JP2008032309A

JP2008032309A - 鋼製煙突筒身ライニング材の保護方法及び保護構造

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Publication number: JP2008032309A
Application number: JP2006206025A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Michimasa; 泰弘道正; Takafumi Ito; 隆文伊藤; Toshio Kumagai; 俊雄熊谷
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2008-02-14

Abstract

【課題】煙突用ライニング材の表面に、施工性が容易で、耐久性の良好な塗膜（保護膜）を形成させることで、ライニング材の劣化を抑制し、延命化を図ることができる技術を提供すること。
【解決手段】鋼製煙突筒身ライニング材の保護方法であって、鋼製煙突筒身１の内表面に施したモルタル系ライニング材４の表面に、エポキシ系高分子材料又はガラスフレーク入りポリエステル系高分子材料の少なくともいずれか一方を塗装して保護膜５を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、火力発電所等に設備されている鋼製煙突の筒身（内筒）ライニング材の延命化を図る技術として好適な鋼製煙突筒身ライニング材の保護方法及び保護構造に関する。

従来から採用されているモルタル系の煙突内筒ライニング工法として、図２に示す工法がある。この工法は、鋼製煙突１０の内筒（筒身）１の内周面に無機モルタル層２を施し、その無機モルタル層２の上に高強度モルタル層３を施したものである。従って、この無機モルタル層２と高強度モルタル層３とによってライニング材４が形成されている。図２において、Ｔｇは筒内排気ガス温度を、Ｔａは筒外温度を、Ｔ１〜Ｔ４は図中黒丸で示す各部の温度分布をそれぞれ示している。

このライニング工法では、高強度モルタル層３が劣化した場合には、その高強度モルタル層３および無機モルタル層２を撤去して、それぞれ新しいモルタルを吹き付けて再度、ライニング材４を施す。ライニング材４の耐用年数は、石炭、重油炊きの火力発電所の煙突内筒ライニング材において２０〜２５年程度であり、約５年のインターバルにて補修が実施されている。このライニング材の施工は高価で高コストになり、しかも、ライニング材の再施工に係る二酸化炭素の総排出量（ＬＣＣＯ₂）も多くなるため、耐用年数の延命
化対策が望まれていたが、未だ実現されていない。

ところで、上下水道等の水処理施設においては、下水や下水汚泥中に嫌気性の硫酸還元菌の作用により発生する硫化水素が主原因となりコンクリートを劣化させるため、コンクリートの劣化を防止するための防食塗料を表面に塗装することが行われている（特許文献１参照）。

この特許文献１には、フッ素樹脂１０〜３０重量部と、銅・チタン・ニッケル・ニッケル粉末１０〜３０重量部とを、ポルトランドセメントもしくはモルタル材料と共に水により混合し分散して、コンクリートの表面に塗装し硬化させる技術が記載されている。

より具体的には、銅・チタン・ニッケル粉末（５：２．５：２．５）…２０部、フッ素樹脂…１５部を適量の水に加えてエマルジョン状組成物となし、これのセメント、硅砂、シラン系発水剤、スチレン系水溶性高分子、界面活性剤の計６５重量部を適量の水と共に添加してコンクリートの表面に塗装する。そして、３ヶ月の浸漬試験後、（１）塗装外面に剥離、膨れ共になし、（２）バクテリア付着なし、（３）酸化中性化変化無し、の結果が得られたことが記載されている。

一方、コンクリートの劣化（中性化、塩害等）を防止するために従来から実施されている技術として、コンクリート表面にペイント、樹脂ライニング、樹脂モルタル等の被覆材を塗布することで，中性化、塩害を防止する環境遮断による劣化防止方法がある（特許文献２参照）。

