JP2003129263A

JP2003129263A - 非不動態化金属体の腐食抑制方法およびボイラの腐食抑制方法

Info

Publication number: JP2003129263A
Application number: JP2001323051A
Authority: JP
Inventors: Junichi Nakajima; 純一中島; Natsuhiko Ninomiya; 夏彦二宮; Keita Mizogami; 慶太溝上; Yasuo Nogami; 康雄野上; Junichi Kato; 潤一加藤
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2001-10-22
Filing date: 2001-10-22
Publication date: 2003-05-08

Abstract

(57)【要約】【課題】水分の影響によりボイラの伝熱管等の非不動
態化金属体に生じる腐食を抑制する。【解決手段】腐食抑制方法は、ボイラの伝熱管等の非
不動態化金属体に影響する水分中に含まれる塩化物イオ
ンと硫酸イオンとの合計量を８００ｍｇ／ｌ以下に設定
する工程を含んでいる。この方法により抑制可能な腐食
は、例えば、非不動態化金属体の厚さ方向に発生する局
部的腐食である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、腐食抑制方法、特
に、水分の影響によりボイラの伝熱管等の非不動態化金
属体に生じる腐食を抑制するための方法に関する。

【０００２】

【従来の技術とその課題】日本工業規格（ＪＩＳ）に規
定された特殊循環ボイラの範疇に属する貫流ボイラは、
給水を加熱して蒸気を発生させるための伝熱管を備えて
いる。このような伝熱管は、炭素鋼等の非不動態化金属
を用いて形成されているため、ボイラ水と接触する部位
がボイラ水の影響による腐食のために破損し、貫流ボイ
ラの寿命に致命的な影響を及ぼす場合がある。このた
め、貫流ボイラを長期間安定に運転するためには、伝熱
管の腐食を効果的に抑制する必要がある。

【０００３】そこで、ＪＩＳＢ８２２３：１９９９
は、伝熱管に生じる上述のような腐食を抑制する観点か
ら、特殊循環ボイラのボイラ水の水質に関する各種の管
理項目を設定し、その推奨基準を規定している。

【０００４】ところで、伝熱管の腐食は、通常、次の三
種類の指標に基づいて評価されている。 (1)ｍｄｄ（ｍｇ／ｄｍ²／ｄａｙ）：水との接触面の単
位表面積（１ｄｍ²）における１日当りの質量減少量
（ｍｇ）を表現したものである。 (2)ｉｐｙ（ｉｎｃｈ／ｙｅａｒ）：１年間における、
伝熱管の厚さ（肉厚）の減少量（インチ）を表現したも
のである。 (3)食孔数／ｃｍ²：水との接触面の単位表面積（１ｃｍ
²）当りに発生した食孔の数を表現したものである。な
お、食孔とは、伝熱管の水との接触面側から厚さ方向の
反対側に向かう局部的腐食、すなわち孔食により生じた
窪みを意味する（例えば、日刊工業新聞社発行、腐食防
食協会編「防食技術便覧」３１〜３３頁参照）。

【０００５】ところが、ＪＩＳＢ８２２３：１９９９
において推奨されているボイラ水の管理基準に適合する
よう貫流ボイラを運転し、また、上述のような指標に基
づきながら伝熱管の腐食の進行状況を評価して、ボイラ
水との接触部位における伝熱管の腐食の状況が破損に至
る程度のものではないと判定できる場合であっても、予
想外に伝熱管の当該部位が腐食により破損してしまう場
合がある。これによると、ＪＩＳにおいて推奨されてい
るボイラ水の管理基準は、必ずしも伝熱管の腐食を抑制
するために有効とは言えない。

【０００６】本発明の目的は、水分の影響によりボイラ
の伝熱管等の非不動態化金属体に生じる腐食を抑制する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る非不動態化
金属体の腐食抑制方法は、水分の影響により非不動態化
金属体に生じる腐食を抑制するための方法であり、非不
動態化金属体に影響する水分中に含まれる塩化物イオン
と硫酸イオンとの合計量を８００ｍｇ／ｌ以下に設定す
る工程を含んでいる。この方法により抑制可能な腐食
は、例えば局部的腐食である。

