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La présente invention concerne un procédé qui per- met d'exercer une influence, au moyen de la préparation de l'eau, sur la formation des dépôts de sels, de façon à n'ob- tenir au plus qu'un faible dépôt local,.en des points déter- minés au préalable, du faisceau tubulaire de générateurs de v:, eur fonctionnant au moins dans des conditions critiques.
L'invention est caractérisée en ce que la préparation de l'eau d'alimentation s'effectue de façon que sa teneur en sels rési- duels consiste principalement, en composas d'ammonium. La préparation de l'eau et en particulier la régénération des masses échageuses d'ions qui servent à cet effet peuvent s'of-
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fectuer par des composés d'ammonium. Une autre caractéris- tique de l'invention consiste à régénérer par des composés dammonium au moins la dernière des masses échangeuses' d'ions qui servent à préparer l'eau d'alimentation par échan- ge d'ions dans une installation de dessalage. On peut dans ce- cas faire 'en sorte que la dernière niasse échangeuse d'ions soit régénérée par l'hydroxyde d'ammonium.
Il peut être aussi avantageux d'adoucir l'eau à épurer dans un échan- geur de bases consistant en une masse échangeuse de cations, dont la régénération s'effectue par des composés d'ammonium, puis de vaporiser cette eau pour continuer à l'épurer. Un composé d'ammonium convenant à cet effet est le chlorure d'ammonium. On peut aussi préparer l'eau en précipitant les
Composés qui rendent l'eau duxe, au moyen de composés d'ammo- nium et en vaporisant ensuite l'eau d'alimentation adoucie.
Il'peut être avantageux de choisir comme composé d'ammonium par exemple le carbonate d'ammonium.
On sait qu'au cours du chauffage de l'eau d'ali- mentation de la chaudière, les sels qu'elle contient se dé- posent en partie.sur les parois des tubes de la chaudière/
Ces dépôts de sels peuvent avoir pour effet de faire brûler les tubes: Il est donc important de dessaler l'eau d'alimen- tation de la chaudière par une préparation approriée. Si on .envisage à cet effet un échange d'ions, la préparation de l'eau d'alimentation de générateurs de vapeur fonctionnant à .haute pression à circulation forcée s'effectue presque exclu- sivement par des composés chimiques à base de sodium.
Les sels résiduels qui subsistent toujours dans l'eau épurée et , qui consistent principalement en sels de sodium se déposent dans les conditions sub-critiques, non seulement dans une région de l'installation 'de chaudière dans laquelle se pro-
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duit le phénomène dit " hide out ' ou cachettes, c'est-à-dire où il existe encore des gouttes d'eau ou de l'eau liquide, mais encore et surtout dans la région du surchauffage.
L'ap- parition des "cachettes" est en relation avec l'insolubilité croissante des composés de sodium lorsque la- température et ' 'la pression augmentent. Pour éviter ce phénomène des "cachet- tes", on peut pour préparer l'eau d'alimentation d'un généra- teur de vapeur fonctionnant dans des conditions sub-critiques, par adoucissement par précipitation, remplacer par .exemple les composés de sodium employés jusqu'à présent par des com- posés correspondants de potassium, car la solubilité en géné- ral plus forte, des sels de potassium que celle des sels de sodium,présente des avantages. Les sels d'ammonium ont été aussi choisis déjà pour des raisons analogues.
En fait, cet- te mesure a donné de bons résultats du fait que les sels con- tenus dans l'eau d'alimentation y restent mieux en solution et par suite les sels'ainsi accumulés peuvent être purgés de l'installation de chaudière.
Mais lorsque le générateur fonctionne à l'état super-critique, les conditions sont fondamentalement diffé- rentes de celles qui sont exposées ci-dessus. Il n'est sur- tout plus possible dans ces conditions que l'eau d'alimenta- tion de la chaudière s'enrichisse en,sels et de les purger car, dans la région super-critique, le fluide moteur n'existe plus simultanément dans deux états d'agrégat différents, mais ne peut exister que sous une seule phase. C' est pourquoi le procédé d'enrichissement en sels et de purge qui donne de bons résultats dans les conditions sub-critiques est fondamen- talement inapplicable aux générateurs de vapeur fonctionnant dans des conditions super-critiques.
Il est donc nécessaire de rechercher, dans ce,mode de production de vapeur, d'autres
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moyens d'éviter autant que possible la formation de dépôts de sels dans le faisceau tubulure, de l'atténuer ou au moins de la rendre inoffensive.
