Sodium

Vapeur

La présence de sodium à une concentration de seulement quelques microgrammes, voire nanogrammes, par litre dans la vapeur en amont d'un surchauffeur peut entraîner une corrosion sous contrainte de ce dernier.

En raison des conditions de haute pression et des températures des centrales de production d'énergie actuelles, le problème de solubilité des composés inorganiques dans la vapeur devient de plus en plus important.

La solubilité (outre le primage) dans la vapeur des composés du sodium (chlorure de sodium [NaCl] et hydroxyde de sodium [NaOH], par exemple) est importante, à cause des risques de fissuration par corrosion sous contrainte dans le surchauffeur. La mesure du sodium directement dans la vapeur juste avant qu'elle ne pénètre dans le surchauffeur est désormais reconnue comme un indicateur important d'une possible corrosion sous contrainte dans le surchauffeur.

Il convient de noter que la corrosion ne se produit que si le sodium est présent avec des chlorures ou des anions d'hydroxyde et non, par exemple, avec des sulfates. Les chlorures et les hydroxydes sont corrosifs, mais pas le sodium. Ce dernier sert uniquement de vecteur. Plus particulièrement, pour les centrales dont la pression des chaudières est faible (40-80 bars). Dans la mesure où les traitements non volatils des chaudières sont généralement à base de sodium (c'est-à-dire un mélange de phosphate de sodium tribasique et de phosphate de sodium dibasique), la mesure du sodium dans la vapeur est un très bon indicateur du primage mécanique s'échappant du tambour jusqu'à la vapeur.

Condensats

La mesure du sodium doit être privilégiée pour déterminer rapidement l'excursion de condensats et minimiser les risques associés.

Le polissage de condensats joue un rôle primordial dans le traitement chimique du cycle d'une centrale de production d'énergie, car il permet de réduire la transmission d'oxyde de métal et d'impuretés ioniques vers le générateur de vapeur durant tous les modes de fonctionnement et particulièrement lors des démarrages et des perturbations. Les avantages du polissage des condensats sont les suivants :

• réduction des délais de mise en service et de démarrage grâce aux transitoires chimiques ;
• protection du générateur de vapeur lors de l'apparition des impuretés telles que les fuites internes du condenseur ;
• réduction des impuretés apparaissant dans les générateurs de vapeur, diminuant ainsi la fréquence de nettoyage des produits chimiques ;
• amélioration de la pureté de la vapeur provoquant moins de dépôt sur les turbines et de corrosion de la zone de transition ;
• élimination quasi-complète des pannes chimiques du tube de la chaudière ;
• haut degré de pureté de l'eau d'alimentation nécessaire aux produits chimiques, tels que le traitement par oxygénation, et nécessaire aux chaudières tambours et à passage unique.

Une gestion minutieuse des systèmes de polissage des condensats est essentielle, sinon les unités de polissage peuvent devenir une source de pollution continue pour les systèmes d'alimentation. Tirer le maximum d'avantages des systèmes de polissage des condensats reste une priorité absolue pour de nombreuses centrales électriques.

Bien que la conductivité cationique et spécifique soit fréquemment utilisée pour détecter les excursions dans la boucle eau/vapeur, elle n'est plus assez sensible pour mesurer les très petites fuites du condenseur, qui ont pris une plus grande importance dans les conceptions d'installations modernes. Dans des conditions habituelles (avec des perturbations possibles de température, de pression et de débit ou des niveaux de conductivité de fond élevés), la variation minimale significative est de 0,02 mS/cm. Cela correspond à 11 ppb de sodium.

L'analyse du sodium est beaucoup plus sensible. Un analyseur de sodium Hach NA5600 peut mesurer avec précision des concentrations inférieures à 0,1 ppb. Cette mesure est 100 fois plus sensible qu'une mesure de la conductivité. Si la qualité de l'eau est primordiale, les premiers signes d'excursions sont également critiques. La mesure du sodium doit être l'option privilégiée pour minimiser le risque.

La pureté de la vapeur peut être évaluée avec plus de précision en mesurant la concentration de sodium à la fois dans la vapeur et dans les condensats, ce qui permet de déterminer « l'équilibre de sodium ». Les deux concentrations doivent être égales. Un niveau plus élevé de sodium dans les condensats indique une fuite du condenseur. Un niveau plus faible de sodium dans les condensats indique un dépôt de sodium dans le circuit de vapeur (sur les surfaces de transfert de chaleur, sur les aubes de turbine, etc.).

