ISO 16784-1:2006
(Main)Corrosion of metals and alloys — Corrosion and fouling in industrial cooling water systems — Part 1: Guidelines for conducting pilot-scale evaluation of corrosion and fouling control additives for open recirculating cooling water systems
Corrosion of metals and alloys — Corrosion and fouling in industrial cooling water systems — Part 1: Guidelines for conducting pilot-scale evaluation of corrosion and fouling control additives for open recirculating cooling water systems
ISO 16784-1:2006 applies to corrosion and fouling in industrial cooling water systems. ISO 16784-1:2006 covers the criteria that must be defined and implemented in a pilot-scale testing programme to select water treatment programmes for use in specific recirculating cooling water systems. ISO 16784-1:2006 covers only open recirculating cooling water systems. Closed cooling systems and once-through cooling water systems are specifically excluded. The test criteria established in ISO 16784-1:2006 are not intended to govern the type of bench and pilot-scale testing normally carried out by water treatment companies as part of their proprietary product-development programmes. However, water treatment companies may choose to use the criteria in ISO 16784-1:2006 as guidelines in the development of their own product-development test procedures.
Corrosion des métaux et alliages — Corrosion et entartrage des circuits de refroidissement à eau industriels — Partie 1: Lignes directrices pour l'évaluation pilote des additifs anticorrosion et antitartre pour circuits de refroidissement à eau à recirculation ouverts
L'ISO 16784-1:2006 s'applique à la corrosion et à l'entartrage des circuits de refroidissement industriels. L'ISO 16784-1:2006 traite des critères à définir et à appliquer dans un programme d'essai pilote destiné à sélectionner des programmes de traitement de l'eau utilisés pour les circuits de refroidissement à recirculation. L'ISO 16784-2006 ne concerne que les circuits de refroidissement à recirculation ouverts. Les circuits de refroidissement fermés et les circuits à eau de refroidissement non recyclée sont spécifiquement exclus. Les critères d'essai établis dans l'ISO 16784-1:2006 n'ont pas pour objectif d'imposer le type particulier d'essai au banc et à l'échelle pilote habituellement effectué par les entreprises de traitement des eaux dans le cadre de leurs programmes de développement de produits brevetés. Les entreprises de traitement des eaux ont néanmoins la possibilité d'utiliser les critères de l'ISO 16784-1:2006 comme lignes directrices pour créer leurs propres méthodes d'essai pour le développement de produits.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 16784-1
First edition
2006-03-01
Corrosion of metals and alloys —
Corrosion and fouling in industrial
cooling water systems —
Part 1:
Guidelines for conducting pilot-scale
evaluation of corrosion and fouling
control additives for open recirculating
cooling water systems
Corrosion des métaux et alliages — Corrosion et entartrage des circuits
de refroidissement à eau industriels —
Partie 1: Lignes directrices pour l'évaluation pilote des additifs
anticorrosion et antitartre pour circuits de refroidissement à eau à
recirculation ouverts
Reference number
©
ISO 2006
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ii © ISO 2006 – All rights reserved
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions, symbols and abbreviated terms. 2
4 Types of testing . 2
4.1 Laboratory and off-site testing. 2
4.2 On-site testing. 2
4.3 On-line testing. 2
5 Test unit design parameters. 3
5.1 General. 3
5.2 Construction materials. 3
6 Operating parameters. 5
6.1 General. 5
6.2 Surface temperature. 5
6.3 Water velocity. 5
6.4 Residence time. 5
7 Water quality . 5
7.1 General. 5
7.2 Natural versus synthetic water supplies. 6
7.3 Fresh water. 6
7.4 Seawater and brackish water . 6
7.5 Recycle/reuse water . 6
7.6 Dual and combined make-up systems .6
8 Contamination. 7
8.1 General. 7
8.2 Process leaks. 7
8.3 Biological matter. 7
8.4 Airborne solids and gases. 7
9 Parameters to be evaluated in pilot test units . 7
9.1 Corrosion. 7
9.2 Fouling . 9
9.3 Practical problems in operating systems — Multiple combinations of problems. 10
9.4 Water treatment additives. 10
10 Design of pilot-scale performance testing facilities . 11
10.1 Objectives. 11
10.2 The importance of simulating specific application environments . 11
10.3 Compromises in pilot-scale performance testing . 11
11 Pilot-scale facility operations . 13
11.1 Documentation of design. 13
11.2 Repeatability of results and comparison with field performance. 13
11.3 Record-keeping and reports. 13
Bibliography . 14
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 16784-1 was prepared by Technical Committee ISO/TC 156, Corrosion of metals and alloys.
ISO 16784 consists of the following parts, under the general title Corrosion of metals and alloys — Corrosion
and fouling in industrial cooling water systems:
⎯ Part 1: Guidelines for conducting pilot-scale evaluation of corrosion and fouling control additives for open
recirculating cooling water systems
⎯ Part 2: Evaluation of the performance of cooling water treatment programmes using a pilot-scale test rig
iv © ISO 2006 – All rights reserved
Introduction
Environmental requirements, water shortages, and business pressures have forced industrial plants and
power stations to operate with longer production runs, reduced maintenance outages, fewer operating
personnel, and increased stress on cooling water systems. Similarly, commercial refrigeration (heating,
ventilating, and air conditioning [HVAC]) systems have experienced increased heat loads and requirements
for a long-term, continuous, cooling water supply to computer facilities, large retail establishments, campuses,
and office complexes.
Under these increasingly severe conditions, cooling water chemical treatment programmes are expected to
maintain optimum operating efficiency and, at the same time, protect the economic life of the equipment by
inhibiting corrosion, mineral scaling, microbiological fouling, and miscellaneous deposition on heat-transfer
surfaces.
Cooling system design and operating characteristics vary widely, within individual plants, from site to site, and
worldwide. Thus, selection and optimization of water treatment programmes must be a site-specific process.
In most systems, optimized cooling water chemical treatment is the key to successful long-term operations.
The subject of this part of ISO 16784 is, therefore, the establishment of criteria for the pilot-scale evaluation of
the performance of cooling water additives under field-specific operating conditions.
This part of ISO 16784 is intended for use by cooling system owners/operators, water treatment companies
and others who must evaluate the performance of cooling water additives under field-specific operating
conditions.
[4]
This part of ISO 16784 was developed on the basis of NACE RP0300 .
INTERNATIONAL STANDARD ISO 16784-1:2006(E)
Corrosion of metals and alloys — Corrosion and fouling
in industrial cooling water systems —
Part 1:
Guidelines for conducting pilot-scale evaluation of corrosion
and fouling control additives for open recirculating cooling
water systems
1 Scope
This part of ISO 16784 applies to corrosion and fouling in industrial cooling water systems.
This part of ISO 16784 covers the criteria that must be defined and implemented in a pilot-scale testing
programme to select water treatment programmes for use in specific recirculating cooling water systems.
