JP4126513B2

JP4126513B2 - エレクトロコーティングによる防汚方法および防汚装置

Info

Publication number: JP4126513B2
Application number: JP23295298A
Authority: JP
Inventors: 健一赤嶺; 陽一平井; 晃大川原
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1998-08-19
Filing date: 1998-08-19
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2018-08-19
Also published as: JP2000064242A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は海洋鋼構造物または火力や原子力発電所の導水管内に付着するふじつぼ等の海洋付着生物の防汚方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、海洋鋼構造物に付着するふじつぼ等の海洋付着生物の汚損防止方法としては、有機錫等の毒性のある化学物質を添加した防汚塗料もしくは疎水性のシリコン系塗料を塗布することが一般的であった。
【０００３】
一方、船舶のバラストタンク内部の防食法としてエレクトロコーティングがある。エレクトロコーティングは、鋼板をカソードとして微弱電流を通電することにより、海水中に存在するカルシウムイオンやマグネシウムイオンが鋼板表面に図６に示すようにＭｇ（ＯＨ）₂ とＣａＣＯ₃ の２層のエレクトロコーティングとして析出することを利用して防食するものである。すなわち、Ｍｇ（ＯＨ）₂ 層は、アルカリ性で防食効果があるが溶けやすく、ＣａＣＯ₃ は防食効果はないが溶けにくいので、この２層からなるエレクトロコーティングにより、実用的な防食が達成できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
火力や原子力発電所で冷却水として海水を導入する導水管内には、ふじつぼなどの海洋付着生物が付着し、水路が狭窄してしまう。それを除去するには潜水夫が潜り、はつり取っている。これには多大の人工を要するほか、管内面を傷つけて塗装を除去してしまい、管の腐食を引き起こす。海洋付着生物の汚損防止方法には先に述べた防汚塗料を塗布することも考えられるが、有機錫等の毒物が魚や貝に蓄積される海洋汚染を引き起すので採用することはできない。また、シリコン系塗料も性能およびコスト面で問題がある。さらに塗装法による場合、３〜５年の範囲内でメンテナンスが必要となることも問題である。
【０００５】
本発明は以上述べた問題点に鑑み案出されたもので、導水管や海洋鋼構造物に付着する海洋付着生物を適当な周期で容易に剥離することができるエレクトロコーティングによる防汚方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のエレクトロコーティングによる防汚方法は、海水中に浸漬した鋼板をカソードとし、該鋼板に対峙して配置したアノードとの間で通電することにより、鋼板表面にＣａＣＯ₃ ・Ｍｇ（ＯＨ）₂ のエレクトロコーティングを析出させ、該エレクトロコーティングに付着した海洋付着生物を、カソードとアノードの間に電流密度が１〜５Ａ／ｍ² の電流を通電して、エレクトロコーティングと共に剥離して除去するものである。
【０００７】
鋼板をカソードとして海水中で通電すると、鋼板表面付近で水の電気分解反応により、水素と水酸イオンが発生する。水素は空気中に発散し、水酸イオンはＰＨ値を上昇させる。ＰＨ値が８以上に上昇すると海水中のカルシウムイオンと炭酸イオンが結合し、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃ ）を形成する。ＰＨ値が９以上に上昇するとマグネシウムイオンと水酸イオンが結合し、水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）₂ を形成する。形成されたＣａＣＯ₃ やＭｇ（ＯＨ）₂ の微粒子はコロイド状に鋼板表面近傍を浮遊しているが微粉子表面は＋または−に荷電している。