La dégradation thermique des fluides HTF dans les centrales thermo-solaires

24 Nov 2016
In: Evento

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Avec le temps, les fluides HTF caloporteurs haute température perdent leurs caractéristiques initiales en subissant divers processus de dégradation. Les plus courants sont la rouille, l’oxydation et la dégradation thermique.

La température étant l’un des paramètres les plus critiques concernant la stabilité de ces fluides, il faut par conséquent accorder une plus grande attention à la dégradation thermique du fluide.

Composés de base Biphényle Diphényl éther
Point d’ébullition (°C) 255 259
Point d’inflammation 110 115

Tableau 1. Les caractéristiques chimiques du biphényle et du diphényl éther

Lorsque la température atteint des valeurs suffisamment élevées, le fluide commence à se décomposer en deux types principaux de composés de dégradation :

Les produits à point d’ébullition bas (low boilers), générés par le craquage thermique du fluide. Si le contenu de ces composés atteint un niveau suffisamment élevé dans le fluide, des problèmes apparaissent tels que la cavitation des pompes, l’augmentation de la pression dans le système et la diminution du point d’inflammation.

En tant que mesure transitoire, le système est évacué pour éliminer ces composés qui peuvent potentiellement endommager le système. Des quantités élevées de ces composés (> 1 %) peuvent entraîner d’importants coûts de remplacement des fluides en raison de l’évacuation.

Composés low boilers Hydrogène Méthane Phénol Benzène
Point d’ébullition (°C) -253 -162 182 80
Point d’inflammation (°C) # -188 79 -11

Tableau 2. Les caractéristiques chimiques des composés à point d’ébullition bas (low bolilers)

Les produits à point d’ébullition élevé (high boilers), générés par la dégradation thermique du fluide. Une partie des composés à point d’ébullition bas peuvent se polymériser et se recombiner pour former des produits de poids moléculaire supérieur. Du fait que ces composés ont un point d’ébullition supérieur au point d’ébullition du fluide, ils ne pourront pas être évacués par le système. Lorsque sa teneur dépasse 10 %, la viscosité du système augmente tellement qu’elle affecte la pompabilité et le transfert de chaleur. Une grande quantité de high boilers (> 10 %) peut entraîner la formation de boues, conduisant à la nécessité de remplacer le fluide.

La fraction de high boilers se compose de produits de deux, trois et quatre anneaux aromatiques : dibenzofuranes, isomères de terphényles, isomères de biphényle penil éther (BIPPE), isomères tetraphènes, fenio xitereféniles et autres composés similaires comprenant quatre anneaux aromatiques.

La vitesse de formation des low boilers et des high boilers dépend principalement de la température, mais le type et la proportion des composés formés reste pratiquement le même. Cela est vrai tant que la température de dégradation du fluide est très peu prononcée (>> 425 °C) ou lorsque la durée d’exposition à ces conditions n’est pas très élevée.

Les produits de dégradation sont généralement solubles dans le fluide, sauf lorsque le fluide est très dégradé (température, oxygène, durée) et que des particules solides de carbone se sont formées.

Dans des conditions normales de travail, les contaminants de faible poids moléculaire (point d’ébullition bas), l’eau, l’air et les produits de dégradation s’accumulent dans la phase vapeur. Ces composés doivent être éliminés périodiquement par la soupape d’évent.

Le facteur limitant majeur est la stabilité du fluide à la température de travail. Lorsque le fluide dépasse cette température, il se décompose et se dégrade rapidement.

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