This part of ISO 16784 covers only open recirculating cooling water systems. Closed cooling systems and
once-through cooling water systems are specifically excluded.
This part of ISO 16784 applies only to systems incorporating shell-and-tube heat exchangers with standard
uncoated smooth tubes and cooling water on the tube side. Heat exchangers with shell-side water, plate and
frame and/or spiral heat exchangers, and other heat exchange devices are specifically excluded. However,
when the test conditions are properly set up to model the surface temperature and shear stress in more
complex heat-transfer devices, the test results may predict what may occur in an operating heat exchanger of
that design.
The test criteria established in this part of ISO 16784 are not intended to govern the type of bench and
pilot-scale testing normally carried out by water treatment companies as part of their proprietary
product-development programmes. However, water treatment companies may choose to use the criteria in
this part of ISO 16784 as guidelines in the development of their own product-development test procedures.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 8044:1999, Corrosion of metals and alloys — Basic terms and definitions
ISO 16784-2, Corrosion of metals and alloys — Corrosion and fouling in industrial cooling water systems —
Part 2: Evaluation of the performance of cooling water treatment programmes using a pilot-scale test rig
3 Terms, definitions, symbols and abbreviated terms
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 8044:1999 and the following
abbreviations and symbols apply.
ASTM: ASTM International
BOD: Biological oxygen demand
COD: Chemical oxygen demand
HVAC: Heating, ventilating, and air conditioning
LPR: Linear polarization resistance
MIC: Microbiologically influenced corrosion
NACE: NACE International
PVC: Polyvinyl chloride
s/V ratio: Surface-to-volume ratio
UNS: Unified Numbering System
4 Types of testing
4.1 Laboratory and off-site testing
4.1.1 Laboratory testing, or testing at alternative off-site locations, may in some cases be necessary for
selecting cooling water chemical treatment programmes. This type of testing could be used for new
construction start-up programmes, when operating systems are not available, or for evaluating alternative
treatment programmes. In such cases, the evaluation should include site-specific design criteria and
environmental regulations that affect the cooling water system. Site-specific water supplies should be used
whenever possible. All criteria in this part of ISO 16784 relating to water compositions, test unit configuration,
heat exchanger design, and operating conditions should be followed insofar as possible.
4.1.2 No laboratory or off-site testing programme can completely duplicate plant conditions. Site-specific
factors, such as process leaks, microbiological growth, corrosion products, airborne contamination, etc., may
affect the operation of cooling water systems and the performance of chemical treatment programmes in ways
that override the results of laboratory or off-site testing programmes.
4.2 On-site testing
4.2.1 Whenever possible, water treatment programmes should be evaluated on site, using plant water
supplies and actual design and operating conditions, particularly those that cannot be duplicated in the
laboratory. Criteria for these effects are discussed in 9.1.2.
4.2.2 Specific attention shall be given to site-specific rules and environmental regulations that may affect
the types of chemical products that can be used, the allowable amount and composition of blowdown water,
and air quality regulations affecting cooling tower discharge.
4.3 On-line testing
Whenever possible, all off-site, laboratory, and on-site pilot-scale testing should be validated by monitoring
actual performance results on-line. Pilot units can be adapted for on-line work by using a sidestream from the
plant circulating cooling water as feedwater, bypassing the pilot unit cooling tower. Such on-line testing serves
to validate the off-line/laboratory tests. Cooling systems may be evaluated on-line; however, the data collected
will be the result of the combination of any existing treatment and all additional chemicals that were added for
the evaluation period. On-line testing in this way can be useful for optimizing the treatment programme to
2 © ISO 2006 – All rights reserved
meet specific plant requirements. For example, small quantities of a treatment chemical may be added just
ahead of the test heat exchanger to measure the effects of increasing additive dosage, or the possible
synergistic effects of a new chemical added to the existing treatment programme.
5 Test unit design parameters
5.1 General
Careful evaluation of the mechanical design and operation of each cooling water system is a necessary
prerequisite for designing a pilot-scale water treatment product-evaluation programme. It may not be practical
to simulate a specific critical plant heat load or water flow pattern exactly. Contamination in a pilot cooling
tower may not develop in the same way as in the plant systems; compromises may therefore be necessary. In
all such cases, plant design and operations must be followed as closely as possible, and deviations must be
noted in the test reports.
5.2 Construction materials
5.2.1 Cooling towers
5.2.1.1 Small cooling tower basins may be made of uncoated, plastic-coated, galvanized low-carbon
steel, or stainless steel. Large tower basins are usually concrete. Splash fill may be wood, ceramic, or plastic.
It is not important that the pilot cooling tower duplicates the design of the plant towers. However, if the plant
system contains galvanized steel, galvanized steel should be included as a non-heat-transfer test material in
the pilot system.
5.2.2 Special requirements for film fill
5.2.2.1 If the plant cooling towers contain film fill, a section of this fill (if available) should be used in the
pilot tower. Film fill consists of closely packed layers of lightweight plastic material, normally PVC, arranged in
a honeycomb-like structure. This maximizes the surface area over which water must flow, and thereby
improves evaporation efficiency. However, the increased surface area also encourages deposit formation in
the fill.
5.2.2.2 Deposits may consist of mineral scales formed by evaporation of water, corrosion products and
silt carried into the tower, and microbiological deposits. Biofilms tend to act as a “glue” that encourages other
deposits to adhere to the fill. Because the space between adjacent layers of fill is often quite small, deposited
material may “bridge” the fill and block water flow. This is a serious problem, because film fill cannot be
cleaned chemically unless water can flow through all parts of the fill.
5.2.2.3 Mechanical cleaning, including water lancing, often damages the lightweight fill material. In
addition, the weight of a significant deposit in the film fill can mechanically damage it. Hence, one performance
requirement of any cooling water chemical treatment programme intended for use in a film-fill cooling tower
shall be to prevent bridging of the fill.
5.2.2.4 The condition of film fill in an operating cooling tower can be monitored by using a “fill test box.”
This is simply a section of fill, roughly a 0,6 m (2 ft) cube, enclosed in a supporting box open at the top and
bottom. The box is exposed to the “rain” falling below the fill in the cooling tower, in an accessible location. A
slippery feeling on the fill surfaces, or appearance of a visible deposit layer, indicates fouling conditions in the
fill.
5.2.2.5 A fill test box is a very useful qualitative monitoring tool in an operating cooling tower, but
because of space and size limitations, it may not be practical in a pilot cooling tower. In such cases, it is best
to design the pilot cooling tower so that the actual tower fill can be accessed conveniently for visual and
physical inspection.
5.2.3 Non-heat-transfer metal surfaces
5.2.3.1 Circulating water lines may be carbon steel, copper, brass, fiberglass, polyethylene or
cement-lined. Unless process-side conditions dictate otherwise, heat exchanger shells are usually made of
carbon steel.
