Les fluides HTF qui transportent la chaleur dans les centrales thermo-solaires se dégradent au fur et à mesure de leur utilisation. Afin de connaître l’état de ce type de fluides, il est nécessaire d’effectuer une série d’analyses périodiques qui évaluent divers paramètres et déterminent si le fluide présente la capacité suffisante pour satisfaire encore son rôle, ou si au contraire, il doit être remplacé par un nouveau fluide.
Pour des raisons techniques, il est nécessaire d’évaluer les paramètres suivants :
Apparence
Un simple contrôle visuel peut parfois suffire afin de déterminer si l’état du fluide HTF est adéquat. Un fluide en utilisation et en bon état présente une couleur sombre et une viscosité similaire à celle d’un nouveau fluide. La présence d’humidité peut être détectée dès lors qu’une turbidité ou qu’une séparation de phases est constatée dans le fluide. Une quantité élevée de solides peut être mise en évidence grâce à la présence de sédiments dans la partie inférieure du réservoir.
Viscosité
La viscosité est liée à la masse moléculaire des composants du fluide HTF. Les composants de faible masse moléculaire abaissent généralement la valeur de la viscosité tandis que les composants de masse molaire élevée augmentent au contraire la valeur de cette dernière.
La modification de la viscosité peut indiquer une contamination causée par une fuite lors du processus de génération de vapeur (ajout de composés indésirables dans le système dans lequel se trouve le fluide caloporteur), par la présence de solvants issus du liquide de nettoyage, par un stress thermique et/ou par une dégradation par oxydation.
Il est fondamental de garder à l’esprit que des problèmes d’exploitation peuvent être provoqués aussi bien par un fluide présentant une viscosité élevée que par un fluide à faible viscosité. Si la viscosité est trop élevée, le système peut présenter des problèmes de circulation lors du démarrage, avec le « brûlage » du fluide qui en découle. Si la viscosité est faible, il peut y avoir une présence excessive de composants à faible masse moléculaire, et par conséquent, des problèmes de cavitation dans les pompes et une réduction du débit.
Afin de supprimer les composés à faible masse moléculaire, faire circuler le fluide à travers le réservoir d’expansion avec un gaz inerte de purge. Une viscosité élevée nécessite généralement le remplacement du fluide par un nouveau fluide. On peut parfois y remédier en ajoutant du nouveau fluide.
Taux d’acidité
Une valeur d’acidité élevée indique une éventuelle contamination du fluide par une substance ajoutée au système par inadvertance ou par une fuite dans les processus parallèles.
Elle peut également témoigner d’une sévère oxydation du fluide si le système n’est pas protégé par un gaz inerte en phase vapeur du réservoir d’expansion (oxydation par apport d’oxygène dans le système). L’identification du pH peut être très utile afin de s’assurer de l’état du système.
Si l’acidité est trop élevée, le système peut se corroder et peut tomber en panne. Les produits corrosifs forment des boues et des dépôts qui entravent le transfert de chaleur. On peut remédier à un état de contamination ou d’oxydation du système par le remplacement du fluide par un nouveau fluide.
Eau
La présence d’humidité peut indiquer une fuite dans le système de l’un des processus parallèles et/ou que du fluide humide a été ajouté. Les nouveaux systèmes ou ceux qui ont été nettoyés avec un solvant aqueux peuvent laisser de l’eau résiduelle. L’eau peut également être issue d’infiltrations provenant des évents des réservoirs d’expansion ou de stockage.
La présence d’eau libre dans le système de transfert de chaleur peut causer des problèmes de volatilisation du fluide, tels que l’écoulement de fluide en deux phases et une pressurisation excessive du système, en particulier lors du démarrage de l’usine. Elle peut également causer une corrosion, une cavitation des pompes et un blocage par vapeur. Une action corrective consiste en une augmentation progressive de la température du fluide lors du démarrage de l’usine jusqu’à dépasser la température d’évaporation de l’eau.
Matières insolubles
La présence de matières insolubles dans l’acétone ou le pentane indique généralement une contamination due à la saleté, à des produits de corrosion, à une oxydation sévère ou à un stress thermique important. Ceci est à l’origine d’une diminution du transfert de chaleur avec les surfaces, d’un éventuel colmatage ou d’un blocage des conduites, ainsi que d’une usure et d’un colmatage des joints et des vannes.
Contenu en composés à bas et haut point d’ébullition
Ces composés sont habituellement mesurés par chromatographie gazeuse (Gas Chromatography), indiquant généralement une contamination, une oxydation ou un stress thermique du fluide.
La présence de ces composés peut conduire à une cavitation dans les pompes, à une mauvaise circulation du fluide à travers le système et à une diminution du transfert de chaleur. En phase avancée, cela pourrait même conduire à une perte de transfert de chaleur des surfaces et à la formation de matière solide.
Pour y remédier, il faut éliminer les sources de contamination, corriger l’état anormal de stress thermique et purger les produits à bas point d’ébullition du système. Un contenu en composés à haut et bas point d’ébullition peut nécessiter le remplacement du fluide. Les composants à faible masse moléculaire abaissent la valeur de la viscosité.
Point d’inflammation
Ce paramètre est utilisé pour des questions de sécurité, mais également afin de détecter la présence de « low boilers » dans le fluide. L’entrée d’une contamination externe peut avoir un effet similaire.
Analyse spéciale
Il est recommandé d’effectuer un autre type d’analyse, tel que l’analyse de composants solides, afin d’identifier la source de la contamination, une cause de dégradation ou un problème de contamination.
Rechercher la compatibilité entre les fluides, les composants et les matériaux de construction peut être un bon moyen de minimiser les problèmes suivants :
- Une valeur de pH en dehors de la plage attendue peut indiquer une contamination dans le système avec de l’oxygène ou une autre matière étrangère, pouvant conduire à la corrosion du système.
- Une concentration en résidus solides au-dessus de 1 % peut indiquer des problèmes mécaniques associés au système de transfert de chaleur en raison de l’érosion des surfaces métalliques. Une cause fréquente est la présence de « mill scale » issues des conduites installées associées à l’installation de nouveaux systèmes.