Il est particulièrement avantageux, dans les gé- nérateurs de vapeur fonctionnant dans des conditions au moins .critiques, d'employer une eau d'alimentation ne contenant plus du tout de sels, ou, si c.eci n'est pas possible, de faire en sorte que cette teneur en sels.résiduels ne puisse pas exercer d'action nuisible. Pour arriver à cette grande pureté de lteau .qu'on désire, on la prépare généralement- par'échange d'ions et on emploie habituellement des composés de sodium pour régé- nérer la. nasse échangeuse d'anions. Mais on ne réussit pas en principe par ce moyen à débarrasser l'eau des dernières traces de sels de sodium, tels que le chlorure de sodium par exemple.
Même; d'aussi faibles résidus de sels exercent une action nuisi- ble :.dans des conditions de marche déterminées lors du fonction- 'nemént super-critique,du générateur de vapeur, car ils se dépo- sent dans les tubes de la chaudière sous forme de croûte ana- logue au tàrtre des chaudières. La situation se complique particulièrement dans ce cas du fait que les sels de sodium s'accumulent de préférence dans la région de surchauffe sur les parois,des-tubes et non, ainsi qu'on pourrait s'y attendre d'après l'expérience acquise dans le domaine sub-critique, au voisinage de la zone de transformation.
Les considérations qui précèdent sont clairement -traduites graphiquement au moyen du diagramme de la figure 1 du dessin ci-joint. Sur ce diagramme on a-tracé, au-dessus d'un schéma représentant un générateur de vapeur à circulation forcée, une courbe de la zone et de l'intensité des dép8ts de sels de sodium en fonction de la température du fluide de travail.
Ainsi qu'il ressort de la courbe en traits pleine
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désignée par Na, le maximum de dépôts de sels de sodium dé- termines encore contenus dans le fluide de travail est situé en aval de la zone de transformation désignée par.B, c'est-à- 'dire dans la zone de surchauffe désignée par C du générateur de vapeur représenta par un seul tube. On observe un second maximum plus faible, mais net des dépôts en amont de la zone de transformation B, c'est-à-dire dans la: zone de préchauffage désignée par A.
Il y a lieu encore de remarquer que les sels de sodium différents se déposent aussi en des points différents et avec des intensités différentes, et que, par suite, la po- sition et la valeur du maximum des dépôts peuvent aussi être différentes de celles de l'exemple représenté. Dans tous les cas, les dépôts se forcent dans une zone du faisceau tubulaire très étendue dans l'espace.
En conséquence, si le fluide de travail contient des sels de sodium, non seulement il n'est possible ni de retirer en totalité les portions de tubes par- ticulièrement exposées aux dépôts de sels, de la' portion de l'installation de chaudière exposée à une action particulière- ment intense de la chaleur, ni de recouvrir les portions de tubes exposées, car on ne disposerait que d'un nombre de tubes de vaporisation ou de tubes de chaudière insuffisant pour as- 'surer la production proprement dite de la vapeur. De plus, l'existence de composés de sodium risque aussi de favoriser le dépôt d'autres sels non-sodiques en ces points privilégiés où ces sels ne se déposeraient autrement pas. Le risque de formation d'incrustations sur ces portions de tubes augmente ainsi très notablement.
Mais ;si on tient compte des dimen- sions à observer et de la sécurité de marche du générateur de vapeur, il y a lieu d'exercer sur la formation des dépota de sels une action la mieux appropriée à la forme de construction envisagée de chaudière. Il est donc très avantageux, du point
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de vue du constructeur de chaudières, d'éviter complètement la formation de dépôts de sels ou de limiter la zone de formation de dépôts de sols éventuellement inévitable,'par exemple à une région à bass température du faisceau tubu- laire du générateur de vapeur de façon à. éviter ainsi des . difficultés de construction qui résultent, par exemple, de la formation de dép8ts principalement dans le surchauffeur.
Or, il a été découvert qu'il est possible, en . observant des conditions déterminées,.d'éviter la formation de dépôts de sels,, ou tout au moins d'exercer sur les dép8ts 'de sels (qui se forment éventuellement malgré l'emploi d'une -eau d'alimentationde chaudière de la plus grande pureté) dans les tubes de la chaudière une action telle que ces dépôts ne se forment alors tout au plus qu'en très faible quantité ou densité locale, dans une zone relativement étendue du faisceau tubulaire, ou se rassemblent dans une zone relativement peu étendue de ce faisceau. Bien entendu, les principaux avan- tages sont obtenus en supprimant la formation de tout dépôt de sels.
