JP3896587B2 - 水系プラントの溶存酸素除去方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気発生設備を備える水系プラントに対して供給される給水中の溶存酸素除去方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ボイラ等の蒸気発生設備を備える水系プラントに対して供給される給水中に含まれている溶存酸素は、ボイラ缶体や蒸気復水経路その他の水系プラント設備の腐食原因となる。このため、現在では、蒸気発生設備に供給される給水に対して溶存酸素除去作用のある薬剤、即ち溶存酸素と反応するヒドラジンや亜硫酸ナトリウムを主剤とする薬剤を注入することによって、給水中の溶存酸素を除去する技術が一般的に普及している。
【0003】
しかしながら、毒性のあるヒドラジンは安全性の点で問題がある。また、亜硫酸ナトリウムを使用する場合は、酸素との反応過程でボイラ水の電気伝導率の上昇をもたらす要因となるSO4 2−が発生することから、電気伝導率の上昇を抑制するためにブロー量を多くする必要が生じるので、経済性の点で問題がある。また、SO4 2−は、腐食性のアニオンであることから、添加量が不足して溶存酸素を除去しきれなかった場合、かえって腐食を加速するおそれがある。
【0004】
一方、天然有機物系のタンニン、タンニン酸及びそのアルカリ還元化合物(没食子酸等の還元性フェノール)を包含する「タンニン類」は、安全性、経済性の点で有利であるとともに、酸素除去作用に加えて金属表面に対する防食皮膜形成能を有する。このため、近年、ボイラ等の高温水系、蒸気発生プラント系においてはタンニン類が腐食抑制剤として利用されることが多くなっている。
【0005】
従来、このタンニン類をボイラ水系等の水系プラントの腐食抑制剤として使用する場合においては、特許第3116042号報にも開示されているように、タンニンを含む腐食抑制剤(脱酸素剤)が添加される箇所は、給水を貯留する給水槽又は該給水槽に連結される補給水経路が知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、次の技術的課題があった。
【0007】
まず、タンニン類を給水槽又はその補給水経路に添加する技術では、給水槽に貯留された給水は空気と接触し、添加されたタンニン類が空気中の酸素とも反応してしまうことから、後続のボイラ缶等の蒸気発生設備では期待された酸素除去作用が発揮されなくなってしまうという技術的課題があった。
【0008】
また、ボイラ等の蒸気発生設備に供給される給水の温度が低いため充分な酸素除去反応が得られない場合、給水の溶存酸素が高濃度である場合、ボイラ缶等の蒸気発生設備内の濃縮度合が高い場合等では、例えばボイラ缶水中のタンニン濃度が一定になるようにタンニン類の添加量を定めても、溶存酸素がボイラから発生する蒸気に移行してしまう場合があり、この場合、蒸気復水配管において腐食トラブルが発生してしまうという技術的課題があった。
【0009】
また、蒸気復水配管において既に腐食が発生している場合の事後対策として、揮発性アミンを該配管中に添加し、蒸気凝縮水のpHを上昇させ、以後の腐食を防止するという方法が採用される場合があるが、この方法の効果は蒸気中に酸素が存在すると著しく低下してしまうという技術的課題があった。
【0010】
そこで、本発明では、ボイラ等の蒸気発生設備から生じる蒸気中に酸素を移行させないように、給水に対してタンニン類を添加することを特徴とする水系プラントの溶存酸素除去方法を提供することを主な目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成し、上記技術的課題を解決するために、本発明では、次の手段を採用する。
【0012】
まず、本発明では、蒸気発生設備を備える水系プラントの給水中の溶存酸素をタンニン類によって除去する方法に関し、前記蒸気発生設備に供給される給水中の溶存酸素濃度に基づいて、給水に添加するタンニン類の濃度を決定するように工夫した水系プラントの溶存酸素除去方法を提供する。本発明において「タンニン類」とは、タンニンまたは/及びタンニンの加水分解物(没食子酸等の還元性フェノール)を少なくとも含む、腐食抑制を発揮する添加物質と定義する。
【0013】
この手段では、給水中に添加されたタンニン酸の残留濃度を測定して溶存酸素除去を確認する構成ではなく、給水中の溶存酸素濃度を直接測定するか、又は給水温度から間接的に予測することで、タンニン類の添加量を決定することを基本的な特徴としている。このため、給水中の溶存酸素量を除去するために必要な適量のタンニン類を確実に添加することが可能となる。
