JP4821574B2

JP4821574B2 - ボイラ復水系腐食監視装置

Info

Publication number: JP4821574B2
Application number: JP2006313113A
Authority: JP
Inventors: 仁森山; 信太郎森
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2006-11-20
Filing date: 2006-11-20
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2026-11-20
Also published as: JP2008128783A

Description

本発明は、ボイラの復水系の腐食傾向の変化を監視するための装置に係り、詳しくは、ボイラからの蒸気を凝縮させ、この凝縮水を腐食試験材と接触させて腐食試験材の腐食状況を検知し、これによって復水系が水質変動等により腐食傾向に変化したかどうかを判定するようにしたボイラ復水系腐食監視装置に関する。

ボイラからの蒸気を冷却器に導入して凝縮させ、この凝縮水をテストピースと接触させてテストピースを腐食させ、この腐食状況に基づいてボイラの復水系の腐食傾向を判定する装置として、特開平８−２８８０３号に記載のものがある。

同号では、冷却器として水冷式冷却器を用い、またテストピースとして板状片を用いている。この板状のテストピースは、透明なカラム内に配置され、その腐食状況をカラム外から肉眼で観察する。

また腐食による重量の減量度を測定することによっても腐食状況を監視することができる。

なお、ボイラ蒸気を冷却して凝縮水をサンプリングするサンプリング装置として、実開平７−２９５８号に、空冷式冷却器を用いることが記載されている。
特開平８−２８８０３号実開平７−２９５８号

i）上記特開平８−２８８０３号のように水冷式冷却器を採用する場合、事業場の操業の都合で他のプロセス工程に大量の水が供給されていると、冷却器に供給される冷却水量が安定しないため凝縮水の温度がバラついて腐食傾向を正確に判定できない。また、冷却水量が十分に確保されないと、蒸気が凝縮しきらず噴出するおそれもある。

ii）テストピースとして板状片を用い、その腐食状況を肉眼観察する場合、肉眼で観察し得る程の腐食が生じるまで日数がかかり、迅速な腐食状況監視を行うことができない。また、観察者の個人差もあり、精度のよい定量的な腐食データを取得しにくい。

また、テストピース重量の減量分から腐食速度を算出しようとする場合にも、テストピースそのものの重量に対してテストピース重量減量分が腐食速度を正確に算出するに足る量の腐食が生じるまで１週間程度を要する。特に試験水が小流量高純度である場合にこの傾向が大きい。

iii）なお、上記実開平７−２９５８号には、サンプリング水を分析することが記載されているが、腐食状況の監視に用いることは開示されていない。

本発明は、上記従来技術に鑑み、ボイラ復水系の腐食傾向を迅速かつ定量的に判定することができるボイラ復水系腐食監視装置を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）のボイラ復水系腐食監視装置は、ボイラから排出された蒸気を冷却して凝縮水を生成する空冷式蒸気冷却器と、内部に腐食試験材が設置され、該凝縮水が通水される試験カラムと、該腐食試験材の電気抵抗を測定する手段とを有するボイラ復水系腐食監視装置であって、前記腐食試験材が極細金属ワイヤ（２４）であるボイラ復水系腐食監視装置において、前記試験カラム（１５）は、内径が０．５〜５．０ｍｍの円筒形のカラム（２１）と、該カラム（２１）の両端に固定されたエンド部材（２２）と、該エンド部材（２２）に設けられた貫通孔（２７）と、該エンド部材（２２）に設けられた、該貫通孔（２７）と交わる径方向貫通孔（３０）と、を備えており、双方のエンド部材（２２）の貫通孔（２７）を通って前記カラム（２１）内に前記極細金属ワイヤ（２４）が挿通されており、該極細金属ワイヤ（２４）のうち該貫通孔（２７）に挿通される部分には、外周面に被覆材（２９）が設けられており、前記凝縮水は、一方のエンド部材（２２）の該径方向貫通孔（３０）及び貫通孔（２７）を通ってカラム（２１）内に流入し、流速２０〜１００ｍＬ／ｃｍ ^２・ｍｉｎにてカラム（２１）を通過し、他方のエンド部材（２２）の貫通孔（２７）及び径方向貫通孔（３０）を通って流出することを特徴とするものである。