この特許文献２には、具体例として以下の技術が記載されている。
［改質材］：普通ポルトランドセメント１００重量部、７号硅砂１００重量部、重合体アクリル酸系エマルジョン３０重量部、亜硝酸リチウム１５重量部を均一に混合。
［表面被覆材］：重合体エマルジョン１００重量部、炭酸カルシウム５０重量部、ポリアクリル酸ソーダ０．１重量部、ポリアクリル酸１．０重量部を均一に混合。
［評価試験］：モルタルの表面に改質材の塗布層を形成し、さらに改質材の表面被覆材ス
ラリーを塗布して供試材を形成し、５０℃、３重量％ＮａＣｌ水溶液を２日間シャワーした後、５０℃で１日間乾燥する操作を３ヶ月繰り返して塩害促進試験を実施した結果、鉄筋に対する防錆効果は良好であった。また、表面被覆材の下地ひび割れ追従性、耐衝撃性についてそれぞれ評価試験を行い、双方とも良好な結果を得た。
特開平９−１２３８０号公報特公平７−１０６９５５号公報

しかし、上記の特許文献１および特許文献２に記載の技術においては、以下の問題がある。
（ア）重油、重原油焚き排ガスに適用すると、硫酸に対する塗膜の耐久性が不十分である。
（イ）市販品にはないことから配合が複雑となり、さらに施工法が標準的ではないため、煙突内面への施工が困難となる。
（ウ）煙突排ガスと既存ライニング材が酸成分を含むため、塗膜の表裏両面から酸性化することと、劣化した下地材の付着強度に問題がある。

よって、本発明の課題は、煙突用ライニング材の表面に、施工性が容易で、耐久性の良好な塗膜（保護膜）を形成することで、ライニング材の劣化を抑制し、延命化を図ることができる技術を提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明では以下の手段を採用した。
本発明は、鋼製煙突筒身ライニング材の保護方法であって、鋼製煙突筒身の内表面に施したモルタル系ライニング材の表面に、エポキシ系高分子材料又はガラスフレーク入りポリエステル系高分子材料の少なくともいずれか一方を塗装して保護膜を形成することを特徴としている。

本発明によれば、煙突用ライニング材の表面に、エポキシ系高分子材料又はガラスフレーク入りポリエステル系高分子材料の少なくともいずれか一方を塗装して保護膜を形成することで、硫酸を遮断し、かつ耐熱性も有することから、石炭、重原油焚き煙突内で使用してもライニング材の劣化を防ぎ、ライニング材の延命化を図ることが可能になる。また、単なる表面塗装で済ますことができるため、施工性が良い上に、ライニング材を再施工する従来工法に比較して、低コスト化並びにＣＯ₂排出量の大幅な減少を図ることができ
る。これにより、ライニング材の延命化、経済性、環境負荷の何れにも優れた効果を発揮させることができる。なお、この保護膜を形成するエポキシ系高分子材料又はガラスフレーク入りポリエステル系高分子材料はそれぞれ単独で塗装することが好ましいが、両方を重ねて塗装することもできる。

本発明において、前記ライニング材は、前記鋼製煙突筒身の内表面に施した無機質モルタル層と、その無機質モルタル層の上に施した高強度モルタル層とを含み、その高強度モルタル層の上に前記保護膜を形成することが望ましい。この場合、下地に無機モルタルや、劣化しているが高強度モルタルがあるため、例えば保護膜がガラスフレーク入りポリエステル系高分子材料で形成されている場合、そのガラスフレークが万が一割れても筒身部材に酸化物が付着することはない。

一方、本発明に係る鋼製煙突筒身の保護構造は、鋼製煙突筒身の内表面に施されたモルタル系ライニング材と、そのライニング材の上に施された保護膜とを有し、前記保護膜は、エポキシ系高分子材料又はガラスフレーク入りポリエステル系高分子材料の少なくとも
いずれか一方により形成されていることを特徴としている。ここで、前記ライニング材は、前記鋼製煙突筒身の内表面に施した無機質モルタル層と、その無機質モルタル層の上に施した高強度モルタル層とを含み、その高強度モルタル層の上に前記保護膜が形成されていることが望ましい。

