques, mais aussi l'électricité pour les pompes, les membranes et les lampes UV, ainsi que la main-d'œuvre et la surveillance. La manipulation et le stockage de produits chimiques dangereux tels que les acides forts, les produits caustiques et les biocides entraînent des risques pour la sécurité et des obligations réglementaires, nécessitant une formation et des mesures d'atténuation. Dans certains cas, les flux de déchets générés par la régénération de l'adoucisseur ou le concentré de membrane peuvent poser des problèmes d'élimination et nécessiter un traitement supplémentaire pour répondre aux normes environnementales. Il existe également un risque de surtraitement ; un dosage chimique excessif peut augmenter les coûts, endommager les matériaux ou générer des sous-produits de désinfection. Enfin, la chimie de l'eau est dynamique ; les variations de la qualité de l'eau d'appoint, les fuites dans le processus ou les changements de température peuvent rendre les programmes de traitement moins efficaces si des ajustements ne sont pas effectués rapidement, ce qui exige une attention constante de la part du personnel de l'installation.

Questions fréquemment posées

Question : À quelle fréquence l'eau des tours de refroidissement doit-elle être analysée dans les installations de production d'énergie et de produits chimiques ?

Réponse : Il est essentiel de procéder à des analyses régulières, car la chimie de l'eau change en fonction de l'évaporation, de la qualité de l'eau d'appoint et des influences du processus. Les mesures quotidiennes de la conductivité, du pH et de la température aident les opérateurs à s'assurer que les contrôleurs automatiques fonctionnent correctement. Les analyses hebdomadaires de la dureté, de l'alcalinité, des résidus d'inhibiteurs et de la numération microbienne permettent de mieux comprendre les risques d'entartrage et d'encrassement. Une surveillance plus détaillée de la corrosion à l'aide de coupons ou de sondes est généralement effectuée tous les trimestres ou tous les semestres. Des circonstances particulières, telles qu'un changement de la source d'eau d'appoint, une perturbation du processus ou une odeur inhabituelle, doivent déclencher des tests supplémentaires.

Question : Pourquoi la purge est-elle nécessaire dans une tour de refroidissement et comment est-elle déterminée ?

Réponse : La purge est l'évacuation intentionnelle d'une partie de l'eau de recirculation afin d'éliminer les solides dissous accumulés et de prévenir l'entartrage et les conditions corrosives. Lorsque l'eau s'évapore dans la tour, les minéraux restent en place et se concentrent ; sans purge, la conductivité et la dureté continueraient d'augmenter. Le taux de purge nécessaire dépend des cycles de concentration, c'est-à-dire du rapport entre les solides dissous dans l'eau d'appoint et ceux dans l'eau de recirculation. Les contrôleurs automatisés comparent la conductivité de l'eau de recirculation à un point de consigne et ouvrent une vanne pour évacuer la purge lorsque le point de consigne est dépassé. Les ajustements du point de consigne doivent tenir compte de la qualité de l'eau, des produits chimiques de traitement et des limites de rejet.

Question : Quels sont les biocides couramment utilisés dans le traitement de l'eau des tours de refroidissement des centrales électriques et des raffineries ?

Réponse : Les biocides sont des produits chimiques qui contrôlent la croissance microbienne et sont essentiels pour prévenir l'encrassement biologique et la prolifération des agents pathogènes. Les biocides oxydants tels que l'hypochlorite de sodium, le bromure de sodium activé par le chlore, le dioxyde de chlore et l'ozone sont largement utilisés car ils réagissent rapidement avec les membranes cellulaires et les matériaux oxydables. Les biocides non oxydants comprennent le glutaraldéhyde, l'isothiazoline, les composés d'ammonium quaternaire et le dibromo-nitrilo-propionamide (DBNPA) ; ces agents perturbent les processus métaboliques ou les parois cellulaires et sont souvent utilisés en alternance avec des oxydants pour éviter toute résistance. Le choix du biocide dépend de facteurs tels que la température, la charge organique, les réglementations en matière de rejets et la compatibilité avec les matériaux du système. Dans certains cas, la désinfection par ultraviolets ou l'ionisation cuivre-argent est utilisée comme mesure complémentaire pour réduire le dosage des produits chimiques.

Question : Comment calcule-t-on les cycles de concentration et pourquoi ce calcul est-il important ?

Réponse : Les cycles de concentration (COC) sont un rapport sans dimension qui indique combien de fois les solides dissous dans l'eau d'appoint sont concentrés dans la tour en raison de l'évaporation. Il peut être calculé en divisant la conductivité de l'eau de recirculation par la conductivité de l'eau d'appoint ou en divisant le débit d'eau d'appoint par le débit de purge. Un COC plus élevé signifie que l'eau est réutilisée plus de fois avant d'être rejetée, ce qui permet d'économiser de l'eau et des produits chimiques, mais cela augmente également la concentration d'impuretés. La compréhension du COC aide les opérateurs à définir des taux de purge et des stratégies de traitement appropriés pour équilibrer l'économie d'eau et le risque d'entartrage et de corrosion. Par exemple, si la conductivité de l'eau d'appoint est de 500 µS/cm et celle de l'eau de la tour de 2 000 µS/cm, le COC est de 4.

Question : Comment le tartre affecte-t-il les performances des échangeurs de chaleur et que peut-on faire pour l'éliminer ?

Réponse : Le tartre se forme lorsque des sels peu solubles précipitent et adhèrent aux surfaces de transfert de chaleur, créant une couche à faible conductivité thermique qui agit comme un isolant. Même une fine couche de tartre peut augmenter considérablement la différence de température nécessaire au transfert de chaleur, obligeant les refroidisseurs ou les chaudières à travailler plus dur et à consommer plus d'énergie. Le tartre rétrécit également les passages d'écoulement, ce qui augmente les coûts de pompage et peut provoquer une surchauffe locale. Pour éliminer le tartre, les opérateurs peuvent utiliser des méthodes de nettoyage mécanique telles que le brossage et l'hydrodécapage ou le nettoyage chimique avec des solutions acides qui dissolvent les dépôts minéraux. Il est plus rentable de prévenir l'entartrage en traitant correctement l'eau et en contrôlant les cycles de concentration que de s'attaquer aux dépôts établis.

Exemple de calcul compact

Pour déterminer le taux de purge requis lors d'un cycle de concentration spécifique, les opérateurs peuvent utiliser la formule simple du bilan massique. Lorsque le débit d'eau d'appoint (M) est connu ainsi que les cycles de concentration souhaités (C), la purge (B) peut être calculée à l'aide de la relation B = M ÷ (C - 1). Supposons qu'une tour de refroidissement de raffinerie reçoive 100 m³/h d'eau d'appoint et fonctionne à 5 cycles de concentration. L'application de la formule donne un débit de purge de 25 m³/h.