JP5453990B2 - ボイラ装置の腐食抑制方法及び腐食抑制装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボイラ装置の腐食抑制方法及び腐食抑制装置に関する。

従来、ボイラ装置は、ボイラで生成される蒸気から生成される復水を回収し、給水として再利用している。かかるボイラ装置では、主に、給水に含まれる重炭酸ナトリウムがボイラで熱分解されて炭酸ガスを生じ、この炭酸ガスは、蒸気とともに蒸気系統に移行し、復水中に溶解して復水のｐＨを低下させる。これにより、復水に接触する部分（復水の回収部）に腐食が生じ、結果として設備の減肉が誘発される。

そこで、ボイラ装置の回収部における腐食を抑制するため、給水又は蒸気に、中和性アミンを添加することで復水のｐＨを上昇させる対策が採用されている。しかし、この対策において腐食を効果的に抑制するためには、中和性アミンの添加量を適切に調節する必要がある。従来、中和性アミンの添加量の調節は、復水のｐＨの判定結果に基づいたり（特許文献１、２参照）、復水の炭酸濃度の測定値に基づいたり（特許文献３参照）、復水における中和性アミンの残留濃度に基づいたり（特許文献４参照）して行われている。

特開２００３−３４３８０４号公報 特開２００８−１５６６９８号公報 特開２００５−３３７５８５号公報 特開２００８−１７０１１３号公報

ところで、ボイラ装置に添加される腐食抑制剤として、中和性アミンの他に、オクタデシルアミン等の皮膜形成アミンが着目されている。皮膜形成アミンは、ボイラ装置に防食膜を形成することで、復水と回収部との直接的な接触を回避し、腐食を予防する機能を有する。このように、皮膜形成アミンは中和性アミンを補完することから、中和性アミンと併用すれば、ボイラ装置における腐食を大幅に抑制できることが期待される。

しかし、皮膜形成アミンを用いた場合、ボイラ装置の現場において復水中の皮膜形成アミンの濃度を測定するのは困難である。このため、皮膜形成アミンの添加量を調節するには、復水の一部を採取し実験施設にてイオンクロマトグラフィを用いて皮膜形成アミンの濃度を測定したり、復水に浸漬した試験片を適宜の間隔で採取しその腐食速度を算出したりしなければならず、作業が煩雑である。

本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであり、中和性アミン及び皮膜形成アミンを併用し、ボイラ装置の回収部における腐食を効果的且つ簡便に抑制できる腐食抑制方法及び腐食抑制装置を提供することを目的とする。

本発明者は、中和性アミン及び皮膜形成アミンを一定比率で添加することで、ボイラで生成される蒸気の凝縮水のｐＨ及び電気伝導率が、復水における皮膜形成アミン濃度を反映したものになることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的に、本発明は以下のようなものを提供する。

（１） 給水を加熱して蒸気を生成するボイラと、このボイラに給水を供給する給水部と、前記ボイラで生成される蒸気を凝縮し、生成される復水を前記給水部に戻す回収部と、を備えるボイラ装置の前記回収部における腐食を抑制する腐食抑制方法であって、
中和性アミンと炭素数１０以上２４以下の長鎖脂肪族アミンとを一定比率で前記ボイラ装置に添加し、
前記ボイラで生成される蒸気の凝縮水のｐＨ及び／又は電気伝導率を検出し、この検出結果に基づいて前記中和性アミン及び前記長鎖脂肪族アミンの添加量を調節する工程を有する腐食抑制方法。

