WO2020090526A1 - 冷却水系の金属部材の防食方法 - Google Patents

冷却水系の金属部材の防食方法 Download PDF

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water system
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zinc
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藤田 和久
貴章 藤郷
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栗田工業株式会社
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    • C23FNON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F11/00Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent
    • C23F11/08Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in other liquids
    • C23F11/18Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in other liquids using inorganic inhibitors
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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    • C23F11/00Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent
    • C23F11/08Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in other liquids
    • C23F11/10Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in other liquids using organic inhibitors
    • C23F11/12Oxygen-containing compounds

Definitions

  • the present invention relates to an anticorrosion method for a cooling water type metal member, in which a corrosion preventing film is formed on the surface of a metal member that constitutes a portion in contact with cooling water in a cooling water system to prevent corrosion.
  • Water-cooled heat exchangers are used for indirectly cooling various fluids in air-conditioning equipment such as buildings and regional facilities, and plants.
  • Metals such as carbon steel and stainless steel are generally used for various members such as heat exchangers and their surrounding pipes in the cooling water system. When these metal members come into contact with cooling water constantly or intermittently, they are likely to be corroded by dissolved oxygen in water. When metal members such as pipes are thinned or pitted due to corrosion, equipment damage or product contamination in a plant may be caused, and a serious accident may occur.
  • Patent Document 1 As a method of preventing corrosion of such a metal member, for example, in Patent Document 1, a strong corrosion-preventing film is formed on the surface of the metal member by using a phosphoric acid-based and zinc-based anticorrosive agent in the basic treatment at the time of starting the cooling water system. Is proposed to be formed.
  • the present invention has been made in order to solve the problems as described above, and imparts an excellent anticorrosion effect to a cooling water-based metal member surface in a shorter treatment time without using a phosphoric acid anticorrosive agent. It is an object of the present invention to provide a method for preventing corrosion of a cooling water-based metal member that can be performed.
  • the present invention is based on the finding that a tartaric acid-based compound is used and a zinc-based compound is further applied to bring a good anticorrosion effect to a cooling water-based metal member.
  • the present invention provides the following [1] to [8].
  • [1] A step (1) of adding one or more compounds (A) selected from tartaric acid and a tartrate salt into the cooling water system and bringing them into contact with a metal member; and, after the step (1), in the cooling water system And a step (2) of adding one or more compounds (B) selected from zinc and a zinc salt and bringing the compound into contact with the metal member.
  • the compound (A) is added to the cooling water system at a concentration of 30 to 100 mg / L in terms of tartaric acid conversion amount. Anticorrosion method.
  • an excellent anticorrosion effect can be imparted to the surface of a cooling water-based metal member in a shorter treatment time without using a phosphoric acid anticorrosive agent. Therefore, the anticorrosion method of the present invention can contribute to maintaining the cooling capacity of the cooling water system while coping with environmental protection.
  • the method for preventing corrosion of a cooling water-based metal member comprises a step (1) of adding at least one compound (A) selected from tartaric acid and a tartrate salt into a cooling water system and bringing the compound into contact with the metal member, After (1), there is a step (2) of adding one or more compounds (B) selected from zinc and zinc salts into the cooling water system and bringing them into contact with the metal member.
  • the tartaric acid compound (A) is used as the anticorrosive, and then the zinc compound (B) is used.
  • the tartaric acid compound has an effect of suppressing an anode reaction on the surface of the metal member.
  • the zinc-based compound has an effect of suppressing the cathode reaction on the surface of the metal member. According to the anticorrosion method of the present invention, an excellent anticorrosion effect can be imparted to the metal member by the synergistic effect of the two.
  • the cooling water system in the present invention refers to a system through which cooling water used for operating a heat exchanger or the like is passed in an air conditioning facility such as a building or a regional facility, a plant or the like.
  • the cooling water system may be of a transient type, an open circulation type, or a closed circulation type.
  • INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can exhibit an excellent anticorrosion effect in a circulating cooling water system, particularly in an open circulating cooling water system.
  • the present invention can be applied to the cooling water system in any state such as startup or steady operation, but is particularly preferably applied to basic processing at startup such as initial operation or restart of operation. ..
  • basic processing such as initial operation or restart of operation.
  • Anticorrosion treatment is performed to obtain an anticorrosion effect.
  • the anticorrosion treatment at the time of starting the cooling water system is called a basic treatment and may be called an initial treatment.
  • the anticorrosion method of the present invention can exhibit an excellent anticorrosion effect in such a basic treatment.
  • the preferable pH is 6.0 to 8.0, more preferably 6.0 to 7.5, and further preferably 6.5 to 7.5.
  • the preferable calcium hardness is 30 to 150 mgCaCO 3 / L, more preferably 30 to 120 mgCaCO 3 / L, and further preferably 30 to 100 mgCaCO 3 / L.
  • the preferable ionic silica concentration is 5 to 35 mg SiO 2 / L, more preferably 10 to 30 mg SiO 2 / L, and further preferably 15 to 25 mg SiO 2 / L.
  • the metal member is a metal member that constitutes a portion of the cooling water system that comes into contact with the cooling water.
  • the metal member is, for example, a metal part of a heat exchanger, a refrigerator, various pipes, valves, or the like.
  • an iron-based material is preferable, and, for example, in a carbon steel pipe for a boiler / heat exchanger (STB steel pipe), an excellent anticorrosion effect can be obtained.
  • At least one compound (A) selected from tartaric acid and a tartrate salt is added to the cooling water system and brought into contact with the metal member.
  • the compound (A) is a tartaric acid-based compound, that is, a compound selected from tartaric acid and a tartaric acid salt. It is considered that the tartaric acid-based compound imparts an anticorrosive effect to the metal member by forming an adsorption film by adsorbing a hydroxy group in the molecule on the surface of the metal member. Such an adsorption film has a higher film formation rate than a precipitation film, which is an anticorrosion film formed of a phosphoric acid anticorrosive, and can shorten the anticorrosion treatment time.
  • the details of the mechanism by which the compound (A) provides the anticorrosion effect are not clear, but it is presumed as follows.
