JPH0420795A

JPH0420795A - アルミニウム黄銅製熱交換管

Info

Publication number: JPH0420795A
Application number: JP12331490A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Atsumi; 哲郎渥美; Hisaharu Sudo; 久治須藤
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 1990-05-14
Filing date: 1990-05-14
Publication date: 1992-01-24

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、アルミニウム黄銅製熱交換管の改良に係り、
特に、その管内面に、天然保護皮膜として機能する初期
腐食生成物層が、安定して均一に形成せしめられ得るア
ルミニウム黄銅製熱交換管に関するものである。

（背景技術）従来より、発電プラントや化学プラント、或いはＬＮＧ
プラント等で使用される復水器やその他の各種熱交換器
においては、冷却流体として海水や河海水が使用される
ところから、その伝熱管として、海水耐食性を有するア
ルミニウム黄銅製の熱交換管が広く使用されてきている
。

すなわち、アルミニウム黄銅管には、海水との接触によ
って、初期に、その表面に腐食生成物からなる天然の防
食皮膜が形成されるところから、この天然防食皮膜によ
って、熱交換管の腐食の進行が効果的に抑制され得るの
である。従って、アルミニウム黄銅管の耐食性は、天然
防食皮膜の形成状態に大きく依存しており、良好コζ＝
防食皮膜が形成されれば、熱交換管の耐食　　　上する
こととなるのである。

ところで、アルミニウム黄銅管における天然防食皮膜と
しては、白色を呈するノ＼イドロタルサイト皮膜（標準
組成：ＭｇｂＡｌ□ＣＯ，（ＯＨ）、６４）１ｚＯ）が
、Ｃａ５ｔｌｅらによって明らかにされている（’Ｃｏ
ｒｒｏｓｉｏｎ　５ｃｉｅｎｃｅ　Ｊ　　Ｖｏｌ、１６
（１９７６）ｐ、１４５　；　　ｒｃｏｒｒｏｓｉｏｎ
　Ｊ　　Ｖｏｌ、３５（１９７９）　Ｉ）、４５１　）
。

この物質は、アルミニウム黄銅の成分であるＡｆと、海
水中の成分であるＭｇ、ｃｏ、とを含むものであって、
塩素処理海水等の如き、腐食性の強い海水中で生成され
易く、わが国においても、発電プラントの復水器に使用
されたアルミニウム黄銅管等において、かかる皮膜の形
成が認められており、防食皮膜として機能し得ることが
確認されている。

而して、このハイドロタルサイト皮膜は、アルミニウム
黄銅の初期腐食生成物であることから、特にその形成初
期において、充分な密着力を有しておらず、管内を通水
せしめられる海水にて、流体剪断応力が作用せしめられ
ることにより、管内面から容易に剥離してしまうもので
あった。つまり、均一な天然防食皮膜の安定した形成が
阻害されていたのであり、その結果、熱交換管に潰食が
発生することとなっていたのである。また、ハイドロタ
ルサイト皮膜が不均一に形成される場合にも、その不均
一な部分において、潰食が発生する問題があった。

そのため、かかるハイドロタルサイト皮膜の上層に、水
酸化第二鉄皮膜（主として７−ＦｅＯＯＨ）を形成せし
めて、ハイドロタルサイト皮膜を保護し、その状態で、
ハイドロタルサイト皮膜の安定形成を図ることが望まし
いとされている。そして、実際の熱交換器においては、
ハイドロタルサイト皮膜の保護膜としての水酸化第二鉄
皮膜を形成せしめるために、硫酸第一鉄の注入や鉄電解
等を行なって、冷却水中へ鉄イオンを注入させることが
行なわれているのである。

しかしながら、この水酸化第二鉄皮膜に関しては、鉄イ
オンの注入点から熱交換器までの距離、注入濃度、注入
頻度等の注入条件によって、形成状態の良し悪しが左右
され、更には海水の温度、流速、塩素処理濃度や、海水
の硫化物による汚染といった環境条件にも左右されるた
め、必ずしも良好に形成されるものではなかったのであ
る。また、近年では、環境問題から、鉄イオンの注入が
規制される場合があり、アルミニウム黄銅製熱交換管の
内面に、均一なハイドロタルサイト皮膜を安定に形成す
ることが極めて困難となっていたのである。