（２） 前記中和性アミン及び前記長鎖脂肪族アミンとして、これらが混合された一液の腐食抑制剤を用いる（１）記載の腐食抑制方法。

（３） 給水を加熱して蒸気を生成するボイラと、このボイラに給水を供給する給水部と、前記ボイラで生成される蒸気を凝縮し、生成される復水を前記給水部に戻す回収部と、を備えるボイラ装置の前記回収部における腐食を抑制する腐食抑制装置であって、
中和性アミンと炭素数１０以上２４以下の長鎖脂肪族アミンとを一定比率で前記ボイラ装置に添加する添加手段と、
前記ボイラで生成される蒸気の凝縮水のｐＨ及び／又は電気伝導率を検出する検出手段と、
前記検出手段による検出結果に基づいて、前記中和性アミン及び前記長鎖脂肪族アミンの添加量を調節するよう前記添加手段を制御する制御手段と、を備える腐食抑制装置。

本発明によれば、中和性アミン及び炭素数１０以上２４以下の長鎖脂肪族アミン（皮膜形成アミン）を一定比率で添加するので、ボイラで生成される蒸気の凝縮水のｐＨ及び電気伝導率が、復水における炭素数１０以上２４以下の長鎖脂肪族アミン濃度を反映したものになる。このため、ボイラで生成される蒸気の凝縮水のｐＨ及び／又は電気伝導率を検出し、その検出結果に基づいてアミンの添加総量を調節するだけで、復水における炭素数１０以上２４以下の長鎖脂肪族アミン濃度が所望の範囲に調整される。したがって、中和性アミン及び皮膜形成アミンを併用し、ボイラ装置の回収部における腐食を効果的且つ簡便に抑制できる。

本発明の一実施形態に係る腐食抑制装置のブロック図である。 本発明の一実施形態に係る腐食抑制方法を実施した際の蒸気の凝縮水のｐＨの推移を示すグラフである。 蒸気の凝縮水のｐＨと、凝縮水中の長鎖脂肪族アミン濃度との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに特に限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る腐食抑制装置２０のブロック図である。図１に示されるように、ボイラシステム１０はボイラ装置６０及び腐食抑制装置２０を備える。各要素の詳細を以下説明する。

［ボイラ装置］
ボイラ装置６０は、給水を後述のボイラ６３に供給する給水部６１を備える。具体的に、給水部６１は軟水器６１１を有し、この軟水器６１１は原水からカルシウム成分、マグネシウム成分等の硬度成分を除去し、軟水を調製する。この軟水は給水タンク６１３に導入され、必要に応じて貯留された後、所望量の軟水が給水ポンプ６１７の駆動力で給水路６１５を通じてボイラ６３へと供給される。

ボイラ装置６０のボイラ６３は、給水部６１から供給された給水を加熱して蒸気を生成し、この蒸気はボイラ装置６０の回収部６５で凝縮され、生成された復水が給水部６１に戻される。具体的に、ボイラ６３からの蒸気は蒸気回収路６５１を通じてヘッダ６５３に回収され、このヘッダ６５３から延びる蒸気導入路６５５及び採取路４２へと所望の割合で分配される。蒸気導入路６５５に分配された方の蒸気は蒸気負荷部６５７に導入され、この蒸気負荷部６５７で凝縮されることで、復水が生成される。この復水は復水回収路６５９を通じて給水タンク６１３に回収され、ボイラ６３の給水として再利用される。

かかるボイラ装置６０では、主に、給水に含まれる重炭酸ナトリウムがボイラ６３で熱分解されて炭酸ガスを生じ、この炭酸ガスは、蒸気とともに回収部６５に移行し、復水中に溶解して復水のｐＨを低下させる。このため、特に、復水に接触する蒸気負荷部６５７、復水回収路６５９等の回収部６５に腐食が生じやすい。そこで、かかる腐食を抑制するための装置を以下説明する。

［腐食抑制装置］
腐食抑制装置２０は、添加手段としての添加部３０、検出手段としての検出部４０、及び制御手段としての制御部５０を備える。添加部３０は、腐食抑制剤を貯留する抑制剤タンク３１を有し、この抑制剤タンク３１内の腐食抑制剤が抑制剤供給路３３を通じて給水路６１５に供給される。給水路６１５に供給された腐食抑制剤は、給水とともにボイラ６３内で加熱された蒸気になって回収部６５へ移行し、腐食を抑制する。腐食抑制剤の供給の量及びタイミングは、抑制剤供給ポンプ３５の駆動によって変更可能である。なお、腐食抑制剤の添加箇所は、本実施形態では給水路６１５としたが、これに限られず、給水部６１の適宜箇所及び／又はボイラ６３及び／又はヘッダ６５３の近傍等であってよい。