請求項２のボイラ復水系腐食監視装置は、請求項１において、前記エンド部材（２２）のカラム（２１）と反対側には、前記貫通孔（２７）と同軸の雄ネジ穴（２７ａ）が設けられ、該雄ネジ穴（２７ａ）にロックボルト（２８）が螺着され、該ロックボルト（２８）の軸心を貫通する細孔（２８ａ）に前記極細金属ワイヤ（２４）が挿通されていることを特徴とするものである。

本発明では、蒸気冷却器として空冷式冷却器を用いており、冷却水源及び通水設備が不要である。このため、安定した冷却能力を連続的に供給できるので冷却水不足による蒸気噴出が生じず、また凝縮水を、その後の腐食試験に適した温度範囲に安定的に調整することができる。

本発明では、凝縮水を極細金属ワイヤと接触させ、極細金属ワイヤの電気抵抗を測定し、電気抵抗の変化から極細金属ワイヤの腐食状況を検知する。そのため、定量的なデータを個人差なく高精度にて得ることができる。また、極細金属ワイヤは板状片に比べて微小な重量変化量を捉えることができるので、腐食状況を迅速に検知することができる。これによりボイラの復水系の腐食傾向の変化を迅速に判定することができる。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。第1図は本発明のボイラ復水系腐食監視装置の系統図である。

ボイラから配管１を介して取り出された蒸気は、蒸気用減圧弁２、蒸気用電磁弁３及び配管４を介して空冷カラム７内の金属細管コイル８内に導入される。

なお、配管４からは枝状に配管５が分岐され、この分岐配管５に蒸気リークバルブ６が設けられている。この蒸気リークバルブ６は試験開始時の蒸気のフラッシングと終了時の残圧除去に用いられる。

空冷カラム７内の金属細管コイル８の周囲には、送風機９によって空気が送風され、金属細管コイル８が空冷され、蒸気が凝縮する。凝縮水は、金属細管コイル８から配管１１、バイメタル式サーモスタット１２、温度センサ１３及び配管１４を介して試験カラム１５内に導入される。試験カラム１５内には極細金属ワイヤ１６が張り渡されており、この極細金属ワイヤ１６の両端間の電気抵抗を測定するようにテスター１７が接続されている。試験カラム１５を通った凝縮水は、配管１８から排出される。極細金属ワイヤ１６の材質は、ボイラの復水系の配管や熱交換器など腐食状況の監視対象である部材と同種の素材である。

なお、前記バイメタル式サーモスタット１２と蒸気用電磁弁３とは連動しており、該サーモスタット１２に接触する配管１１内の凝縮水温度が所定温度以上になったときには蒸気用電磁弁３が閉弁し、所定温度以下にまで低下したならば開弁するよう構成されている。たとえ空冷冷却器の故障等による蒸気の凝縮不良が発生しても蒸気の噴出事故を防ぐことができる。なお、この電磁弁３は空冷カラム７よりも後段側に設けられてもよい。

このように構成されたボイラ復水系腐食監視装置においては、ボイラからの蒸気が金属細管コイル８内で冷却されて凝縮水となり、この凝縮水が試験カラム１５内の極細金属ワイヤ１６と接触し、極細金属ワイヤ１６に腐食が進行する。この極細金属ワイヤ１６の両端間の電気抵抗がテスター１７によって検出されている。極細金属ワイヤ１６の腐食が進行するほど、テスター１７の検出電気抵抗が増加するので、この電気抵抗から極細金属ワイヤ１６の腐食速度を定量的かつ迅速に算出することができる。また、テスター１７の電気抵抗データは送信したり、Ａ／Ｄ変換してコンピュータ等に記憶させることが容易である。

