Gérard PRESSONEDF, Direction du Développement et de la Stratégie CommercialeDépartement Qualité des Applications de l’Électricité
ALIMENTATION ÉLECTRIQUE
RENDEMENTS
Alimentation électrique
L’alimentation électrique (transformateurs, disjoncteurs et lignes) constitue une part variable mais importante de l'investissement total.
Dans le cas des chaudières à thermoplongeurs qui sont alimentées en basse tension, leur mise en œuvre ne nécessite pas de précaution particulière. En revanche, pour les chaudières à chauffage direct par électrodes alimentées en moyenne tension, compte tenu du régime de neutre adopté pour le réseau (à la terre et non distribué), il est nécessaire de prévoir la mise en place d’un transformateur d'isolement entre celui-ci et la chaudière. En effet, de par leur principe de fonctionnement, les impédances de chaque phase varient, d'une part en fonction de l’allure de la chaudière, et d’autre part elles ne sont à aucun moment rigoureusement égales. Ce déséquilibre des résistances monophasées équivalentes se traduit par un déséquilibre des courants et (ou) des tensions selon la structure du raccordement à la source.
Le raccordement direct d'une telle chaudière au réseau moyenne tension provoquerait lors de son exploitation l’apparition d’un courant homopolaire (dit de fuite) dont la valeur pourrait alors entraîner l'ouverture du départ alimentant la chaudière et interrompre son fonctionnement. Le transformateur d’isolement galvanique joue en quelque sorte le rôle d'un écran électrique et circonscrit le courant de fuite à son enroulement secondaire.
Un schéma classique d’alimentation avec les diverses sécurités est donné sur la figure 11, où l’on peut noter que dans les industries plus importantes possédant leur propre réseau en moyenne tension, alimenté à partir d'un transformateur raccordé au réseau haute tension (plus de 60 kV), le transformateur d'isolement spécifique à la chaudière n’est pas obligatoire.
Rendements
Le rendement global d'une chaudière électrique fait intervenir deux types de rendements :
- — le rendement de transmission de l'énergie au fluide : il est fonction des pertes du transformateur, des pertes en lignes et des pertes thermiques par les parois ;
- — le rendement de transformation de l'eau en vapeur : il est fonction essentiellement du taux de purge calculé à partir des données fournies par le constructeur de la chaudière à thermoplongeurs. Les pertes électriques sont variables avec la charge de la chaudière et fonction de la tension d’alimentation. Les pertes thermiques ne sont pas fonction de la charge mais dépendent du type de chaudières à thermoplongeurs ou à électrodes.
Les figures 12 et 13 montrent les variations comparées du rendement des chaudières à thermoplongeurs et à électrodes suivant l’allure adoptée.
CARACTÉRISTIQUES CONTRACTUELLES DES EAUX DE CHAUDIÈRE
Les caractéristiques contractuelles des eaux de chaudières indiquées dans le tableau 1 sont données à titre indicatif. Pour plus de précision il convient de consulter le constructeur de la chaudière car aucune norme n’existe à ce jour.
* Fin de l'article dont les deux parties précédentes étaient parues dans nos numéros d’octobre et novembre.
LES CHAUDIÈRESÀ L’ARRÊT :COMMENT ÉVITERLA CORROSION
Le fonctionnement des chaudières électriques implique bien souvent l’arrêt des chaudières à combustible, notamment pendant les sept mois d’été. Inversement, le choix d’un tel équipement électrique suppose qu’il soit éventuellement mis en sommeil pendant les mois d’hiver.
Un certain nombre de précautions indispensables doivent donc être prises pour que ces chaudières n’aient pas à souffrir de ces arrêts de plusieurs semaines et continuent de rendre les mêmes services après ces périodes d’interruption.
La conservation des surfaces internes
Pour les surfaces internes, l’utilisateur a le choix entre deux types de conservation :
- — sèche (dans l’air ou sous azote),
- — humide (avec de l’eau traitée).
Dans les deux cas, pour éviter toute déconvenue, la procédure à suivre est rigoureuse.