5.2.3.2 All corrosion-prone metals that are present in the operating system should be included as
non-heat-transfer test coupons in the pilot study. This is important for two reasons: localized corrosion of
piping systems can lead to unexpected failures; and corrosion product deposits can accumulate on
heat-transfer surfaces, leading to losses in efficiency and opportunities for underdeposit corrosion. Water
treatment chemicals can only provide corrosion protection when the chemicals can reach the metal surfaces.
Unprotected metal areas beneath deposits thus become potential sites for underdeposit corrosion.
5.2.4 Heat exchangers
5.1.4.1 Heat exchanger design is generally focused on process-side requirements and on the actual
process involved (liquid cooling, gas cooling, or condensing). Process heat exchangers are designed to
control the temperature of a process fluid under the most severe expected conditions, that is, the warmest
cooling water and the maximum production rate.
1)
5.2.4.2 Heat exchangers are designed with a built-in fouling factor that allows the unit to produce the
desired process temperature control with some loss of efficiency due to either water- or process-side fouling of
the tubes. For these reasons, process heat exchangers are often oversized. To achieve the desired
process-side outlet temperature control, operators throttle the water flow in response to ambient conditions,
production demands, and the degree of fouling in the heat exchanger. Reducing the water flow rate through
the tubes increases the surface temperature and provides more opportunity for suspended solids to settle on
the tube surfaces and for mineral scale deposits to form. Both of these effects lead to losses in heat-transfer
efficiency and increased opportunities for corrosion of the tubes. See also 9.3.1.
5.2.4.3 One very important function of the chemical water treatment programme is to minimize corrosion
and deposit formation of all kinds on heat exchanger surfaces. In designing a pilot-scale testing programme,
one critical set of parameters involves the configuration of the heat-transfer section. Heat-transfer tubes may
2)
be made of carbon steel, copper, copper alloys, or UNS S30400 and S31600 (types 304 and 316 stainless
steels). If required in petrochemical plants or other locations with severe process-side conditions, heat-transfer
tubes may include a wide variety of other alloys and a few nonmetallic materials.
5.2.4.4 Care should be taken in the selection of the heat exchanger to be modelled. The most
appropriate heat exchanger is the one with a combination of the highest surface temperature and the lowest
velocity, within reason. Some judgment may be required in the selection process.
5.2.4.5 Petrochemical plants sometimes include vertically oriented shell-and-tube heat exchangers.
Because of process requirements, water is often on the shell side in such exchangers. Shell-side water
creates particularly severe corrosion and fouling problems that cannot be satisfactorily simulated in the type of
pilot-scale equipment covered by this part of ISO 16784. This is especially true of vertical shell-side water heat
exchangers.
NOTE As stated in the fourth paragraph of the Scope, shell-side heat exchangers are specifically excluded from this
part of ISO 16784.
1) Fouling factor or fouling thermal resistance refers to the measured resistance to heat transfer caused by a deposit on
a heat-transfer surface. Fouling factor is also used in heat-exchanger design to increase the heat-exchanger surface area
to compensate for the thermal inefficiency expected to occur due to a deposit on the heat-transfer surface. The term
fouling factor is commonly used for both. However fouling thermal efficiency may be substituted for the measured fouling
factor.
2) Metals and Alloys in the Unified Numbering System (latest revision), a joint publication of the American Society for
Testing and Materials (ASTM) and the Society of Automotive Engineers Inc. (SAE), 400 Commonwealth Dr., Warrendale,
PA 15096.
4 © ISO 2006 – All rights reserved
5.2.4.6 Many plant heat exchangers include multi-tube and multi-pass designs. Such designs are difficult to
simulate in a pilot-scale unit. This part of ISO 16784 refers to single-tube, single-pass designs with parameters
selected to simulate the conditions under study in the plant exchanger.
6 Operating parameters
6.1 General
For any given heat exchanger design, the kinetics of fouling and corrosion are controlled by four parameters:
surface temperature, water velocity, residence time, and water quality. Because it is not possible, in a small
pilot-scale unit, to duplicate all of the characteristics of an operating heat exchanger, compromises must be
made in controlling each of these parameters.
6.2 Surface temperature
6.2.1 The surface temperature of the heat-transfer surface controls the rate of temperature-driven corrosion
and fouling reactions. The surface temperature, in turn, is a function of the heat flux, metallurgy, water flow,
and the degree of water- and process-side fouling of the tubes.
6.2.2 During testing of water treatment programmes under the most severe conditions that can realistically
exist in a specific plant, the surface temperature of the heated tube sections in the pilot unit should match the
highest surface temperature in the operating heat exchanger. This temperature can be estimated from
measured water- and process-side flows and temperatures, and the design data for the heat exchanger.
6.3 Water velocity
6.3.1 Water velocity through the heat exchanger tubes determines the rate of transfer of dissolved and
suspended matter between the bulk cooling water and the water film in contact with the tube wall. These
materials can include scaling ions (e.g. calcium and bicarbonate), dissolved ions (the corrosive species in
most cooling water systems), foulants including suspended solids, and the chemical additives designed to
control fouling and corrosion.
6.3.2 Increasing water velocity normally helps to control both fouling and corrosion. Flow rates between
about 1,0 m/s and 2,5 m/s (3 and 8 ft/s) are common. Excessive velocity may cause flow-assisted corrosion,
depending on the tube metallurgy. Lower velocities may be required to closely simulate specific plant heat
exchangers operating with velocities lower than 1 m/s (3 ft/s).
6.4 Residence time
In reference to heat exchangers, residence time is the time that water is exposed to the heat-transfer surfaces
in a specific exchanger, during each cycle through the cooling system. This cannot be exactly duplicated in a
small pilot unit. However, the effect of residence time per unit of heat-transfer length is simulated by matching
surface temperature and flow velocity to field conditions as closely as possible.
7 Water quality
7.1 General
This clause discusses the effects of the quality and availability of make-up water for open cooling water
system operation, performance, and control, emphasizing problems that must be considered when designing
specific pilot cooling water test facilities. The quality of the available make-up water may vary seasonally, or
may be drawn from several different sources. Such variations should be considered.
7.2 Natural versus synthetic water supplies
For practical reasons, most water treatment product development work is performed in the laboratory, using
waters that have been formulated (“synthesized”) to resemble typical natural waters. However, the closer a
product development project comes to actual field use, the more important it is to test on-site, using actual
field water supplies. The reasons for this are given in 7.2.1 to 7.2.3.
7.2.1 Laboratory waters cannot duplicate the organic content of natural waters. Simple organic compounds
are sometimes added in the laboratory to compensate for this, but without much success. Natural lignins and
tannins and process contaminants are site-specific. These materials can have important effects, especially on
the tendency of a water to precipitate mineral scales. Similarly, microbiological contamination from water and
airborne sources cannot be duplicated in the laboratory.