この極細金属ワイヤ１６は、断面積が小さいので腐食による断面積の減少による電気抵抗の変化が大きい。また、腐食による重量変化が微小であっても、変化量の全重量に対する割合が大きい。従って復水系の腐食傾向を迅速に判定することができる。

この極細金属ワイヤ１６の電気抵抗から検出される腐食速度は、通常は略一定値を示すが、復水の水質が変動して腐食傾向になると、腐食速度がそれまでの値から逸脱して高くなる。このとき復水系の腐食傾向が高くなったものと判定し、ボイラ復水系に何らかの防食手段を施す。例えば、復水系への防食剤添加量を増加させる。なお、腐食速度は温度、ｐＨ、ＤＯ等の影響を受け若干変動するので、１日程度連続試験した結果から腐食速度を求めるのが、より正確な腐食速度が求められるため好ましい。

上記の金属細管コイル８としては、内径が０．１〜２．０ｍｍ、特に０．５〜１．０ｍｍのものが好ましい。内径が０．１ｍｍより小さいと蒸気に含まれるサビの粒子が管内に詰まる恐れがある。一方、内径が２．０ｍｍを超えると、流量に対する送風の接触面積が小さくなるため、管の長さを長くする必要がある。金属細管コイル８の長さは５〜２０ｍが好ましい。５ｍ未満であると蒸気を十分に減圧できず、また２０ｍを超えると蒸気凝縮装置の製造に手間がかかり、また空冷カラム７を長くする必要があるため現実的ではない。

送風機９の送風量は、好ましくは０．３ｍ^３／ｍｉｎ以上、より好ましくは０．４ｍ^３／ｍｉｎ以上である。送風する空気は常温でよい。

具体的な条件については現場ごとに適宜設定される。凝縮水の温度が高い方が腐食速度が速くなるので、温度が変動すると腐食速度も変動し正確な腐食傾向の監視ができない。従って、正確な腐食傾向を観測するために凝縮水を一定の温度範囲に調整しておくのが好ましい。本発明では水冷でなく空冷としているため、目的の温度範囲に維持しやすい。

具体的には、凝縮水の温度を３０〜８０℃とりわけ４０〜６０℃に調整するのが好ましい。凝縮水の温度が３０℃以上であれば腐食速度が十分に速く、迅速に極細金属ワイヤ１６の腐食状況を検知することができるので好ましい。同様の理由で４０℃以上であればさらに好ましい。また８０℃を超えると試験カラム１５の材質が限られてくる（耐熱性である必要がある）ので好ましくない。また６０℃を超える温度では試験カラム１５等が高温になるため作業員の作業における安全性確保の観点から好ましくない。

金属細管コイル８の前段の配管１，４の素材としては、耐圧かつ不活性の材質が好ましく、例えばＳＵＳが挙げられる。一方、金属細管コイル８の後段の配管１１，１４の素材としては、溶出が少なく、酸素を透過せず、不活性の材質が好ましく、例えばフッ素樹脂が挙げられる。これは腐食試験カラム１５に流入する試験水中の溶存酸素量が変化しないようにすることでボイラの復水と同等の水質を維持することができ、正確かつ高精度の腐食監視が可能となるためである。

前記の通り、極細金属ワイヤ１６は復水系の腐食監視対象の部材と同種の素材のものを用いる。例えば、鉄製（炭素鋼など）の配管を腐食監視対象とする場合には鉄ワイヤを用いる。同様に、銅製の熱交換チューブ管を腐食監視対象とする場合には銅ワイヤを用いる。

鉄ワイヤとしては、直径が０．０２〜１．０ｍｍ特に０．１〜０．５ｍｍであり、長さが１〜１００ｃｍのものが好ましい。

銅ワイヤとしては、直径が０．０１〜１．０ｍｍ特に０．０１〜０．２ｍｍであり、長さが１〜１００ｃｍのものが好ましい。

ワイヤの直径が大きいと電気抵抗が著しく低くなり、計測感度が非常に下がるので、直径が小さいほうが好ましい。１ｃｍ未満では所望の計測感度が発現せず、また１００ｃｍを超えると計測器への固定の作業が困難となる。

