JPS6179998A - 熱交換管の防食方法 - Google Patents

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、熱交換管の防食方法に係り、特に長尺、細長
な熱交換管の少なくとも管端部分を含む内面に所定の防
食塗装皮膜を形成して、該防食塗装皮膜による防食と共
に、その管端部分に対する電気防食を効果的に行ない得
るようにした方法に関するものである。

従来技術 従来より、火力発電所や化学工場、或いは船舶等の復水
器や、その他の各種熱交換器には、熱交換管（伝熱管）
として、黄銅にアルミニウム、砒素、その他珪素などを
添加した、所謂特殊黄銅管や、銅、ニッケル、鉄等より
なる、所謂キュプロニッケル管の如き銅合金管が広（使
用され、またチタン管も用いられているが、そのような
熱交換器においては、冷却水として海水或いは河海水を
使用する関係上、それら熱交換管の内面には種々の腐食
が発生する。そして、このような腐食が生じると、熱交
換管内面には腐食生成物を含む付着物が付き、熱交換器
の熱貫流率を低下させるのである。

このため、かかる熱交換管の内面防食のための一つの有
効な手法として、本発明者らは、先に特公昭５６−４５
０７９号公報や特開昭５６−１６６２７１号公報等にお
いて、所定の樹脂塗料の塗装によって管内面に防食塗膜
を所定の厚さで形成させる手法を提案しているが、この
手法は防食性や作業性等の点において、他の手法に比べ
て優れているところから、今日すでに実用化に至ってい
る。

ところで、熱交換器の腐食は、かかる熱交換管のみにと
どまらず、その氷室を構成する他の材料、例えば水室壁
、弁、管板等についても考慮する必要があるのであり、
また熱交換管内面に所定の防食塗膜が形成された場合と
いえども、該熱交換管内を流通せしめられる伝熱流体中
に混入する流入異物の殴打による管端部分の塗膜の剥離
を完全に防止し得す、そしてそのような剥離が惹起され
た場合に、当該剥離部には潰食、所謂インレノドアタン
クが惹起されるところから、それらの問題を解決するた
めに、一般に熱交換器、の水室には電気防食装置が設置
されているのである。

問題点 しかしながら、そのような電気防食環境下に所定の内面
防食塗装皮膜を設けた熱交換管を置いた場合において、
電気防食の条件如何によって、かかる内面防食塗膜に電
気防食作用によって生じるアルカリ　（ＯＨ−）により
膨れが惹起され、そして、これによって、塗膜の剥離が
加速される問題が内在しており、またその影響は管端部
からかなり奥、例えば１〜２ｍの長さにまで及ぶことが
経験されているのである。

このため、管内面に防食塗装皮膜を形成せしめた熱交換
管においては、それを電気防食環境下に置く場合には、
その耐電気防食性を改善するための特別の配慮を行なう
必要があったのである。また、そのような特性の欠如か
ら、塗膜の耐久性が悪い問題があり、このため熱交換器
に装着した後において、熱交換管の内面を度々宗り換え
る必要もあったのである。

解決手段 ここにおいて、本発明は、かかる従来の問題を解決する
ために為されたものであって、その要旨とするところは
、熱交換器に取り付けられて、管内に冷却流体が流通せ
しめられる熱交換管において、その管内面に所定の防食
皮膜を形成せしめる一方、その管端部を電気防食装置に
て電気防食せしめて、該熱交換管の防食を行なうに際し
て、前記熱交換管の管内面を覆う前記防食皮膜を、少な
くともその管端から所定長さに亘る部分において、アミ
ノアルキルアルコキシシラン化合物を６〜３５重量％添
加せしめてなる樹脂塗料にて形成せしめた防食塗装皮膜
にて構成したのである。

