JP6181350B2 - 蒸気発生設備におけるスケール防止方法 - Google Patents
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Description
また、軟水を補給水とする蒸気発生設備においては、軟水中に微量に存在する硬度成分や、軟水器等からリークし蒸気発生設備の水系に混入した硬度成分が、軟水中に含まれている炭酸イオンやシリカ成分と結合してスケールが生じる。一旦生じたスケールは再び水に溶けることはなく、水系設備内に付着又は堆積して水系設備自体の障害を引き起こす場合があることが知られている。
そこで、蒸気発生設備におけるこれらの障害に対処するために、種々の提案がなされている。
また、特許文献2には、ボイラ水管の伝熱面に皮膜を形成する皮膜形成剤、脱酸素剤、スケール抑制剤、及びpH調整剤が水に配合された水処理剤が開示されている。
また、特許文献2のように、シリカ等の皮膜形成剤を添加した条件では、ポリマー等のスケール抑制剤やキレート剤を併用しても、硬度リークするとスケール防止効果が非常に低下するため、かえってスケールが多量に付着するという問題がある。
本発明は、このような状況下になされたものであり、ボイラ等の蒸気発生設備におけるスケール防止方法であって、伝熱面に孔食を発生させず、清浄に保つことにより伝熱ロスを低減して長期安定運転を可能とし、かつドレン回収によりエネルギーコストの削減を図ることができる、蒸気発生設備におけるスケール防止方法を提供することを目的とする。
[1]硬度成分と鉄化合物とが含まれる水を供給水とする蒸気発生設備において、エリソルビン酸、アスコルビン酸及びこれらの塩から選ばれる少なくとも1種の脱酸素剤、アルカリ金属水酸化物、カルボキシル基を有する水溶性ポリマー、並びにキレート剤を添加し、該キレート剤の添加量が供給水中の鉄分1mg/Lに対して1mg/L以上であり、かつ、ケイ酸化合物を添加しないことを特徴とする、蒸気発生設備におけるスケール防止方法。
[2]脱酸素剤を、供給水中の溶存酸素濃度1mg/Lに対して、2.0mg/L以上添加する、上記[1]のスケール防止方法。
[3]水溶性ポリマーが、重量平均分子量0.1万〜10万のポリアクリル酸塩である、上記[1]又は[2]のスケール防止方法。
[4]キレート剤が、アミノカルボン酸、ホスホン酸、及びそれらの塩から選ばれる1種以上である、上記[1]〜[3]のいずれかのスケール防止方法。
ここで、硬度成分とは、供給水中に含まれる炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等に起因するカルシウムイオン(Ca2+)及びマグネシウムイオン(Mg2+)を含む成分をいう。
鉄化合物は、水酸化鉄や酸化鉄等の水不溶性のものは供給水中に懸濁状態で存在しており、水溶性のものは水中に溶解して解離し、鉄イオンとして存在している。
ケイ酸化合物は、蒸気発生器の水側缶内やボイラ水管等の伝熱面(鉄表面)の局部アノードに吸着し、腐食生成物と不溶性の防食被膜を形成してバリヤ層となり、溶存酸素等の腐食要因因子と伝熱面との接触を防ぐ皮膜形成型防食剤として知られている。しかしその一方で、ケイ酸化合物は、硬度成分と結合して、溶解度の低い化合物を形成するため、伝熱面にシリカスケールとして付着する性質も有する。そこで、本発明のスケール防止方法においては、ケイ酸化合物を添加しないことを特徴とする。
すなわち、本発明方法によれば、エリソルビン酸等の脱酸素剤、アルカリ金属水酸化物、カルボキシル基を有する水溶性ポリマー、及び特定量のキレート剤が共存しているため、効果的な防食皮膜が形成されてスケール付着を抑制でき、また形成された防食皮膜に何らかの原因で欠陥が生じても、蒸気発生設備系内の水中の溶存酸素(DO)濃度を低くできるため、酸素濃淡電池が形成されにくく、効果的に局部腐食を防止することができると考えられる。
以下、本発明方法に用いる各成分等について説明する。
本発明のスケール防止方法においては、脱酸素剤として、エリソルビン酸、アスコルビン酸及びこれらの塩から選ばれる少なくとも1種の脱酸素剤(以下、単に「脱酸素剤」ともいう)が用いられる。なお、アスコルビン酸はエリソルビン酸の立体異性体である。
