Brevet FR2726087A1 — publié le 19960426

La présente invention a pour objet un procédé pour la détection d'entartrage d'eau aérée dans une installation industrielle, notamment d'eau réfrigérée dans des réfrigérants atmosphériques du type à tirage naturel ou à ventilation mécanique. L'invention a également complémentairement pour objet un automate détecteur d'entartrage pour la mise en oeuvre de ce procédé. Comme on le sait, on utilise dans diverses installations industrielles, notamment des centrales nucléaires, des réfrigérants de fluide de l'un ou l'autre des deux types mentionnés ci-dessus, tels que décrits par exemple dans le brevet européen 0 437 133 ou par le brevet français 1 489 861. On rappelle qu'un réfrigérant atmosphérique est un échangeur thermique qui enlève à un circuit d'eau une certaine quantité de chaleur. Celle-ci est transmise à l'atmosphère, l'eau étant restituée à une température plus basse. L'air sert de fluide refroidissant en utilisant le phénosepe physique de l'évaporation, le transfert de chaleur de l'eau à l'air s' effectuant par convection et par évaporation. Lorsqu'ils sont à ventilation mécanique, les réfrigérants sont équipés d'un ou plusieurs ventilateurs, soit soufflants, soit aspirants. Lorsque les réfrigérants sont à tirage naturel, l'air est véhiculé par effet de tirage au moyen d'une tour. Les corps d'échange thermique forment des volumes parallélépipédiques de grandes dimensions, constitués par plusieurs niveaux superposés de surfaces d'échange. Ces dernières peuvent être constituées par des assemblages de feuilles plastiques convenablement profilées et disposées sensiblement verticales, ou des caillebotis, grilles ou lattes en matière plastique ou autre matériau approprié. L'eau chaude s'écoule par ruissellement à travers toute la hauteur du corps d'échange thermique, à partir de tubes d'alimentation équipés de disperseurs de fluide constitués par des pommes d'arrosage convenablement réparties. Or, on constate que dans les régions où l'eau est calcaire, les éléments constitutifs des corps d'échange thermique ("packings") s'entartrent fortement, par suite de la précipitation de carbonate de calcium, provenant du bicarbonate de calcium dissous. Cette précipitation de carbonate de calcium se produit lorsque la limite de solubilité du carbonate de calcium est dépassée pour l'une ou l'autre des raisons suivantes - accroissement, dû à l'évaporation d'eau dans 1 'aéroré- frigérant, de la concentration en sels et surtout en bicarbonate de calcium, - élévation de la température de l'eau, au passage dans le condenseur, cette température pouvant atteindre dans une centrale nucléaire, 45" au maximum en été. - perte de gaz carbonique dissous, au passage dans l'aéroréfrigérant où l'eau est finement divisée en présence du courant d'air, aération qui peut avoir d'autres effets sur l'entartrage. L'entartrage de l'eau aérée et le dépôt de tartre sur les surfaces d'échange thermique entraîne des perturbations importantes dans le fonctionnement du réfrigérant. Par ailleurs, on rappelle que, dans une eau calcaire, l'équilibre entre le carbonate de calcium solide et les carbonates dissous est déplacé dans le sens de l'apparition du carbonate solide (tartre) avec disparition des bicarbonates en solution selon l'équation chimique cidessous Ca(HCO3)2en solution) > C 2 (dissous) + H2 (liquide) + CaCO,,.,,ide) Il est donc souhaitable de pouvoir prévoir un début d'entartrage de l'eau aérée, afin de mettre en oeuvre si nécessaire et en temps utile, un traitement préventif de détartrage de l'eau ou de dissolution du tartre déjà déposé sur les surfaces d'échange thermique. Jusqu'à présent on a proposé divers systèmes de détection d'entartrage. Mais aucun n'est adapté à une détection en milieu aéré, de sorte que ces systèmes connus ne peuvent prévoir le déséquilibre de la réaction chimique ci-dessus qui aura lieu en milieu aéré, et ses conséquences sur l'apparition de tartre. Conformément à l'invention, le procédé pour la détection d'entartrage d'eau aérée est caractérisé en ce qu'on mesure la valeur (pH1) du pH d'un échantillon de l'eau à analyser non aérée, puis on aère par soufflage d'air un second échantillon de ladite eau, on mesure la valeur (pH2) du pH de ce second échantillon de sorte que, si la différence pH2-pH1 est négative, on en déduit que l'eau analysée est entartrante en milieu aéré par l'air introduit dans cette eau. Suivant un mode de réalisation de