このように、かかる本発明に従う手法に従って、熱交換
管の少なくとも管端部分を含む内面に、比較的多量のア
ミノアルキルアルコキシシラン化合物を含む樹脂塗料に
て防食塗装皮膜を形成せしめることにより、かかる管端
部分に位置する塗装皮膜の耐電気防食性を効果的に改善
せしめ、以て塗装皮膜による管内面の有効な防食と共に
、電気防食下における塗膜の膨れ防止を効果的に為し、
その耐久性の著しい向上を達成し得たのである。

ところで、かかる本発明に用いられる熱交換管の材料と
しては、従来から伝熱管として用いられている管材料が
何れも対象とされるものであるが、特に本発明にあって
は、アルミニウム黄銅管、例えばＪＩＳ−Ｈ−３３００
Ｃ−６８７０，６８７１，６８７２等のアルミニウム黄
銅材料や、ＪＩｓ−Ｈ−３３００Ｇ−７０６０，７１５
０等のキュプロニンケル材料からなる銅合金管が好適に
用いられるのである。また、このような熱交換管は、例
えば内径が１０〜４０ｉｎ程度、特に１５〜２５１１程
度、長さが４〜４０ｍ程度、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、このような小口径、長尺の熱交換管には、その
管内面に対してスプレー塗装等の塗装手法によって所定
の樹脂塗料が均一に塗装せしめられ、そこに所定厚さの
膜厚の防食塗膜等が、ががる熱交換管の内面を保護する
防食皮膜として形成されるのであるが、本発明において
は、そのような熱交換管の管内面を、少なくともその管
端から所定長さに亘って覆う防食皮膜部分が、特定の防
食塗装皮膜にて構成されるようにしたところに大きな特
徴がある。すなわち、本発明では、前記熱交換管の管内
面を少なくともその管端から所定長さに亘って覆うよう
に、アミノアルキルアルコキシシラン化合物を６〜３５
重量％添加せしめてなる樹脂塗料にて形成される防食塗
装皮膜を設けたのであり、これによって電気防食下での
塗膜膨れ防止、アルカリ劣化が効果的に防止され、以て
熱交換管の有効な電気防食を為し得ることとなったので
ある。

また、このような熱交換管の少なくとも管端部に有効な
防食塗装皮膜を形成するために用いられる樹脂塗料とし
ては、一般に、常乾型（常温乾燥型）の塗料が好適に用
いられ、またそのような塗料においては、皮膜形成要素
としてアルキッド樹脂、ビニル樹脂（塩化ビニル系、酢
酸ビニル系等）、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂及び
アクリル樹脂（アクリル酸エステル系等）からなる有機
重合体樹脂（変成物をも含む）の一種または二種以上が
用いられ、更にかかる有機重合体樹脂がそれに対する適
当な溶剤（例えばアルコール系、エステル系、エーテル
系、ケトン系、脂肪族或いは芳香族炭化水素系等）に溶
解されて、常温乾燥型の皮膜形成性の液状組成物（塗料
）に調製されるのである。なお、かかる塗料の調製に際
して、鉛丹、ジンククロメート、酸化鉄等の顔料や他の
皮膜形成補助成分も必要に応じて添加されることとなる
。また、かかる塗料は、一般に当該樹脂系の合成樹脂塗
料（またはフェス若しくはプライマーンとして市販され
ているものが好適に利用されることとなる。

そして、このような樹脂塗料には、該塗料に対して６〜
３５重量％のアミノアルキルアルコキシシラン化合物が
添加され、これによって優れた耐電気防食性、換言すれ
ば電気防食下においても塗膜の膨れ乃至はアルカリ劣化
の問題が効果的に解消され得るのである。

なお、かかるアミノアルキルアルコキシシラン化合物の
前記樹脂塗料への添加量が６重量％に満たない場合には
、本発明で目的とする防食塗装皮膜の耐電気防食性の改
善を充分に図ることが困難となるのであり、また３５重
量％を越える場合には、塗膜の形成性が悪化し、塗膜が
管内面から分離する問題を惹起したり、粉末化による塗
膜の耐摩耗性が低下したり、塗膜の分極抵抗値が低下す
る等の問題を惹起する。尤も、前記塗膜の分離傾向は、
形成される塗膜の薄膜化によって成程度は抑制され得る
が、その他の問題を考慮すると、余りにも多量のアミノ
アルキルアルコキシシラン化合物の添加は、避けること
が望ましい。