【0014】
より具体的には、当該水系プラントの給水の溶存酸素濃度、温度や反応時間等の諸条件とタンニン類の腐食抑制作用の関係を予め検証しておくことによって、当該水系プラントに導入される給水中へのタンニン類の最も適切かつ効果的な添加量を予め把握しておき、これに基づいて給水中へタンニン類を適切量添加することが可能となる。
【0015】
次に、本発明では、蒸気発生設備を備える水系プラントの給水中の溶存酸素をタンニン類によって除去する方法に関し、前記蒸気発生設備からの蒸気から得られる蒸気凝縮水中の溶存酸素濃度に基づいて、給水に添加するタンニン類の濃度を決定することを特徴とする水系プラントの溶存酸素除去方法を提供する。
【0016】
この手段では、従来では不充分であった蒸気復水配管の腐食抑制を確実に行うことができるようになる。より詳細には、ボイラ等の蒸気発生設備から発生する主蒸気を冷却して得られる蒸気凝縮水中の溶存酸素濃度を直接測定し、この濃度と給水に添加されるタンニン類の添加濃度の相関関係を予め把握しておき、この相関関係に基づき給水中への添加されるタンニン類の濃度を決定する構成とすることによって、蒸気復水配管の腐食抑制を確実に行い、蒸気に移行する酸素濃度を1mg/L以下、好ましくは0.5mg/L以下、更には好ましくは0.1mg/L以下とすることができる。
【0017】
ここで、前記本発明において、溶存酸素計を用いて前記溶存酸素濃度を直接測定し、該溶存酸素計から出力される測定信号によって、給水中に添加されるタンニン類の濃度を自動制御するように工夫できる。具体的には、蒸気復水経路に付設された溶存酸素計の測定信号が入力される制御装置を介して薬注ポンプからのタンニン類の吐出量を自動制御する。更には、給水槽と前記蒸気発生設備との間の給水経路に対して前記タンニン類を添加する。
【0018】
これらの手段では、タンニン類の添加作業を自動で行うことができるので、省力化を達成することができる。また、タンニン類を、給水が空気と接触する給水槽や該給水槽に連結する補給水経路に対して添加するのではなくて、給水経路に対して添加する構成を採用することによって、後続のボイラ缶等の蒸気発生設備や蒸気復水経路でも酸素除去効果を有効に発揮させることができるようになる。
【0019】
なお、上記本発明において採用できるタンニンは、五倍子タンニン、没食子タンニン、スマックタンニン、タラタンニン、バロニアタンニン、チェストナットタンニンその他の加水分解型タンニン、またはケブラチョタンニン、ミモザタンニン、ガンビアタンニン、マングローブタンニンその他の縮合型タンニンのいずれでも。さらに、植物から抽出、濃縮した粗生成品を用いても、高純度品を用いてもよい。
【0020】
前記タンニンは、そのまま水溶液にして使用してもよいが、通常タンニンは酸性であることが多いため、その場合はタンニン水溶液にアルカリ金属水酸化物等のアルカリ剤を混合して添加し、中性又はアルカリ性にしてもよい。アルカリ剤を添加してアルカリ条件にすると、加水分解型タンニンの場合は分解して没食子酸、ピロガロールその他の還元性フェノールとアルコールに分解するが、これらをそのまま用いてもよい。更には、タンニンに前記還元性フェノールを別添加したものを用いてもよく、必要に応じてアルカリ剤、脱酸素剤、スケール分散剤、防食剤、揮発性アミンその他の給復水系処理剤を併用してもよい。
【0021】
以上のように、本発明は、給水中の溶存酸素濃度を直接又は間接的に測定してタンニン類の適切な添加量を決定するとともに、蒸気復水配管の腐食抑制を確実に行うことができるようになるという技術的意義を有している。
【0022】
【発明の実施の形態】
添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態について説明する。図1は、ボイラ水系の一般的なプラント設備の例の構成を示す概略図である。
【0023】
図1に示されている符号1は、ボイラ給水槽を簡略に示している。このボイラ給水槽1からは、給水経路X1に付設されたポンプP1を介してボイラ給水2が取水され、蒸気発生設備であるボイラ3へ供給される。
【0024】
前記ボイラ3から発生する蒸気W1は、主蒸気配管Hに吐出され、一旦、蒸気溜め4に滞留した後に蒸気タービンTに導入され、運動エネルギーに変換されるのに役立てられる。蒸気タービンTから排出される廃蒸気W2は、蒸気復水経路X2を通過して該蒸気復水経路X2に付設された復水器11に導入され、該復水器11によって水に戻され、再びボイラ給水槽1に戻される。
【0025】
