Incrustation de silice dans les chaudières

L'oxyde de silicium, dans les quantités s'étendant de moins de 1 ppm à plus de 100 ppm, est trouvé dans tous les approvisionnements en eau naturelle. Dans la neige et l'eau de pluie, la teneur en oxyde de silicium s'étend de 1 à 2.8 ppm. Dans les analyses de surface diverse et d'eaux souterraines, l'oxyde de silicium est de 1 à 107 ppm. Ceci se réfère à la teneur soluble en oxyde de silicium et non au silice qui peut être présent en matière suspendue. La matière suspendue peut être éliminer de l'eau d'approvisionnement par coagulation et filtration; de tels procédés ont un faible effet en réduisant la teneur soluble en oxyde de silicium.

L'oxyde de silicium est le seul sel d'eau de chaudière qui se vaporise à des pressions inférieures à 2400 psig. Il peut être vaporisé à des pressions aussi faibles que 400 psig. Ceci a causé des problèmes de dépôts dans de nombreuses turbines. La solubilité de l'oxyde de silicium dans la vapeur augmente avec la température: l'oxyde de silicium est plus soluble quand la vapeur est surchauffée.
Les dépôts sont formés quand la vapeur est refroidie par expansion. Les tartres d'oxyde de silicium sont typiquement très durs, et difficiles à éliminer. Les conductivités thermiques sont généralement très faibles et les ruptures des tuyaux peuvent se produire avec même très peu de tartre d'oxyde de silicium.

Les conditions dans lesquelles le transfert d'oxyde de silicium de vapeur se produit, ont été étudiées. Il a été démontré que pour n'importe quelle mesure des conditions de chaudière utilisant une qualité d'eau d'appoint déminéralisée ou évaporée, l'oxyde de silicium est distribué entre l'eau de chaudière et la vapeur suivant un indice défini. Cet indice dépend de la pression de l'eau et du pH comme il est montré sur la photo de droite.
La valeur de cet indice augmente avec la température et dépend lorsque le pH diminue. L'effet du pH devient meilleur à des valeurs plus élevées (de 11.3 à 12.1).

Sur la droite: Effet de la pression et du pH sur la volatilité de l'oxyde de silicium

Pour minimiser ce problème, la quantité d'oxyde de silicium dans la vapeur doit être contrôlée. Les dépôts de silice dans la vapeur sont inférieurs à 0.02 ppm. Le niveau nécessaire adéquat d'oxyde de silicium dans l'eau de chaudière pour maintenir moins de 0.02 ppm de silice dans la vapeur est montré dans la figure ci-dessous.

Sur la gauche: Maximum d'oxyde de silicium permis dans l'eau de chaudière pour avoir moins de 0.02ppm d'oxyde de silicium dans la vapeur

Le facteur le plus signifiant est de maintenir une concentration faible en oxyde de silicium dans l'eau de chaudière. Ceci peut être atteint grâce à des équipements de traitement externe pour l'eau d'appoint ou par monitoring et en contrôlant la contamination de condensat.
Après l'entrée du silice dans l'eau de chaudière, l'action corrective usuelle est d'augmenter la vidange de la chaudière et ainsi de corriger la condition qui causait la contamination au silice.

Quand une turbine devient encrassée avec des sels solubles ou des contaminations, la capacité des turbines peut souvent être restaurée par un lavage à l'eau. Mais, lorsque les turbines sont attaquées par des composés non solubles dans l'eau (incluant la silice), le lavage à l'eau restaure rarement la capacité. Le nettoyage hors-service par projection d'oxyde d'aluminium, par exemple, est requis pour éliminer ces produits.

Source: Idustrial water conditioning, Betz Dearborn, 1991

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