（解決課題）本発明は、かかる事情を背景として為されたものであっ
て、その解決課題とするところは、アルミニウム黄銅製
熱交換管の内面に、海水汚染の問題を生じることなく、
ハイドロタルサイト皮膜の形成を保護する上層保護皮膜
を形成して、その上層保護皮膜の下層において、均一な
ハイドロタルサイト皮膜を安定して形成させることにあ
る。

（解決手段）そして、上記課題を解決するため、本発明にあっては、
熱交換器に取り付けられて、冷却流体としての海水若し
くは河海水が、管内に流通せしめられるアルミニウム黄
銅製熱交換管において、その管内面に、ＪＩＳ−Ｚ−０
２０８による透湿度が、膜厚２０μｍに換算して、６０
ｇ／ｒｒ？・２４ｈ以上であり、且つ伝熱抵抗値が６Ｘ
１０−５ｒｒｒｈ”Ｃ／ｋｃａ１以下である、密着性を
有する樹脂皮膜を、予め形成せしめたのである。

また、本発明は、そのようなアルミニウム黄銅製熱交換
管において、前記樹脂皮膜が、有機樹脂塗料により形成
されてなることも、その要旨とするものであり、更に、
前記樹脂皮膜が、管の使用前において、５６４　ｄｙｎ
／ｃｒＡの流体剪断応力の作用下で剥離を生じない密着
性を有することをも、その要旨とするものである。

（作用・効果）要するに、本発明に従うアルミニウム黄銅製熱交換管は
、管の使用前に、その内面に、上述の如き特性を有する
上層保護皮膜としての樹脂皮膜が、予め、所定厚さで人
工的に形成されているのである。従って、このような熱
交換管においては、冷却流体の通水下において、管内面
が、該樹脂皮膜の存在に基づいて流体剪断応力を受ける
ことなく、該樹脂皮膜を透過してくる海水と接触して、
安定してハイドロタルサイト皮膜が形成され得ることと
なるのである。つまり、本発明に従う熱交換管では、従
来の水酸化第二鉄皮膜のように、種々の条件によって保
護皮膜の形成の良し悪しが左右されることがなく、常に
良好な保護皮膜（樹脂皮膜）が熱交換管内面に形成され
るところから、均一なハイドロタルサイト皮膜が安定し
て形成され得、以て耐食性に優れ、且つその信頼性の高
い、アルミニウム黄銅製熱交換管を得ることが可能とな
ったのである。

なお、かかる本発明にて設けられる樹脂皮膜は、ＪＩＳ
−Ｚ−０２０８による透湿度が、膜厚２０μｍに換算し
て、６０ｇ／ｒｒｉ・２４ｈ以上であるため、充分な量
の海水を透過せしめて、ハイドロタルサイト皮膜を良好
に形成せしめ得るものであり、且つ、伝熱抵抗値が６Ｘ
１０−’ｍｈ″Ｃ／ｋｃａｌ以下であるところから、該
樹脂皮膜が設けられることによって、熱交換管の伝熱性
能が著しく低下するようなこともなく、該熱交換管が適
用される熱交換器の設計仕様を大きく左右するようなこ
ともないのである。

そして、本発明によれば、ハイドロタルサイト皮膜を保
護する皮膜を形成するために、冷却水に鉄イオンを注入
する必要がなくなり、海水汚染の問題も、根本的に解消
され得ることとなったのである。

（具体的構成）ところで、かかる本発明に用いられるアルミニウム黄銅
管材料としては、従来から、熱交換管として使用されて
いるものが何れも対象とされるものであり、例えば、Ｊ
　Ｉ　５−Ｈ−３３００−Ｃ−６８７０，６８７１，６
８７２等のアルミニウム黄銅材料からなる管が使用され
る。そして、このようなアルミニウム黄銅管は、例えば
内径が１０〜４０閣程度、特に１５〜２５１程度、長さ
が４〜４０ｍ、特に５〜２５ｍ程度の長尺細管として用
いられることとなる。

