Comparaison des avantages et des inconvénients de l'utilisation du carbonate de sodium ou de l'hydroxyde de sodium pour ajuster le pH de l'eau d'alimentation des chaudières

1. L'eau d'alimentation de la chaudière sert à ajuster le pH en raison de cette opération.

De nos jours, la plupart des chaudières en Chine utilisent de l'eau déminéralisée par osmose inverse ou de l'eau adoucie par échange d'ions sodium. Le pH de ces eaux est généralement faible et acide : entre 5 et 6 pour l'eau déminéralisée par osmose inverse et entre 5,5 et 7,5 pour l'eau adoucie par échange d'ions sodium. Afin de prévenir la corrosion des chaudières et des canalisations due à l'acidité de l'eau alimentant les chaudières, la norme nationale BG/T1576-2008 préconise un pH compris entre 7 et 9 pour l'eau des chaudières industrielles et entre 8 et 9,5 pour l'eau déminéralisée. Il est donc nécessaire d'ajuster le pH de l'eau alimentant les chaudières.

2. Le principe de base de l'ajout de carbonate de sodium à l'eau d'alimentation de la chaudière pour ajuster le pH

Le carbonate de sodium, communément appelé soude, carbonate de sodium, carbonate de sodium ou alcali de lavage, est classé comme sel et non comme alcali. Sa formule chimique est Na₂CO₃. Il se présente généralement sous forme de poudre blanche ou de sel fin. Le principe de base de l'ajout de carbonate de sodium à l'eau d'alimentation d'une chaudière pour ajuster le pH est le suivant : le carbonate de sodium se dissout dans l'eau et devient alcalin, neutralisant ainsi le dioxyde de carbone présent dans l'eau d'alimentation acide et prévenant la corrosion des chaudières et des canalisations par l'eau adoucie acide ou l'eau salée. Le carbonate de sodium est un électrolyte faible. Dissous dans l'eau, il forme une solution tampon de carbonate de sodium et de bicarbonate de sodium. Un équilibre électrolytique s'établit dans la solution ; la consommation des ions hydroxyde déplace cet équilibre vers la droite, maintenant ainsi le pH de la solution réactionnelle stable.

Procédé d'hydrolyse primaire du carbonate de sodium :

Na₂CO₃ (carbonate de sodium) + H₂O (eau) = NaHCO₃ (bicarbonate de sodium) + NaOH (hydroxyde de sodium)

Procédé d'hydrolyse secondaire du carbonate de sodium :

NaHCO3 bicarbonate de sodium + H2O eau = H2CO3 acide carbonique + NaOH hydroxyde de sodium

Équation de l'ion hydrolysé primaire du carbonate de sodium :

(CO3) 2-acide carbonique + H2O eau = HCO3- bicarbonate + OH- hydroxyde

Équation de l'ion hydrolysé secondaire du carbonate de sodium :

HCO3- bicarbonate + H2O eau = H2CO3 acide carbonique + OH- hydroxyde

3. Le principe de base de l'ajout d'hydroxyde de sodium à l'eau de la chaudière pour ajuster le pH

L'hydroxyde de sodium est également appelé soude caustique, soude caustique, soude caustique, soude caustique, généralement en flocons blancs, de formule chimique NaOH, l'hydroxyde de sodium est fortement alcalin, extrêmement corrosif.

Équation d'ionisation de l'hydroxyde de sodium : NaOH = Na⁺ + OH⁻

L'ajout d'hydroxyde de sodium à l'eau de la chaudière permet de stabiliser le film protecteur à la surface du métal, d'améliorer le pH de l'eau d'alimentation de la chaudière et de l'eau du four, afin de résoudre le problème de corrosion de l'eau adoucie à l'acide ou de l'eau déminéralisée sur la chaudière et la canalisation, et de protéger les équipements métalliques contre la corrosion.

4. Les avantages et les inconvénients de l'utilisation du carbonate de sodium ou de l'hydroxyde de sodium pour ajuster le pH de l'eau d'alimentation des chaudières sont comparés.

4.1 La vitesse d'augmentation du pH de l'eau d'alimentation de chaudière avec du carbonate de sodium et de l'hydroxyde de sodium, ainsi que la durée de maintien de cet effet, sont différentes.

L'ajout de carbonate de sodium à l'eau de la chaudière pour augmenter le pH est plus lent que celui d'hydroxyde de sodium. Le carbonate de sodium, formant une solution tampon, présente de faibles fluctuations et est relativement stable et facile à ajuster. Cependant, la plage de réglage du pH est limitée. À pH égal, la quantité de carbonate de sodium nécessaire est supérieure à celle d'hydroxyde de sodium. L'effet est durable et le pH de l'eau ne diminue pas facilement.