また、かかるアミノアルキルアルコキシシラン化合物と
して、本発明にて好適に用いられるものには、例えばア
ミノメチルトリメトキシシラン、アミノエチルトリメト
キシシラン、アミノプロピルトリメトキシシラン、アミ
ノプロピルメチルジメトキシシラン、アミノブロピルト
リエトキシシラン、アミノプロピルトリプロポキシシラ
ン、Ｎ−アミノエチル−アミノプロビルトリメトキシシ
ラン、Ｎ〜ルアミノエチルアミノプロピルメチルジメト
キシシラン等が挙げられるが、特にこれらシラン化合物
の２種以上を組み合わせて用いることによって、更に優
れた効果が発揮されることが認められており、本発明で
は、そのような組合わせ使用が推奨されるものである。

そして、このようなアミノアルキルアルコキシシラン化
合物の所定量を添加してなる樹脂塗料を用いて、電気防
食の影響が著しい熱交換管の少なくとも管端部分の内面
に対してスプレー塗装等の塗装操作が施されて、目的と
する膜厚の防食塗装皮膜が形成されることとなるのであ
るが、またそのような防食塗装皮膜は、熱交換管の管端
部分のみに限られることなく、熱交換管の内面の全長に
亘って形成されても何等差支えないのである。なお、こ
の少なくとも管端部分に設けられる防食塗装皮膜の長さ
としては、一般に熱交換管の管端からその内径の２倍〜
１００倍程度の長さであることが望ましく、そのような
長さにおいて、本発明に従う防食塗装皮膜が形成せしめ
られていることによって、防食塗装皮膜自体による管内
面の防食と共に、電気防食手法に従って熱交換管の有効
な防食が為され得るのである。また、熱交換管の管端部
分のみが本発明に従う防食皮膜にて保護される場合にあ
っては、熱交換管の中央部分側の他の内面は、例えば伝
熱性能に影響をもたらさない、通宝の樹脂塗料等からな
る、所定の内面防食皮膜が形成されることとなる。

また、このように熱交換管の少なくとも管端部内面に形
成される防食塗装皮膜は、一般に５μｍよりも薄くない
膜厚において形成されることとなるが、これは、従来の
熱交換管の内面に形成される防食塗膜が、その中心値を
２０μｍ前後として１０ＩＪｍが下限値とされていたの
に比較して、かなり薄膜状態において使用され得るもの
である。

なお、この防食塗装皮膜の薄膜化によって伝熱性が向上
し、また塗膜形成性が向上される（特に、アミノアルキ
ルアルコキシシラン化合物の添加量の多い場合には、塗
膜の分離防止が図られる）等の利点を享受し得る一方、
分極抵抗値が低下傾向を示し、また耐潰食性が低下する
ようになるが、それらは膜厚を最低限５μｍ以上とする
ことによ７て、実用上問題を惹起せしめるものではない
のである。要するに、本発明において防食塗装皮膜の膜
厚を５μｍにした場合においても、電気防食によるアル
カリ劣化ないしは塗膜膨れ防止が効果的に防止され、ま
たその分極抵抗値が低下するものの、防食皮膜として必
要とされる５０００ΩｃＩ１１以上の分極抵抗値は確保
され得るものである。

発明の効果 このように、本発明は、熱交換管の管内面を少なくとも
その管端から所定長さに亘って覆うように、アミノアル
キルアルコキシシラン化合物の所定量を含む樹脂塗料に
て形成される防食塗装皮膜を設けて、電気防水を行なう
ようにしたものであって、これにより防食皮膜自体によ
る防食作用と共に、内面防食熱交換管の電気防食下での
アルカリ劣化ないしは塗膜膨れ防止を効果的に達成せし
め、以てかかる熱交換管の防食を有効に行ない、ひいて
はその耐久性を著しく向上せしめ得たのである。

