JP4798604B2 - 高温部材の硫化腐食防止方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施形態1に係る耐硫化腐食性高温部材を示す概略図である。図1に示すように、本実施形態に係る耐硫化腐食性高温部材1は、基材10の表面上にチタン酸化物層20を設けたものである。チタン酸化物層20は耐硫化腐食性と耐熱性を有することから、かかる構造の高温部材は、優れた耐硫化腐食性及び耐熱性を有することになる。
図2は、本実施形態の耐硫化腐食性高温部材を示す概略図である。実施形態1の耐硫化腐食性高温部材1は、図1に示すように、基材10の表面上にチタン酸化物層20を設けるものであるが、本実施形態の耐硫化腐食性高温部材1Aは、図2に示すように、チタン酸化物層20の表面上に炭素層30をさらに設けたものである。すなわち、本実施形態の耐硫化腐食性高温部材1Aは、基材10の表面上にチタン酸化物層20を設け、そのチタン酸化物層20の表面上に炭素層30をさらに設けた三層構造を有するものである。かかる構造の耐硫化腐食性高温部材1Aは、チタン酸化物層20の表面に炭素層30を設けることにより、拡散反応によって基材10を構成するFeなどが耐硫化腐食性高温部材1Aの表面へ拡散することを防止することができるので、実施形態1に係る耐硫化腐食性高温部材1よりも優れた耐硫化腐食性を有するという効果を奏する。
図3は、本実施形態の耐硫化腐食性高温部材を示す概略図である。実施形態2の耐硫化腐食性高温部材1Aは、図2に示すように、基材10の表面上にチタン酸化物層20を設け、そのチタン酸化物層20の表面上に炭素層30をさらに設けた三層構造を有するものであるが、本実施形態の耐硫化腐食性高温部材1Bは、図3に示すように、炭素層30の表面上に、チタン酸化物層40と、そのチタン酸化物層40の表面上に炭素層50とを設け、さらにその炭素層50の表面上にチタン酸化物層60を設けたものである。すなわち、基材10の表面上に、第1のチタン酸化物層20、第1の炭素層30、第2のチタン酸化物層40、第2の炭素層50、第3のチタン酸化物層60をこの順序で設けた六層構造を有するものである。かかる耐硫化腐食性高温部材1Bは、第1の炭素層30の表面上に、第2のチタン酸化物層40、第2の炭素層50、第3のチタン酸化物層60をさらに設けることによって、基材10を構成するFeなどが拡散反応によって耐硫化腐食性高温部材1Bの表面へ拡散することをさらに防止することができるので、実施形態2に係る耐硫化腐食性高温部材1Aよりもさらに優れた耐硫化腐食性を有するという効果を奏する。
上述した実施形態1〜3では、硫化腐食されていない基材の表面上にチタン酸化物層を設けていた。しかしながら、本発明はそれに限定されず、硫化腐食したものを基材として用いてもよい。例えば、一部が硫化腐食した高温部材を基材として用いてもよい。すなわち、一度ボイラなどで使用された高温部材を基材として、実施形態1〜3と同様にして、その基材の表面上にチタン酸化物層、チタン酸化物層及び炭素層、又は第1のチタン酸化物層、第1の炭素層、第2のチタン酸化物層、第2の炭素層、第3のチタン酸化物層を設けてもよい。このような基材は、ボイラなどで燃料を燃焼させた際に発生する硫化水素(H2S)などによって一部が硫化腐食している。しかしながら、このような基材の表面上にチタン酸化物層、チタン酸化物層及び炭素層、又は第1のチタン酸化物層、第1の炭素層、第2のチタン酸化物層、第2の炭素層、第3のチタン酸化物層を設けることにより、実施形態1〜3の何れかと同様の効果が得られるので、耐硫化腐食性を向上させ、基材の硫化腐食の進行を防止することができる。
Feを主成分とするフェライト鋼からなる基材の表面上にチタン酸化物層を形成した。この基材の大きさは、1mm厚×15mm長×10mm幅とした。チタン金属又はチタン化合物を含有する塗布液としてPSO−306(株式会社光触媒研究所製)を用いた。
チタン金属又はチタン化合物を含有する塗布液としてPSA−015(株式会社光触媒研究所製)を用いて、実施例1と同様にして板状試験片を作成した。そして、この板状試験片を表1に示す雰囲気中、500℃で40時間加熱して、基材の表面上に設けられたチタン酸化物層の表面上に、さらに炭素層を形成して、チタン酸化物層の厚さが約0.5μmで炭素層の厚さが約1μmの板状試験片Bを得た。ここで、板状試験片Bの表面に形成されたチタン酸化物層は、反応式
2CO=C+CO2
に示す反応において触媒として作用するので、チタン酸化物層の表面上に選択的に炭素が析出して炭素層が形成されると考えられる。
塗布液として、PSA−015にTiO2粒子(粒径5〜20nm)を含有させたものを用いたこと以外は、実施例2と同様にして、チタン酸化物層の厚さが約0.5μmで炭素層の厚さが約1μmの板状試験片Cを得た。