本発明では、腐食抑制剤として、中和性アミンと、炭素数１０以上２４以下の長鎖脂肪族アミンとを併用する。なお、腐食抑制剤としては、必要に応じて中和性アミン及び長鎖脂肪族アミンの他に、従来周知の任意成分を併用してもよい。

中和性アミンは、揮発性のアミン系化合物であれば特に限定されないが、例えばシクロヘキシルアミン、モルホリン、モノエタノールアミン、モノイソプロパノールアミン、ジエチルエタノールアミン、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール、及びアンモニア等からなる群より選ばれる１種以上であってよい。かかる中和性アミンは、復水のｐＨを上昇することで腐食を抑制する。

長鎖脂肪族アミンは、腐食が特に問題になる蒸気負荷部６５７、復水回収路６５９等の回収部６５内に防食膜を形成し、腐食を予防する。長鎖脂肪族基の炭素数は、過小であると防食膜の形成能が不充分になりやすく、過大であるとエマルションがゲル化して安定性が不充分になりやすい。そこで、長鎖脂肪族基の炭素数は１０以上２４以下であり、好ましくは１０以上２２以下、より好ましくは１２以上２０以下である。

なお、長鎖脂肪族アミン化合物を構成する長鎖脂肪族基は、不飽和結合を含まなくても、含んでいてもよい。また、長鎖脂肪族アミン化合物を構成するアミノ基は、その水素部分がメチル基、エチル基等の炭化水素基で置換されていてもよい。長鎖脂肪族アミン化合物は、脂肪酸塩であってもよい。この場合、脂肪酸塩を構成する脂肪酸としては、例えば、オレイン酸、ラウリン酸及びステアリン酸が挙げられる。

長鎖脂肪族アミンの具体例としては、特に限定されないが、例えば、ドデシルアミン、トリデシルアミン、テトラデシルアミン、ヘプタデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン、ノナデシルアミン、エイコシルアミン、ドコシルアミン等の飽和脂肪族アミン、オレイルアミン、リシノレイルアミン、リノレイルアミン、リノレニルアミン等の不飽和脂肪族アミン、ヤシ油アミン、硬化牛脂アミン等の混合アミンの１種以上が挙げられる。中でも、米国ＦＤＡ規格においてボイラ水用添加剤として認可されており、ボイラから発生した蒸気が漏れても安全性の面で問題がないので、食品製造業等においても使用できる点で、オクタデシルアミンが好ましい。

なお、腐食抑制剤に加えて、ボイラ６３でのスケールを抑制するため、清缶剤を添加してもよい。本実施形態では、添加部３０の清缶剤タンク３６に貯留されている清缶剤が、清缶剤供給ポンプ３８の駆動力で清缶剤供給路３７を通じて給水路６１５へと導入されている。なお、清缶剤の添加の場所及びタイミングは、腐食抑制剤と独立であってよく、清缶剤の成分は適宜選択されてよい。

このように、長鎖脂肪族アミンは中和性アミンを補完することから、中和性アミンと併用すれば、ボイラ装置６０における腐食を大幅に抑制できることが期待される。ただし、腐食を効果的に抑制するためには、特に長鎖脂肪族アミンの添加量を簡便に適切化することが必要である。しかし、驚くべきことに本発明者は、後述の実施例で示すように、中和性アミン及び長鎖脂肪族アミンを一定比率で添加することで、ボイラで生成される蒸気の凝縮水のｐＨ及び電気伝導率が、復水における長鎖脂肪族アミン濃度を反映したものになることを見出した。

