Nettoyage chimique de la chaudière : le faire correctement

Comme certains de ces tests que votre médecin vous demande toujours, le nettoyage chimique de la chaudière est quelque chose auquel la plupart d'entre nous préféreraient ne pas penser, mais nous convenons tous qu'il est nécessaire. Ajoutant à notre inconfort général avec le processus, les nouvelles réglementations de l'Agence de protection de l'environnement, qui rendent l'élimination des déchets de nettoyage chimiques plus coûteuses. Voici un aperçu de ce qu'il faut faire, quand et de certaines choses à surveiller.

Tout le monde sait (ou devrait savoir) que les tubes de chaudière contenant des dépôts créent des problèmes de fiabilité à long terme pour la chaudière. Les dépôts isolent l'eau dans les tubes du feu, provoquant une augmentation spectaculaire de la température du métal entre le dépôt et le métal du tube. Une surchauffe à long terme du métal résultera d'un fonctionnement prolongé avec des dépôts lourds sur les tubes. Les tubes vont d'abord gonfler puis tomber en panne. Étant donné que les dépôts ont tendance à être répandus, cela signifie généralement que de grandes sections de tubes de chaudière seront endommagées et devront être remplacées.

Les dépôts concentrent également toute chimie de l'eau de chaudière et toute contamination qui s'y accumule. L'augmentation de la température du métal causée par le dépôt augmente le taux de corrosion causée par tout phosphate, caustique ou chlorure sous le dépôt. À l'exception de la fatigue due à la corrosion, tous les mécanismes de défaillance des tubes de chaudière côté eau se produisent sous des dépôts. Débarrassez-vous des dépôts et vous arrêtez également les défaillances des tubes côté eau.

La méthode standard pour déterminer quand nettoyer chimiquement une chaudière consiste à prélever un échantillon de tube de chaudière et à mesurer la quantité de dépôt - une densité pondérale de dépôt (DWD) - et à analyser la composition du dépôt. Mais il existe d'autres conditions en plus du DWD qui nécessitent que la chaudière soit nettoyée. Ceux-ci inclus:

■ Une ou plusieurs défaillances dues à un mécanisme de corrosion sous-dépôt, notamment des dégâts d'hydrogène. La première priorité doit être d'éviter d'autres dommages en éliminant les dépôts via un nettoyage chimique complet.

■ Évènement de contamination majeur ou plusieurs petits évènements, en particulier les fuites des tubes du condenseur. Les événements de contamination augmentent la quantité de dépôt dans la chaudière et sa corrosivité. Le nettoyage chimique élimine les dépôts et la contamination sous les dépôts avant qu'ils ne se corrodent jusqu'à l'échec.

■ Remplacement de la tuyauterie de la chaudière. La règle d'or consiste à nettoyer chimiquement si vous remplacez plus de 10 % de la surface de la chaudière. Cela aide à créer une couche uniforme d'oxyde sur tous les tubes.

■ Une modification majeure du combustible de la chaudière ou de la conception du brûleur. Le changement de combustible, comme le passage du charbon au gaz, ou la modification des brûleurs peut entraîner des modifications de la zone de flux de chaleur élevé dans la chaudière. Lors de la mise en œuvre d'un tel changement majeur, il est préférable de commencer avec une chaudière propre.

■ Une modification du régime de traitement chimique. De tels changements incluraient le passage d'un traitement chimique à un autre, par exemple du traitement tout volatil au traitement oxygéné (OT).

Le test DWD standard doit non seulement fournir une charge de dépôt mais également une analyse de la composition chimique du dépôt sur le tube. Cette analyse chimique du dépôt peut être effectuée de manière quantitative, à l'aide d'un spectromètre d'émission à plasma à couplage inductif (ICP-ES), mais elle est plus communément déterminée de manière semi-quantitative à l'aide de la spectroscopie à dispersion d'électrons (EDS). Occasionnellement, des données de diffraction des rayons X sont également fournies pour indiquer les composés chimiques qui sont présents.

De manière optimale, l'échantillon de tube pour DWD devrait mesurer environ 18 pouces de long et provenir de la zone de flux de chaleur la plus élevée de la chaudière. C'est généralement au-dessus des brûleurs ou sous l'arche du nez. L'idée est de trouver le tube dans la chaudière avec le plus de dépôt dans une zone à haute température. Vous ne pouvez pas utiliser un tube qui a échoué, car une partie ou la totalité du dépôt aura été éliminée par l'échec.