  • the tartaric acid ion generated from the compound (A) and the calcium ion existing in the cooling water are bonded to each other to form an adsorption film mainly composed of a water-insoluble calcium salt on the surface of the metal member.
  • the compound (A) can form an adsorption film of iron (II) tartrate by reacting with the iron component of the metal member.
  • Such an adsorption film prevents direct contact between the metal member and the corrosive factors contained in the cooling water system such as dissolved oxygen, chloride ion, and sulfate ion. It is thought to reduce the corrosion rate.
  • Tartaric acid may be L-form, D-form, meso-form or racemic form.
  • the tartaric acid salt is a tartaric acid ion (anion) in which one or more hydrogen atoms selected from hydrogen atoms of two hydroxy groups and hydrogen atoms of two carboxy groups in a tartaric acid molecule are ionized from tartaric acid, and a cation derived from a base.
  • An ion is a compound in which an ionic bond is formed. Examples of the cations include alkali metal ions, alkaline earth metal ions, magnesium ions, zinc ions, aluminum ions, iron ions (II), and ammonium ions.
  • the tartrate salt include sodium hydrogen tartrate, potassium hydrogen tartrate, lithium tartrate, sodium tartrate, potassium tartrate, sodium potassium tartrate, calcium tartrate, iron (II) tartrate, zinc tartrate, ammonium tartrate and the like.
  • sodium tartrate, potassium tartrate, and sodium potassium tartrate are preferable from the viewpoints of good anticorrosion effect and availability.
  • the compound (A) one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
  • the compound (A) is preferably added to the cooling water system at a concentration of 30 to 100 mg / L in terms of tartaric acid equivalent, more preferably 40 to 90 mg / L, further preferably 50 to 70 mg / L. ..
  • concentration is 30 mg / L or more, a good anticorrosion effect can be obtained.
  • amount is 100 mg / L or less, it is possible to prevent the metal member from being corroded due to the chelating action of tartrate ions.
  • the pH of the cooling water system in the step (1) is preferably 6.0 to 8.0, more preferably 6.0 to 7.5, still more preferably 6.5 to 7.5.
  • the pH in the present invention is a value measured by the glass electrode method according to JIS Z 8802: 2011.
  • the pH may be adjusted using a general pH adjuster such as sulfuric acid, sodium hydroxide, potassium hydroxide.
  • the contact time between the metal member and the compound (A) is preferably 20 to 30 hours, more preferably 20 to 28 hours, and further preferably 20 to 24 hours.
  • the contact time is 20 hours or more, a good anticorrosion effect can be obtained. Further, when it exceeds 30 hours, the improvement of the anticorrosion effect depending on the time cannot be expected, and therefore it is preferably 30 hours or less from the viewpoint of the anticorrosion effect.
  • the said contact time is equivalent to the water flow time, when the cooling water is flowing in the said cooling water system. In the case of a circulating cooling water system, it can be regarded as the circulating time of the cooling water.
  • the cooling water system is preferably in a water-passing state, and is preferably circulated from the viewpoint of efficiency.
  • the step (1) is preferably performed in a state where no heat load is applied to the cooling water system.
  • a state in which no heat load is applied refers to a state before steady operation, in which a high temperature fluid to be cooled by the cooling water is not introduced to the contact surface with the cooling water system, This means that the cooling water is not heated by the high-temperature fluid, that is, in a non-heat transfer state.
  • a specific temperature in a state where no heat load is applied is preferably 10 to 40 ° C, more preferably 15 to 35 ° C, and further preferably 20 to 30 ° C. When the temperature is within the above range, evaporation in the cooling water system is suppressed, and the concentration of the compound (A) is easily maintained constant.
  • the concentration of the compound (A) in the cooling water system is preferably maintained constant from the viewpoint of obtaining a uniform anticorrosion effect on the surface of the metal member. If the concentration of the compound (A) decreases during the process due to significant consumption of the compound (A) on the corrosion products present in the cooling water system, the compound (A) is added. Therefore, it is preferable that the concentration is within the above range. If the concentration of the compound (A) increases during the process due to evaporation in the cooling water system or the like, it may be diluted by supplementing with water.
  • Step (2) After the step (1), one or more compounds (B) selected from zinc and zinc salts are added to the cooling water system and brought into contact with the metal member.
  • the compound (B) is a zinc compound, that is, a compound selected from zinc and zinc salts.
  • the zinc salt include zinc chloride and zinc sulfate.
  • the compound (B) one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
  • the compound (B) is preferably added to the cooling water system at a concentration of 1 to 50 mg / L in terms of zinc, more preferably 2 to 30 mg / L, further preferably 3 to 20 mg / L, and particularly It is preferably 3 to 10 mg / L.
  • concentration is within the above range, a good anticorrosion effect can be obtained.
  • the concentration is high, scale is likely to adhere to the metal member, so the upper limit is preferably 50 mg / L or less, more preferably 30 mg / L or less, further preferably 20 mg / L or less, Particularly preferably, it is 10 mg / L or less.
  • the contact time between the metal member and the compound (B) is preferably 20 to 30 hours, more preferably 20 to 28 hours, and further preferably 20 to 24 hours.
  • the contact time is 20 hours or more, a good anticorrosion effect can be obtained. Further, when it exceeds 30 hours, the improvement of the anticorrosion effect depending on the time cannot be expected, and therefore it is preferably 30 hours or less from the viewpoint of the anticorrosion effect.
  • the said contact time is the same as the meaning of the contact time about the compound (A) mentioned above.
  • the cooling water system is in a water-passing state, and it is preferable that the cooling water system be circulated from the viewpoint of efficiency.
  • the step (2) is also performed in a state where no heat load is applied to the cooling water system, like the above step (1).
  • the specific temperature is also the same as in step (1) from the viewpoint of easily keeping the concentration of the compound (B) constant.
  • the concentration of the compound (B) in the cooling water system is preferably kept constant from the viewpoint of obtaining a uniform anticorrosion effect on the surface of the metal member.