次に、符号12は、補給水槽を表している。この補給水槽12からは、ポンプP2によって補給水が取水され、図示しない軟水装置を経て、符号X3で示された補給水経路を通じて前記ボイラ給水槽1に供給される構成となっている。
【0026】
ここで、好適な本発明に係るボイラ水系の溶存酸素除去方法の構成を説明すると、まず、ボイラ3に連結された主蒸気配管Hに吐出された蒸気の一部(符号W3で示す。)を採取し、符号5で示す冷却器に導入する。
【0027】
なお、蒸気W3の採取場所は、主蒸気配管Hに限定するものではなく、例えば、図示しない蒸気ヘッダーやボイラ本体エア抜き部から採取してもよい。
【0028】
続いて、前記冷却器5によって蒸気凝縮水6を得て、該蒸気凝縮水6を溶存酸素計7等の測定計器に導入し、蒸気凝縮水6に溶存する酸素の濃度に対応する電気信号Sを得る。この電気信号Sは、CPU等を備える制御装置8に送られる。この制御装置8は、後続の薬注ポンプP3の吸引圧力を制御する役割を果たすように構成される。
【0029】
符号9は、タンニン類貯留槽を示しており、この貯留槽9からは薬注ポンプP3によってタンニン類10が吸引されて、前述した給水経路X1を流れるボイラ給水2に添加(注入)される。
【0030】
なお、前記した本発明に係るボイラ水系の溶存酸素除去方法は、図1に示された構成のプラント設備に限定して適用されるものではない。以下、本発明の有利な効果を検証すべく実験を行ったので、その内容について説明する。
【0031】
【実施例】 <実験1>
比較例の説明。
容量5Lの実機蒸気発生プラントを模擬した試験装置に、25℃で空気中の酸素で飽和させた厚木市水道の軟化水(Mアルカリ度:45mg CaCO3/L)を給水し、圧力1MPa、蒸気発生量5L/hr、ブロー率7%の条件で運転して、蒸気を発生させた。発生させた蒸気を冷却器で冷却して蒸気凝縮水とし、45℃に調整してからテストピースカラムに通水した。このカラムの内部とボイラの内部に、あらかじめ炭素鋼(SS400)製のテストピース(50×15×1mm)を設置しておき、これらテストピースの96時間の腐食量を測定して「腐食速度」を算出した。前記蒸気凝縮水中の「溶存酸素濃度」は、蒸気凝縮水を20℃に冷却して測定した。これらを、腐食抑制処理を行わない場合の腐食速度並び溶存酸素濃度ととし、比較例1とした。
【0032】
次に、高純度五倍子タンニン(薬品種番号▲1▼とする)、粗成品のケブラチョタンニン(薬品種番号▲2▼とする)、粗成品の五倍子タンニン(薬品種番号▲3▼とする)を用いて、ボイラ水中における添加濃度が、後掲する表1に示した値となるように、ボイラ給水中に添加して同様な運転を行い、上記同様の方法で腐食速度と溶存酸素濃度を測定して、比較例2〜6とした。なお、比較例6では、給復水系処理剤である揮発性アミン(2−アミノ−2−メチル1−プロパノール)をボイラ給水に対して20mg/L添加した。
【0033】
実施例の説明。
前記薬品種▲1▼〜▲3▼を用いて、給水に対する添加濃度が後掲する表1に示した値になるように、ボイラ給水中に添加して上記同様の運転を行い、同じように腐食速度と溶存酸素濃度を測定して、本発明の実施例1〜9とした。なお、実施例7〜9では、比較例6と同じ揮発性アミンをボイラ給水に対して20mg/L添加した。
【0034】
以上の比較例1〜6並びに実施例1〜9の条件並びに実験結果を次の表1にまとめた。
【0035】
【表1】
【0036】
前掲した表1に示されているように、実施例1〜9では、比較例1及び比較例2〜6に比べて、蒸気凝縮水系(蒸気復水経路)の腐食速度が大幅に低下し、蒸気凝縮水の溶存酸素濃度は大きく低減されている。このことから、本発明は、蒸気復水経路の腐食防止に顕著な効果を発揮することが明らかである。
【0037】
<実験2>まず、実機水管プラントにおいて、五倍子タンニン15重量%、水酸化ナトリウム15重量%を含む水溶液を薬液(「薬液A」と称する。)として使用した。ボイラの圧力は1MPa、給水温度は25℃、ブロー率は8%、給水のMアルカリ度は35mgCaCO3/Lであった。
【0038】
比較例の説明。
上記薬液Aを給水に対して80mg/L添加してボイラを運転し、発生した蒸気を冷却器で冷却して蒸気凝縮水を得、40℃に調整してからテストピースカラムに通水した。このカラムの内部に、予め炭素綱(SS400)製のテストピース(50×15×1mm)を設置しておき、これらのテストピースの96時間後における腐食量を測定して腐食速度を算出した。その際に、給水及び蒸気凝縮水中の溶存酸素濃度を溶存酸素計(オービスフェア社製、製品番号MOCA3600)を用いて測定した。蒸気凝縮水中の溶存酸素濃度は、蒸気凝縮水を20℃に冷却して測定した。その結果を比較例7として後掲する表2にまとめた。