Le DWD est déterminé en enlevant le dépôt dans une zone soigneusement mesurée du tube. Le tube est fendu et le dépôt du côté face au feu (chaud) est analysé séparément du côté face à l'isolant (froid). En ce qui concerne le nettoyage chimique, le côté qui compte est le côté chaud.

Le changement de poids du tube divisé par la zone touchée par l'eau où le dépôt a été retiré produit le résultat DWD. Cela peut être exprimé en gramme/ft2 ou en gramme/mètre2 (g/m2, SI, Système international d'unités). La conversion est de 1 g/ft2 est égal à 10,76 g/m2.

Actuellement, la méthode la plus courante d'élimination des dépôts pour le test DWD est le grenaillage avec des billes de verre (NACE TM0199-99). L'autre méthode parfois utilisée consiste à dissoudre les dépôts dans un solvant, généralement de l'acide chlorhydrique inhibé, HCl (ASTM D3483-83 [2005] Méthode d'essai B). En général, la méthode au solvant produit des résultats DWD légèrement plus élevés sur le même tube, car une petite quantité de métal est éliminée avec le dépôt.

Lors du grenaillage du tube, une couche de dépôts devient souvent visible, comme une couche de cuivre. Un bon rapport DWD décrira et montrera toutes les anomalies trouvées lors de l'enlèvement du dépôt.

La meilleure pratique consiste à prélever un échantillon de tube de la chaudière lors de chaque panne majeure ou au moins une tous les deux ans. Chaque échantillon doit provenir d'une altitude ou d'une zone similaire dans la chaudière. La comparaison des résultats DWD d'année en année montre que les dépôts s'accumulent dans la chaudière et peuvent être utilisés pour anticiper la nécessité d'un nettoyage chimique, bien que la formation de dépôts soit rarement linéaire. La figure 1 présente un tableau avec les recommandations de nettoyage chimique par pression de fonctionnement de la chaudière.

Il y a trois recommandations générales sur cette figure. Si le résultat DWD se situe dans la zone supérieure, un nettoyage chimique doit être effectué dès qu'il peut être programmé. La zone la plus basse représente un tube relativement propre. La zone médiane entre la ligne verte et la ligne rouge indique que les dépôts commencent à s'accumuler au point où le nettoyage devrait être envisagé et probablement budgétisé pour la prochaine panne majeure ou dans les deux prochaines années. Si tel est le cas, prenez un autre échantillon de tube à proximité de la prochaine panne et voyez si le DWD a augmenté et est proche ou dans la zone "Nettoyage recommandé". Sinon, vous pourrez peut-être vous débrouiller encore un an ou deux.

Bien que le flux de chaleur dans un générateur de vapeur à récupération de chaleur (HRSG) soit beaucoup plus faible, les problèmes de circulation peuvent être beaucoup plus importants en raison des multiples assemblages et de la configuration avec le tambour. Ainsi, l'industrie a appliqué à peu près les mêmes critères DWD pour le nettoyage d'un HRSG que pour une unité conventionnelle à combustible fossile.

En règle générale, le critère DWD des tubes HRSG est supérieur d'environ 20 % à celui d'une chaudière conventionnelle.

Parfois, un service public voudra prélever plusieurs échantillons de tubes et les faire analyser. Dans ces cas, le résultat DWD qui doit être utilisé pour déterminer la nécessité d'un nettoyage chimique est le tube le plus fortement déposé. Rappelez-vous, ce que vous essayez de déterminer, c'est s'il y a suffisamment de dépôt n'importe où dans la chaudière pour provoquer une corrosion sous-dépôt ou une surchauffe. Vous n'essayez pas de déterminer la quantité moyenne de dépôt dans l'ensemble de la chaudière ou même la moyenne dans la zone à haute température. Une zone isolée de dommages causés par l'hydrogène ou de tubes surchauffés suffit à provoquer un certain nombre d'arrêts forcés ou à prolonger un arrêt planifié, et certainement une raison suffisante pour effectuer un nettoyage chimique.