本発明において、前記保護膜は、基本的には長期の使用により劣化したライニング材の上に塗装することで、ライニング材の延命化を図る機能を発揮する。しかし、この保護膜の機能に着目した場合、新規にライニング材を施工、あるいは再度ライニング材を施工した直後に、そのライニング材の上に塗装して形成することもできる。そうすれば、ライニング材施工の初期の段階から、保護膜にライニング材の延命化機能を発揮させることが可能になる。

本発明の鋼製煙突筒身ライニング材の保護技術によれば、煙突用ライニング材の表面に、施工性が容易で、耐久性の良好な塗膜（保護膜）を形成させることで、ライニング材の劣化を抑制し、延命化を図ることができる。

以下、本発明の好適な実施例について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施例では、本発明を、石炭、重原油炊き火力発電所の鋼製煙突筒身（内筒）ライニング材の延命化技術に適用した例について説明する。

図１は、本発明を適用して施工した鋼製煙突の部分断面図である。この実施例では、鋼製煙突１０の筒身（内筒）１の内表面に施したモルタル系ライニング材４の表面に、エポキシ系高分子材料又はガラスフレーク入りポリエステル系高分子材料の少なくともいずれか一方を塗装して保護膜５を形成している。図１において、Ｔｇは筒内排気ガス温度を、Ｔａは筒外温度を、Ｔ１〜Ｔ４は図中黒丸で示す各部の温度分布をそれぞれ示している。

ライニング材４は、筒身１の内表面に施した無機質モルタル層２と、その無機質モルタル層２の上に施した高強度モルタル層３とを含み、その高強度モルタル層３の上に保護膜５を形成してある。従って、ライニング材４は、無機モルタル層２と高強度モルタル層３とによって形成されている。これにより、煙突用ライニング材４の表面に、施工性が容易で、耐久性の良好な塗膜（保護膜）５を形成させることで、ライニング材４の劣化を抑制し、延命化を図ることができる。次いで、これらの詳細を実験例に基づいて説明する。

本出願の発明者らはかねてより、既設火力発電所超高鋼製煙突の延命化について検討を行ってきている。火力発電用超高鋼製煙突の内筒には、排ガスによる鋼板腐食防止を主目的としてポルトランドセメント系キャスタブルライニング材が吹付け施工されることが多い。このライニング材は施工性、防食性、耐磨耗性や保温性に優れた性能を有する。一方、排ガスは電気集塵機、脱硫装置、脱硝装置等で環境負荷因子（SO_X、NO_X）を除去されるが、それでも排ガス中には微量の腐食成分（SO_X）が残り、これが水分と反応してライニ
ング材に劣化が生じる。このため、耐用期間２０〜２５年程度を目安として、約５年のインターバルにて補修が実施されている。

ここでは、既存の劣化したキャスタブルライニング材の余寿命を５〜１０年程度延命化させる材料および工法を開発することを目的に、吹付け施工が可能な塗料の室内における性能評価試験を実施した。

＜ライニング材の劣化機構と延命化の原理＞
流砂露点環境下でのSO₃とライニング材の反応を次式に示す。ライニング材中のアルカ
リ分Ca(OH)₂(水酸化カルシウム)やCaCO₃(炭酸カルシウム)が消費され、CaSO₄(石膏)が生
成され、脆性化するとともにpHが低下する。
（露点環境下でのライニング材劣化機構）
・硫酸の生成：SO₃＋H₂O → H₂SO₄
・ライニング材との反応
Ca(OH)₂＋ H₂SO₄ → CaSO₄＋2H₂O
CaCO₃＋H₂SO₄ → CaSO₄＋H₂O＋CO₂
したがって、ライニング材表面に遮断層を設け排ガスとの接触を絶つことにより、ライニング材の劣化進行を遅延させることが可能となり、延命化を図ることができる。