La conservation sèche
- Première étape : lessivage complet de la chaudière avec de l’eau alcalinisée. Vidange à une température voisine de 100 °C. Élimination des dépôts au jet d’eau sous pression.
- Deuxième étape : élimination complète de l’eau en évitant notamment sa stagnation sous le piquage de vidange. Pour cela, on procède par soufflage à l’air comprimé, pompage à la seringue ou épongage soigneux.
- Troisième étape : isolation complète de la chaudière pour supprimer les entrées d’air ou d’humidité (par obturation au moyen de joints pleins ou démontage de tuyauteries reliant la chaudière aux réseaux de départ et arrivée de l’eau).
- Quatrième étape : mise en œuvre d’un produit hygroscopique ayant pour objet de fixer l’humidité et de déshydrater l’air demeuré dans l’appareil. Dès lors, il est impératif de fermer hermétiquement tous les orifices et de vérifier de temps à autre l’état du produit pour le renouveler si besoin est.
Produits à utiliser
Alcalinisation de l’eau avec du phosphate trisodique Na₃PO₄ (dose de 600 g à 4 kg par m³ d’eau contenu dans la chaudière). Dessiccation par le chlorure de calcium CaCl₂ (200 g par m³ de volume à traiter) ou la chaux vive (500 g par m³) ou des produits à base de gels de silice (2 kg par m³). Le gel de silice est bleu foncé s’il est coloré aux sels de cobalt. Il vire au rose puis perd toute coloration à saturation complète. Sa régénération peut être obtenue par chauffage dans une étuve. Cependant, compte tenu du faible coût de ce produit, cette opération n’apparaît pas justifiée.
Cette méthode peut être aisément mise en œuvre dans le cas des chaudières à électrodes.
Pour pallier le problème lié au possible séchage des joints, il convient de prévoir, si nécessaire, leur remplacement.
La conservation humide
- Première étape : isolation complète de la chaudière si elle est à proximité d’une chaudière qui fonctionne et alimente le même réseau (par joints pleins ou démontage des tuyauteries d’alimentation).
- Deuxième étape : remplissage avec de l’eau fortement alcalinisée jusqu’au piquage « départ de vapeur ».
- Troisième étape : fixation de l’oxygène (existant dans l’eau ou pouvant s’y redissoudre par défaut d’étanchéité) avec un réducteur.
Produits à utiliser
Alcalinisation de l’eau avec de la soude caustique (1,5 kg par m³ d’eau), du carbonate de sodium (1,5 kg par m³ d’eau) ou du phosphate trisodique (4,5 kg par m³ d’eau). Réduction de l’oxygène avec de l’hydrate d’hydrazine à 24 % (60 à 120 g par m³ d’eau) dans la mesure où la vapeur produite ne doit pas répondre à un critère de pollution ou d’hygiène. Dans le cas contraire, IAQ, Blanchisserie… on emploie un réducteur minéral tel que le sulfite de sodium (200 à 250 g par m³ d’eau). Dans tous les cas, il convient de contrôler régulièrement la concentration en produits réducteurs et d’en rajouter si nécessaire.
Attention : vidanger totalement la chaudière préalablement à la remise en service, l’eau de conservation étant trop alcaline.
Inconvénient : cette méthode est à proscrire pour les chaudières à électrodes, la forte alcalinité de l’eau au moment du remplissage risquant d’altérer la porcelaine des isolateurs. Pour ce type de chaudières, seules les conservations à sec sont recommandées.