Si les résultats DWD indiquent la nécessité d'un nettoyage chimique, c'est le moment de le faire. La procrastination avec le nettoyage est préjudiciable à plusieurs niveaux.

D'abord et avant tout, les dommages causés aux tubes. Les taux de corrosion sous les dépôts et les dommages causés par la surchauffe à long terme sont exponentiels et non linéaires. Un retard d'un ou deux ans sur une chaudière sale peut entraîner des dommages importants aux tubes.

Deuxièmement, vous n'économisez pas autant que vous le pensez. Le nettoyage d'une chaudière très sale coûte nettement plus cher que le nettoyage d'une chaudière qui vient de passer dans cette zone "Nettoyage recommandé". Les coûts supplémentaires en solvant (voir encadré), le temps nécessaire pour nettoyer les tubes, les multiples étapes de nettoyage, les retards de démarrage et le traitement de quantités excessives de déchets de nettoyage sont autant de conséquences du report d'un nettoyage nécessaire.

En fonction du solvant et de la taille de la fuite, un nettoyage peut quand même avoir lieu. Des efforts devront être faits pour contenir et récupérer le solvant qui fuit.

Dans d'autres cas, la fuite est si grave qu'il faut arrêter le nettoyage et vidanger le solvant pour effectuer une réparation du tube.

Traiter les fuites lors d'un nettoyage peut être difficile, mais l'alternative - laisser le dépôt sur les tubes de la chaudière pendant encore un an ou deux - garantit que la corrosion sous-dépôt se poursuivra. Ainsi, non seulement ce tube, mais aussi bon nombre de ses voisins, finiront par fuir pendant le fonctionnement, entraînant des pannes forcées répétées.

Vous devez donc nettoyer; Maintenant quoi?

La première décision est avec quel solvant nettoyer. Il existe cinq solvants de nettoyage couramment utilisés. Chacun a ses avantages et ses inconvénients. Si vous exploitez une usine depuis un certain temps, vous pouvez simplement utiliser le solvant et la procédure que vous avez utilisés la dernière fois. Mais cela vaut la peine d'examiner si cette fois, en raison de la composition chimique du gisement ou pour diverses raisons, y compris les coûts de traitement des déchets, un autre solvant pourrait être mieux adapté.

Le nettoyage des chaudières qui ont utilisé un traitement oxygéné peut être un défi particulier, car l'oxyde est très tenace et lent à se dissoudre. Si vous avez utilisé OT et que c'est la première fois que vous nettoyez la chaudière après avoir démarré OT, vous voudrez discuter du processus avec d'autres unités qui ont déjà nettoyé leurs unités OT pour bénéficier de leur expérience.

Les solvants discutés ci-dessous sont principalement destinés à l'étape d'élimination du fer. Un autre ensemble de produits chimiques est utilisé spécifiquement pour éliminer le cuivre dans des étapes de cuivre séparées.

Acide chlorhydrique inhibé. L'HCl inhibé est encore utilisé, notamment dans les chaudières où il est difficile d'assurer une circulation complète du solvant. Il est très efficace pour éliminer les dépôts de silice des tubes si du bifluorure d'ammonium est ajouté.

Il n'est certainement pas recommandé sur les chaudières ayant des antécédents de défaillances par fatigue due à la corrosion, car il a été démontré qu'il augmente le taux de défaillance après un nettoyage.

S'il y a du cuivre dans le dépôt de la chaudière, des dispositions doivent être prises pour enlever le cuivre, qui sinon se plaquera sur le tube d'acier nu.

Dans le passé, la thiourée était couramment ajoutée pour complexer le cuivre, et elle est encore utilisée occasionnellement. Il y a eu des moments sur certaines chaudières où la thiourée a été inadéquate pour éliminer le cuivre dans des zones très localisées de la chaudière, et cela pose des problèmes. Il peut également y avoir des ramifications environnementales pour l'utilisation de ce produit chimique lors de la tentative d'élimination des déchets de nettoyage. Pour ces raisons, une étape séparée d'élimination du cuivre est souvent recommandée avant ou après (ou les deux) l'étape acide, en utilisant une variété de solvants d'élimination du cuivre.

