(57)【要約】【課題】被処理液に接液する接液部の構造材が局部腐食を発生し難く、長寿命で信頼性が高い液体処理システム及び吸着システムを提供する。【解決手段】液体処理システムは、被処理液の性質、状態又は成分量の調整を行う液体処理システムであって、被処理液に接液する接液部の少なくとも一部が金属材料で形成されており、金属材料のすきま腐食を抑制するための抑制剤（例；硝酸イオン、モリブデン酸イオン等。）を被処理液に注入する抑制剤注入装置（１０）を備える。吸着システム（１）は、被処理液に接液する接液部の少なくとも一部が金属材料で形成されており、被処理液に含まれる物質を吸着する吸着材を有する吸着塔（１１〜１４）と、金属材料のすきま腐食を抑制するための抑制剤を前記被処理液に注入する抑制剤注入装置（１０）と、を備える。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理液の性質、状態又は成分量の調整を行う液体処理システムであって、前記被処理液に接液する接液部の少なくとも一部が金属材料で形成されており、前記金属材料のすきま腐食を抑制するための抑制剤を前記被処理液に注入する抑制剤注入装置を備える液体処理システム。
【請求項２】
請求項１に記載の液体処理システムであって、
前記抑制剤は、硝酸イオン、又は、モリブデン酸イオンを含有する液体である液体処理システム。
【請求項３】
請求項１に記載の液体処理システムであって、
前記液体処理システムは、前記被処理液のｐＨを低下させるためのｐＨ調整剤を注入するｐＨ調整剤注入装置を備える液体処理システム。
【請求項４】
請求項１に記載の液体処理システムであって、
前記被処理液は、塩化物イオンを含む液体である液体処理システム。
【請求項５】
請求項１に記載の液体処理システムであって、
前記被処理液は、放射性物質を含む液体である液体処理システム。
【請求項６】
請求項１に記載の液体処理システムであって、
前記被処理液から注入された前記抑制剤の成分を除去する除去装置を備える液体処理システム。
【請求項７】
請求項１に記載の液体処理システムであって、
前記被処理液のｐＨを計測するｐＨセンサと、
前記被処理液に含まれる塩化物イオンの濃度を計測する塩素センサと、を備え、
前記抑制剤注入装置は、前記被処理液のｐＨと塩化物イオンの濃度とに基づいて予め規定された量の前記抑制剤を注入する液体処理システム。
【請求項８】
請求項１に記載の液体処理システムであって、
前記金属材料は、二相系ステンレス鋼であり、
前記抑制剤が注入された被処理液は、
ｐＨが６．０未満であり、且つ、硝酸イオンのモル濃度と塩化物イオンのモル濃度との比が０．１６以上に調整されるか、又は、
ｐＨが６．０未満であり、且つ、モリブデン酸イオンのモル濃度と塩化物イオンのモル濃度との比が０．１以上に調整される液体処理システム。
【請求項９】
請求項１に記載の液体処理システムであって、
前記金属材料は、二相系ステンレス鋼であり、
前記抑制剤が注入された被処理液は、
ｐＨが６．０以上８．０以下であり、且つ、硝酸イオンのモル濃度と塩化物イオンのモル濃度との比が０．０２以上に調整されるか、又は、
ｐＨが６．０以上８．０以下であり、且つ、モリブデン酸イオンのモル濃度と塩化物イオンのモル濃度との比が０．００７以上に調整される液体処理システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の液体処理システムであって、
前記金属材料は、オーステナイト系ステンレス鋼であり、
前記抑制剤が注入された被処理液は、
ｐＨが６．０未満であり、且つ、硝酸イオンのモル濃度と塩化物イオンのモル濃度との比が０．４６以上に調整されるか、又は、
ｐＨが６．０未満であり、且つ、モリブデン酸イオンのモル濃度と塩化物イオンのモル濃度との比が０．２以上に調整される液体処理システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の液体処理システムであって、
前記金属材料は、オーステナイト系ステンレス鋼であり、
前記抑制剤が注入された被処理液は、
ｐＨが６．０以上８．０以下であり、且つ、硝酸イオンのモル濃度と塩化物イオンのモル濃度との比が０．２以上に調整されるか、又は、
ｐＨが６．０以上８．０以下であり、且つ、モリブデン酸イオンのモル濃度と塩化物イオンのモル濃度との比が０．１以上に調整される液体処理システム。
【請求項１２】
請求項１に記載の液体処理システムであって、
前記液体処理システムは、前記被処理液を濃縮させる蒸発濃縮装置と、
前記被処理液のｐＨを低下させるためのｐＨ調整剤を注入するｐＨ調整剤注入装置と、を備え、
前記抑制剤注入装置は、前記蒸発濃縮装置によって濃縮された前記被処理液に前記抑制剤を注入し、
前記ｐＨ調整剤注入装置は、前記抑制剤が注入された前記被処理液に前記ｐＨ調整剤を注入する液体処理システム。
【請求項１３】
被処理液に含まれる物質を吸着によって除去する吸着システムであって、被処理液に含まれる物質を吸着する吸着材を有する吸着塔と、前記金属材料のすきま腐食を抑制するための抑制剤を前記被処理液に注入する抑制剤注入装置と、を備える吸着システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の吸着システムであって、
前記吸着システムは、
被処理液を前記吸着塔に供給する供給管と、
前記被処理液のｐＨを低下させるためのｐＨ調整剤を注入するｐＨ調整剤注入装置と、を備え、
前記抑制剤注入装置は、前記供給管を流される前記被処理液に前記抑制剤を注入し、
前記ｐＨ調整剤注入装置は、前記抑制剤が注入された前記被処理液に前記ｐＨ調整剤を注入する吸着システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接液部を構成する金属材料のすきま腐食が抑制される液体処理システム及び吸着システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６Ｌ等のステンレス鋼は、耐食性と経済性とを兼ね備えた汎用的な材料であり、原子炉施設、化学施設等の種々の分野で、耐食性材料として使用されている。ステンレス鋼は、表面に酸化形成される緻密な不動態皮膜によって高い耐食性を示すだけでなく、ニッケル等の高価な金属元素の節約や、強度を保った薄肉化が可能であるため、経済性にも優れた材料となる。
【０００３】
ステンレス鋼は、一般的に耐食性に優れた材料であるが、塩化物イオンの存在下、高温条件下、酸性条件下等においては、孔食、すきま腐食等の局部腐食を生じることがある。また、化学組成や熱影響等によっては、粒界腐食を生じることがあるし、応力等の原因因子の重畳によって、応力腐食割れを生じることもある。そのため、装置・機器にステンレス鋼を用いる場合、重大な損傷等が生じないように、腐食に対する対策が必要となる。
【０００４】
特に、塩化物イオンを含む液体を取り扱う液体処理システムでは、液体が接液する接液部、取り分け、スケールが付着し易い機器、配管等の溶接部や熱影響部、すきまが形成され易いフランジの接続部、スラッジの溜まり部の境界付近等で、すきま腐食が発生・進展し易いことが知られている。そのため、このような液体処理システムに関して、すきま腐食に対する防止策が求められている。
【０００５】
従来、装置・機器の接液部の腐食を抑制するために、金属材料に接液する液体に化学物質を注入する種々の技術が提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、ステンレス鋼のすきま腐食抑制方法であって、水系中の塩化物イオンのモル濃度以上のモル濃度で塩化物イオン以外のアニオンを水系中に共存させる方法が記載されている。特許文献１では、アニオンとして、硫酸イオンが用いられている。塩化物イオン濃度は、０．０１ミリモル／リットルから１０ミリモル／リットル未満の範囲とされている。
【０００７】
また、特許文献２には、Ｃｌ−濃度が１００ｐｐｍ以上で、且つ、ＣａＣＯ３に換算したＭアルカリ度Ｙｐｐｍが、Ｃｌ−濃度をＸｐｐｍとして次式：Ｙ＜−０．０２Ｘ＋４０で示される範囲を外れる場合において、Ｍアルカリ度を調節して次式を満足する水質に維持する雑用水給水用ステンレス鋼配管の防食方法が記載されている。