＜実験概要＞
材料の選定：材料は次の観点から吹付け施工が可能な材料を選定した。
（１）ライニング材補修は発電機器の定期点検期間（１〜３ヶ月程度）を利用して実施されており、その期間内に施工可能であること。
（２）ライニング材は吹付施工されており、表面に不陸(２０mm程度)があることから、表面追従性に優れること。
さらに、耐熱性(最大１４０℃程度)、経済性などを考慮して、表１に示す塗料系の試験材料３種（Ａ〜Ｃ）を選定した。

この選定したＡ、Ｂ、Ｃ、３種の試験材料の塗料組成については以下の通りである。
Ａ（シリコン系樹脂系耐熱塗料）…シリコン樹脂ワニス４０重量部、特殊耐熱顔料１０重量部、着色・体質顔料２５重量部、沈殿防止剤１重量部、混合溶剤２４重量部。
Ｂ（エポキシ樹脂系塗料）
［主剤］…エポキシ樹脂ワニス３５重量部、着色顔料１０重量部、体質顔料３９重量部、流れ止め剤１重量部、混合溶剤１５重量部。
［硬化剤］…アミンアダクト樹脂ワニス１００重量部。
［混合比（重量）］…主剤：硬化剤＝８５：１５
Ｃ（ビニルエステル樹脂系ガラスフレーク入り塗料）
［主剤］…ビニルエステル樹脂ワニス４０重量部、着色顔料３重量部、ガラスフレーク２５重量部、流れ止め剤０．８重量部、添加剤０．７重量部、スチレンモノマー３０．５重量部。
［硬化剤］…有機過酸化物１００重量部。
［混合比（重量）］…主剤：硬化剤＝１００：１

性能評価試験：性能評価試験は、排ガス遮断性能、耐熱性、耐酸性、に着目して実施した。
（１）排ガス遮断性能試験：塗膜のガス遮断性能を比較するために、プレーン塗膜のガス透過性試験を実施した。各塗料の７０×７０mm×所定厚さ(シリコン樹脂系耐熱塗料平均
２２４μm、エポキシ樹脂系塗料平均３０２μm、ビニルエステル樹脂系ガラスフレーク入り塗料平均５１６μm)の上塗塗料によるプレーン塗膜を各４枚作成し、片側から窒素ガスで圧力９．８ｋPaを載荷し、水上置換法によりメスシリンダーで３０分間捕集した。

（２）耐熱性能試験：試験片は高強度ポルトランドセメント系ライニング材（吹き付け品、１２０×１２０×厚さ１０ mm）に試験材料を塗付したものを、送風循環式乾燥機内に
入れ８０℃に保ち一定時間後（４９０、７７６時間）に取り出し、外観状況及びアドヒージョンテスタにて塗膜の付着力を６箇所測定した。

（３）耐酸性能試験：試験片は、１：４ガナイトライニング材(流込み品、３０×３０×
１６０mm)に試験材料を塗付したものを、硫酸水溶液(５w/v％、６０℃一定)中に一定時間（３２０、４９０、７４０時間）浸漬し、試験片外観の観察、重量変化から求めた吸水率および酸浸透深さを測定した。なお、試験片は対象時間毎に３個とした。酸の浸透深さ測定は試験片の断面にMR＋BCG混合指示薬(JIS K 8001)を散布してその変色度合いを測定し
た。

＜実験結果＞
（１）排ガス遮断性能試験
全ての塗膜についても透過ガスは認められず、全ての塗膜とも良好なガス遮断性能を示した。

（２）耐熱性能試験
試験時間７７６時間後においても、ビニルエステル樹脂系ガラスフレーク入り塗料に若干の変色（黄変）が見られたが、各試験片とも塗膜の割れ、膨れ等の異常は見られなかった。塗膜の付着力について試験結果を表２に示す。付着力は、各塗料共に試験前の平均０．８〜１．２N/mm²に対し、試験後の平均は０．９〜１．２N/mm²であり、初期値とほぼ同値となり、付着力の劣化は認められなかった。なお、剥離の形態は主にライニング材の凝集破壊であり、熱による塗膜の付着力低下は認められなかった。

