À l’apogée de la construction de centrales électriques aux États-Unis, en particulier après la Seconde Guerre mondiale, les grandes stations centrales dotées de plusieurs générateurs de vapeur étaient la norme de l’industrie. Le charbon était la principale source de combustible, suivi de l’énergie nucléaire, avec quelques unités alimentées au mazout, principalement sur la côte Est. La plupart de ces générateurs de vapeur ont été conçus pour une charge de base, avec des fluctuations modérées de la puissance en fonction des besoins quotidiens et saisonniers. Le fonctionnement continu est préférable pour les groupes électrogènes, mais de nos jours, le cycle de charge est la norme pour les nouvelles unités à cycle combiné ainsi que pour la plupart des unités de charbon restantes autrefois chargées de base. Le fonctionnement de jour (avec arrêt la nuit) est courant pour de nombreuses unités de puissance, en particulier les centrales à cycle combiné.
Des cycles fréquents exercent des contraintes thermiques et mécaniques importantes sur l’équipement et confèrent également des contraintes chimiques, créant un risque de corrosion par l’oxygène. Lorsqu’une unité est hors ligne, l’eau de la chaudière commence à refroidir, la vapeur du surchauffeur et du réchauffeur s’effondre, et l’air peut être aspiré dans l’unité même au plus petit des ouvertures. L’oxygène peut induire une corrosion importante de l’acier au carbone, en particulier dans des zones localisées aux sources de fuite d’air. Lorsque l’unité redémarre, des produits de corrosion (principalement des oxydes de fer) peuvent être transportés vers la chaudière et précipiter, généralement du côté chaud des tubes de la chaudière. Les dépôts nuisent au transfert de chaleur et peuvent ensuite servir de sites de corrosion sous-dépôt. Ce mécanisme de corrosion peut être assez sévère dans l’environnement de chaudière à haute température ou à haute pression.
L’oxygène dissous est également une force motrice de la fatigue par corrosion. La fatigue mécanique de base est facilement observable; il suffit de plier un trombone ou un morceau de fil plusieurs fois d’avant en arrière et il se fracturera. Les composants du générateur de vapeur souffrent également de la fatigue causée par les cycles, mais lorsqu’un agent corrosif tel que l’oxygène est présent, le processus de fatigue peut être amplifié. L’oxygène pénètre dans les petites microfissures que la fatigue induit initialement et accélère le mécanisme de corrosion.
Des cycles fréquents ou réguliers peuvent également faire des ravages avec les programmes de traitement de l’eau des chaudières, en particulier si la chimie utilise du phosphate. De nombreuses années de recherche ont montré que le phosphate trisodique augmente sa solubilité jusqu’à une température d’environ 300 °F, après quoi la solubilité diminue régulièrement à mesure que les températures augmentent. De nombreux générateurs de vapeur à haute température fonctionnent près ou peut-être même au-dessus de 600 °F. La majeure partie du phosphate ajouté pour le contrôle chimique précipite sur les tubes de la chaudière à ces températures, mais lorsque l’unité est mise hors ligne, le phosphate se dissout à nouveau. La chimie peut être très difficile à contrôler dans de telles conditions et peut exiger des programmes soigneusement planifiés et surveillés.
Des détails supplémentaires sur les méthodes de protection des générateurs de vapeur lors des conditions d’arrêt et de démarrage seront présentés dans de futurs articles.
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Comme pour toutes les autres technologies, une diligence raisonnable est nécessaire pour déterminer la faisabilité de l’utilisation des méthodes. Consultez toujours les manuels et guides de votre équipement.
