ISO TR 10217-1989 Solar energy water heating systems guide to material selection with regard to internal corrosion《太阳能 热水系统 与内部腐蚀相关的材料选择指南》.pdf

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1、RAPPORT TECHNIQUE IS0 TR 10217 Premiere edition 1989-09- 15 nergie solaire - Systme de production deau chaude - Guide pour le choix de matriaux vis-vis de la corrosion interne Solar energy - Water heating systems - Guide to material selection with regard to internal corrosion Reference number ISO/TR

2、 10217 : 1989 (F) ISO/TR 10217 : 1989 (FI Avant-propos LISO (Organisation internationale de normalisation) est une fdration mondiale dorganismes nationaux de normalisation (comits membres de IISO). Llaboration des Normes internationales est en gnral confie aux comits techniques de IISO. Chaque comit

3、 membre intress par une tude a le droit de faire partie du comit technique cr cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec IISO participent gaiement aux travaux. LISO col- labore troitement avec la Commission lectrotechnique internationale (

4、CE11 en ce qui concerne la normalisation lectrotechnique. La tche principale des comits techniques de IISO est dlaborer les Normes inter- nationales. Exceptionnellement, un comit technique peut proposer la publication dun rapport technique de lun des types suivants: - type 1: lorsque, en dpit de mai

5、nts efforts au sein dun comit technique, laccord requis ne peut tre ralis en faveur de la publication dune Norme interna- tionale; - technique et requiert une plus grande exprience; type 2: lorsque le sujet en question est encore en cours de dveloppement - type 3: lorsquun comit technique a runi des

6、 donnes de nature diffrente de celles qui sont normalement publies comme Normes internationales (ceci pouvant comprendre des informations sur Itat de la technique, par exemple). La publication des rapports techniques dpend directement de lacceptation du Conseil de IISO. Les rapports techniques des t

7、ypes 1 et 2 font lobjet dun nouvel examen trois ans au plus tard aprhs leur publication afin de dcider ventuellement de leur transfor- mation en Normes internationales. Les rapports techniques du type 3 ne doivent pas ncessairement tre rviss avant que les donnes fournies ne soient plus juges vala- b

8、les ou utiles. LISO/TR 10217, rapport technique du type 3, a t labor par le comit technique ISO/TC 180, Energie solaire. Lannexe A du prsent Rapport technique est donne uniquement titre dinfor- mation. O IS0 1989 Droits de reproduction r6servBs. Aucune partie de cette publication ne peut etre reprod

9、uite ni utilisBe sous quelque forme que ce soit et par aucun procd6, Blectronique ou mBcanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans laccord crit de Iditeur. Organisation internationale de normalisation Case postale 56 O CH-121 1 Genhve 20 Suisse Imprim en Suisse RAPPORTTECHNIQUE ISO/TR 1

10、0217 : 1989 (F) nergie solaire - Systme de production deau chaude - Guide pour le choix de matriaux vis-vis de la corrosion interne 1 Domaine dapplication Le prsent Rapport technique constitue une discussion sur les paramtres qui jouent un rle sur la corrosion interne des syst- mes solaires de produ

11、ction deau chaude. Les sujets suivants ne sont pas traits dans le prsent Rapport technique : - mres (plastiques et caoutchouc) et les fluides; - des absorbeurs de capteurs solaires; - toxicit des fluides caloporteurs. les problmes de compatibilit entre matriaux poly- les risques de corrosion des cof

12、fres et de la face externe les questions dhygine et de scurit, en particulier la Dans de nombreux domaines, le problme de la corrosion est difficile traiter car il revt plusieurs aspects. Dans le cas des circuits solaires, la prvention de la corrosion ne peut - - la temprature; les couples de mtaux

