JP5879216B2 - 海水淡水化装置 - Google Patents
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Description
第1の手法は、流電陽極法と呼ばれる手法であって、防食対象物に対して電気化学的に卑な電位を持つ物質を流電陽極として用い、この流電陽極と防食対象物とを電気的に接続し、防食対象物と流電陽極の電位差を利用して防食対象物に防食電流を流す手法である。
第2の方法は、外部電源法と呼ばれる手法であって、陰極に設定した防食対象物に対して難溶性の電極を電気的に接続して、この電極から直流電源装置を用いて防食電流を供給する手法である。
また、特許文献2に記載の技術では、配管接合部に電極を挿入しガスケットで密着性を向上させているが、電極とガスケットとのすきまからの漏水によって、フランジ部外周にすきま腐食が発生し、配管から漏水が発生する可能性があるという問題点がある。
≪海水淡水化装置≫
図1は、本発明の実施形態に係る海水淡水化装置の構成を示す説明図である。なお、図1に示す海水淡水化装置100Aは、いわゆる逆浸透圧膜式海水淡水化装置である。
海水淡水化装置100Aは、海水を前処理し淡水化するため、前処理膜104を有する前処理装置103と、逆浸透圧膜106を有する逆浸透圧膜装置105と、を備える。そして、海水淡水化装置100Aは、外部(海、海水の入ったタンクなど)と前処理装置103とを連結する原海水配管107、前処理装置103と逆浸透圧膜装置105とを連結する処理水配管108、逆浸透圧膜装置105と外部(ろ過水貯蔵施設など)とを連結するろ過水配管109、逆浸透圧膜装置105と外部(海、排水タンクなど)とを連結する濃縮塩水配管110、という複数の配管をさらに備えるとともに、配管のうち少なくとも原海水配管107および処理水配管108の途中にポンプ101、102を備える。
図2は、海水淡水化装置に用いる配管の接合部(以下、適宜、配管接合部という)の構成を示す説明図である。そして、図2に示す配管接合部300Aは、図1に示した海水淡水化装置100Aに用いられる全ての配管、例えば、原海水配管107、処理水配管108、ろ過水配管109、濃縮塩水配管110などに適用することができる。
なお、グラファイト含有部材3がフランジ部2、4の間に挟持された状態で、フランジ部2、4がボルトおよびナット(図示せず)などで接合されることで、配管1、5の内部に水(塩水および淡水)を通過させることができる。
この配管1、5およびフランジ部2、4の材料には、高強度かつ高耐食性を有する材料が適しており、例えば、SUS304、SUS316、SUS316Lなどのオーステナイト系ステンレス鋼やSUS329J4Lなどの2相ステンレス鋼を用いることができる。また、配管1とフランジ部2、配管5とフランジ部4とをそれぞれ接合する溶接金属には、例えば、SUS304やSUS316などの材料を用いることができる。また、ボルトおよびナットにも高強度かつ高耐食性な材料が要求され、例えば、SUS304製などを用いることができる。
なお、配管1、5およびフランジ部2、4は、それぞれ別部材で構成されていてもよいが、以下の説明においては、配管1の端部にフランジ部2が一体となって形成されており、配管5の端部にフランジ部4が一体となって形成されているものとして説明する。
<グラファイト含有部材>
図3に示すように、グラファイト含有部材3は、所定の厚みを有するリング状を呈するとともに、配管1、5の内径よりも距離Lだけ縮径した内径を呈する。つまり、配管接合部300Aにおいて、グラファイト含有部材3は、配管1、5内部の水(配管内通水)11の流路上において、配管1、5の径方向内側に距離Lだけ突出するように設けられる。
なお、グラファイト含有部材3は、図3に示すように、フランジ部2、4との液密性が確保できる形状を呈しているため、ガスケットとしての役割も果たすことができる。
グラファイト含有部材3の浸漬電位は、配管1、5の浸漬電位より卑な電位であり、詳細には、配管1、5の浸漬電位よりも200mV以上低い電位である。
なお、ここでの浸漬電位は、実環境を模擬して、水素イオン濃度指標(pH)が8.2の人工海水中に浸漬させたときに発生する浸漬電位であり、銀−塩化銀飽和塩化カリウム電極を基準としてポテンショガルバノスタットを用いて測定した電位である。
そして、グラファイト含有部材3の浸漬電位が、配管1、5の浸漬電位よりも200mV以上低い電位であることにより、配管1、5とグラファイト含有部材3との間の電位差によって配管1、5およびフランジ部2、4に防食電流を適切に流すことができ、腐食電流を打ち消すことにより、配管接合部300におけるすきま腐食を確実に抑制することができる。
一方、グラファイト含有部材3の浸漬電位が、配管1、5の浸漬電位と比較して、卑な電位ではあるが200mV未満の差しかない場合は、長期の運転期間によって生じる環境の変化などにより、防食電流の向きが変わってしまうといった事象の発生が高くなってしまう。
グラファイト含有部材3は、グラファイトを含む材料からなる部材であり、市販されているグラファイトガスケットやグラファイトシートなどを、フランジ部2、4の形状および配管1、5の内径を考慮して加工したものを用いることができる。
ここで、グラファイトとは、カーボンの積層構造によって構成された固体であり、その層間距離はおよそ3.35×10−10mである。
≪海水淡水化装置による海水の処理≫
図1に示す海水淡水化装置100Aにおいて、ポンプ101によって海からくみ上げられた海水(原海水ともいう)は、原海水配管107を通り、前処理装置103へと送られる。そして、海水は、前処理装置103で殺菌処理および前処理膜104によりろ過処理が施され、原海水中に含まれる生物(微生物、その代謝物など)や汚泥が除去される。そして、前処理装置103で処理された前処理済み水は、ポンプ102の作用によって処理水配管108を通り、逆浸透圧膜装置105に送られる。前処理済み水は、逆浸透圧膜装置105で圧力を加えられることによって、逆浸透圧膜106を通過し、淡水(ろ過水)と濃縮塩水(ブライン水)とに分離される。この後、淡水はろ過水配管109を通り、ろ過水貯蔵施設(図示せず)などに送られる。また、濃縮塩水は、濃縮塩水配管110を通り、海などに排出される。