【０００８】
また、特許文献３には、各種海水を取り扱う施設において、その取り扱う海水に過酸化水素を含む溶液を添加することにより、その海水に触れるステンレス鋼部材表面に不動態被膜を修復又は維持するステンレス鋼部材の防食方法が記載されている。特許文献３では、過酸化水素と過酢酸と酢酸との混合液等の添加によって、すきま腐食が防止された結果が得られている。
【０００９】
また、特許文献４には、純水にＮａ２ＭｏＯ４及びＮａＮＯ３を添加して腐食抑制液を作製し、腐食抑制液に脱気を施し、炭素鋼と接する塩化物イオンを含む水溶液に腐食抑制液を注入して腐食抑制剤含有液とする炭素鋼の腐食抑制方法が記載されている。特許文献４では、腐食抑制剤含有液に含まれるＮａ２ＭｏＯ４が５０〜５０００ｐｐｍの範囲、ＮａＮＯ３が５０〜５００ｐｐｍの範囲とされている。
【００１０】
また、特許文献５には、塩化物イオン及びオゾンを含む水溶液中における耐食金属材料のすきま腐食防止方法であって、水溶液中に塩化物イオンのモル濃度に対してモル濃度比で０．２以上のモル濃度の硝酸イオンを共存させる方法が記載されている。特許文献５では、耐食金属材料として、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１７Ｌ等のオーステナイト系ステンレス鋼が試験されている。
【００１１】
また、特許文献６には、放射線が照射される湿潤環境におけるステンレス鋼の局部腐食抑制方法であって、ステンレス鋼に接触する水分において、水分中に含まれる塩化物イオンのモル濃度に対して、１倍以上のモル濃度の硝酸イオンを共存させる方法が記載されている。特許文献６では、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６Ｌ等のオーステナイト系ステンレス鋼が硝酸ナトリウムの溶液に浸漬されて試験されている。
【００１２】
また、特許文献７には、放射線が照射される湿潤環境におけるステンレス鋼の局部腐食抑制方法であって、ステンレス鋼に接触する水分のｐＨを１２．５以上にする方法が記載されている。特許文献７では、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム等の添加によって、すきま腐食の発生が防止されている。
【００１３】
特許文献８には、蒸発濃縮部によって濃縮された放射性廃液から塩素イオンを除去する放射性廃液処理装置が記載されている。特許文献８では、濃縮された放射性廃液に含まれる腐食の要因となる塩素を、塩素ガスを発生させる電解処理や、塩化銀を生成させる沈殿処理によって除去している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００９−２７０１３１号公報
【特許文献２】特開平１０−２１９４８４号公報
【特許文献３】特開２０１０−２８０９４７号公報
【特許文献４】特開２０１５−０２５１５５号公報
【特許文献５】特開２０１５−０６７８５９号公報
【特許文献６】特開２０１７−２１８６５６号公報
【特許文献７】特開２０１８−０４００３８号公報
【特許文献８】特開２０１３−１４８３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献１〜７に記載されているように、金属材料に接液する液体にアニオン等の化学物質を注入することによって、金属材料の腐食の防止が図られている。しかし、種々の液体処理システムの中には、高濃度の塩化物イオンを含有する液体や、放射性物質を含有する液体を取り扱う装置があり、これらの因子によって腐食の感受性が高くなるため、金属材料の腐食が依然として懸念されている。
【００１６】
従来の技術では、取り扱う液体中に高濃度の塩化物イオンが存在しており、且つ、ｐＨが低い酸性条件である場合に、接液部を構成する金属材料の局部腐食、特に、すきま腐食の発生・進展を十分に抑制することができないという問題がある。
【００１７】
接液部を構成する金属材料の局部腐食を防ぐ方法としては、特許文献８に記載されているように、腐食を促進する塩化物イオン等の化学物質を除去する方法が考えられる。しかし、このような方法では、脱イオン装置、塩化物等を分離する濾過装置、化学物質を除去し易くする化学成分調整装置等の新たな追加が必要であり、装置コストが嵩むことが問題となる。
【００１８】
また、接液部を構成する金属材料の局部腐食を防ぐその他の方法としては、電気防食を行う方法や、犠牲陽極を用いる方法も考えられる。しかし、このような方法では、液体処理システムの接液部を構成する構造材が複雑になり、装置コストが嵩むし、廃棄物が発生して運用コストが高くなる問題もある。
【００１９】
各種の液体を取り扱う液体処理システムにおいて、接液部を構成する金属材料が腐食すると、金属材料の補修・交換が必要になるし、液体の漏洩等の危険もあり、システムの信頼性が損なわれる。そのため、実用的且つ簡便な手段で接液部を構成する金属材料の局部腐食が十分に抑制されるシステムが求められている。
【００２０】
そこで、本発明は、被処理液に接液する接液部の構造材が局部腐食を発生し難く、長寿命で信頼性が高い液体処理システム及び吸着システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明者らは、鋭意研究を行った結果、塩化物イオンが存在する酸性条件下では、硫酸イオンとは異なり、硝酸イオン、モリブデン酸イオン等の特定の無機イオンがステンレス鋼の局部腐食を抑制する効果を示し、これら特定の無機イオンが塩化物イオンに対して特定の濃度以上である場合に有効性が高いことを見出し、本発明を完成するに至った。
【００２２】
前記課題を解決するために本発明に係る液体処理システムは、被処理液の性質、状態又は成分量の調整を行う液体処理システムであって、前記被処理液に接液する接液部の少なくとも一部が金属材料で形成されており、前記金属材料のすきま腐食を抑制するための抑制剤を前記被処理液に注入する抑制剤注入装置を備える。
【００２３】
また、本発明に係る吸着システムは、被処理液に含まれる物質を吸着によって除去する吸着システムであって、前記被処理液に接液する接液部の少なくとも一部が金属材料で形成されており、被処理液に含まれる物質を吸着する吸着材を有する吸着塔と、前記金属材料のすきま腐食を抑制するための抑制剤を前記被処理液に注入する抑制剤注入装置と、を備える。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、被処理液に接液する接液部の構造材が局部腐食を発生し難く、長寿命で信頼性が高い液体処理システム及び吸着システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ステンレス鋼で作製したすきま付き溶接試験片の腐食試験で得られた電流−時間分極曲線である。
【図２】溶接試験片の形状を示す図である。
【図３】すきま付き溶接試験片を示す縦断面図である。
【図４】すきま付き溶接試験片の腐食試験に用いた試験装置を示す図である。
【図５】Ｓ３２７５０のすきま腐食を抑制するのに必要な硝酸カリウムの濃度と塩素濃度との関係を示す図である。
【図６】Ｓ３２７５０のすきま腐食を抑制するのに必要なモリブデン酸ナトリウムの濃度と塩素濃度との関係を示す図である。
【図７】ＳＵＳ３１６Ｌのすきま腐食を抑制するのに必要な硝酸カリウムの濃度と塩素濃度との関係を示す図である。
【図８】ＳＵＳ３１６Ｌのすきま腐食を抑制するのに必要なモリブデン酸ナトリウムの濃度と塩素濃度との関係を示す図である。
【図９】液体処理システムの一例である吸着システムの構成を示す図である。
【図１０】液体処理システムの一例である廃液処理システムの構成を示す図である。
【図１１】すきま腐食の監視に用いるすきま腐食モニタ装置の構成を示す図である。
【図１２】吸着システムの被処理液に硝酸カリウムを注入したときの腐食電流、硝酸イオンの濃度、被処理液に含まれる塩化物イオンの濃度、及び、被処理液のｐＨの時間変化を示す図である。
