JPH0561558B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は銅合金製復水器管の防食・防汚管理方
法に係り、特に海水或いは河海水と冷却水とする
銅合金製の復水器管の管内面側表面状態を防食性
と伝熱性の面から最適状態に維持する方法に関す
るものである。 （従来技術とその問題点） 従来から、冷却水として海水（河海水を含む。
以下同じ）を使用した復水器における銅合金製の
復水器管の管理は、(イ)冷却海水による腐食の防止
と、(ロ)種々の懸濁物の付着や腐食生成物の堆積に
よる伝熱性能の低下の防止の両面より為されてき
た。すなわち、前者については鉄イオンとしての
硫酸第一鉄の注入が、また後者について塩素の注
入やスポンジボールによる洗浄が、極めて有効で
あることが判明している。 ところで、防食性能は、硫酸第一鉄などの添加
によつて生じる鉄イオンによつて形成される水酸
化第二鉄からなる皮膜（防食皮膜）によつて著し
く向上せしめられ得るが、同時に伝熱性能が低下
することが知られており、一方伝熱性能はスポン
ジボール洗浄によつて向上せしめられ得るが、上
記防食皮膜を除去し過ぎると、防食性能が低下し
て、腐食の発生を招くといつた不安定さがあり、
信頼性に欠ける問題があることが認められてい
る。このため、従来にあつては、それら両性能を
満足させるため、ラボテストや実機運転実績に基
づき、予め設定した硫酸第一鉄注入条件とスポン
ジボール洗浄条件の下に復水器の運転を行ない、
そして定期検査結果等によつて漸次修正していく
方式を採用しているのである。 しかしながら、硫酸第一鉄の注入により皮膜形
成量にせよ、スポンジ洗浄後の付着物量にせよ、
冷却水としての海水水質の性状、例えば海水の汚
染、海産生物の繁殖状態、海底ドロの持込み状態
等が必ずしも一定したものでないために、その
時々で変動する傾向がある。従つて、予め設定し
た条件で運動を継続することは、管内面状態を耐
食性と伝熱性に関し、最適状態に維持する上にお
いて適当とは言えず、腐食に伴う損害、例えばプ
ラントの停止、管の取替え等や、伝熱性能低下に
伴う燃料費の増大等を招く恐れが大きい。 而して、近年におけるプラントの大容量化や原
子力プロントの普及による連続運転化などのため
に、プラントの停止や伝熱性能低下に伴う損害
は、従来のプラントの場合に比べ、膨大な金額と
なつてきている。このため、上記の如き不都合を
解決する上においても、防食性能と伝熱性能を
各々モニターし、その結果に基づき、両性能の最
適値範囲で鉄イオンの注入並びにスポンサーボル
洗浄を実施する、所謂モニタリングシステムの開
発が必要となつているのである。 （解決手段） ここにおいて、本発明は、かかる事情に鑑みて
為されたものであつて、その特徴とするところ
は、鉄イオン注入装置及びスポンジボール洗浄装
置を有する復水器に装着されて、管内に海水ある
いは何海水が冷却水として流通せしめられる銅合
金製の復水器管の防食・防汚管理する方法にし
て、先ず、運転初期において、復水器に装着され
た新管としての復水器管の内面に、鉄イオンの注
入された前記冷却水の流通によつて所定の内面を
防食皮膜を形成せしめ、該復水器管の分極抵抗値
を10⁴Ωcm²以上と為した後、かかる復水器管の分
極抵抗の検出と共に、その伝熱特性を、基準熱貫
流率と実熱貫流率の測定または前記復水器に装着
された復水器の外側の復水部の真空度の測定に基
づいて検出しつつ、平常運転を行ない、そのとき
の冷却水の種類に従つて、該冷却水が、(a)塩素無
注入のものである場合においては、分極抵抗値が
５×10³Ωcm²以上となるように且つ伝熱性能が設
計値を下回らないように、また(b)塩素を注入した
ものである場合においては、分極抵抗値が２×