La mesure du sodium est la seule technique en ligne qui permette d'obtenir une réponse précise et rapide à tout moment pour détecter des traces d'hydroxydes et de chlorures, dont on sait qu'ils sont des facteurs contribuant à la corrosion sous contrainte de l'acier austénitique.

L'eau de condensation provient de l'eau de désurchauffe. La qualité de l'eau de désurchauffe doit être irréprochable. Si l'eau est contaminée, cette contamination sera directement introduite dans la vapeur désurchauffée. La section la plus susceptible d'en être affectée est la section du surchauffeur, immédiatement en aval du point de pulvérisation de l'eau de désurchauffe. Elle est fabriquée en acier austénitique pour son comportement mécanique (faible coefficient de dilatation thermique), mais elle est plus sensible à la corrosion (pourcentage accru de fer par rapport au carbone). Pour éviter les effets catastrophiques des impuretés dans l'eau de désurchauffe, toute excursion doit être détectée aussi rapidement que possible.

La mesure du sodium en ligne est la seule technique permettant une détection précise des excursions. Un analyseur de sodium Hach NA5600sc garantit une réponse rapide à tout moment grâce à une réactivation régulière de l'électrode.

Station de déminéralisation

Pour une unité de déminéralisation, la mesure en ligne du sodium repose sur la gestion des résines échangeuses d'ions. (En savoir plus sur la dureté). Les avantages pour le client sont les suivants :

• Meilleure utilisation de la capacité de la résine
• Réduction des détections de sodium
• Optimisation du rinçage de l'acide
• Optimisation des cycles de régénération

L'épuisement des lits de résine cationique ainsi que la durée de leur régénération peuvent être contrôlés avec une sensibilité et une fiabilité élevées grâce à des analyseurs de sodium en ligne. Les résines cationiques éliminent les cations tels que le sodium (Na ⁺). Le sodium est le premier cation à se convertir lorsque les lits de résine cationique s'épuisent.

La mesure du sodium immédiatement après l'utilisation de résines cationiques donne un avertissement précoce en cas de détection. Le fait de retirer le lit de résine saturé et de le remplacer par un nouveau lit (régénéré) permet de protéger la capacité d'échange d'ions des résines à lits mélangés installées plus loin en aval.

La qualité de l'eau entrante, la qualité de la résine elle-même et la température modifient la capacité d'échange d'ions du lit de résine cationique. Cela influence le délai avant la prochaine régénération. Lorsque ce délai est indiqué par un simple volume d'échantillon passant à travers la résine, il s'agit d'une estimation qui peut entraîner une saturation et une pénétration, ou une sous-utilisation de la capacité de la résine. La mesure en ligne du sodium permet la régénération de la résine cationique.

Après le mélange des lits de résine, l'analyse du sodium en ligne assure la validation de la qualité de l'eau déminéralisée fournie à l'usine d'appoint. La résine à lits mélangés contient un mélange de résines d'échange de cations et d'anions pour un polissage fin de l'eau pure. Cela réduit toute trace de contaminant restant dans l'eau pure.

Au cours de la dernière décennie, des progrès remarquables ont été faits pour réduire les niveaux d'ions contaminants dans l'eau traitée provenant des lits mélangés. Plus précisément, dans les centrales nucléaires (PWR), la pureté de l'eau traitée en lits mélangés est signalée dans des valeurs à l'état d'équilibre de 25 à 35 ppt pour le sodium. Ici, les analyseurs de sodium sont utilisés pour surveiller la qualité finale de l'eau, servant ainsi de contrôle final de la qualité. Les analyseurs de sodium Hach NA5600 sont utilisés pour vérifier la qualité de l'eau finale jusqu'à des niveaux de 20 ppt.

En outre, un dysfonctionnement du cycle de régénération de la résine à lits mélangés est détecté grâce à la surveillance du sodium. La libération de sodium peut se produire par libération caustique accidentelle lorsqu'il n'y a pas suffisamment de rinçage de la résine anionique à lits mélangés. Là encore, l'avertissement est plus précoce et plus précis avec un analyseur de sodium qu'en mesurant la conductivité.

Plage de mesure

Des niveaux de sodium inférieurs à 1 ppb sont généralement détectés à la sortie du lit mélangé, à la fois dans le circuit de vapeur et dans les condensats. Des niveaux de 0 à 10 ppb peuvent être identifiés dans des conditions de travail normales à la sortie des échangeurs de cations, mais ces niveaux peuvent atteindre 100 ppb à la sortie de la résine ou dans l'eau de chaudière.