13、(couples galvaniques); - la circulation du fluide; - - le taux doxygne dissous dans le fluide; le taux dions agressifs dans le fluide. 2.2 Les materiaux concerns sont: - les matriaux dabsorbeurs; - - les fluides; - les produits de soudure. les matriaux des raccords et des tuyaux; 2.3 Les caracterist

14、iques fonctionnelles du systme sont : - - stockage; - la tenue la pression; lefficacit du transfert thermique entre le soleil et le la tenue aux tempratures extrmes (leve et basse). 2.4 Les causes de dgradation (cest-dire les possiblits pour lagent de dgradation dagir sur les matriaux pour affai- bl

15、ir leurs caractristiques fonctionnelles ou celles du systme) sont : - tions dutilisation du systme); - vice du systme; - un dfaut de maintenance. un mauvais choix de conception (matriaux et condi- la dgradation des matriaux au cours de la vie en ser- 3 Analyse Les dommages dus B la corrosion interne

16、 dans les circuits solai- res sont gnralement dtects trop tard : ils apparaissent donc comme des probkmes graves, ncessitant le remplacement de parties importantes de linstallation 31, mais les tudes patholo- giques 12.131 donnent peut dinformations sur ce sujet; une ins- pection visuelle, mme compl

17、te dune entrevue avec Iutilisa- teur, ne permet pas de mettre en vidence la corrosion interne en marche, avant la premire perforation. Parmi les sinistres rapports, une bonne part est lie B Iutilisa- tion dabsorbeurs en aluminium sans prcaution SI. 1 ISO/TR 10217 : 1989 (FI Plusieurs documents trait

18、ent le problme de la corrosion comme il a t prsent plus haut: cest une question qui concerne tout le systme, et on insiste sur la conception initiale et les recommandations sur le choix des matriaux comme moyen de se prmunir contre les dgts de la corrosion 2.111. Mme dans les documents normatifs, la

19、 question est parfois laisse lapprciation des expertslol. Une table des condi- tions acceptables et inacceptables peut regrouper toutes les donnes du systme : paramtres de linstallation, couples mtal/fluide et association de mtaux 1,4l. Cependant, il apparat un besoin rel dessais spcifiques pour prd

20、ire avec une meilleure fiabilit la dure de vie en service de linstallation. Des essais de corrosion pratiqus de facon classi- que dans les laboratoires pour permettre dtudier la compatibi- lit mtal/fluide 141, et des essais spcifiques sont exprimen- ts pour tenir compte des particularits des systmes

21、 solaires5,8l. Aux Etats-Unis, de tels essais sont normaliss61. Un autre type dessai est aussi pratiqu dans plusieurs labora- toires; il simule les conditions de service, gnralement grce des boucles exprimentales 7,81 et parfois des circuits rels 191. Cependant, la plupart des documents 2.3,4.5.10r1

22、1,151 insistent sur la ncessit dun bon programme de maintenance pour vi- ter la dgradation du fluide caloporteur (circuits non ars), lentre deau (fluides organiques), les effets de Irosion, etc. 4 Procdure propose pour se prmunir contre les dgts de la corrosion interne Ces tableaux sont probablement

23、 suffisants pour vrifier la bonne conception du systme, mais ils ninforment pas sur la durabilit des matriaux pendant leur vie en uvre (matriaux dabsorbeur, matriaux de canalisation et fluides). Aussi, quelques essais connus sont proposs pour apprcier leffet du facteur temps sur les matriaux. Ces es

24、sais, qui ont t expriments dans diffrents laboratoires 15.8.91 peuvent galement tre utiliss dans les cas de choix de conception o les tableaux recommandent une tude dtaille. 4.2.1 Pour apprcier le comportement du fluide aux tempratures leves, il existe des essais de laboratoire5,81: un couple fluide

25、/mtal peut tre soumis une temprature leve, jusqu 100 OC, dans un container en verre la pression atmo- sphrique, ou dans un autoclave pour des tempratures sup- rieures. Aprs ce vieillissement, la corrosion du mtal est mesu- re par perte de masse et inspection visuelle, et le fluide est analys. Le pro

