FR2949261A1 - Application de dispersant pour le nettoyage de trajets de recirculation d'une installation de production d'energie au demarrage - Google Patents
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Abstract
Procédé d'évaluation des caractéristiques de remise en suspension d'un dispersant chimique, comprenant les étapes consistant à : (a) prévoir un appareil d'essai, comprenant : (i) un récipient contenant une solution ; (ii) un système d'entraînement ; et (iii) un axe ; (b) fixer un substrat revêtu de matière de dépôt à l'axe ; (c) immerger le substrat revêtu dans une solution contenue dans le récipient ; (d) utiliser le système d'entraînement pour faire tourner l'axe et le substrat revêtu à une vitesse prédéterminée ; et (e) déterminer une quantité de matière de dépôt éliminée du substrat.
Description
APPLICATION DE DISPERSANT POUR LE NETTOYAGE DE TRAJETS DE RECIRCULATION D'UNE INSTALLATION DE PRODUCTION D'ENERGIE AU DEMARRAGE
La présente invention revendique le bénéfice de la demande provisoire n° 61/183 252 déposée le 2 juin 2009. La présente invention concerne de façon générale un procédé de nettoyage de trajets de recirculation, et plus préférablement, un procédé de nettoyage de trajets de recirculation pour une installation de production d'énergie, réduisant ainsi le stock de produits de corrosion qui peuvent conduire par la suite à un encrassement du générateur de vapeur. L'encrassement du générateur de vapeur (SG) dû à l'accumulation de produits de corrosion provenant du système secondaire reste un problème majeur dans l'industrie nucléaire. Un tel encrassement entraîne des pertes de transfert thermique, une dégradation par la corrosion du tube et des parties internes, des instabilités de niveau et des réductions du rendement de l'usine. De nombreuses installations rapportent qu'une fraction significative du transport de produit de corrosion vers le générateur de chaleur se produit au cours du démarrage et consacrent une partie substantielle de leurs ressources à limiter ou réduire l'encrassement causé par les produits de corrosion. D'ordinaire, de nombreuses installations de production d'énergie utilisent des procédés tels que le passage de boues par le haut de la plaque tubulaire, le nettoyage chimique, les trempages dans un agent de conditionnement à une échelle avancée, le traitement de minimisation de dépôts, le passage intertube, le nettoyage hydraulique de faisceau supérieur et des rinçages de faisceaux pour éliminer la matière de dépôt existante. En outre, de nombreuses centrales nucléaires procèdent à un nettoyage par recirculation du système d'eau d'alimentation lors du démarrage initial de l'usine à travers un trajet qui évite les générateurs de vapeur. L'objet d'une telle procédure de nettoyage est d'éliminer les produits de corrosion existants des systèmes, qui pourraient être transportés ultérieurement vers les générateurs de vapeur. Malheureusement, dans l'art antérieur, il n'est question que du traitement de l'eau d'alimentation entrant dans le côté secondaire du générateur de vapeur nucléaire pendant le fonctionnement. Lors du fonctionnement, l'accumulation de dépôts d'oxyde métallique à l'intérieur d'un générateur de vapeur nucléaire à recirculation peut être supprimée par le biais d'un refoulement. Dans un générateur de vapeur nucléaire à passage unique (OTSG), l'accumulation de produit de corrosion d'oxyde métallique ne peut pas être évitée, puisque seul un petit pourcentage des produits de corrosion sont extraits de l'OTSG avec la vapeur. Ainsi, l'art antérieur est limité aux générateurs de vapeur à recirculation. L'homme du métier sait bien que les espèces de soufre peuvent accélérer la dégradation du tube du générateur de vapeur PWR. Par conséquent, l'art antérieur a été limité aux dispersants ne contenant que de faibles concentrations de soufre. En outre, l'art antérieur ne répond pas au problème d'encrassement ou de transport du produit de corrosion vers un réacteur d'une installation BWR. Ces lacunes et autres lacunes de l'art antérieur sont résolues par la présente invention, qui permet d'éliminer les produits de corrosion supplémentaires présents dans les trajets de recirculation, tels que les systèmes d'eau d'alimentation et de condensat, avant le démarrage, en ajoutant un dispersant pendant les périodes de recirculation. Ceci permet de favoriser le maintien d'oxydes de fer en suspension jusqu'à ce qu'ils puissent être éliminés du système par le biais de drains, d'épurateurs de condensat, d'éléments de filtrage, etc., et réduire le stock de produits de corrosion pouvant être transportés pendant le fonctionnement.
En outre, les dispersants devraient permettre une réduction significative du temps nécessaire pour nettoyer le système secondaire avant exploitation, une réduction du stock de dépôts dans le cycle secondaire (qui pourrait sinon être transporté pendant l'exploitation) et/ou une réduction significative de la masse de produits de corrosion transportée pendant le fonctionnement tôt dans le cycle d'exploitation (transitoires de redémarrage types). Selon un aspect de la présente invention, un procédé pour réduire le transport de produits de corrosion dans une installation de production d'énergie comprend les étapes consistant à sélectionner un dispersant chimique adapté pour réduire le dépôt de produits de corrosion dans le trajet de recirculation ; et utiliser au moins un injecteur chimique pour injecter le dispersant chimique dans un fluide contenu dans le trajet de recirculation pendant le nettoyage du trajet de recirculation pour augmenter l'élimination du produit de corrosion.
Selon un mode de réalisation le procédé comprend en outre une étape consistant à éliminer le dispersant du trajet de recirculation. Selon un mode de réalisation le procédé comprend en outre une étape consistant à effectuer la recirculation du trajet de recirculation pendant une quantité de temps prédéterminée avant d'injecter le dispersant chimique pour éliminer les produits de corrosion faciles à éliminer du trajet de recirculation avant l'injection du dispersant chimique. Selon un autre aspect de la présente invention, un procédé d'évaluation des caractéristiques de remise en suspension d'un dispersant chimique comprend les étapes consistant à fournir un dispositif d'essai ayant un récipient contenant la solution, un système d'entraînement et un axe. Le procédé comprend en outre les étapes consistant à fixer un substrat revêtu avec la matière de dépôt à l'axe ; immerger le substrat revêtu dans une solution contenue dans le récipient ; utiliser le système d'entraînement pour faire tourner l'axe et le substrat revêtu à une vitesse prédéterminée ; et déterminer une quantité de matière de dépôt éliminée du substrat. Selon un autre aspect de la présente invention, un procédé de réentraînement des dépôts existants dans un trajet de recirculation comprend les étapes consistant à sélectionner un dispersant chimique adapté pour mettre en suspension les produits de corrosion dans le trajet de recirculation ; utiliser au moins un injecteur chimique pour injecter une quantité prédéterminée du dispersant chimique dans le fluide contenu dans le trajet de recirculation ; et faire circuler le dispersant chimique dans le trajet de recirculation pendant une quantité de temps prédéterminée pour permettre au dispersant chimique de se mélanger avec le fluide et de mettre en suspension les produits de corrosion.