7.2.2 For convenience, laboratory waters are synthesized by dissolving various salts to form stock or
mother solutions, which are then mixed as needed to form test
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 16784-1
Première édition
2006-03-01
Corrosion des métaux et alliages —
Corrosion et entartrage des circuits de
refroidissement à eau industriels —
Partie 1:
Lignes directrices pour l'évaluation pilote
des additifs anticorrosion et antitartre
pour circuits de refroidissement à eau
à recirculation ouverts
Corrosion of metals and alloys — Corrosion and fouling in industrial
cooling water systems —
Part 1: Guidelines for conducting pilot-scale evaluation of corrosion and
fouling control additives for open recirculating cooling water systems
Numéro de référence
©
ISO 2006
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Publié en Suisse
ii © ISO 2006 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives . 1
3 Termes, définitions, symboles et termes abrégés . 2
4 Type d'essai. 2
4.1 Essai en laboratoire et hors site . 2
4.2 Essai sur site. 2
4.3 Essai en ligne . 3
5 Paramètres de conception de l'unité de réception. 3
5.1 Généralités . 3
5.2 Matériaux de construction . 3
6 Paramètres d'exploitation . 5
6.1 Généralités . 5
6.2 Température de peau. 5
6.3 Vitesse de l'eau . 6
6.4 Temps de séjour . 6
7 Qualité de l'eau. 6
7.1 Généralités . 6
7.2 Ressources en eau naturelle ou ressources en eau synthétique . 6
7.3 Eau douce. 7
7.4 Eau de mer et eau saumâtre . 7
7.5 Eau recyclée/réutilisée . 7
7.6 Circuits d'appoint doubles et combinés . 7
8 Contamination. 8
8.1 Généralités . 8
8.2 Fuites. 8
8.3 Matières d'origine biologique. 8
8.4 Matières solides en suspension dans l'air et gaz. 8
9 Paramètres à évaluer dans les unités pilotes.9
9.1 Corrosion. 9
9.2 Encrassement . 10
9.3 Problèmes pratiques dans les circuits en service — Multiplication des problèmes. 12
9.4 Additifs de traitement de l'eau. 12
10 Conception des installations d'essai de performances pilotes. 13
10.1 Objectifs. 13
10.2 Importance de la simulation d'environnements d'application spécifiques . 13
10.3 Compromis nécessaires lors des essais de performances pilotes . 13
11 Exploitation de l'installation pilote. 15
11.1 Documentation relative à la conception. 15
11.2 Répétabilité des résultats et comparaison avec les performances sur le terrain . 15
11.3 Tenue des registres et rapports. 16
Bibliographie . 17
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 16784-1 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 156, Corrosion des métaux et alliages.
L'ISO 16784 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Corrosion des métaux et
alliages — Corrosion et entartrage des circuits de refroidissement à eau industriels:
⎯ Partie 1: Lignes directrices pour l'évaluation pilote des additifs anticorrosion et antitartre pour circuits de
refroidissement à recirculation ouverts
⎯ Partie 2: Évaluation des performances des programmes de traitement d'eau de refroidissement sur banc
d'essai pilote
iv © ISO 2006 – Tous droits réservés
Introduction
Les exigences environnementales, la raréfaction de l'eau ainsi que les pressions économiques contraignent
les installations industrielles et les centrales électriques à allonger les phases d'exploitation, à réduire les
arrêts d'entretien, à restreindre le personnel d'exploitation et à fonctionner avec de plus fortes contraintes sur
les circuits de refroidissement. Le même phénomène se produit pour les systèmes de chauffage, de
ventilation et de climatisation (CVC) du commerce qui doivent également faire face à l'augmentation des
charges thermiques et aux exigences d'alimentation continue en eau de refroidissement sur de longues
périodes des centres de gestion de données, des grandes surfaces, des universités et des complexes de
bureaux.
Ces conditions de plus en plus difficiles exigent la mise en œuvre de programmes de traitement chimique des
eaux de refroidissement qui garantissent une exploitation optimale durable et qui préservent dans le même
temps la durée de vie de l'équipement en inhibant la corrosion, l'entartrage d'origine minérale, l'encrassement
microbiologique et les dépôts d'origines diverses sur les surfaces de transfert de chaleur.
Les caractéristiques de conception et de fonctionnement des circuits de refroidissement diffèrent
considérablement, dans les installations individuelles, d'un site à l'autre et à l'échelle mondiale. La sélection et
l'optimisation des programmes de traitement de l'eau doivent donc constituer un processus propre à chaque
site. Pour la plupart des circuits, l'optimisation du programme de traitement chimique de l'eau de
refroidissement est indispensable à une exploitation durable. L'objet de la présente partie de l'ISO 16784 est
donc d'établir des critères pour l'évaluation pilote des performances des additifs pour eau de refroidissement,
dans des conditions d'exploitation spécifiques du terrain.
La présente partie de l'ISO 16784 est destinée aux propriétaires et opérateurs de circuits de refroidissement,
aux entreprises de traitement des eaux ainsi qu'aux entreprises chargées d'évaluer les performances des
additifs pour eau de refroidissement, dans des conditions d'exploitation propres au terrain.
[4]
La présente partie de l'ISO 16784 a été élaborée sur la base de la NACE RP0300 .
NORME INTERNATIONALE ISO 16784-1:2006(F)
Corrosion des métaux et alliages — Corrosion et entartrage des
circuits de refroidissement à eau industriels —
Partie 1:
Lignes directrices pour l'évaluation pilote des additifs
anticorrosion et antitartre pour circuits de refroidissement
à eau à recirculation ouverts
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 16784 traite des critères à définir et à appliquer dans un programme d'essai pilote
destiné à sélectionner des programmes de traitement de l'eau utilisés pour les circuits de refroidissement à
recirculation.
La présente partie de l'ISO 16784 ne concerne que les circuits de refroidissement à recirculation ouverts. Les
circuits de refroidissement fermés et les circuits à eau de refroidissement non recyclée sont spécifiquement
exclus.
La présente partie de l'ISO 16784 ne s'applique qu'aux circuits comportant des échangeurs de chaleur avec
tubes et calandre à tubes lisses non revêtus et eau de refroidissement côté tubes. Les échangeurs avec eau
côté calandre, les échangeurs à plaques et à joints et les échangeurs spirales, ainsi que les autres dispositifs
d'échange de chaleur sont spécifiquement exclus. Cependant, lorsque les conditions d'essai sont
correctement établies, de manière à simuler la température de peau et la contrainte de cisaillement de
dispositifs de transfert de chaleur plus complexes, les résultats d'essai peuvent permettre d'anticiper le
comportement de ces types d'échangeurs de chaleur en service.