  • concentration of the compound (B) is lowered during the process due to remarkable consumption of the compound (B) or the like, it is preferable to add the compound (B) so that the concentration falls within the above range. If the concentration of the compound (B) rises during the process due to evaporation in the cooling water system or the like, water may be replenished for dilution.
  • the water flow rate of the cooling water system is not particularly limited, for example, when the anticorrosion method of the present invention is applied to the basic treatment, cooling
  • the flow velocity during steady operation of the water system is usually 0.3 to 1.0 m / s, while it is equal to or lower than that, specifically, 0.2 to 0.5 m / s.
  • a good anticorrosion effect can be obtained.
  • the steady operation is started after completing the steps (1) and (2) as the basic treatment.
  • the compound (A) and / or the compound (B) may be contained in the cooling water system during the steady operation.
  • a known water treatment agent such as a slime inhibitor, a scale inhibitor, and an anticorrosive agent can be added to the cooling water system to perform steady operation.
  • the water used in each of the following tests was tap water (pH 7.0, calcium hardness 40 mg CaCO 3 / L, ionic silica concentration 20 mg SiO 2 / L) from Nogi-cho, Shimotsuga-gun, Tochigi Prefecture.
  • Test 1 Evaluation of corrosion weight loss (Example 1) A 30 mm ⁇ 50 mm, 1 mm thick SPCC (cold-rolled steel sheet) test piece was immersed in nitric acid having a concentration of 20% by mass for 30 seconds, and further dipped in sulfuric acid having a concentration of 10% by mass for 60 seconds to perform etching treatment. .. The test piece was washed with water and dried, and the weight (W1) before the test was measured. Water was put in a 1 L beaker, and sodium tartrate was added at a concentration of 50 mg / L (tartaric acid conversion amount) to obtain a test solution adjusted to pH 7.5.
  • test piece was immersed in the test solution for 24 hours with a rotary corrosion tester (manufactured by Shinwa Kako Co., Ltd .; test solution temperature 30 ° C., test piece rotation speed 150 rpm), and then the test solution had zinc chloride concentration 5 mg / L (zinc equivalent) was added, and the immersion was continued for 24 hours.
  • This test solution was exchanged with water and further immersed for 24 hours. Then, the test piece was pulled up and dried, and the post-test weight (W2) was measured.
  • the value (W1-W2) obtained by subtracting the weight after test (W2) from the weight before test (W1) was determined as the corrosion weight loss.
  • Example 1 the corrosion weight loss was determined in the same manner as in Example 1 except that the test solution of sodium tartrate aqueous solution was immersed for 48 hours without adding zinc chloride and the test solution was replaced with water. It was
  • Example 2 Corrosion weight loss was carried out in the same manner as in Example 1 except that the test solution was an aqueous solution in which sodium tartrate and zinc chloride were simultaneously added from the beginning, and the test solution was replaced with water. I asked.
  • Test 1 The results of Test 1 are shown in Table 1 below.
  • the steam (heat source) 10 is supplied to the outside of the tube 2 in the heat exchanger 1 through the temperature control valve V1.
  • the steam is cooled by cold water flowing in the tube 2 and discharged as a drain 11.
  • the cold water is heated by the heat exchange with the steam 10 to become warm water, which is sent to the cooling tower 3 and sprayed on the filler 5.
  • Air is taken into the cooling tower 3 from the side peripheral portion of the cooling tower 3 and is exhausted by the fan 6 on the upper side.
  • a water treatment chemical is added to the cold water in the water storage tank 4 from the chemical tank 7 by the chemical injection pump P2. The concentration, water quality, etc.
  • the electric conductivity automatic control device 8 (“Clito (registered trademark) C-505”, manufactured by Kurita Water Industries Ltd.), and the chemical injection pump P2. And the blow pump P3 are interlocked with each other to perform appropriate blowing. Further, makeup water 20 is added as necessary.
  • Tube 2 Confirmation of influence of added amount of zinc chloride (Example 2)
  • the basic treatment of tube 2 was performed as follows. Synthetic water (calcium hardness 100 mgCaCO 3 / L, total hardness 150 mgCaCO 3 / L, acid consumption 30 mgCaCO 3 / L) was stored in the water storage tank 4, and sodium tartrate was added at a concentration of 50 mg / L (tartaric acid conversion amount), The pH was adjusted to 7.5.
  • the circulation valve V2 was opened, and this water was passed through one of the test tubes A, the test tube A, at a flow rate of 5.3 L / min (flow rate 0.5 m / s).
  • the flow rate was measured by the flow meter 9 near the inlet of the heat exchanger 2 (hereinafter the same). After 24 hours, zinc chloride was added to this water at a concentration of 2 mg / L (zinc conversion amount), and then water was passed through the test tube A for 24 hours at the above flow rate (flow rate).
  • Example 3 Example 3
  • the concentration of zinc chloride added later was changed to 5 mg / L (zinc conversion amount), 10 mg / L (zinc conversion amount), 30 mg / L (zinc conversion amount), and 0 mg / L (unadded). Then, the tube 2 was subjected to the basic treatment in the same manner as in Example 2 except for the above.
  • Tube 2 The basic treatment of tube 2 was performed as follows. The same synthetic water as in Example 2 was stored in the water storage tank 4, and sodium hexametaphosphate was added at a concentration of 100 mg / L (phosphoric acid conversion amount) and zinc chloride was added at a concentration of 20 mg / L (zinc conversion amount) at the same time. , PH was adjusted to 7.5. The circulation valve V2 was opened, and this water was passed through the test tube A at the same flow rate (flow rate) as in Example 2 for 4 days.
  • the operation of the device was started, and water was passed through the test tube A at a flow rate of 0.5 m / s to perform the operation.
  • the inlet water temperature (cold water) of the water supplied to the heat exchanger 1 was controlled to 30 ° C, and the outlet water temperature (warm water) was controlled to 40 ° C.
  • the water flow test was completed on the 14th day of operation.
  • test tube A was removed.
  • the test tube A was cut into pieces each having a length of 200 mm and halved to prepare an evaluation tube.