L'objet de l'invention peut être mieux compris en faisant référence à la description suivante faite en conjugaison avec les dessins joints, sur lesquels : La figure 1 est un schéma d'utilisation de dispersant au cours du long trajet de recirculation ; La figure 2 est un graphique indiquant la concentration de magnétite en 30 fonction du % de transmittance ; La figure 3 est un graphique indiquant la concentration d'hématite en fonction du % de transmittance ; La figure 4 montre le comportement de sédimentation de la magnétite avec 100 ppm de PAA (2kD) ; La figure 5 montre le comportement de sédimentation de la magnétite avec 10 000 ppm de PAA (2kD) ; La figure 6 montre le comportement de sédimentation de l'hématite avec 10 000 ppm de PAA (2 kD) ; La figure 7 montre le comportement de sédimentation de la magnétite avec 100 ppm de PAA (5 kD) ; La figure 8 montre le comportement de sédimentation de la magnétite avec 10 10 000 ppm de PAA (5 kD) ; La figure 9 montre le comportement de sédimentation de l'hématite avec 10 000 ppm de PAA (5 kD) ; La figure 10 montre le comportement de sédimentation de la magnétite avec 100 ppm de PAA (masse moléculaire élevée) ; 15 La figure 11 montre le comportement de sédimentation de la magnétite avec 10 000 ppm de PAA (masse moléculaire élevée) ; La figure 12 montre le comportement de sédimentation de l'hématite avec 10 000 ppm de PAA (masse moléculaire élevée) ; La figure 13 montre le comportement de sédimentation de la magnétite avec 20 100 ppm PMAA ; La figure 14 montre le comportement de sédimentation de la magnétite avec 10 000 ppm PMAA ; La figure 15 montre le comportement de sédimentation de l'hématite avec 10 000 ppm de PAA ; 25 La figure 16 montre le comportement de sédimentation de la magnétite avec 100 ppm de PMA:AA La figure 17 montre le comportement de sédimentation de la magnétite avec 10 000 ppm de PMA:AA ; La figure 18 montre le comportement de sédimentation de l'hématite avec 30 10 000 ppm de PMA:AA ; La figure 19 montre le comportement de sédimentation de la magnétite avec 100 ppm de PAAM ; La figure 20 montre le comportement de sédimentation de la magnétite avec 10 000 ppm de PAAM ; La figure 21 montre le comportement de sédimentation de l'hématite avec 10 000 ppm de PAAM ; La figure 22 montre le comportement de sédimentation de la magnétite avec 100 ppm de PAA:SA ; La figure 23 montre le comportement de sédimentation de la magnétite avec 10 000 ppm de PAA:SA ; La figure 24 montre le comportement de sédimentation de l'hématite avec 10 10 000 ppm de PAA:SA ; La figure 25 montre le comportement de sédimentation de la magnétite avec 100 ppm de PAA:SS:SA ; La figure 26 montre le comportement de sédimentation de la magnétite avec 10 000 ppm de PAA:SS:SA ; 15 La figure 27 montre le comportement de sédimentation de l'hématite avec 10 000 ppm de PAA:SS:SA ; La figure 28 montre le comportement de sédimentation de la magnétite avec 100 ppm de PAA:AMPS ; La figure 29 montre le comportement de sédimentation de la magnétite avec 20 10 000 ppm de PAA:AMPS ; La figure 30 montre le comportement de sédimentation de l'hématite avec 10 000 ppm de PAA:AMPS ; La figure 31 montre le comportement de sédimentation de la magnétite avec 100 ppm de PAMPS ; 25 La figure 32 montre le comportement de sédimentation de la magnétite avec 10 000 ppm de PAMPS ; La figure 33 montre le comportement de sédimentation de l'hématite avec 10 000 ppm de PAMPS ; La figure 34 montre le comportement de sédimentation de magnétite avec 30 100 ppm de PMA:SS ; La figure 35 montre le comportement de sédimentation de la magnétite avec 10 000 ppm de PMA:SS ; La figure 36 montre le comportement de sédimentation de l'hématite avec 10 000 ppm de PMA:SS ; La figure 37 montre les effets de candidats dispersants (10 000 ppm) sur 10 000 ppm de solution de Fe3O4 (magnétite) ; La figure 38 montre les essais de sélection des candidats dispersants (10 000 ppm) ù période prolongée ; La figure 39 montre les effets de candidats dispersants (100 ppm) sur 10 000 ppm de solution de Fe3O4 (magnétite) ; La figure 40 montre les essais de sélection de candidats de dispersant (100 ppm) ù durée prolongée ; La figure 41 montre les effets des candidats dispersants (10 000 ppm) sur 10 000 ppm de solution de Fe2O3 (hématite) ; La figure 42 montre les essais de sélection de candidats dispersants (10 000ppm) ù durée prolongée ; La figure 43 montre un appareil d'essai de remise en suspension sur un mode de réalisation de l'invention ; La figure 44 montre un contenu en fer des solutions d'essai à 1 ppm de dispersant pour la magnétite ; La figure 45 montre le contenu en fer de solutions d'essai à 100 ppm de dispersant pour la magnétite ; La figure 46 montre le contenu en fer de solutions d'essai à 1 ppm de dispersant pour l'hématite ; et La figure 47 montre le contenu en fer de solutions d'essai à 100 ppm de dispersant pour l'hématite.
Alors que l'invention est traitée en relation avec les PWR (Pressurized Water Reactors) et un long trajet de recirculation, il doit être entendu que l'invention n'est pas limitée à un long trajet de recirculation et aux PWR et peut être utilisée dans d'autres unités de production d'énergie (telles qu'un BWR ù Boiling Water Reactor) et avec d'autres trajets de recirculation (à savoir, des systèmes de vapeur et de drainage, avec trajet de recirculation court). Les PWR et le long trajet de recirculation sont utilisés dans cette description pour plus de clarté et à titre d'exemple uniquement.
L'application de dispersant dans les centrales nucléaires est d'ordinaire uniquement envisagée comme une application en circuit, au cours du fonctionnement, sur l'eau d'alimentation entrant dans le côté secondaire d'un générateur de vapeur nucléaire afin de minimiser l'accumulation de dépôts d'oxyde de métal à l'intérieur du générateur de vapeur nucléaire, via une élimination par refoulement, pendant le fonctionnement continu du générateur de vapeur. Dans les installations de production d'énergie, un long trajet de recirculation est utilisé pour éliminer les produits de corrosion (principalement, les oxydes de fer et/ou les oxyhydroxydes) de l'eau d'alimentation et des systèmes de condensat avant la production d'énergie. Ceci permet de réduire la masse de produits de corrosion transportée vers le générateur de vapeur où les produits de corrosion peuvent se déposer, exacerbant la corrosion du tube et réduisant l'efficacité thermique. Les boucles de recirculation des trajets long et court pour une unité de production d'énergie sont représentées génériquement sur la figure 1 par les numéros de référence 10 et 11. En ce qui concerne le long trajet de recirculation, l'invention utilise un procédé d'injection de dispersant dans le procédé de nettoyage du long trajet de recirculation tel que proposé pour un circuit d'alimentation d'un système secondaire de l'installation à l'extérieur du générateur de vapeur nucléaire, où l'eau de traitement contenant le dispersant ne sera pas en contact ou bien sera en contact limité (fuite de vanne) avec le générateur de vapeur nucléaire. L'invention englobe en outre le nettoyage d'un système secondaire d'installation à l'extérieur du générateur de vapeur nucléaire, et ainsi, l'élimination d'oxydes métalliques du système avant qu'ils puissent même entrer dans le générateur de vapeur. En outre, l'invention est applicable aux installations ayant des générateurs de vapeur à recirculation, des installations avec générateurs de vapeur à recirculation (à savoir, indépendamment du type de générateur de vapeur), et des BWR à réacteurs. Comme décrit ici, l'utilisation de dispersants pendant une recirculation sur un long trajet augmente l'efficacité de l'élimination du produit de corrosion, soit en réduisant la masse transportée finalement vers le générateur de vapeur, soit en réduisant le temps nécessaire pour le nettoyage de recirculation avant la production d'énergie. Les emplacements d'injection de dispersant sont génériquement représentés sur la figure 1 par les numéros de référence 12-14. Les emplacements d'injection seront basés sur des conceptions spécifiques aux unités ; ainsi, un examen spécifique à l'usine sera effectué avant l'injection d'un dispersant. Comme représenté, de multiples emplacements peuvent être utilisés pour l'injection. Par exemple, un emplacement peut se trouver juste en aval de l'équipement de purification de telle sorte que l'ensemble du système soit exposé au produit chimique. Cependant, d'autres emplacements peuvent être utilisés pour fournir des avantages de nettoyage significatifs. En général, le procédé de l'invention implique l'injection d'un produit chimique, à l'aide d'injecteurs chimiques 16-18 (tels que des pompes de dosage), en particulier, d'un dispersant polymère tel que, mais sans limitation, un acide polyacrylique (PAA), dans le système d'eau d'alimentation/condensat pendant un nettoyage de trajet de recirculation. Les injecteurs 16-18 peuvent être des injecteurs existants ou de nouveaux injecteurs installés pour l'injection du dispersant. Le procédé comprend l'injection du produit chimique (qui peut se produire sur une base unique ou continue) ; la recirculation du système (qui peut être démarrée avant l'injection) ; et le nettoyage du système (à l'aide de l'équipement existant). La sélection d'un produit chimique spécifique est une question non triviale, impliquant l'évaluation de l'efficacité ainsi que de la compatibilité avec le système. La vitesse et la durée de l'injection chimique peuvent être adaptées à l'unité individuelle en fonction de plusieurs facteurs tels que le chargement du produit de corrosion estimé, la configuration du système d'eau d'alimentation/condensat existant et le programme d'interruption/de démarrage. Le dispersant agit en augmentant efficacement le diamètre des particules du produit de corrosion (à savoir, en réduisant leur densité effective), en réduisant la tendance de ces particules à se sédimenter et en facilitant le réentraînement de la matière déposée. Ces effets se combinent pour augmenter la fraction du produit de corrosion qui circule avec l'eau dans le système par rapport à la fraction