【図１３】吸着システムの被処理液に硫酸ナトリウムを注入したときの腐食電流、硫酸イオンの濃度、被処理液に含まれる塩化物イオンの濃度、及び、被処理液のｐＨの時間変化を示す図である。
【図１４】吸着システムの被処理液にモリブデン酸ナトリウムを注入したときの腐食電流、モリブデン酸イオンの濃度、被処理液に含まれる塩化物イオンの濃度、及び、被処理液のｐＨの時間変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の一実施形態に係る液体処理システム、及び、吸着システムについて説明する。なお、以下の各図において共通する構成については同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２７】
本実施形態に係る液体処理システムは、液体に各種の処理を行い、液体（被処理液）の性質、状態、成分量等の調整を行う装置である。この液体処理システムは、被処理液に接液する接液部の少なくとも一部が金属材料で形成されており、後記する特定の抑制剤が被処理液に注入されることによって、装置・機器の接液部を構成する金属材料について、局部腐食の発生・進展が抑制されるものである。
【００２８】
被処理液に施す処理としては、例えば、加熱や冷却、蒸発や凝縮、加圧や減圧、濃縮や希釈、溶解や凝固・析出、気−液混合や液−液混合や固−液混合、ｐＨ調整や粘度調整や成分濃度調整、成分の添加や分離・除去等の各種の処理が挙げられる。液体処理システムは、これらの処理のうち、一種を行う装置であってもよいし、複数種を行う装置であってもよい。
【００２９】
液体処理システムの具体例としては、原子炉施設で発生する放射性廃液や放射性物質で汚染された汚染土壌の洗浄によって発生する放射性廃液を処理する廃液処理システム、放射性物質を含む汚染水を処理する汚染水処理システム、液中の物質を分離・除去する吸着システム、海水淡水化システム、海水濃縮システム、海水ポンプや、その他の原子炉施設海水系システム等が挙げられる。
【００３０】
すきま腐食を抑制する対象となる接液部としては、被処理液に浸漬される部位、被処理液が当たる部位、被処理液の飛沫、液滴等が付着する部位、被処理液の蒸気が接触する部位等のいずれであってもよい。
【００３１】
すきま腐食を抑制する対象となる接液部を構成する金属材料は、システム内の装置・機器を構成する構造材や部品材であってもよいし、装置・機器に接続される配管等であってもよい。装置・機器としては、被処理液を物理的又は化学的に処理する各種の処理装置自体や、処理装置や配管に付随又は内蔵される、ポンプ、バルブ、センサ、タンク、プール等が挙げられる。
【００３２】
接液部を構成する金属材料としては、例えば、ステンレス鋼が挙げられる。ステンレス鋼としては、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、二相系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼等が挙げられる。ステンレス鋼としては、次の数式（１）で表される耐孔食指数（Pitting Resistance Equivalent：ＰＲＥ）が、１８以上である耐食性材料が好ましい。
ＰＲＥ＝％Ｃｒ＋３．３×％Ｍｏ＋１６×％Ｎ・・・（１）
【００３３】
ここで、金属材料のすきま腐食を抑制するために被処理液に注入する抑制剤について説明する。
【００３４】
図１は、ステンレス鋼で作製したすきま付き溶接試験片の腐食試験で得られた電流−時間分極曲線である。図２は、溶接試験片の形状を示す図である。図３は、すきま付き溶接試験片を示す縦断面図である。図４は、すきま付き溶接試験片の腐食試験に用いた試験装置を示す図である。
【００３５】
図１には、すきまを形成したすきま付き試験片を、塩酸でｐＨ３．５に調整した水溶液（塩化物イオン濃度：２００００ｐｐｍ）に浸漬して、電極電位：２００ｍＶに分極させて保持したときの電流値の時間変化を示す。下側の曲線は、硝酸カリウムの濃度を０．１Ｍとした結果、上側の曲線は、硝酸カリウムを非添加（０Ｍ）とした結果である。
【００３６】
すきま付き試験片は、図２に示す溶接試験片（welded metal）１００を、二相系ステンレス鋼であるＳ３２７５０を用いて作製し、その試験片にすきまを形成することによって作製した。図２の左側は、溶接試験片１００の正面図であり、右側は、溶接試験片１００の側面図である。図３は、図２に示す溶接試験片１００にすきまを形成した状態の側面図である。
【００３７】
溶接試験片１００は、幅（Ｗ）が２０．０ｍｍ、厚さ（ｔ）が２ｍｍの２枚の鋼板１００ａ，１００ｂを、Ｉ型開先で突合せ溶接することにより、長さ（Ｌ）が５０．０ｍｍとなるように作製した。溶接部１２０の長さ（ビード幅）（Ｘ）と、被溶接鋼板の長さ（ｌ）は、最大で１５ｍｍとした。
【００３８】
溶接金属は、耐孔食指数（ＰＲＥ）が高く、局部腐食に対する耐性が高い、ＵＮＳ＿Ｓ３２７５０を用いた。Ｓ３２７５０の化学組成は、Ｃ：≦０．０３０、Ｓｉ：≦０．８０、Ｍｎ：≦１．２０、Ｐ：≦０．０３５、Ｓ：≦０．０２０、Ｎｉ：６．０〜８．０、Ｃｒ：２４．０〜２６．０、Ｍｏ：３．０〜５．０、Ｃｕ≦：０．５０、Ｎ：０．２４〜０．３２である。ＰＲＥ（＝％Ｃｒ＋３．３×％Ｍｏ＋１６×％Ｎ）≧４１である。
【００３９】
溶接試験片１００は、溶接部１２０を設けた下部側の長さ３０．０ｍｍの部分が試験溶液に接触するように、上部側の長さ２０．０ｍｍの部分を、耐薬品性であるＰＴＦＥ製の絶縁テープで被覆した。試験片の表面は、受け入れままとして、研磨、不動態化処理等は行わず、アセトンによる洗浄のみを施した。
【００４０】
図３に示すように、すきま付き試験片１５０は、溶接試験片１００の表面に印象材１３０ですきまを形成することによって作製した。印象材１３０としては、ビニルシリコーン製の歯科用印象材（ジーシー社製）を用いた。
【００４１】
はじめに、溶接部１２０の表面に印象材１３０を押し付けて、溶接ビードの表面の型を採り、印象材１３０を溶接試験片１００から一旦剥がした。そして、印象材１３０の周囲を除去して、長さが２０．０ｍｍ、幅が２０．０ｍｍの型採り部分のみを切り出した。続いて、切り出した印象材１３０を溶接ビードの表面に再び型合わせし、溶接試験片１００と印象材１３０の周りに絶縁テープを巻き付けた。そして、印象材１３０の上下をフッ素樹脂製のケーブルタイで固定して、溶接試験片１００の表面と印象材１３０との間にすきまを形成した。
【００４２】
腐食試験は、図４に示すように、恒温浴２００、電解槽２１０、電極槽２２０、試験電極２０１、対極２０２、基準電極２０３、及び、ポテンシオスタット２５０を組み合わせた測定装置を用いて行った。
【００４３】
試験電極２０１としては、すきま付き溶接試験片（図３参照）に導線を接続したものを用いた。対極２０２としては、白金電極を用いた。基準電極２０３としては、銀−塩化銀電極を用いた。電解槽２１０には、槽内の試験溶液に不活性ガスをバブリングして脱気するために、通気管２３０を取り付けた。電解槽２１０と電極槽２２０とは、塩橋２４０を介して接続して恒温浴２００に入れた。
【００４４】
対極２０２は、電解槽２１０に入れて試験溶液に浸漬させた。基準電極２０３は、電極槽２２０に入れて試験溶液に浸漬させた。試験溶液の温度は、４０℃とした。電解槽２１０に不活性ガスを通気して試験溶液を脱気した後、不活性ガスの供給を停止し、すきま付き溶接試験片で作製した試験電極２０１を電解槽２１０に入れて試験溶液に浸漬させた。
【００４５】
試験電極２０１と対極２０２との間の電位差は、ポテンシオスタット２５０で２００ｍＶに保持した。ポテンシオスタット２５０によって、２０００時間にわたって腐食電流の測定を行い、すきま付き試験片についての電流−時間分極曲線を得た。
【００４６】
図１に示すように、硝酸カリウムを非添加（０Ｍ）とした場合には、電圧を印加して１〜２分後に、電流値の立ち上がりが確認された。図に矢印で示す電流値の反転上昇は、すきま腐食の発生によるものであり、その後の電流値の漸進的な上昇は、すきま腐食が進展していることを示しているといえる。
【００４７】