  • the inner surface of each evaluation tube was visually observed, and the pitting depth was measured with a dial gauge.
  • the maximum value of the pit depths measured for all evaluation tubes was defined as the maximum pit depth.
  • the maximum pit depth serves as an index of the anticorrosion effect, and it can be said that the smaller the value, the more excellent the anticorrosion effect.
  • Water flow test (2) After performing the basic treatment according to each of the above Examples, Comparative Examples and Reference Examples, a water flow test similar to the water flow test (1) of Test 2-1 was performed. In the water flow test (2) in the main test 2-2, instead of the water flow to the test tube A in the water flow test (1), the water flow to the test tube B at a flow rate of 0.3 m / s is performed. Other than that, it carried out like the above-mentioned water flow test (1).
  • test tube B After completion of the water flow test, the test tube B was removed, and the maximum pitting depth and scale deposition rate were obtained in the same manner as the evaluation method in the above-mentioned Test 2-1 to obtain the above-mentioned Examples, Comparative Examples and Reference Examples. The method of basic treatment was evaluated. The evaluation results are shown in Table 3 below.

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Abstract

冷却水系内に、酒石酸及び酒石酸塩から選ばれる1種以上の化合物(A)を添加して金属部材と接触させる工程(1)と、前記工程(1)の後、前記冷却水系内に、亜鉛及び亜鉛塩から選ばれる1種以上の化合物(B)を添加して前記金属部材と接触させる工程(2)とを有する、冷却水系の金属部材の防食方法。

Description

冷却水系の金属部材の防食方法
 本発明は、冷却水系において冷却水と接触する部分を構成する金属部材の表面に防食皮膜を形成して防食する、冷却水系の金属部材の防食方法に関する。
 ビルや地域施設等の空調設備、及びプラント等では、各種流体を間接的に冷却するために水冷式の熱交換器が用いられている。このような冷却水系における熱交換器やその周辺の配管等の各種部材には、炭素鋼やステンレス鋼等の金属が一般的に用いられている。
 これらの金属部材は、冷却水と常時又は断続的に接触すると、水中の溶存酸素によって腐食しやすくなる。腐食により、配管等の金属部材が減肉や孔食を生じると、設備の損傷や、プラントでは製品の汚染を招く場合もあり、さらには、重大な事故を引き起こすおそれがある。
 このような金属部材を防食する方法として、例えば、特許文献1には、冷却水系の起動時の基礎処理において、リン酸系及び亜鉛系防食剤を用いることにより、金属部材表面に強固な防食皮膜を形成することが提案されている。
特開2011-202243号公報
 しかしながら、近年、環境保全への関心の高まりや排水規制強化のため、排水中のリン等の含有量の削減が求められるようになってきている。排水処理設備が設置されていないプラント等では、このような要求への対応は困難であり、リン酸系及び亜鉛系防食剤の使用を中止せざるを得ない場合もあった。
 また、リン酸系防食剤は沈殿皮膜によって防食皮膜を形成することから、前記基礎処理には4日間程度の長時間を要していた。このため、基礎処理期間の短縮化も望まれていた。
 したがって、リン酸系防食剤を用いることなく、より短時間で優れた防食効果が得られる防食方法が求められていた。
 本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、リン酸系防食剤を用いることなく、より短い処理時間で、冷却水系の金属部材表面に優れた防食効果を付与することができる、冷却水系の金属部材の防食方法を提供することを目的とする。
 本発明は、酒石酸系化合物を用い、さらに亜鉛系化合物を適用することにより、冷却水系の金属部材に良好な防食効果をもたらすことを見出したことに基づくものである。
 すなわち、本発明は、以下の[1]~[8]を提供するものである。
 [1]冷却水系内に、酒石酸及び酒石酸塩から選ばれる1種以上の化合物(A)を添加して金属部材と接触させる工程(1)と、前記工程(1)の後、前記冷却水系内に、亜鉛及び亜鉛塩から選ばれる1種以上の化合物(B)を添加して前記金属部材と接触させる工程(2)とを有する、冷却水系の金属部材の防食方法。
 [2]前記工程(1)において、前記冷却水系内に、前記化合物(A)を酒石酸換算量で30~100mg/Lの濃度で添加する、上記[1]に記載の冷却水系の金属部材の防食方法。