qui est retenue sur les surfaces. Les particules de produit de corrosion en circulation peuvent être facilement éliminées du système par l'équipement existant (par exemple, des lits de résine à échange ionique, filtres, etc.) ou par le biais de décharges du système. Etant donné que le produit chimique augmente la fraction maintenue en suspension, son utilisation augmente la fraction qui peut être éliminée pendant le nettoyage, entraînant soit une élimination d'une masse plus grande, soit une élimination plus gDp X(pp ù pf ) 18p vt rapide de la même masse, soit les deux. Dans certains cas, les temps de nettoyage sont associés à des interruptions planifiées. De manière spécifique, le créneau pendant lequel la recirculation peut se produire est fixé. Pour d'autres unités, le nettoyage est continu jusqu'à ce qu'un critère prédéfini (concentration du fer, couleur du filtre, etc.) soit atteint. L'ajout de produit chimique pour augmenter les concentrations de produit de corrosion en suspension serait bénéfique dans l'un ou l'autre de ces cas. L'efficacité du dispersant est définie en partie par l'aptitude du polymère à réduire la vitesse de sédimentation des particules. La vitesse de sédimentation des particules a été déterminée à partir des données de spectrophotométrie obtenues à partir des essais dans lesquels la transmittance de la solution a été mesurée à divers intervalles de temps. La vitesse de sédimentation d'une particule dans un fluide donné est fonction de sa densité et de son diamètre, ainsi que de la densité et de la viscosité du fluide. Deux expériences sans dispersant ont par conséquent été effectuées pour caractériser le comportement de sédimentation des particules de magnétite et d'hématite et pour développer une conversion entre la transmittance rapportée et la concentration de la matière de dépôt dans la solution. Ceci a été effectué en mesurant le pourcentage de la lumière transmise à travers la solution à différents intervalles de temps et en mettant en rapport ces mesures avec la concentration calculée théoriquement de la matière de dépôt après la même période de temps. La concentration de la matière de dépôt dans la solution à chaque période de temps est déterminée comme suit. Les particules en suspension (magnétite ou hématite) peuvent être modelées comme des particules approximativement sphériques se sédimentant dans un environnement de faible turbulence (petit nombre de Reynold). Dans ces conditions, la vitesse de sédimentation est décrite par le théorème de Stokes :30 où Dp est le diamètre de particule ; pp et pf sont les densités de la particule et du fluide, respectivement ; est la viscosité du fluide ; g est la constante gravitationnelle ; et vt est la vitesse de sédimentation. Une distribution granulométrique a été préalablement déterminée (par analyse de la taille de particule au laser) pour les matières de dépôt de magnétite et d'hématite. Les mesures de taille de particule ont été opérées avant et après une brève période de sonification pour s'assurer que la mesure n'a pas été affectée par des agglomérats. A partir de la géométrie de la chambre de spectrophotomètre, la vitesse de sédimentation de la particule la plus grosse restant dans la solution peut être déterminée pour n'importe quel intervalle de temps. La mesure de transmittance à chaque point dans le temps a été indiquée en fonction de la concentration du contrôle approprié, déterminée à partir des données de granulométrie et du modèle de Stokes pour la sédimentation de particules à de petits nombres de Reynold. Une relation entre la transmittance et la concentration a été ensuite trouvée en associant la courbe obtenue à une fonction de Tanh. Le point de transmittance zéro prévu par ce modèle était de -6500 ppm. Ces régions correspondent aux transmittances entre 67 % et 90,7 % (la transmittance de l'eau désionisée) pour la magnétite, et de 78 % à 90,7 % pour l'hématite. Dans les deux régions, la courbe peut être décrite par un polynôme de deuxième ordre. Les graphiques des relations transmittance-concentration pour la magnétite et l'hématite sont représentés sur les figures 2 et 3, respectivement. L'objectif de l'ajout de dispersant est de réduire la vitesse de sédimentation, ce qui entraîne un changement apparent du diamètre et de la densité des particules. La taille de particule effective S est utilisée pour décrire ce diamètre et cette densité de particule effectifs et est définie par : 2 18vtu S = Dp e (pp,e ù pf) = où l'indice e indique la valeur "effective" ou apparente. Un paramètre décrivant la différence des tailles de particules apparente et réelle, qui sont proportionnelles à la vitesse de sédimentation, peut être généré pour chaque point g 5 dans le temps en comparant la taille de particule "effective", la taille de particule correspondant à la concentration observée pour l'équation suivante :
C ù S % de changement = C où C est la taille de particule calculée sur la base de la transmittance observée dans le dispersant, et Pp et Pf sont les densités connues de la matière de dépôt et de l'eau désionisée. Le paramètre C est donné par l'équation suivante : 10 C = 2 _ p,calc(Pp.magnétite Pf) Le "changement en %" se réfère par conséquent à la réduction en pourcentage de la vitesse de sédimentation qui est observée en la présence d'un dispersant. Cette vitesse de sédimentation a été utilisée pour résoudre "S". "C" a ensuite été déterminé 15 en utilisant la vitesse de sédimentation de l'expérience de contrôle à la valeur de transmittance courante. Les valeurs pour C et S ont ensuite été utilisées pour déterminer le changement relatif de la vitesse de sédimentation (% de changement). Certaines observations générales effectuées pendant l'essai comprennent : - A 100 ppm de dispersant (un rapport de dispersant : magnétite de 1:100), 20 l'efficacité des dispersants polymères dans la dispersion de magnétite augmente d'ordinaire avec une taille de particule croissante. - A 10 000 ppm de dispersant, la vitesse de sédimentation de particules de magnétite plus grosses a été accélérée par des dispersants à masse moléculaire élevée. Des dispersants à masse moléculaire élevée peuvent favoriser l'agglomération des 25 particules à ces concentrations. - Pour des dispersants à faible masse moléculaire, le dispersant était du même ordre d'efficacité aux deux concentrations/rapports dispersant-fer. - Tous les dispersants candidats, sauf PAAM favorisaient la rétention de l'hématite dans la solution. 30 - Les dispersants contenant du soufre ne sont pas plus efficaces que les copolymères d'acide strictement acrylique/méthacrylique/maléique. Ainsi, les dispersants contenant du soufre doivent être utilisés d'une manière limitative en raison des problèmes de compatibilité de matières. Ceci permettra d'éliminer la plus grande partie du risque associé à l'entrée de dispersant potentiel dans le générateur de vapeur pendant l'application (par le biais des vannes d'isolement de fuite, d'une erreur humaine, etc.).
Des exemples de dispersants destinés à être utilisés dans les trajets de recirculation et les changements du diamètre de particule effectif (et par conséquent, de la vitesse de sédimentation) en la présence d'un dispersant polymère sont résumés dans le tableau 1.
Tableau 1 Masse Amélioration de performance molé- magnétite hématite Dispersant 10 000 ppm culaire 100 ppm de dispersant 10 000 ppm de dispersant (1:1) de (Daltons) (1:100) dispersant 2000 -17%(<3 m);-40% -18% -50% 5000 -10-20 % 0-50 % (l'amélioration diminue -50-70 % PAA avec l'augmentation de taille) N.P. -18-50 % (l'amélioration Accélération de la vitesse de -100 % augmente avec sédimentation pour les l'augmentation de taille diamètres de particules >5 um PMAA 6500 -19-50 % (l'amélioration -22-56% -60 % augmente avec l'augmentation de taille PMA:AA 3000 -17% (<1 m) ; -30% -20 % (excepté les particules -70 % (particules plus grosses) <1 m) PAAM 200000 -25-50 % (<2.5 m) Accélération de la vitesse de pas de sédimentation pour les change particules > 4,5 m. Pas de ment changement significatif pour significatif les petites particules PAA: SA <15000 -25-50 % (l'amélioration < 20 % ; Diminution pour les 30-60 % augmente avec grosses particules (> 12 m) l'augmentation de taille -40 % (> 5 m) ; -40 % (3-5 m) ; l'amélioration PAA:SS:SA N.P. l'amélioration diminue avec diminue avec la réduction de 40-80 % la réduction de taille taille (< 3 m) 18-42% ('amélioration 40-60 % ; PAA:AMPS 5000 augmente avec -30 % 80% (-2 l'augmentation de taille) m) PAMPS 800000 Pas d'effet significatif Forte accélération de vitesse de 70-90 % sédimentation avec une augmentation de la taille de particules (> 3.5 m) PMA:SS 20000 -20-40 % (l'amélioration -20-40 % (l'amélioration -30-68 % augmente avec augmente avec l'augmentation l'augmentation de taille) de taille) L'acide polyacrylique (PAA) réduit de manière effective la vitesse de sédimentation des particules de magnétite de -1-10 tm de -20-50 %. Ce polymère 5 était également le plus efficace pour la dispersion de l'hématite, qui constitue une majeure partie des dépôts du système d'eau d'alimentation.
Trois candidats PAA ont été évalués. L'ensemble des trois candidats PAA évalués ont présenté des niveaux d'efficacité similaires de dispersion de magnétite et d'hématite. En particulier, un polymère de masse moléculaire faible (2000 Daltons), un polymère de masse moléculaire modérée (5000 Daltons) et un polymère de masse moléculaire élevée ont été évalués. Le polymère de masse moléculaire faible a eu une efficacité modérément bonne dans la dispersion des grosses et petites particules. Le dispersant a été plus efficace pour disperser la magnétite au rapport dispersant:fer le plus bas (1:100). De manière spécifique, les résultats suivants ont été obtenus : - A 100 ppm de dispersant : le temps de sédimentation a augmenté de -40 % pour les grosses particules et de -17 % pour les plus petites particules. Les résultats de cet essai sont présentés sur la figure 4. - A 10 000 ppm de dispersant : le temps de sédimentation a augmenté de -18 %, à l'exception de deux points particuliers à des tailles de particules importantes.