Tableau I
| Chaudières | Chaudière | Chaudière | Chaudière | Chaudière | |
|---|---|---|---|---|---|
| vapeur à thermoplongeurs | électrodes plongeantes | électrodes immergées | électrodes à jets | à induction | |
| Pression de service | < 12 bars | 12 à 25 bars | — | — | — |
| EAU D’ALIMENTATION | |||||
| TH total (°f) | < 0,2 | < 0,15 | 0 | 0 | 0 |
| pH à 20 °C | 8,5 à 9,5 | 8,5 à 9,2 | 8,5 à 10 | 8,5 à 9,5 | 8,5 à 11 |
| Oxygène (ppm ou mg/L) | 0,05 | 0,03 | < 0,03 | < 0,03 | < 0,02 |
| EAU DE CHAUDIÈRE | |||||
| pH | 11 à 12 | 11 à 11,8 | 8,5 à 9,5 | 9,5 à 10 | 8,7 à 11 |
| TAC (°f) | 70 à 120 | 50 à 90 | — | — | < 60 |
| TA (°f) | 50 à 80 | 50 à 80 | ** | ** | < 10 |
| TH (°f) | < 0,5 | < 0,5 | < 1 | < 1 | < 1 |
| Fe total (mg/L) | — | — | — | < 5 | < 2 |
| Salinité globale (mg/L) | 3000 | 2000 | — | — | — |
| Conductivité (× 10⁻⁶ S/m à 25 °C) | 25 à 50 | 50 à 150 | 2000 à 4000 | 1700 | — |
| Silice maxi (mg/L de SiO₂) | 200 | 100 | < 150 | < 150 | < 100 |
| SiO₂/TAC | 18 | 13 | < 2 | < 2 | — |
| Chlorures (mg/L) | 700 | 450 | — | — | < 30 |
| Phosphates PO₄ (mg/L) | 20 à 40 | 10 à 25 | < 5 | < 60 | 30 à 60 |
| Sulfites (mg/L) | 40 à 80 | 40 à 80 | — | < 30 à 60 | 60 |
* Variable selon les constructeurs
** Compte tenu de la conductivité requise, les TA et TAC ont des valeurs très faibles non significatives (comprises entre 3 et 10 °F).
— Non précisé.
NB : Pour les chaudières à thermoplongeurs utilisées en production d’eau chaude, les constructeurs n’imposent pas de conditions particulières mais demandent une eau de TH faible et peu chargée en chlorures.
La conservation des surfaces externes
Précautions à prendre
Pour conserver les parties externes, les surfaces doivent être propres et sèches.
Première étape : nettoyage et rinçage à l’eau. Ensuite, séchage complet et minutieux.
Deuxième étape : obturation de toutes les communications avec l’extérieur (trappe de visite).
Troisième étape : création d’une atmosphère sans humidité avec des radiateurs électriques ou un produit desséchant.
La conservation du matériel auxiliaire
Pour un arrêt hivernal (cinq mois) la robinetterie et le matériel électrique ne demandent aucune précaution particulière. Un simple graissage des parties extérieures est suffisant pour les robinets, vannes, soupapes et pompes. Au préalable, il est toutefois nécessaire de vidanger les pompes à eau et de remettre en place les bouchons de vidange.
Les arrêts de courte durée
Dans le cadre des tarifs de l’électricité à l’usage des industriels, autre que le tarif vert à cinq postes, on peut être amené à procéder alternativement à la mise en service ou à l’arrêt des chaudières électriques et à combustibles.
La durée de fonctionnement ou d’interruption de ces chaudières, notamment en dehors des mois d’été (mai, juin, juillet, août) et des mois d’hiver (décembre, janvier, février), n’est pas parfaitement connue : en moyenne quelques jours, voire un mois.
Dans ces conditions, il est indispensable de pouvoir mettre en service l’une ou l’autre des chaudières dès que le signal tarifaire est connu.
Pour cela, deux solutions simples peuvent être retenues :
— La première consiste à remplir complètement d’eau la chaudière mise hors service et à fermer toutes les vannes et tous les robinets. Si l’arrêt doit se prolonger plus d’une semaine, il est indispensable d’éliminer l’oxygène en additionnant à l’eau une certaine quantité d’hydrates alcalins peu avant la mise hors service ;
— La seconde consiste à maintenir la chaudière en entretien thermique pendant la durée supposée de l’arrêt. La température de l’eau et la pression à l’intérieur de la chaudière sont alors portées à des valeurs voisines de celles utilisées en production normale, le niveau de l’eau étant celui requis pour la production de vapeur. La remise en service s’effectue alors très rapidement si besoin est.
