JP6407616B2 - 開放循環式冷却水システムの初期処理方法 - Google Patents
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Description
図1に示した試験装置を使用した。冷却水は水槽2に保有され、循環ポンプ3によって循環水として熱交換器7に送出される。その循環水量は流量計6によって計測され、流量調整バルブ5によって適正に調整される。熱交換器7において熱交換し昇温した循環水は、試験片保持器8を通過後、冷却塔1によって冷却され、水槽2に戻る。循環水の戻り水温は、水温制御装置9による冷却塔1のファン稼働の調整によって適正に維持される。一方、電気伝導率測定セル4によって測定された冷却水の電気伝導率の信号は電気伝導率制御装置11に入力され、その信号に基づいて予め設定された冷却水の電気伝導率範囲に収まるようにブローダウンポンプ10を稼働させる。ブロー開始に伴う水槽2の水位の低下に対応して補給水12が水槽2に供給され、その結果、冷却水の濃縮度が所定の範囲に維持される。また、ブロー開始と同時に水処理剤注入装置13を稼働させ、冷却水系の水処理剤濃度を適正に維持する。
本発明の初期処理方法の孔食抑制効果を以下の試験方法によって評価した。この試験は初期処理工程と平常処理工程から構成され、更に、初期処理工程は、第一の態様では常温初期処理工程と濃縮工程から成り、第二の態様では濃縮工程のみから成っている。試験の全期間は1か月である。
(1)熱交換器7に装着する試験用伝熱管
外径12.7mm、長さ510mmの炭素鋼鋼管STKM11A(JIS G3445)と外径19.0mm、長さ600mmの熱交換器用炭素鋼鋼管STB340(JIS G3461)を使用した。STKM11Aの伝熱管は、JIS G0593−2002に準拠した二重管式熱交換器の内管(伝熱管)とし、管内にカートリッジヒーターを挿入し、管外に冷却水を通水した。二重管式熱交換器の外管はガラス管として、試験中の伝熱管の腐食やスケールの状況を目視により観察可能とした。また、STB340の伝熱管は冷却水を管内に通水し、管外を電気ヒーターブロックにより覆った。
(2)水槽2及び配管を含む系全体の保有水量:62L
(3)循環水量:210L/h(試験用伝熱管評価部の線流速0.3m/sに相当)
補給水12として四日市市水を使用した。四日市市水の水質はpH:7、電気伝導率:13mS/m、Ca硬度:40mg−CaCO3/L、Mg硬度:8mg−CaCO3/L、Mアルカリ度:40mg−CaCO3/L、塩化物イオン:10mg/L、硫酸イオン:11mg/L、シリカ:12mg/Lである。
水槽2にこの補給水を張り込み、そこに、表2、3の常温初期処理工程欄に表示された薬剤を保有水量に対して表示の有効成分濃度になるように添加し、循環ポンプ3を起動して通水循環を開始し、常温で上記の常温初期処理工程の試験条件にて強制ブローを行わず48時間循環する。
(1)熱交換器7に装着する試験用伝熱管の加熱
STKM11Aの伝熱管は、管内に挿入したカートリッジヒーターを加熱し、また、STB340の伝熱管は管外の電気ヒーターブロックを加熱する。
(2)熱交換器7の熱流束:70kW/m2
(3)冷却塔1の冷却能力:1.8冷却トン(誘引通風向流接触型)
(4)全熱負荷が掛かった時の循環水の戻り水温(=水槽2の水温):35℃
(5)全熱負荷が掛かった時の熱交換器7出口の循環水水温:50℃(最高スキン温度:91℃)
(6)全熱負荷が掛かった時の冷却塔入口・出口の循環水の温度差:15℃
(7)全熱負荷が掛かった時の蒸発水量:4.4L/h
(a)第一の態様
常温初期処理工程が有る場合(第一の態様)は常温初期処理工程終了後に上記の濃縮工程試験条件記載の通り熱交換器7を加熱して熱負荷をかける。全熱負荷が短時間でかかる場合と、熱負荷が段階的に順次かかる場合があるが、全熱負荷が掛かった時の試験条件は上記の濃縮工程試験条件の(4)〜(7)に示した。
表2、3の濃縮処理工程欄に表示された薬剤を保有水量に対して表示の有効成分濃度になるように最初の熱負荷がかかる直前に添加し、(B)成分については濃縮工程終了時まで表示有効成分濃度を維持する。その他の薬剤は表2、3の濃縮処理工程欄の表示に従う。強制ブローは行わず濃縮度5倍まで濃縮する。