Les critères d'essai établis dans la présente partie de l'ISO 16784 n'ont pas pour objectif d'imposer le type
particulier d'essai au banc et à l'échelle pilote habituellement effectué par les entreprises de traitement des
eaux dans le cadre de leurs programmes de développement de produits brevetés. Les entreprises de
traitement des eaux ont néanmoins la possibilité d'utiliser les critères de la présente partie de l'ISO 16784
comme lignes directrices pour créer leurs propres méthodes d'essai pour le développement de produits.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 8044:1999, Corrosion des métaux et alliages — Termes principaux et définitions
ISO 16784-2, Corrosion des métaux et alliages — Corrosion et entartrage des circuits de refroidissement
industriels — Partie 2: Évaluation des performances des programmes de traitement d'eau de refroidissement
sur banc d'essai pilote
3 Termes, définitions, symboles et termes abrégés
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 8044:1999 ainsi que les
abréviations et symboles suivants s'appliquent.
ASTM: ASTM International
DBO: Demande biologique en oxygène
DCO: Demande chimique en oxygène
Système CVC: Système de chauffage, de ventilation et de climatisation
LPR: Résistance de polarisation linéaire
CIM: Corrosion influencée par les micro-organismes
NACE: NACE International (Fédération des Associations nationales d'ingénieurs en corrosion)
PVC: Polychlorure de vinyle
Rapport S/V: Rapport surface/volume
UNS: Système unifié de numérotation
4 Type d'essai
4.1 Essai en laboratoire et hors site
4.1.1 Un essai en laboratoire ou un essai en d'autres endroits hors site peut, dans certains cas, se révéler
nécessaire pour la sélection des programmes de traitement chimique des eaux de refroidissement. Ce type
d'essai peut être employé pour les programmes de mise en service de nouvelles constructions, dans les cas
où les circuits en service ne sont pas disponibles ou pour l'évaluation d'autres programmes de traitement.
Dans ces cas, il convient d'inclure dans l'évaluation les critères de conception propres au site et les
réglementations environnementales concernant le circuit d'eau de refroidissement. Il convient d'utiliser les
ressources en eau spécifiques du site, chaque fois que cela est possible. Il convient également de respecter
autant que possible tous les critères de la présente partie de l'ISO 16784 relatifs aux compositions de l'eau, à
la configuration de l'unité de réception, à la conception de l'échangeur de chaleur et aux conditions
d'exploitation.
4.1.2 Aucun programme d'essai en laboratoire ou hors site ne peut reproduire intégralement les conditions
de l'installation. Il se peut que certains facteurs spécifiques du site, comme les fuites, le développement
microbiologique, les produits de corrosion, la contamination aérienne, etc., influent sur le fonctionnement des
circuits d'eau de refroidissement et sur les performances des programmes de traitement chimique et annulent
les résultats de laboratoire ou des programmes d'essai hors site.
4.2 Essai sur site
4.2.1 Il convient de procéder autant que possible à l'évaluation sur site des programmes de traitement de
l'eau, en utilisant les ressources en eau, la configuration de circuit et les conditions d'exploitation réelles de
l'installation et, notamment, celles qui ne peuvent être reproduites en laboratoire. Les critères relatifs à ces
conditions sont traités en 9.1.2.
4.2.2 Une attention particulière doit être portée aux règles applicables au site et aux réglementations
environnementales susceptibles d'influer sur les types de produits chimiques qui peuvent être employés, la
quantité autorisée et la composition de l'eau de purge, ainsi que sur les réglementations sur la qualité de l'air
concernant l'évacuation de la tour de refroidissement.
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4.3 Essai en ligne
Il convient, chaque fois que cela est possible, de valider tous les essais pilotes hors site, en laboratoire et sur
site, en contrôlant les résultats de performances réels en ligne. Les unités pilotes peuvent être adaptées pour
le travail en ligne, en utilisant comme alimentation un conduit secondaire provenant du circuit d'eau de
refroidissement de l'installation, court-circuitant la tour de refroidissement de l'unité pilote. Ce type d'essai en
ligne sert à valider les essais hors ligne/en laboratoire. Les circuits de refroidissement peuvent être évalués
en ligne; cependant, les données obtenues résulteront de la combinaison du traitement déjà existant et de
tous les produits chimiques additionnels qui auront été ajoutés pendant la période d'évaluation. De cette
manière, l'essai en ligne peut servir à optimiser le programme de traitement afin de répondre aux exigences
spécifiques de l'installation. Par exemple, il est possible d'ajouter un produit chimique de traitement par petites
quantités, juste en amont de l'échangeur de chaleur d'essai, pour mesurer les effets des dosages croissants
d'additifs ou les effets synergiques potentiels d'un nouveau produit ajouté au programme de traitement
existant.
5 Paramètres de conception de l'unité de réception
5.1 Généralités
Avant de concevoir un programme d'évaluation d'un produit de traitement de l'eau à l'échelle pilote, il est
impératif d'évaluer minutieusement la conception mécanique et le fonctionnement de chaque circuit d'eau de
refroidissement. Il peut se révéler assez difficile de simuler avec précision une charge thermique critique ou
une configuration de débit d'eau spécifique de l'installation. La contamination dans la tour de refroidissement
pilote peut ne pas se développer de la même manière que dans les circuits de l'installation; il peut donc être
nécessaire de faire certains compromis. Dans tous ces cas cependant, la conception et l'exploitation de
l'installation doivent être approfondies le plus possible, et les écarts notés dans les rapports d'essai.
5.2 Matériaux de construction
5.2.1 Tours de refroidissement
5.2.1.1 Les petits bassins de tour de refroidissement peuvent être non revêtus ou revêtus de plastique,
être en acier galvanisé à basse teneur en carbone ou en acier inoxydable. Les grands bassins de tour sont
généralement en béton. Le système de garnissage produisant le ruissellement peut être en bois, en
céramique ou en plastique. Il n'est pas nécessaire que la tour de refroidissement pilote reproduise la
conception des tours de l'installation. Cependant, si le circuit de l'installation contient de l'acier galvanisé, il
convient d'incorporer de l'acier galvanisé comme matériau d'essai de transfert non thermique dans le circuit
pilote.
5.2.2 Exigences particulières pour le film de garnissage
5.2.2.1 Si les tours de l'installation contiennent du film de garnissage, il convient d'utiliser une partie de
ce même garnissage (si disponible) dans la tour pilote. Le film de garnissage est composé de plusieurs
couches de matériau de plastique léger, étroitement empilées, habituellement en PVC, agencées en structure
alvéolaire. Ce procédé permet de maximiser la surface sur laquelle l'eau doit circuler et, par conséquent,
d'améliorer l'effet d'évaporation. Cependant, l'augmentation de cette surface favorise également la formation
de dépôts dans le garnissage.