【0039】
実施例の説明。
上記薬液Aを給水に対して155mg/L添加して比較例7と同様の条件で運転し、同様に蒸気凝縮水中の腐食速度と溶存酸素濃度を測定した。その結果を実施例10として、以下の表2にまとめた。
【0040】
【表2】
【0041】
前掲した表2に示されているように、実施例10では、比較例7に比べて、蒸気凝縮水系(蒸気復水経路)の腐食速度が大幅に低下し、蒸気凝縮水の溶存酸素濃度は大きく低減されている。このことから、本発明は、蒸気復水経路の腐食防止に顕著な効果を発揮することが明らかである。
【0042】 <実験3>
まず、実機水管プラントにおいて、上記薬液Aを使用した。ボイラの圧力は1MPa、給水温度は45℃、ブロー率は1%、給水のMアルカリ度は40mgCaCO3/Lであった。
【0043】
比較例の説明。
上記薬液Aを給水に対して120mg/L添加してボイラを運転し、発生した蒸気を冷却器で冷却して蒸気凝縮水を得、40℃に調整してからテストピースカラムに通水した。このカラムの内部に、予め炭素綱(SS400)製のテストピース(50×15×1mm)を設置しておき、これらのテストピースの96時間後における腐食量を測定して腐食速度を算出した。その際に、給水及び蒸気凝縮水中の溶存酸素濃度を溶存酸素計(オービスフェア社製、製品番号MOCA3600)を用いて測定した。蒸気凝縮水中の溶存酸素濃度は、蒸気凝縮水を20℃に冷却して測定した。その結果を比較例8として後掲する表3にまとめた。
【0044】
実施例の説明。
上記比較例8と同条件にて運転中に、蒸気凝縮水中の溶存酸素濃度を上記溶存酸素計を用いて測定したところ、2.2mg/Lであった。そこで、蒸気凝縮水中の溶存酸素濃度を測定しながら薬液の添加濃度を後掲する表3に示したとおり、120mg/Lから140mg/L(実施例11とする。)、150mg/L(実施例12とする。)、160mg/L(実施例13とする。)と段階的に増加させていったところ、160mg/Lの添加濃度で蒸気凝縮水中の溶存酸素濃度が0.1mg/Lまで低下した。そのまま、160mg/Lの添加濃度で、比較例8同様の方法でテストピースの腐食量から腐食速度を算出した。これらの結果を次の表3に示す。
【0045】
【表3】
【0046】
前掲した表3に示されているように、実施例11〜13では、比較例7に比べて、蒸気気凝縮水の溶存酸素濃度は大きく低減され、半減以下となっている。また、比較例8と実施例13の腐食速度を比較すると、実施例13の方が圧倒的に腐食速度が遅くなっていることがわかる。このことから、本発明は、蒸気復水経路の腐食防止に顕著な効果を発揮することが明らかである。
【0047】
【発明の効果】
本発明に係る水系プラントの溶存酸素除去方法によれば、給水中の溶存酸素量を除去するために必要な適量のタンニン類を確実に添加することが可能となるとともに、ボイラ缶等の蒸気発生設備にとどまらず、蒸気復水経路の腐食抑制を有効に行うことができる。
【0048】
また、タンニン類の添加作業を自動で行うことができるので、省力化を達成することができる。また、給水が空気と接触する給水槽や該給水槽に連結する補給水経路ではなくて、タンニン類を給水経路に添加する構成を採用しているので、後続のボイラ缶等の蒸気発生設備や蒸気復水経路において酸素除去作用を有効に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ボイラ水系の一般的なプラント設備の例の構成を示す概略図
【符号の説明】
1 ボイラ給水槽
2 ボイラ給水
3 (蒸気発生設備である)ボイラ
6 蒸気凝縮水
7 溶存酸素計
10 タンニン類
S (溶存酸素計の)電気信号
X1 給水経路
X2 蒸気復水経路
Claims (2)
- 蒸気発生設備を備える水系プラントの給水中の溶存酸素をタンニン類によって除去する方法であって、
前記給水が供給される前記蒸気発生設備から発生する蒸気から得られる蒸気凝縮水の溶存酸素濃度を測定し、
前記溶存酸素濃度と、前記給水に添加するタンニン類の濃度と、の相関関係を予め把握し、
前記溶存酸素の除去に必要な前記タンニン類の濃度が、前記相関関係に基づいて決定され、
給水槽と前記蒸気発生設備との間の給水経路に対して前記タンニン類が添加されることを特徴とする水系プラントの溶存酸素除去方法。 - 溶存酸素計を用いて前記溶存酸素濃度を測定し、該溶存酸素計から出力される測定信号によって、前記給水中に添加されるタンニン類の濃度を自動制御することを特徴とする請求項1記載の水系プラントの溶存酸素除去方法。
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