JP2013049035A - 酸によるスケールの洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スケールの溶解率を高めることができるとともに、スケールの溶解時間を短縮することができ、スケールの除去効率を向上させることができる酸によるスケールの洗浄方法を提供する。
【解決手段】酸によるスケールの洗浄方法は、機器又は配管の内壁面に付着したスケールに洗浄剤としての酸を作用させて発泡させながらスケールの洗浄を行うにあたり、該洗浄を減圧状態で行うものである。前記洗浄剤の酸は無機酸又は有機酸であり、無機酸としては塩酸、スルファミン酸等が挙げられ、有機酸としてはクエン酸、グリコール酸等が挙げられる。減圧状態における圧力は０．００１〜０．０９ＭＰａであることが好ましい。また、洗浄時における洗浄液のｐＨは５以下であることが望ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、例えば水タンク、熱交換器等の機器、水配管等の配管の内壁面に付着したスケールを洗浄剤としての酸により洗浄するスケールの洗浄方法に関する。

水タンク等の機器、水配管等の配管に水が長期間に亘って貯留又は循環されていると、それらの内壁面には炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等のスケールが付着する。このスケールは、水の流れを阻害し、水配管を閉塞させるおそれがあるとともに、例えば熱交換器においては熱伝導が低下して熱交換効率が悪化するという問題があった。従って、このようなスケールを洗浄、除去する方法が提案されている。

例えば、特許文献１には地熱発電プラントの熱水系機器、配管の内壁面に付着したスケールの除去方法が開示されている。このスケール除去方法は、スケールの除去に先立ち、内壁面を減圧下に置くものである。具体的には、地熱発電所におけるセパレータから還元井へ地熱水を送る配管に付着したスケールを除去する場合、配管内を真空下に約３０分間保持した後、空気を流入させ、次いで蒸気を流入させてスケールを剥離させるものである。このスケール除去方法によれば、予め配管内を減圧下に置くことによりスケールが収縮し、亀裂を生じて剥離しやすい状態になり、そのスケールを空気や水蒸気で容易に排出することができる。

特開昭５８−１８３９７４号公報

前記特許文献１に記載されている従来構成のスケール除去方法は、スケールの除去に先立って機器内や配管内を減圧下に置く方法であり、その後に空気や蒸気を流入させてスケールを除去するものである。しかしながら、機器や配管の内壁面に強固に付着したスケールは、短時間減圧下に置くだけでは十分に剥離しやすい状態には到らず、その後に物理的な除去手段でスケールを取り除くことは困難である。すなわち、減圧下でスケール表面の一部が剥離しやすくなり、その剥離しやすくなったスケールをその後の物理的な除去手段で取り除くことができるに過ぎないのであり、スケールの除去効率は低いという問題があった。

そこで本発明の目的とするところは、スケールの溶解率を高めることができるとともに、スケールの溶解時間を短縮することができ、スケールの除去効率を向上させることができる酸によるスケールの洗浄方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明の酸によるスケールの洗浄方法は、機器又は配管の内壁面に付着したスケールに洗浄剤としての酸を作用させて発泡させながらスケールの洗浄を行うにあたり、該洗浄を減圧状態で行うことを特徴とする。

請求項２に記載の発明の酸によるスケールの洗浄方法は、請求項１に係る発明において、前記減圧状態における圧力は０．００１〜０．０９ＭＰａであることを特徴とする。
請求項３に記載の発明の酸によるスケールの洗浄方法は、請求項１又は請求項２に係る発明において、前記洗浄時における洗浄液のｐＨは５以下であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明の酸によるスケールの洗浄方法は、請求項１から請求項３のいずれか１項に係る発明において、前記洗浄剤の酸は、無機酸として塩酸又はスルファミン酸、有機酸としてクエン酸又はグリコール酸であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明の酸によるスケールの洗浄方法は、請求項１から請求項４のいずれか１項に係る発明において、前記洗浄剤の洗浄を補助する補助洗浄剤としてフッ素化合物を添加して洗浄を行うことを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
請求項１に係る発明の酸によるスケールの洗浄方法では、機器又は配管の内壁面に付着したスケールに洗浄剤としての酸を作用させて発泡させながらスケールの洗浄を行うにあたり、該洗浄を減圧状態で行う。このため、スケールを形成する化合物が酸との反応によって溶解するとともに、反応により発生する炭酸ガスや酸素ガスを減圧状態で速やかに除去することによって反応が促進される。同時に、反応が減圧状態で行われることから、機器や配管の内壁面に付着したスケールが剥れやすくなって酸によるスケールの溶解反応が促される。つまり、減圧状態と、酸によるスケールの溶解反応との相乗的な働きに基づいて、スケールの溶解を著しく進行させることができる。