 [3]前記工程(1)における冷却水系のpHが6.0~8.0である、上記[1]又は[2]に記載の冷却水系の金属部材の防食方法。
 [4]前記工程(1)において、前記金属部材と前記化合物(A)との接触時間が20~30時間である、上記[1]~[3]のいずれかに記載の冷却水系の金属部材の防食方法。
 [5]前記工程(2)において、前記冷却水系内に、前記化合物(B)を亜鉛換算量で1~50mg/Lの濃度で添加する、上記[1]~[4]のいずれかに記載の冷却水系の金属部材の防食方法。
 [6]前記工程(2)において、前記金属部材と前記化合物(B)との接触時間が20~30時間である、上記[1]~[5]のいずれかに記載の冷却水系の金属部材の防食方法。
 [7]前記冷却水系が循環冷却水系である、上記[1]~[6]のいずれかに記載の冷却水系の金属部材の防食方法。
 [8]前記工程(1)及び(2)が、前記冷却水系の基礎処理で行われる、上記[1]~[7]のいずれかに記載の冷却水系の金属部材の防食方法。
 本発明によれば、リン酸系防食剤を用いることなく、より短い処理時間で、冷却水系の金属部材表面に優れた防食効果を付与することができる。したがって、本発明の防食方法は、環境保全に対応しつつ、冷却水系の冷却能力の維持に寄与し得る。
実施例における冷却水系の熱交換器試験装置の概要を示す模式図である。
 以下、本発明について、詳細に説明する。
 本発明の冷却水系の金属部材の防食方法は、冷却水系内に、酒石酸及び酒石酸塩から選ばれる1種以上の化合物(A)を添加して金属部材と接触させる工程(1)と、前記工程(1)の後、前記冷却水系内に、亜鉛及び亜鉛塩から選ばれる1種以上の化合物(B)を添加して前記金属部材と接触させる工程(2)とを有する。
 このように、本発明の防食方法においては、防食剤として、酒石酸系化合物(A)を使用した後、亜鉛系化合物(B)を使用する。前記酒石酸系化合物は、前記金属部材表面におけるアノード反応を抑制する効果を有している。また、前記亜鉛系化合物は、前記金属部材表面におけるカソード反応を抑制する効果を有している。本発明の防食方法によれば、両者の相乗効果によって、前記金属部材に優れた防食効果を付与することができる。
(冷却水系)
 本発明における冷却水系とは、ビルや地域施設等の空調設備、及びプラント等において、熱交換器等の運転のために用いられる冷却水が通水される系を言う。
 前記冷却水系は、一過式、開放循環式又は密閉循環式のいずれでもよい。本発明は、循環冷却水系、特に、開放循環冷却水系において、優れた防食効果を発揮し得る。
 本発明は、前記冷却水系において、起動時や定常運転時等のいずれの状態でも適用することが可能であるが、特に、初動や運転再開等の起動時の基礎処理において適用されることが好ましい。
 冷却水系の起動時は、系内に腐食生成物が多く存在しやすく、防食剤が消耗されやすいため、通常、定常運転時の3~10倍の使用濃度で防食剤を添加して、十分な防食効果を得るための防食処理が行われる。このような冷却水系の起動時の防食処理を基礎処理と呼び、初期処理と呼ぶ場合もある。
 本発明の防食方法は、このような基礎処理において、優れた防食効果を発揮し得る。
 前記冷却水系は、一般的な冷却水系の水質であれば、本発明の防食方法による防食効果が十分に発揮される。好ましいpHは、6.0~8.0であり、より好ましくは6.0~7.5、さらに好ましくは6.5~7.5である。
 また、好ましいカルシウム硬度は、30~150mgCaCO3/Lであり、より好ましくは30~120mgCaCO3/L、さらに好ましくは30~100mgCaCO3/Lである。
 また、好ましいイオン状シリカ濃度は、5~35mgSiO2/L、より好ましくは10~30mgSiO2/L、さらに好ましくは15~25mgSiO2/Lである。
(金属部材)
 前記金属部材は、前記冷却水系の冷却水と接触する部分を構成する金属部材である。前記金属部材としては、例えば、熱交換器や冷凍機、各種配管やバルブ等のうちの金属製の部分が対象となる。
 本発明を適用する金属としては、鉄系が好適であり、例えば、ボイラ・熱交換器用炭素鋼鋼管(STB鋼管)等において、優れた防食効果が得られる。
(工程(1))
 本発明の防食方法においては、まず、前記冷却水系内に、酒石酸及び酒石酸塩から選ばれる1種以上の化合物(A)を添加して、前記金属部材と接触させる。
 化合物(A)は、酒石酸系化合物、すなわち、酒石酸及び酒石酸塩から選ばれる化合物である。
 前記酒石酸系化合物は、分子内のヒドロキシ基が金属部材表面に吸着して吸着皮膜を形成することにより、該金属部材に防食効果を付与すると考えられる。このような吸着皮膜は、リン酸系防食剤による防食皮膜である沈殿皮膜よりも、皮膜形成速度が大きく、防食処理時間の短縮化を図ることができる。
 なお、化合物(A)により防食効果が得られるメカニズムの詳細は明らかではないが、以下のように推測される。
 化合物(A)から生じる酒石酸イオンと、冷却水中に存在するカルシウムイオンとが結合して、水に対して難溶性のカルシウム塩を主体とする吸着皮膜を前記金属部材表面に形成する。また、化合物(A)は、前記金属部材の鉄成分と反応することにより、酒石酸鉄(II)による吸着皮膜も形成し得る。
 このような吸着皮膜(防食皮膜)によって、前記金属部材と、溶存酸素や塩化物イオン、硫酸イオン等の前記冷却水系に含まれる腐食因子とが、直接接触することが妨げられ、金属部材表面における腐食速度を小さくするものと考えられる。
 酒石酸は、L体、D体、メソ体又はラセミ体のいずれであるかを問わない。
 前記酒石酸塩とは、酒石酸分子内の2つのヒドロキシ基の水素原子及び2つのカルボキシ基の水素原子から選ばれる1つ以上の水素原子が酒石酸から電離した酒石酸イオン(陰イオン)と塩基由来の陽イオンとがイオン結合した化合物を言う。前記陽イオンとしては、例えば、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、マグネシウムイオン、亜鉛イオン、アルミニウムイオン、鉄イオン(II)、アンモニウムイオン等が挙げられる。