そして、本発明では、このような管の内面に、予め、樹
脂皮膜が人工的に形成されるのである。

この樹脂皮膜は、その下層にハイドロタルサイト皮膜を
安定して形成せしめるべく、冷却流体の流動によって生
じる流体剪断応力から管内面を保護する一方、そのハイ
ドロタルサイト皮膜が早い時期に形成されるべく、Ｍｇ
やＣＯｌを含む海水を充分な量で透水せしめる必要があ
る。そこで、本発明では、通水開始から、熱交換管内面
に良好な密着性を有するハイドロタルサイト皮膜が形成
せしめられるまでの期間に着目して、樹脂皮膜の透水性
の基準値を設定したのであり、ＪＩＳ−Ｚ−０２０８に
よる透湿度が、膜厚２ｏμｍに換算して、６０　ｇ／ｒ
ｒｒ・２４ｈ以上である樹脂皮膜を形成することとした
のである。

このように、所定の保護膜下で安定した海水との接触状
態に置かれることにより、管内面には、ハイドロタルサ
イト皮膜が迅速に形成され得るのであり、通常、通水開
始から数〜数十週間程度で充分な密着性を有するハイド
ロタルサイト皮膜が形成され、それにより、信頼性の高
い海水耐食性が付与されるのである。なお、透湿度が前
記基準値に満たない場合には、有効なハイドロタルサイ
ト皮膜が形成され得す、或いは形成されても、その形成
が遅く、実質的に樹脂皮膜のみによって耐食性が維持さ
れる期間が長くなり、信頼性が低下するのである。

さらに、熱交換管として、か゛かる樹脂皮膜の形成によ
り、伝熱性能が大きく低下することは好ましくないため
、本発明にあっては、伝熱抵抗値が６Ｘ１０−’ボｈ″
Ｃ／ｋｃａｌ以下である樹脂皮膜を形成することとした
のである。因みに、−船釣な発電プラント復水器に使用
されるアルミニウム黄銅管（外径１５．４−φ、管肉厚
：１．２４ｍｔ）を対象として、６　Ｘ　１０−’ｒｄ
　ｈ　”Ｃ／ｋｃａｌの伝熱抵抗値を有する樹脂皮膜を
形成し、樹脂皮膜未形成の管と比較したところ、伝熱性
能の低下は約１５％であって、復水器の設計仕様を満足
するものであった。

また、かか・る樹脂皮膜が、冷却水の流動によって生じ
る流体剪断応力によって、容易に管内面から剥離するの
では、上層保護皮膜としての効果が充分に発揮され得な
いこととなるため、形成される樹脂皮膜に関しては、そ
の密着性も考慮される必要があることは言うまでもない
ところである。

なお、従来から上層保護皮膜として形成されていた水酸
化第二鉄皮膜では、臨界流体剪断応力値が５６４６ｙｎ
／ｃ４であることが確認されており（「火力原子力発電
」ｖｏｌ、３７　　Ｎｏ、７　　ｐ、７４１）　、従っ
て、熱交換器の設計上、それ以上の密着性を有する樹脂
皮膜を形成して、従来以上の保護効果を得ることが望ま
しい。なお、流体剪断応力は、流体力学の理論より導か
れるが、５６４　ｄｙｎ／ｃｆｆｌは、管寸法が外径：
２５．４薗φ×肉厚：１．２４ｍｍ’の管に、密度：約
１ｇ／ｃｎｌ、動粘性係数：０．０１ｃｎｆ／秒の非圧
縮性流体（水や海水）を、流速：３．８ｍ／ｓで通水し
た時に、管の入口部に生じる剪断応力である。

そして、このような特性を有する樹脂皮膜を、前記アル
ミニウム黄銅管内面に形成するには、形成の簡便性から
、有機樹脂塗料を用いて塗膜として形成するのが好まし
いのである。かかる有機樹脂塗料としては、アルキッド
系、エポキシ系、ビニル系、ポリウレタン系及びアクリ
ル系等の樹脂塗料、またはそれらの変性樹脂塗料等、一
般に使用されている有機樹脂塗料が何れも用いられ得る
ものであるが、それらの塗料より形成される塗膜が、上
記の如き透湿度及び伝熱抵抗値を有する必要があること
は言うまでもないところである。それ故に、樹脂皮膜の
具体的な膜厚は、有機樹脂塗料の種類に応じて、透湿度
と伝熱抵抗値の兼ね合いから適宜に決定されることとな
るが、通常は、１０μｍ〜４０μｍの厚さで形成される
。