実施例 次に、本発明を更に具体的に明らかにするために、幾つ
かの実施例を示すが、本発明がかかる実施例の記載によ
って何等の制約をも受けるものではないこと、言うまで
もないところである。

実施例　１ 熱交換管製造例（ａ） 市販のアルキッド樹脂系錆止め塗料〔中国塗料（株製Ｌ
ＺＩブライマー〕に、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミ
ノプロピルメチルジメトキシシランを、重量比にて０．
１．２．４．６．８．１０．１２．１５．２０．２５．
３０．３５％添加せしめ、更にこれにエアースプレー塗
装が可能なように所定の溶剤を加えて、各種の被覆組成
物（塗料）を調合した。

次いで、この得られた各種の被覆組成物を用いて、内径
が約２３ｍｍ、長さが約１５ｍの長尺管：ＪＩＳ−Ｈ−
３３００Ｃ−６８７１（復水器用黄銅継目無管）の内面
に、それぞれその全長に亘って、エアースプレー塗装を
施した。

なお、スプレーノズルとしては、本発明者らが先に提案
した実願昭５４−１４７８９０号（実開昭５６−６４７
６７号公報）に出願したものを使用すると共に、該ノズ
ルには、塗料粘度を寛４フォードカップにて２５秒（２
５°Ｃ）に調製した被覆組成物を４　Ｑｍｆｆ／分にて
供給し、かかるノズル先端にて空気噴出量が３００１／
分となるようにして、該被覆組成物を噴霧化せしめた。

そして、かかる噴霧状態にあるノズルを、管内において
所定の速度にて一端から他端まで移動させることにより
、かかる管内面の生装を行なった後、直ちに３０〜５０
°Ｃの温風を１．５〜２．５　ｍ　／　ｓの風速にて５
時間管内に通過せしめ、乾燥、硬化せしめることにより
、５〜３０μｍの膜厚の塗膜（皮膜）を形成させた。

熱交換管製造例（ｂ） 市販の二液常乾型エポキシ樹脂プライマー〔関西ペイン
ト■製ミリオンＩＡ；レッドレッドプライマー〕に、Ｎ
−β（アミノエチル）Ｔ−アミノプロピルメチルジメト
キシシラン及びＴ−アミノプロピルトリエトキシシラン
を等重量づつ、且つそれらの合計が０〜４０％となるよ
うに添加し、更にこれにエアースプレー塗装が可能とな
るように溶剤を加えて、所定の被覆組成物をそれぞれ調
合した。

その後、上記製造例（ａ）と同じ要領にて、それぞれの
被覆組成物を用いて、所定のアルミニウム黄銅管の管内
面全長に亘ってそれぞれ約２０μｍの膜厚の塗膜を形成
した。

熱交換管製造例（ｃ） 市販のアルキッド樹脂系錆止め塗料に、アミノアルキル
アルコキシシラン化合物として、Ｎ−β（アミノエチル
）γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β（ア
ミノエチル）Ｔ−アミノプロピルメチルジメトキシシラ
ン及びＴ−アミノプロピルトリエトキシシランの混合物
を、重量比で１〜６０％となるよう添加し、更にこれに
エアースプレー■装が可能となるように溶剤を加えて、
所定の被覆組成物を調合した。

次いで、この被覆組成物を用いて、前記製造例（ａ＞と
同様な要領にて、所定のアルミニウム黄銅管（但し、長
さは１．５ｍ）に対して５〜３０μｍの膜厚の塗膜を形
成した。

なお、かかる塗膜形成後の被覆組成物の残存重量比は約
０．５であり、従って被覆組成物中の溶剤量は５０％程
度と推定された。

一性能比較試験例一 上、記熱交換管製造例（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）におい
て得られた各種の皮膜を形成せしめた小口径、長尺の復
水器用黄銅継目無管（熱交換管）について、塗膜形成性
の評価（Ａ）と下記に記す性能試験（Ｂ）〜（Ｆ）を実
施し、その結果を下記第１表〜第４表に示した。