5.2.2.2 Les dépôts peuvent être composés de tartres d'origine minérale formés par l'évaporation de l'eau,
par des produits de corrosion et de la vase transportés vers la tour, et par des dépôts microbiologiques. Les
films biologiques ont tendance à agir comme de la «colle» qui favorise l'adhérence de nouveaux dépôts sur le
garnissage. Comme l'espace entre les couches de garnissage adjacentes est souvent assez réduit, les
matières déposées peuvent boucher le garnissage et empêcher l'écoulement de l'eau. Ce problème est assez
grave, puisque le film de garnissage ne peut être nettoyé par voie chimique que si l'eau circule à travers
toutes ses parties.
5.2.2.3 Le nettoyage mécanique, y compris par aspersion d'eau, endommage souvent le matériau léger
du garnissage. De plus, si le dépôt sur le film de garnissage est important, son poids peut provoquer une
détérioration mécanique. L'une des exigences de performance de tout programme de traitement chimique de
l'eau de refroidissement destinée à être utilisée dans une tour de refroidissement équipée d'un film de
garnissage doit donc être d'empêcher le bouchage du garnissage.
5.2.2.4 L'état du film de garnissage d'une tour de refroidissement en service peut être contrôlé en
utilisant un «caisson d'inspection du garnissage». Ce caisson est constitué simplement d'un morceau du
garnissage, ayant la forme d'un cube d'environ 0,6 m (2 ft) de côté, enfermé dans un caisson support dont les
parties supérieure et inférieure sont ouvertes. Le caisson est exposé à la «pluie» qui tombe sous le
garnissage dans la tour de refroidissement, à un endroit facilement accessible. Lorsque les surfaces du film
deviennent glissantes au toucher ou qu'une couche de dépôt apparaît sur le garnissage, c'est que le
garnissage à l'intérieur est encrassé.
5.2.2.5 Le caisson d'inspection du garnissage est un outil de contrôle qualitatif très utile dans une tour de
refroidissement en service. Néanmoins, en raison des contraintes d'espace et de taille, il peut parfois ne pas
être utilisable dans une tour de refroidissement pilote. Si tel est le cas, il est recommandé de concevoir la tour
de refroidissement pilote de manière que le garnissage réel de la tour puisse être facilement accessible pour
une inspection visuelle et physique.
5.2.3 Surfaces métalliques de transfert non thermique
5.2.3.1 Les lignes de circulation d'eau peuvent être en acier au carbone, en cuivre, en laiton, en fibre de
verre ou revêtues intérieurement de ciment. Les calandres des échangeurs de chaleur sont généralement en
acier au carbone, à moins que les conditions côté process n'imposent un autre matériau.
5.2.3.2 Il convient d'inclure dans l'étude pilote, sous la forme de coupons d'essai de transfert non
thermique, tous les métaux sujets à la corrosion présents dans le circuit en service. Cela est important pour
deux raisons: une corrosion localisée de la tuyauterie peut provoquer des défaillances inattendues, et des
dépôts de produits de corrosion peuvent s'accumuler sur les surfaces de transfert de chaleur, entraînant des
baisses de rendement et favorisant la corrosion sous dépôt. Les produits chimiques de traitement de l'eau ne
peuvent protéger de la corrosion que s'ils entrent en contact avec les surfaces métalliques. Les zones de
métal non protégées, situées sous les dépôts, deviennent alors des foyers potentiels de corrosion sous dépôt.
5.2.4 Échangeurs de chaleur
5.2.4.1 La conception d'un échangeur de chaleur est généralement axée sur les exigences côté process
et sur le process réel impliqué (refroidissement liquide, refroidissement gazeux ou par condensation). Les
échangeurs de chaleur de process sont conçus pour contrôler la température d'un fluide de process dans les
conditions potentielles les plus difficiles, c'est-à-dire avec une eau de température maximale et à un taux de
production maximal.
1)
5.2.4.2 Les échangeurs de chaleur sont conçus avec un facteur d'encrassement prédéfini qui permet à
l'unité d'atteindre le niveau de température de désiré, malgré une certaine perte d'efficacité due à
l'encrassement des tubes côté eau ou côté process. Pour ces raisons, les échangeurs de chaleur de process
sont souvent surdimensionnés. Pour atteindre le niveau de température de sortie désiré côté process, les
techniciens régulent le débit de l'eau en fonction des conditions ambiantes, des demandes de production et
du degré d'encrassement dans l'échangeur de chaleur. Réduire le débit de l'eau dans les tubes provoque
l'augmentation de la température de peau et favorise la fixation des matières solides en suspension sur la
surface des tubes, ainsi que la formation de dépôts de tartre d'origine minérale. Ces deux facteurs entraînent
des pertes d'efficacité dans l'échange de chaleur et favorisent la corrosion des tubes. Voir également 9.3.1.
1) Le facteur d'encrassement, ou résistance thermique d'encrassement, fait référence à la résistance mesurée au
transfert de chaleur, provoquée par un dépôt sur une surface de transfert de chaleur. Le facteur d'encrassement est
également utilisé lors de la conception des échangeurs de chaleur pour augmenter la surface de l'échangeur de chaleur
afin de compenser la perte d'efficacité thermique prévue, provoquée par un dépôt sur la surface de transfert de chaleur.
Le terme facteur d'encrassement est habituellement utilisé dans les deux cas. Le terme efficacité thermique
d'encrassement peut cependant être substitué au facteur d'encrassement mesuré.
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5.2.4.3 L'une des fonctions essentielles du programme de traitement chimique de l'eau est de minimiser
la corrosion et la formation de dépôts en tout genre sur les surfaces des échangeurs de chaleur. Lors de la
conception d'un programme d'essai pilote, l'une des séries de paramètres critique porte sur la configuration
de la section de transfert de chaleur. Les tubes de transfert de chaleur peuvent être en acier au carbone, en
2)
cuivre, en alliages de cuivre ou en UNS S30400 et S31600 (aciers inoxydables des types 304 et 316). Dans
les usines pétrochimiques ou d'autres endroits où les conditions côté process sont difficiles, les tubes de
transfert de chaleur peuvent, selon les besoins, comprendre une large variété d'autres alliages et quelques
matériaux non métalliques.
5.2.4.4 Il convient d'être rigoureux dans la sélection de l'échangeur de chaleur qui doit être modélisé.
L'échangeur de chaleur le plus adapté est celui qui allie la plus grande température de peau avec la vitesse la
plus lente, dans la limite du raisonnable. L'étape de la sélection réclame donc un certain bon sens.
5.2.4.5 Les usines pétrochimiques possèdent parfois des échangeurs de chaleur à calandre et à tubes
orientés verticalement. En raison des exigences de process, l'eau se trouve souvent du côté calandre dans
ces échangeurs. L'eau côté calandre provoque une corrosion et des problèmes d'encrassement
particulièrement importants, qui ne peuvent être convenablement simulés par le type d'équipement pilote
couvert par la présente partie de l'ISO 16784. Cela est particulièrement vrai pour les échangeurs de chaleur
verticaux avec eau du côté calandre.