Les résultats de cet essai sont présentés sur la figure 5. - Dispersion d'hématite : Le dispersant a augmenté le temps de sédimentation de l'hématite de -50 % sur une large plage de tailles de particules. Les résultats de cet essai sont présentés sur la figure 6. Le polymère de masse moléculaire faible à modérée a produit de faibles améliorations de la plage de tailles de particules intermédiaires, mais a présenté des augmentations anormales de la vitesse de sédimentation aux extrêmes. Globalement, ce polymère s'avère moins efficace que le polymère à faible masse moléculaire. Les observations suivantes ont été effectuées à partir de ces essais : - A 100 ppm : le dispersant a augmenté le temps de sédimentation de -10- 20 % pour certaines tailles de particules, mais a présenté des réductions importantes de performance à d'autres points. Les résultats de cet essai sont présentés sur la figure 7. - A 10 000 ppm : le dispersant a augmenté le temps de sédimentation jusqu'à 50 % pour les petites particules, mais n'a eu que peu d'effet sur les tailles de particules intermédiaires. Le temps de sédimentation des particules les plus grosses a été fortement réduit. Les résultats de cet essai sont présentés sur la figure 8. - Dispersion d'hématite : le polymère de masse moléculaire faible à modérée a augmenté le temps de sédimentation d'hématite de 50-70 %. Les résultats de cet essai sont présentés sur la figure 9. Le polymère de masse moléculaire élevée s'est bien comporté à de faibles 5 concentrations (100 ppm), mais a été moins efficace à 10 000 ppm. - A 100 ppm : le temps de sédimentation a augmenté de 18 % à 50 % avec une augmentation de la taille des particules. Les résultats de cet essai sont représentés sur la figure 10. - A 10 000 ppm : le temps de sédimentation a augmenté légèrement 10 (jusqu'environ 20 %) pour les particules plus petites. Cependant, pour de plus grosses particules, le temps de sédimentation a diminué d'environ 20 %. Les résultats de cet essai sont représentés sur la figure 11. - Dispersion d'hématite : le dispersant a augmenté fortement le temps de sédimentation de presque 100 % sur la répartition granulométrique testée. Les 15 résultats de cet essai sont représentés sur la figure 12. Le polymère d'acide polyméthacrylique (PMAA) générique a présenté de manière similaire une haute efficacité à une concentration de 100 ppm. A la différence de nombreux des candidats dispersants, il n'a pas augmenté la vitesse de sédimentation ni favorisé l'agglomération ; le PMAA a été également efficace à une 20 concentration élevée (10 000 ppm). Le polymère a été modérément efficace pour la dispersion de l'hématite, réduisant la vitesse de sédimentation de -60 %. Le PMAA a été testé pour des applications de chaudière avec des niveaux modérés d'efficacité. Le PMAA utilisé pendant ce programme d'essai avait une masse moléculaire de -6500 Daltons. Les observations suivantes ont été effectuées. 25 - A 100 ppm : le temps de sédimentation a augmenté de 19 à 50 % avec une augmentation de la taille des particules. Les résultats de cet essai sont représentés sur la figure 13. - A 10 000 ppm : le temps de sédimentation a augmenté de 22 à 56 %. Une faible corrélation a été observée entre l'amélioration de la vitesse de sédimentation et 30 la taille des particules. Les résultats de cet essai sont présentés sur la figure 14. - dispersion de l'hématite : Bien que peu de points de données soient disponibles, le temps de sédimentation a augmenté de û 60 % pour l'ensemble des tailles de particules. Les résultats de cet essai sont présentés sur la figure 15.
D'autres polymères ont également été évalués. Le poly(acide acrylique:acide maléique) (PMA:AA) avait une masse moléculaire de -3000 Daltons et avait les caractéristiques suivantes : - A 100 ppm : la présence du dispersant a augmenté le temps de sédimentation de -30 % pour les tailles de particules modérées à grosses, mais a réduit le temps de sédimentation des particules de -1 m de presque 17 %. Les résultats de cet essai sont présentés sur la figure 16. - A 10 000 ppm : le temps de sédimentation a augmenté de -20 % à l'exception des particules les plus petites (û1 m), qui ont présenté un temps de sédimentation allongé. Les résultats de cet essai sont présentés sur la figure 17. - Dispersion de l'hématite : une augmentation de -70 % du temps de sédimentation a été observée à l'ensemble des points de données. Les résultats de cet essai sont présentés sur la figure 18. Le copolymère de poly(acide acrylique:acrylamide) (PAAM) avait une masse moléculaire moyenne de -200 000 Daltons, de ce fait, beaucoup plus grande que celle de la majeure partie des candidats. Le PAAM était le seul dispersant testé qui n'a pas dispersé de manière efficace l'hématite. - A 100 ppm : le dispersant a augmenté le temps de sédimentation des petites particules (diamètre < 2,5 m) de 25-50 %, mais a réduit sensiblement le temps de sédimentation de particules ayant un diamètre supérieur à 10 m. Les résultats de cet essai sont représentés sur la figure 19. - A 10 000 ppm : de fortes augmentations de la vitesse de sédimentation ont été observées avec des diamètres > 4,5 m. Un plus petit changement de la vitesse de sédimentation a été observé pour les particules plus petites. Les résultats de cet essai sont représentés sur la figure 20. - Dispersion de l'hématite : aucun changement significatif du comportement de sédimentation de l'hématite a été observé en la présence de 10 000 ppm de PAAM. Les résultats de cet essai sont présentés sur la figure 21. Le copolymère de poly(acide sulfonique:acide acrylique) (PAA:SA) avait une masse moléculaire < 15 000 Daltons. Les observations suivantes ont été effectuées. - A 100 ppm : une amélioration de 20-50 % du temps de sédimentation a été observée. L'augmentation de la vitesse de sédimentation était supérieure pour les particules plus grosses (ù12 m) et inférieure pour les particules plus petites (2-3 m). Les résultats de cet essai sont présentés sur la figure 22. - A 10 000 ppm : une petite augmentation du temps de sédimentation (<20 %) a été observée pour la plupart des tailles de particules. Le temps de sédimentation a diminué pour les particules plus grosses (ù12 m). Les résultats de cet essai sont représentés sur la figure 23. - Dispersion de l'hématite : une augmentation de 30-60 % du temps de sédimentation a été observée. Les résultats de cet essai sont représentés sur la figure 24.
Le polymère de poly(acide acrylique:acide sulfonique:styrène sulfoné) (PAA:SS:SA) avait les caractéristiques suivantes. - A 100 ppm : le temps de sédimentation de la magnétite a augmenté de -40 % pour les particules ayant des diamètres > 5 m. Pour les particules plus petites, une augmentation plus faible du temps de sédimentation a été observée. Les résultats de cet essai sont représentés sur la figure 25. - A 10 000 ppm : le temps de sédimentation a augmenté de -40 % pour les particules de 3-5 m de diamètre. A moins de 3 m, le temps de sédimentation a diminué avec une réduction de la taille de particule. Les résultats de cet essai sont représentés sur la figure 26. - Dispersion de l'hématite : une amélioration de 40-80 % du temps de sédimentation a été observée. Les résultats de cet essai sont présentés sur la figure 27. Le copolymère de poly(acide acrylique:acide 2 acrylamide-2 méthyl propane sulfonique) (PAA:AMPS) avait une masse moléculaire moyenne de 5 000 Daltons et a conduit aux observations suivantes. - A 100 ppm : le temps de sédimentation a augmenté de 18-42 %, avec des améliorations plus importantes de la dispersion des particules plus grosses. Les résultats de cet essai sont représentés sur la figure 28. - A 10 000 ppm : le temps de sédimentation a augmenté de -30 %, bien qu'une amélioration moindre ait été observée aux tailles de particules extrêmes examinées. Les résultats de cet essai sont représentés sur la figure 29. - Distribution de l'hématite : le temps de sédimentation a généralement augmenté de -40-60 %. Une amélioration plus importante (80 %) du temps de sédimentation a été observée à de petites tailles de particules (û2 m). Les résultats de cet essai sont représentés sur la figure 30. Le poly(acrylamide-acide 2 méthyl propane sulfonique) (PAMPS) était le polymère testé le plus gros, avec une masse moléculaire moyenne de 800 000 Daltons. - A 100 ppm : peu ou pas d'amélioration a été observée dans la vitesse de sédimentation observée. Les résultats de cet essai sont représentés sur la figure 31. - A 10 000 ppm : la vitesse de sédimentation a augmenté avec l'augmentation de la taille des particules. A des diamètres de particules supérieurs à -3.5 m, la vitesse de sédimentation a été fortement accélérée. Les résultats de cet essai sont représentés sur la figure 32. - Dispersion de l'hématite : à l'exception des anomalies observées à -8 m, le temps de sédimentation a augmenté entre 70 et 90 %. Les résultats de cet essai sont représentés sur la figure 33.