Cependant, des avantages très importants résultent aussi d'une part du fait qu'une zone peu étendue est plus facile à surveiller et peut être chauffée dans la chaudière même ou en dehors, sans risquer d'être mise en danger par la formation de dépôts, et d'autre part du fait que si les dépôt de sels sont répartis sur une grande étendue.du faisceau tubu- laire et par suite si leur intensité locale est faible, la .faible quantité de sels déposée n'est plus guère susceptible de faire brûler les tubes. @ .Ces avantages peuvent être obtenus au moyen d'un ,mode de préparation approprié de l'eau.
En effet, la prépa- ration de'l'eau s'effectue suivit liinvention de façon que ' l'eau pure obtenue ne puisse plus contenir pratiquement de
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composés de sodium. Ce résultat peut être obtenu, ainsi qu'il ressort de la description qui suit et qui contient d'autres caractéristiques de l'invention, par exemple, en n'amenant l'eau à épurer en contact qu'avec des composés d'ammonium, ou, dans le casid'un dessalage par échange de cations et d'.anions, en. régénérant par des composas d'ammonium au moins la dernière des masses échangeuses d'anions utilisés.
La teneur en sels résiduels d'une eau ainsi traitée consiste principalement en sels ou composés d'ammonium qui, dans cer- taines conditions déterminées, ne se déposent pas 'au cours 'de la production de vapeur, par suite de'leur décor-position, ou tout au plus ne se déposent que dans une zone très limitée du'faisceau tubulaire du générateur de vapeur, par comparai- son avec les sels résiduels de sodium., ou, s'ils se déposent sur une zone plus étendue, leur intensité locale est très réduite.
Les moyens suivant l'invention consistent donc-en principe à effectuer la préparation de l'eau de façon que les résidus de sels inévitables en soi dans l'eau d'alimentation soient non pas à base de sodium, mais surtout à base d'ammo- nium. A cet effet, l'ensemble de l'opération de préparation de l'eau-peut être en principe à base d'ammonium et. non plus de sodium. Mais, comme d'une manière générale les composés d'ammonium sont s.ensiblement plus coûteux que les composés de sodium, ce mode de préparation ne peut être envisagé dans , un grand nombre de cas.
Toutefois, il est possible, par exem- ple dans le cas-d'un dessalage complet par échange d'ions, d'effectuer la préparation de l'eau principalement sur labase du sodium et de n'effectuer que le dernier stade du traitement sur la base de l'ammonium.
Les figures 2 à 6 du dessin ci-joint représentent
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une application possible dans la pratique du procédé de pré- paration de l'eau, On fait arriver dans les-installations de préparation de l'eau représentées l'eau brute par un tuyau 1, et on en fait sortir l'eau épurée par un tuyau 2. L'installa- tion de préparatidn de l'eau 3 de la figure ,2 se compose d'un .. échangeai- de cations 4 et d'un Échangeur d'anions 5 monté à la suite.
Suivant l'invention,.on régénère 1'échangeur d'a- nions à l'aide de composés' d'ammonium. par exemple l'hydroxyde d'ammonium. L'eau pure qui sort de cet échangeur d'anions peut encore contenir des traces de composés d'ammonium, 'qui n'exer- cent plus d'action nuisible sur le fonctionnement de la chau- dière. La figure 3 représente une installation de dessalage qui se compose d'un groupe 3' à deux lits cosportant des ins- , lallations'séparées respectives d'échange de cations et d'anions
4 et 5 et en aval de laquelle se trouve encore une installation , 6 à lits mixtes.
Alors que la masse échangeuse d'anions du groupe à deux lits est régénérée comme jusqu' à présent par une lessive de soude, la régénération de la masse échangeuse d'ani- ons de l'installation à lits mixtes s'effectue, suivant l'in- vention, par l'hydroxyde d'ammonium, Les impuretés provenant éventuellenent du passage dans l'installation à deux lits ainsi que les sels de sodium qui proviennent de la régénération de cette installation sont retenus avec certitude dans l'installa- tion à lits mixtés disposée en aval.