なお、（Ａ）〜（Ｄ）のδ式験は、クロスカットテープ
テストによる塗膜の密着性を評価することによって行な
った。このクロスカットテープテストは、それぞれの供
試管をその軸心方向に半割りして、その半割りされた部
分の内面に、約ＩＱｍｍの長さでＸ字をナイフにて刻み
、そしてその上に粘着テープを張り付けた後、これを勢
いよく剥がすことにより、かかる粘着テープによる塗膜
の剥離の部分並びにその程度で評価する手法である。

（Ａ）塗膜形成性の評価 塗装後、７２時間以上室温にて乾燥せしめた後、塗膜の
評価を行なった。

（Ｂ）耐電気防食性試験 各供試管について、それぞれ電気防食装置にセットした
後、その管端防食電位が一７００ｍＶ（カロメル電極基
準）の下で、各供試管内に３％のＮａＣｆｆを含む海水
を管内流速２ｍ／秒にてポンプにて循環通水せしめ、そ
して１ケ月間連続試験を行なった後、各供試管内面の塗
膜評価を行なった。

（Ｃ）耐熱水性試験 各供試管から長さ７　ｃｍの半割り材を採取し、これを
８０°Ｃの３％ＮａＣｆｆ水溶液中に４８時間浸漬せし
めた後、塗膜評価を行なった。

（Ｄ）耐ジェット噴流性試験 上記試験（Ｃ）と同様の試験片について、試料表面から
２ｎ離れたノズル先端部から試料面に直角に３％Ｎａ　
Ｃｊ２水溶液を高流速で衝突せしめる。ノズル先端部分
での流速は約８ｍ／秒である。また、この試験は２週間
継続される。試験後の各試験片について、その塗膜評価
が実施される。

（Ｅ）熱貫流率評価 長さ：１．５ｍの各供試管について、モデルコンデンサ
を用いて、その熱貫流率をそれぞれ測定する。なお、未
塗装管の熱貫流率は３１１０　Ｋｃａｌ　／ｒｒ？ｈ″
Ｃである。

（Ｆ）分極抵抗値評価 長さ：１．５ｍの各供試管について、３％ＮａＣ１水溶
液を管内流速２ｍ／秒の下に流通せしめて、分極抵抗を
測定する。

なお、未塗装管の分極抵抗値は２４５゜ΩｃＩ１１であ
る。

また、上記塗膜形成性評価（Ａ）については、アミノア
ルキルアルコキシシランの添加量の多い試料において粉
末化、白色化及び二層分離化の傾向がみられたので、以
下の三段階にて評価した。

○：健　全 △；白色化、粉末化 ×：二層分離化 さらに、性能試験（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）における塗
膜の密着性については、次の三段階にて評価した。

○：健全 △：点状或いは部分剥離 ×：面状剥離 かかる第１表〜第４表の結果より明らかなように、本発
明に従うアミノアルキルアルコキシシラン化合物の所定
量を添加せしめた樹脂塗料にて形成される防食塗装皮膜
を有する熱交換管にあっては、良好な塗膜形成性、塗膜
密着性を保持しつつ、電気防食下にあってもアルカリ劣
化ないしは塗膜の膨れ等を生じずに、優れた塗膜密着性
を示し、電気防食下において使用される熱交換管として
優れたものである。

実施例　２ 前記実施例１において得られた熱交換管製造例（ｃ）の
シラン化合物添加量：０％、４％、２０％の膜厚２０μ
ｍのものについて、各種の防食電位下における塗膜の評
価を行なった。すなわち、各供試管を電気防食試験装置
にそれぞれ５０本同時に組み込み、そして防食電位を−
４００〜−１０００ｍＶ（カロメル電極基準）とし、各
電位において１週間人工海水を流速２ｍ／秒にて連続通
水せしめた後、クロスカットテープテストにて塗膜の評
価を行なった。