26、cessus de vieillissement est dcrit dans IASTM E 745171 et les essais de caractrisation sont tradition- nels. Essai sur le couple fluide/mtal Des mesures lectrochimiques sont envisageables sur plusieurs mtaux, en particulier ceux qui sont sensibles la corrosion par piqres, en utilisant le fluide dgra

27、d comme milieu liquide. Cet essai nest pas spcifique des applications solaires et les proc- dures dessais traditionnelles sont utilisables. Lorsque le mat- riau de canalisation est le laiton, la rsistance la dzincification peut tre dtermine par la mthode dessai donne dans IISO 6509r161. 4.1 Gnbralit

28、s 4.2.2 Essais sur circuit Daprs la revue bibliographique, il apparat clairement quune procdure, pour se protger des effets de la corrosion interne, doit comporter deux tapes qui sont : a) tion; b) des recommandations sur la conception de Iinstalla- des recommandations sur la maintenance. La premire

29、 tape doit donner des indications sur ces condi- tions de service acceptables, savoir : modes de fonctionne- ment du systme, associations mtal/fluide, etc. Parfois, des tests peuvent tre ncessaires pour conclure et des mthodes recommandes ont dj t normalises. La deuxihe tape regroupe les recommandat

30、ions de mainte- nance pour garantir la prennit des bonnes conditions slec- tionnes en suivant les indications de la premire tape. 4.2 Recommandations sur la conception Quand les choix de conception de linstallation ont t dtermi- ns, cest-dire le type de circuit (ar ou non ar), le mat- riau dabsorbeu

31、r, le matriau des canalisations, le type de fluide et sa composition, la vitesse de circulation, etc., les tableaux 1 et 2 sont utiliss pour vrifier si les paramtres du systme conduisent des conditions acceptables ou inacceptables vis- -vis de la corrosion. Ces deux tableaux regroupent des informati

32、ons publies prc- demment dans les rfrences bibliographiques 1 et 4. Une autre mthode dessai consiste raliser une boucle dessai dans laquelle les chantillons mtalliques sont des tubes faisant partie du circuit, et O le fluide tudi circule. La temp- rature et la vitesse de circulation sont des paramtr

33、es de lessai et la corrosion est value par mesures de pertes de masse et ventuellement par mesures lectrochimiques 181. Le circuit est dcrit dans IASTM E 745171. 4.3 Recommandations sur la maintenance Les recommandations sur la maintenance doivent tenir compte des informations recueillies dans des i

34、nstallations relles en plus des connaissances scientifiques sur la compatibilit fluides/mtaux et sur la dgradation des fluides caloporteurs. La procdure suivante rsume les indications contenues dans plusieurs documents2,3,4.5,11.151, 4.3.1 Le systme et ses constituants doivent tre protgs de la conta

35、mination et des surchauffes pendant le stockage, Iinstal- lation, et avant le remplissage. Si le fluide caloporteur est aqueux, rincer lensemble avec de leau; si le fluide caloporteur est organique, rincer lensemble avec un fluide organique adquat. Aussitt aprs ce rincage, un essai de tenue la press

36、ion est ralis. Le rincage et lpreuve la pression sont immdiatement suivis du remplis- sage en fluide caloporteur. Operations de mise en service 2 ISO/TR 10217 : 1989 (FI Matriau dabsorbeur II est recommand dutiliser des mlanges prts B lemploi de fluides antigels, sous la responsabilit des fabricants

37、. Les pertes dues B Ivaporation deau peuvent tre compenses par addition deau ordinaire, sauf prconisation contraire du fournisseur du fluide. Fluide aqueux (ventuellement glycol) Matriaux des raccords Fluide et des canalisations Avec Vitesse Tempra- Organique Acier Non trait inhibiteurs pH ture, OC

