Un adversaire opiniâtre des économies d’énergie
Les eaux renferment à l'état dissous des sels de calcium et de magnésium, parfois aussi des sels d’aluminium, de fer et de sodium, ainsi que de la silice colloïdale, du gaz carbonique, de l’oxygène et des matières organiques. Sous l'effet de l'élévation de la température et de la concentration qui en résulte, ces composés finissent par précipiter et former une couche minérale appelée tartre. Cette croûte a pour conséquences :
- — une augmentation importante de la consommation d’énergie, due à la baisse du coefficient d’échange thermique des appareils entartrés (environ 10 % par mm de tartre déposé) ;
- — la réduction du diamètre des canalisations (d’où leur bouchage progressif) ;
- — un risque accentué de corrosion, en particulier pour les aciers inoxydables qui peuvent se trouver dépassivés par manque d’oxygène ;
- — des déformations, hernies, voire des ruptures explosives des tubes de chaudières dues à une surchauffe locale du métal pouvant s’accompagner d’une vaporisation brutale de l'eau (avec décollement intempestif des tartres épais) ;
- — une corrosion caverneuse.
Dans la mesure où il n’est pas possible d’éviter la formation du tartre, soit parce qu’il n’est pas envisageable de procéder à un investissement coûteux dans une installation de conditionnement de l’eau, soit parce qu'il est impossible techniquement d’empêcher complètement le dépôt des sels minéraux, même en présence d’antitartre, il devient nécessaire de procéder régulièrement au détartrage des appareils.
Dans l'industrie, il s’agit de détartrer périodiquement non seulement les installations utilisant l’eau comme fluide thermique, mais aussi les filtres et les cuves d’évaporation, de concentration ou de refroidissement des solutions et jus divers. Diverses techniques sont possibles :
- — celle employant des procédés mécaniques ou hydrauliques, présente l'inconvénient d’être rendue parfois très difficile par la complexité des circuits, d’où un travail long, fastidieux et coûteux qui peut s’accompagner, dans le pire des cas, d’une détérioration des parois ;
- — celle utilisant le détartrage chimique facilité par l’utilisation de produits bien adaptés, non corrosifs vis-à-vis des métaux, non toxiques ; cette méthode s’avère la solution la plus facile à mettre en œuvre et par la suite la plus rapide et la moins chère. C’est en effet une technique efficace, qui permet d’accéder à toutes les parties des appareils sans procéder au démontage et de réduire ainsi au maximum les contraintes pour l’exploitant.
[Photo : Une tuyauterie d’eau chaude entartrée.]
Sécurité d’emploi et préservation du matériel : deux atouts des détartrants à base d’acide sulfamique
L'acide sulfamique, ou acide amidosulfonique, de formule chimique :est un solide cristallin, incolore, inodore et non hygroscopique. C’est un acide fort, dont le pH en solution aqueuse à 20 g/l est égal à 1. Ses propriétés physiques sont les suivantes :— masse molaire : 97,11 ;— densité : 2,128 mesurée à 25 °C dans le toluène ;— température de fusion : 205 °C ;— tension de vapeur à 20 °C : 8 × 10⁻³ mbars ;— solubilité dans l'eau (grammes d’acide sulfamique pour 100 g d’eau) : 21,32 à 20 °C et 32,82 à 50 °C ;— stabilité en solution à froid.
Si l'acide sulfamique est relativement peu soluble dans l’eau, ses sels, par contre, le sont fortement ; on peut par exemple dissoudre 79 g de sulfamate de calcium dans 100 g d’eau à 25 °C.
La toxicité de l’acide sulfamique est quasiment nulle :— par ingestion, la DL 50 est supérieure à 1600 mg/kg, c’est pourquoi il est autorisé par le Service de Répression des Fraudes pour le détartrage d’appareils en contact avec des denrées alimentaires ;— par inhalation, sa très faible tension de vapeur et sa présentation sous forme cristalline permettent de le manipuler en toute sécurité.
Acide fort, l'acide sulfamique est cependant peu corrosif vis-à-vis de la plupart des métaux.
L’ensemble de ses propriétés a été exploité pour créer des formulations détartrantes inhibées, adaptées à tous les cas pratiques de l'industrie.
Parmi les détartrants chimiques, ce sont les détartrants à base d’acide sulfamique qui réunissent le plus grand nombre d’avantages. Les acides courants, acides chlorhydrique, nitrique, phosphorique... sont de mise en œuvre rapide, mais ont l'inconvénient de se présenter sous forme liquide et d’être dangereux à manipuler (vapeurs toxiques ou corrosives). Excellent solvant du tartre, non toxique, non corrosif, l'acide sulfamique, grâce à sa forme cristallisée, offre par contre de grandes facilités de manipulation et une grande sécurité d'emploi. L'ensemble de ces propriétés fait que cet acide, en formulation avec des additifs, mouillants et inhibiteurs de corrosion notamment, fournit une gamme de détartrants particulièrement appréciés des utilisateurs.
Présentés sous forme de cristaux non hygroscopiques, les détartrants à base d’acide sulfamique présentent, par rapport aux acides classiques, des avantages identiques à ceux de l’acide sulfamique : sécurité d'emploi lors de la mise en œuvre (pas d’émission toxique ou agressive), transport et stockage sans danger, facilité de mise en œuvre.
