四国電力，四国電力送配電，四国総合研究所
研究期報１１6 (2022年6月) 7－13

非常用ディーゼル発電機燃料弁冷却水系統管理の高度化に関する研究㈱四国総合研究所 化学バイオ技術部㈱四国総合研究所 化学バイオ技術部㈱四国総合研究所 化学バイオ技術部

キーワード：

ディーゼル発電機
燃料弁冷却水燃料噴射弁
異種金属接触腐食
腐食抑制剤
亜硝酸塩

Key Words：

石川 裕史
山本 松平
大鹿 浩功

diesel generator
fuel valve cooling water
fuel injection valve
galvanic corrosion
corrosion inhibitor
nitriteResearch on improving water control of fuel valve cooling water system in emergency diesel generator

Shikoku Research Institute, Inc., Chemical Technology and Biotechnology Department
Hirofumi Ishikawa, Shohei Yamamoto, Hironori Oshika

AbstractPure water treatment is used for fuel valve cooling water system in emergency diesel generators in Ikata Nuclear
Power Station. Although no troubles caused by corrosion have occurred so far, it has been necessary to replace partsdue to partial corrosion in the fuel injection valve. Therefore, it has been desired to study a method for suppressing
corrosion.
We examined the corrosion control of fuel valve cooling water system in emergency diesel generators. As a result, it
was suggested that the nitrite corrosion inhibitor can suppress the corrosion on the contact surface of the fuelinjection valve.

－ 7 －非常用ディーゼル発電機燃料弁冷却水系統管理の高度化に関する研究

燃料噴射弁は弁本体（炭素鋼）、ノズル弁座（低合1. はじめにディーゼル発電機（以下、D/G という）は、一般金鋼）、ジャケットノズル（ステンレス鋼）が金属的に燃料系統、潤滑油系統、冷却水系統等から構接触しており、特にノズル弁座では、ジャケット成され、冷却水系統に用いられる系統水には、不ノズルとの接触面における腐食痕の発生により部純物等による腐食を防止するため、純水処理の他、品取替が必要となるケースが多く見られた。

金属材料の種類や温度等の環境条件に応じて、溶表-1 系統機器に用いられる主要構成材料存酸素の除去や腐食抑制剤が適用されている。
今回、検討の対象とした伊方発電所非常用 D/G の燃料弁冷却水系統には純水処理が採用され、これまで腐食に起因するトラブル等は発生していない
ものの、一部の機器では部分的な腐食により定期的な部品取替が必要となっていたことから、腐食抑制方法の検討が望まれていた。

装置・機器
主要構
成材
料

本研究では、D/G 燃料弁冷却水系統の腐食抑制・防止について水質管理の面から、設備の信頼性確保および点検頻度や部品取替のさらなる合理化を

材料

主配管

亜鉛メッキ鋼

枝管

銅胴

炭素鋼

伝熱管
その他
（ポンプ、タンク等）
弁本体

チタン

配管
冷却器

ノズル弁座

燃料噴射弁

ジャケット
ノズル

目的に検討した結果について報告する。

銅合金、炭素鋼等
炭素鋼（S45C）
低合金鋼（SNCM815）
ステンレス鋼（SUS420J2）

弁本体
ジャケットノズル

2. 腐食状況調査

燃料油噴射

2.1 燃料弁冷却水系統の概要
図-1 に、D/G 燃料弁冷却水系統の概略図を示す。
当該系統は、タンク、ポンプ、冷却器等から構成され、冷却水は、D/G 機関内で燃料噴射弁を冷却すノズル弁座る。また、燃料弁冷却水タンクが大気開放となっているが、冷却器（二次冷却器）を有する等、密図-2 燃料噴射弁の概要図

閉系統に近い構造となっている。なお、D/G の冷却水温度は停止時で約 25℃であるが、1 回／月の運転時は約 40℃である。
表-1 に当該系統に使用される主要構成材料、図-2 に燃料噴射弁の概要図を示す。主配管には、亜鉛メッキ鋼、冷却器の胴側には炭素鋼が使用され、燃料油