Le copolymère de poly(styrène sulfoné:anhydride maléique) (PMA:SS) avait une masse moléculaire de -20 000 Daltons. - A 100 ppm : le temps de sédimentation des particules > -8 m a augmenté de -40 %. Les particules plus petites ont mis -20 % de temps de plus à se sédimenter. Les résultats de cet essai sont représentés sur la figure 34. - A 10 000 ppm : des améliorations du temps de sédimentation similaires à celles perçues à 100 ppm ont été observées, l'amélioration diminuant avec une réduction de la taille des particules. Les résultats de cet essai sont représentés sur la figure 35. - Dispersion de l'hématite : le temps de sédimentation a augmenté de -30- 68 %. Les résultats de cet essai sont représentés sur la figure 36. Les procédures de recirculation au niveau de trois unités de production d'énergie représentatives ont été examinées pour fournir une directive d'évaluation de l'application de dispersant pendant le nettoyage d'un long trajet de recirculation. Les paramètres suivants étaient des paramètres types de la recirculation sur un long trajet pour les trois unités de production d'énergie. - Les débits du procédé de nettoyage du long trajet de recirculation sont dans la plage de 2000-4000 gpm. Ceci indique que les temps de cycle pour l'application de nettoyage du long trajet de recirculation (à savoir, le temps nécessaire pour que l'ensemble du fluide passe à travers la boucle de long trajet seule) sont de l'ordre de -1û2 heures, en fonction du volume de fluide du système. Par conséquent, la période de temps pendant laquelle les produits de corrosion doivent rester en suspension afin d'être éliminés du système secondaire est limitée à environ 1-2 heures. - La période de nettoyage de la recirculation dure 1 à 2 jours et n'est pas sur le trajet critique. L'ensemble des trois unités restent en recirculation sur long trajet pendant une période suffisante pour atteindre une élimination du fer à l'état stationnaire. - Les procédures de départ sont généralement lancées à partir du processus de nettoyage de recirculation de long trajet, à savoir, il n'existe pas de drains ni rinçages supplémentaires avant la montée de puissance. Des rinçages supplémentaires ne seraient pas pratiques en raison de la programmation d'interruption serrée. La majeure partie du système reste à la température ambiante ou environ pendant la durée de la période de nettoyage.
La durée des essais de candidats dispersants a été établie à l'origine à 10 minutes. Cette période est estimée comme étant représentative du temps de recirculation pendant le nettoyage du long trajet. Pendant la recirculation sur long trajet, le volume du système se renouvelle d'ordinaire toutes les 10 minutes à 1 heure (en fonction du débit et du volume du système). Un mélange supplémentaire peut être effectué lorsque l'écoulement passe à travers des coudes, des tés, des élargisseurs, etc., augmentant la suspension des particules. Dans certaines zones, l'écoulement peut être turbulent, augmentant en outre la suspension des particules. Dans les expériences de sédimentation effectuées, des particules d'oxyde de fer se sont déplacées sur une distance maximale de 2,17 cm pour se sédimenter au fond de la cuvette ; cette distance est très inférieure au rayon moyen des conduits d'eau d'alimentation et de condensat types. Une particule en suspension type aura par conséquent une distance plus importante à sédimenter, réduisant la probabilité d'un dépôt de particules précoce. Etant donné que la durée de l'application de recirculation sur long trajet est bien plus courte (de l'ordre de quelques jours), à une température inférieure (températures de réserve), et à des actifs moins critiques que les générateurs de vapeur, l'utilisation de concentrations de dispersant plus élevées ou de dispersants plus actifs chimiquement est acceptable.
Puisqu'un des objectifs de cette application de dispersant est d'augmenter le temps que les particules d'oxyde de fer passent en suspension, une concentration de dépôt relativement élevée (10 000 ppm) a été utilisée. Les expériences effectuées sont axées sur la suspension de la magnétite (Fe304) ou de l'hématite (Fe203) à une concentration de 10 000 ppm. Dans les résultats, l'étendue de la sédimentation a été mesurée en déterminant la légère absorption de la suspension, à savoir, la vitesse de sédimentation est déterminée par la vitesse à laquelle la clarté de la suspension augmente. La liste des dispersants candidats et de leurs propriétés est reproduite au tableau 2. Les données brutes issues de l'ensemble des essais sont incluses dans les tableaux 3 à 7. Le tableau 3 montre les résultats pour un rapport magnétite :dispersant de 1:1 (10 000 ppm) ; le tableau 4 montre les résultats pour un rapport magnétite:dispersant de 1:100 ; le tableau 5 montre les résultats pour un rapport magnétite:dispersant de 1:1000 ; le tableau 6 montre les résultats pour un rapport hématite:dispersant de 1:1 (10 000 ppm) ; et le tableau 7 montre les résultats pour un rapport magnétite:dispersant de 1:1 (100 ppm).
Tableau 2 # Dispersant Abr. MW Efficacité Compatibilité de Disponibilité prévue pour matières de commerciale dispersion système d'oxyde de fer secondaire 1 Acide polyacrylique PAA 2 000 Modérée Bonne Bonne 5 000 N.P. 2 Acide polyméthacrylique PMAA 6 500 Modérée Bonne Bonne 3 Poly(acide acrylique acide PAA:MA 3 000 Modérée Bonne Modérée maléique) 4 Poly(Acide PAAM 200 000 Modérée Bonne Modérée acrylique:acrylamide) 5 Poly(acide acrylique:acide 2 PAA:AMPS 5 000 Forte Faible (Soufre) Propriété acrylamide-2 méthyl exclusive propane sulfonique) 6 Poly(acide acrylique:acide PAA:SA:SS N.P. Forte Faible (Soufre) Propriété sulfonique:styrène sulfoné) exclusive 7 Acide poly(2-acrylamide-2 PAMPS 800 000 Forte Faible (Soufre) Modérée méthyl propane sulfonique) 8 Poly(acide sulfonique:acide PAA:SA <15 000 Forte Faible (Soufre) Propriété acrylique) exclusive 9 Poly(styrène PMA:SS 20 000 Forte Faible (Soufre) Propriété sulfoné:anhydride maléique) exclusive Tableau 3 Dépôt Dispersant Temps/ % de transmittance (Secondes) N° essai Matière Conc. Polymère Conc. 0,1 % 1 % 2 % 5 % 5 Min. 10 (ppm) (ppm) (valeur Min. initiale) 7 M 10 000 1 10 000 30 110 157 282 5,4 14 12 M 10 000 2 10 000 21 86 132 235 >5.1 15,8 22 M 10 000 4 10,00 114 192 243 354 3,4 16,4 47 M 10 000 9 10 000 65 143 188 266 6,1 18 42 M 10 000 8 10 000 86 151 199 277 5,6 19,5 27 M 10 000 5 10 000 61 118 157 254 6,7 22,1 37 M 10 000 7 10 000 86 99 135 225 8,9 23,2 57 M 10 000 11 10 000 91 151 189 280 6,1 23,5 17 M 10 000 3 10 000 0 0 <10 <20 17,6 24,6 1 M 10 000 - - 55 100 127 212 10,5 26,8 32 M 10 000 6 10 000 0 0 0 0 30,8 35,6 52 M 10 000 10 10 000 0 0 0 0 32,7 40 Tableau 4 N° Dépôt Dispersant Temps/% de transmittance (secondes) essai Matière Conc. Polymère Conc. 0,1 % 1 % 2 % 5 % 5 min. 10 (ppm) (ppm) (valeur min. 33 M 10 000 6 100 25 105 159 282 5,4 14,2 43 M 10 000 8 100 103 181 219 294 5,2 16,3 18 M 10 000 3 100 106 182 216 333 4,4 17 38 M 10 000 7 100 114 183 215 308 4,4 17,6 23 M 10 000 4 100 114 170 216 314 4,9 19,2 48 M 10 000 9 100 104 169 200 313 4,4 20,4 13 M 10 000 2 100 42 101 141 206 8,8 21,1 8 M 10 000 1 100 94 150 190 307 4,6 22 58 M 10000 11 100 92 145 214 271 7,1 22,1 28 M 10 000 5 100 84 136 180 290 5,8 23,5 1 M 1(1 (1(1(1 - - 55 1(1(1 177 717 1(1 5 7(, R 53 M 10 000 10 100 45 101 127 197 11 27,3 Tableau 5 Dépôt Dispersant Temps/% de transmittance (secondes) N° essai Matière Conc. Polymère Conc. 0,1 % 1 % 2 % 5 % 5 min. 10 (ppm) (ppm) (valeur min. initiale) 14 M 10 000 2 10 86 152 194 271 5,2 19,9 29 M 10 000 5 10 95 161 199 262 6,4 19,9 44 M 10 000 8 10 104 162 210 312 4, 8 20 39 M 10 000 7 10 88 156 198 276 6,4 21 49 M 10 000 9 10 86 152 200 291 5,5 21,6 24 M 10 000 4 10 86 140 188 275 6,4 22,6 9 M 10 000 1 10 84 164 182 262 6,7 22,9 19 M 10 000 3 10 74 126 177 261 7,3 23 59 M 10 000 11 10 66 124 163 <30 8,8 23,1 34 M 10 000 6 10 59 109 151 244 7,6 24,3 1 M 10 000 - - 55 100 127 212 10,5 26,8 54 M 10 000 10 10 43 82 112 187 13 29,2 Tableau 6 Dépôt Dispersant Temps/% de transmittance (secondes) N° essai Matière Conc. Polymère Conc. 0,1 % 1% 2% 5% 5 min. 10 (ppm) (ppm) (valeur min. initiale) 4 H 10 000 - - 142 261 326 439 1,5 10,4 11 H 10 000 1 10 000 <474 531 597 734 0 2,0 16 H 10 000 2 10 000 502 660 727 876 0 0,5 21 H 10 000 3 10 000 1653 287 3403 >35 0 0 26 H 10 000 4 10 000 409 521 600 >60 0 5,0 31 H 10 000 5 10 000 526 612 >705 >70 0 0,8 36 H 10 000 6 10 000 0 14 688 487 1,7 1,9 41 H 10 000 7 10 000 352 448 505 637 0 3,9 46 H 10 000 8 10 000 355 440 497 636 0 4,1 51 H 10 000 9 10 000 355 447 504 622 0 4,0 56 H 10 000 10 10 000 22 166 >3090 <37 0,2 0,3 61 H 10 000 11 10 000 424 530 580 686 0 2,65 Tableau 7 Temps Transmittance (@ 458nm, avec une solution sans magnétite) Contrôle