四国電力，四国総合研究所
研究期報１０８（2018年6月）
４３－４７ページ

ＯＴユニットにおけるパウダースケール対策技術の検討（第 1 報）
－LP ドレン水の水環境変更等によるテストピース耐食性評価－㈱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：

給水処理法
酸素処理
パウダースケール
低圧ヒータドレン
耐食性Key Words：

山地 豪
難波 正徳

feedwater treatment
oxygenated treatment
powdery scale
low-pressure heater drain
corrosion resistanceStudy on Countermeasure Technique for the Powdery Scales Brought over into the OT Operation Boilers- Evaluation of the water quality improvement effect of low-pressure heater drain system by the corrosion test -Shikoku Research Institute, Inc., Department of Chemical and Biological Technologies
Tsuyoshi Yamaji and Seitoku Namba

Abstract

In recent years, OT operation boilers have produced powdery scales which accumulate on the inner surface of theevaporation tubes and cause temperature rise of the metal. The main cause of the occurrence of the powdery scaleis the increase in the iron concentration in the low-pressure heater drain water. Since low-pressure heater drainage
system generates corrosion due to low dissolved oxygen concentration and low pH, various techniques for reducing
the iron concentration recovered in the feed-water from the drainage system have been proposed.
In this study, the corrosion test of the materials constituting the power plant was immersed in low-pressure
heater drain water at 120 ° C for several weeks and the corrosion resistance due to the difference in material andthe difference in water quality was evaluated. Increasing the dissolved oxygen or pH showed higher corrosion
resistance than ordinary heater drain water and showed extremely high corrosion resistance when both dissolved
oxygen and pH were increased.
Based on the results of this research, we plan to consider application of cost effective countermeasure techniquesuch as closing the low pressure heater vent valve of the actual plant.

－43－

OT ユニットにおけるパウダースケール対策技術の検討(第 1 報)
－LP ドレン水の水環境変更等によるテストピース耐食性評価－

1. はじめに

3. 試験方法

国内の電力事業用貫流ユニットでは、ボイラ給(1)テストピースの浸漬方法

水 処 理 法 に 揮 発 性 物 質 処 理 (AVT : All Volatile

LP ドレン系統の主要材質は炭素鋼であり、テTreatment)か酸素処理(OT : Oxygenated Treatment)

ストピースには SS400(30mm×50mm、全面#400を適用している。AVT は給水中の溶存酸素(DO)研磨)を用いた。また、同一の水環境でクロムモを除去し、還元雰囲気にしてボイラ蒸発管内面にリブデン鋼 STBA23、ステンレス鋼 SUS304 も浸マグネタイト保護皮膜を生成する給水処理法で漬試験して材質変更の有効性を評価した。

あり、OT は給水を高純度に維持して酸素を注入

テストピース耐食試験の具体的な試験条件をし、酸化雰囲気でマグネタイト保護皮膜の上に薄表 1 に示した。通常運転中の OT ユニットの LP

いヘマタイト保護皮膜を生成する給水処理法でドレン水を試験装置に導入して脱気後、アンモニある。高温水中でのヘマタイトの溶解度は、広いアや酸素を注入して所定の水環境に調整し、LPpH 領域でマグネタイトよりも大幅に低いため、ドレン系統相当の 120℃に加温し、僅かな流動状OT は AVT より給水 pH を低く管理でき、ボイラ態(0.3～0.6mm/s 程度)でテストピースを 2 週間浸への鉄の持込量を低減できてボイラ化学洗浄頻漬した。なお、一部の条件については最大 1.5 ヶ度を延伸できる。このため、大型貫流ボイラの多月浸漬して長期浸漬による挙動を調査した。

くで OT が適用され良好な運転実績が得られている 1)。しかし、近年、OT ユニットではヘマタイ

表1

ト が空隙 の多い 軟質 スケー ル (パウダ ースケ ー120℃テストピース耐食試験の試験条件【水環境】
鉄濃度の低減対策【低pHのAVT環境】（現状のまま）pH8.9&DO<1μg/L(SS400)

阻害要因となり、ボイラの熱損傷を引き起こす事

材質変更(STBA23, SUS304)

例が報告され、その対策が求められている 2),3)。

【OT環境】
ヒータベント弁の閉運用
ドレン系統への酸素注入ル)としてボイラ蒸発管内面に厚く堆積して伝熱2. プラントメーカが推奨するパウダースケール対策【通常pHのAVT環境】
給水のpH上昇ドレン系統へのｱﾝﾓﾆｱ注入

給水処理法に OT を適用した場合でも復水器は【高pHのOT環境】

真空状態であり、復水器から酸素注入設備までの試験条件名

DO濃度(μg/L)

pH(-)