得られた結果を下記第５表に示すが、この電気防食電位
を変化させた場合における塗膜評価の記号は、 ○：健　全 Δ；点状剥離、塗膜脆化 ×：面状剥離 をそれぞれ示すものである。

下記第５表から明らかなように、本発明に従って、多量
のシラン化合物を添加した樹脂塗料を用いて内面防食塗
膜を形成することにより、耐電気防食性が一段と向上さ
れるのである。

第　　　５　　　表 実施例　３ 発電プラントの復水器に装着され、数年間にわたって使
用されたアルミ黄銅管（外径２５．４　ａｍ、肉厚１．
２４鶴、長さ２０００龍；　Ｊ　Ｉ　５−Ｈ−３３００
Ｃ−６８７１ｉ復水器用黄銅継目無管）を復水器より脱
骨し、供試管を得た。この供試管には、スケールやスラ
イム等が５〜１０ｍｇ／ｃｎｌ付着していた。

かかる供試管に対して、アルミナ粒子（２５０μｍ）を
用いて約５分間のサンドブラスト処理を実施し、金属面
を得た後、界面活性剤を含むアルカリ液にて管内面を洗
浄し、乾燥させた。

次いで、かかる清浄化処理によって得られた供試管の管
内面に対して、実施例１の熱交換管製造例（Ｃ）に従っ
て約２０μｍの防食塗膜を形成した。なお、ここでは、
シラン化合物の添加量が０〜３０％の範囲内で変化させ
られた。

かくして得られたシラン化合物の添加量の異なる防食塗
膜を内面に形成した各種の供試管について、実施例２と
同様な耐電気防食性ＶＪｆ行なった。得られた結果を下
記第６表に示すが、かかる第６表から明らかなように、
本発明に従うシラン化合物を所定量以上含む防食塗膜を
設けた供試管にあっては、優れた耐電気防食性を示すこ
とが認められた。

第　　　６　　　表

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱交換器に取り付けられ、管内に冷却流体が流通
   せしめられる熱交換管において、その管内面に所定の防
   食皮膜を形成せしめる一方、その管端部を電気防食装置
   にて電気防食せしめて、該熱交換管の防食を行なうに際
   して、前記熱交換管の管内面を覆う防食皮膜を、少なく
   ともその管端から所定長さに亘る部分において、アミノ
   アルキルアルコキシシラン化合物を６〜３５重量％添加
   せしめてなる樹脂塗料にて形成せしめた防食塗装皮膜に
   て構成したことを特徴とする熱交換管の防食方法。
2. （２）前記アミノアルキルアルコキシシラン化合物が、
   アミノメチルトリメトキシシラン、アミノエチルトリメ
   トキシシラン、アミノプロピルトリメトキシシラン、ア
   ミノプロピルメチルジメトキシシラン、アミノプロピル
   トリエトキシシラン、アミノプロピルトリプロポキシシ
   ラン、Ｎ−アミノエチル−アミノプロピルトリメトキシ
   シラン及びＮ−アミノエチル−アミノプロピルメチルジ
   メトキシシランからなる群より選ばれる特許請求の範囲
   第１項記載の防食方法。
3. （３）前記アミノアルキルアルコキシシラン化合物が２
   種以上組み合わせて用いられる特許請求の範囲第２項記
   載の防食方法。
4. （４）前記樹脂塗料が、アルキッド樹脂塗料、エポキシ
   樹脂塗料、ビニル樹脂塗料、ポリウレタン樹脂塗料また
   はアクリル樹脂塗料である特許請求の範囲第１項乃至第
   ３項の何れかに記載の防食方法。
5. （５）前記防食塗装皮膜が、５μｍよりも薄くない膜厚
   において形成されている特許請求の範囲第１項乃至第４
   項の何れかに記載の防食方法。
6. （６）前記防食塗装皮膜が、前記熱交換管の管端から、
   少なくともその内径の２倍乃至１００倍の長さにおいて
   形成されている特許請求の範囲第１項乃至第５項の何れ
   かに記載の防食方法。