また、かかる有機樹脂塗料は、スプレー塗装等の公知の
各種手法によって、前記アルミニウム黄銅管の内面に塗
装されることとなる。

（実施例）以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、本発明を更に
具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのよ
うな実施例の記載によって、何等の制約をも受けるもの
でないことは、言うまでもないところである。

また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記
の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限り
において、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正
、改良等を加え得るものであることが、理解されるべき
である。

実施例　ｌ先ず、外径：２５．４ｍφ、肉厚：１．２４ｍｍｔ長さ
：１５００−のアルミニウム黄銅管の内面全体に、アル
キッド系樹脂塗料を用いて、エアスプレー塗装により、
塗膜厚さ２２０８ｍの樹脂皮膜を均一に形成した。そし
て、かかるアルキッド系樹脂塗料により形成した塗膜の
透湿度を、ＪＩＳ−Ｚ−０２０８に従ッテ、温度：４０
”Ｃ１相対湿度：９５％にて測定したところ、９８〜１
０７ｇ／ｍ２・２４ｈであった。

また、かくして得られた樹脂皮膜形成アルミニウム黄銅
管について、その伝熱抵抗値（汚れ係数）を、以下の方
法により測定した。

すなわち、第１図に示す如き擬似復水器に、樹脂皮膜形
成アルミニウム黄銅管１４ａ　（以下、試験管という）
と、同一寸法の皮膜未形成アルミニウム黄銅管１４ｂ（
以下、基準管という）を並列に装着し、復水器本体２に
、１ｋｇ／ＣｒＡＧの飽和蒸気を供給する一方、両管（
１４ａ及び１４ｂ）内に冷却水としての海水を、流速：
２ｍ／Ｓで通水した。復水器本体２の寸法は、内径：１
６０画φ、長さ：１０００ｍｍであり、試験管１４ａ及
び基準管１４ｂは、該復水器本体２の両端より２５０ｍ
ｍづつ延び出すようにして装着された。なお、第１図に
おいて、４，５は蒸気の供給口であり、６はドレーンで
ある。また、かかる復水器本体２には、流量制御弁８、
流量計１０等が設けられている。

そして、必要なデータを測定し、それらのデータを基に
、下記（１）式、（２）式に従って、試験管１４ａの伝
熱抵抗値：ｒを算出したところ、２．９０　ｘｌ　０−
３ｒｒＴ　ｈ　’Ｃ／ｋｃａｌであった。

伝熱抵抗値（汚れ係数）ｒ＝１／に、−１／Ｋ。

・・・（２）Ｋｏ　＝試験管の見掛は熱貫流率に、二基単管の見掛は熱貫流率Ｑ　：冷却水量Ｓ　：管平均表面積Ｔ　：冷却水温度、’ｒ＝　（Ｔｏ　＋Ｔ、）／２Ｔ、
：冷却水入口温度Ｔｏ　：冷却水出口温度Ｔｓ　：蒸気温度また、樹脂皮膜の密着性を調べるため、上記と同様の試
験管を、−通過式海水通水試験装置に装着し、流速：３
．８ｍ／秒にて５日間、海水を通水して（流体剪断口カ
ニ　５６４　ｄｙｎ／ｃｆｆｌ）　、試験管の入口端部
の樹脂皮膜の状態を観察したところ、剥離は生じておら
ず、密着性が良好であることが判った。

さらに、上記試験管及び基準管を、−通過式海水通水試
験装置に装着し、生海水（清浄海水）を流速：２ｍ／ｓ
で４９２日間通水し、海水腐食試験を実施した。なお、
生海水に対しては、塩素処理を連続的に実施し、残留塩
素濃度をＱ、　２　ｐ　ｐ　ｍとした状態で通水した。