ＣａＣＯ₃ の粒子は、ＰＨが９未満では＋に荷電し、ＰＨが９を越えると−に荷電する。一方、Ｍｇ（ＯＨ）₂ の粒子はＰＨが１１未満では＋に荷電し、ＰＨが１１を越えると−に荷電する。また、カソードである鋼板表面の水酸イオン濃度は、表面で最も高く表面から遠ざかるに従って低下するので、鋼板表面近傍でＰＨ値の勾配が生じている。この勾配の大きさはカソードの電流密度が大きいほど大きい。今適当な電流密度による通電により、鋼板表面のＰＨ値が１０程度であるとすると、Ｍｇ（ＯＨ）₂ は、＋に荷電しているので電気泳動により表面に付着し、ＣａＣＯ₃ はそのＰＨでは−に荷電するので電気的に反発し、表面からわずかに離れる。わずかに離れた位置ではＰＨ値は低下し９未満となっているのでＣａＣＯ₃ は＋に荷電しており、カソードに引き付けられて、そこに停滞する。このような原理により鋼板表面直近には、Ｍｇ（ＯＨ）₂ の層が形成され、外側にＣａＣＯ₃ の層が形成されて、ＣａＣＯ₃ ・Ｍｇ（ＯＨ）₂ の２層のエレクトロコーティングが形成される。なお、エレクトロコーティングは１３０〜２５０ｍＡ／ｍ² の微弱な電流密度で形成することができる。
【０００８】
ふじつぼなどの海洋付着生物はこのようにして形成されたエレクトロコーティング表面に付着し、そこで成長し、次第に厚くなる。この状態で１〜５Ａ／ｍ² の電流密度で通電し続けると、次第に鋼板表面付近に水酸イオン（ＯＨ^- ）が蓄積されＰＨ値が上昇する。ＰＨ値が１１を越えるとＭｇ（ＯＨ）₂ の粒子は−に荷電するのでカソードの表面と反発し合うことになり、エレクトロコーティングが鋼板表面から剥離し、海洋付着生物も一緒に鋼板表面から剥離し、鋼板表面は元の状態に戻る。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の１実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、エレクトロコーティングの生成反応図である。図において、１は鋼板のカソード、２はアノード、３は直流電源である。アノード２はマグネシウム、アルミニウム、亜鉛等の溶解性電極でも銀／鉛（Ａｇ／Ｐｂ）等の不溶解性電極のどちらでもよい。海水中には、図に示すようにカルシウムイオン（Ｃａ²⁺）、マグネシウムイオン（Ｍｇ²⁺）、炭酸イオン（ＨＣＯ₃ ^- ）が存在している。通電するとカソード１の表面付近で水の電気分解が行われ、水素（Ｈ₂ ）と水酸イオン（ＯＨ^- ）が発生する。水素は空気中に発散し、水酸イオン（ＯＨ^- ）はＰＨ値を上昇させる。
【００１０】
図２は、海水中におけるＰＨ値と、固体のＣａＣＯ₃ およびＭｇ（ＯＨ）₂ の関係を示すグラフで、横軸はＰＨ値、縦軸は固体の割合である。図のようにカルシウムはＰＨ値が８を越えると固体の方解石（ＣａＣＯ₃ 、calcite ）またはあられ石（ＣａＣＯ₃ 、aragonite ）の割合が増加し、ＰＨ９ではほぼ１００％固体になる。一方、マグネシウムはＰＨが９を越えると固体の割合が増加し、ＰＨ１０でほぼ１００％固体になる。なお、このときの海水条件は２０℃、塩分濃度３．４８％である。
【００１１】
図３は、海水中の炭酸カルシウム微粉子の表面電荷密度（ζ−potential ）とＰＨとの関係を示すグラフである。図に示すように炭酸カルシウム微粉子は、ＰＨが約９未満では＋に荷電し、約９を越えると−に荷電する。なお、Ｉ．Ｅ．Ｐは等電点（isoelectric point ）である。
【００１２】
図４は、海水中の水酸化マグネシウム微粉子の表面電荷密度とＰＨとの関係を示すグラフである。図に示すように水酸化マグネシウム微粉子はＰＨが約１１未満では＋に荷電し、約１１を越えると−に荷電する。
【００１３】
図５は、鋼板表面近傍のＰＨの分布状況を示す図である。図においてＭは鋼板、ＯＨＰはouter Helmholtz plane 、ＮＤＬはネルンスト拡散層（Nernst diffusion layer）をそれぞれ表している。なお、ＮＤＬの厚さδは海水の流速などに大きく影響される。図に示すようにＮＤＬ内ではＰＨは、鋼板Ｍ側で高く外部に向って低い勾配を有している。したがって、鋼板表面近傍のＰＨ値が１０〜１１であるとＭｇ（ＯＨ）₂ の微粒子は＋に荷電しているので、−に荷電している鋼板表面に集り、鋼板に付着する。一方、ＣａＣＯ₃ の微粒子はこのようなＰＨ値では、−に荷電するので電気的に反発し表面からわずかに離れるが、そこではＰＨ値が低下して９未満となっているのでＣａＣＯ₃ は＋に荷電し、カソード１に電気的に引き付けられてそこに停滞する。