【０００８】また、本発明の他の観点に係る腐食抑制方
法は、ボイラの伝熱管に生じる腐食を抑制するための方
法であり、ボイラ内のボイラ水中に含まれる塩化物イオ
ンと硫酸イオンとの合計量を８００ｍｇ／ｌ以下に設定
する工程を含んでいる。この方法により抑制可能な腐食
は、例えば、伝熱管の水との接触面側から厚さ方向の反
対側に向かう局部的腐食である。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１を参照して、本発明の腐食抑
制方法を適用可能な貫流ボイラを備えた蒸気ボイラ装置
の概略を説明する。図において、蒸気ボイラ装置１は、
貫流ボイラ２と給水装置３とを主に備えている。

【００１０】貫流ボイラ２は、図２に示すように、給水
装置３から供給される給水を貯留するための貯留部４
と、貯留部４に対して起立するように設けられた複数本
の伝熱管５（非不動態化金属体の一例）と、伝熱管５の
上端部に設けられかつ図示しない負荷装置に向けて蒸気
を供給するための供給路６ａを有するヘッダ６と、給水
を加熱して蒸気を発生するための加熱装置７とを主に備
えている。なお、貯留部４とヘッダ６とは、平面形状が
環状に設定されている。また、貯留部４は、その内部に
貯留された給水（後述するボイラ水Ｗ）を排出するため
の、図示しない開閉弁を備えた排出口４ａを有してい
る。

【００１１】伝熱管５は、非不動態化金属を用いて形成
された部材、すなわち、非不動態化金属体である。ここ
で、非不動態化金属は、中性水溶液中において自然には
不動態化しない金属をいい、通常はステンレス鋼、チタ
ン、アルミニウム、クロム、ニッケルおよびジルコニウ
ム等を除く金属である。具体的には、炭素鋼、鋳鉄、銅
および銅合金等である。なお、炭素鋼は、中性水溶液中
においても、高濃度のクロム酸イオンの存在下では不動
態化する場合があるが、この不動態化はクロム酸イオン
の影響によるものであって中性水溶液中での自然な不動
態化とは言い難い。したがって、炭素鋼は、ここでの非
不動態化金属の範疇に属する。また、銅および銅合金
は、電気化学列（emf series）が貴な位置にあるため、
通常は水分の影響による腐食が生じ難い金属と考えられ
ているが、中性水溶液中において自然に不動態化するも
のではないので、ここでの非不動態化金属の範疇に属す
る。

【００１２】給水装置３は、貫流ボイラ２に給水を供給
するためのものであり、補給水の注水路８、注水路８か
らの補給水を貯留するための給水タンク９および貫流ボ
イラ２の貯留部４に給水を供給するための給水路１０を
主に備えている（図１）。ここで、注水路８は、軟水化
装置１１と脱酸素装置１２とをこの順に備えている。軟
水化装置１１は、補給水中に含まれる各種の硬度分等を
ナトリウムイオンに置換して軟水に変換するためのもの
である。一方、脱酸素装置１２は、補給水中に含まれる
溶存酸素を機械的に除去するためのものである。

【００１３】上述の蒸気ボイラ装置１を運転する場合
は、注水路８から給水タンク９に補給水を供給し、この
補給水を給水タンク９に貯留する。ここで貯留される給
水は、軟水化装置１１および脱酸素装置１２で処理され
たもの、すなわち、脱酸素処理された軟水である。そし
て、図示しないポンプを作動させ、給水タンク９に貯留
された給水を、給水路１０を通じて貫流ボイラ２に供給
する。