これに対し、硝酸カリウムの濃度を０．１Ｍとした場合には、電流値の立ち上がりが確認されなかった。この結果は、試験溶液への硝酸カリウムの添加によって、Ｓ３２７５０のすきま腐食が抑制されたことを示しているといえる。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
【表２】
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【００５０】
表１は、二相系ステンレス鋼であるＳ３２７５０について、すきま腐食を抑制するのに必要な無機イオンの濃度を、腐食試験によって調べた結果を示している。表２は、オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３１６Ｌについて、すきま腐食を抑制するのに必要な無機イオンの濃度を、腐食試験によって調べた結果を示している。
【００５１】
表１及び表２に示す結果は、所定の耐食性材料を用いてすきま付き溶接試験片（図３参照）を作製し、図４に示す測定装置を用いて電流−時間分極曲線を得て、すきま腐食の発生及び抑制を調べたものである。必要濃度は、すきま腐食を抑制するのに必要な抑制剤の最小の濃度を意味する。この必要濃度は、電流−時間分極曲線上で観測される電流値の反転上昇（図１の矢印参照）の有無に基づいて求めたものである。
【００５２】
すきま腐食を抑制するための抑制剤としては、硝酸カリウムの水溶液、又は、モリブデン酸ナトリウムの水溶液を用いた。腐食試験は、試験溶液の塩化物イオンの濃度（塩素濃度）とｐＨを変えて、種々の条件で行った。試験電極と対極との間の電位差は２００ｍＶの定電圧に維持し、２０００時間にわたって腐食電流の測定を行って必要濃度を求めた。
【００５３】
図５は、Ｓ３２７５０のすきま腐食を抑制するのに必要な硝酸カリウムの濃度と塩素濃度との関係を示す図である。図６は、Ｓ３２７５０のすきま腐食を抑制するのに必要なモリブデン酸ナトリウムの濃度と塩素濃度との関係を示す図である。図７は、ＳＵＳ３１６Ｌのすきま腐食を抑制するのに必要な硝酸カリウムの濃度と塩素濃度との関係を示す図である。図８は、ＳＵＳ３１６Ｌのすきま腐食を抑制するのに必要なモリブデン酸ナトリウムの濃度と塩素濃度との関係を示す図である。
【００５４】
表１〜２、及び、図５〜８に示すように、すきま腐食を抑制するのに必要な最小の濃度（必要濃度）は、すきまが形成される金属材料の種類や、液体のｐＨや、塩化物イオンの濃度（塩素濃度）や、注入する抑制剤の種類によって異なることが分かる。塩化物イオンの濃度が高いほど、抑制剤の必要濃度も高くなっている。また、ｐＨが３．０〜６．０の範囲では、ｐＨが６．０〜８．０の範囲と比較して抑制剤の必要濃度が高くなっている。
【００５５】
従来、すきま腐食を抑制する方法としては、特許文献１に記載されているように、金属材料に接液する液体中に硫酸イオンを存在させる方法が知られている。すきま内はプラスに帯電しており、電荷を中和するためにマイナス電荷がすきま内に泳動するが、すきま腐食を起こす原因物質である塩化物イオンは、マイナス電荷を持っているため、塩化物イオンがすきま内に移動して、すきま腐食が引き起こされる。これに対し、硫酸イオンのように、塩化物イオン以外のアニオンを共存させると、相対的にすきま内に移動する塩化物イオンが減少し、すきま腐食が抑制される。
【００５６】
本発明者らが、各種の無機イオンについて、すきま腐食を抑制するのに必要な濃度を腐食試験によって調べたところ、硝酸イオンやモリブデン酸イオンでは、すきま腐食を抑制する高い効果が確認されたが、硫酸イオンでは、すきま腐食を抑制する十分な効果が確認されなかった。高い酸化力を有する硝酸イオンや、表面への吸着性・沈殿性が高いモリブデン酸イオンは、硫酸イオンと比較して不動態皮膜を形成し易い性質があるため、すきま腐食の抑制に有効であると考えられる。
【００５７】
したがって、金属材料のすきま腐食を抑制するために被処理液に注入する抑制剤としては、硝酸イオンを含有する液体、モリブデン酸イオンを含有する液体、硝酸塩、モリブデン酸塩等が好ましい。抑制剤を形成する対カチオンとしては、例えば、ナトリウムイオン、リチウムイオン、カリウムイオン、アンモニウムイオン等が挙げられるが、特に制限されるものではない。対カチオンとしては、溶解性や入手性等の観点から、ナトリウムイオンが好ましい。
【００５８】
また、構造材を形成する金属材料に接液する被処理液は、塩化物イオンの濃度が、２００００ｐｐｍ以下であることが好ましく、５０００ｐｐｍ以上２００００ｐｐｍ以下であることがより好ましい。塩化物イオンの濃度が２００００ｐｐｍ以下であると、被処理液のｐＨが３．０前後と低い場合であっても、すきま腐食を少量の抑制剤で確実に抑制することができる。また、塩化物イオンの濃度が５０００ｐｐｍ以上であると、すきま腐食の感受性が増大し、抑制剤がより有効に利用されることになる。
【００５９】
次に、すきま腐食を抑制するための抑制剤を用いる液体処理システムの具体例について説明する。
【００６０】
図９は、液体処理システムの一例である吸着システムの構成を示す図である。
図９には、抑制剤を用いる液体処理システムの一例として、放射性物質を含む汚染水を処理する多段式の吸着システムを例示する。図９に示すように、吸着システム１は、供給管５と、ｐＨ調整剤注入装置１０と、複数の吸着塔１１，１２，１３，１４と、抑制剤注入装置２０と、センサユニット３０と、除去塔（除去装置）４０と、を備えている。
【００６１】
吸着システム１は、汚染水（被処理液）に含まれる放射性物質を吸着によって分離・除去する装置である。被処理液としては、原子炉施設で発生した汚染水、除染時に発生した汚染水等が処理される。汚染水は、濾過処理、炭酸塩沈殿処理、鉄共沈処理等の前処理をされた後に、供給管５を通じて吸着塔１１に送られ、直列状に備えられた複数の吸着塔１１〜１４によって、順次、吸着処理されて処理液が回収される。
【００６２】
吸着塔１１〜１４は、それぞれ、所定の放射性核種を除去するための吸着材を内蔵している。吸着材としては、除去の対象となる放射性核種に応じて、適宜の吸着材が用いられる。吸着システム１で除去の対象となる放射性核種としては、Ｃｓ−１３４、Ｃｓ−１３７、Ｓｒ−８９、Ｓｒ−９０、Ｉ−１２９、Ｃｏ−６０、Ｓｂ−１２５、Ｒｕ−１０６、Ｈ−３（Ｔ）等がある。
【００６３】
吸着材の具体例としては、陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂、キレート樹脂、ゼオライト、活性炭、酸化マグネシウム、酸化チタン、シリカ、チタン酸塩、珪チタン酸塩、水酸化鉄、フェロシアン化合物等が挙げられる。
【００６４】
吸着塔１１〜１４は、陽イオン交換樹脂、キレート樹脂等の陽イオン交換型の吸着材を少なくとも備えていることが好ましい。このような吸着材を備えている場合、被処理液が酸性条件に調整されるため、すきま腐食の感受性が増大し、抑制剤がより有効に利用されることになる。
【００６５】
吸着塔１１〜１４の配列の具体例としては、第１吸着塔１１にキレート樹脂、第２吸着塔１２に酸化マグネシウム、第３吸着塔１３にイオン交換樹脂、第４吸着塔１４にゼオライトを内蔵した配列等が挙げられる。キレート樹脂によると、錯体化によってＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ等が捕捉される。酸化マグネシウムによると、水和反応によってトリチウム（Ｔ）等が捕捉される。イオン交換樹脂によると、イオン交換によってＣｅ、Ｓｒ等の各種のイオンが捕捉される。ゼオライトによると、分子篩・イオン交換によってＣｅ、Ｓｒ、Ｉ等が捕捉される。
【００６６】
吸着システム１において、吸着塔１１の上流の供給管５には、被処理液のｐＨを低下させるためのｐＨ調整剤を注入するｐＨ調整剤注入装置１０が備えられている。ｐＨ調整剤注入装置１０は、ｐＨ調整剤を貯蔵するタンク、ｐＨ調整剤を被処理液に注入するポンプ等を備えている。被処理液は、ｐＨ調整剤を注入されることによって、吸着処理に適したｐＨに調整される。例えば、キレート樹脂の反応に必要なｐＨ３．５等の酸性条件に調整されてから、吸着塔１１〜１４に送られる。