従って、本発明の酸によるスケールの洗浄方法によれば、スケールの溶解率を高めることができるとともに、スケールの溶解時間を短縮することができ、スケールの除去効率を向上させることができるという効果を奏する。

以下、本発明を具体化した実施形態について詳細に説明する。
本実施形態の酸によるスケールの洗浄方法は、水タンク、熱交換器、冷却器、凝縮器等の機器、水配管等の配管の内壁面に付着したスケールすなわち酸と反応して溶解するスケールを洗浄、除去するためのものである。すなわち、該スケールに洗浄剤として酸を加えて発泡させながらスケールの洗浄を行うにあたり、該洗浄を減圧状態で行うものである。スケールを形成する化合物としては、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ_３）等の炭酸塩などが挙げられる。

前記減圧状態における圧力は、常圧（０．１ＭＰａ）より低い圧力であればよいが、０．００１〜０．０９ＭＰａであることが好ましく、０．００５〜０．０５ＭＰａであることがさらに好ましい。この圧力が０．００１ＭＰａを下回る場合には、そのような高真空を得るための設備の構築が難しく、現実的ではない。その一方、０．０９ＭＰａを上回る場合には、減圧による効果が得られ難く、スケールの洗浄効果が低下する。

前記洗浄剤の酸は、スケールと反応して炭酸ガス（二酸化炭素）、酸素ガス等を発生して発泡しながらスケールを溶解させるもので、無機酸又は有機酸が用いられる。無機酸としては、塩酸（ＨＣｌ）、スルファミン酸（アミド硫酸、ＨＮ_２ＳＯ_３Ｈ）等が挙げられる。有機酸としては、クエン酸〔Ｃ_３Ｈ_４（ＯＨ）（ＣＯＯＨ）_３〕、グリコール酸〔ヒドロキシ酢酸、（ＨＯ）ＣＨ_２ＣＯＯＨ〕等が挙げられる。

例えば、スケールを形成する炭酸カルシウムは、塩酸と次式のように溶解反応し、炭酸ガスを発生して溶解する。
ＣａＣＯ_３＋２ＨＣｌ → ＣａＣｌ_２＋ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ
また、スケールとしての炭酸カルシウムは、スルファミン酸と次式のように溶解反応し、炭酸ガスを発生して溶解する。

ＣａＣＯ_３＋２ＨＮ_２ＳＯ_３Ｈ → Ｃａ（ＨＮ_２ＳＯ_３）_２＋ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ
発生する炭酸ガスが減圧状態で速やかに除去されることにより、上記各式の溶解反応が促進される。

前記洗浄剤の洗浄を補助するために、スケール組成によって補助洗浄剤を添加することが好ましい。そのような補助洗浄剤としては、フッ素化合物が用いられる。このフッ素化合物は、スケールとしての二酸化珪素（ＳｉＯ_２）等と反応してそれを溶解させる働きを有している。フッ素化合物として具体的には、１水素２フッ化アンモニウム（ＮＨ_４Ｆ・ＨＦ）等が挙げられる。

前記スケールの洗浄時における洗浄液のｐＨは５以下の酸性状態であることが望ましく、０．３〜５の酸性状態であることがさらに望ましい。このｐＨが５を超える場合には、洗浄剤としての酸とスケールとの反応が阻害され、スケールの溶解が進行し難くなって好ましくない。

本実施形態の酸によるスケールの洗浄方法を実施した後、洗浄剤としてアルカリ化合物を加え、酸では溶解しなかった二酸化珪素のほか、有機物等のスケールを溶解させることができる。すなわち、アルカリ化合物と反応して溶解するスケールに、洗浄剤としてアルカリ化合物を加えてスケールの洗浄を行うにあたり、該洗浄を減圧状態で気泡を吹き込みながら行う。前記気泡は、その気泡径が１００ｎｍ〜１００μｍの微細気泡であることが望ましい。また、洗浄時における洗浄液のｐＨは９以上であることが好ましい。

次に、本実施形態における酸によるスケールの洗浄方法について作用を説明する。
さて、水タンク等の機器、水配管等の配管の内壁面に付着したスケールを洗浄する場合には、機器又は配管内に酸の水溶液を注入するとともに、機器又は配管内を所定の減圧状態に設定する。すると、機器又は配管の内壁面に付着したスケールは、減圧作用により内壁面から剥がれるような力を受ける。同時に、スケールを形成する化合物に酸が反応し、スケールが溶解する。