そこで、本発明では、中和性アミンと長鎖脂肪族アミンとを一定比率で添加する。ここで、「一定比率」とは、比率が常時一定であることに限定されず、適宜設定される期間の比率平均値が一定であることも包含する。また、中和性アミン及び長鎖脂肪族アミンが添加されるタイミング及び場所は、同一でも異なっていてもよい。ただし、添加設備を簡素化できる点及び比率を正確に設定できる点では、本実施形態のように中和性アミン及び長鎖脂肪族アミンが混合された一液の腐食抑制剤を用いることが好ましい。

また、検出部４０は、ボイラで生成される蒸気の凝縮水のｐＨ及び／又は電気伝導率を検出する。具体的に、前述したヘッダ６５３から延びる採取路４２には採取弁４２１が設けられていて、この採取弁４２１の開閉に応じて、採取路４２に蒸気の一部が分配されてくる。採取路４２に分配された蒸気は熱交換器４１へと導入され、この熱交換器４１で冷却されて凝縮水になる。この凝縮水は、導入弁４３１の開閉に応じ凝縮水導入路４３を通じてｐＨ計４５へと導入され、このｐＨ計４５でｐＨを検出された後、排出される。

ｐＨ計４５で検出されたｐＨの情報（検出結果）は、制御部５０に送信される。この制御部５０は、検出結果に基づいて、中和性アミン及び長鎖脂肪族アミンの添加量を調節するよう抑制剤供給ポンプ３５を制御する。具体的に制御部５０は、ｐＨが所望範囲より小さい場合には、添加量を増加させ、ｐＨが所望範囲より大きい場合には、添加量を低下させる。これにより、ｐＨが所望範囲に収まる結果、復水における長鎖脂肪族アミン濃度も所望の範囲に調整することができる。また、所望範囲を元来腐食の生じにくい範囲（例えば６以上）に設定することで、腐食を相乗的に抑制することができる。なお、ｐＨ計４５は従来周知の装置であってよい。

本実施形態では、制御の精度を向上するため、凝縮水のｐＨ値を測定したが、これに限られず、ｐＨが所定範囲に属するか否かを検出してもよい。例えば、ｐＨに応じて呈色する指示薬を凝縮水に添加し、添加後の色を機械的もしくは目視により監視することで、凝縮水のｐＨが所定範囲に属するか否かを検出できる。

また、中和性アミン及び長鎖脂肪族アミンの添加量の調節は、凝縮水のｐＨに代えてもしくはｐＨとともに、電気伝導率の検出結果に基づいて行ってもよい。電気伝導率の検出は、従来周知の測定器を用い、常法に従って行えばよい。

なお、本実施形態で検出対象とした凝縮水は、ヘッダ６５３から分配された蒸気が凝縮したものであるが、これに限られず、蒸気負荷部６５７の直前にヘッダを設け、このヘッダから分配された蒸気が凝縮したものであってもよく、あるいは復水回収路６５９を流通する復水の一部であってもよい。

図１に示すボイラシステム１０を使用し、４０℃において空気中の酸素で飽和させた厚木市水の軟化水を容量５リットルの実験用電気ボイラ６３に給水し、温度１８３℃、圧力１ＭＰａ、蒸気発生量１２リットル／時、ブロー率１０％の条件で運転して、３日間に亘り蒸気を発生させた。また、中和性アミンとしてのアミノメチルプロパノールと、長鎖脂肪族アミンとしてのオクタデシルアミンとを一定比率（アミノメチルプロパノール：オクタデシルアミン＝３７：１．５（質量比））で含有する腐食抑制剤を、抑制剤供給路３３から給水路６１５へと添加した。

ボイラ６３から発生した蒸気を少量ずつ継続的に採取路４２に分配し、凝縮水のｐＨをｐＨ計４５で測定した。実施例では、この測定値の増減に応じて腐食抑制剤の添加量を調節することで、凝縮水のｐＨを約６に一定化させ続けた。また、比較例では、腐食抑制剤の添加量を調節せず、一定値に固定し続けた。実施例及び比較例における凝縮水のｐＨの推移を図２に示す。