Les impuretés éventuelles contenues dans l'eau pure après la régénération de l'installa- tion à lits mixtes ou après lavage ne peuvent contenir dans ce cas que des ions ammonium, qui n'exercent pas d'action aussi nuisible sur- le fonctionnement de la chaudière que les compe- sés correspondants de sodium.
' La figure 4 représente un échangeur de bases en aval duquel se trouve un évaporateur 8. Il ne reste dans l'é-
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vaporateur que les sels qui proviennent de rechange des bases au cornent de la vaporisation de l'eau, de sorte que l'eau vaporisée ne contient que des traces de sels,'qui sont des composés d'ammonium, du moment que l'échangeur a été régénère par des composés d'ammonium.
- .. L'échangeur de bases est remplacé sur la figure 5 par une installation d'adoucissen-ent par-précipitation 9,dans laquelle l'eau brute s'adoucit par précipitation des sels qui .la rendent dure, au moyen de composés d'ammonium, par exemple (NH4)2CO3 ou NH4CH. Une fois l'eau vaporisée dans l'évapora- teur 8, la vapeur ne peut plus contenir que des traces de composés d'ammonium.
.la ligure 6 représente une installation de force motrice vapeur, Le générateur de vapeur à circulation for- cée; est désigné par 10, la conduite de vapeur principale par 11, l'installation de turbine par 12 et le condenseur par 13.' Un tuyau 1 part du condenseur et aboutit à l'installation'd'é- change d'ions 14, d'où part le tuyau 2 d'eau pure qui aboutit au réservoir d'eau d'alimentation 15 qui communique par la pompe d'alimentation 16 avec le générateur de vapeur 10. La régénération de la masse éohangeuse d'anions de l'installation à lits mixtes 14 de cet exemple s'effectue par l'hydroxyde d'ammonium.
Dans ce cas, l'eau épurée dans cette installation de dessalage ne peut entraîner dans le faisceau tubulaire de la chaudière'que des traces de composés d'ammonium, Mais .étant donné que les composés d'ammonium, tels que le chlorure ou le carbonate d'ammonium, ont tendance à se dissocier plus ou moins à haute température ou à se décomposer complètement, .il est possible, en observant des conditions de fonctionnement déterminées, de conduire la production de vapeur de façon telle que la vapeur ne'contienne absolument plus de sels qui puis- sent se déposer dans le système tubulaire, ou que si le fluide de travail contient des sels d'ammonium résiduels, le dépôt
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éventuel de ces sels ne puisse plus prendre une ampleur dangereuse.
Par exemple, en cas d'irruption d.'eau de re- froidissement dans le condenseur ou de contamination quel- conque de l'eau d'alimentation par l'eau d'appoint, les sels nuisibles sont retenus avec certitude par l'installation échangeuse d'ions, sans que l'eau épurée, après régénération par le procédé de l'invention, contienne .dans ses sels rési- duels des.composés de sodium, susceptibles d'arriver dans le Système tubulaire de la chaudière.
On est donc à même, par. un mode de préparation approprié de 1'eau, d'exercer dès le début.et'dans une large mesure une action sur la manière dont se forment les dépôts de sels dans le faisceau tubulaire, ce qui est particulière-. ment important dans les générateurs de vapeur modernes, qui
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fonctionnent par exemple a une pression tsupéreure à z300 atmosphères et à une température supérieure à 600 .
Si on 'effectue la préparation de l'eau de façon que l'eau'pure ne ' ' contienne principalement comme sels résiduels que des composés d'ammonium déterminés, on peut donc ainsi, dans certains cas, éviter complètement la formation de dépôts.de sels, ou repor- ter la zone de dép8ts de sels dans une région à température relativement-basse, et en outre.étroitement limitée, de l'ins- tallation de chaudière, ou encore faire diminuer l'intensité locale des dépôts'de sels jusqu'à une valeur inoffensive. En tout cas, le-procédé de-l'invention pern:et d'empêcher dans- une large mesure les tubes debrûler dans lesquels se forment des dép8ts de sels à peu près'inévitables..
.Les composés d'ammonium précités peuvent aussi être remplaces par d'autres composés d'ammonium, pourvu que, s'ils existent finalement comme sels résiduels, tels quels dans l'eauépurée, ils exercent une action semblable ou analogue,
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pendant la marche du générateur de vapeur, à celle des com- posés d'anmonium précités.