このとき、スケールの溶解反応で生成した炭酸ガス等のガスが減圧により速やかに排出され、溶解反応の進行が促される。さらに、減圧によって機器又は配管の内壁面から剥がれ又は浮き上がったスケールは酸と反応しやすく、溶解反応が促される。言い換えれば、減圧状態と、酸によるスケールの溶解反応とが相俟って相乗的に作用し、スケールの溶解を著しく進行させることができる。

以上の実施形態によって発揮される効果を以下にまとめて記載する。
（１）本実施形態の酸によるスケールの洗浄方法では、機器又は配管の内壁面に付着したスケールに酸を作用させて発泡させながらスケールの洗浄を行うにあたり、該洗浄を減圧状態で行う。このため、スケールを形成する化合物が酸との反応によって溶解するとともに、反応により発生する炭酸ガスや酸素ガスが減圧状態で速やかに除去されることによって反応が促進される。同時に、反応が減圧状態で行われることから、機器又は配管の内壁面に付着したスケールが容易に剥れて酸によるスケールの溶解反応が促される。つまり、減圧状態と、酸によるスケールの溶解反応との相乗的な働きに基づいて、スケールの溶解を著しく進行させることができる。

従って、本実施形態の酸によるスケールの洗浄方法によれば、スケールの溶解率を高めることができるとともに、スケールの溶解時間を短縮することができ、スケールの除去効率を向上させることができるという効果を発揮することができる。
（２）前記減圧状態における圧力が０．００１〜０．０９ＭＰａであることにより、減圧に基づくスケール溶解の効率を高めることができる。
（３）前記洗浄時における洗浄液のｐＨが５以下であることにより、酸によるスケールの溶解反応を十分に促進させることができる。
（４）前記洗浄剤の酸が、無機酸として塩酸又はスルファミン酸、有機酸としてクエン酸又はグリコール酸であることにより、スケールの溶解反応を行う酸としての働きを有効に発揮することができる。
（５）前記洗浄剤の洗浄を補助する補助洗浄剤としてフッ素化合物を添加して洗浄を行うことにより、フッ素化合物がスケールとしての二酸化珪素等を溶解させることができ、洗浄剤としての酸の働きを補助し、スケールの溶解反応を一層促進することができる。

次に、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態をさらに具体的に説明する。
（実施例１及び比較例１）
圧力容器内に、濃度２．５質量％、１．０質量％又は０．５質量％に調整した塩酸水溶液１００ｍｌを注入し、そこに炭酸カルシウムを８５質量％含有するスケールを投入した。そして、圧力容器内の圧力を０．１ＭＰａ（常圧、比較例１）、０．０５ＭＰａ又は０．０１ＭＰａ（実施例１）に設定してスケールの洗浄を行い、洗浄時間が０分、３分、５分、７分、１０分及び１５分経過する毎にスケールの溶解率（％）を測定した。スケールの溶解率は、各洗浄時間におけるスケールの残量を測定することにより求めた。塩酸水溶液の濃度が２．５質量％の結果を表１に示し、１．０質量％の結果を表２に示し、０．５質量％の結果を表３に示した。

また、塩酸水溶液の濃度が２．５質量％のときには、溶解液のｐＨは０．３〜１の範囲、塩酸水溶液の濃度が１．０質量％のときには、溶解液のｐＨは０．３〜３の範囲、塩酸水溶液の濃度が０．５質量％のときには、溶解液のｐＨは０．３〜５の範囲であった。

表１に示したように、塩酸水溶液の濃度が２．５質量％で、圧力が０．０５ＭＰａの減圧状態の場合（実施例１）には、０．１ＭＰａの常圧の場合（比較例１）に比べて溶解率が若干高くなる結果が得られた。また、圧力が０．０１ＭＰａの減圧状態の場合（実施例１）には、０．１ＭＰａの常圧の場合（比較例１）に比べて溶解率が一層高くなる結果が得られた。

表２に示したように、塩酸水溶液の濃度が１．０質量％で、圧力が０．０５ＭＰａの減圧状態の場合（実施例１）には、０．１ＭＰａの常圧の場合（比較例１）に比べて溶解率がわずかに高い結果が得られた。圧力が０．０１ＭＰａの減圧状態の場合（実施例１）には、０．１ＭＰａの常圧の場合（比較例１）に比べて溶解率がより高くなる結果が得られた。