冷却水

2.2 腐食原因の推定
燃料噴射弁の腐食状況を図-3 に示す。燃料噴射弁の押棒穴と冷却水流路の距離は、弁本体側で約3mm、噴射口側で約 2.5mm である。各部材のうち、使用に伴って流路近傍で生じる腐食痕と押棒穴までの距離が 1mm 以下となったものは、部品交換の対象となる。
推定された燃料噴射弁の腐食原因の概要を図-4に示す。金属接触面の冷却水流路近傍では、わずかに減肉している箇所が一部確認されたが、同箇所からは Cl や SO4 等の腐食因子は検出されなかった。また、冷却水（純水）中は、溶存酸素を含むことから、各材料間で有意な電位差が生じる場合の異種金属接触腐食や微小なすきま部で生じる酸

図-1 D/G 燃料弁冷却水系統の概略図

素濃淡電池腐食（すきま腐食）の可能性が示唆された。

－ 8 －非常用ディーゼル発電機燃料弁冷却水系統管理の高度化に関する研究

3.2 腐食抑制方法の比較試験

押棒穴

腐食箇所
(流路の周囲)(1) 試験材料
表-3 に、試験片の主な化学組成を示す。試験材

冷却水流路
燃料油流路

料には、当該系統の主要構成材料である亜鉛メッ
キ 鋼 （ SS400 に 溶 融 亜 鉛 メ ッ キ 処 理 ）、 炭 素 鋼

弁本体(弁座側)

ノズル弁座(噴射口側)（STPT370）、リン青銅鋳物（CAC502C）および燃料噴射弁に用いられている炭素鋼（S45C）、低合金鋼（SNCM815）、ステンレス鋼（SUS420J2）の試験片を選定した。

ノズル弁座(弁本体側)

2.5mm

なお、燃料噴射弁に用いられている 3 種の試験3mm

片 は 、 燃 料 噴 射 弁 を 模 擬 し そ れ ぞ れ S45C と(赤両矢印：1mm 以下で交換)

図-3 燃料噴射弁の腐食状況

孔をインシュロックで固定）したものを使用した。

冷却水（酸素を含む純水）

表-3 試験片の主な化学組成（Weight %）

電子の流れ

Fe

SNCM815、SNCM815 と SUS420J2 を面接触（上下の2+O2

Fe2+Fe2+OHO2OHOHO2OH-

低酸素濃度溶液

金属 卑

電子の流れ

材料

STPT
370

CAC
502C

寸法

50mm×100mm(φ4mm 孔×1)

S45C

SNCM
815

SUS
420J2

50mm×100mm(φ4mm 孔×2 上下,φ5mm 孔×1 中央)

金属 貴C

0.22-0.440.140.31

異種金属接触腐食

Si

0.210.00

0.24

0.270.42

図-4 推定された燃料噴射弁の腐食原因の概要

Mn0.68-0.66

0.440.42P

0.02

0.210.01

0.01

0.02

S0.01-

0.02

0.02

0.01Cu-Bal.

0.150.03-

O2

すきま腐食

3 腐食抑制方法の検討
3.1 腐食抑制方法の選定推定された燃料噴射弁の腐食対策として、選定した腐食抑制方法を表-2 に示す。溶存酸素の除去

Cr--

0.12

0.84

13.1

Ni-

0.14

0.07

4.18

0.22

Mo---

0.17-

Fe

Bal.

0.01

Bal.

Bal.

Bal.