【００１４】
図６は、エレクトロコーティングの成長過程を示す図である。エレクトロコーティング４は以上述べた原理により形成されるので、Ｍｇ（ＯＨ）₂ およびＣａＣＯ₃ の微粉子がＮＤＬ内で常に電気泳動を起こしておりＴｙｐｅＡのような多層構造にはならずＴｙｐｅＢのような２層構造となり、Ｍｇ（ＯＨ）₂ とＣａＣＯ₃ の層がそれぞれ厚くなる。
【００１５】
ふじつぼなどの海洋付着生物はこのようにして形成された、エレクトロコーティング４の表面に付着し、そこで成長し、次第に厚くなる。この状態で１〜５Ａ／ｍ² の電流密度で通電し続けると次第に鋼板表面付近に水酸イオン（ＯＨ^- ）が蓄積されＰＨ値が上昇する。ＰＨ値が１１を越えるとＭｇ（ＯＨ）₂ の粒子は−に荷電するのでカソード１の表面と反発し合うことになり、エレクトロコーティング４が鋼板表面から剥離し、海洋付着生物も一緒に鋼板表面から剥離し、鋼板表面は元の状態に戻る。
【００１６】
図７は本発明を海水導水管に適用した場合のシステムの説明図である。図７において、５は海水導水管、６は揚水ポンプ、７はパネル、８は電源システム、９は防食監視システム、１０は電位計測用電極、１１は防汚監視システムである。海水導水管５は直径が２ｍ位の鋼管である。アノード２は導水管５の中心位置に管長手方向に一定の間隔で設けられている。アノード２の材質は銀／鉛（Ａｇ／Ｐｂ）である。７は運転用パネルで電源システム８，防食監視システム９，防汚監視システム１１を内蔵している。電源システム８の−側は、海水導水管５に接続されており、＋側は各アノード２に接続されている。防食監視システム９は各電位計測用電極(Ａｇ／ＡｇＣｌ）１０に接続されている。電位計測用電極１０は海水導水管５の内面に貼付されていて鋼板の電位を計測し、その電位が防食電位以上であった場合には、防食電位以下になるようにするため通電を行うべく防食監視システム９から電源システム８に指令を出して防食電流を流す。防汚監視システム１１は揚水ポンプ６の負荷を検出しており、ふじつぼの付着などにより海水導水管５が狭窄して揚水ポンプ６の負荷が上昇してきたら、電源システム８に指令を出して電流密度が１〜５Ａ／ｍ² になるようにアノード２と海水導水管５との間に通電を行う。この通電により、導水管５内面に付着した海洋付着生物をエレクトロコーティング４とともに剥離して除去する。
【００１７】
【実施例】
以下，本発明の有効性を実際に海中でテストした結果について説明する。
図８は、テスト装置の説明図である。図のように海水中に試験枠を浸漬する。試験枠には陰極（カソード）としてのテストピースと陽極とが取り付けられており、交流から直流に変換する整流器を有する直流電源装置のそれぞれ−側と＋側にリード線を介して接続されている。
【００１８】
図９ないし図１４はテスト結果の写真である。鋼板（テストピース）への生物付着に及ぼす電着膜（エレクトロコ−ティング）または通電の影響を調整するために各種のテストピースを海水中に沈設し、その表面の生物付着状況を観察した。テストピースは図８に示すようなサイズなので表面積は９２０ｃｍ² である。図９ないし図１４において，左上の写真（１）はテストピースの表面にタールエポキシ塗装を施したものでテスト中は無通電である。右上の写真（２）は海水中で電流密度１Ａ／ｍ² の通電を１０日間行って、エレクトロコーテングを形成させたものでテスト中は無通電である。左下の写真（３）は無処理の鋼板を使用しテスト中は電流密度０．５Ａ／ｍ² の通電を行った。右下の写真（４）は無処理の鋼板を使用しテスト中は電流密度２．０Ａ／ｍ² の通電を行った。図９は浸漬前の表面状態の写真、図１０は浸漬２週間後の表面状態の写真、図１１は浸漬３週間後の表面状態の写真、図１２は浸漬４週間後の表面状態の写真、図１３は浸漬３ヶ月後の表面状態の写真、図１４は浸漬４ヶ月後の表面状態の写真である。これらの図からわかるように、浸漬後２週間ないし３週間経過の時点では（１）および（２）ではかなりの生物付着がみられるが、（３）および（４）では生物付着が少い。これは、通電したときの鋼板表面での電気分解反応（２Ｈ₂ Ｏ＋Ｏ₂ ＋４ｅ^- ＝４０Ｈ^- ）により海水中の酸素が消費されて酸欠状態になっているためと考えられる。