【００６７】
吸着システム１に備えられる各吸着塔や、吸着塔の内蔵物や、吸着塔に接続する配管は、主要部が金属材料によって形成される。金属材料としては、ステンレス鋼が用いられることが多く、耐食性に優れた二相系ステンレス鋼や、オーステナイト系ステンレス鋼が一般的に用いられる。
【００６８】
吸着システム１に備えられる吸着塔の壁部の内面、吸着材の支持部の表面、吸着塔内の仕切部の表面、吸着塔に接続する配管の内面等は、被処理液に接液する接液部であるため、金属材料の腐食を防止すべき部位である。特に、被処理液が酸性条件に調整される場合や、被処理液の塩化物イオンの濃度が高い場合や、被処理液に放射性物質が含まれる場合には、金属材料のすきま腐食の感受性が高くなるため、接液部を構成する金属材料について、すきま腐食の発生・進展が懸念される。
【００６９】
そのため、吸着システム１には、金属材料のすきま腐食を抑制するための抑制剤を被処理液に注入する抑制剤注入装置２０が、吸着塔１１の上流の供給管１０に備えられている。抑制剤注入装置２０は、抑制剤を貯蔵するタンク、抑制剤を被処理液に注入するポンプ等を備えることができる。被処理液は、抑制剤を注入されてから、吸着塔１１〜１４に向けて送られ、被処理液の通液に伴う、すきま腐食の発生・進展が抑制される。
【００７０】
なお、図９において、抑制剤注入装置２０は、吸着塔１１の上流の供給管１０に備えられているが、抑制剤注入装置２０は、吸着塔１１〜１４同士を接続する配管や、吸着塔１４の下流の配管や、吸着塔１１〜１４の内部に備えてもよい。
【００７１】
また、図９において、抑制剤注入装置２０は、供給管１０のｐＨ調整剤注入装置１０の上流側に備えられているが、抑制剤注入装置２０は、ｐＨ調整剤注入装置１０の下流側に備えてもよい。但し、ｐＨを低下させるｐＨ調整剤を被処理液に注入すると、すきま腐食の発生・進展が促進されるため、抑制剤注入装置２０は、ｐＨ調整剤注入装置１０の上流側に備えることが好ましい。
【００７２】
吸着システム１において、吸着塔１１の上流の供給管５のうち、抑制剤の薬注位置及びｐＨ調整剤の薬注位置の下流の区間には、被処理液の性質について計測を行うセンサユニット３０を備えることができる。センサユニット３０としては、被処理液のｐＨを計測するｐＨセンサ、被処理液に含まれる塩化物イオンの濃度を計測する塩素センサ、被処理液に注入した抑制剤の濃度を計測するイオンセンサ等を備えることができる。
【００７３】
塩素センサやイオンセンサとしては、例えば、計測するイオン種に応じて、隔膜式のイオン選択電極を備えるイオンセンサを用いることができる。但し、被処理液のイオン強度や妨害イオンの濃度によっては、正確な濃度の計測が困難になる場合がある。このような場合、予め求めておいた誤差範囲を反映したデータベースを用いて計算する方法や、選択係数を用いて補正する方法等を用いることができる。
【００７４】
抑制剤注入装置２０は、被処理液に注入する抑制剤の量が、一定的（定流量）に制御されてもよいし、可変的に制御されてもよい。また、抑制剤注入装置２０は、抑制剤を被処理液に連続的に注入してもよいし、間欠的に注入してもよい。通常、抑制剤は、吸着処理時に被処理液に注入するが、吸着システム１の保守時、例えば、残液を除去するために行われる吸着塔１１〜１４への通水時等に注入してもよい。
【００７５】
抑制剤注入装置２０は、被処理液をセンサユニット３０で計測することによって、被処理液のｐＨと塩化物イオンの濃度とに基づいて予め規定された量の抑制剤を注入するように制御することが好ましい。センサユニット３０による計測は、任意のサンプリング間隔で行うことができる。
【００７６】
抑制剤の注入量は、センサユニット３０による計測の結果に応じて、必要濃度の抑制剤が被処理液中に存在した状態になるように制御することができる。塩化物イオン濃度毎の抑制剤の必要濃度をデータとして含むデータベースや、塩化物イオン濃度に対する抑制剤の必要濃度の量的関係を示す関係式等を予め腐食試験を行って用意しておき、これらを用いて可変的に注入量を制御することができる。
【００７７】
抑制剤注入装置２０をｐＨと塩化物イオンの濃度とに基づいて予め規定された量を注入するように制御すると、過不足が少ない抑制剤で確実にすきま腐食の発生・進展を抑制しつつ、抑制剤の添加量を抑制することができる。そのため、すきま腐食の防止に要するコストを削減することができる。また、被処理液に混入する抑制剤の成分の量が少なくなるため、吸着塔や除去塔の負荷が軽減される。また、被処理液が放射性物質を含む液体である場合には、最終的な放射性物質の廃棄量が少なく抑えられる。
【００７８】
具体的には、被処理液に接液する接液部の金属材料が二相系ステンレス鋼であり、被処理液が、ｐＨが６．０未満である場合、硝酸イオンのモル濃度と塩化物イオンのモル濃度との比が０．１６以上に調整されるか、又は、モリブデン酸イオンのモル濃度と塩化物イオンのモル濃度との比が０．１以上に調整されることが好ましい。
【００７９】
このような場合、抑制剤の注入量や金属材料の腐食を抑制する観点からは、硝酸イオンのモル濃度と塩化物イオンのモル濃度との比や、モリブデン酸イオンのモル濃度と塩化物イオンのモル濃度との比は、１．０未満がより好ましく、０．５未満が更に好ましく、０．２未満が更に好ましい。
【００８０】
また、被処理液に接液する接液部の金属材料が二相系ステンレス鋼であり、被処理液が、ｐＨが６．０以上８．０以下である場合、硝酸イオンのモル濃度と塩化物イオンのモル濃度との比が０．０２以上に調整されるか、又は、モリブデン酸イオンのモル濃度と塩化物イオンのモル濃度との比が０．００７以上に調整されることが好ましい。
【００８１】
このような場合、抑制剤の注入量や金属材料の腐食を抑制する観点からは、硝酸イオンのモル濃度と塩化物イオンのモル濃度との比や、モリブデン酸イオンのモル濃度と塩化物イオンのモル濃度との比は、１．０未満がより好ましく、０．５未満が更に好ましく、０．２未満が更に好ましく、０．１未満が更に好ましく、０．０５未満が更に好ましい。
【００８２】
一方、被処理液に接液する接液部の金属材料がオーステナイト系ステンレス鋼であり、被処理液が、ｐＨが６．０未満である場合、硝酸イオンのモル濃度と塩化物イオンのモル濃度との比が０．４６以上に調整されるか、又は、モリブデン酸イオンのモル濃度と塩化物イオンのモル濃度との比が０．２以上に調整されることが好ましい。
【００８３】
このような場合、抑制剤の注入量や金属材料の腐食を抑制する観点からは、硝酸イオンのモル濃度と塩化物イオンのモル濃度との比や、モリブデン酸イオンのモル濃度と塩化物イオンのモル濃度との比は、２．０未満がより好ましく、１．５未満が更に好ましく、１．０未満が更に好ましい。
【００８４】
また、被処理液に接液する接液部の金属材料がオーステナイト系ステンレス鋼であり、被処理液が、ｐＨが６．０以上８．０以下である場合、硝酸イオンのモル濃度と塩化物イオンのモル濃度との比が０．２以上に調整されるか、又は、モリブデン酸イオンのモル濃度と塩化物イオンのモル濃度との比が０．１以上に調整されることが好ましい。
【００８５】
このような場合、抑制剤の注入量を抑制する観点からは、硝酸イオンのモル濃度と塩化物イオンのモル濃度との比や、モリブデン酸イオンのモル濃度と塩化物イオンのモル濃度との比は、２．０未満がより好ましく、１．０未満が更に好ましく、０．５未満が更に好ましく、０．２未満が更に好ましい。
【００８６】
吸着システム１において、吸着塔１１〜１４の下流には、抑制剤が注入された被処理液から、注入された抑制剤の成分を除去するために、除去塔４０を備えることができる。被処理液に抑制剤が注入されると、抑制剤の成分であるアニオン、カチオン等の濃度が上昇する。除去塔４０を備えると、このような抑制剤の成分が吸着塔１１〜１４で分離・除去されない場合であっても、処理液が放流される以前に、抑制剤の成分を分離・除去することができる。
【００８７】