や材料間の電位差低減等が期待される種々のインSn-

9.39---

ヒビター等を用いた処理方法について試験片を用

Pb-0.00---

いたラボ試験を行った。また、燃料噴射弁以外のZn-0.15---Al-

0.00--Sb-0.00---

規格

JISG
3456

JISH5121

JISG
4051

JISG
4053

JISG
4303

材料の腐食へ及ぼす影響についても確認した。
表-2 選定した腐食抑制方法
処理方法

処理内容

備考

(2) 試験方法

①純水処理

純水使用

現状処理方法②アルカリ処理

NaOH を添加

定期的に pH8.5～9.5に調整たしたアクリル樹脂製の試験容器に各試験片を浸③Mo 処理メーカ推奨薬品濃度(3000ppm)で添加

Mo 酸塩系不働態被膜型インヒビター

漬し、浸漬開始から約 1 ヶ月後における脱酸化被④NO2 処理メーカ推奨薬品濃度(5000ppm)で添加

NO2 塩系不働態被膜型インヒビター⑤N2H4 処理

N2H4 を添加

定期的に pH8.5～9.5に調整⑥低 DO 処理

脱気処理後に連続
N2 曝気

DO0.5ppm 以下を目標に調整

試験の状況を図-5 に示す。40℃の各試験液を満膜処理後の腐食量（亜鉛メッキ鋼については水側への溶出量）および試験後の試験片外観を比較した。
また、実機において腐食が懸念されている燃料噴射弁については、試験後における試験片の接触－ 9 －非常用ディーゼル発電機燃料弁冷却水系統管理の高度化に関する研究

25

腐食痕の測定を行った。測定は、研磨後の接触面を撮影した画像を、画像処理ソフト（ImageJ）を用いて色調差を白黒の 2 極分化し、試験片中央孔（φ5mm）周囲の黒色部を腐食痕面積とした。

腐食量(mg/dm2/day)

20腐食量(mg/dm2/day)

面を回転式自動研磨機で 30 秒研磨（#4000）し、15S45C

15105015※S45Cと接触

1050①②③④⑤⑥
0.5SNCM815※SUS420J2と接触

105腐食量(mg/dm2/day)

腐食量(mg/dm2/day)

20SNCM815①②③④⑤⑥

SUS420J20.40.30.20.10

腐食量 (mg/dm2/day)

水側への溶出量 (mg/dm2/day)

15(3) 試験結果
(a) 腐食量測定
各試験片の腐食量の測定結果を図-6 に示す。

101.010図-5 試験状況（一例）

腐食量(mg/dm2/day)

0①②③④⑤⑥①②③④⑤⑥151.5
亜鉛STPT370
CAC502C
メッキ鋼

50.50500.0①②③④⑤⑥①②③④⑤⑥①②③④⑤⑥

現状の処理である①純水処理に対して、②アル

図-6 各処理における腐食量の比較

カリ処理では、亜鉛メッキ鋼を除いて腐食量が増（〇：各測定値、●：平均値）加し、③Mo 処理についても S45C における SNCM815との接触面や亜鉛メッキ鋼で腐食量が増加した。

接触面処理方法

一方、⑤N2H4 処理、⑥低 DO 処理は SUS420J2 を

S45C

SNCM815

接触面SNCM815

SUS420J2除いて腐食量が低下しており、④NO2 処理についても、亜鉛メッキ鋼において溶出量が増加したもの①の、特に腐食が懸念されていた燃料噴射弁の材料

純水処理

については、腐食量が低下した。
(b) 試験片外観観察
試験後に回収した燃料噴射弁の試験片外観観察
結果を図-7 に示す。

④NO2 処理試験片の外観を観察した結果、①純水処理に対して、腐食量の低下が見られた⑤N2H4 処理および⑥低 DO 処理は、S45C と SNCM815 の接触面において全 体に腐食痕 が見られた。 また、 SNCM815 と⑤N2H4処理