L'utilisation de HCl peut créer des problèmes sur les chaudières fortement déposées, car l'acide sape souvent les dépôts et provoque la desquamation de gros morceaux de matériau qui peuvent boucher les drains. Éliminer l'acide lorsque le temps est écoulé est essentiel.

Acide hydroxyacétique. L'acide hydroxyacétique est utilisé dans les chaudières avec des composants en acier inoxydable qui se trouveront dans le chemin de nettoyage où tout chlorure dans le solvant pourrait créer un problème. Ce solvant est souvent utilisé dans les chaudières supercritiques et à passage unique. Il n'enlève pas le cuivre, mais ce n'est généralement pas un problème dans ces chaudières.

EDTA. L'acide éthylènediaminetétraacétique (EDTA) est probablement le produit chimique de nettoyage opérationnel le plus couramment utilisé. Pour les chaudières à circulation forcée, l'utilisation de diammonium EDTA est pratiquement une pratique courante. L'exigence de basse température (180F) de l'EDTA diammonium ainsi que la sécurité générale et la facilité de manipulation du solvant pendant le processus de nettoyage sont tous des avantages substantiels. Les inconvénients peuvent survenir lorsque vous essayez d'éliminer les déchets de nettoyage.

Pour les chaudières à circulation naturelle, l'EDTA tétraammonique (pH 9) est toujours utilisé. La chaudière doit être chauffée à 275F à 300F et chauffée et refroidie à plusieurs reprises pendant le processus de nettoyage.

L'EDTA a une certaine capacité à dissoudre et à retenir le cuivre en solution lorsque la chimie de l'EDTA est modifiée et que le fer en solution est oxydé. Cela se fait généralement à la fin de l'étape de fer du processus de nettoyage EDTA par l'ajout d'oxygène gazeux. S'il y a trop de cuivre dans les dépôts, une étape distincte d'élimination du cuivre peut être nécessaire.

L'EDTA est le solvant le plus tolérant et particulièrement adapté aux tubes fortement déposés en oxydes de fer, ou dont les dépôts de fer sont particulièrement tenaces, car le nettoyage peut se prolonger longtemps sans risquer d'abîmer les tubes (contrairement à l'HCl).

Acide citrique ammoniaqué. L'acide citrique ammoniaqué est un excellent solvant et est souvent le solvant de choix pour les nettoyages avant la mise en service, où les dépôts sont censés être légers et composés exclusivement de fer. Il peut également être utilisé dans un scénario à haute température (pH plus élevé) et à basse température (pH plus bas), comme l'EDTA. Les déchets de nettoyage chimique contenant de l'acide citrique sont souvent plus faciles à éliminer que les déchets contenant de l'EDTA.

Acide fluorhydrique inhibé. L'acide fluorhydrique inhibé (HF) est couramment utilisé en Europe et ailleurs dans le monde, mais rarement en Amérique du Nord. La stigmatisation de son utilisation aux États-Unis réside dans les risques très graves pour le personnel associés au HF concentré. Cependant, lorsqu'il est dilué à des concentrations généralement utilisées dans le processus de nettoyage, le HF n'est pas considéré comme plus dangereux qu'un solvant HCl.

Le HF est rapide - probablement le solvant de nettoyage le plus rapide - et très efficace pour éliminer le fer et toute silice dans les dépôts. Le potentiel d'exposition à l'acide concentré est limité au moment où le HF est dilué en vue de son ajout dans la chaudière. Ceci est pris en charge par le vendeur de nettoyage chimique, qui est conscient des risques et dont le personnel est correctement protégé par des équipements de protection individuelle lors du transfert de l'acide concentré.

La neutralisation des déchets se fait généralement avec du lait de chaux, qui neutralise l'acide et précipite le fluorure de calcium et l'hydroxyde de fer.

Il existe un certain nombre d'excellentes entreprises de nettoyage chimique dotées d'un personnel diligent et expérimenté. Assurez-vous que le fournisseur que vous sélectionnez a de l'expérience avec les chaudières de votre taille et de votre configuration. Confirmez également que l'entreprise a de l'expérience dans l'utilisation du solvant que vous avez sélectionné. Demandez et vérifiez les références.