(b)第二の態様
常温初期処理工程が無い場合(第二の態様)は水槽2に上記水質の補給水12を張り込み、そこに、表4、5の初期処理工程欄に表示された薬剤を保有水量に対して表示の有効成分濃度になるように添加し、上記の常温初期処理工程試験条件にて循環ポンプ3を起動して通水循環を開始し、ほぼ同時に上記の濃縮工程試験条件記載の通り熱交換器7を加熱して熱負荷をかける。全熱負荷が短時間でかかる場合と、熱負荷が段階的に順次かかる場合があるが、全熱負荷が掛かった時の試験条件は上記の濃縮工程試験条件の(4)〜(7)に示した。比較例17,25以外の例では、(A)成分は初期処理開始時に1回添加するのみである。(B)成分については濃縮工程終了時まで表示有効成分濃度を維持する。その他の薬剤は4、5の初期処理工程欄の表示に従う。強制ブローは行わず濃縮度5倍まで濃縮する。
濃縮度5倍まで濃縮した時点から強制ブローを開始し濃縮度5倍を維持する。同時に濃縮工程で添加した薬剤の濃度維持添加を中止するとともに、平常処理剤としてブロー量に対して後述のポリマレイン酸を有効成分濃度として13mg/L、後述のAA−AMPSを有効成分濃度として12mg/Lを連続添加する。この条件では、強制ブローと飛散ブローを併せた全ブローが1.1L/hとなり、補給水量は5.5L/hとなる。
試験終了後、試験用伝熱管を取り外して、腐食速度(mdd)と孔食速度(mm/y)を測定し、その結果に基づいて腐食抑制効果を評価する。
(a)腐食速度(mdd)
取り外したSTKM11Aの試験用伝熱管について、「JIS G0593−2002:水処理剤の腐食及びスケール防止評価試験方法」の、6.1のb)項に規定された次式の腐食度の算出方法によって、腐食速度を求める。
W=(Ma−Mc)/(S・T)
ここで W:腐食速度(mdd)(=腐食度(mg/dm2・day))
Ma:試験前質量(mg)
Mc:付着物除去後質量(mg)
S:表面積(dm2)
T:全試験期間(day)
(b)孔食速度(mm/y)
取り外したSTB340の試験用伝熱管を縦割りし、水側表面の付着物を除去した後、水側表面に発生した全ての孔食部分の孔食深さを、マイクロデプスゲージを用いて計測する。また、取り外したSTKM11Aの試験用伝熱管の水側表面の付着物を除去した後、水側表面に発生した全ての孔食部分の孔食深さを、マイクロデプスゲージを用いて計測する。計測値の中で最も深い孔食深さ、即ち、最大孔食深さの値を用いて、次式によって孔食速度を求める。次式は、孔食速度において、孔食深さが経過時間の1/3乗に比例して進行すると仮定している。
P=(Dm)/(T/365)1/3
ここで P:孔食速度(mm/y)
Dm:最大孔食深さ(mm)
T:全試験期間(day)
(1)(A)成分:平均縮合度(n)13の縮合リン酸ナトリウム(略号:PP)
上述の縮合リン酸塩の調製方法に準じて製造した。(有効成分濃度はPO4換算で表示)
(2)(B)成分:アクリル酸(略号:AA)、マレイン酸(略号:MA)を構成単位として含み、次亜リン酸及び/又は次亜リン酸塩の存在下に重合させて得る有機リン酸含有共重合体
下記の表1に示された、構成単位の比率が異なる9種を下記の合成方法にて製造した。
(略号:AA−MA−P−1〜AA−MA−P−9)(有効成分濃度はポリマー固形分換算で表示)
(3)(C)成分:40%アクリル酸(略号:AA)と2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(略号:AMPS)との共重合体(平均分子量10000、AA/AMPS重合モル比:80/20)(略号:AA−AMPS)。特開平11−181479号公報記載の方法に準じて製造した。(有効成分濃度はポリマー固形分換算で表示)
(4)リン酸(試薬、関東化学(株)製)(有効成分濃度はPO4換算で表示)
(5)塩化亜鉛(試薬、関東化学(株)製)(有効成分濃度は亜鉛換算で表示)
(6)ポリマレイン酸(平均分子量500):「BELCLENE200LA」(商品名、BWA社製)(有効成分濃度はポリマー固形分換算で表示)
(7)ポリアクリル酸:「アロンT−50」(商品名、東亜合成(株)製)(有効成分濃度はポリマー固形分換算で表示)
(8)アクリル酸と次亜リン酸の共重合体(略号:AA−P):「BELCLENE500」(商品名、BWA社製)(有効成分濃度はポリマー固形分換算で表示)