クロムモリブデン鋼鋼管(STBA24)からなる筒状の暴露試験用プローブDの一部分の表面上に第1のチタン酸化物層、第1の炭素層、第2のチタン酸化物層、第2の炭素層、第3のチタン酸化物層である耐硫化腐食層をこの順序で形成すると共に、他の一部分の表面上にチタン酸化物層のみを形成した。すなわち、図4に示すように、表面に何ら処理を施していない部分Xと、チタン酸化物層のみを形成した部分Yと、第1のチタン酸化物層、第1の炭素層、第2のチタン酸化物層、第2の炭素層、第3のチタン酸化物層である耐硫化腐食層を形成した部分Zとからなる暴露試験用プローブDを得た。この暴露試験用プローブDの大きさは、1200mm長さ×20mmφ(試験部:先端から250mmまでの範囲)とした。
石炭火力発電所で使用されたボイラ水冷壁管片を基材として、その表面にチタン酸化物層を形成した。この基材は図5に示すような形状をしており、その大きさは、10mm厚×外径33mm×内径19mmである。なお、この基材110の一部は硫化腐食しており、この基材110の火炎に晒される外径の表面の部分には石炭を燃焼させた際に発生する多孔質の灰111(主成分:SiO2、Al2O3)が付着していた。チタン金属又はチタン化合物を含有する塗布液としてPSO−306(株式会社光触媒研究所製)を用いた。
実施例5と同様に石炭火力発電所で使用されたボイラ水冷壁管片を基材として、この基材をPSO−306(株式会社光触媒研究所製)で満たされた槽に浸漬してから取り出し、乾燥させた。
実施例1〜3で用いたFeを主成分とするフェライト鋼からなる基材をそのまま板状試験片Gとした。
実施例5及び6で用いたボイラ水冷壁管片をそのままボイラ水冷壁管片Hとした。
実施例1の板状試験片A、実施例2の板状試験片B、実施例3の板状試験片C、及び比較例1の板状試験片Gを用いて硫化腐食試験1を行った。
硫化腐食試験2は、実施例4の暴露試験用プローブDを石炭燃焼特性実証試験装置内に挿入すると共に暴露試験用プローブDの内部に水を流して水冷し、ガス温度が約1000〜1300℃、暴露試験用プローブDの表面温度が約400〜550℃になるように加熱することにより行った。ここで、石炭燃焼特性実証試験装置とは、実際の石炭火力発電所と同様に、複数のバーナ(100kg/h×3本)を備えた竪型炉、触媒式の脱硝装置、電器集じん機および石灰−石膏式の脱硫装置から構成されている。したがって実際の石炭火力発電所とほぼ同一の条件で、石炭の燃焼から排煙処理について検討を行うことができる。
実施例5のボイラ水冷壁管片E、実施例6のボイラ水冷壁管片F、及び比較例2のボイラ水冷壁管片Hを用いて硫化腐食試験3を行った。
10、110 基材
20、40、60、120 チタン酸化物層
30、50 炭素層
100 ボイラ水冷壁管片
111 灰
Claims (11)
- 硫化腐食が発生し得るところに設けられる高温部材の硫化腐食防止方法であって、前記高温部材の表面上にチタン金属又はチタン化合物を含有した塗布液を塗布し、加熱酸化させてチタン酸化物層を設けることを特徴とする高温部材の硫化腐食防止方法。
- 請求項1に記載の硫化腐食防止法において、前記チタン化合物はチタン錯体であることを特徴とする高温部材の硫化腐食防止方法。
- 請求項1又は2に記載の硫化腐食防止法において、前記塗布液はさらにチタン酸化物粒子を含有することを特徴とする高温部材の硫化腐食防止方法。
- 請求項3に記載の硫化腐食防止法において、前記チタン酸化物粒子の粒径は5nm〜1μmであることを特徴とする高温部材の硫化腐食防止方法。
- 請求項1〜4の何れかに記載の硫化腐食防止法において、前記加熱酸化はアセチレンの火炎処理によるものであることを特徴とする高温部材の硫化腐食防止方法。
- 請求項1〜5の何れかに記載の硫化腐食防止法において、前記チタン酸化物層の厚さは0.01〜10μmであることを特徴とする高温部材の硫化腐食防止方法。
- 請求項1〜6の何れかに記載の硫化腐食防止法において、前記高温部材の基材と前記チタン酸化物層との間で拡散反応を生じさせて中間層を設けることを特徴とする高温部材の硫化腐食防止方法。
- 請求項1〜7の何れかに記載の硫化腐食防止法において、前記チタン酸化物層の表面上にさらに炭素層を設けることを特徴とする高温部材の硫化腐食防止方法。
- 請求項8に記載の硫化腐食防止法において、前記炭素層の表面上に、チタン酸化物層と炭素層とを交互に2層以上設けることを特徴とする高温部材の硫化腐食防止方法。
- 請求項8又は9に記載の硫化腐食防止法において、少なくとも1つの炭素層とチタン酸化物層との間で拡散反応を生じさせて中間層を設けることを特徴とする高温部材の硫化腐食
防止方法。 - 請求項1〜10の何れかに記載の硫化腐食防止方法において、前記高温部材がボイラ水冷壁管であることを特徴とする高温部材の硫化腐食防止方法。
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