10⁴Ωcm²以上となるように且つ伝熱性能が設計値
を下回らないように、更に(c)硫黄イオンを含む汚
染されたものである場合においては、分極抵抗値
が５×10³Ωcm²以上となるように且つ伝熱性能が
設計値よりも10％程度低い値を下回らないよう
に、耐食性からみた分極抵抗値と熱効率からみた
伝熱特性値とが適正な範囲となるように、冷却水
への鉄イオン注入量及び復水器管内面のスポンジ
ボール投入量を調整するようにしたことにある。 要するに、本発明は、復水器管への冷却水とし
ての海水の通水時期と海水水質に応じて、第１図
に示される防食・防汚管理範囲に維持するように
したものであつて、より具体的には、そのように
設定された分極抵抗値と伝熱特性（洗浄度）の範
囲内に、対象管の特性値が納まるように防食・防
汚機器、すなわち鉄イオン（硫酸第一鉄）注入設
備及びスポンジボール洗浄設備を自動的に作動せ
しめるようにしたものである。 なお、かかる本発明における分極抵抗値（Ｒ：
Ωcm²）は、次の(1)式にて定義されるものである。 Ｒ＝（E₀／I₀）²（2π²a³／ρ） …(1) 但し、 E₀＝電気防食電位と自然電位との差（ｍＶ）：通
常、200ｍＶ程度に設定される。 I₀＝上記電位設定時の復水器管１本当りの電流
（ｍＡ） ａ＝復水器管の内半径（cm） ρ＝海水の比抵抗（Ωcm） また、対象となる復水器管の伝熱特性を知る一
つの目安である洗浄度(C)は、復水器官の基準熱貫
流率（K₀）と実熱貫流率（K₁）との比で、次の
(2)式にて算出されるものである。 Ｃ＝（K₁／K₀）×100（％） …(2) なお、ここで、基準熱貫流率（K₀）は、次の
(3)式にて求められたものである。
K₀＝C₁×√ …(3) 但し、 C₁＝復水器官の材質及び厚さより決まる定数 Ｖ＝復水器官内平均流速 また、実熱貫流率（K₁）は、次の(4)式にて計
算されることとなる。 Ｋ＝｛Ｗ×ｒ×C_p ×（t₂−t₁）｝／（A_s×θ_n） …(4) 但し、 Ｗ＝冷却水流量 ｒ＝冷却水比重 C_p＝冷却水比熱 t₂＝冷却水出口温度 t₁＝冷却水入口温度 A_s＝冷却面積 θ_n＝対熱平均温度差 更に、かかる(4)式におけるθ_nは、次の(5)式にて
計算されることとなる。 θ_n＝（t₂−t₁）／l_o｛（t_s −t₁）／（t_s−t₂）｝ …(5) 但し、t_s＝ホツトウエル温度 なお、かかる洗浄度に代わる伝熱性能に関する
尺度（目安）として、復水器に装着された復水器
官の外側の復水部の真空度を用いることも可能で
あり、この真空度の低下の度合によつても、伝熱
特性を知ることができる。何れにせよ、伝熱性能
の変化の状態は、機器に通常取り付けられている
温度計、真空形、流量計等によつて把持可能であ
る。そして、そのような、伝熱特性の設計値と
は、復水器官が付着物で或る程度汚れた場合にあ
つても、機器（復水器）の所定の性能が充分発揮
できる値であつて、通常、新管の有する伝熱性能
値の75〜90％、多くは85％程度の値が採用されて
いる。 ところで、復水器の運転初期において、かかる
復水器に装着される復水器官としての銅合金管の
海水耐食性は、海水通水初期に防食皮膜が形成さ
れた場合、著しく向上することが知られており、
また、かかる防食皮膜は鉄イオンの注入、実際に
は硫酸第一鉄等の水溶性鉄化合物の添加、溶解に
よつて有利に形成され、そしてそのような注入操
作によつて形成された10⁴Ωcm²以上の分極抵抗値
を有する皮膜は有効な防食皮膜となるのであつ
て、本発明にあつては、運転初期にそのような有
効な防食皮膜が先ず復水器官の内面に形成される
こととなるのである。なお、この時の復水器官の
伝熱特性としての洗浄度は、一般に、対新管比で
95％以上に維持されるように、適宜スポンジボー