écoulé (s) Essai Essai Essai Essai Essai Essai Essai Essai Essai Essai Essai Essai Essai 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 3a 3b 15 87,2 87,2 76,4 56,9 77,8 82,9 79,8 69,5 69,3 95,4 71,2 81,3 78,1 30 89,5 92,3 76,6 57,3 78,4 83,2 80,3 69,7 69,6 95,5 71,5 81,3 78,1 45 89,9 92,8 77,0 57,5 78,4 83,7 80,6 70,0 70,0 95,6 71,7 81,5 78,3 60 90,2 93,0 77,0 57,8 78,6 83,7 80,9 70,3 70,3 96,1 71,9 81,6 78,3 75 90,3 93,0 77,1 58,2 78,7 83,9 81,2 70,7 70,6 96,1 72,2 81,7 78,4 90 90,4 93,1 77,3 58,5 78,8 84,1 81,4 71,0 70,9 96,2 72,4 81,8 78,5 120 90,6 93,5 77,6 59,1 79,1 84,5 82,0 71,5 71,1 96,2 72,8 82,0 78,7 150 90,5 93,5 77,7 59,6 79,4 84,7 82,5 71,8 71,5 96,6 73,1 82,1 79,0 180 90,9 93,6 77,9 60,1 79,6 85,0 82,8 72,2 72,0 96,8 73,2 82,2 79,0 93,6 210 91,1 93,7 78,2 60,5 79,8 85,1 83,0 72,4 72,2 96,9 73,4 82,4 79,2 93,6 240 91,2 93,8 78,5 60,7 79,9 85,2 83,4 72,7 72,5 97,0 73,6 82,5 79,2 93,7 270 91,3 93,8 78,6 61,3 79,9 85,2 83,6 72,9 72,7 97,0 73,8 82,6 79,3 93,8 300 91,6 93,8 78,6 61,6 80,0 85,3 83,8 73,1 73,0 97,0 74,0 82,7 79,3 330 91,8 93,9 78,6 61,9 80,0 85,4 84,1 73,2 73,2 97,2 74,1 82,8 79,5 Une concentration de dispersant initiale de 10 000 ppm a été sélectionnée pour produire un rapport dispersant:oxyde de fer de 1:1. Les résultats de ces essais sont présentés sous forme graphique sur la figure 37. Plusieurs essais se sont poursuivis au-delà de l'intervalle initial de dix minutes. Les résultats de ces essais sont présentés sur la figure 38. Comme concentration de dispersant de 10 000 ppm peut ne pas être pratique (en raison des problèmes de compatibilité des matériaux, du coût, etc.), l'efficacité des dispersants candidats a également été évaluée à des concentrations de dispersant de 100 ppm et 10 ppm (correspondant à des rapports dispersant:oxyde de fer de 1:100 et 1:1000, respectivement). Les résultats des essais de sélection effectués avec 100 ppm de dispersant sont présentés sur la figure 39. Plusieurs essais se sont poursuivis sur une période de temps prolongée ; ces résultats sont présentés sur la figure 40. Dans certaines zones du système secondaire, en particulier, dans les zones du système d'eau d'alimentation qui doivent faire face à des températures relativement basses pendant un fonctionnement normal, les dépôts sont principalement composés d'hématite (Fe2O3). L'efficacité des polymères candidats pour la dispersion de l'hématite a donc été évaluée. Les résultats des essais de sélection de dispersant effectués avec 10 000 ppm d'hématite sont présentés sur la figure 41. Comme précédemment, les derniers essais se sont poursuivis pendant une période de temps prolongée ; les résultats de ces essais sont présentés sur la figure 42. La compatibilité dispersants-matériau a été vérifiée pour évaluer la faisabilité de l'application de dispersant dans un système secondaire. Les dispersants ont été testés avec divers matériaux tels que les alliages à base de nickel, le carbone et les aciers à faible alliage, les aciers inoxydables, les élastomères, les résines échangeuses d'ions, les alliages de cuivre, le titane et les alliages de titane, et les matériaux de graphite.
Par conséquent, il a été déterminé que la directive suivante devait être appliquée à tout essai d'application industrielle initiale. - Une concentration de dispersant de 1 ppm est recommandée comme point de départ d'une application industrielle initiale. La concentration peut être progressivement augmentée dans le créneau d'interruption ou dans des applications consécutives lorsque d'autres données sur la réaction industrielle réelle sont disponibles. - Il est recommandé que le dispersant soit fourni par le biais d'une pompe de dosage pour éviter une suralimentation. L'emplacement d'injection doit être : a) suffisamment en amont du condensateur pour permettre un mélange adéquat, et b ) en aval des polisseurs de condensat pour maximiser le temps de contact du dispersant avec les produits de corrosion et pour empêcher les régions locales à forte concentration en dispersant d'entrer en contact avec les résines. - Pour l'application initiale proposée à 1 ppm (par exemple), l'addition de dispersant peut être lancée -36 heures après établissement de la recirculation sur long trajet. Les données des trois unités étudiées indiquent que la majeure partie des produits de corrosion faciles à éliminer auront été éliminés à ce moment-là. Le temps exact de l'addition de dispersant est quelque peu flexible. Si possible, la solution de nettoyage doit être échantillonnée avant l'injection de dispersant pour s'assurer que la concentration en fer est <100 parties par milliard avant l'injection de dispersant. Ce programme d'injection est basé sur la maximisation de l'efficacité d'une injection limitée de dispersant. Dans les futures applications dans lesquelles la concentration de dispersant est augmentée ou initialement plus élevée, l'injection pourra être effectuée plus tôt. Si l'on prévoit que la période de nettoyage de la recirculation sur long trajet dure moins de 36 heures, l'injection de dispersant peut être commencée plus tôt, et au moins 8 heures avant que de l'eau d'alimentation soit introduite dans les générateurs de vapeur. Ceci permettra au fluide dans les bâches de condensateur de se renouveler au moins 4 fois, donnant au dispersant suffisamment de temps pour agir sur n'importe quel matériau dispersible et pour être éliminé potentiellement par les polisseurs de condensat. - Un examen de comptabilité du système spécifique à l'unité doit être réalisé avant d'effectuer l'application de dispersant pendant le processus de nettoyage de la recirculation sur long trajet pour s'assurer que l'ajout de dispersant n'aura pas de conséquences imprévues ou non planifiées. De manière spécifique, l'effet d'une charge de dépôt fortement accrue sur les polisseurs de condensat et l'effet potentiel sur les dispositifs de mesure d'écoulement doivent être considérés.
Suite aux essais de sédimentation, d'autres expériences ont été opérées pour évaluer la performance du dispersant dans des conditions dynamiques. Il a été déterminé qu'en plus d'améliorer la rétention du fer dans la solution, l'addition de dispersant peut favoriser la remise en suspension des oxydes de fer qui se sont préalablement sédimentés dans le système secondaire pendant les périodes d'arrêt et de fermeture temporaire. Les expériences ont permis d'évaluer l'aptitude des dispersants candidats à remettre en suspension la matière déposée dans des conditions dynamiques. Sur la base des résultats des essais étudiés plus haut, trois dispersants candidats ont été sélectionnés pour faire l'objet d'un essai supplémentaire dans des conditions dynamiques (d'écoulement) : PAA (masse moléculaire élevée), PMAA et PAA (faible masse moléculaire). L'objectif de ces expériences était de déterminer si ces dispersants entraînent une remise en suspension de la matière préalablement déposée et le cas échéant, d'évaluer qualitativement les différences de performance entre les candidats dispersants sélectionnés dans des conditions dynamiques. Un appareil expérimental 20, représenté sur la figure 43, a été conçu pour simuler les contraintes d'écoulement présentes pendant le processus de nettoyage du long trajet de recirculation. Les entrées expérimentales sont indiquées ci-après.
Des coupons en acier inoxydable 23 revêtus d'une couche de 0,254 mm (10 mil) d'épaisseur de matière de dépôt ont été utilisés pour simuler les produits de corrosion déposés sur les surfaces de conduites du système secondaire. Ces coupons 23 ont été immergés dans une solution d'essai (eau désionisée, avec ou sans dispersant) et tournés pour générer une caractéristique de tension de cisaillement de fluide du type de celle présente près de la surface des conduites pendant le processus de nettoyage du long trajet de recirculation. Le reste de cette section décrit les composants majeurs de l'appareil expérimental. Les matières de dépôt industrielles simulées utilisées dans ces essais (magnétite et hématite synthétiques) étaient identiques à celles utilisées dans les essais de sédimentation. Un mélange d'oxyde de fer et d'eau désionisée approprié a été appliqué à une surface de chaque coupon en acier inoxydable 23. L'excédent a été éliminé en utilisant une calandre pour créer un revêtement régulier. Une fois que la matière de dépôt a été appliquée, les coupons 23 sont chauffés selon le programme suivant : 3 heures à 100 °C 3 heures à 150 °C 3 heures à 225 °C 3 heures à 280 °C De l'azote a été passé sur les coupons 23 tout au long du processus de chauffe pour empêcher l'oxydation. A la fin du cycle de chauffe, on laisse refroidir les coupons 23 à température ambiante avant de les charger dans l'appareil expérimental 20.
