Maîtrise de l’entartrage dans des échangeurs de chaleur via l’utilisation de traitements physiques

Résumé :

L'objectif de ce travail est d'étudier l'impact d'un traitement « physique » sur la formation d'un dépôt minéral dans un échangeur de chaleur. Plus particulièrement, on s'intéressera à l'effet des ondes ultrasoniques, ainsi qu'à l'effet d'un traitement électromagnétique. Pour mener à bien cette étude, un pilote expérimental a été mis en place afin de tester ces traitements sur deux types d'échangeur de chaleur, un échangeur à plaques et joints et un échangeur platulaire. Plusieurs paramètres de fonctionnement tels que le débit, la durée et la température ont été testés expérimentalement, afin d'identifier leur influence sur la précipitation du carbonate de calcium et la formation de tartre dans l'échangeur. Pour mettre en évidence l'efficacité des traitements cités, une comparaison a ensuite été réalisée entre des expériences sans aucun traitement et des expériences avec un traitement physique, en utilisant une eau de réseau avec un léger pouvoir entartrant. La solubilité inverse du carbonate de calcium et le chauffage de l'eau dans l'échangeur initient la précipitation du carbonate de calcium dans l'eau ainsi que sur les parois de l'échangeur en contact avec cette eau. Les traitements physiques testés sont le traitement ultrasonique à deux fréquences différentes, le traitement électromagnétique de basse fréquence et de faible intensité, et le couplage traitements ultrasonique et électromagnétique. La première partie de ces travaux s'est portée sur une modélisation numérique, l'une avec Phreeqc interactive pour identifier les phases cristallisées et l'autre avec Comsol Multiphysique 6.0 pour identifier les zones de l'échangeur les plus sensibles à la formation du dépôt. Cela permettra notamment de positionner de façon optimale le dispositif ultrasonique, et de modéliser la dispersion des ondes ultrasoniques dans l'échangeur. Les résultats de l'analyse numérique obtenue par ces modèles ont ensuite été comparés aux mesures expérimentales. Les expériences réalisées permettent de quantifier le dépôt dans l'échangeur (via la dissolution de celui-ci dans une solution d'acide nitrique et le dosage du calcium à l'ICP), ou de qualifier ce dépôt (via un démontage de l'échangeur et des observations du dépôt au microscope). Les résultats obtenus montrent que le traitement ultrasonique permet de réduire d'environ 65% le dépôt, tandis que l'efficacité du champ électromagnétique est de l'ordre de 75%. Le couplage des deux traitements n'est pas bénéfique. A l'heure actuelle, tous les traitements physiques testés permettent une réduction de la quantité de tartre déposé, mais n'empêchent pas la formation du dépôt. Ces traitements n'affectent pas le polymorphisme du carbonate de calcium : dans tous les cas, le dépôt analysé est de la calcite. D'un point de vue industriel, ces traitements permettront de maintenir plus longtemps un bon transfert thermique et de réduire la fréquence de maintenance des échangeurs.