前記脱酸素剤は、ヒドラジンのような毒性もなく、供給水(ボイラ給水)に溶存している酸素を除去することができる。供給水に溶存している酸素は、酸化剤として蒸気発生設備の伝熱面を腐食する作用がある。そのため、供給水に溶存している酸素を脱酸素剤によって除去すると、蒸気発生設備系内の水中の酸素濃度は低くなり、蒸気発生設備の伝熱面における全面腐食が抑制される。また、供給水中の溶存酸素が除去されると、蒸気発生設備の伝熱面における酸素濃度の不均一性が緩和され、酸素濃淡電池が形成されにくくなり、伝熱面における局部腐食も抑制される。
本発明のスケール防止方法においては、脱酸素剤を供給水の溶存酸素(DO)濃度1mg/Lに対して、1mg/L以上添加することが好ましく、2mg/L以上添加することがより好ましく、その上限は10mg/L以下とすることが好ましい。脱酸素剤の添加量が上記範囲内であると、十分な腐食防止効果を得ることができ、また添加量が多すぎることによる経済性の低下もなく、電気伝導率の上昇によりブロー量が増加する問題も生じない。ここで、脱酸素剤としてエリソルビン酸塩及び/又はアスコルビン酸塩を用いる場合、脱酸素剤の含有量は、エリソルビン酸及び/又はアスコルビン酸としての換算値を用いる。
本発明のスケール防止方法において、アルカリ金属水酸化物は、アルカリ剤として、蒸気発生設備の部位によらず高い腐食防止効果を得る観点、及び二酸化炭素を発生させない観点から用いられる。
アルカリ金属水酸化物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等が挙げられるが、経済性の観点から、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムがより好ましく、水酸化ナトリウムが更に好ましい。
アルカリ金属水酸化物は、脱酸素剤による溶存酸素の除去に伴って発生する種々の有機酸化合物と反応し、蒸気発生設備内の水系のpH低下が抑制されるため、腐食をより効果的に抑制することができる。
上記アルカリ剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明のスケール防止方法において、カルボキシル基を有する水溶性ポリマーは、スケールを分散させることで蒸気発生設備内へのスケールの付着を抑制し、腐食を防止するためのスケール抑制成分として用いられる。水溶性ポリマーは、供給水(ボイラ給水)に含まれているカルシウムイオンやマグネシウムイオンによって形成されたスケールの結晶核の成長を妨ぎ、鉄分を分散する作用を有すると考えられる。
カルボキシル基を有する水溶性ポリマーとしては、ポリアクリル酸及び/又はその塩、ポリマレイン酸及び/又はその塩、ポリイタコン酸及び/又はその塩、ポリメタクリル酸及び/又はその塩、又はこれらホモポリマーを構成するモノマー成分の少なくとも2種を共重合してなるコポリマーやタポリマー等が挙げられる。
また、前記ホモポリマーを構成するモノマー成分(アクリル酸(AA)、マレイン酸(MA)等)の少なくとも1種と、3−アリロキシ−2−ヒドロキシプロパンスルホン酸ナトリウム(HAPS)又は2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム(AMPS)とのコポリマー(AA−HAPS、AA−AMPS等)、及びビス(ポリ−2−カルボキシエチル)ホスフィン酸及び/又はその塩、及びセルロースの骨格を構成するグルコピラノースモノマーのヒドロキシ基の一部にカルボキシメチル基を結合させたカルボキシメチルセルロース(CMC)等を用いることもできる。
上記のカルボキシル基を有する水溶性ポリマーは、一種単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明のスケール防止方法においては、スケールを効果的に防止する観点から、水溶性ポリマーを純分で、供給水のカルシウム濃度(CaCO3換算)の1〜50倍量添加することが好ましく、2〜10倍量添加することがより好ましい。