ル洗浄が行なわれることとなる。 そして、このように、運転初期において有効な
防食皮膜が復水器官内面に形成された後、かかる
復水器官の分極抵抗値並びに、伝熱特性（洗浄
度）等を検出しつつ平常運転を行ない、その時の
冷却水の種類に従つて、次のような防食・防汚管
理を行なうのである。 すなわち、先ず、冷却水が塩素無注入の海水で
ある場合においては(a)、冷却水自体、腐食性が弱
いものであるところから、防食皮膜を鉄運イオン
の注入によつて積極的に形成される必要は必ずし
もなく、５×10³Ωcm²以上の分極抵抗値で充分で
ある。一方、伝熱特性の尺度である洗浄度につい
ては、海産生物（所謂スライム）の付着が著し
く、洗浄度低下の主因となる。このため、洗浄度
が設計値を下回らないように維持しながら、前記
分極抵抗値も維持することが必要であるが、これ
はスポンジボール洗浄によつて容易に実現される
こととなる。 また、冷却水が塩素を注入した海水である場合
においては(b)、それは腐食性が強いものであると
ころから、鉄イオン注入により防食皮膜の形成が
必須であり、分極抵抗値としては２×10⁴Ωcm²以
上に維持する必要がある。一方、洗浄度について
は、海産生物の付着は無視できるものの、鉄イオ
ンの注入に伴う水酸化皮膜の付着が著しく、それ
が洗浄度低下の主因となるため、スポンジボール
の洗浄によつて洗浄度が設計値を下回らないよう
維持しながら、前記分極抵抗値を維持することが
必要となるのである。 さらに、冷却水が硫黄イオンを含む汚染された
海水である場合においては(c)、次のように、防
食・防汚管理する必要があるのである。すなわ
ち、プラントの立地条件によつては、夏期の一時
期のみ、間欠的に汚染される海水がある。この汚
染された海水は硫黄イオンを含んでおり、腐食性
が強く、それ故防食皮膜を有していない銅合金製
の復水器官は激しく腐食される。しかし、所定の
防食皮膜を予め形成しておくと、仮に海水が上記
のように汚染されても数ケ月間は腐食が防止され
得る。このような特性を有する防食皮膜を備えた
復水器官を分極抵抗としては、５×10³Ωcm²以上
である。一方、、伝熱特性の尺度である洗浄度に
ついては、水酸化鉄皮膜の付着に加え、空水中に
含まれる鉄イオンや配管部材の鉄系材料が硫黄イ
オンにより腐食し、硫化鉄を形成し、これが復水
器官内に付着するようになるため、上記(b)のケー
スより、洗浄度の低下が大きくなる。この問題の
解決は、スポンジボール洗浄による洗浄度の向上
にて可能であるが、過剰の洗浄により金属地肌が
露出した場合、腐食が発生することに留意しなけ
ればならない。従つて、洗浄度としては、設定値
を下回る約75％程度までに、換言すれば設定値よ
りも10％程度低い値を下回らないように設定して
おく必要があるのである。 なお、この(c)のケースにおいて、汚染海水期が
過ぎ去つた後においては、高頻度のスポンジボー
ル洗浄を行なつて海水汚染期間中に付着した物質
を可及的に除去せしめ、新たに上記した運転初期
の条件下にて防食皮膜を形成し、その後上記(a)ま
たは(b)のケースの運転条件下において、防食・防
汚管理する必要がある。 また、本発明に用いられる鉄イオンを注入した
海水（冷却水）は、一般に、硫酸第一鉄等の水溶
性鉄化合物を海水に添加、溶解せしめることによ
つて調製され、またそのような注入鉄イオン濃度
は一般に0.03〜0.5ppmとされる。けだし、管内
面に有効な皮膜を形成するには、0.03ppm以上の
濃度とする必要があるからであり、また0.5ppm
を越える濃度では排水海水が着色される等の環境
面からの問題が生じるからである。 さらに、本発明に従うスポンジボール洗浄は、
従来から用いられているものと同様なスポンジボ
ール、一般に復水器官の管内径よりも２mm程度大