Les coupons en acier inoxydable 23 utilisés dans cet essai mesuraient 5,3cm (2,07") de diamètre et 0,1cm (0,03") d'épaisseur. Avant chargement du dépôt, un trou a été perforé dans le centre de chaque coupon 23 et un numéro d'identification a été gravé sur chaque côté. Les coupons d'essai 23 ont ensuite été préparés en nettoyant et en adoucissant la surface non gravée avec du papier émeri. La matière de dépôt a été ensuite appliquée sur ce côté comme décrit plus haut. Au début de chaque essai, le coupon pré-enrobé 23 a été fixé à l'extrémité de l'axe d'entraînement 22 et positionné de telle sorte qu'il est mis en suspension dans le fluide contenu dans un récipient 24 (surface revêtue du dépôt orientée vers le bas) dans les 0,6cm (0,25 pouces) du fond du récipient. L'appareil expérimental 20 a été assemblé dans un réservoir en autoclave. Ce réservoir est fixé à un moteur et entraînement magnétique à vitesse variable 21, qui peut être relié à l'axe 22 et tourné à une fréquence spécifiée. Pour chaque essai, un coupon en acier inoxydable 23 pré-chargé avec la matière de dépôt a été fixé à l'extrémité de l'axe 22 s'étendant vers le bas à partir de l'entraînement magnétique 21 via un trou perforé à travers le centre du coupon. Le coupon 23 a été immergé dans une solution d'eau désionisée (avec ou sans dispersant) à température ambiante. Le coupon 23 a été fixé à l'axe 22 de telle sorte que la surface revêtue avec la matière de dépôt soit orientée vers le bas, et a été mis en suspension 0,6 cm (14") au-dessus du fond du récipient 24 contenant la solution. La rotation du coupon 23 a créé une distribution radiale des vitesses de fluide à travers la surface du coupon 23, qui a produit des tensions de cisaillement variables. Afin d'approcher les forces présentes sur la matière déposée précédemment présente dans la boucle du long trajet de recirculation, une vitesse de fluide caractéristique a été calculée sur la base d'une géométrie d'installation représentative. La vitesse moyenne du fluide dans le système, u, a été trouvé en divisant le débit connu par la surface en coupe du trajet d'écoulement en utilisant les informations suivantes : - Le débit type de l'installation représentative pendant le processus de nettoyage du long trajet de recirculation est estimé à 4 000 gpm. - On considère que le débit est également réparti entre les deux trains de réchauffeur, le débit total à travers le réchauffeur de l'eau d'alimentation pendant la recirculation sur long trajet est de 4000 gpm/2 = 2000 gpm (0.126m3) (4 456 ft3/s). - Le tube du réchauffeur doit avoir un diamètre externe de 1,6 cm (0,625 pouce) et une épaisseur de 0,1 cm (0,035 pouce) à partir de quoi on peut déterminer que le diamètre interne est de 1,6 cm(0,625 pouce) û 0,1 cm (0,035 pouce) = 1,5 cm (0.59 pouce). - Chaque réchauffeur contient un total de 1397 tubes. La surface totale du trajet d'écoulement est par conséquent : 1397 tubes x (1,5cm(0,59 in) 2 x Tr = 2468cm2 (382 in 2)=0.2468m2 (2,65 ft2) 2 La vitesse de fluide moyenne à travers le réchauffeur est donc u = 0.126m3 / s(4,456 ft3 /s) = 0.51m/ s( 1,68 ft/s) 0.2468m2 (2,65 ft2 ) Pour s'assurer que la plage des vitesses de fluide auxquelles se confrontent différents points sur le coupon 23 était similaire à la plage des vitesses superficielles auxquelles se confronte la paroi du tube pendant une procédure de nettoyage de long trajet type, la vitesse du moteur 21 a été définie à 230 trs/min. A cette vitesse, environ la moitié de la surface du coupon 23 tourne à une vitesse supérieure à 1,68 ft/s, et la moitié de la surface tourne à une vitesse inférieure. Les essais ont été réalisés sur une période de 24 heures, telle que mesurée à partir du lancement de la rotation du coupon 23. Un échantillon de 5 ml de la solution d'essai a été recueilli au bout de 0,5, 1, 2, 5, 10 et 24 heures pour une analyse élémentaire pour déterminer la teneur en fer de la solution. Une fois sa rotation lancée, le coupon 23 a poursuivi sa rotation à la même vitesse jusqu'à collecte de l'échantillon au bout de 24 heures (les échantillons ont été collectés à partir de la solution en écoulement). Après coupure du moteur 21, le récipient 24 contenant la solution d'essai a été retiré et la solution transférée dans une bouteille à fermeture hermétique pour analyse. Le coupon 23 a ensuite été détaché de l'axe 22 et séché à 30 °C sous un gaz inerte. Une fois sec, le coupon 23 a été pesé pour déterminer le poids de la matière de dépôt perdue. La quantité de matière de dépôt remise en suspension a été déterminée à la fois à partir d'une analyse élémentaire des échantillons de la solution d'essai effectuée tout au long de l'essai (fer en suspension) et des mesures de perte de poids au début et à la fin (grosses particules). L'analyse élémentaire des échantillons a été effectuée avec un spectromètre à plasma couplé inductivement (ICP). Les résultats de l'analyse avec ICP effectuée à chaque intervalle d'échantillonnage (0,5, 1, 2, 5, 10 et 24 heures) pour les essais de remise en suspension effectués sont présentés dans le tableau 8. Les résultats des essais effectués avec de la magnétite (essais 1-7) sont présentés graphiquement sur la figure 44 (1 ppm de dispersant) et la figure 45 (100 ppm de dispersant). La figure 46 et la figure 47 montrent les résultats des essais 8-14, dans lesquels de l'hématite a été utilisée comme matière de dépôt. Des étalons ont été réalisés après chaque essai pour vérifier que toutes les mesures se trouvaient dans une tolérance de 10%. Les étalons mesurés au bout d'une heure et de deux heures sur les échantillons pour l'essai 10 (100 ppm de masse moléculaire élevée PAA avec hématite) se trouvaient en dessous de la plage acceptable - à savoir, qu'ils étaient en deçà de la concentration en fer réelle. Il est par conséquent possible que la teneur en fer réelle de ces solutions soit 20 % plus élevée ; cependant, comme cela n'est pas évident lorsqu'il se produit un décalage des valeurs d'instrument, ceci ne peut pas être affirmé avec certitude. Les valeurs mesurées pour l'ensemble des étalons étaient dans la plage acceptable.
Tableau 8 Essai n° Essai 1 Essai 2 Essai 3 Essai 4 Essai 5 Essai 6 Essai 7 Essai 8 Essai 9 Essai 10 Essai 11 Essai 12 Essai 13 Essai 14 (contr.) Matière magnéti magnéti magnéti magnéti magnéti magnéti magnéti hématite hématite hématite hématite hématite hématite hématite de dépôt te te te te te te te Disper- Aucun PAA PAA PAA PAA PMAA PMAA Aucun PAA PAA PAA PAA PMAA PMAA saut (1-EVIW) (1-EVIW) (LMW) (LMW) (1-EVIW) (I-Il~IW) (LMW) (LMW) Disper- S/O 1 100 1 100 1 100 S/O 1 100 1 100 1 100 sont conc. (ppm) Demi- 0,24 0,62 0,33 0,27 0,53 0,26 0,74 2,00 2,17 3,38 3,14 4,85 2,66 9,68 heure 1 heure 0,11 0,76 0,33 0,18 0,58 0,19 0,47 2,07 1,75 2,69 5,33 4,06 2,76 9,24 2heures 0,08 0,19 0,64 0,14 0,20 0,21 0,22 1,71 1,67 2,33 4,62 3,99 2,58 8,54 5heures 0,02 0,05 1,75 0,12 0,35 0,18 0,07 1,06 1,02 2,54 3,24 2,31 2,38 7,53 10 0,02 0,06 0,71 0,12 0,44 0,05 0,07 0,82 1,64 3,31 2,18 2,36 1,75 5,14 heures 24 0,02 0,05 0,20 0,21 1,01 0,05 0,10 0,51 0,53 1,26 1,14 2,05 1,65 2,17 heures La masse de chaque coupon 23 a été enregistrée avant le chargement du dépôt, après le chargement du dépôt et à la fin de la période d'essai pour déterminer la quantité de matière de dépôt perdue par le coupon 23 tout au long de l'essai. La majeure partie de cette matière a été libérée dans la solution d'essai sous la forme de flocons ou de grosses particules, qui se sont rapidement sédimentés au fond du récipient (0.64cm (0,25") en dessous de la surface du coupon). Lors du retrait du coupon 23, un petit stock de matière de dépôt d'environ 1,27 cm ( pouce) de diamètre a été observé au centre du fond du récipient, où les vitesses d'écoulement étaient les plus faibles. Etant donné que les gros flocons se sont vraisemblablement détachés du coupon 23 en raison de la force de cisaillement du fluide et non en raison de l'action du dispersant, les résultats de l'analyse avec ICP refléteront mieux l'efficacité du dispersant (son aptitude à conserver les petites particules dans la solution). La présence de modèles d'écoulement créés par la rotation du coupon 23 peut être observée dans la matière de dépôt restant sur les coupons. En général, la teneur en fer mesurée était plus élevée dans les solutions contenant 100 ppm de dispersant. Cependant, les améliorations relatives de performance observées à 100 ppm étaient beaucoup moindres que celles escomptées pour une multiplication par 100, étant donné qu'une augmentation de la quantité de dispersant disponible devrait entraîner théoriquement une augmentation proportionnelle de la suspension de fer. Dans les essais d'évaluation de la remise en suspension de la magnétite, la présence de 100 ppm de dispersant a donné des concentrations de fer qui étaient en moyenne de 2 à 3 fois supérieures à celles observées avec 1 ppm du même dispersant. Ceci correspond à une multiplication par 2 à 3 de l'efficacité avec une multiplication par cent de la concentration. Les augmentations relatives de l'efficacité des solutions contenant 100 ppm/celles contenant 1 ppm de dispersant sont présentées dans le tableau 9.