除去塔４０としては、抑制剤の成分として硝酸イオンを用いる場合、イオン交換法、吸着法、膜分離法、触媒脱膣法等を利用した装置を用いることができる。イオン交換体としては、イオン選択性や反応効率の観点から、疎水性が高いイオン交換基を有する短繊維の樹脂が好ましく用いられる。吸着材としては、例えば、ゼオライト、活性炭等を用いることができる。硝酸イオンは、白金触媒、銅担持触媒、低結晶性鉄粉等でアンモニア性窒素に還元してから処理してもよい。
【００８８】
また、除去塔４０としては、抑制剤の成分としてモリブデン酸イオンを用いる場合、イオン交換法、吸着法、膜分離法等を利用した装置を用いることができる。イオン交換体としては、例えば、四級アンモニウム等を交換基として有する強塩基性陰イオン交換樹脂、一級アンモニウムや二級アンモニウム等を交換基として有する弱塩基性陰イオン交換樹脂、ポリアミン等を交換基として有するキレート型陰イオン交換樹脂等を用いることができる。
【００８９】
以上の吸着システム１によると、吸着塔に送られる被処理液に、すきま腐食を抑制するための抑制剤を注入することができる。そのため、吸着塔等に送られる被処理液が酸性条件となるように調整されたとしても、接液部を構成する金属材料について、すきま腐食の発生・進展を抑制することができる。また、すきま腐食が抑制されるため、引張応力等が加わったとしても、応力腐食割れが発生し難くなる。システム内の装置・機器の損傷や、被処理液の漏洩等が長期間にわたって低減するようになり、装置・機器の補修・交換が軽減される。よって、被処理液に接液する接液部の構造材が局部腐食を発生し難く、長寿命で信頼性が高い吸着システムを提供することができる。抑制剤によって局部腐食が抑制されるため、構造材に極端に高い耐食性が要求されなくなり、汎用金属材料の使用が可能になるため、コストを削減することができる。
【００９０】
図１０は、液体処理システムの一例である廃液処理システムの構成を示す図である。
図１０には、抑制剤を用いる液体処理システムの一例として、放射性廃液を処理する廃液処理システムを例示する。図１０に示すように、廃液処理システム２は、油分除去装置２１と、濾過装置２２と、第１蒸発濃縮装置２３と、吸着装置２４と、保管槽２５と、塩素除去装置２６と、塩素回収装置２７と、第２蒸発濃縮装置２８と、ｐＨ調整剤注入装置１０と、抑制剤注入装置２０と、センサユニット３０と、除去塔（除去装置）４０と、を備えている。
【００９１】
廃液処理システム２は、放射性廃液（被処理液）に含まれる放射性物質を分別し、放射性廃液を濃縮・減容・低線量化して回収する装置である。放射性廃液としては、原子炉施設で発生する高レベル放射性廃液や、放射性物質で汚染された汚染土壌の洗浄によって発生する廃液等が処理される。放射性廃液は、油分除去装置２１、濾過装置２２、第１蒸発濃縮装置２３、塩素除去装置２６、除去塔４０、第２蒸発濃縮装置２８に順に送られ、水、塩素分等の再利用可能な物質が回収されると共に容積が減容されて、揮発性が低い放射性物質が濃縮された濃縮廃液が回収される。
【００９２】
油分除去装置２１は、被処理液に含まれる油分、粗大な浮遊物や懸濁物等を分離・除去する。油分除去装置２１としては、例えば、加圧浮上分離装置、油水分離セパレータ等が用いられる。油分等と共に一部の放射性物質が分離・除去された被処理液は、濾過装置２２に送られる。
【００９３】
濾過装置２２は、被処理液に残留している微小な浮遊物や懸濁物等を濾過の原理で分離・除去する。濾過装置２２としては、膜分離装置、砂濾過装置等が用いられる。微小な浮遊物や懸濁物等と共に一部の放射性物質が分離・除去された被処理液は、第１蒸発濃縮装置２３に送られる。
【００９４】
第１蒸発濃縮装置２３は、放射性物質を含む被処理液を蒸発させて、液体の被処理液を減容し、揮発性が低い放射性物質を被処理液中に濃縮する。放射性物質の大半は、不揮発性であるため、被処理液が蒸発しても液相に残って濃縮される。蒸発濃縮装置としては、例えば、蒸気圧縮式の装置等が用いられる。被処理液から蒸発した蒸気は、凝縮されて凝縮液（凝縮水）となり、吸着装置２４に送られる。一方、放射性物質が濃縮された被処理液は、保管槽２５に送られる。
【００９５】
吸着装置２５は、被処理液から分離された凝縮液に含まれる放射性物質を分離・除去する。吸着装置２５としては、吸着材として、陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂、キレート樹脂、ゼオライト、活性炭、酸化マグネシウム、酸化チタン、シリカ、チタン酸塩、珪チタン酸塩、水酸化鉄、フェロシアン化合物等を備えた装置や、前記の吸着システム１と同様の構成の装置が用いられる。放射性物質が分離・除去された凝縮液は、海洋等に放流されるか再利用される。
【００９６】
保管槽２５は、濃縮された被処理液を一時的に保管する。廃液処理システム２には、二段の蒸発濃縮装置２３，２８が備えられている。第一段目の第１蒸発濃縮装置２３で減容された被処理液は、保管槽２５に一時的に保管され、所定の段階で第２蒸発濃縮装置２８に向けて払い出され、更に濃縮・減容される。保管槽２５に保管されている被処理液は、はじめに、塩素除去装置２６に送られる。
【００９７】
塩素除去装置２６は、被処理液に含まれる塩化物イオンを分離・除去する。塩素除去装置２６としては、例えば、電解装置等が用いられる。電解装置では、塩化物イオンを含む被処理液が、水素ガスと次亜塩素酸とが発生するように電気分解される。次亜塩素酸は、酸の注入によって酸性条件に調整されて、塩素ガスに変換される。塩素ガスは、塩素回収装置２７に送られる。一方、塩素分が分離・除去された被処理液は、除去塔４０に送られ、除去塔４０から第２蒸発濃縮装置２８に送られる。
【００９８】
塩素回収装置２７は、被処理液から分離された塩素分である塩素ガスを固定化して回収する。塩素ガスは、例えば、洗浄塔等で塩酸に変換する方法や、水酸化ナトリウム等のアルカリ溶液で沈殿させて塩化物や次亜塩素酸塩等に変換する方法によって回収される。また、塩素除去装置２６に残留した塩化物イオンは、硝酸銀や硫酸銀で沈殿させて塩化銀に変換する方法によって回収される。
【００９９】
第２蒸発濃縮装置２８は、第１蒸発濃縮装置２３と同様に、放射性物質を含む被処理液を蒸発させて、液体の被処理液を減容し、揮発性が低い放射性物質を更に濃縮する。蒸発濃縮装置としては、真空蒸発圧縮型の装置等が用いられる。放射性物質が濃縮された被処理液は、濃縮廃液として回収され、固化体化されて貯蔵される。
【０１００】
廃液処理システム２において、塩素除去装置２６の上流には、被処理液のｐＨを低下させるためのｐＨ調整剤を注入するｐＨ調整剤注入装置１０が備えられている。ｐＨ調整剤注入装置１０は、ｐＨ調整剤を貯蔵するタンク、ｐＨ調整剤を被処理液に注入するポンプ等を備えている。被処理液は、ｐＨ調整剤を注入されて、被処理液に含まれる塩素分を塩素ガスに変換するのに適したｐＨに調整される。
【０１０１】
廃液処理システム２に備えられる各装置・機器や、装置・機器の内蔵物や、装置・機器に接続する配管は、主要部が金属材料によって形成される。金属材料としては、ステンレス鋼が用いられることが多く、耐食性に優れた二相系ステンレス鋼や、オーステナイト系ステンレス鋼が一般的に用いられる。
【０１０２】
廃液処理システム２に備えられる各装置・機器の壁部の内面、装置・機器の内蔵物の表面、装置・機器に接続する配管の内面等は、被処理液に接液する接液部であるため、金属材料の腐食を防止すべき部位である。特に、被処理液が酸性条件に調整される場合や、被処理液の塩化物イオンの濃度が高い場合や、被処理液に放射性物質が含まれる場合には、金属材料のすきま腐食の感受性が高くなるため、接液部を構成する金属材料について、すきま腐食の発生・進展が懸念される。
【０１０３】
そのため、廃液処理システム２には、金属材料のすきま腐食を抑制するための抑制剤を被処理液に注入する抑制剤注入装置２０が、第１蒸発濃縮装置２３の下流、且つ、保管槽２５の上流の区間に備えられている。抑制剤注入装置２０は、抑制剤を貯蔵するタンク、抑制剤を被処理液に注入するポンプ等を備えることができる。被処理液は、抑制剤を注入されてから、第２蒸発濃縮装置２８に向けて送られ、被処理液の通液に伴う、すきま腐食の発生・進展が抑制される。
【０１０４】