一般に、０．１Ω以下の電気抵抗を精度良く測定することは難しいので、極細金属ワイヤは電気抵抗が０．１Ωより大きくなるようにワイヤ径とワイヤ長さを調整するのが好ましい。さらに電気抵抗の経時変化をより正確に捉えるために電気抵抗値が１Ωより大きくなるようにワイヤ径とワイヤ長さを調整することで、電気抵抗の経時変化をより正確に測定することができる。

電気抵抗から極細金属ワイヤの腐食速度は以下のように求めることができる。まず、測定する期間の開始時と終了時の電気抵抗に相当するワイヤ重量を次の（１）〜（３）式からそれぞれ算出し、算出したワイヤ重量の差(腐食量に相当)を経過時間で除することで腐食速度に換算できる。

Ｒ＝ρ・Ｌ／Ｓ・・・（１）
Ｍ＝Ｓ・Ｌ・ｍ・・・（２）
（１）、（２）式より、
Ｍ＝ρ・Ｌ^２・ｍ／Ｒ・・・（３）
なお、Ｒ：電気抵抗（Ω）、ρ：比抵抗（Ω・ｍ）、Ｌ：ワイヤ長さ（ｍ）、Ｓ：ワイヤ断面積（ｍ^２）、ｍ：ワイヤ素材の密度（ｋｇ／ｍ^３）、Ｍ：ワイヤ重量（ｋｇ）である。たとえば、外径０．１ｍｍ、長さ２５ｃｍの純鉄製ワイヤの場合、比抵抗１０×10^-８Ω・ｍ（２０℃）、密度７８５０ｋｇ／ｍ^３とすると、電気抵抗Ｒは３．２Ω、ワイヤ重量は１５．４ｍｇである。

第２図は本発明の試験カラム１５の断面図、第３図は第２図の一部の拡大図である。

細長い円筒形のカラム２１の両端にエンド部材２２がユニオンナット２３によって固定されている。カラム２１内に金属よりなる極細金属ワイヤ２４が挿通され、この極細金属ワイヤ２４の両端がそれぞれエンド部材２２によって保持されている。なお、カラム２１の両端外周部は鍔状に拡径しており、環状の係止用パッキン２５が該鍔状拡径部とユニオンナット２３との間に介在されている。

エンド部材２２は、略円柱形であり、先端側の外周に設けられた雄ネジ２２ａ（第３図）に対し前記ユニオンナット２３が締め込まれている。エンド部材２２の先端面とカラム２１の端面との間にはＯリング２６が介在されている。

エンド部材２２の軸心位置には、カラム２１の内孔２１ａと同軸に貫通孔２７が設けられている。

エンド部材２２の後端側には、該貫通孔２７と同軸の雄ネジ穴２７ａが設けられ、オシネと通称されるロックボルト２８が螺着されている。このロックボルト２８の軸心を貫通する細孔２８ａに極細金属ワイヤ２４が挿通され、該極細金属ワイヤ２４の端部が外部に引き出されている。

第２図に明瞭に示される通り、極細金属ワイヤ２４のうちエンド部材２２の貫通孔２７及びロックボトル２８の細孔２８ａに挿通される部分とその直近部分にあっては、極細金属ワイヤ２４の外周面に被覆材２９による被覆が施されている。被覆材としては試験水が極細金属ワイヤに直接接触するのを防止できるものであれば特に限定されず、合成樹脂、例えば、フッ素樹脂などを用いることができる。

なお、エンド部材が導電体の場合は、被覆材は絶縁体である必要がある。この場合にはフッ素樹脂等の絶縁性合成樹脂を用いることが好ましい。

貫通孔２７の内径は、この被覆材２９の被覆厚を含めた極細金属ワイヤ２４の全体の直径よりも大であり、極細金属ワイヤ２４の外周面と貫通孔２７の内周面との間に試験流体が流通可能となっている。