【００１９】
浸漬後３ヶ月経過したものでは通電のテストピースでも生物付着が観察される。これらをそのまま、さらに、１ヶ月浸漬し続けると（４）のテストピースでは生物が付着した電着膜（エレクトロコーティング）の表面剥離が起こり、逆に、奇麗な電着膜表面が観察された（図１４）。１年間試験を継続した結果（４）では付着生物は認められず、防汚条件として有効であることがわかった。
【００２０】
本発明は、以上述べた実施形態や実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。たとえば、電流密度１〜５Ａ／ｍ² の通電は常時していてもよいし、冬場など生物付着量の少ないときには、防食のための微弱電流（１５０〜２５０ｍＡ／ｍ² ）を流しておき、生物付着量の多い夏場には電流密度を上昇させるようにしてもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明のエレクトロコーティングによる防汚方法は、海水中で電流密度１〜５Ａ／ｍ² の通電を行うだけで、鋼板表面に付着した海洋付着生物を剥離することができるので、有毒な防汚塗料を使用する必要がなく、また、人手による除去も要しないのでメンテナンス費用の削減が可能であるなどの優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】エレクトロコーティングの生成反応図である。
【図２】海水中におけるＰＨ値と固体のＣａＣＯ₃ およびＭｇ（ＯＨ）₂ の生成との関係図である。
【図３】海水中のＣａＣＯ₃ 粒子のＰＨ値と表面電荷密度（ζ−Potential ）との関係図である。
【図４】海水中のＭｇ（ＯＨ）₂ 粒子のＰＨ値と表面電荷密度との関係図である。
【図５】鋼板表面近傍のＰＨの分布状況を示す図である。
【図６】エレクトロコーティングの成長過程を示す図である。
【図７】海水導水管用防汚システムの説明図である。
【図８】テスト装置の説明図である。
【図９】浸漬前の表面状態の写真である。
【図１０】浸漬１週間後の表面状態の写真である。
【図１１】浸漬２週間後の表面状態の写真である。
【図１２】浸漬４週間後の表面状態の写真である。
【図１３】浸漬３ヶ月後の表面状態の写真である。
【図１４】浸漬４ヶ月後の表面状態の写真である。
【符号の説明】
１鋼板（カソード）
２アノード
４エレクトロコーティング

Claims

海水中に浸漬した鋼板をカソードとし、該鋼板に対峙して配置したアノードとの間で電流密度が１３０〜２５０ｍＡ／ｍ ^２の電気を通電することにより、鋼板表面に下層がＭｇ（ＯＨ） _２で表層がＣａＣＯ _３であるエレクトロコーティングを析出させ、該エレクトロコーティングに付着した海洋付着生物を、カソードとアノードの間に電流密度が１〜５Ａ／ｍ^２の電気を１〜５ヶ月間通電して、エレクトロコーティングと共に剥離して除去することを特徴とするエレクトロコーティングによる防汚方法。
揚水ポンプに接続された大径の鋼管製の海水導水管のエレクトロコーティングによる防汚装置であって、海水導水管内に長手方向に適宜の間隔で配置されたアノードと、海水導水管がカソードとなるように上記アノードとの間で通電する電源システムと、防食監視システムと、防汚監視システムとからなり、上記防食監視システムは海水導水管の内面に電位計測用電極が貼付されていて鋼板の電位を計測し、その電位が防食電位以上であれば、防食電位以下にするるように、かつ、電流密度が１３０〜２５０ｍＡ／ｍ ^２の電流を通電することによって、鋼板表面に下層がＭｇ（ＯＨ） _２で表層がＣａＣＯ _３であるエレクトロコーティングを析出させるように通電すべく上記電源システムに指令を出すものであり、上記防汚監視システムは上記揚水ポンプの負荷を検出し、海洋付着生物によって海水導水管が狭窄して揚水ポンプの負荷が所要の値以上に上昇したら、電源システムに指令を出して電流密度が１〜５Ａ／ｍ^２になるようにアノードと海水導水管の間に通電させて海洋性付着物を剥離して除去するものであることを特徴とする海水導水管のエレクトロコーティングによる防汚装置。
上記電位計測用電極はＡｇ／ＡｇＣｌ製である請求項２記載の海水導水管のエレクトロコーティングによる防汚装置。