Comment les échangeurs Accessen résistent à l'eau de mer sableuse et corrosive à la centrale Datang Dongying de 2×1 000 MW
Les problèmes de l'eau de mer dans les centrales côtières
Pour une tranche côtière ultra-supercritique au charbon de 1 000 MW, l'eau de mer est la source de refroidissement évidente, car elle économise beaucoup d'eau douce. Mais l'eau de mer est dure pour les équipements. Elle charrie du sable et du limon, du sel et des organismes marins, et elle finit par provoquer une série de problèmes bien connus : les sédiments se déposent dans les canaux, les ions chlorure corrodent les plaques, et les variations estivales de la température de l'eau de mer réduisent l'échange thermique.
Beaucoup de centrales côtières choisissent leurs échangeurs surtout sur la surface d'échange et prêtent trop peu d'attention à l'eau de mer elle-même. En quelques années, les performances baissent, les plaques se corrodent et fuient, et il faut parfois même arrêter des tranches pour réparation, ce qui nuit à la production sûre et régulière de toute la tranche de 1 000 MW.
La centrale Datang Dongying, sur la côte du Shandong, exploite deux tranches au charbon ultra-supercritiques à double resurchauffe de 1 000 MW, mises en service en 2020. La centrale refroidit son circuit fermé d'eau de refroidissement avec de l'eau de mer et exploite aussi un système de récupération de chaleur qui valorise la chaleur par étapes successives. Avec ces deux services combinés, les échangeurs doivent résister à la fois au colmatage et à la corrosion. Les ingénieurs de centrale se demandent souvent pourquoi certains échangeurs à plaques se colmatent vite dans une eau de mer sableuse alors que d'autres fonctionnent sans problème pendant des années, et quels détails de conception font la différence.
Des canaux plus larges pour limiter les dépôts
Les filtres en amont aident, mais la première ligne de défense contre les sédiments est la largeur des canaux de l'échangeur lui-même. Dans un échangeur à canaux standard, le sable fin se loge facilement dans les interstices entre les ondulations des plaques. Il s'accumule avec le temps et rétrécit le passage : une partie de la surface d'échange est perdue, la perte de charge ne cesse d'augmenter et l'appareil n'atteint plus le refroidissement prévu. Un nettoyage chimique ou au jet d'eau haute pression ne rétablit les performances que temporairement sans supprimer la cause, et le nettoyage consomme du temps d'arrêt et augmente les coûts de maintenance.
Pour Datang Dongying, Accessen a élargi les canaux des échangeurs fabriqués sur mesure afin que les sédiments se déposent moins et que toute la surface d'échange prévue soit utilisée. La fourniture comprend quatre refroidisseurs d'eau en circuit fermé et quatre échangeurs de récupération de chaleur sur ce même circuit, le plus grand avec une surface d'échange de 1 570 m², dimensionnés pour les charges thermiques de tranches de 1 000 MW. Avec ces canaux, les sédiments en suspension sont entraînés hors de l'échangeur avec le flux au lieu de se déposer, les nettoyages sont moins fréquents et le système de récupération de chaleur continue de produire ses économies d'énergie.
Des plaques en titane pour résister durablement à la corrosion
La forte teneur en chlorures de l'eau de mer est la principale cause de corrosion des métaux. Les plaques en acier au carbone ou en acier inoxydable ordinaire au contact de l'eau de mer sont sujettes à la corrosion par piqûres et à la corrosion caverneuse, qui peuvent perforer une plaque. Une fuite interne fait entrer de l'eau de mer dans le circuit d'eau déminéralisée, ce qui menace directement la chaudière, la turbine à vapeur et les autres équipements principaux. Remplacer souvent les plaques coûte cher, et l'intervention elle-même met la tranche hors service, ce qui est très coûteux pour une centrale thermique censée fonctionner en continu.
Côté eau de mer, Accessen utilise des plaques en titane, avec une durée de vie de calcul à la corrosion pouvant atteindre 20 ans, en accord avec les longs cycles d'exploitation des tranches ultra-supercritiques à double resurchauffe. Le titane résiste très bien aux chlorures et à l'érosion par l'eau de mer, ce qui réduit le risque de fuite des plaques. Lorsque l'eau de mer se réchauffe en été, les échangeurs continuent de transférer la chaleur de façon stable, sans chute brutale de la capacité de refroidissement. Le circuit fermé d'eau de refroidissement reste ainsi stable, et le système de récupération de chaleur peut continuer d'utiliser la chaleur excédentaire de la tranche, ce qui aide la centrale à atteindre ses objectifs d'économie de charbon et de réduction des émissions.
Les leçons pour les projets de centrales côtières
En tant qu'équipements auxiliaires de refroidissement et de récupération de chaleur, les échangeurs déterminent directement si les objectifs d'économie d'énergie d'une centrale sont atteints en pratique. À Datang Dongying, la combinaison de canaux élargis et de plaques en titane a réglé les deux problèmes de longue date du service à l'eau de mer : les dépôts de sédiments et la corrosion.
Les projets de centrales côtières, neufs ou rénovés, comparent souvent les échangeurs sur la seule surface d'échange et passent à côté des risques cachés du fluide. Pour l'eau de mer, la surface n'est qu'un point de départ. La conception des canaux contre les dépôts, la résistance à la corrosion par l'eau de mer et des performances stables sur toute la plage de charge comptent toutes. Ce n'est que lorsque les échangeurs sont adaptés à l'eau de mer que le système de récupération de chaleur peut rester en service et transformer la chaleur perdue en véritables économies d'énergie.