表３に示したように、塩酸水溶液の濃度が０．５質量％で、圧力が０．０５ＭＰａの減圧状態の場合（実施例１）には、０．１ＭＰａの常圧の場合（比較例１）に比べて溶解率が明らかに高い結果が得られた。圧力が０．０１ＭＰａの減圧状態の場合（実施例１）には、０．１ＭＰａの常圧の場合（比較例１）に比べて溶解率がさらに高くなる結果が得られた。
（実施例２及び比較例２）
圧力容器内に、濃度１．０質量％に調整した塩酸水溶液１００ｍｌを注入し、そこに結晶性炭酸カルシウムを９０質量％以上含有するスケールを投入した。そして、圧力容器内の圧力を０．１ＭＰａ（常圧、比較例２）及び０．００５ＭＰａ（実施例２）に設定してスケールの洗浄を行い、洗浄時間が０時間、０．２５時間、０．５時間、１時間、１．５時間、２時間及び３時間経過する毎にスケールの溶解率（％）を測定した。溶解率は、各洗浄時間におけるスケールの残量を測定することにより求めた。その結果を表４に示した。

また、溶解液のｐＨは０．３〜１の範囲であった。

表４に示したように、塩酸水溶液の濃度が１．０質量％で、圧力が０．００５ＭＰａの減圧状態の場合（実施例２）には、０．１ＭＰａの常圧の場合（比較例２）に比べて溶解率が格段に高くなる結果が得られた。
（実施例３及び比較例３）
圧力容器内に、濃度１０質量％に調整したスルファミン酸水溶液１００ｍｌを注入し、そこにスケールとしての結晶性炭酸カルシウムを表５に示す量だけ投入した。そして、圧力容器内の圧力を０．１ＭＰａ（常圧、比較例３）及び０．０２〜０．０３ＭＰａ（実施例３）に設定してスケールの洗浄を行い、結晶性炭酸カルシウムが全て溶解するまでの洗浄時間を測定した。このとき発生する炭酸ガスと真空ポンプの脱気のバランスにより、圧力容器内の圧力を０．０２〜０．０３ＭＰａに維持することができた。その結果を表５に示した。

また、溶解液のｐＨは０．７〜１の範囲であった。

表５に示したように、結晶性炭酸カルシウム量が０．７８ｇ及び１．１５ｇのいずれの場合（実施例３）においても、減圧状態のときには、常圧のとき（比較例３）に比べて結晶性炭酸カルシウムの溶解時間が格段に短いという結果が得られた。
（実施例４及び比較例４）
圧力容器内にスルファミン酸の０．５質量％水溶液、１．０質量％水溶液又は２．０質量％水溶液を１００ｍｌ注入した後、炭酸マグネシウムを加圧して成形した錠剤１ｇを投入した。そして、圧力容器内の圧力を０．１ＭＰａ（常圧、比較例４）及び０．００５〜０．０１ＭＰａ（実施例４）の減圧に設定してスケールの洗浄を行い、炭酸マグネシウムが溶解するまでの時間を測定した。スルファミン酸の０．５質量％水溶液の結果を表６に示し、１．０質量％水溶液の結果を表７に示し、２．０質量％水溶液の結果を表８に示した。

また、スルファミン酸水溶液の濃度が０．５質量％のときには、溶解液のｐＨは１．５〜２の範囲、スルファミン酸水溶液の濃度が１．０質量％のときには、溶解液のｐＨは１〜２の範囲、スルファミン酸水溶液の濃度が２．０質量％のときには、溶解液のｐＨは１〜２の範囲であった。

表６に示したように、減圧状態の場合（実施例４）には常圧の場合（比較例４）に比べて炭酸マグネシウムの溶解時間が格段に短縮された。

表７に示したように、減圧状態の場合（実施例４）には常圧の場合（比較例４）に比べて炭酸マグネシウムの溶解時間が炭酸マグネシウムの溶解量にかかわらず格段に短縮された。

表８に示したように、減圧状態の場合（実施例４）には常圧の場合（比較例４）に比べて炭酸マグネシウムの溶解時間が炭酸マグネシウムの溶解量にかかわらず顕著に短縮された。
（実施例５及び比較例５）
圧力容器内にクエン酸の０．４質量％水溶液、０．８質量％水溶液又は１．６質量％水溶液を１００ｍｌ注入した後、炭酸マグネシウムを加圧して成形した錠剤１ｇを投入した。そして、圧力容器内の圧力を０．１ＭＰａ（常圧、比較例４）及び０．００５〜０．０１ＭＰａ（実施例５）の減圧に設定してスケールの洗浄を行い、炭酸マグネシウムが溶解するまでの時間を測定した。クエン酸の０．４質量％水溶液の結果を表９に示し、０．８質量％水溶液の結果を表１０に示し、１．６質量％水溶液の結果を表１１に示した。