本発明のスケール防止方法において、キレート剤は、カルボキシル基を有する水溶性ポリマーと共にスケール抑制成分として用いられる。すなわち、供給水に含まれているカルシウムイオン、マグネシウムイオン及び鉄分は、このキレート剤によってキレート化され、蒸気発生設備の伝熱面に対してスケールが付着されにくくなる。
キレート剤としては、有機系及び無機系キレート剤を用いることができる。
有機系キレート剤としては、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、トランス−1、2−ジアミノシクロヘキサン四酢酸(CyDTA)、o,o'−ビス(2−アミノエチル)エチレングリコール四酢酸(GEDTA)、ジエチレントリアミン五酢酸(DTPA)、トリエチレンテトラアミン六酢酸(TTHA)、ニトリロ三酢酸(NTA)等のアミノカルボン酸、ヒドロキシエチリデンジホスホン酸(HEDP)、ニトリロトリスメチレンホスホン酸(NTMP)等のホスホン酸、クエン酸、蓚酸、リンゴ酸、グルコン酸等のアルカリ金属塩等が挙げられる。
無機系キレート剤としては、ピロリン酸、ポリリン酸、メタリン酸等の公知のリン酸化合物のアルカリ金属塩等が挙げられる。
これらのキレート剤は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
キレート剤のアルカリ金属塩を構成するアルカリ金属としては、Na、K等が挙げられる。EDTAのアルカリ金属塩としては、例えばEDTA−Na、EDTA−K、EDTA−2Na、EDTA−2K、EDTA−3Na、EDTA−3K、EDTA−4Na、EDTA−4K等が挙げられ、溶解性、キレート形成能等の観点から、EDTA−2Na、EDTA−3Na及びEDTA−4Naがより好ましい。
キレート剤の配合量は、スケールを効果的に抑制させる観点から、供給水中の鉄分1mg/Lに対して1mg/L以上とする。その上限は、供給水中の鉄分1mg/Lに対して30mg/L以下とすることが好ましく、15mg/L以下とすることがより好ましい。キレート剤、例えばEDTA、NTA及びそれらの塩を、供給水中の鉄分1mg/Lに対して30mg/Lを超えて添加すると、薬品処理費用が増加することにより不経済であり、設備停止時の腐食性が上昇する可能性がある。
本発明のスケール防止方法においては、前記の各成分を、高温水系(蒸気発生設備の給水ライン、給水タンク等の給水系)、又はドレン回収ラインに添加することで、供給水と共に持込まれる鉄分のスケール化を効果的に抑制することができる。
また、本発明の目的が損なわれない範囲で、必要に応じて、蒸気発生設備に通常用いられる各種の添加成分、例えば、本発明方法に用いられる以外の他の脱酸素剤、アルカリ剤、pH調整剤、スケール防止剤、アミン等を有効量添加することできる。
他の脱酸素剤としては、ヒドラジン、カルボヒドラジド、1−アミノピロリジン、1−アミノ−4−メチルピペラジン、N,N−ジエチルヒドロキシルアミン、及びそれら
の塩等が挙げられる。
他のアルカリ剤としては、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属炭酸塩、リン酸三ナトリウム、リン酸水素ナトリウム等のアルカリ金属リン酸塩等が挙げられる。
スケール防止剤としては、各種リン酸塩や、ポリアクリル酸、ポリマレイン酸、及びそれらのナトリウム塩等の水溶性高分子化合物、ホスホン酸塩,キレート剤等が挙げられる。
アミンとしては、モノエタノールアミン(MEA)、シクロへキシルアミン(CHA)、モルホリン(MOR)、ジエチルエタノールアミン(DEEA)、モノイソプロパノールアミン(MIPA)、3−メトキシプロピルアミン(MOPA)、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール(AMP)等の中和性アミン、オクタデシルアミン等の長鎖アルキルアミン等の皮膜性アミンが挙げられる。
