JP2019196541A - ボイラシステムの腐食抑制剤および腐食抑制方法 - Google Patents

Abstract

【課題】劇物に指定されていない気液分配比が高い揮発性アミンを使用することで、ボイラシステムの腐食抑制効果を発揮し、且つ取扱い性に優れたボイラシステムの腐食抑制剤及び腐食抑制方法を提供する。【解決手段】本発明に係るボイラシステムの腐食抑制剤は、３−ブトキシプロピルアミンを有効成分として含む。本発明に係るボイラシステムの腐食抑制方法は、３−ブトキシプロピルアミンを有効成分としてボイラシステムに存在させる。【選択図】なし

Description

本発明は、ボイラシステムの腐食抑制剤および腐食抑制方法に関する。

金属材料は、水分および酸素の少なくとも一方が存在することで酸化され、腐食が進行する。例えば、ボイラ蒸気復水系では、ボイラから発生した蒸気が熱交換され凝縮水となる。この凝縮水が多くの炭酸を含む場合、凝縮水のｐＨが低下して金属の腐食が進行しやすくなる。腐食が進行すると配管減肉が生じ、貫孔や割れなどに至ることがある。

蒸気復水系の腐食を抑制する方法として、例えば、非特許文献１には、アミンを用いる方法が開示されている。アミンによる腐食抑制機構は、非特許文献１に記載のように、アミンの種類によって異なる。１つの方法は皮膜性アミンを用いる方法であり、皮膜性アミンのアミノ基が金属表面に吸着して単分子層または多分子層の非常に緻密な皮膜を形成し、その吸着皮膜によって水分と金属との接触が防止され、腐食が抑制される。しかしながら、オクタデシルアミンなどの皮膜性アミンを使用する方法では、ボイラの運転条件の変化（例えば、蒸発量の変動）により多量の皮膜性アミンが必要となる場合がある。このような場合、ボイラプラント系内に非水溶性の付着物が発生して障害となるおそれがある。

他のアミンによる防食機構として、揮発性アミンを用いる方法がある。揮発性アミンの場合、注入された揮発性アミンが凝縮水中に溶け込み、系内に存在する酸性物質を中和する。そのため、水と接触する金属の腐食が抑制される。さらに、過剰に注入された揮発性アミンによって水のｐＨが上昇し、腐食が抑制される。揮発性アミンとしては、例えば、モルホリン、２−アミノエタノール、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール、ジエタノールアミン、シクロヘキシルアミン、ジエチルアミノエタノール等が挙げられる。揮発性アミンの特性として、気液分配比（気相中のアミンの濃度／液相中のアミンの濃度）が有る。ボイラに比較的近い蒸気復水系を防食するためには、気液分配比の小さい揮発性アミンが有効であり、一方、ボイラから離れた末端の蒸気復水系を防食するためには、気液分配比の大きい揮発性アミンが有効である。その為、防食対象となる蒸気復水系に合わせ、１種または必要に応じて複数種の揮発性アミンを組み合わせて使用する。

ボイラーの水管理＜知識と応用＞、社団法人日本ボイラ協会、平成１３年１月１５日、２５９〜２６３頁

しかし、気液分配比が高い揮発性アミン（気液分配比１以上）であるシクロヘキシルアミンやジエチルアミノエタノールは、毒物及び劇物取締法に定める劇物に指定されており、そのため取扱い性（例えば、管理・監督者の指名、専用保管設備の用意及び施錠管理、劇物である旨の表示義務など）が煩雑である。

本発明の課題は、劇物に指定されていない気液分配比が高い揮発性アミンを使用することで、ボイラシステムの腐食抑制効果を発揮し、且つ取扱い性に優れたボイラシステムの腐食抑制剤および腐食抑制方法を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討を行った結果、以下の構成からなる解決手段を見出し、本発明を完成するに至った。
（１）３−ブトキシプロピルアミンを有効成分としてボイラシステムに存在させるボイラシステムの腐食抑制方法。
（２）３−ブトキシプロピルアミン及びその他の揮発性アミンを有効成分としてボイラシステムに存在させるボイラシステムの腐食抑制方法。
（３）その他の揮発性アミンが、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール、メトキシプロピルアミン、ジエタノールアミンの少なくとも１種以上である上記（２）に記載のボイラシステムの腐食抑制方法。
（４）上記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の有効成分を含むボイラシステムの腐食抑制剤。