きな直径を有するスポンジボールを用いて、その
適数個が海水と共に復水器官内に流入、通過せし
められ、以て目的とする管内面の洗浄化を図るも
のである。 （発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明は、復
水器官内に流通せしめられる冷却水としての海水
の通水時期と海水水質に応じて、特定の防食・防
汚管理範囲内に維持されるように、防食・汚染機
器の鉄イオン注入設備及び／又はスポンジボール
洗浄設備を作動せしめるようにしたものであつ
て、これにより、復水器官内面の表面状態を防食
性と伝熱性の面から最適状態に維持することがで
きることとなり、以て腐食に伴う損害や伝熱性能
低下に伴う燃料費の増大の問題等を効果的に解消
せしめ得たものであつて、そこに本発明の大きな
工業的意義が存するものである。 （実施例） 次に、本発明の幾つかの実施例を従来例と共に
示して、本発明を更に具体的に明らかにするが、
本発明がそれらの実施例の記載によつて何等の制
約をも受けるものではないと、言うまでもないと
ころである。 実施例 １ 外径：25.4mm、肉厚：1.24mm、厚さ：3000mmの
アルミニウム黄銅管（JIS−H3300−C6871；復
水器用目無し黄銅管）の２本を用い、その１本は
本発明に従う防食・防汚運転用とし、また他の１
本は比較材としての従来の防食・防汚運転用とし
て、第２図に示される復水器モデルにセツトし
た。 なお、第２図に示される装置は、中央部に長さ
が1.5ｍの熱交換部（缶体）２を有する装置であ
つて、水室７内に分極抵抗測定用諸部材、即ちポ
テンシヨスタツト４、陽極５、照合電極６が収め
られており、更に流量計３、温度計８、鉄イオン
注入装置９、スポンジボール投入装置１０、海水
水質連続測定装置１１及び硫黄イオン添加装置１
２を有している。また、本発明管１Ａと比較管１
Ｂは、第２図ｂに示されるように並置され、それ
ぞれの管内には各々別系列から海水が供給される
ようになつている。そして、管外面には同一条件
の低圧蒸気が供給されるようになつている。 このような復水器モデルに、２本の供試管１
Ａ，１Ｂがセツトされた状態下において、それぞ
れ、供試管１Ａ，１Ｂについての条件下で運転が
１ケ月間に渡つて行なわれ、前記(1)式及び(2)式に
従つて、分極抵抗値及び洗浄度がモニターされ
た。なお、供試管１Ｂについての運転条件は、現
在の発電プラントにおける通常のものである。 供試管１Ａに対する運転条件 分極抵抗値：３×10⁴Ωcm²となるように、鉄イ
オン（Fe⁺⁺）を0.3ppmの割合で、鉄イオン注入
装置９から通水される海水中に連続的に注入し
た。 伝熱性能：洗浄度が95％以下となると、スポン
ジボール投入装置１０が作動せしめられて、所定
のスポンジボールが12個管内を通過せしめられ
て、スポンジボール洗浄が行なわれた。 供試管１Ｂについての運転条件 分極抵抗値、洗浄度とは無関係に次の条件下で
防食・防汚装置が作動せしめられた。すなわち、
鉄イオン注入装置９は、0.3ppmの鉄イオンを10
時間／日・５回／週の割合で通水せしめられる海
水中に注入せしめられるように作動させられ、ま
たスポンジボール洗浄は実施されなかつた。 かかる実験の結果、第３図ａおよびｂに示され
る如き、供試管１Ａ及おび１Ｂについての分極抵
抗値と洗浄度の変化を示すグラフが得られた。そ
して、このグラフから明らかなように、本発明に
従つて運転された供試管１Ａの場合においては、
設定値どおりの性能を有する皮膜が１ケ月間の通
水期間中に形成されたが、従来の供試管１Ｂにお
いては、１ケ月間の通水期間内では供試管１Ａに
比べて分極抵抗値が小さく、且つ洗浄度も低いも
となり、防食皮膜として劣るものであることが認