SUS420J2 の接触面では腐食痕は小さかったが、⑥低 DO 処理の方が腐食痕は軽微であり、燃料噴射弁以外の材料についても腐食の進行が抑制できてい⑥た。

低 DO

一方、④NO2 処理では、亜鉛メッキ鋼においてメッ処理

キ腐食による腐食痕が見られたが、その他の材料
では外観的な腐食は確認されず、接触浸漬した。

図-7 各処理における試験片外観の比較（一例）－ 10 －

非常用ディーゼル発電機燃料弁冷却水系統管理の高度化に関する研究

燃料噴射弁の材料についても全ての組み合わせで型インヒビターを対象に、銘柄の異なる薬剤を用腐食痕はほとんど生じなかった。

いて腐食量の比較試験を行った。また、NO2 処理にて懸念された亜鉛メッキ鋼の腐食抑制を考慮し、適切な NO2 濃度等についても合わせて検討した。

(c) 腐食痕面積測定
面接触させた各燃料噴射弁試験片における腐食痕面積の測定結果を図-8、接触面における腐食痕(1) 試験材料の状況を図-9 に示す。

燃料噴射弁の材料については、炭素鋼（S45C）、接触浸漬時のテストピース中央孔（φ5mm）周囲低合金鋼（SNCM815）およびステンレス鋼（SUS420J2）の腐食痕面積を比較した結果、④NO2 処理により各の 3 種を面接触（上下の孔をインシュロックで固材料間の接触面で生じる腐食を顕著に抑制できる定）したものを使用した。また、腐食抑制条件のことを確認した。また、⑥低 DO 処理も接触面の腐検討のために亜鉛メッキ鋼（SS400 に溶融亜鉛メッ食を低減できる傾向が見られたが、SNCM815 におキ処理）を使用した。

ける S45C との組み合わせでは純水処理と同程度の腐食痕面積であった。

(2) 試験方法

これらの試験結果から、燃料噴射弁の接触面で試験に用いた NO2 系薬剤を表-4 に示す。各 NO2生じている腐食抑制方法については、④NO2 処理が系薬剤を添加し、NO2 濃度を調整した各試験液に、最も腐食抑制効果の大きい方法であると考えられ燃料噴射弁の面接触した試験片を浸漬させ、約 1た。

ヶ月後における脱酸化被膜処理後の腐食量および60
腐食痕面積(mm2)

50

S45C
※SNCM815と接触6050

SNCM815※S45Cと接触6050

試験片外観を比較した。なお、試験温度は、加速SNCM815

的な試験条件として 70℃にて行った。

※SUS420J2と接触404040

また、燃料噴射弁の材料にて腐食抑制効果が認

303030

められた薬剤銘柄については、亜鉛メッキ鋼への202020101010000①②③④⑤⑥①②③④⑤⑥

腐食抑制効果の検討のため、NO2 濃度および水温を調整して、腐食量（水側への溶出量）の測定を行った。
①②③④⑤⑥

図-8 腐食痕面積の測定結果①純水処理④NO2 処理表-4 試験に用いた NO2 系薬剤⑥低 DO 処理NO2 系薬剤銘柄

製品 A

製品 B

製品 C

推奨
NO2 濃度(ppm)

1200～1500

150～300

250～450

備考

3.2 の試験で使用－pH 調整に NaOHが必要↓画像処理後(孔を除く黒色部を腐食痕として測定)(3) 試験結果(a) 腐食量測定
燃料噴射弁の材料における純水処理に対する腐食量を図-10 に示す。
面接触させた燃料噴射弁構成材料では、純水処

図-9 SNCM815（SUS420J2 と接触）の腐食痕の状理と比較して薬剤銘柄に関わらず NO2 濃度 150ppm

況（一例）以上で腐食を抑制できることを確認した。また、製品 A では、SNCM815 および SUS420J2 において NO23.3 腐食抑制剤の選定3.2 (3)の試験結果から、燃料噴射弁への腐食抑制効果が大きいと考えられた NO2 塩系不働態被膜

濃度 300ppm と比較して NO2 濃度 500～700ppm の方が腐食量を低減できる傾向が見られた。

－ 11 －

非常用ディーゼル発電機燃料弁冷却水系統管理の高度化に関する研究

一方、製品 B および製品 C では、メーカ推奨濃温については、より低い水温の方が腐食量を抑制度である NO2 濃度 300ppm において、純水処理と比できると考えられ、実機における水温を考慮し較して各材料ともに腐食量は少なかった。