Parfois, les entreprises de services qui nettoient les petites chaudières font une offre pour une plus grande chaudière utilitaire. Il y a autant de différence entre le nettoyage d'une chaudière industrielle à tubes de fumée et une grande chaudière utilitaire qu'il y a la construction d'une maison et d'un gratte-ciel. Ce n'est pas parce que vous êtes un bon constructeur de maisons que vous êtes qualifié pour construire une tour de bureaux à plusieurs étages.

Les vendeurs de nettoyage ont également une expertise pour vous aider à sélectionner le ou les solvants (avec des dépôts de cuivre) qui nettoieront la chaudière. Ils devraient demander un échantillon de tube à tester dans leur petite plate-forme de nettoyage (dans leur laboratoire) et prouver que le programme de nettoyage sur lequel vous vous êtes mis d'accord fait vraiment le travail.

Les coûts des solvants représentent une part importante du coût du travail de nettoyage. Il n'existe aucun moyen de prédire avec précision la quantité de solvant qui sera nécessaire pour nettoyer une chaudière. Il existe quelques règles empiriques générales, mais rappelez-vous que ces estimations sont souvent basées sur un seul échantillon de tube. Le dépôt dans n'importe quelle chaudière n'est pas uniforme de haut en bas ou même d'un tube à l'autre, de sorte que l'estimation de la quantité de dépôt (et de la quantité de solvant requise) est vraiment plus une supposition. Les antécédents de nettoyage et les années depuis le dernier nettoyage fournissent souvent un meilleur guide que l'échantillon de tube actuel (ou du moins devraient être un facteur dans la décision de la quantité de solvant à apporter).

Lorsque vous comparez les prix de plusieurs fournisseurs, sélectionnez une quantité et basez toutes les offres sur la même quantité de solvant. C'est notamment le cas de l'EDTA. Après l'adjudication de l'offre, assurez-vous que le fournisseur dispose de solvant supplémentaire (50 % de plus est courant) soit sur place, soit très près de l'usine, afin qu'il puisse être utilisé si nécessaire. De nombreux nettoyages ont été retardés des heures, voire des jours, en attendant que d'autres produits chimiques arrivent du fournisseur.

D'autant plus que le temps entre les nettoyages chimiques augmente (parce que vous prenez mieux soin de la chimie de la chaudière, n'est-ce pas ?), et avec un roulement normal, le personnel de votre usine peut avoir peu ou pas d'expérience avec un nettoyage chimique. Il existe un certain nombre d'ingénieurs-conseils qui se spécialisent ou offrent comme l'un de leurs services le soutien du processus de nettoyage chimique, agissant en tant qu'ingénieur du propriétaire et chef de projet. Leur aide peut être inestimable pour maintenir le canal de communication ouvert entre le fournisseur de nettoyage et votre personnel d'exploitation, de maintenance et de gestion et pour aider aux points de décision critiques du processus.

Il y a peu de choses plus importantes pour un nettoyage chimique en douceur qu'une procédure de nettoyage bien pensée et bien documentée. Cela nécessitera du temps et des efforts de la part du personnel d'exploitation et d'ingénierie de l'usine pour personnaliser et préparer une procédure de nettoyage pour chaque unité.

Les fournisseurs de nettoyage peuvent fournir un aperçu général du processus de nettoyage, et un ingénieur-conseil peut également vous aider, mais vos opérateurs savent où se trouvent les vannes et lesquelles fuient et lesquelles ne fuient pas. Il y aura trois classes de vannes : celles qui restent fermées pendant tout le processus de nettoyage, celles qui doivent rester ouvertes pendant tout le processus et celles qui doivent être ouvertes et fermées, selon l'endroit où vous vous trouvez dans le processus de nettoyage.

Il y a aussi des vannes que le fournisseur de nettoyage sera responsable de l'ouverture et de la fermeture, comme celles qui vont aux réservoirs d'élimination des déchets (frac) et aux points d'injection de produits chimiques. Chaque vanne qui entre en contact avec le solvant (ou qui pourrait potentiellement entrer en contact avec le solvant) doit appartenir à l'un de ces groupes et être étiquetée en conséquence. Faites particulièrement attention aux voies de contamination possibles où le solvant peut atteindre un endroit où il n'a pas été conçu pour aller. Si une voie de contamination est très grave, peut-on installer une bride pleine ? Sinon, un témoin peut-il être mis en place pour permettre une détection précoce de la contamination ?