本発明によれば、劇物に指定されていないため取扱い性に優れ、且つ他の揮発性アミンと同等の腐食抑制効果を発揮することができる。

図１は、ボイラシステムの一実施形態を示す説明図である。 図２は、実施例１および比較例１〜２の腐食試験で使用したドレンポット試験器を示す説明図である。 図３は、図２に示すドレンポット試験器を備えるボイラシステムにおいて、蒸気の流れを示す説明図である。

本発明に係るボイラシステムの腐食抑制剤は、３−ブトキシプロピルアミンを含むことを特徴とする。
３−ブトキシプロピルアミンは、劇物に指定されておらず、気液分配比の大きい揮発性アミン（気液分配比６〜９）であるため、劇物に指定されているシクロヘキシルアミンおよびジエチルアミノエタノールに比べて取扱い性に優れる。

また、本発明に係るボイラシステムの腐食抑制剤は、必要に応じてその他の揮発性アミン（例えば、気液分配比の小さい揮発性アミン）と併用してもよい。
気液分配比の小さい揮発性アミンとして挙げられる２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール、メトキシプロピルアミン又はジエタノールアミンは、３−ブトキシプロピルアミンと同様に劇物に指定されておらず、これらを併用することで、取扱い性の問題を含むことなくボイラの比較的近くから末端までの蒸気復水系に対し腐食抑制効果を得ることが出来る。

本発明の腐食抑制剤には、本発明の効果を阻害しない範囲で、必要に応じて他の添加剤が含まれていてもよい。他の添加剤としては、他の腐食抑制成分、脱酸素剤、ｐＨ調整剤、スケール分散成分、他の蒸気復水系処理成分、水などが挙げられる。他の腐食抑制成分としては、例えば、グルコン酸およびその塩、酒石酸およびその塩、クエン酸およびその塩、コハク酸およびその塩、モリブデン酸およびその塩、ベンゾトリアゾール、オクタデセンなどのアルケンなどが挙げられる。脱酸素剤としては、ヒドラジン、カルボヒドラジド、亜硫酸ナトリウム、エリソルビン酸およびその塩、アスコルビン酸およびその塩、没食子酸およびその塩、タンニン、メチルエチルケトオキシム、ジエチルヒドロキシルアミンなどが挙げられる。ｐＨ調整剤としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、リン酸ナトリウム、リン酸カリウムなどが挙げられる。スケール分散成分としては、例えば、ＥＤＴＡなどのキレート剤、ポリアクリル酸およびその塩などの高分子化合物、マレイン酸およびその塩、ホスホン酸およびその塩などが挙げられる。他の蒸気復水系処理成分としては、例えば、アンモニア、モルホリンなどのアミンなどが挙げられる。これらの添加剤は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

これらの添加剤の含有量は特に限定されず、上述の腐食抑制剤１００質量部に対して、好ましくは０．１〜１０００００質量部の割合で添加される。

次に、本発明の腐食抑制剤を使用する方法について説明する。本発明の腐食抑制剤は、腐食を抑制しようとするボイラシステムに存在させる。本明細書において「腐食抑制」とは、腐食の防止や予防など、腐食させにくくすること全般を意味する。

本明細書において保護対象のボイラシステムは、例えば、蒸気復水系、ボイラ水系、給水系である。具体的には、図１に示すボイラシステムに基づいて説明する。図１に示すボイラシステムは、ボイラ１、復水器２、給水タンク３、復水ポンプ４、およびボイラ給水ポンプ５を含む。図１に示すボイラシステムの場合、領域Ｘが「蒸気復水系」、領域Ｙが「ボイラ水系」、領域Ｚが「給水系」に相当する。

ボイラシステムは、通常、金属で形成されている。金属としては、例えば鉄、銅、これらの金属を含む合金などが挙げられる。これらの中でも、腐食抑制効果がより発揮される点で、鉄または銅を主成分とする金属で形成されていることが好ましく、鉄または銅を５０質量％以上含まれる金属で形成されていることがより好ましい。

本発明の腐食抑制剤を混入する方法は特に限定されず、例えば、連続的または間欠的に、蒸気復水系を流れる水（水蒸気）中に注入してもよく、ボイラ給水またはボイラ水に注入してもよい。本発明の腐食抑制剤の添加量は特に限定されず、例えば、上述の有効成分が、ボイラ給水系に対し、好ましくは０．０１〜１０００ｍｇ／Ｌ、より好ましくは０．１〜１００ｍｇ／Ｌの濃度となるように添加される。本発明の腐食抑制剤は、そのまま添加してもよく、さらに水で希釈して添加してもよい。本発明の腐食抑制剤を用いた腐食抑制方法は、脱酸素剤や分散剤を用いる他の腐食抑制方法と併用してもよい。