図１０に示すように、抑制剤注入装置２０を、第１蒸発濃縮装置２３の下流、且つ、保管槽２５の上流の区間に備えると、塩化物イオンを含む放射性廃液が濃縮されて、被処理液の塩化物イオンの濃度が高くなった場合であっても、保管槽２５を含む第１蒸発濃縮装置２３の下流において、すきま腐食の発生・進展を抑制することができる。
【０１０５】
図１０に示すように、ｐＨ調整剤注入装置１０は、保管槽２５の下流、且つ、塩素除去装置２６の上流の区間に備えることが好ましい。このような配置によると、ｐＨ調整剤として塩素等を用いる場合であっても、濃縮された被処理液が保管されている間に、保管槽２５の壁部の内面、保管槽２５の内蔵物の表面等が、高濃度の塩化物イオンやｐＨが低い酸性条件に晒されるのを避けることができる。そのため、濃縮された被処理液を長期間にわたって保管するような場合であっても、保管槽２５において、すきま腐食の発生・進展を抑制することができる。
【０１０６】
廃液処理システム２において、第１蒸発濃縮装置２３の下流、且つ、塩素除去装置２６の上流の区間のうち、抑制剤の薬注位置及びｐＨ調整剤の薬注位置の下流の区間には、被処理液の性質について計測を行うセンサユニット３０を備えることができる。センサユニット３０としては、吸着システム１と同様に、ｐＨセンサ、塩素センサ、イオンセンサ等を備えることができる。
【０１０７】
抑制剤注入装置２０は、被処理液に注入する抑制剤の量が、一定的（定流量）に制御されてもよいし、可変的に制御されてもよい。また、抑制剤注入装置２０は、抑制剤を被処理液に連続的に注入してもよいし、間欠的に注入してもよい。
【０１０８】
抑制剤注入装置２０は、被処理液をセンサユニット３０で計測することによって、被処理液のｐＨと塩化物イオンの濃度とに基づいて予め規定された量の抑制剤を注入するように制御することが好ましい。センサユニット３０による計測は、任意のサンプリング間隔で行うことができる。抑制剤の注入量は、吸着システム１と同様に、センサユニット３０による計測の結果に応じて制御することができる。
【０１０９】
廃液処理システム２において、抑制剤の薬注位置及びｐＨ調整剤の薬注位置の下流の区間には、吸着システム１と同様に、抑制剤が注入された被処理液から、注入された抑制剤の成分を除去するために、除去塔４０を備えることができる。除去塔４０を備えると、このような抑制剤の成分を、濃縮される被処理液から分離・除去することができる。
【０１１０】
以上の廃液処理システム２によると、蒸発濃縮された被処理液に、すきま腐食を抑制するための抑制剤を注入することができる。そのため、放射性廃液を発生する放射性物質の塩素化処理、原子炉施設等における海水の利用等が原因で、塩化物イオンを含む放射性廃液が処理に供され、濃縮によって被処理液の塩化物イオンの濃度が高くなったり、被処理液が酸性条件となるように調整されたりしたとしても、接液部を構成する金属材料について、すきま腐食の発生・進展を抑制することができる。また、すきま腐食が抑制されるため、引張応力等が加わったとしても、応力腐食割れが発生し難くなる。システム内の装置・機器の損傷や、被処理液の漏洩等が長期間にわたって低減するようになり、装置・機器の補修・交換が軽減される。よって、被処理液に接液する接液部の構造材が局部腐食を発生し難く、長寿命で信頼性が高い液体処理システムを提供することができる。抑制剤によって局部腐食が抑制されるため、構造材に極端に高い耐食性が要求されなくなり、汎用金属材料の使用が可能になるため、コストを削減することができる。
【０１１１】
次に、金属材料のすきま腐食を監視するために用いるすきま腐食モニタ装置について、図を参照しながら説明する。
【０１１２】
図１１は、すきま腐食の監視に用いるすきま腐食モニタ装置の構成を示す図である。
図１１に示すように、すきま腐食モニタ装置３００は、すきま付き金属電極３１０と、対極３２０と、参照電極３３０と、ポテンシオスタット３４０と、を備えている。
【０１１３】
すきま腐食モニタ装置３００は、接液部を構成する金属材料に発生するすきま腐食を、すきま付き金属電極３１０に流れる腐食電流によって検出するための装置である。
【０１１４】
すきま腐食モニタ装置３００は、吸着システム１や廃液処理システム２をはじめとする液体処理システム中の接液部、すなわち、各装置・機器の壁部の内面、装置・機器の内蔵物の表面、装置・機器に接続する配管の内面等に設置することができる。
【０１１５】
図１１に示すように、すきま付き金属電極３１０、対極３２０、及び、参照電極３３０は、接液部を構成する構造材３０１を貫通するように固定される。各電極の先端側は、被処理液が存在する内部空間３０２に露出し、被処理液に接液する状態で支持される。各電極の基端側は、構造材３０１の外部空間３０３において、六角ボルトナット等の締結具３５０で固定される。各電極と構造材３０１や締結具３５０との間は、不図示の絶縁材によって電気的に絶縁される。
【０１１６】
すきま付き金属電極３１０としては、監視の対象とする金属材料と同じ材料で形成された金属電極を用いる。金属電極には、すきま形成材３５１を装着することによって、すきまを形成する。すきま形成材３５１が装着された先端側を、構造材３０１の内部空間３０２に露出させて、すきま腐食を引き起こす被処理液に接触させる。
【０１１７】
すきま形成材３５１としては、適宜の部材を用いることができる。例えば、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂、シリコーン樹脂等の絶縁物を、電極の表面を被覆する形態で用いて、すきまを形成することができる。或いは、チタン製のボルトナット、チタン製のワッシャ等を、電極の表面に締結する形態で用いて、すきまを形成することもできる。或いは、図３と同様の方法で作製したすきま付き試験片を用いてもよい。
【０１１８】
対極３２０としては、例えば、白金電極を用いることができる。参照電極３３０としては、例えば、銀−塩化銀電極を用いることができる。対極３２０の先端や、液絡３５２が設けられた参照電極３３０の先端側を、構造材３０１の内部空間３０２に露出させて、すきま腐食を引き起こす被処理液に接触させる。
【０１１９】
ポテンシオスタット３４０は、すきま付き金属電極３１０の電極電位を維持すると共に、電流測定機能によって、すきま付き金属電極３１０と対極３２０との間を流れる腐食電流を計測する。電極間を流れる電流値の信号は、例えば、前記の抑制剤注入装置２０を制御する制御機に出力することができる。電極間を流れる電流値が所定の閾値を超えたときに、すきま腐食が発生したとして、被処理液に対する抑制剤の注入を開始することができる。
【０１２０】
ポテンシオスタット３４０としては、対極接地型の装置、及び、作用極設置型の装置のいずれを用いることもできるが、対極接地型の装置を用いることが好ましい。対極接地型の装置であると、すきま付き金属電極３１０やシステム回路の接地・絶縁の状態に大きく左右されることなく、正しい電位を測定することができる。
【０１２１】
このような、すきま腐食モニタ装置３００によると、接液部を構成する構造材に発生するすきま腐食を、腐食電流の変化によって簡便に検出することができる。吸着システム１や廃液処理システム２をはじめとする液体処理システム中の接液部、すなわち、各装置・機器の壁部の内面、装置・機器の内蔵物の表面、装置・機器に接続する配管の内面等に、簡単な構造によって設けることができるため、各箇所で発生するすきま腐食を適時に検出して、抑制剤の注入量・注入頻度を削減することができる。そのため、被処理液への抑制剤の成分の混入の防止や、抑制剤の節約を図ることができる。
【０１２２】
次に、接液部を構成する構造材の腐食試験を、液体処理システムの一例である吸着システム内で行った結果を示す。
【０１２３】
図１２は、吸着システムの被処理液に硝酸カリウムを注入したときの腐食電流、硝酸イオンの濃度、被処理液に含まれる塩化物イオンの濃度、及び、被処理液のｐＨの時間変化を示す図である。
図１２には、図９に示す吸着システムにおいて、被処理液を処理する際に、ｐＨ調整剤として塩酸と、すきま腐食を抑制するための抑制剤として硝酸カリウムの溶液とを注入した場合の腐食電流、硝酸イオンの濃度、塩化物イオンの濃度、及び、ｐＨの時間変化を示す。