l'invention, l'air soufflé dans le second échantillon d'eau est de l'air différent de celui utilisé dans le réfrigérant, en particulier l'air d'un laboratoire où s'effectue l'analyse. L'invention a également pour objet un automate pour la mise en oeuvre de ce procédé, qui comporte un dispositif réfrigérant d'eau à analyser, des moyens de soufflage d'une réserve d'air dans cette eau, et un organe de mesure du pH de l'eau successivement avant aération et après aération, ainsi qu'une conduite d'évacuation de l'eau analysée. Si de plus la réserve d'air du laboratoire précité a une pression partielle de gaz carbonique inférieure à celle de l'air utilisé dans le réfrigérant, l'entartrage peut avoir lieu dans l'automate, sans pour autant se produire dans le réfrigérant à traiter. L'aspect détecteur prévisionnel d'entartrage de l'automate apparaît alors dans le cas où la différence pH1-pH2 est croissante dans le temps : l'eau est de plus en plus entartrante dans l'automate, et finira par devenir entartrante dans l'installation où cette eau est réfrigérée. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé qui en illustre une forme de réalisation non limitative. La figure unique est un schéma simplifié d'un automate de détection d'entartrage d'une eau aérée, équipé de moyens de mesure du pH conformément à l'invention. Cet automate présente une structure générale similaire à celle d'un réfrigérant atmosphérique d'eau aérée, tel qu'utilisé par exemple dans des centrales nucléaires. L'automate 1 représenté est ainsi du type à ventilation mécanique, équipé à sa partie supérieure d'un ventilateur non représenté aspirant l'air dans une conduite d'évacuation 2, à sa base d'un ventilateur 10, soufflant de l'air dans la direction de la flèche F, audessous d'un corps d'échange thermique 3. Ce dernier est constitué par exemple, de manière connue en soi, d'un ensemble de feuilles plastiques gaufrées parallèles. Le ventilateur 10 puise son air dans la réserve d'air du laboratoire d'analyse. L'eau à analyser est amenée par une canalisation 5 au-dessus du corps d'échange thermique 3, sur lequel elle est déversée de manière connue en soi au moyen d'un ensemble de disperseurs non représentés. Deux conduites 6, 7 se rejoignent pour former une canalisation unique 8 débouchant dans la canalisation 5, ces conduites 6, 7 étant munies respectivement d'électrovannes 9, 11. Une électrovanne 12 est montée sur la canalisation 5 en amont de la conduite 8, et une quatrième électrovanne 13 est placée sur la conduite 5 entre les disperseurs et la canalisation 8. Le fond de l'automate 1 constitue un bac collecteur 14 de l'eau réfrigérée et aérée, et est raccordé à une canalisation 15 d'évacuation de l'eau sur laquelle est disposée une électrovanne 16. Entre celle-ci et le collecteur 14 , est raccordée une conduite 17 d'amenée de l'eau réfrigérée à un organe de mesure du pH, connu en soi et non représenté. En effet, l'apparition de tartre s'accompagne de la libération d'un proton H+, donc d'une diminution du pH, suivant la réaction ci-dessous La mise en oeuvre de l'automate qui vient d'être décrit s'effectue de la manière suivante A l'état initial, les électrovannes 13 et 16 sont ouvertes. 1. On ouvre l'électrovanne 11 afin de procéder à un rinçage du corps d'échange thermique 3 à l'eau acide injectée par les canalisations 6, 8 et 5, puis on ferme l'électrovanne 11. 2. On ouvre l'électrovanne 9 et on effectue un rinçage du corps d'échange thermique 3 à l'eau déminéralisée, injectée par les canalisations 7, 8 et 5. 3. On ferme toutes les électrovannes, puis on ouvre les vannes 12 et 13 pour injecter dans l'automate l'eau à analyser. 4. Après que l'eau se soit écoulée sur les surfaces d'échange thermique du corps 3, on mesure le pH de l'eau recueillie par la conduite 17. On note la valeur stabilisée pHl. 5. On met en fonctionnement le ventilateur inférieur 10 afin de souffler de l'air (flèche F) sur le corps d'échange thermique 3, tandis que l'eau à analyser continue à ruisseler sur les surfaces d'échange de ce corps 3. 6. On mesure le pH, dont on note la valeur stabilisée pH2. 