 前記酒石酸塩の具体例としては、酒石酸水素ナトリウム、酒石酸水素カリウム、酒石酸リチウム、酒石酸ナトリウム、酒石酸カリウム、酒石酸カリウムナトリウム、酒石酸カルシウム、酒石酸鉄(II)、酒石酸亜鉛、酒石酸アンモニウム等が挙げられる。これらのうち、良好な防食効果や入手容易性等の観点から、酒石酸ナトリウム、酒石酸カリウム、酒石酸ナトリウムカリウムが好ましい。
 化合物(A)は、1種単独でもよく、2種以上が併用されてもよい。
 化合物(A)は、前記冷却水系内に、酒石酸換算量で30~100mg/Lの濃度で添加されることが好ましく、より好ましくは40~90mg/L、さらに好ましくは50~70mg/Lである。
 前記濃度が30mg/L以上であることにより、良好な防食効果が得られる。また、100mg/L以下であれば、前記金属部材が酒石酸イオンのキレート作用に起因する腐食を生じることを抑制することができる。
 工程(1)における冷却水系のpHは6.0~8.0であることが好ましく、より好ましくは6.0~7.5、さらに好ましくは6.5~7.5である。
 前記pHが6.0以上であることにより、前記金属部材が酸腐食を生じることを抑制することができる。また、前記pHが8.0以下であることにより、酒石酸イオンが前記金属部材の表面から溶出する金属イオン(例えば、鉄イオン)と反応し、防食皮膜が形成されやすくなる。
 なお、本発明におけるpHは、JIS Z 8802:2011に準拠して、ガラス電極法で測定した値である。
 前記冷却水系の水質に応じて、pHが上記範囲内になるように、化合物(A)として酒石酸及び酒石酸塩のうちのいずれを用いるか選択することができる。また、前記pHは、例えば、硫酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の一般的なpH調整剤を用いて調整してもよい。
 前記金属部材と化合物(A)との接触時間は、20~30時間であることが好ましく、より好ましくは20~28時間、さらに好ましくは20~24時間である。
 前記接触時間が20時間以上であれば、良好な防食効果が得られる。また、30時間を超える場合、時間に応じた防食効果の向上は期待できないため、防食効果の観点から、30時間以下であることが好ましい。
 なお、前記接触時間とは、前記冷却水系において冷却水が通水している場合は、その通水時間に相当する。また、循環冷却水系である場合は、冷却水の循環時間とみなすこともできる。前記金属部材表面に、化合物(A)を均一な濃度で行き渡らせるため、前記冷却水系は、通水状態とすることが好ましく、また、効率性の観点から、循環させることが好ましい。
 本発明の防食方法が基礎処理に適用される場合、工程(1)は、該冷却水系に熱負荷をかけない状態で行われることが好ましい。
 本明細書で言う「熱負荷をかけない状態」とは、定常運転前の状態であって、冷却水系との接触面に対して、該冷却水によって冷却する高温流体が導入されておらず、該冷却水が前記高温流体によって加熱されない状態、すなわち、非伝熱状態であることを意味する。
 熱負荷をかけない状態における具体的な温度は、10~40℃であることが好ましく、より好ましくは15~35℃、さらに好ましくは20~30℃である。
 上記範囲内の温度であることにより、冷却水系における蒸発が抑制され、化合物(A)の濃度を一定に維持しやすくなる。
 冷却水系中の化合物(A)の濃度は、前記金属部材表面で均一な防食効果が得られるようにする観点から、一定に維持されることが好ましい。
 工程途中で、化合物(A)の該冷却水系中に存在する腐食生成物への付着等に伴う著しい消耗等によって、化合物(A)の濃度が低下する場合には、化合物(A)を追加して、上記濃度範囲となるようにすることが好ましい。また、工程途中で、該冷却水系における蒸発等により、化合物(A)の濃度が上昇する場合には、水を補給して希釈してもよい。
(工程(2))
 工程(1)の後、前記冷却水系内に、亜鉛及び亜鉛塩から選ばれる1種以上の化合物(B)を添加して前記金属部材と接触させる。
 化合物(B)は、亜鉛系化合物、すなわち、亜鉛及び亜鉛塩から選ばれる化合物である。前記亜鉛塩としては、例えば、塩化亜鉛、硫酸亜鉛等が挙げられる。化合物(B)は、1種単独でも、2種以上が併用されてもよい。
 上述したように、前記金属部材を、その表面でのアノード反応を抑制する効果を有する化合物(A)で処理した後、さらに、カソード反応を抑制する効果を有する化合物(B)で処理することにより、短時間での防食処理で、両化合物の相乗効果によって、該金属部材に優れた防食効果を付与することができる。
 なお、化合物(A)及び(B)を同時に添加した場合は、酒石酸イオンが亜鉛イオンに対する分散剤として作用することとなり、良好な防食効果が得られない。
 化合物(B)は、前記冷却水系内に、亜鉛換算量で1~50mg/Lの濃度で添加されることが好ましく、より好ましくは2~30mg/L、さらに好ましくは3~20mg/L、特に好ましくは3~10mg/Lである。
 上記範囲内の濃度であれば、良好な防食効果が得られる。ただし、前記濃度が高くなると、前記金属部材にスケールが付着しやすくなるため、上限としては、50mg/L以下であることが好ましく、より好ましくは30mg/L以下、さらに好ましくは20mg/L以下、特に好ましくは10mg/L以下である。
 前記金属部材と化合物(B)との接触時間は、20~30時間であることが好ましく、より好ましくは20~28時間、さらに好ましくは20~24時間である。
 前記接触時間が20時間以上であれば、良好な防食効果が得られる。また、30時間を超える場合、時間に応じた防食効果の向上は期待できないため、防食効果の観点から、30時間以下であることが好ましい。
 なお、前記接触時間とは、上述した化合物(A)についての接触時間の意義と同様である。前記金属部材表面に、化合物(B)を均一な濃度で行き渡らせるため、前記冷却水系は、通水状態とすることが好ましく、また、効率性の観点から、循環させることが好ましい。
 本発明の防食方法が基礎処理に適用される場合、工程(2)も、上記の工程(1)と同様に、該冷却水系に熱負荷をかけない状態で行われることが好ましい。具体的な温度も、化合物(B)の濃度を一定に維持しやすくする観点から、工程(1)と同様である。
 冷却水系中の化合物(B)の濃度は、前記金属部材表面で均一な防食効果が得られるようにする観点から、一定に維持されることが好ましい。