エンド部材２２には、貫通孔２７と直角に交わるように径方向貫通孔３０が設けられている。エンド部材２２の外周面には、径方向貫通孔３０との同軸に雌ネジ穴３０ａが設けられ、管継手３１が螺着されている。

このカラム２１は、カラム２１内に気泡が溜まらないようにするために、好ましくはカラム軸心方向を上下方向として設置され、下側のエンド部材２２の管継手３１から試験流体が導入される。この試験流体は、径方向貫通孔３０、貫通孔２７を介してカラム２１内に流入し、極細金属ワイヤ２４と接触した後、上側のエンド部材の貫通孔２７、径方向貫通孔３０及び管継手３１を介してカラム２１外に排出する。

この実施の形態では、径方向貫通孔３０から貫通孔２７に水が導入されるが、極細金属ワイヤ２４のうち貫通孔２７内及び下側エンド部材２２の直近部位に位置する部分には、被覆材２９による被覆が施されており、試験水が極細金属ワイヤ２４に直接には接触しない。そのため、極細金属ワイヤ２４のうちこの貫通孔２７及びその直近の部位に局部的なエロージョンを生じることはない。試験水は、極細金属ワイヤ２４のうちカラム２１の両端部を除いた部分においてのみ該極細金属ワイヤ２４と接触する。このカラム２１の両端部から離れた部位では、試験水は一様な上昇流を形成しており、試験水が極細金属ワイヤ２４に均等に接触するので、腐食は極細金属ワイヤ２４の全体で一様に進行する。このため、この実施の形態によると精度の高い腐食試験データを得ることが可能である。

上記の腐食監視装置の好適な条件等について次に説明する。

カラム２１は、内部に通す極細金属ワイヤ２４が目視観察できるよう、透明素材であることが好ましい。

カラム２１の材質としては、ガラスが好ましい。カラムの内径は好ましくは０．５〜５０ｍｍ、より好ましくは１〜５ｍｍである。

カラム内の流速は、２０〜１００ｍＬ／ｃｍ^２・ｍｉｎ、とりわけ４０〜８０ｍＬ／ｃｍ^２・ｍｉｎが好ましい。

[凝縮試験１]
図１に示すボイラ復水系腐食監視装置において、金属細管コイル８として、外径１．６ｍｍ（１／１６インチ）、内径０．８ｍｍ、長さ５ｍのＳＵＳ３１６製のものを用いて凝縮試験を行った。空冷カラム７は内径４ｃｍ、長さ２０ｃｍであり、送風機の風量は０．４ｍ^３／ｍｉｎである。試験時の大気温度は２７℃であった。

ボイラからの蒸気圧を５〜１４ｋｇ／ｃｍ^２の範囲で種々変えて金属細管コイル８に通し、凝縮水温度を計測した。その結果を第４図に示す。

第４図の通り、この条件では蒸気圧力が１３ｋｇ／ｃｍ^２以上になると蒸気が噴出した。蒸気圧力を１１ｋｇ／ｃｍ^２以下とすれば、８０℃以下の凝縮水を安定して得ることができることが認められた。

[凝縮試験２〜４]
同様の凝縮試験を内径１．０ｍｍ、外径１．８ｍｍの金属細管コイル、内径１．２ｍｍ、外径２．０ｍｍの金属細管コイル及び内径１．４ｍｍ、外径２．２ｍｍの金属細管コイル（いずれも長さ５ｍ）を備えた空冷カラムについてそれぞれ行ったところ、内径１．０ｍｍのものでは蒸気圧力１０ｋｇ／ｃｍ^２で蒸気が噴出した。これらの結果より、金属細管コイルの内径は０．８ｍｍ以下が好ましいことが認められた。