(9)1−ヒドロキシエタン−1,1−ジホスホン酸(略号:HEDP):「キレストPH−210」(商品名、キレスト(株)製)(有効成分濃度はPO4換算で表示)
(10)2−ホスホノブタン−1,2,4−トリカルボン酸(略号:PBTC):「キレストPH―430」(商品名、キレスト(株)製)(有効成分濃度はPO4換算で表示)
無水マレイン酸19.6g、水73.6gを加え、これに50%水酸化ナトリウム水溶液36.8gを徐々に添加して無水マレイン酸を溶解し、これにさらに次亜リン酸ナトリウム1水塩21.2gを加えた。この溶液のpHは14以上であった。窒素を流しつつ溶液を80℃に加熱した後、31%濃度の過酸化水素水3gを水20gで溶解した溶液とアクリル酸28.8gをそれぞれ1.5時間かけて滴下した。滴下後さらに80℃で2.5時間加熱を続けた。この反応液のpHは4.6であった。イオンクロマト法により残存モノマー濃度を測定したところモノマーの反応率はほぼ100% であった。この反応液の1%水溶液1mLに、トリエチルアミン10μL、3000ppm塩化第2水銀水溶液200μL、エタノール1mLを加えて110℃で20分間加熱し、未反応の次亜リン酸をリン酸ジメチルエステルに変化させ、表1に示す(B)成分のAA−MA−P−1を得た。
有機リン酸の転化率(%)={(TP)−(IP)−(OP)}/(TP)×100
ここで TP:全リン
IP:加水分解性リン
OP:リン酸イオン
孔食抑制効果の評価試験結果を表2〜5に示した。表2は第一の態様であって全熱負荷が短時間でかかった場合、表3は第一の態様であって熱負荷が段階的に順次かかった場合、表4は第二の態様であって全熱負荷が短時間でかかった場合、表5は第二の態様であって熱負荷が段階的に順次かかった場合のそれぞれの孔食抑制効果の評価試験結果を示している。尚、全熱負荷が短時間でかかった場合は、STB340の試験用伝熱管と全てのSTKM11Aの試験用伝熱管の孔食深さの計測値から最大孔食深さを選択して孔食速度を算出した。一方、熱負荷が段階的に順次かかった場合は、最初の熱負荷は熱交換器7のSTB340試験用伝熱管とSTKM11A試験用伝熱管の1基の計2基にかかり、以後、残りの4基のSTKM11A試験用伝熱管に対して最初の熱負開始後1日に1基ずつ4日間かけて順次熱負荷がかかったため、表3と表5では、最初の熱負開始後1日目〜4日目に熱負荷がかかった各1基のSTKM11A試験用伝熱管の孔食深さの計測値から最大孔食深さを選択して孔食速度を算出した。表2と表4の結果より腐食速度と孔食速度の相関は認められなかったので、表3と表5では孔食速度のみを評価した。
2 水槽
3 循環ポンプ
4 電気伝導率測定セル
5 流量調整バルブ
6 流量計
7 熱交換器
8 試験片保持器
9 水温制御装置
10 ブローダウンポンプ
11 電気伝導率制御装置
12 補給水
13 水処理剤注入装置
Claims (3)
- 循環冷却水に接する熱交換器の鉄系金属表面に対して防食皮膜を形成する初期処理工程と、該初期処理工程後に該防食皮膜を維持するための平常処理工程とを有する開放循環式冷却水システムにおいて、初期処理工程の循環冷却水に(A)一般式(1)で表される縮合リン酸及び/又はその塩(以下(A)成分)と(B)アクリル酸及びマレイン酸を構成単位として含み、次亜リン酸及び/又は次亜リン酸塩の存在下に重合させて得る有機リン酸含有共重合体(以下(B)成分)を添加することを特徴とする開放循環式冷却水システムの初期処理方法。
- 前記初期処理工程の開始時に前記(A)成分を循環冷却水に対してリン酸換算で10〜40mg/L添加し、初期処理の対象となる熱交換器の最初の熱負荷開始時に前記(B)成分を有効成分換算で10〜50mg/L添加し、該(B)成分の濃度を初期処理工程完了まで有効成分換算で10〜50mg/Lに維持する請求項1記載の開放循環式冷却水システムの初期処理方法。
- 更に(C)アクリル酸とスルホン酸系モノエチレン性不飽和単量体との共重合体(以下(C)成分)を初期処理工程の循環冷却水に対して添加することを特徴とする請求項1又は2記載の開放循環式冷却水システムの初期処理方法。
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