 工程途中で、化合物(B)の著しい消耗等によって、化合物(B)の濃度が低下する場合には、化合物(B)を追加して、上記濃度範囲となるようにすることが好ましい。また、工程途中で、該冷却水系における蒸発等により、化合物(B)の濃度が上昇する場合には、水を補給して希釈してもよい。
 前記冷却水系が通水状態である場合、該冷却水系の通水速度、すなわち、流速は、特に限定されるものではないが、例えば、本発明の防食方法が基礎処理に適用される場合、冷却水系の定常運転時の流速が、通常、0.3~1.0m/sであるのに対して、それと同等もしくは低速であっても、具体的には、0.2~0.5m/sでも、本発明の防食方法によれば、良好な防食効果が得られる。
 本発明の防食方法が基礎処理に適用される場合、基礎処理としての工程(1)及び(2)を終了後、定常運転を開始する。その際、前記定常運転時に、該冷却水系内に化合物(A)及び/又は化合物(B)が含まれていてもよい。
 前記冷却水系には、スライム防止剤、スケール防止剤、その他防食剤等の公知の水処理薬剤を添加して、定常運転を行うことができる。
 以下、本発明をより詳細に説明するが、本発明は下記実施例により限定されるものではない。
 なお、以下の各試験で使用した水は、栃木県下都賀郡野木町の水道水(pH7.0、カルシウム硬度40mgCaCO3/L、イオン状シリカ濃度20mgSiO2/L)である。
[試験1]腐食減量評価
(実施例1)
 30mm×50mm、厚さ1mmのSPCC(冷間圧延鋼板)の試験片を、濃度20質量%の硝酸に30秒間浸漬後、さらに濃度10質量%の硫酸に60秒間浸漬することにより、エッチング処理した。この試験片を水洗後、乾燥させ、試験前重量(W1)を測定した。
 1Lビーカーに水を入れ、酒石酸ナトリウムを濃度50mg/L(酒石酸換算量)で添加し、pH7.5に調整した試験液を得た。前記試験片を、回転腐食試験装置(信和化工株式会社製;試験液温度30℃、試験片回転速度150rpm)にて、前記試験液に24時間浸漬させた後、前記試験液に塩化亜鉛を濃度5mg/L(亜鉛換算量)で添加し、さらに、24時間浸漬を継続した。この試験液を水に交換して、さらに、24時間浸漬させた後、試験片を引き上げて、乾燥し、試験後重量(W2)を測定した。
 試験前重量(W1)から試験後重量(W2)を差し引いた値(W1-W2)を、腐食減量として求めた。
(比較例1)
 実施例1において、塩化亜鉛を添加せずに、酒石酸ナトリウム水溶液の試験液に48時間浸漬させた後、この試験液を水に交換した以外は、実施例1と同様にして、腐食減量を求めた。
(比較例2)
 実施例1において、酒石酸ナトリウム及び塩化亜鉛を同時に初めから添加した水溶液の試験液に48時間浸漬させた後、この試験液を水に交換した以外は、実施例1と同様にして、腐食減量を求めた。
 下記表1に、試験1の結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1に示した結果から分かるように、酒石酸ナトリウムに、塩化亜鉛を後から添加した場合(実施例1)、腐食減量が少なく、良好な防食皮膜が形成されたと言える。
 なお、塩化亜鉛及び酒石酸ナトリウムの同時添加の場合(比較例2)は、酒石酸イオンが亜鉛イオンに対する分散剤として作用し、酒石酸ナトリウムのみ添加(塩化亜鉛未添加)の場合(比較例1)よりも、さらに防食皮膜が形成されにくくなり、腐食減量が多くなったものと考えられる。
[試験2]模擬実機試験
 図1に示すような冷却水系の熱交換器試験装置において、多管式熱交換器1内のチューブ2(STB340(熱交換器用炭素鋼鋼管)、外径19mm、厚さ2.3mm、長さ1350mm、2本)について、下記実施例及び比較例の基礎処理を行った後、定常運転を行い、最大孔食深さ及びスケール付着速度の評価を行った。
 熱交換器1は、冷却塔3に接続されており、冷却塔3の下部の500L貯水タンク4から、所定の薬剤が添加された冷水が、送水ポンプP1により供給される。前記冷水は、熱交換器1内のチューブ2内を流通する。熱交換器1内のチューブ2の外側には、温度調整弁V1を通じて、蒸気(熱源)10が供給される。前記蒸気は、チューブ2内を流通する冷水により冷却されて、ドレイン11として排出される。蒸気10との熱交換により冷水は加熱されて温水となり、冷却塔3に送られ、充填材5に散水される。冷却塔3の側周部から、空気が冷却塔3内に取り込まれ、上部のファン6によって排気される。
 貯水タンク4内の冷水には、薬剤タンク7から、水処理薬剤が、薬注ポンプP2により添加される。貯水タンク4内の冷水中の水処理薬剤の濃度や水質等は、導電率自動管理装置8(「クリオート(登録商標)C-505」、栗田工業株式会社製)により管理され、薬注ポンプP2とブローポンプP3とを連動させ、適宜ブローも行われる。また、必要に応じて、補給水20が添加される。
[試験2-1]塩化亜鉛の添加量の影響の確認
(実施例2)
 チューブ2の基礎処理を以下のようにして行った。貯水タンク4に、合成水(カルシウム硬度100mgCaCO3/L、全硬度150mgCaCO3/L、酸消費量30mgCaCO3/L)を貯水し、酒石酸ナトリウムを濃度50mg/L(酒石酸換算量)で添加し、pH7.5に調整した。循環用バルブV2を開けて、この水を、チューブ2のうちの1本の試験チューブAに流量5.3L/min(流速0.5m/s)で通水させた。なお、流量は、熱交換器2の入口付近の流量計9で測定した(以下、同様。)。
 24時間後、この水に、塩化亜鉛を濃度2mg/L(亜鉛換算量)で添加し、引き続き、試験チューブAに上記流量(流速)のままで24時間通水させた。
(実施例3~5及び比較例3)
 実施例2において、後から添加する塩化亜鉛の濃度を5mg/L(亜鉛換算量)、10mg/L(亜鉛換算量)、30mg/L(亜鉛換算量)、0mg/L(未添加)に変更し、それ以外は実施例2と同様にして、チューブ2の基礎処理を行った。
(参考例1)
 チューブ2の基礎処理を以下のようにして行った。貯水タンク4に、実施例2と同様の合成水を貯水し、ヘキサメタリン酸ナトリウムを濃度100mg/L(リン酸換算量)、及び塩化亜鉛を濃度20mg/L(亜鉛換算量)で、同時に添加し、pH7.5に調整した。循環用バルブV2を開けて、この水を、試験チューブAに、実施例2と同様の流量(流速)で4日間通水させた。
〔通水試験(1)〕