【００１４】貫流ボイラ２において、給水路１０を通じ
て供給される給水は、貯留部４内においてボイラ水Ｗと
して貯留される。そして、貯留部４に貯留されたボイラ
水Ｗは、加熱装置７により加熱されながら各伝熱管５内
を上昇し、徐々に蒸気になる。各伝熱管５において生成
した蒸気はヘッダ６において集められ、供給路６ａを通
じて負荷装置に供給される。

【００１５】上述のような蒸気ボイラ装置１の運転中に
おいて、貫流ボイラ２で用いられる各伝熱管５は、図２
に一点鎖線IIIで示すような下端部分、すなわち、貯留
部４との連結部分が、ボイラ水Ｗと継続的に接触するこ
とになる。このため、伝熱管５は、そのような部分にお
いて、ボイラ水Ｗの影響を受け、腐食しやすい。特に、
伝熱管５は、上述の下端部分において、内周面の減肉的
な腐食に加えて局部的腐食が生じやすく、それが原因で
微小な穴開きを起こして破損する場合がある。

【００１６】ここで、局部的腐食とは、図３（図２のII
I部分の拡大図）に示すように、伝熱管５の水との接触
面側から厚さ方向の反対側に向かう孔状の腐食、すなわ
ち、伝熱管５の厚さ（肉厚）方向に発生する孔状の腐食
をいう。以下、このような局部的腐食の発生現象を「孔
食」といい、この孔食により生じた孔状の腐食を「食
孔」（図３においては符号５ａで示している）という。

【００１７】そこで、蒸気ボイラ装置１の運転中は、腐
食による伝熱管５の破損を抑制するために、ボイラ水Ｗ
中の塩化物イオン濃度と硫酸イオン濃度とを継続的に測
定し、ボイラ水中に含まれる両イオンの合計量が８００
ｍｇ／ｌ以下、好ましくは６５０ｍｇ／ｌ以下、より好
ましくは５００ｍｇ／ｌ以下、さらに好ましくは４００
ｍｇ／ｌ以下になるよう設定する。ここで、ボイラ水Ｗ
中の塩化物イオンは、ＪＩＳＢ８２２３：１９９９で
推奨されている通り４００ｍｇ／ｌ以下に設定するのが
好ましく、３００ｍｇ／ｌ以下に設定するのがより好ま
しい。一方、ボイラ水中の硫酸イオンは、６００ｍｇ／
ｌ以下に設定するのが好ましく、５００ｍｇ／ｌ以下に
設定するのがより好ましい。なお、ボイラ水中の硫酸イ
オン濃度は、ＪＩＳＢ８２２３：１９９９において言
及されておらず、本発明において初めて提案するボイラ
水の水質管理基準である。

【００１８】このようにボイラ水Ｗ中のイオン濃度を調
整すると、伝熱管５は、ボイラ水Ｗとの接触部分におけ
る減肉的な腐食が抑制されると共に、食孔５ａの発生お
よび成長も抑制され、腐食（特に食孔５ａ）による破損
を起こしにくくなる。なお、ボイラ水Ｗ中の塩化物イオ
ンと硫酸イオンとの合計量が８００ｍｇ／ｌを超える場
合は、ＪＩＳＢ８２２３：１９９９で推奨されている
他の管理基準（例えばボイラ水のｐＨ等）を所要の状態
に設定しても、伝熱管５に腐食、特に孔食による食孔５
ａが発生しやすくなる。

【００１９】蒸気ボイラ装置１において、ボイラ水Ｗ中
の塩化物イオンと硫酸イオンとの合計量は、例えば、加
熱により濃縮されたボイラ水Ｗを給水により希釈する
と、上記のように設定することができる。因みに、ボイ
ラ水Ｗは、貫流ボイラ２の貯留部４内に給水路１０から
給水を供給しつつ、排出口４ａから濃縮されたボイラ水
Ｗを適宜排出すると（いわゆるブローすると）希釈する
ことができる。