Un autre aspect du choix du moment du nettoyage est le calendrier réel, qui détermine si une usine doit nettoyer au début, pendant ou à la fin d'une panne. Le nettoyage chimique à tout moment, sauf à la toute fin d'une panne, laisse les tubes vulnérables à une certaine corrosion générale. L'étape de passivation à la fin du nettoyage chimique n'est généralement ni assez longue ni à une température assez élevée pour créer une couche protectrice robuste. Il est souvent difficile de s'assurer que la chaudière devient vraiment sèche après le nettoyage ou qu'elle peut être mise en place correctement dans un état humide. Le surchauffeur est toujours remblayé pendant le nettoyage pour minimiser le risque de contamination. Ainsi, à moins qu'elle ne puisse être vidangée et séchée, cette zone restera humide jusqu'à ce que l'unité soit suffisamment allumée pour la sécher. Par conséquent, la recommandation typique est d'effectuer le nettoyage chimique à la toute fin d'une panne.

Le chauffage de la chaudière pour le nettoyage chimique à l'aide d'une chaudière auxiliaire ou de la vapeur d'une autre unité ajoute de la complexité et du coût au nettoyage. Ainsi, en règle générale, il est préférable d'attendre que l'unité puisse être réchauffée à l'aide de ses propres brûleurs ou allumeurs et que les ventilateurs et les instruments associés au système de carburant (tels que les détecteurs de flamme) fonctionnent correctement et aient été entièrement testés. De nombreux services publics ont attendu pendant des jours avec le fournisseur de nettoyage chimique sur place et prêt à partir pendant que son personnel tentait d'allumer un feu dans la chaudière. Pour cette raison, certains services publics ont décidé de ne pas du tout programmer de nettoyage chimique pendant une panne ; au lieu de cela, ils prennent une panne de week-end distincte de la révision à cette fin.

De même, les nettoyages avant la mise en service sont effectués de manière optimale aussi près que possible du soufflage de vapeur, afin de minimiser les risques que la corrosion annule ce qui vient d'être fait avec le nettoyage.

Une fois que la chaudière est à la bonne température, le processus de nettoyage proprement dit peut prendre entre 16 et 72 heures pour éliminer complètement tout le fer. Les temps les plus courts sont pour les acides minéraux (HF et HCl) ; les solvants formant des complexes tels que l'EDTA nécessitent des temps plus longs.

L'important est de s'assurer que tous les dépôts ont été éliminés pendant le nettoyage et que la chimie s'est stabilisée. Avec HCl, l'inhibiteur qui empêche l'acide d'attaquer agressivement la surface métallique a un temps fini pour protéger le métal une fois qu'il est dans la chaudière. Par conséquent, avec ce solvant, la solution de nettoyage doit être vidangée avant que l'inhibiteur ne se décompose, que tout le dépôt soit éliminé ou non. Cela a été un problème dans certaines chaudières fortement déposées, où les drains se sont bouchés, ne permettant pas à la chaudière de se vider et entraînant une attaque acide générale des tubes.

Dans les chaudières à circulation forcée, un élément critique est le débit d'eau de purge à travers les moteurs de la pompe de circulation de la chaudière. Cette eau de purge protège les composants du moteur contre les solvants, en fournissant un flux sortant constant au-delà de la cavité du moteur et dans la chaudière. L'eau de purge doit être sur toutes les pompes de circulation de la chaudière (en service ou non) tant qu'il y a du produit chimique dans la chaudière. Étant donné que l'eau de purge est conçue pour fournir de l'eau à la pompe pendant le fonctionnement normal, le système est configuré pour surmonter la pression normale de la chaudière. Ces pompes à haute pression peuvent produire des débits d'eau de purge élevés pendant le nettoyage et peuvent être difficiles à contrôler. Si le débit d'eau de purge est excessif, le niveau dans la chaudière monte constamment au point où le solvant doit être vidangé avant qu'il ne disparaisse dans le voyant temporaire. Chaque gallon d'eau de purge dilue le solvant et génère plus de déchets qui devront être éliminés à la fin du nettoyage.