したがって、本特許の水処理剤を使用することにより、オペレーションミスや装置の故障等により、硬度リークの発生する可能性がゼロではない軟水給水の蒸気発生設備の腐食リスク、及び鉄、硬度、シリカスケールの付着リスクを低減することが可能となる。
比較例1〜7
容量5Lのステンレス製テストボイラ試験を用いて、圧力0.7MPa、蒸発量8L/h、濃縮倍数10倍(10%ブロー)、給水温度40℃の条件で、48時間運転を行った。
給水の調製は、純水に塩類、アルカリを添加した給水(カルシウム:0.05mgCaCO3/L、Mアルカリ度:30mgCaCO3/L、塩化物イオン:15mg/L、シリカ:10mg/L、溶存酸素濃度6.5mg/L)に、給水中の鉄濃度が1.0mgFe/L、水酸化ナトリウム濃度が4.0mg/Lとなるように塩化第二鉄と水酸化ナトリウムを添加して行った。
脱酸素剤、水溶性ポリマー、キレート剤を、第1表に示す濃度となるように、給水に添加して、試験後にテストボイラの伝熱チューブ(ステンレス製、表面積200cm2を3本)を取り出し、伝熱チューブ表面を目視で孔食の発生の有無を確認した後、伝熱チューブの表面に付着したスケール成分をかきとり、電子天秤でスケール付着量を計量した。結果を第1表に示す。
脱酸素剤、水溶性ポリマー、キレート剤を、第1表に示す濃度となるように、給水に添加して、比較例1〜7と同様に運転し、局部腐食発生の有無とスケール付着量を求めた。結果を第1表に示す。
純水に塩類、アルカリを添加した給水(カルシウム:10mgCaCO3/L、Mアルカリ度:30mgCaCO3/L、塩化物イオン:15mg/L、シリカ:10mg/L)に、給水中の鉄濃度が1.0mgFe/L、水酸化ナトリウム濃度が4.0mg/Lとなるように塩化第二鉄と水酸化ナトリウムを添加して、給水を調製した。得られた給水を用いて、比較例1〜7と同様にして、テストボイラ試験を行った。
エリソルビン酸、水溶性ポリマー、キレート剤を、第2表に示す濃度となるように、給水に添加して、試験後にテストボイラの伝熱チューブ(ステンレス製、表面積200cm2を3本)を取り出し、伝熱チューブの表面に付着したスケール成分をかきとり、電子天秤でスケール付着量を計量した。結果を第2表に示す。
さらに比較例10は同条件での試験に続けて、給水中のカルシウム濃度を10mgCaCO3/Lから0.05mgCaCO3/Lに低減した試験を実施した。試験時間は72時間とした。試験後は同様にスケール付着量を求めた。
エリソルビン酸、水溶性ポリマー、キレート剤を、第2表に示す濃度となるように、給水に添加して、比較例と同様に運転し、スケール付着量を求めた。
さらに同条件での試験に続けて、給水中のカルシウム濃度を10mgCaCO3/Lから0.05mgCaCO3/Lに低減した試験を実施した。試験時間は72時間とした。試験後は同様にスケール付着量を求めた。結果を第2表に示す。
また、実施例7と比較例10を対比すると、メタケイ酸ナトリウムを添加しない実施例7では、その後の硬度成分を低減した条件においても、シリカを添加した比較例10と比べて、伝熱面におけるスケール付着を抑制できることが分かる。
Claims (3)
- 硬度成分と鉄化合物とが含まれる水を供給水とする蒸気発生設備において、エリソルビン酸、アスコルビン酸及びこれらの塩から選ばれる少なくとも1種の脱酸素剤、アルカリ金属水酸化物、カルボキシル基を有する水溶性ポリマー、並びに、アミノカルボン酸及びアミノカルボン酸の塩から選ばれる1種以上のキレート剤を添加し、該キレート剤の添加量が供給水中の鉄分1mg/Lに対して1mg/L以上30mg/L以下であり、該脱酸素剤の添加量が供給水中の溶存酸素濃度1mg/Lに対して1mg/L以上10mg/L以下であり、かつ、ケイ酸化合物を添加しないことを特徴とする、蒸気発生設備におけるスケール防止方法。
- 水溶性ポリマーが、重量平均分子量0.1万〜10万のポリアクリル酸塩である、請求項1に記載のスケール防止方法。
- キレート剤が、エチレンジアミン四酢酸、ニトリロ三酢酸及びそれらの塩から選ばれる1種以上である、請求項1又は2に記載のスケール防止方法。
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