また、クエン酸水溶液の濃度が０．４質量％のときには、溶解液のｐＨは２〜３の範囲、クエン酸水溶液の濃度が０．８質量％のときには、溶解液のｐＨは２〜３の範囲、クエン酸水溶液の濃度が１．６質量％のときには、溶解液のｐＨは１．９〜３の範囲であった。

表９に示したように、減圧状態の場合（実施例５）には常圧の場合（比較例５）に比べて炭酸マグネシウムの溶解時間が格段に短縮された。

表１０に示したように、減圧状態の場合（実施例５）には常圧の場合（比較例５）に比べて炭酸マグネシウムの溶解時間が炭酸マグネシウムの溶解量にかかわらず格段に短縮された。

表１１に示したように、減圧状態の場合（実施例５）には常圧の場合（比較例５）に比べて炭酸マグネシウムの溶解時間が炭酸マグネシウムの溶解量にかかわらず著しく短縮された。
（実施例６及び比較例６）
圧力容器に濃度１０質量％のスルファミン酸水溶液１００ｍｌを注入した後、二酸化珪素と炭酸カルシウムの質量比２：３のスケールを投入した。そして、圧力容器内の圧力を０．１ＭＰａ（常圧、比較例６）及び０．０１ＭＰａ（実施例６）の減圧に設定し、６時間スケールを溶解させてその質量を測定し、溶解率を求めた。その後、補助洗浄剤として１水素２フッ化アンモニウムを５質量％追加し、さらにスケールを溶解させてその質量を測定し、溶解率を求めた。それらの結果を表１２に示した。

また、溶解液のｐＨは０．７〜４の範囲であった。

表１２に示したように、減圧状態の場合（実施例６）には常圧の場合（比較例６）に比べてスケールの溶解率が著しく高く、さらにフッ素化合物を添加することによりスケールの溶解を促進させることができた。
（実施例７及び比較例７）
圧力容器内にグリコール酸の０．６質量％水溶液又は１．２質量％水溶液を１００ｍｌ注入した後、炭酸マグネシウムを加圧して成形した錠剤１ｇを投入した。そして、圧力容器内の圧力を０．１ＭＰａ（常圧、比較例７）及び０．０１ＭＰａ（実施例７）の減圧に設定してスケールの洗浄を行い、炭酸マグネシウムが溶解するまでの時間を測定した。グリコール酸の０．６質量％水溶液の結果を表１３に示し、１．２質量％水溶液の結果を表１４に示した。

また、グリコール酸水溶液の濃度が０．６質量％のときには、溶解液のｐＨは２〜３の範囲、グリコール酸水溶液の濃度が１．２質量％のときには、溶解液のｐＨは１．９〜３の範囲であった。

表１３に示したように、減圧状態の場合（実施例７）には常圧の場合（比較例７）に比べて炭酸マグネシウムの溶解時間が格段に短縮された。

表１４に示したように、減圧状態の場合（実施例７）には常圧の場合（比較例７）に比べて炭酸マグネシウムの溶解時間が炭酸マグネシウムの溶解量にかかわらず著しく短縮された。

なお、前記実施形態を次のように変更して具体化することも可能である。
・ 前記洗浄剤としての酸を、スケールを形成する化合物の種類等に応じて複数の酸を組合せて使用することも可能である。

・ 前記洗浄剤の酸とスケールを形成する化合物との反応により発生するガスの量に基づいて酸の濃度や添加量を設定することができる。
・ 前記洗浄時における減圧状態は、減圧度を徐々に高めたり、減圧度を徐々に低くしたり等、スケールの溶解程度によって適宜変化させることができる。

・ 前記酸以外の洗浄剤として、界面活性剤、キレート化剤、ビルダー剤等を酸と併用することも可能である。

Claims (5)

1. 機器又は配管の内壁面に付着したスケールに洗浄剤としての酸を作用させて発泡させながらスケールの洗浄を行うにあたり、該洗浄を減圧状態で行うことを特徴とする酸によるスケールの洗浄方法。
2. 前記減圧状態における圧力は０．００１〜０．０９ＭＰａであることを特徴とする請求項１に記載の酸によるスケールの洗浄方法。
3. 前記洗浄時における洗浄液のｐＨは５以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の酸によるスケールの洗浄方法。
4. 前記洗浄剤の酸は、無機酸として塩酸又はスルファミン酸、有機酸としてクエン酸又はグリコール酸であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の酸によるスケールの洗浄方法。
5. 前記洗浄剤の洗浄を補助する補助洗浄剤としてフッ素化合物を添加して洗浄を行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の酸によるスケールの洗浄方法。