また、鉄イオン注入及びスポンジポール洗浄は行なわな
かった。

そして、試験の終了後、腐食深さを測定すると共に、断
面ＥＰＭＡ分析によって、試験管については樹脂皮膜下
に形成された皮膜を対象に、基準管については金属表面
に密着したスケールを対象に、Ｍｇ及びＡｊ２の存在が
検出されるか否かによって、ハイドロタルサイト皮膜が
形成されているか否かを調べた。その結果、試験管につ
いては、管の内面全体にＭｇ及びＡ！の存在が認められ
、ハイドロタルサイト皮膜が均一に形成されていること
が確認された。また、腐食深さは、０．０２ｍｍ以下で
あった。一方、基準管については、ハイドロタルサイト
皮膜の形成は局部的にしか確認されず、また腐食深さは
、０．１３ｍ＋に及んでいた。

実施例　２実施例１で使用したものと同様のアルミニウム黄銅管の
内面に対して、ビニル系樹脂塗料、エポキシエステル系
樹脂塗料及びエポキシ系樹脂塗料のそれぞれを用いて、
エアスプレー塗装により、２０μｍの膜厚で樹脂皮膜を
形成し、３種類の試験管（Ｂ−Ｄ）を作製した。

そして、これら３種類の試験管のそれぞれについて、実
施例１で行なった各測定及び試験を実施した。その結果
を、下記第１表に示した。なお、実施例１で使用した試
験管を試験管Ａとして、また実施例１で使用した基準管
を比較管としで、それらの試験結果も同表に併せて示し
た。

かかる第１表の結果より明らかなように、本発明に規定
する透湿度及び伝熱抵抗値を有する樹脂皮膜の形成され
たアルミニウム黄銅管（試験管Ａ〜Ｃ）は、５６４　ｄ
ｙｎ／ｃｎｔの流体剪断応力を受けても剥離せず、従来
の保護皮膜である水酸化第二鉄皮膜に比較して、より高
い密着性を有していることが判り、また、その樹脂皮膜
下で、均一なハイドロタルサイト皮膜が良好に形成され
ることが判る。それ故、これらのアルミニウム黄銅管は
、優れた耐食性を有し、且つその耐食性の信鯨性が高い
のである。

一方、管内面に形成された樹脂皮膜が、本発明において
規定する値に満たない透湿度を有する、試験管りに関し
ては、試験管Ａ−Ｃと同程度の腐食抑制の効果を示して
いるが、本試験期間においては、樹脂皮膜の下層にハイ
ドロタルサイト皮膜が形成され得ず、管の耐食性は樹脂
皮膜の存在のみに基づくこととなるため、信幀性が低い
のである。

そして、比較管においては、ハイドロタルサイト皮膜が
局部的にしか形成されておらず、管内面に対して直接に
流体剪断応力が作用することによって、ハイドロタルサ
イト皮膜の形成が阻害されていることが推察されるので
あり、腐食が進行しているのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例において、試験管の伝熱抵抗値を測定
するために用いられた擬似復水器の構成を示す説明図で
ある。２：復水器本体　　８：流量制御弁１０：流量計１４ａ、１４ｂニアルミニウム黄銅管出願人　　住友軽金属工業株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）熱交換器に取り付けられて、冷却流体としての海
水若しくは河海水が、管内に流通せしめられるアルミニ
ウム黄銅製熱交換管にして、その管内面に、ＪＩＳ−Ｚ
−０２０８による透湿度が、膜厚２０μｍに換算して、
６０ｇ／ｍ＾２・２４ｈ以上であり、且つ伝熱抵抗値が
６×１０＾−＾５ｍ＾２ｈ℃／ｋｃａｌ以下である、密
着性を有する樹脂皮膜が予め形成せしめられていること
を特徴とするアルミニウム黄銅製熱交換管。
（２）前記樹脂皮膜が、有機樹脂塗料により形成される
塗膜である請求項（１）記載のアルミニウム黄銅製熱交
換管。
（３）前記樹脂皮膜が、管の使用前において、５６４ｄ
ｙｎ／ｃｍ＾２の流体剪断応力の作用下で剥離を生じな
い密着性を有する請求項（１）または（２）記載のアル
ミニウム黄銅製熱交換管。