NOTE Par conséquent, les échangeurs de chaleur avec eau du côté calandre sont spécifiquement exclus de la
présente partie de l'ISO 16784, comme spécifié dans le quatrième paragraphe du Domaine d'application.
5.2.4.6 Beaucoup d'échangeurs de chaleur de terrain sont de conceptions multitubes et multipasses. Ces
conceptions sont difficiles à simuler dans une unité pilote. La présente partie de l'ISO 16784 concerne les
conceptions à simple tube et à simple passe, avec des paramètres sélectionnés pour simuler les conditions
étudiées de l'échangeur de terrain.
6 Paramètres d'exploitation
6.1 Généralités
Quelle que soit la conception de l'échangeur de chaleur, la cinétique de l'encrassement et de la corrosion est
contrôlée par quatre paramètres: la température de peau, la vitesse de l'eau, le temps de séjour et la qualité
de l'eau. Comme il est impossible de reproduire dans une petite unité pilote toutes les caractéristiques d'un
échangeur de chaleur en service, des compromis doivent être faits pour le contrôle de chacun de ces
paramètres.
6.2 Température de peau
6.2.1 La température de peau de la surface de transfert de chaleur détermine la vitesse des réactions de
corrosion et d'encrassement entraînées par la température. Inversement, la température de peau est fonction
du flux de chaleur, de la composition métallique, du débit de l'eau et du degré d'encrassement des tubes, côté
eau et côté process.
6.2.2 Pendant les essais de programmes de traitement de l'eau, effectués dans les conditions les plus
extrêmes que l'on puisse trouver dans une installation spécifique, il convient de faire coïncider la température
de peau des sections de tubes chauffées de l'unité pilote avec la température de peau la plus élevée dans
l'échangeur de chaleur en service. Cette température peut être estimée à partir des valeurs de débit et de
température, côté eau et côté process, et des données de conception de l'échangeur de chaleur.
2) Metals and Alloys in the Unified Numbering System (dernière révision), une copublication de l'ASTM (American
Society for Testing and Materials) et de la SAE (Society of Automotive Engineers Inc.), 400 Commonwealth
Dr., Warrendale, PA 15096, États-Unis.
6.3 Vitesse de l'eau
6.3.1 La vitesse de l'eau circulant dans les tubes de l'échangeur de chaleur détermine le taux de transfert
des matières dissoutes et en suspension entre l'eau de refroidissement dans son ensemble et le film d'eau en
contact avec la paroi métallique. Ces matières peuvent contenir des ions incrustants (par exemple calcium et
bicarbonate), des ions dissous (agent de corrosion dans la plupart des circuits d'eau), des agents
d'encrassement, comme les matières solides en suspension, et les additifs chimiques conçus pour enrayer
l'encrassement et la corrosion.
6.3.2 Augmenter la vitesse de l'eau contribue habituellement à enrayer l'encrassement et la corrosion. Les
débits habituels oscillent entre 1 m/s et 2,5 m/s (3 ft et 8 ft). Une vitesse excessive peut provoquer une
érosion-corrosion, en fonction de la composition métallique des tubes. Des vitesses plus lentes peuvent être
nécessaires pour simuler précisément certains échangeurs de chaleur spécifiques en service dans une
installation à des vitesses inférieures à 1 m/s (3 ft/s).
6.4 Temps de séjour
Dans le domaine des échangeurs de chaleur, le temps de séjour est le temps pendant lequel l'eau est
exposée aux surfaces de transfert de chaleur dans un échangeur donné, pendant chaque cycle, à l'intérieur
du circuit de refroidissement. Le temps de séjour ne peut être exactement reproduit dans une petite unité
pilote. Cependant, l'effet du temps de séjour par unité de longueur de transfert de chaleur se simule en
adaptant le plus précisément possible la température de peau et la vitesse d'écoulement aux conditions de
terrain.
7 Qualité de l'eau
7.1 Généralités
Le présent article traite des effets de la qualité et de la disponibilité de l'eau d'appoint sur l'exploitation, les
performances et le contrôle des circuits d'eau de refroidissement, en insistant sur les problèmes qui doivent
être pris en compte lors de la conception d'une installation pilote d'essai d'eau de refroidissement spécifique.
La qualité de l'eau d'appoint disponible peut varier selon les saisons ou l'eau peut provenir de sources
différentes. Il convient de tenir compte de telles variations.
7.2 Ressources en eau naturelle ou ressources en eau synthétique
Pour des raisons pratiques, la plupart des travaux de développement de produits de traitement de l'eau sont
effectués en laboratoire, en utilisant des eaux qui ont été composées («synthétisées») pour se rapprocher des
eaux naturelles typiques. Cependant, plus le projet de développement d'un produit se rapproche de
l'utilisation réelle sur le terrain, plus il est important d'effectuer des essais sur site, en utilisant les ressources
réelles en eau du terrain. Cela est justifié par plusieurs raisons données en 7.2.1 à 7.2.3.
7.2.1 Les eaux de laboratoire ne peuvent pas reproduire le contenu organique des eaux naturelles.
Certains composés organiques simples sont parfois ajoutés en laboratoire pour compenser ce manque, mais
sans grand succès. Les lignines et les tannins naturels, ainsi que les contaminants de process sont propres
au site. Ces matières peuvent avoir des effets très importants, particulièrement sur la tendance d'une eau à
précipiter les tartres d'origine minérale. De la même manière, la contamination microbiologique provenant de
l'eau ou de l'air ne peut être reproduite en laboratoire.
7.2.2 Pour des raisons pratiques, les eaux de laboratoire sont synthétisées en dissolvant différents sels
pour former des solutions mères, qui sont alors mélangées selon les besoins pour former les eaux d'essai.
Les eaux obtenues de cette façon contiennent toujours plus de matières solides dissoutes et présentent donc
une conductivité supérieure à celle des eaux naturelles qui dérivent leur teneur minérale de la dissolution
lente des oxydes et des carbonates. Pour cette raison, les eaux de synthèse sont généralement plus
corrosives que les ressources naturelles correspondantes. Cette différence peut influer considérablement sur
les performances du produit, particulièrement si l'application prévue a des ressources en eau douce à faible
teneur en matières solides dissoutes.
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7.2.3 Les eaux naturelles sont parfois expédiées vers les laboratoires pour des essais d'eau de
refroidissement, ce qui peut régler partiellement les problèmes mentionnés plus haut. Cependant, les niveaux
d'alcalinité, le pH et la nature microbiologique de l'eau changent tous lorsque l'eau stagne, et même des eaux
naturelles stockées en bidons peuvent quelquefois ne pas reproduire fidèlement les conditions de terrain.