[腐食監視試験]
第１図に示すボイラ復水系腐食監視装置において、上記凝縮試験１の金属細管コイルを用い、蒸気圧力を７ｋｇ／ｃｍ^２として、腐食監視試験を行った。極細金属ワイヤ１６としては直径０．１ｍｍ、長さ２５ｃｍの純度９９．５重量％の鉄ワイヤ（比抵抗１０×１０^−８Ωｍ）を用いた。空冷条件としては、ボイラからの蒸気圧７ｋｇ／ｃｍ^２として金属細管コイル８に通した。このとき凝縮水温度は５０℃程度であった。

復水の水質は、溶存酸素６ｍｇ／Ｌ、ｐＨ４．８（変動なし）であり、このときの一般的なテストピースの試験結果から求めた腐食速度は約１００ｍｄｄ（ｍｇ・ｄｍ^２・ｄａｙ）であった。

この復水をカラム１に５日間通水した。この条件で第１日目の途中から第４日目の途中まで、１分毎に電気抵抗を測定した。このときの極細金属ワイヤ１６の電気抵抗の測定結果を第５図に示す。第５図において、電気抵抗の経時変化を一次関数で近似し、その近似関数上の２点を任意に選んで腐食速度を求める。本試験では第２日目開始時点と第２日目終了時点の２点を選んだ。第２日目の開始時から終了時までの２４時間の腐食速度は、６．６６Ωから６．９４Ωに増加しており、これに相当するワイヤ重量は１８．８４ｍｇから１８．００ｍｇに減少したと計算されることから、腐食速度は６７ｍｄｄと算出できた。この結果は復水の水質からみて一般的なテストピースの試験結果（約１００ｍｄｄ）と比較して同じオーダーであったので、妥当な結果が得られたと認められた。

実施の形態に係るボイラ復水系腐食監視装置の系統図である。実施の形態に係る試験カラムの拡大図である。図２の試験カラムの拡大図である。凝縮試験結果を示すグラフである。極細金属ワイヤの電気抵抗測定結果を示すグラフである。

符号の説明

７空冷カラム
８金属細管コイル
９送風機
１５試験カラム
１６極細金属ワイヤ
１７テスター

Claims

ボイラから排出された蒸気を冷却して凝縮水を生成する空冷式蒸気冷却器と、
内部に腐食試験材が設置され、該凝縮水が通水される試験カラムと、
該腐食試験材の電気抵抗を測定する手段とを有するボイラ復水系腐食監視装置であって、前記腐食試験材が極細金属ワイヤ（２４）であるボイラ復水系腐食監視装置において、
前記試験カラム（１５）は、
内径が０．５〜５．０ｍｍの円筒形のカラム（２１）と、
該カラム（２１）の両端に固定されたエンド部材（２２）と、
該エンド部材（２２）に設けられた貫通孔（２７）と、
該エンド部材（２２）に設けられた、該貫通孔（２７）と交わる径方向貫通孔（３０）と、
を備えており、
双方のエンド部材（２２）の貫通孔（２７）を通って前記カラム（２１）内に前記極細金属ワイヤ（２４）が挿通されており、
該極細金属ワイヤ（２４）のうち該貫通孔（２７）に挿通される部分には、外周面に被覆材（２９）が設けられており、
前記凝縮水は、一方のエンド部材（２２）の該径方向貫通孔（３０）及び貫通孔（２７）を通ってカラム（２１）内に流入し、流速２０〜１００ｍＬ／ｃｍ ^２・ｍｉｎにてカラム（２１）を通過し、他方のエンド部材（２２）の貫通孔（２７）及び径方向貫通孔（３０）を通って流出することを特徴とするボイラ復水系腐食監視装置。
請求項１において、前記エンド部材（２２）のカラム（２１）と反対側には、前記貫通孔（２７）と同軸の雄ネジ穴（２７ａ）が設けられ、該雄ネジ穴（２７ａ）にロックボルト（２８）が螺着され、該ロックボルト（２８）の軸心を貫通する細孔（２８ａ）に前記極細金属ワイヤ（２４）が挿通されていることを特徴とするボイラ復水系腐食監視装置。