た場合、運転時（40℃）はおよそ 1 回／月であり、腐食量比(mg/mg, vs 純水処理）停止時（25℃）の方が長期間となることから、NO210

燃料噴射弁

濃度 500ppm 程度とすることで腐食量を現状の純●塗潰し：S45C○白抜き：SNCM815
×：SUS420J2

水処理と同等以下に抑制できると考えられる。

1純水処理

0.01

(NO2 濃度)

製品B

0.1

接触面

処理方法
S45C

SNCM815

接触面
SNCM815

SUS420J2

製品C
製品A純水処理(0ppm)

0500
1000
NO2濃度(ppm)

1500

図-10 NO2 系薬剤を用いた各材料の腐食量比（対純水処理）NO2 処理製品 A(150ppm)(b) 試験片外観観察
脱酸化被膜処理後の試験片の外観観察結果を
図-11 に示す。
製品 A について、NO2 濃度 150ppm では S45C とSNCM815 間および SNCM815 と SUS420J2 間において腐食痕が確認されたが、NO2 濃度 300～700ppm で

NO2 処理製品 A(300ppm)

は、燃料噴射弁に用いられる各材料について、接触面で生じる腐食を顕著に抑制できることを確認
NO2 処理した。
一方、製品 B および製品 C では製品 A と比較して、特に S45C と SNCM815 の接触面が顕著に腐食し製品 A(500ppm)ていた。これは、製品 B および製品 C ともに腐食
量は製品 A と大きな差が見られないことから、材料間の電位差にともない局所的な異種金属接触腐NO2 処理

食が生じている可能性が示唆された。

(700ppm)

製品 A

以上の結果から、燃料噴射弁の接触面における腐食抑制方法は、製品 A を使用して、NO2 濃度500ppm 程度で管理する方法が特に優れている結果となった。

NO2 処理製品 B(300ppm)(c) 亜鉛メッキ鋼に及ぼす NO2 濃度と水温の影響
燃料噴射弁の接触面において腐食抑制効果が確認された製品 A を用いて、亜鉛メッキ鋼の腐食にNO2 処理
製品 C

及ぼす NO2 濃度と水温の影響について試験した結(300ppm)

果を図-12 に示す。
試験した結果、NO2 濃度の上昇とともに、亜鉛メッキ鋼における腐食量の上昇が見られた。また、水図-11 各処理における試験片外観の比較（一例）－ 12 －非常用ディーゼル発電機燃料弁冷却水系統管理の高度化に関する研究

以上の結果から、燃料噴射弁の接触面および亜5)

松川安樹ら：「水道水中における亜鉛の腐食挙

鉛メッキ鋼に対する腐食抑制方法として、製品 A動に及ぼすアニオンの 影響」,材料と 環境を用いて NO2 濃度 500ppm 程度で管理する方法が最Vol.57 (2008)
6) 山手利博：「建築設備配管系における異種金属も適していると考えられる。

接触腐食と対策」, 竹中技術研究報告 No.64

水側への溶出量比(mg/mg, vs 純水処理)

2.5(2008)

水温40℃
(運転時)

2.01.5

純水処理

1.0
水温25℃
（停止時)

0.50.00500
1000
NO2濃度(ppm)

1500

図-12 亜鉛メッキに及ぼす NO2 濃度と水温の影響（対純水処理）4. まとめ燃料噴射弁の接触面で発生していた腐食原因は、異種金属接触腐食である可能性が示唆された。これらの腐食抑制方法を検討した結果、NO2 塩系不働態被膜型インヒビターである製品 A を用いて、燃料噴射弁の接触面の腐食抑制できることが示唆された。また、NO2 塩系不働態被膜型インヒビターを使用することで腐食が懸念された亜鉛メッキ鋼については、NO2 濃度を 500ppm 程度で管理することで、腐食量を現状の純水処理と同等以下に抑制できることを確認した。今後、実機適用に向けた試運用および評価をおこなう予定である。
［謝辞］
本研究は、四国電力㈱原子力本部殿より委託を受け実施したもので、ご協力いただいた関係各位に深く感謝いたします。
［参考文献］
1)

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2)

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4)

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