Tableau 9 Période de Suspension de magnétite Suspension d'hématite temps FgA HM ) .P. LMW emAA. ç {F W A L v9L! pmAA. 2pra~i heure -5.2^ =5 ".ï. i6 % 55% 2 9 - 2d hases .?.3ï. 3 `. _ _) ... 2.4% .~; 7C'., _? % ; 6$ c, TOTALITÉ i.â_..v g ".ï. . `:.ti aÇ Les -ealeiu' négatives indiquent que 1 ppm de solution de Clisper,r mt ii été plus efficace que les 100 ppm de sohition de dispersant Etant donné que le temps nécessaire pour que le fluide circule à travers l'ensemble du trajet d'écoulement (et par conséquent, les polisseurs de condensat et/ou les filtres) est de l'ordre de 30 minutes à 2 heures, il n'est pas nécessaire que le dispersant favoriser une suspension de particules à long terme pour être efficace. La majeure partie des résultats d'essai indiquent qu'une concentration de dispersant de 1 ppm suffit pour augmenter de manière significative la dispersion d'oxyde de fer sur une période de 2 heures. Comme cette durée est la durée de cycle estimée pour un passage à travers les polisseurs de condensat pendant le nettoyage de long trajet, l'évaluation de l'action du dispersant peut être limitée à ce cadre de temps.
L'amélioration en pourcentage de la suspension d'oxyde de fer observée dans chaque essai contenant le dispersant est présentée dans le tableau 10 et le tableau 11 (pour les essais effectués avec les matières de dépôt de magnétite et d'hématite, respectivement). Bien que l'ensemble des trois dispersants ait augmenté de manière significative la suspension des oxydes de fer dans des conditions dynamiques, la plus forte augmentation de la concentration de magnétite a été observée dans la solution d'essai contenant 1 ppm du polymère de masse moléculaire élevée PAA sur les périodes de temps d'intérêt (points d'échantillonnage au bout de 1 et 2 heures). Ces données indiquent que la formulation de PAA à masse moléculaire élevée sera la plus efficace pour la dispersion des produits de corrosion constitués de magnétite jusqu'à ce qu'ils puissent être éliminés du système.
Tableau 10 essai Essai ? Essai 3 Essai 4 Essai . Essai 6 Essai Dispersant P r r PAA ~` { ` ) "P r. r ~. Wt PAA `~ MW # M'ai~A PMAA ?tf=t i~5:~f~~~ ~.s~aa J . v~ > ç~ Dispersant 1 1ï? 1 iL 1 IGO . :; Cons. pex demi-heure 1&J% 37% 1 122% e% 211% 1 heure 502% 20 % 76% 33 % hem es 121: 555% 55% 140% 145 1â ° Tableau 11 N° essai Ess i 5l Essai 1û Essai 11 Essai 12 Essai 13 Essai 14 Dispersant P: A(Hi ) P ?MW) P? ; i`v` ') PAA LMW) P M P A Dispersant 100 1 100 1 100 Cons pp4 Demi-hem e 69% 57% 143% 33% 384% 1 heure -15% 30% 157% 9br.,. 33% 345% 2 hein es -2% 36% 17{x% 133% 51% 399% Contrairement aux résultats des essais de sédimentation préliminaires, la formulation PAA à masse moléculaire élevée a été moins efficace par rapport aux deux autres candidats dispersants (et au produit de contrôle) dans les essais de remise en suspension avec de l'hématite. La concentration en oxyde de fer de cette solution d'essai a été légèrement supérieure à celle de la solution de contrôle.
En résumé, les essais de remise en suspension ont donné les résultats suivants. - Une concentration de dispersant de 1 ppm est suffisante pour augmenter de façon significative la dispersion de la magnétite. - Une remise en suspension plus importante du fer a généralement été observée dans les essais avec des concentrations de dispersant élevées (100 ppm) par rapport à celles avec 1 ppm de dispersant. Cependant, l'augmentation de l'efficacité n'est pas proportionnelle, comme on aurait pu le prévoir d'après les considérations théoriques. - La majeure partie des résultats d'essai indiquant qu'une concentration de dispersant de 1 ppm suffit pour augmenter de manière significative la dispersion de l'oxyde de fer pendant une période d'environ 2 heures. Etant donné que le temps nécessaire pour que le fluide circule à travers l'ensemble du trajet d'écoulement (et par conséquent, les polisseurs de condensat et/ou les filtres) est de l'ordre de 30 minutes à 2 heures, cette période de temps suffit pour que le dispersant soit efficace (un temps de suspension supérieur ou égal à la durée du cycle permet de s'assurer que la matière en suspension atteindra les polisseurs de condensat avant dépôt dans le système). - Bien que l'ensemble des trois dispersants aient augmenté de manière significative la suspension des oxydes de fer dans des conditions dynamiques, la plus forte augmentation de la concentration de magnétite a été observée dans la solution d'essai contenant 1 ppm de polymère PAA de masse moléculaire élevée pour les périodes de temps d'intérêt (points d'échantillonnage au bout de 1 et 2 heures). - La formulation PAA de masse moléculaire élevée n'a pas été aussi efficace que les deux autres candidats dispersants dans les essais de remise en suspension avec de l'hématite. Dans ce qui précède, nous avons décrit un procédé de nettoyage des trajets de recirculation pour une installation de production d'énergie. Alors que des modes de réalisation spécifiques de la présente invention ont été décrits, l'homme du métier comprendra aisément que diverses modifications peuvent y être apportées sans s'écarter de l'esprit ni de la portée de l'invention. En conséquence, la description précédente du mode de réalisation préféré de l'invention et du meilleur mode de mise en oeuvre de l'invention est fournie à titre d'illustration uniquement et non à titre de limitation.
Claims (8)
- REVENDICATIONS1. Procédé d'évaluation des caractéristiques de remise en suspension d'un dispersant chimique, comprenant les étapes consistant à : (a) prévoir un appareil d'essai, comprenant : (i) un récipient contenant une solution ; (ii) un système d'entraînement ; et (iii) un axe ; (b) fixer un substrat revêtu de matière de dépôt à l'axe ; (c) immerger le substrat revêtu dans une solution contenue dans le récipient ; (d) utiliser le système d'entraînement pour faire tourner l'axe et le substrat revêtu à une vitesse prédéterminée ; et (e) déterminer une quantité de matière de dépôt éliminée du substrat.
- 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre l'étape consistant à peser le substrat avant qu'il soit revêtu de la matière de dépôt.
- 3. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre l'étape consistant à peser le substrat une fois qu'il est revêtu de la matière de dépôt.
- 4. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre l'étape consistant à peser le substrat une fois que le substrat est retiré de la solution.
- 5. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre les étapes consistant à collecter des échantillons de la solution à des intervalles de temps prédéterminés pendant l'essai pour déterminer un contenu élémentaire de la solution.
- 6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la quantité de matière de dépôt éliminée est déterminée par une quantité de contenu élémentaire contenue dans la solution et un poids de la matière de dépôt éliminée du substrat.
- 7. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre l'étape consistant à revêtir le substrat avec la matière de dépôt.30
- 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel l'étape de revêtement du substrat comprend les étapes consistant à : (a) appliquer une quantité prédéterminée de matière de dépôt sur le substrat ; 5 (b) éliminer la matière de dépôt en excédent du substrat ; (c) chauffer le substrat revêtu ; (d) faire passer de l'azote sur le substrat revêtu pendant l'étape de chauffe pour empêcher l'oxydation ; et (e) refroidir le substrat revêtu à température ambiante. 10
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