 上記の各実施例、比較例及び参考例による基礎処理を行った後、貯水タンク4内で、合成水(pH8.5~8.7、カルシウム硬度450~500mgCaCO3/L、酸消費量130~170mgCaCO3/L、マレイン酸系ポリマー10~15mgsolid/L、塩化亜鉛1.8~2.2mg/L(亜鉛換算量))を調製した。そして、前記合成水には、マレイン酸系ポリマー及び亜鉛が上記濃度範囲を維持するように薬注し、また、スライムコントロール剤として次亜塩素酸ナトリウムを、全残留塩素濃度が0.1~0.2mg/Lとなるように薬注した。
 装置の運転を開始し、試験チューブAに流速0.5m/sで通水し、運転を行った。熱交換器1に供給される水の入口水温(冷水)は30℃、出口水温(温水)は40℃となるようにコントロールした。運転14日目に通水試験を終了した。
 通水試験終了後、試験チューブAを取り外した。試験チューブAを長さ200mm毎に切断して半割し、評価用チューブを作製した。最大孔食深さ及びスケール付着速度を以下のようにして求めることにより、上記の各実施例、比較例及び参考例の基礎処理の方法についての評価を行った。
・最大孔食深さ
 評価用チューブ毎にチューブ内面を目視観察し、ダイヤルゲージにて孔食深さを測定した。すべての評価用チューブについて測定した孔食深さのうちの最大値を最大孔食深さとした。
 前記最大孔食深さは、防食効果の指標となり、値が小さいほど、防食効果が優れていると言える。
・スケール付着速度
 評価用チューブ毎にチューブ内面の付着物を回収して乾燥させ、質量を測定した。前記付着物をスケールとみなして、評価用チューブ毎にチューブ内面の表面積1cm2、1か月当たりのスケール付着量[mg/(cm2・month)]を算出した。すべての評価用チューブについて算出したスケール付着量のうちの最大値をスケール付着速度とした。
 前記スケール付着速度は、値が小さいほど、スケール付着抑制効果が優れていると言える。
 下記表2に、これらの評価結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2に示した結果から分かるように、チューブ2の基礎処理において、酒石酸ナトリウム添加後、塩化亜鉛を添加することにより(実施例2~5)、従来のリン酸系防食剤を塩化亜鉛と併用した場合(参考例1)と比べて、酒石酸ナトリウム及び塩化亜鉛の添加量、すなわち、防食剤の添加量が少なくても、より短い処理時間で、高い防食効果が得られることが認められた。
 また、塩化亜鉛の添加濃度を所定量まで抑えれば(実施例2及び3)、従来法であるリン酸ナトリウムと併用する場合(参考例1)よりも、酒石酸ナトリウムとの併用により、スケール付着抑制効果に優れていることが認められた。
 なお、塩化亜鉛の添加濃度が高くなると(実施例4及び5)、亜鉛イオンがスケール原因物質となるため、スケール付着速度が増大するものと考えられる。
[試験2-2]流速の影響の確認
(実施例6、7、比較例4及び参考例2)
 実施例3、5、比較例3及び参考例1において、試験チューブAへの通水に代えて、チューブ2のうちの他の1本の試験チューブBへの流量3.2L/min(流速0.3m/s)での通水とし、それ以外は実施例3、5、比較例3及び参考例1のそれぞれと同様にして、実施例6、7、比較例4及び参考例2として、それぞれ、チューブ2の基礎処理を行った。
〔通水試験(2)〕
 上記の各実施例、比較例及び参考例による基礎処理を行った後、上記の試験2-1の通水試験(1)と同様の通水試験を行った。本試験2-2における通水試験(2)は、前記通水試験(1)において、試験チューブAへの通水に代えて、試験チューブBへの流速0.3m/sでの通水とし、それ以外は前記通水試験(1)と同様にして行った。
 通水試験終了後、試験チューブBを取り外し、上記の試験2-1における評価方法と同様にして、最大孔食深さ及びスケール付着速度を求め、上記の各実施例、比較例及び参考例の基礎処理の方法についての評価を行った。
 下記表3に、これらの評価結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表3に示した結果から分かるように、低流速(0.3m/s)の場合(実施例6及び7)においても、流速0.5m/sの場合(実施例3及び5)と同等の高い防食効果が得られることが認められた。
 1  多管式熱交換器
 2  チューブ
 3  冷却塔
 4  貯水タンク
 5  充填材
 6  ファン
 7  薬剤タンク
 8  導電率自動管理装置
 9  流量計
 10 蒸気
 11 ドレイン
 20 補給水

Claims (8)

  1.  冷却水系内に、酒石酸及び酒石酸塩から選ばれる1種以上の化合物(A)を添加して金属部材と接触させる工程(1)と、
     前記工程(1)の後、前記冷却水系内に、亜鉛及び亜鉛塩から選ばれる1種以上の化合物(B)を添加して前記金属部材と接触させる工程(2)とを有する、冷却水系の金属部材の防食方法。
  2.  前記工程(1)において、前記冷却水系内に、前記化合物(A)を酒石酸換算量で30~100mg/Lの濃度で添加する、請求項1に記載の冷却水系の金属部材の防食方法。
  3.  前記工程(1)における冷却水系のpHが6.0~8.0である、請求項1又は2に記載の冷却水系の金属部材の防食方法。
  4.  前記工程(1)において、前記金属部材と前記化合物(A)との接触時間が20~30時間である、請求項1~3のいずれか1項に記載の冷却水系の金属部材の防食方法。
  5.  前記工程(2)において、前記冷却水系内に、前記化合物(B)を亜鉛換算量で1~50mg/Lの濃度で添加する、請求項1~4のいずれか1項に記載の冷却水系の金属部材の防食方法。
  6.  前記工程(2)において、前記金属部材と前記化合物(B)との接触時間が20~30時間である、請求項1~5のいずれか1項に記載の冷却水系の金属部材の防食方法。
  7.  前記冷却水系が循環冷却水系である、請求項1~6のいずれか1項に記載の冷却水系の金属部材の防食方法。
  8.  前記工程(1)及び(2)が、前記冷却水系の基礎処理で行われる、請求項1~7のいずれか1項に記載の冷却水系の金属部材の防食方法。
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