7.3 Eau douce
Chaque type d'eau — douce, de dureté intermédiaire, ou dure — engendre des problèmes spécifiques
lorsque cette eau est utilisée dans des circuits de tours de refroidissement. Ces problèmes doivent être
résolus par des programmes de traitement de l'eau adaptés à la composition chimique de l'eau du circuit. La
qualité et la disponibilité de l'eau varient considérablement dans le monde. La teneur en minéraux, les
matières organiques, les autres contaminants et les cycles de concentration influent tous sur les opérations
de traitement de l'eau.
7.4 Eau de mer et eau saumâtre
Des teneurs élevées en matières solides dissoutes rendent ces eaux très corrosives et exigent des
programmes de traitement spécialement conçus. Leur alcalinité et leur dureté sont souvent basses et
l'entartrage d'origine minérale peut donc y être moins important que dans certaines ressources en eau douce.
L'eau de mer est habituellement utilisée dans les circuits d'eau non recyclée, mais l'eau saumâtre peut être
concentrée pour conserver l'eau et réduire les opérations de purge. La contamination microbiologique doit
être prise en compte dans l'essai pilote de ce type d'eau, et les métaux utilisés doivent être adaptés aux
conditions du site.
7.5 Eau recyclée/réutilisée
L'utilisation d'effluents d'eaux usées complémentaires et de sources d'eaux résiduaires de l'installation
comme eau d'appoint pour les tours de refroidissement est reconnue comme un moyen efficace d'économiser
l'eau douce et de minimiser les rejets d'eau résiduaire. Les problèmes spécifiques engendrés par ce type de
ressources en eau sont, entre autres, l'ammoniac, les niveaux élevés en phosphates et les demandes
biologique et chimique en oxygène (DBO et DCO). Ces eaux sont particulièrement instables et ne peuvent
pas être expédiées en laboratoire pour des essais fiables.
L'utilisation d'eaux résiduaires recyclées sur place comme eau d'appoint est aussi reconnue comme moyen
efficace d'économiser l'eau douce et de réduire le plus possible les rejets d'eau résiduaire. Ces sources d'eau
engendrent cependant des problèmes particuliers, notamment une grande variété de constituants
inorganiques et organiques, une demande chimique et une demande biologique d'oxygène (DCO et DBO)
selon le process fournissant l'eau résiduaire et également les process de traitement de ces eaux.
7.6 Circuits d'appoint doubles et combinés
Certaines installations utilisent deux sources d'eau d'appoint radicalement différentes, par exemple de l'eau
recyclée et de l'eau du réseau municipal, ou de l'eau de surface et de l'eau souterraine (de puits). Les
différentes ressources peuvent être utilisées simultanément, ou l'une peut constituer une eau «de réserve».
Ce système implique une composition variable de l'eau en circulation, difficile à simuler en laboratoire. Dans
ces cas, l'essai pilote sur site est le seul moyen pratique d'évaluer les additifs d'eau de refroidissement.
8 Contamination
8.1 Généralités
La contamination de l'eau de refroidissement en circulation par des matières solides en suspension dans l'air,
des gaz, des matières solides microbiologiques et des matériaux de process peut considérablement influer
sur les performances du circuit et sur le rendement d'exploitation. Les contaminants peuvent créer des
problèmes d'encrassement et de corrosion pouvant réduire fortement les performances des additifs chimiques
à l'eau de refroidissement. Dans la plupart des cas, les contaminants des circuits ne peuvent pas être testés
hors site. Il est donc très important de déceler l'éventuelle présence de contaminants dans le circuit dans
lequel les additifs sont évalués. Le protocole d'essai doit tenir compte de ces contaminants et évaluer leurs
effets sur les performances de l'additif.
8.2 Fuites
Les fuites sont courantes dans les installations industrielles. Le sulfure d'hydrogène (H S), l'ammoniac, le
pétrole dans les raffineries de pétrole, une grande variété de produits chimiques organiques et inorganiques
dans les usines chimiques, les fines de coke et la calamine dans les usines sidérurgiques, etc., engendrent
tous des problèmes de traitement de l'eau qui doivent être gérés par le programme de traitement de l'eau. Les
contaminants peuvent interagir avec les composants normaux de l'eau, avec les matières solides en
suspension et avec les produits chimiques de traitement de l'eau, et engendrer par la suite des problèmes
secondaires d'encrassement et de corrosion. Ces problèmes sont propres au site et très difficiles à simuler en
laboratoire.
8.3 Matières d'origine biologique
La contamination biologique de l'eau d'appoint, les fuites et les sources aériennes doivent être prises en
compte dans la conception de tous les programmes de traitement de l'eau. Pertes de transfert de chaleur,
diminutions de débit et corrosion sous dépôt d'origine microbiologique, tous ces phénomènes doivent être pris
en compte. Les matières microbiologiques constituent souvent le liant qui fait adhérer les autres dépôts aux
surfaces métalliques; le contrôle microbiologique occupe donc une partie essentielle de tout programme de
traitement de l'eau. Ces problèmes sont particulièrement difficiles à simuler parce qu'ils sont propres au site et
que les sources microbiologiques, mêmes si elles peuvent être transportées, sont instables et impossibles à
reproduire en laboratoire.
8.4 Matières solides en suspension dans l'air et gaz
Pour des raisons évidentes, l'air d'un environnement contrôlé de laboratoire ne peut pas être le même que
l'air soufflant à travers une tour de refroidissement dans une installation en service. Dans une raffinerie de
pétrole, par exemple, les gaz d'ammoniac et de sulfure d'hydrogène peuvent influer sur le contrôle du pH et
sur l'activité microbiologique. La saleté, les fines de coke et les autres matières solides aériennes s'ajoutent
aux matières solides en suspension. Les ventilateurs d'extraction peuvent rejeter des fumées de cuisine vers
des tours de refroidissement des systèmes CVC du commerce. Ces contaminants et d'autres du même genre
peuvent avoir des effets majeurs sur les performances des programmes de traitement de l'eau. L'identification
d'une contamination aérienne spécifique est un facteur essentiel de tout programme d'essai pilote, et cette
contamination ne peut pas être facilement reproduite en laboratoire.
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9 Paramètres à évaluer dans les unités pilotes
9.1 Corrosion
9.1.1 Commentaire général
La corrosion est le principal facteur qui détermine la durée de vie d'un équipement utilisant l'eau.
Réciproquement, la durée de vie est un paramètre de conception clé des équipements utilisés dans les
circuits d'eau de refroidissement. Les circuits en service peuvent comporter des matériaux de construction
différents. Il convient de déterminer les critères de corrosion de chaque composition métallique critique. Les
programmes de traitement de l'eau doivent être sélectionnés de façon à protéger les métaux exposés à l'eau
dans le circuit potentiellement sujet à la corrosion. Le programme d'essai pilote doit comporter des mesurages
de la corrosion sur chacun de ces métaux, y compris, le cas échéant, sur les deux surfaces de transfert,
thermique et non thermique.
9.1.2 Critères pour les évaluations de la corrosion
Les critères utilisés pour l'évaluation des performances
...
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