Certains services publics mettent en place un système d'eau de purge séparé avec des contrôleurs de pression et des débitmètres uniquement pour le nettoyage qui peut constamment fournir un léger débit d'eau de purge positif pendant le processus de nettoyage. Ce système peut être rentabilisé plusieurs fois en un seul nettoyage.

Une fois que la chimie dans la chaudière indique que la chaudière est propre, vient ensuite une étape de passivation. Dans le cas de l'HCl, la passivation est précédée de rinçages et de la neutralisation de l'acide restant éventuellement dans la chaudière. Dans le cas de l'EDTA, la passivation se produit après refroidissement de la chaudière à 160 F et après que le pH du solvant a été augmenté avec de l'ammoniac (pour l'EDTA diammonium) lorsque de l'oxygène est ajouté. Cela complexe également tout cuivre restant sur les tubes de la chaudière.

Le degré auquel les surfaces des tubes de la chaudière sont réellement passivées est fonction du solvant, de la procédure et du temps et de la température auxquels la passivation est effectuée.

Lorsque le nettoyage est terminé, le solvant de nettoyage chimique est rapidement et complètement évacué de l'unité. Habituellement, deux rinçages complets du volume de la chaudière suivent, avec des rinçages partiels en plus de ceux-ci dans certains cas. La conductivité est utilisée comme indicateur pour voir dans quelle mesure le solvant a été éliminé de la chaudière. Dans certains cas, le dernier rinçage est traité avec un produit chimique pour élever le pH à une plage de pH normale de la chaudière, et la chaudière est chauffée à 180F à 200F afin qu'elle puisse être vidangée à chaud et séchée.

Comme indiqué ci-dessus, de manière optimale, la chaudière sera démarrée dès que les rinçages seront terminés et la tuyauterie normale de la chaudière pourra être rétablie. Selon la conception de la chaudière, il peut être difficile d'éliminer tous les oxydes de fer qui ont été libérés par le nettoyage mais qui n'ont pas été complètement dissous. Cela peut contribuer à des échantillons "d'eau noire" et à des niveaux élevés de fer dans la chaudière après le nettoyage. Certains services publics ont utilisé des dispersants de chaudière pendant un certain temps pour favoriser la suspension et l'élimination de tout dépôt restant dans la chaudière lors de la purge normale du tambour.

Il y aura généralement entre trois et quatre volumes de chaudière de déchets de nettoyage chimique (BCCW), ce qui comprend le solvant et tous les rinçages après un nettoyage chimique. Les déchets et les rinçages sont temporairement stockés dans des réservoirs de fracturation situés sur le site avant le début du nettoyage (Figure 2). Avant que ces déchets puissent être traités, ils doivent être caractérisés pour déterminer s'ils sont considérés comme dangereux ou non dangereux en vertu de la Loi sur la conservation et la récupération des ressources (RCRA).

Les déchets de nettoyage fortement acides sont généralement neutralisés lorsqu'ils quittent la chaudière, puis ces déchets sont combinés avec des étapes de neutralisation et de passivation et des rinçages pour produire un déchet combiné qui n'est pas typiquement dangereux pour le pH. Les autres solvants de nettoyage chimiques ne sont pas typiquement dangereux par le pH pour commencer.

L'autre façon dont un BCCW peut être classé comme déchet dangereux est s'il contient une concentration de l'un des métaux toxiques RCRA 8. Le principal métal préoccupant est le chrome. Le chrome provient du réchauffeur d'eau d'alimentation en acier inoxydable et des tubes du condenseur. Cela s'accumule dans les dépôts dans la chaudière. Le règlement vise spécifiquement le chrome hexavalent. Normalement, les services publics mesurent d'abord le chrome total et ne traitent le problème du chrome hexavalent que si le chrome total est supérieur à la limite RCRA de 5 ppm.

L'EDTA solubilise le chrome à l'état de chrome trivalent réduit (Cr III) et il n'est pas suffisamment oxydé par l'oxygène lors de l'étape de passivation du nettoyage pour créer une quantité significative de chrome hexavalent. Certains services publics se sont adressés à leurs agences environnementales d'État avec des données analytiques montrant qu'il y a très peu de chrome hexavalent dans leur BCCW, même si le chrome total est supérieur à 5 ppm, et ont demandé et obtenu une exemption pour ce déchet afin qu'il puisse être classé comme non dangereux.