7. On reprend ensuite les opérations ci-dessus pour une nouvelle analyse. Si la différence pH2 - pHl est négative, cela signifie que l'équilibre entre le carbonate de calcium solide et les bicarbonates en solution est déplacé dans le sens de l'apparition du carbonate solide, qui s'accompagne de l'apparition de protons H+. Le résultat de l'analyse montre alors que l'eau est entartrante en milieu aéré par l'air introduit dans l'automate par la canalisation 4. Si l'automate 1 est placé dans un laboratoire où s'effectue l'analyse et qui est éloigné du réfrigérant, et si la réserve d'air utilisé a une pression partielle en gaz carbonique inférieure à celle de l'air utilisé dans le réfrigérant, l'entartrage peut se produire dans l'automate sans nécessairement se produire également dans l'installation à traiter. Mais si de plus, comme déjà indiqué, on constate que la différence pH1- pH2 augmente dans le temps, l'eau analysée est de plus entartrante dans l'automate et finira par devenir également entartrante dans l'installation. Il faut alors prévoir la mise en oeuvre d'un traitement antitartre approprié sur l'installation. Si maintenant l'analyse de l'eau aérée est réalisée sur place, dans le réfrigérant, l'air soufflé dans l'automate 1 est le même que celui du réfrigérant. Dans ce cas, si la différence pH2 - pH1 est négative, l'eau est entartrante dans le réfrigérant. Dans les deux cas, si l'on aboutit à la conclusion selon laquelle l'eau est entartrante ou risque de devenir entartrante (aspect prévisionnel du procédé) il devient nécessaire de traiter l'eau afin de faire disparaître le tartre déjà déposé ou de l'empêcher de se déposer. On peut alors avantageusement utiliser le procédé décrit dans la demande de brevet déposée le même jour que la présente demande, par le même déposant, et intitulé "Procédé de traitement antitartre d'eau aérée, notamment dans les réfrigérants atmosphériques". Selon ce procédé, on injecte du dioxyde de carbone dans l'air d'aération de l'eau, à une pression appropriée dont le dosage peut être déterminé en fonction de la valeur ou de valeurs successives relevées pH2 - pH1, conformément au procédé selon la présente invention. En effet on déplace alors l'équilibre entre le carbonate de calcium solide et les bicarbonates dissous dans le sens de la dissolution du carbonate solide. Si enfin la différence en valeur absolue pH2 - pH reste stable d'après les analyses successives, il s'établit un équilibre dans le temps entre le dépôt et la dissolution de tartre. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisations décrites ci-dessus et peut comporter des variantes d'exécution. Elle est par ailleurs applicable, non seulement aux circuits de réfrigération des eaux par contact direct avec l'air, mais aux lavages de gaz par une solution aqueuse et aux transferts de gaz dans une solution aqueuse. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la détection d'entartrage d'eau aérée dans une installation industrielle, notamment d'eau à réfrigérer dans des réfrigérants atmosphériques du type à tirage naturel ou à ventilation mécanique, caractérisé en ce qu'on mesure la valeur (pH1) du pH d'un échantillon de l'eau à analyser non aérée, puis on aère par soufflage d'air un second échantillon de ladite eau, on mesure la valeur (pH2) du pH de ce second échantillon de sorte que, si la différence pH2-pH1 est négative, on en déduit que l'eau analysée est entartrante en milieu aéré par l'air introduit dans cette eau. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'air soufflé dans le second échantillon d'eau est de l'air différent de celui utilisé dans l'installation précitée, en particulier l'air d'un laboratoire où s'effectue l'analyse. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'air soufflé dans le second échantillon est l'air utilisé dans l'installation industrielle. 4. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on effectue des cycles successifs de mesure des pH avec des échantillons d'eau différents et, si la différence pH1-pH2 est croissante dans le temps, on en déduit qu'il convient de mettre en place un traitement antitartre de l'eau. 5. Automate détecteur d'entartrage d'eau aérée pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif réfrigérant (1) d'eau à analyser, des moyens (4) de soufflage d'une réserve d'air dans cette eau, et un organe de mesure du pH de l'eau successivement avant aération et après aération, ainsi qu'une conduite d'éva cuation (15) de l'eau analysée. 6. Automate selon la revendication 5, caractérisé en ce que, le dispositif réfrigérant (1) étant pourvu d'un corps d'échange thermique (3), ledit automate (1) comporte des canalisations (6, 7) de rinçage dudit corps d'échange par de l'eau acide et de l'eau déminéralisée, en vue de rinçages préalables aux mesures du pH.