38、Cuivre Acier galvanis Polymre m/s 4.3.2 Fonctionnement et arrQt du circuit solaire sans Cu + + sans CI- Aluminium sans Fe+ + 8 galvanis 8 Acier Acier O 31 O 31 61 55 Ira3 12 inoxydable CI- 50 ppm CI- 50 ppm 4.3.3 Contrdle annuel sans eau O 1) 0 21.7) 0 2). 71 sans eau 21.71 21, 7) sans eau Le circui

39、t SOhe actif doit rester toujours plein, prt fonction- ner mme pendant les mois dhiver. Certains composants dans le fluide caloporteur peuvent en effet se concentrer dans les systmes partiellement ou totalement vids, du fait de la vapori- sation du fluide caloporteur. Dans ce cas, la protection cont

40、re la corrosion assure par les inhibiteurs devient impossible. Si un arrt ou une vidange du systme est ncessaire, par exemple pour rparation, il est recommand de couvrir la sur- face du capteur pour viter la surchauffe. Les rparations doi- vent tre programmes de telle sorte que Ibullition du fluide

41、caloporteur soit empche de facon efficace et que le remplis- sage intervienne le plus vite possible. Si la quantit du fluide diminue, B cause de fuites, il faut alors rtablir le niveau avec le mme fluide caloporteur. Un contrle annuel de Iinstallation doit etre mene par un pro- fessionnel. Les oprat

42、ions suivantes doivent constituer ces contrles: a) vrifier le niveau du fluide; b) vrifier les purgeurs; c) prlever un chantillon du fluide caloporteur pour vrifier - le pH, - la temprature de solidification, - la rserve dalcalinit, - les traces mtalliques en suspension. Pour les absorbeurs en alumi

43、nium, il est recommand de rem- placer le fluide tous les deux ans. Cuivre sans NH4+ Tableau 1 - Associations matriadfluide en circuit non ar 1,22 0 2). 71 Lgende Condition acceptable (si la clause restrictive ventuelle est respecte) tude dtaille ou essai ncessaire Condition inacceptable 1) viter le

44、contact direct au niveau des raccords utiliss, utiliser linhibiteur adapt. 2) Pour les raccords en sortie de capteurs, tenir compte de la temprature de stagna- tion du capteur. 3) La nuance dacier inoxydable doit rsister B toutes les formes de corrosion et les parties soudes doivent tre examines ave

45、c soin. 4) La temprature maximale acceptable en service du polymre doit tre suprieure B la temprature de stagnation du capteur. 5) Vrifier la compatibilit chimique entre absorbeur et fluide. 6) Cette condition exclut pratiquement lacier galvanis en absorbeur 7) Le polymre utilis doit empcher la diff

46、usion de loxygne. NOTE - ( Sans xxx ) signifie que la quantit de ( xxx ) ne pourra pas tre dtecte par le matriel de laboratoire danalyse habituel. 3 ISO/TR 10217 : 1989 (FI Fluide aqueux (Bventuellement glycol6) Avec Vitesse inhibiteurs m/s pH ture, OC sans Cu + + sans Fe+ 5 8 6) 8 5 41 Materiau dab

47、sorbeur potable traite Materiaux des raccords et des canalisations Fluide orga- Acier nique Cuivre Acier galva- Polym&re nise I 0 1) 021 O 21 sans eau eau sans eau 1 0 2) I I l 02 0 21 5) 0 2) inoxydable I CI- 50ppm I CI- 150 ppm Cuivre Polymhre LBgende Condition acceptable (si la clause restrictive

48、 Bventuelle est respectee) Etude detaillee ou essai necessaire Condition inacceptable 1) 2) tion du capteur. 3) parties soudees doivent tre examines avec soin. 4) la temperature de stagnation du capteur. hiter le contact direct au niveau des raccords utiliss, utiliser linhibiteur adapte. Pour les raccords en sortie de capteurs, tenir compte de la