Pendant de nombreuses années, les services publics ont utilisé une exemption prévue par l'amendement Bevill et une lettre ultérieure de l'Agence de protection de l'environnement (EPA) pour regrouper BCCW avec d'autres déchets qui étaient uniquement associés aux services publics alimentés au charbon (tels que les cendres volantes et les cendres résiduelles) et les traiter comme exemptés de la réglementation sur les déchets dangereux. Cela a permis le mélange de BCCW avec des cendres volantes ou des cendres résiduelles et leur élimination dans le tas de cendres sans avoir à déterminer au préalable s'ils étaient typiquement dangereux.

En mai 2000, l'EPA a pris une décision réglementaire qui a déplacé BCCW de la liste "uniquement associée" à une liste "non uniquement associée", ce qui signifie qu'elle perdrait son exemption Bevill. Cette détermination a été contestée par des groupes d'utilisateurs tels que le Utility Solid Waste Activities Group et l'Edison Electric Institute, et des commentaires ont été envoyés à l'EPA. L'EPA n'a pas répondu à ces commentaires de manière formelle. Cependant, l'avocat général de l'agence a produit des documents qui supposent clairement que ce changement dans la décision BCCW a été mis en œuvre. Il s'agit toujours d'un problème ouvert, et les services publics doivent être conscients de ces réglementations lors du mélange de BCCW avec un déchet exempté de Bevill.

De nouvelles réglementations sur les résidus de combustion du charbon sont en préparation et pourraient affecter la manière dont les services publics gèrent les cendres volantes et résiduelles et la gestion des décharges de cendres, ce qui pourrait modifier à nouveau la discussion sur le mélange du BCCW avec les cendres. Il est important de noter qu'un BCCW non dangereux pourrait toujours être mélangé avec de la cendre, du moins en vertu de la réglementation en vigueur.

Pendant de nombreuses années, les services publics alimentés au charbon ont évaporé le BCCW (<5 ppm Cr) typiquement non dangereux en le pulvérisant directement dans la boule de feu d'une chaudière au charbon en fonctionnement, généralement à un débit de 30 à 50 gpm, selon la quantité de charbon allant à la chaudière. C'était la pratique avec les déchets EDTA en particulier. L'eau est évaporée, l'EDTA organique est consommé dans la boule de feu et les métaux sont combinés avec les cendres volantes et les cendres résiduelles sortant de la chaudière. Le faible taux auquel le BCCW était ajouté par rapport à l'alimentation en charbon n'a fait aucune différence mesurable sur les caractéristiques des cendres volantes ou des cendres résiduelles ou des gaz de cheminée. Certains ont même trouvé un léger avantage aux émissions de NOx pendant la période d'évaporation du BCCW. Cette pratique était utilisée avec succès depuis de nombreuses années par les centrales électriques au charbon.

Cependant, les modifications apportées à la définition d'une matière secondaire non dangereuse par l'EPA, ainsi que les modifications apportées aux définitions de ce qui constitue un incinérateur commercial de déchets solides industriels, interdiront essentiellement à une chaudière utilitaire conventionnelle d'évaporer le BCCW à l'avenir. Ces changements entrent en vigueur au plus tard en 2015, mais ils peuvent déjà être en place dans certains États.

Si l'évaporation et le mélange avec les cendres volantes disparaissent, d'autres options pour éliminer correctement les BCCW devront être envisagées. La quantité de BCCW générée avec les vidanges et les rinçages de solvant combinés peut être très importante, et les coûts de traitement ou d'élimination hors site pourraient doubler le coût du nettoyage. Le traitement sur site, en particulier des déchets d'EDTA, peut être long et coûteux. D'autres méthodes innovantes de récupération et de réutilisation bénéfique de ces déchets ont été envisagées dans le passé mais n'ont jamais été commercialisées. Cependant, dans l'environnement réglementaire actuel, ces options peuvent être plus demandées car les services publics s'efforcent de nettoyer leurs chaudières tout en contrôlant les coûts et la responsabilité. ■

— David Daniels, est rédacteur en chef de POWER et scientifique principal principal chez M&M Engineering Associates Inc.

Partagez cet article

Plus d'actualités O&M