以上のように、本発明の腐食抑制剤は、気液分配比が大きい化合物でありながら劇物に指定されていないため取り扱いし易く、且つ優れた腐食抑制効果を発揮する。さらに、本発明の腐食抑制方法によれば、気液分配比が高く劇物に指定されていない化合物を有効成分とするため取り扱いやすく、且つ優れたボイラシステムの腐食を抑制することができる。したがって、本発明の腐食抑制剤および腐食抑制方法は、劇物に指定されている物質の様な取扱い（例えば、管理・監督者の指名、専用保管設備の用意及び施錠管理、劇物である旨の表示義務など）が不要である。

以下、実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

図２に示すドレンポット試験器を用いて、金属の腐食試験を行った。蒸気復水系の水領域および水蒸気領域を安定して評価するため、図２に示すドレンポット試験器１０を用いた。ドレンポット試験器１０は、ドレンポット本体１６と、各種フランジ１１、１２、１３、１４と、試験片取付け用治具１５と、スチームトラップ１７とを備えている。蒸気はドレンポット本体１６内に流入して滞留することで冷却され、凝縮水（復水）となる。ドレンポット本体１６内において、凝縮水が一定の水位に達すると、ドレンポット本体１６の下流側に備えられたスチームトラップ１７が開放される。その結果、過剰の凝縮水がドレンポット本体１６から排出され、凝縮水はドレンポット本体１６内で一定の水位を維持することができる。

次いで、水領域１６１に接触する試験片１５１および水蒸気領域１６２に接触する試験片１５２を治具１５に取り付けた。この試験片１５１、１５２を取り付けた治具１５を、図２に示すように、ドレンポット本体１６内に挿入した。試験片は低炭素鋼のＪＩＳ Ｇ ３１４１の１種（ＳＰＣＣ）で形成されており、両表面全面を＃４００研磨仕上げとした。試験片の大きさは、長さ３０ｍｍ、幅１５ｍｍおよび厚み１ｍｍであり、２ヶ所に直径３ｍｍの穴を有している。

図３に示すように、ボイラ２１および蒸気ヘッダー２２を備えるボイラシステム２０に、蒸気ヘッダー２２の下流側にドレンポット試験器１０を取り付けた。実線の矢印はボイラ２１で発生した蒸気の流れを示す。薬剤タンク２３に腐食抑制剤として３−ブトキシプロピルアミン（ＢＰＡ）を入れ、１２．０ｍｇ／Ｌの濃度になるように、ボイラ給水系に注入した。試験片１５１、１５２それぞれを凝縮水および水蒸気に７日間接触させた。その後、試験片を取り出して腐食の程度を下記の基準で評価した。

＜腐食度（ｍｄｄ）＞
試験前の試験片の質量と試験後の試験片の質量とから腐食度（ｍｇ／ｄｍ^２／ｄａｙ）を算出した。すなわち、試験前後の試験片の質量の差から試験片の減少量（ｍｇ）を求め、単位面積（ｄｍ^２）あたりの減少量に換算して、１日あたりの減少量を算出した。結果を表１に示す。

腐食抑制剤として３−ブトキシプロピルアミン（ＢＰＡ）４．５ｍｇ／Ｌに加えて２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール（ＡＭＰ）４．５ｍｇ／Ｌで併用した以外は、実施例１と同様の手順で金属の試験を行い、腐食の程度を評価した。結果を表１に示す。

腐食抑制剤として３−ブトキシプロピルアミン（ＢＰＡ）２．０ｍｇ／Ｌに加えて２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール（ＡＭＰ）２．１ｍｇ／Ｌで併用した以外は、実施例１と同様の手順で金属の試験を行い、腐食の程度を評価した。結果を表１に示す。

腐食抑制剤として３−ブトキシプロピルアミン（ＢＰＡ）４．５ｍｇ／Ｌに加えてメトキシプロピルアミン（ＭＯＰＡ）４．５ｍｇ／Ｌで併用した以外は、実施例１と同様の手順で金属の試験を行い、腐食の程度を評価した。結果を表１に示す。

