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Prévention et détection de la corrosion au moyen de capteurs d’oxygène adéquats

Blog article Elscolab - Prévention et détection de la corrosion au moyen de capteurs d’oxygène adéquats

Temps de réponse plus courts, dérive moindre, influences extérieures restreintes et maintenance limitée. Les capteurs optiques d’oxygène conçus pour la plage des parties par milliard (ppb range) remplissent parfaitement leur contrat.

Oxygène : première source de corrosion

Nul n’ignore la corrosion du fer par la rouille. Forme de corrosion la plus connue, la rouille provient de l’oxydation du fer au contact d’une eau relativement riche en oxygène dissous. Dans les centrales de production d’énergie, on observe également la manifestation d’autres formes de corrosion. Même à des concentrations très faibles, la présence d’oxygène dans l’eau suffit à influer sur diverses formes de corrosion. Le cuivre se corrode aussi bien à des concentrations élevées qu’à des concentrations faibles en oxygène.

C’est pourquoi il est capital de détecter l’oxygène dissous (DO, Dissolved Oxygen) et d’en suivre l’évolution en divers points du processus. Points de mesure classiques : le condenseur, l’eau d’alimentation, l’eau de chaudière et le traitement de l’eau (MakeUp). La concentration en oxygène se mesure le plus souvent en ces points aménagés sur un circuit en dérivation du processus vers lequel l’eau est détournée (bleeding line [circuit de purge]).

De même, l’exécution permanente de mesures de la teneur en oxygène du circuit de refroidissement du stator revêt une importance particulière. Pour prévenir la corrosion du cuivre, il faut maintenir les concentrations en oxygène à un niveau très faible (<15ppb) ou très élevé (>2ppm). Les concentrations comprises entre ces deux valeurs sont susceptibles de provoquer des dégâts considérables. Par opposition aux mesures de la teneur en oxygène effectuées à d’autres endroits, il faut que les mesures exécutées en ce point s’effectuent en ligne, sans aucun contact avec l’environnement.

Capteurs ampérométriques et polarographiques

Les capteurs d’oxygène électrochimiques s’utilisent depuis des décennies pour mesurer la concentration de l’eau en oxygène dissous. Dans la plupart des cas, il s’agit d’un système de mesure composé d’une anode et d’une cathode plongées dans une solution électrolytique ; il s’ensuit une réaction d’oxydoréduction. Les électrodes sont séparées de l’écoulement d’eau par une membrane. Par conséquent, l’exécution de ces mesures dépend entre autres de la diffusion de l’oxygène à travers cette membrane.

Si vous avez acquis une certaine expérience avec ce type de capteurs d’oxygène, il ne vous aura pas échappé que ces capteurs sont sensibles au débit et qu’ils nécessitent une maintenance régulière. Le remplacement périodique de la membrane et de l’électrolyte est impératif. La réaction qui s’opère au sein de la cellule électrochimique s’accompagne d’une certaine consommation de chlorure. De ce fait, le nettoyage ou le remplacement de l’ensemble anode/cathode s’impose de temps à autre. L’inconvénient majeur réside vraisemblablement dans le temps de polarisation de plusieurs heures à respecter avant que le capteur soit opérationnel. Surtout en présence de teneurs faibles en oxygène dissous.

L’installation d’un capteur d’oxygène est souvent un sujet d’irritation

Le système de prélèvement d’échantillons ainsi que ses canalisations et raccords sont souvent à l’origine d’alarmes émises en raison d’une concentration élevée en oxygène. Les raccords dont le serrage laisse à désirer ou les canalisations (flexibles) en matière synthétique autorisant la diffusion de l’oxygène de l’air à travers leurs parois minces sont susceptibles d’entraîner l’obtention de valeurs plus élevées de la teneur en oxygène. C’est la raison pour laquelle il faut veiller à réduire au maximum la longueur des canalisations et le nombre des raccords utilisés. Il est préférable d’utiliser des tubes et accessoires en acier inoxydable. Les canalisations en matière synthétique sont plus ou moins perméables à l’air ou à l’oxygène. Si le montage de canalisations en matière synthétique s’impose, il est recommandé d’opter pour des canalisations à paroi épaisse en nylon, en polypropylène (PP) ou en fluorure de polyvinylidène (PVDF).

Mesurer une teneur en oxygène à la vitesse de la lumière

Depuis quelque temps, les capteurs optiques conçus pour la mesure de l’oxygène dissous connaissent un essor appréciable. Leur technique de mesure ne repose pas sur une réaction chimique mais sur un principe physique. Un faisceau lumineux dont la longueur d’onde est déterminée frappe le « chromophore » que présente le capteur et porte ce dernier à un état d’excitation énergétique plus élevé. L’émission d’un faisceau lumineux d’une longueur d’onde supérieure et dont l’intensité ainsi que le déphasage sont connus entraîne un retour à l’état fondamental. En présence d’oxygène, même en très petite quantité, on observe entre autres une évolution du déphasage du faisceau. On parle alors d’une différence de phase ou déphasage. L’exécution de mesures très précises de ce déphasage permet de calculer la concentration en oxygène.

Les avantages que présentent les capteurs optiques sont évidents. Leur temps de réponse est beaucoup plus court que celui des capteurs électrochimiques classiques, leur emploi ne requiert le remplacement d’aucune membrane ni d’aucun électrolyte. De plus, ces capteurs sont insensibles aux fluctuations qui affectent l’écoulement (débit) du liquide concerné. L’avantage le plus saillant réside dans le fait que ces capteurs ne nécessitent aucun temps de polarisation. En d’autres termes, ces capteurs sont immédiatement prêts à l’emploi.

En résumé, un capteur optique se distingue par une stabilité accrue et ne réclame qu’une maintenance sensiblement réduite. En conséquence, ces capteurs se caractérisent par une fiabilité remarquablement accrue et par des intervalles d’étalonnage dont la durée est considérablement allongée.

Tirez parti de la numérisation

Par définition, les capteurs optiques d’oxygène sont numériques. Le signal de mesure brut est numérisé et traité au niveau de la tête du capteur. Une série d’algorithmes sophistiqués permet de déterminer la date à partir de laquelle leur maintenance et leur réétalonnage s’imposent. En l’occurrence, ces algorithmes tiennent compte de la température, des valeurs mesurées et de la durée effective de fonctionnement. Les responsables de services de maintenance s’en réjouiront parce que ces données les aideront à donner corps à leur stratégie de « maintenance prédictive ». Outre la communication de ces informations, les capteurs numériques sont dotés de fonctions de diagnostic étendues.

L’évolution des capteurs d’oxygène permet aux responsables d’avancer à grands pas dans la mesure où leur emploi permet de réduire l’importance et la fréquence des opérations de maintenance. Dans le même temps, ces capteurs augmentent sensiblement la disponibilité et la fiabilité des mesures de la concentration en oxygène. Les opérateurs sont à même de se concentrer davantage sur le processus eau/vapeur en tant que tel et de réagir au mieux en cas de problème réel de corrosion. En conséquence, les coûts d’exploitation globaux de toute centrale de production d’énergie s’en trouvent optimisés.

 

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10/06