【００２０】なお、この実施の形態では、本発明の腐食
抑制方法を貫流ボイラで用いられる伝熱管の腐食を抑制
する場合を例に説明したが、本発明の腐食抑制方法はこ
れに限定されるものではない。例えば、貫流ボイラ以外
のボイラの伝熱管、貫流ボイラ等の各種ボイラを採用し
た蒸気ボイラ装置において用いられる貯水槽、復水配管
および給水配管、並びにボイラ以外のその他の各種熱機
器（例えば、湯沸かし器、吸収式冷凍器、クーリングタ
ワー等）において用いられる伝熱管、貯水槽および各種
の配管等、上述のような非不動態化金属からなる部材
（非不動態化金属体）であって、水や蒸気などの水分の
影響を受けて腐食する可能性があるもの、特に、上述の
ような局部的腐食（孔食）が生じる可能性があるものに
対し、本発明の腐食抑制方法は同様に適用することがで
きる。

【００２１】ボイラの伝熱管以外の非不動態化金属体に
対して本発明の腐食抑制方法を適用する場合は、当該非
不動態化金属体に対して影響を与える水分中の塩化物イ
オンと硫酸イオンとの合計量を上述のように（すなわ
ち、８００ｍｇ／ｌ以下、好ましくは６５０ｍｇ／ｌ以
下、より好ましくは５００ｍｇ／ｌ以下、さらに好まし
くは４００ｍｇ／ｌ以下）に設定する。例えば、蒸気ボ
イラ装置の貯水槽において孔食を抑制する場合、貯水槽
に貯留する水（給水）中の両イオンの合計量を上述のよ
うに設定する。

【００２２】検証例ＪＩＳＢ８２２３：１９９９において推奨されている
ボイラ水の管理基準に適合するよう運転されていた本出
願人会社製のボイラにおいて、１９８９年１０月から２
００１年９月の１２年間の間に伝熱管の腐食破損が２９
件報告された。ところが、これらの報告事例の全てにお
いて、伝熱管の減肉的な腐食の状況を示す指標（ｍｄ
ｄ）は伝熱管の腐食破損が生じないことを示していた。
そこで、各報告事例について伝熱管の破損形態を調べた
ところ、全ての事例における破損形態は、孔食の進行で
生じた食孔による微小な穴開きであることが判明した。

【００２３】本発明者等は、以上の原因としてボイラ水
中に含まれる硫酸イオンに着目し、ボイラ水中の硫酸イ
オン濃度と伝熱管に生じる食孔の深さの最大値（相対
値）との関係を調べた。結果を図４に示す。図４による
と、ボイラ水中の硫酸イオン濃度が高まるに従って食孔
の深さの最大値が大きくなる。これより、ボイラ水中の
硫酸イオン濃度は、伝熱管の腐食、特に孔食の進行に重
要な影響を与えていることがわかる。

【００２４】そこで、本発明者等は、上述の２９件の破
損事例について、それらの運転時に供給していた給水の
水質データからボイラ水中の塩化物イオンおよび硫酸イ
オンの量を求めた。また、各破損事例について、破損に
至るまでの期間から食孔の成長速度を求めた。結果を表
１に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１によると、ボイラ水中の塩化物イオン
量がＪＩＳＢ８２２３：１９９９で推奨されている４
００ｍｇ／ｌ以下に設定されている場合であっても、孔
食の進行による伝熱管の破損が生じていることがわか
る。これによると、ボイラ水中の塩化物イオン量をＪＩ
Ｓの推奨値以下に設定しても、孔食の進行による伝熱管
の破損は防止しにくいことになる。

【００２７】また、表１の結果に基づいて、食孔の成長
速度と、塩化物イオンと硫酸イオンとの合計量との関係
をグラフ化した結果を図５に示す。図５によると、ボイ
ラ水中の塩化物イオン量がＪＩＳＢ８２２３：１９９
９で推奨されている４００ｍｇ／ｌ以下に設定されてい
る場合であっても、ボイラ水中の塩化物イオン量と硫酸
イオン量との合計濃度が８００ｍｇ／ｌを超える場合に
おいて、孔食の進行による伝熱管の破損が集中的に発生
していることがわかる。