つまり、本発明に係る配管接合部300Aは、海水淡水化装置100Aに適用されることにより、処理対象である海水または淡水の汚染を回避しつつ、配管接合部300Aの防食を防ぐという効果を奏することとなる。
≪配管接合部(変形例)≫
図4は、ガスケットをさらに設けた場合の配管接合部(変形例)の断面図である。図4に示すように、配管接合部300Bは、密着性向上のために、図3の配管接合部300Aと比較して、グラファイト含有部材3とフランジ部2、4との間にさらにガスケット500を挿入して構成される。そして、このガスケット500は、リング状を呈するとともに、配管1、5の内径と略同じ内径を呈する。
図5は、本発明の実施形態に係る海水淡水化装置(変形例)の構成を示す説明図である。なお、図5に示す海水淡水化装置100Bは、いわゆる2段階式逆浸透圧膜式海水淡水化装置である。
海水淡水化装置100Bは、図1に示す海水淡水化装置100Aと略同様の構成であるが、逆浸透圧膜装置105の代わりに、高圧逆浸透圧膜装置121と低圧逆浸透圧膜装置123とを備える点で相違する。
前処理装置103で処理された前処理済み水は、ポンプ102の作用によって処理水配管108を通り、高圧逆浸透圧膜装置121に送られる。前処理済み水は、高圧逆浸透圧膜装置121で高圧力を加えられることによって高圧逆浸透圧122を通過し、1次ろ過水(淡水)と1次濃縮塩水とに分離される。
この後、1次ろ過水はろ過水配管109を通り、ろ過水貯蔵施設(図示せず)などに送られる。また、1次濃縮塩水は、ポンプ120によって2次処理用配管125を通り、低圧逆浸透圧膜装置123に送られる。1次濃縮塩水は、低圧逆浸透圧膜装置123でさらに加圧され、低圧逆浸透圧膜124でろ過されて、2次ろ過水(淡水)と2次濃縮塩水(濃縮塩水)とに分離される。2次ろ過水は、戻り配管126およびろ過水配管109を通り、ろ過水貯蔵施設(図示せず)などに送られる。また、2次濃縮塩水は、濃縮塩水配管110を通り、海などに排出される。
配管材料の試験供試材(以下、供試材Aとする)として、S32101(C:0.024wt%、Cr:21.4wt%、Ni:1.5wt%、Mo:0.3wt%、Cu:0.3wt%、N:0.23wt%)を、20mm×70mm×2mmの板状に加工し、サンドペーパーによる湿式研磨を#180、#400(番号はサンドペーパーの型番)の順に行ったものを使用した。なお、表面洗浄にはアセトンを用い、5分間超音波洗浄した。
なお、各供試材A、Bの組成分析結果を表1に示す。
防食試験は、図6に示す測定装置600を用いて行った。詳細には、容器650中の人工海水630に、供試材A610と供試材B620とを10mmの間隔(電極間距離)を保ち対面するような状態で浸漬させた。そして、供試材A610と供試材B620との間の異種金属間腐食電流密度が定常状態となった時点(3、4日経過後)の電流密度を無抵抗電流計640により測定した。この測定値を異種金属間腐食電流密度とした。
これらの測定結果を表2に示す。なお、表2中における異種金属間腐食電流密度が正の場合は、「610→640→620」の方向に電流が流れている状態を示し、負の場合は、「620→640→610」の方向に電流が流れている状態を示している。
ここで、供試材A610(S32101)の不働態保持電流密度は+0.1μA/cm2であり、供試材B620としてカーボンテープ(浸漬電位:−180mV)を用いた場合の異種金属間腐食電流密度が、+0.05μA/cm2であった。つまり、この場合、異種金属間腐食電流密度が正となるとともに、供試材A610(S32101)の不働態保持電流密度以下となったことから、特に好ましい結果であったことがわかる。
2、4 フランジ部
3 グラファイト含有部材
100A、B(100) 海水淡水化装置
300A、B(300) 配管接合部
500 ガスケット
510 配線
Claims (6)
- 端部にフランジ部を有する複数の配管と、
前記フランジ部同士を接合した前記配管の接合部において、前記フランジ部同士の間に配置されるグラファイト含有部材と、を備え、
前記グラファイト含有部材の浸漬電位は、前記配管の浸漬電位よりも200mV以上低く、
前記グラファイト含有部材は、カーボン及び不純物からなることを特徴とする海水淡水化装置。 - 前記グラファイト含有部材は、リング状を呈することを特徴とする請求項1に記載の海水淡水化装置。
- 前記グラファイト含有部材は、前記配管の内径よりも小さな内径を呈することを特徴とする請求項2に記載の海水淡水化装置。
- 前記配管内には水が流されており、
前記グラファイト含有部材と前記配管と前記水とが導通していることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の海水淡水化装置。 - 前記フランジ部と前記グラファイト含有部材との間に導電性のガスケットをさらに備えることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の海水淡水化装置。
- 前記フランジ部と前記グラファイト含有部材との間に設けられたガスケットと、
前記配管の外部に設けられ、前記配管と前記グラファイト含有部材との間の導通を可能とする配線と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の海水淡水化装置。
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