Chauffage urbain et réseaux de chaleur, solutions multi-énergies

Sur un réseau de chauffage à eau surchauffée ou eau chaude constitué principalement d’équipement en acier carbone non revêtu, les principaux risques sont liés à :

• La corrosion
• L'entartrage
• Les particules en suspension ou sédimentées (boues)
   

Avec des conséquences telles que la rupture mécanique (fuite), la dégradation de la nature des matériaux, la baisse du rendement thermique, l'obstruction.

Ces risques peuvent être généralisés à l’ensemble des équipements ou être localisés (ex-entartrage des surfaces de chauffe car principalement conditionnée par la température).

NB : la pollution par un fluide externe est considérée comme nulle car la pression des installations est supérieure à la pression du réseau secondaire, de même pour les interactions avec la partie externe (pression atmosphérique).

La qualité de l'eau à respecter est primordiale. Elle sera définie en suivant les impositions des équipements les plus restrictifs, généralement les chaudières et autres échangeurs.

On distingue 2 « types d’eau » :

• L’eau d’appoint permettant de maintenir la quantité d’eau nécessaire en palliant les fuites et autres consommations d’eau technique
• L’eau du réseau primaire présent dans les tuyauteries et équipements tels que les chaudières
   

Corrosion

La corrosion dépend de la nature des matériaux, de la quantité d’espèces en solution, de la température ainsi que des vitesses d’écoulement localisées.

Il existe de multiples formes de corrosion :

• Corrosion favorisé par l’alcalinité de l’eau : 
   

- Corrosion acide => pH faible, présence élevée de CO₂
- Corrosion caustique => pH élevé

• Corrosion galvanique : différentiel de potentiel entre 2 matériaux différents en solution ou concentration locale importante d’espèce pouvant engendrer un déséquilibre
• Corrosion sous dépôt : augmentation locale de la teneur en oxygène sous des dépôts formés (ex. boues)
• Corrosion sous contrainte mécanique : actions combinées simultanées de contraintes mécaniques dans un milieu corrosif (tensions mécaniques internes au niveau de la soudure dans un milieu corrosif)
• Corrosion mécanique : érosion, cavitation, etc.
   

Dans un milieu fermé, chaque composant a une interaction plus ou moins élevée avec un autre composant, chaque défaut peut favoriser/engendrer l’apparition d’un autre défaut. 

Ex : corrosion sous dépôt : la formation de boues sédimentées ou de dépôt sur des parois en acier peuvent engendrer localement une corrosion sous ces dépôts sous la forme de pustule dû à la présence d’oxygène en forte concentration localement et engendrer à terme une fuite sur l’équipement.

En ce qui concerne particulièrement l’eau de réseau et l’eau d’appoint, le traitement consiste à :

• Maintenir un pH correct par ajout d’un alcalinisant
• Diminuer la teneur en oxygène dissous via des réducteurs d’oxygène (sulfites, 
• Favoriser le développement de couche stable ou passivation des oxydes de fer
   

Entartrage et dureté

Le tartre est la précipitation d’anions et de cations sous forme de sels minéraux, principalement à base de calcium et de magnésium.

On rencontre ainsi différents types de tartres ayant chacun des propriétés propres comme la solubilité, l’adhérence des dépôts, etc.

La formation de tartre est favorisée par :

• L’augmentation du pH
• Une élévation de la température (surface de chauffe)
• Diminution de la teneur en CO₂ dissous
• Augmentation de la concentration en ions (Ca2+ et Mg2+)
   

Les conséquences de l’entartrage sont clairement :

• Une diminution de l’efficacité des échanges et donc une diminution des rendements énergétique
• Une diminution de la section de passage, voire une obstruction des passages de fluide (tuyau bouché)
• Une isolation des surfaces de chauffe pouvant entraîner une surchauffe et le fluage du matériau
• Une corrosion sous dépôt
   

Dans le système fermé d’un réseau de chauffage, seul l’eau d’appoint entraîne la présence et la concentration des sels responsables de la formation de tartre. Ainsi le traitement sera particulièrement appliqué à l’eau d’appoint avant son introduction dans le réseau. 

Le traitement consiste :

• Réduire la dureté de l’eau d’appoint utilisée : TH=0°f par des systèmes d'adoucisseur/osmose/(chaîne déminée si disponible)
• Introduire dans le réseau (le cas échéant) des agents dispersants antitartre
   

Réseau de chaleur : traitement d’eau par osmose inverse

Réseau de chaleur : traitement d’eau par adoucisseur

Particules en suspension et sédimentation

La présence de particules en suspension ou sédimentée sous la forme de boues est liée à :

• L’état d’origine de l’installation : présence de polluant (grattons de soudure, graisse, sable/terre, calamine, etc.), non rinçage, absence de traitement ou mauvais traitement des surfaces,
• Des combinaisons de phénomène de corrosion et d’entartrage 
• Au traitement de l’eau du réseau
• L’extension/ajout d’équipement sur les installations existantes
   

Il est important d’éliminer ces boues chimiquement ou mécaniquement (filtration).

Les conséquences de la présence de ces boues sont essentiellement des phénomènes de corrosion sous dépôt, l’obstruction des zones à faible vitesse d’écoulement ainsi que des phénomènes par érosion.