【００２８】また、表１の結果に基づいて、塩化物イオ
ンと硫酸イオンとの合計量と、破損事例数の累積度数
（％）との関係をまとめた結果を図６に示す。なお、破
損事例数の累積度数は、上記破損事例数（２９件）に対
する、図に示した塩化物イオンと硫酸イオンとの合計量
以下の当該合計量で伝熱管が破損した事例数の合計（累
積事例数）の百分率（すなわち、（累積事例数／２９
件）×１００）を示している。例えば、両イオンの合計
量が８００ｍｇ／ｌの場合、それ以下の当該合計量で伝
熱管が破損した事例数の合計は４件であり、累積度数は
１４％になる。図６に一点鎖線で示すように、累積度数
は、塩化物イオンと硫酸イオンとの合計量が８００ｍｇ
／ｌを超えると急激に増加していることがわかる。

【００２９】これらによると、ボイラ水中の塩化物イオ
ンと硫酸イオンとの合計量を８００ｍｇ／ｌ以下に設定
すれば、ボイラの伝熱管の腐食、特に、孔食で生じる食
孔による破損を効果的に抑制できることがわかる。

【００３０】

【発明の効果】本発明に係る非不動態化金属体の腐食抑
制方法は、非不動態化金属体に影響する水分中の塩化物
イオンと硫酸イオンとの合計量を８００ｍｇ／ｌ以下に
設定しているので、非不動態化金属体に生じる腐食、特
に局部的腐食を抑制することができる。

【００３１】また、本発明に係るボイラの腐食抑制方法
は、ボイラ内のボイラ水中の塩化物イオンと硫酸イオン
との合計量を８００ｍｇ／ｌ以下に設定しているので、
伝熱管に生じる腐食、特に局部的腐食を抑制することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の腐食抑制方法を適用可能な貫流ボイラ
を備えた蒸気ボイラ装置の概略図。

【図２】前記貫流ボイラの一部断面概略図。

【図３】図２のIII部分の拡大図。

【図４】ボイラ水中の硫酸イオン濃度と伝熱管に生じる
食孔の深さの最大値（相対値）との関係を調べた結果の
グラフ。

【図５】破損事例に係るボイラの伝熱管に生じた食孔の
成長速度と、ボイラ水中の塩化物イオンと硫酸イオンと
の合計量との関係を調べた結果を示すグラフ。

【図６】破損事例について、塩化物イオンと硫酸イオン
との合計量と、破損事例数の累積度数との関係をまとめ
た結果を示すグラフ。

【符号の説明】

２貫流ボイラ５伝熱管５ａ食孔Ｗボイラ水

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者溝上慶太愛媛県松山市堀江町７番地三浦工業株式会社内 (72)発明者野上康雄愛媛県松山市堀江町７番地三浦工業株式会社内 (72)発明者加藤潤一愛媛県松山市堀江町７番地三浦工業株式会社内Ｆターム(参考） 4K062 EA20 FA02 FA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水分の影響により非不動態化金属体に生じ
る腐食を抑制するための方法であって、前記非不動態化金属体に影響する前記水分中に含まれる
塩化物イオンと硫酸イオンとの合計量を８００ｍｇ／ｌ
以下に設定する工程を含む、非不動態化金属体の腐食抑
制方法。
【請求項２】前記非不動態化金属体に生じる前記腐食が
局部的腐食である、請求項１に記載の非不動態化金属体
の腐食抑制方法。
【請求項３】ボイラの伝熱管に生じる腐食を抑制するた
めの方法であって、前記ボイラ内のボイラ水中に含まれる塩化物イオンと硫
酸イオンとの合計量を８００ｍｇ／ｌ以下に設定する工
程を含む、ボイラの腐食抑制方法。
【請求項４】前記腐食が前記伝熱管の水との接触面側か
ら厚さ方向の反対側に向かう局部的腐食である、請求項
３に記載のボイラの腐食抑制方法。