【０１２４】
腐食電流は、吸着システム内にすきま腐食モニタ装置（図１１参照）を設置し、すきま付き金属電極を参照電極に対して２００ｍＶに分極させて保持したときに、すきま付き金属電極と対極との間に流れた電流である。すきま付き金属電極としては、Ｓ３２７５０で形成された金属電極を用いた。
【０１２５】
図１２に示すように、初期の被処理液の塩化物イオンの濃度は、２００００ｐｐｍ前後で推移した。また、被処理液のｐＨは、３．５前後で推移した。腐食試験を開始して第３日目までは、すきま腐食モニタ装置によって、５〜７ｍＡの比較的大きな電流が計測された。第３日目までは、塩素濃度が高い酸性条件の下で、Ｓ３２７５０のすきま腐食が進行して、腐食電流が観測されたものと考えられる。
【０１２６】
続いて、第３日目に、硝酸カリウムの注入を開始し、硝酸イオンの濃度を０．１Ｍに調整した。その結果、電流値が低下をはじめ、第５日目以降に略０ｍＡになった。この結果から、Ｓ３２７５０のすきま腐食の進行が、硝酸カリウムの注入によって停止したことが分かる。第９〜１０日目に、塩化物イオンの濃度が５０００ｐｐｍ前後に低下した時点で、硝酸イオンの濃度を段階的に必要濃度（表１参照）まで下げていったところ、電流値の上昇は計測されず、すきま腐食が抑制され続けることが確認された。
【０１２７】
図１３は、吸着システムの被処理液に硫酸ナトリウムを注入したときの腐食電流、硫酸イオンの濃度、被処理液に含まれる塩化物イオンの濃度、及び、被処理液のｐＨの時間変化を示す図である。
図１３には、図９に示す吸着システムにおいて、被処理液を処理する際に、ｐＨ調整剤として塩酸と、すきま腐食を抑制するための抑制剤として硫酸ナトリウムの溶液とを注入した場合の腐食電流、硫酸イオンの濃度、塩化物イオンの濃度、及び、ｐＨの時間変化を示す。その他の条件は、抑制剤として硝酸カリウムの溶液を注入した場合と同様である。
【０１２８】
図１３に示すように、初期の被処理液の塩化物イオンの濃度は、２００００ｐｐｍ前後で推移した。また、被処理液のｐＨは、３．５前後で推移した。腐食試験を開始して第３日目までは、すきま腐食モニタ装置によって、５〜７ｍＡの比較的大きな電流が計測された。第３日目までは、塩素濃度が高い酸性条件の下で、Ｓ３２７５０のすきま腐食が進行して、腐食電流が観測されたものと考えられる。
【０１２９】
続いて、第３日目に、硫酸ナトリウムの注入を開始し、硫酸イオンの濃度を０．１Ｍに調整した。その結果、電流値の低下は計測されなかった。第９〜１０日目に、塩化物イオンの濃度が５０００ｐｐｍ前後に低下した時点で、硫酸イオンの濃度を０．５Ｍまで上昇させたところ、依然として電流値の低下は計測されなかった。この結果から、酸性条件の下では、Ｓ３２７５０のすきま腐食の進行が、硫酸ナトリウムによって抑制されないことが分かる。
【０１３０】
図１４は、吸着システムの被処理液にモリブデン酸ナトリウムを注入したときの腐食電流、モリブデン酸イオンの濃度、被処理液に含まれる塩化物イオンの濃度、及び、被処理液のｐＨの時間変化を示す図である。その他の条件は、抑制剤として硝酸カリウムの溶液を注入した場合と同様である。
【０１３１】
図１４に示すように、初期の被処理液の塩化物イオンの濃度は、１８００００〜２００００ｐｐｍ前後で推移した。また、初期の被処理液のｐＨは、３．５前後で推移した。腐食試験を開始して第３日目までは、すきま腐食モニタ装置によって、５〜７ｍＡ前後の比較的大きな電流が計測された。第３日目までは、塩素濃度が高い酸性条件の下で、Ｓ３２７５０のすきま腐食が進行して、腐食電流が観測されたものと考えられる。
【０１３２】
続いて、第３０日目に、モリブデン酸ナトリウムの注入を開始し、モリブデン酸イオンの濃度を０．０５Ｍに調整した。その結果、電流値が低下をはじめ、第５０日目以降に略０ｍＡになった。この結果から、Ｓ３２７５０のすきま腐食の進行が、モリブデン酸ナトリウムの注入によって停止したことが分かる。第６０日目に、塩酸の注入を停止してｐＨが上昇した時点で、モリブデン酸イオンの濃度を１／１０に低下させたところ、電流値の上昇は計測されず、すきま腐食が抑制され続けた。その後、第１００〜１１０日目に、再び塩酸を注入してｐＨを低下させると、電流値の上昇が計測され、すきま腐食の発生・進展が続いた。第１３０〜１４０日目に、塩化物イオンの濃度を５０００ｐｐｍ前後に低下させると、電流値が再び低下し、すきま腐食の進行が停止することが確認された。
【０１３３】
以上、本発明について説明したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、本発明は、必ずしも前記の実施形態が備える全ての構成を備えるものに限定されない。或る実施形態の構成の一部を他の構成に置き換えたり、或る実施形態の構成の一部を他の形態に追加したり、或る実施形態の構成の一部を省略したりすることができる。
【０１３４】
例えば、前記の抑制剤注入装置２０は、吸着システム１や廃液処理システム２の所定の位置に備えられているが、抑制剤注入装置は、液体処理システムに備えられる、被処理液を物理的又は化学的に処理する各種の処理装置の内部や、その処理装置に被処理液を供給する配管をはじめ、金属材料のすきま腐食を抑制する必要がある適宜の箇所に備えることができる。
【０１３５】
また、前記の吸着システム１においては、計４段の吸着塔１１〜１４が直列状に備えられているが、被処理液に含まれる物質を吸着によって除去する吸着システムは、吸着塔の段数や種類が、特に制限されるものではない。また、吸着塔の配列順や、段毎の塔数が、特に制限されるものではない。吸着塔は、吸着材の種類毎に多段化することもできるし、除去の対象に応じて、適宜の配列順とすることもできる。
【０１３６】
また、前記の廃液処理システム２においては、油分除去装置２１と、濾過装置２２と、第１蒸発濃縮装置２３と、吸着装置２４と、保管槽２５と、塩素除去装置２６と、塩素回収装置２７と、第２蒸発濃縮装置２８と、が備えられているが、放射性廃液を処理する廃液処理システムは、装置・機器の構成や数が、特に制限されるものではない。また、吸着塔の配列順や、段毎の塔数が、特に制限されるものではない。被処理液を濃縮させる蒸発濃縮装置を備える限り、蒸発濃縮装置を二段以上の適宜の段数に多段化してもよいし、放射性物質の分別・回収等を追加したり、省略したりすることもできる。
【符号の説明】
【０１３７】
１        吸着システム（液体処理システム）
２        廃液処理システム（液体処理システム）
５        供給管
１０      ｐＨ調整剤注入装置（ｐＨ調整装置）
１１      第１吸着塔
１２      第２吸着塔
１３      第３吸着塔
１４      第４吸着塔
２０      抑制剤注入装置
２１      油分除去装置
２２      濾過装置
２３      第１蒸発濃縮装置
２４      吸着装置
２５      保管槽
２６      塩素除去装置
２７      塩素回収装置
２８      第２蒸発濃縮装置
３０      センサユニット
４０      除去塔（除去装置）
１００    溶接試験片
１００ａ  鋼板
１００ｂ  鋼板
１２０    溶接部
１３０    印象材
１５０    すきま付き試験片
２００    恒温浴
２０１    試験電極
２０２    対極
２０３    基準電極
２１０    電解槽
２２０    電極槽
２３０    通気管
２４０    塩橋
２５０    ポテンシオスタット
３００    すきま腐食モニタ装置
３０１    構造材
３０２    内部空間
３０３    外部空間
３１０    すきま付き金属電極
３２０    対極
３３０    参照電極
３４０    ポテンシオスタット
３５０    締結具
３５１    すきま形成材
３５２    液絡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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