L'hydroxyde de sodium est une base forte et un électrolyte fort. Sa volatilité élevée permet d'ajuster le pH. Après ajout d'eau, le pH augmente facilement, ce qui permet un ajustement plus rapide et direct. Cependant, il est également facile de le déséquilibrer ; il ne faut donc pas en ajouter trop. Comparé au carbonate de sodium, une quantité bien moindre suffit pour atteindre le pH souhaité. Autrement dit, bien que l'hydroxyde de sodium augmente le pH, la quantité ajoutée est faible, ce qui signifie que la capacité de l'eau à neutraliser l'acidité des groupes hydroxyde n'augmente que très peu et que le pH diminue rapidement.

4.2 Les dommages causés par un ajout excessif de carbonate de sodium et d'hydroxyde de sodium pour augmenter le pH de l'eau d'alimentation de la chaudière sont différents.

L'ajout excessif de carbonate de sodium à l'eau de la chaudière pour ajuster le pH augmente la salinité et la conductivité de l'eau. Cette eau, plus riche en ions bicarbonate, se décompose facilement en dioxyde de carbone (CO₂) sous l'effet de la chaleur. Le CO₂ se mélange à la vapeur et pénètre dans l'échangeur de chaleur et l'eau de condensation. Le carbonate de sodium, loin d'ajuster le pH de la vapeur et de l'eau de condensation, le diminue et corrode l'échangeur de chaleur et les canalisations. C'est pourquoi l'eau de condensation, au niveau des ions ferreux, prend une couleur jaune ou rouge, dépassant ainsi les normes.

L'ajout excessif d'hydroxyde de sodium à l'eau du four pour ajuster le pH entraîne une alcalinité trop élevée, provoquant l'apparition d'eau et de soude. Le dosage de l'hydroxyde de sodium est difficile et un excès de NaOH libre induit une alcalinité relative importante, susceptible de provoquer une fragilisation par les alcalis et, par conséquent, la corrosion des équipements. L'auteur a constaté, sur le site d'un utilisateur, la présence de nombreuses plaques de corrosion sur une cuve de dégrillage en plastique renforcé de fibres de verre. Cette cuve était corrodée et perforée suite à l'utilisation d'hydroxyde de sodium pour réguler le pH de la dégrillage. L'hydroxyde de sodium ne permet pas d'ajuster le pH de la vapeur et des eaux de retour de condensation, ni de contrôler la corrosion des équipements et du réseau de tuyauterie de ces systèmes.

4.3 La sécurité du carbonate de sodium et de l'hydroxyde de sodium utilisés dans l'eau d'alimentation des chaudières pour augmenter le pH est différente.

Le carbonate de sodium est relativement doux, appartient à la catégorie des matériaux alimentaires, provoque peu d'irritation et une légère corrosion ; on peut le toucher normalement à la main, mais le port de gants est nécessaire en cas de contact prolongé.

L'hydroxyde de sodium est un produit dangereux et corrosif. Les projections de sa solution ou de ses poussières sur la peau, notamment sur les muqueuses, peuvent provoquer des croûtes molles et pénétrer profondément dans les tissus. Une brûlure laisse une cicatrice. Les projections dans les yeux endommagent non seulement la cornée, mais aussi les tissus profonds de l'œil. Par conséquent, l'opérateur doit appliquer une pommade neutre et hydrophobe sur la peau et porter des vêtements de travail, un masque, des lunettes de protection, des gants en caoutchouc, un tablier en caoutchouc, des bottes en caoutchouc montantes et tout autre équipement de protection individuelle afin de se protéger efficacement.

Des cas d'utilisation et des tests ont démontré que l'hydroxyde de sodium et le carbonate de sodium, utilisés alternativement ou en mélange, présentent une meilleure rentabilité et une efficacité supérieure à celle d'un régulateur de pH unique. Lorsque le pH de l'eau d'alimentation de la chaudière est trop bas, l'ajout d'hydroxyde de sodium permet d'augmenter rapidement le pH. Une fois l'hydroxyde de sodium complètement dissous, l'ajout de carbonate de sodium permet d'augmenter la concentration de carbonates dans l'eau et ainsi de limiter la baisse du pH. La quantité de carbonate de sodium pouvant être ajoutée étant plus importante, le maintien d'une concentration de carbonates dans l'eau est plus efficace. C'est pourquoi le carbonate de sodium est généralement utilisé pour maintenir le pH de l'eau d'alimentation et de l'eau de cuisson. L'auteur recommande l'utilisation d'hydroxyde de sodium uniquement lorsque le pH est extrêmement bas, afin d'augmenter rapidement le pH. L'utilisation alternée des deux produits est donc à la fois économique et performante.