Moins corrosifs que beaucoup d’autres minéraux quand ils sont employés suivant les conditions appropriées, ils agissent en préservant le matériel environnant. Ils peuvent donc être utilisés pour le détartrage d’installations en acier inoxydable (au contraire de l'acide chlorhydrique à 35,5 % qui, même inhibé, détériore ces métaux par la formation de piqûres). Dans le cas où plusieurs métaux sont présents, les détartrants à base d’acide sulfamique ne présentent qu’un très léger risque de corrosion.
D’autre part, ces produits n'ont pas d’action sur les élastomères et les fibres textiles naturelles, artificielles ou synthétiques. Ils peuvent donc être utilisés pour le nettoyage des toiles de filtres en nylon, rilsan, lin, coton... Ils laissent intacts les joints de pompes en cuir, caoutchouc ou plastique.
Des formulations à base d’acide sulfamique particulièrement performantes
En fonction de notre longue expérience dans le traitement de l'eau, nous avons mis au point des produits à base d’acide sulfamique : les Détartrants BS dont les différentes formulations permettent d’apporter des solutions aux problèmes qui se posent aux diverses industries. Deux de ces formulations sont particulièrement performantes :— une concerne le détartrage des appareils en zinc ou en acier galvanisé. Les inhibiteurs de corrosion qui y
[Photo : Dépôt de plaques de tartres décollées et entraînées par le courant d’eau.]
• sont contenus permettent de limiter à moins de 3 microns la pénétration moyenne en 24 heures de l'acide sulfamique dans le métal à une température de 25 °C;
• L'autre est autorisée pour le nettoyage d’appareils en contact avec des denrées alimentaires.
Grâce aux inhibiteurs de corrosion qu'ils contiennent, les différents produits de cette gamme sont particulièrement peu agressifs vis-à-vis des métaux. En effet, les tests de corrosion de différents métaux tels que l’aluminium AG 6, le cuivre, l’acier doux, l’inox NS 21 A, l’inox NS M 21 S et l’inox NS NC, pendant une durée de 24 heures et une température de 25 °C, donnent une perte de poids de chacun de ces métaux, inférieure à 1 mg/cm². Les autres additifs incorporés dans ces formulations améliorent encore la rapidité d’action et l’efficacité de l’acide sulfamique.
Les industries utilisatrices sont principalement : les blanchisseries, brasseries, sucreries, papeteries, les centrales électriques et de chauffage urbain, les exploitations de chauffage, l'industrie automobile, les industries chimiques et métallurgiques, et en général les industries équipées des appareils suivants : machines à laver, filtres, échangeurs, réfrigérants, réchauffeurs, chaudières, compresseurs, ballons de production d’eau chaude, tunnels de traitement de surface des pièces métalliques, autoclaves émaillés ainsi que des canalisations d’eau.
Les détartrants à l’acide sulfamique constituent ainsi le meilleur choix qui se présente à l’exploitant en matière de détartrage chimique. Comparés aux détartrants à base d’autres acides minéraux, ils sont les seuls à pouvoir répondre à deux exigences capitales : sécurité du personnel et préservation du matériel.
Une nouvelle approche de la prévention des dépôts en chaudière : le traitement sub-stœchiométrique
J. GILLOTDrew Ameroid France
AVANT-PROPOS
Depuis quelques années, une nouvelle technique de traitement se développe pour éviter la formation de dépôts en chaudière : les traitements sub-stœchiométriques ; différents des traitements conventionnels, ils rencontrent un large succès car ils répondent à certaines contraintes imposées par l'exploitation des chaudières modernes : faibles tolérances pour les particules en suspension dans l’eau, fortes teneurs en fer apportées par les condensats, recherche de rendements élevés, échanges thermiques de plus en plus importants, fluctuation de la qualité d’eau d’alimentation. Des études en laboratoire et sur le terrain ont permis d’étudier ces traitements et de les comparer aux autres plus courants : traitements précipitants, traitements strictement solubilisants.
Il apparaît que ces traitements sub-stœchiométriques offrent une protection contre le tartre, supérieure aux traitements à base phosphates et comparable à celle obtenue avec un chélate seul. La protection contre les dépôts d’oxydes métalliques est quant à elle dans tous les cas supérieure.
L’emploi de ces traitements sub-stœchiométriques peut apporter des solutions modernes à des problèmes impossibles à résoudre jusqu’à maintenant et ouvre une vie nouvelle dans la prévention des dépôts en chaudières.
Pour diverses raisons la prévention des dépôts dans les chaudières doit se montrer plus efficace que jamais : la recherche d'une efficacité toujours plus grande s’explique en effet par l’augmentation des coûts de l’énergie, des flux de transfert thermique (figure 1), du coût des arrêts non planifiés, des frais de main-d'œuvre et de maintenance, etc. Cependant, en même temps, l’évolution de certains facteurs fait que de bons résultats sont de plus en plus difficiles à obtenir avec les traitements traditionnellement utilisés pour éviter les dépôts. C’est ainsi que l’on cherche à récupérer un maximum de condensats, ce qui conduit à accroître les teneurs en fer dans les eaux alimentaires et à se reposer davantage sur l’efficacité et la fiabilité des traitements externes (préliminaires) ; en cas de mauvais fonctionnement de ceux-ci des problèmes plus sévères se posent alors…
L'utilisation d'eau d’appoint, contenant moins de 1 mg/l de calcium et de magnésium, est chose très courante de nos jours. Toutefois, lorsque les eaux d’alimentation contiennent de fortes teneurs en ions métalliques, principalement du fer, non seulement la teneur de ce métal en chaudière est élevée, mais surtout le risque de formation de dépôts augmente et la propor-