められる。 実施例 ２ 実施例１において使用された２本の供試管：１
Ａ，１Ｂについて、次の条件下に、更に６ケ月間
海水が通水せしめられ、その後装置から抜管し、
そしてそれぞれの供試管を縦割して、その腐食深
さを測定し、得られた結果を、下記第１表に示し
た。この第１表から明らかなように、洗浄度、腐
食深さ共、本発明に従つて運転された供試管１Ａ
が、従来の供試管１Ｂに比べて格段に優れている
ことが認められる。 海水水質：洗浄海水を１週間通水せしめた後、
硫黄イオン添加装置１２から硫黄イオンを
0.1ppmの濃度で添加した海水を１週間通水し、
このサイクルを繰り返した。 供試管１Ａ：海水が洗浄な時には、分極抵抗値
が10⁴Ωcm²以上、洗浄度が85％以上となるように、
鉄イオン注入及びスポンジボール洗浄を適宜行な
い、また海水が汚染されている時には、鉄イオン
注入やスポンジボール洗浄を何れも停止せしめ、
通水される海水の汚染が終了した後、スポンジボ
ールを連続して20個通過せしめることにより、ス
ポンジボール洗浄を行なつた。 供試管１Ｂ：海水の洗浄、汚染の如何に拘わら
ず、鉄イオン注入装置９の作動によつて、
0.3ppm×３時間／日の割合で鉄イオンを注入し、
またスポンジボールが、６個／回×２回／週の割
合で管内を通過せしめられた。 【表】

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う防食・防汚管理範囲を示
すグラフであり、第２図ａは実施例で用いられた
復水器モデルの概略図であり、第２図ｂは第２図
ａにおける−断面略図であり、第３図ａ及び
ｂはそれぞれ実施例１において求められた分極抵
抗値と洗浄度の変化を示すグラフである。 １Ａ，１Ｂ：供試管、２：熱交換部、３：流量
計、４：ポテンシヨスタツト、５：陽極、６：照
合電極、７：水室、８：温度計、９：鉄イオン注
入装置、１０：スポンジボール投入装置、１１：
海水水質連続測定装置、１２：硫黄イオン添加装
置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鉄イオン注入装置及びスポンジボール洗浄装
   置を有する復水器に装着されて、管内に海水ある
   いは河海水が冷却水として流通せしめられる銅合
   金製の復水器管の内面を防食・防汚管理する方法
   にして、 先ず、運転初期において、復水器に装着された
   新管としての復水器管の内面に、鉄イオンの注入
   された前記冷却水の流通によつて所定の防食皮膜
   を形成せしめ、該復水器管の分極抵抗値を10⁴Ω
   cm²以上と為した後、かかる復水器管の分極抵抗の
   検出と共に、その伝熱特性を、基準熱貫流率と実
   熱貫流率の測定または前記復水器に装着された復
   水器の外側の復水部の真空度の測定に基づいて検
   出しつつ、平常運転を行ない、そのときの冷却水
   の種類に従つて、該冷却水が、(a)塩素無注入のも
   のである場合においては、分極抵抗値が５×
   10³Ωcm²以上となるように且つ伝熱性能が設計値
   を下回らないように、また(b)塩素を注入したもの
   である場合においては、分極抵抗値が２×10⁴Ω
   cm²以上となるように且つ伝熱性能が設計値を下回
   らないように、更に(c)硫黄イオンを含む汚染され
   たものである場合においては、分極抵抗値が５×
   10³Ωcm²以上となるように且つ伝熱性能が設計値
   よりも10％程度低い値を下回らないように、耐食
   性からみた分極抵抗値と熱効率からみた伝熱特性
   値とが適正な範囲となるように、冷却水への鉄イ
   オン注入量及び復水器管内面のスポンジボール投
   入量を調整することを特徴とする銅合金製復水器
   管の防食・防汚管理方法。