腐食抑制剤として３−ブトキシプロピルアミン（ＢＰＡ）４．５ｍｇ／Ｌに加えてジエタノールアミン（ＤＥＡ）４．５ｍｇ／Ｌで併用した以外は、実施例１と同様の手順で金属の試験を行い、腐食の程度を評価した。結果を表１に示す。

（比較例１）
腐食抑制剤を用いなかった以外は、実施例１と同様の手順で金属の試験を行い、腐食の程度を評価した。結果を表１に示す。

（比較例２）
腐食抑制剤として３−ブトキシプロピルアミン（ＢＰＡ）の代わりに、揮発性アミンであるシクロヘキシルアミンを１０．０ｍｇ／Ｌの濃度で用いた以外は、実施例１と同様の手順で金属の試験を行い、腐食の程度を評価した。結果を表１に示す。

（比較例３）
腐食抑制剤として３−ブトキシプロピルアミン（ＢＰＡ）の代わりに、揮発性アミンであるモルホリンを１５．７ｍｇ／Ｌの濃度で用いた以外は、実施例１と同様の手順で金属の試験を行い、腐食の程度を評価した。結果を表１に示す。

（比較例４）
腐食抑制剤として３−ブトキシプロピルアミン（ＢＰＡ）の代わりに、揮発性アミンであるモルホリンを３．５ｍｇ／Ｌの濃度で用いた以外は、実施例１と同様の手順で金属の試験を行い、腐食の程度を評価した。結果を表１に示す。

＜取扱い性＞
実施例及び比較例で用いた揮発性アミンの取扱い性を評価した。劇物に指定されていない３−ブトキシプロピルアミン（ＢＰＡ）、メトキシプロピルアミン（ＭＯＰＡ）および２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール（ＡＭＰ）は「○」と評価した。一方、劇物に指定されているシクロヘキシルアミンは「×」、劇物指定の候補物質であり将来的な取扱い性の不安があるモルホリンは「△」と評価した。

総合評価については、腐食度と安全性から評価した。

表１から明らかなように、実施例１では、水領域および水蒸気領域のいずれも腐食度が低いことがわかる。さらに、実施例１で使用した３−ブトキシプロピルアミン（ＢＰＡ）は、劇物に指定されていないため、取扱い性に優れる。したがって、実施例１は総合的に「○」と評価した。
また、３−ブトキシプロピルアミン（ＢＰＡ）および２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール（ＡＭＰ）を併用した実施例２では、水領域および水蒸気領域のいずれも腐食度が低く、腐食抑制剤濃度の低い実施例３についても腐食度が低いことがわかる。３−ブトキシプロピルアミン（ＢＰＡ）およびメトキシプロピルアミン（ＭＯＰＡ）を併用した実施例４や、３−ブトキシプロピルアミン（ＢＰＡ）およびジエタノールアミン（ＤＥＡ）を併用した実施例５も同様に腐食度が低いことがわかる。さらに、実施例２〜５で使用した３−ブトキシプロピルアミン（ＢＰＡ）、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール（ＡＭＰ）、メトキシプロピルアミン（ＭＯＰＡ）およびジエタノールアミン（ＤＥＡ）は、劇物に指定されていないため、取扱い性に優れる。したがって、実施例２〜５で使用した腐食抑制剤は、総合的に「○」と評価した。
一方、比較例１については、腐食が著しいため、比較例２については、劇物に指定されているため、比較例３および４については、将来的な取扱い性に不安があるため、総合的に「×」と評価した。

１ ボイラ
２ 復水器
３ 給水タンク
４ 復水器ポンプ
５ ボイラ給水ポンプ
１０ ドレンポット試験器
１１、１２、１３、１４ フランジ部
１５ 試験片取付け用治具
１５１ 試験片（水領域）
１５２ 試験片（水蒸気領域）
１６ ドレンポット本体
１６１ 水領域
１６２ 水蒸気領域
１７ スチームトラップ
２０ ボイラシステム
２１ ボイラ
２２ 蒸気ヘッダー
２３ 薬剤タンク

Claims (4)

1. ３−ブトキシプロピルアミンを有効成分としてボイラシステムに存在させるボイラシステムの腐食抑制方法。
2. ３−ブトキシプロピルアミン及びその他の揮発性アミンを有効成分としてボイラシステムに存在させるボイラシステムの腐食抑制方法。
3. その他の揮発性アミンが、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール、メトキシプロピルアミン、ジエタノールアミンの少なくとも１種以上である請求項２に記載のボイラシステムの腐食抑制方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の有効成分を含むボイラシステムの腐食抑制剤。

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