また、実施例及び比較例において、復水回収路６５９を流通する復水の一部を継続的に回収し、イオンクロマトグラフによりオクタデシルアミン濃度を分析した。オクタデシルアミン（ＯＤＡ）濃度と、凝縮水のｐＨとの関係を図３に示す。また、図１に示す各時点における凝縮水のｐＨ、及びオクタデシルアミン濃度を表１にまとめた。

比較例では、凝縮水のｐＨが４．９から６．７まで大きく変動し（図２）、復水中のオクタデシルアミン濃度も同様に大きく変動していた（図３）。これに対し、実施例では、凝縮水のｐＨが約６で安定して推移し（図２）、復水中のオクタデシルアミン濃度の変動幅は比較例よりはるかに狭かった（図３）。

これにより、中和性アミン及び長鎖脂肪族アミンを一定比率で添加する場合、復水中の長鎖脂肪族アミン濃度を、ボイラで生成される蒸気の凝縮水のｐＨに基づいて好適に制御できることが分かった。

水中の中和性アミン濃度は、当該水の電気伝導率と相関性があることが知られている。この事実及び上記結論を踏まえると、中和性アミン及び長鎖脂肪族アミンを一定比率で添加する場合、復水中の中和性アミン濃度、及びこの中和性アミン濃度と一定関係にある長鎖脂肪族アミン濃度を、ボイラで生成される蒸気の凝縮水の電気伝導率に基づいても、好適に制御できることが推測される。

したがって、ボイラで生成される蒸気の凝縮水のｐＨ及び／又は電気伝導率を検出し、その検出結果に基づいてアミンの添加総量を調節するだけで、復水における炭素数１０以上２４以下の長鎖脂肪族アミン濃度が所望の範囲に調整されるので、中和性アミン及び皮膜形成アミンを併用し、ボイラ装置の回収部における腐食を効果的且つ簡便に抑制できることが分かった。

２０ 腐食抑制装置
３０ 添加部（添加手段）
４０ 検出部（検出手段）
５０ 制御部（制御手段）
６０ ボイラ装置
６１ 給水部
６３ ボイラ
６５ 回収部

Claims (3)

1. 給水を加熱して蒸気を生成するボイラと、このボイラに給水を供給する給水部と、前記ボイラで生成される蒸気を凝縮し、生成される復水を前記給水部に戻す回収部と、を備えるボイラ装置の前記回収部における腐食を抑制する腐食抑制方法であって、
   中和性アミンと炭素数１０以上２４以下の長鎖脂肪族アミンとを一定比率で前記ボイラ装置に添加し、
   前記ボイラで生成される蒸気の凝縮水の電気伝導率、又はｐＨ及び電気伝導率を検出し、この検出結果に基づいて前記中和性アミン及び前記長鎖脂肪族アミンの添加量を調節する工程を有する腐食抑制方法。
2. 前記中和性アミン及び前記長鎖脂肪族アミンとして、これらが混合された一液の腐食抑制剤を用いる請求項１記載の腐食抑制方法。
3. 給水を加熱して蒸気を生成するボイラと、このボイラに給水を供給する給水部と、前記ボイラで生成される蒸気を凝縮し、生成される復水を前記給水部に戻す回収部と、を備えるボイラ装置の前記回収部における腐食を抑制する腐食抑制装置であって、
   中和性アミンと炭素数１０以上２４以下の長鎖脂肪族アミンとを一定比率で前記ボイラ装置に添加する添加手段と、
   前記ボイラで生成される蒸気の凝縮水の電気伝導率、又はｐＨ及び電気伝導率を検出する検出手段と、
   前記検出手段による検出結果に基づいて、前記中和性アミン及び前記長鎖脂肪族アミンの添加量を調節するよう前記添加手段を制御する制御手段と、を備える腐食抑制装置。