（３）耐酸性能試験
７４０時間後の酸浸透深さを表３に示す。吸水率（１：４ガナイトにおいて、概ね１０〜１１％）は、ビニルエステル樹脂系ガラスフレーク入り塗料で平均２．４％、酸浸透の面からもビニルエステル樹脂系ガラスフレーク入り塗料が最も耐酸性が優れていた。

Ａ．シリコン樹脂系耐熱塗料：２０時間で塗膜表面に割れ及び浮きが発生し、１９０時間では塗膜のほぼ全面が剥離し、その後試験片に崩壊が生じた。
Ｂ．エポキシ樹脂系塗料：１９０時間で塗膜表面のピンホール部周辺に膨れが生じ、この膨れは時間の経過とともに大きくなった。また、試験片角部にも膨れが見られた。吸水率は７４０時間後で平均７．８％であった。酸の浸透は膨れ発生部の下層及び角部に認められ、浸透部の脆化も認められた。
Ｃ．ビニルエステル樹脂系ガラスフレーク入り塗料：塗膜に若干の変色（黄変）が見られたが、塗膜の浮き・剥離等の異常は見られなかった。吸水率は７４０時間後で平均２．４％であった。酸浸透はピンホールの極近傍に認められ、一般部の脆化は認められなかった。

＜まとめ＞
室内試験の結果、大要以下の知見を得た。
（１）試験材料のガス遮断性能やキャスタブルライニング材との付着力・耐熱劣化に問題が無いことを確認した。
（２）シリコン樹脂系塗料は、耐酸性に劣ることから適用は困難と考えられる。
（３）エポキシ樹脂系塗料は、耐酸性評価試験において塗膜の膨れや試験片への酸の浸透が認められたが、施工膜を厚くすることで実機への適用可能性がある。
（４）ビニルエステル樹脂系ガラスフレーク入り塗料は、耐酸性評価試験において良好な耐酸性を示し、実機煙突への適用の可能性が高い。本試料は粘度が高いため凹凸や気孔を有するキャスタブルライニング材への施工に際しての、塗装仕様・実機施工を考慮した塗装機等の選定に留意する必要がある。
（５）保護膜は単なる表面塗装で済ますことができるため、施工性が良い上に、ライニング材を再施工する従来工法に比較して、低コスト化（イニシャルコストで約１／６〜１／８、ライフサイクルコストで約３４％）、並びにＣＯ₂排出量の大幅な減少（イニシャルコストで約１／７６、ライフサイクルＣＯ₂で約７２％）を図ることができる。

本発明の実施例に係る鋼製煙突の部分断面図である。従来例に係る鋼製煙突の部分断面図である。

符号の説明

１筒身（内筒）
２無機モルタル層
３高強度モルタル層
４ライニング材
５保護膜
１０鋼製煙突

Claims

鋼製煙突筒身の内表面に施したモルタル系ライニング材の表面に、エポキシ系高分子材料又はガラスフレーク入りポリエステル系高分子材料の少なくともいずれか一方を塗装して保護膜を形成することを特徴とする、鋼製煙突筒身ライニング材の保護方法。
前記ライニング材は、前記鋼製煙突筒身の内表面に施した無機質モルタル層と、その無機質モルタル層の上に施した高強度モルタル層とを含み、その高強度モルタル層の上に前記保護膜を形成する、請求項１に記載の鋼製煙突筒身ライニング材の保護方法。
鋼製煙突筒身の内表面に施されたモルタル系ライニング材と、そのライニング材の上に施された保護膜とを有し、
前記保護膜は、エポキシ系高分子材料又はガラスフレーク入りポリエステル系高分子材料の少なくともいずれか一方により形成されていることを特徴とする、鋼製煙突筒身の保護構造。
前記ライニング材は、前記鋼製煙突筒身の内表面に施した無機質モルタル層と、その無機質モルタル層の上に施した高強度モルタル層とを含み、その高強度モルタル層の上に前記保護膜が形成されている、請求項３に記載の鋼製煙突筒身の保護構造。