アンモニア(mg/L)

浸漬期間

8.9程度

0.15～0.22週間

9.3程度

0.5～0.9

9.6程度

1.1～1.5

1未満

pH8.9&DO50μg/L

50程度

pH8.9&DO100μg/L

100程度

pH8.9&DO150μg/L

150程度

pH8.9&DO200μg/L

200程度

pH8.9&DO1000μg/L

1000程度

pH9.3&DO7μg/L

7程度

pH9.6&DO<1μg/L

1未満

pH9.6&DO100μg/L

100程度

pH9.6&DO200μg/L

200程度

最大
1.5ヶ月

復水系統、復水器に連結された低圧ヒータの蒸気(2)浸漬後のテストピース評価方法

側配管は構造的に脱酸素状態となる。OT は AVTより給水 pH を低く管理しており、復水系統と低浸漬後のテストピースを電子顕微鏡 (SEM)観圧ヒータドレン(LP ドレン)は低 pH の AVT 環境

察や X 線回折分析等により表面分析し、腐食のとなるため腐食しやすく、ボイラへの鉄の持込要有無や保護皮膜の組成を調査した。また、5%塩因となる。このため、プラントメーカではパウダ酸(インヒビター添加)で化学洗浄して脱スケーースケール対策として、LP ドレン水中の鉄濃度ルし、重量変化から各条件での腐食量を算出した。

低減を中心とした各種対策（①材質変更、②給水

テストピース母材から高温水に溶出した鉄イpH 変更、③LP ドレン系統へのアンモニア注入、オンは、高温水中の DO と反応して表面にマグネ④LP ドレン系統への酸素注入、⑤LP ベント弁のタイトやヘマタイト皮膜を生成するが、一部は皮閉止運用、⑥LP ドレン系統への高温フィルタ設

膜とならずに水側に溶出して腐食を進展させる。

3)置）を推奨している 。しかし、ユニット毎に運

そこで、母材からの鉄溶出量のうち、保護皮膜形転条件が異なるため、各種対策を適用した際の定成部分と水側への溶出部分(水側への腐食量と称量的な鉄濃度低減効果は不明である。そこで、す)を初期重量、浸漬後重量、脱スケール後重量OT 運用中の実機プラントの LP ドレン水を用いから算出し、LP ドレン水の水環境変更による耐たテストピース耐食試験を行い、機器の材質変更食性を比較評価した。なお、保護皮膜は酸化鉄でおよび LP ドレン水の水環境を改善した場合の腐あるため、X 線回折分析によりマグネタイトとヘ食抑制効果を比較評価することとした。

マタイト含有割合を求めて、保護皮膜形成部分の鉄溶出量を算出した。

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OT ユニットにおけるパウダースケール対策技術の検討(第 1 報)
－LP ドレン水の水環境変更等によるテストピース耐食性評価－

4. 試験結果と考察の酸素注入を行えば OT 環境に移行できる。

4.1 材質変更の有効性

一例として pH8.9&DO<1,50,100μg/L で 42 日間

現在の LP ドレン水相当の水環境（pH8.9&DO<1

浸漬した SS400 の外観写真と SEM 写真を写真 2μg/L)で 14 日間浸漬した研磨テストピースの外に示した。AVT 環境(DO<1μg/L)で長期浸漬する

観写真と SEM 写真を写真 1 に示した。と 1μm 未満の黒色マグネタイト粒子が観察されSS400 と STBA23 浸漬
後の表面には 1μm 未満の黒色粒子(マグネタイたが、OT 環境(DO50～100μg/L)で長期浸漬する
pH8.9&DO<1μg/L－120℃×14日
SS400

STBA23SUS304とテストピース表面は、マグネタイトとヘマタイ

ト単体)が観察されたが、トが混在した灰色皮膜がSUS304 で は 金 属 光 沢 が観察され、1μm 程度に結維持されていた。

晶成長した粒子も見られ

pH8.9－120℃×42日(材質SS400)
DO<1μg/L

DO50μg/L

DO100μg/L

た。

SS400

STBA23SUS304

写真1 各材質の外観および SEM 写真(10000 倍)

pH8.9&DO<1μg/L-42日

pH8.9&DO50μg/L-42日

pH8.9&DO100μg/L-42日

写真2 OT 環境での外観および SEM 写真(10000 倍)
テストピースを化学洗浄し、母材からの鉄溶出量のうち、保護皮膜形成部分と水側への腐食量を様々な DO 濃度に調整した LP ドレン水中で 14算出した結果を図 1 に示した。今回の試験条件で日浸漬したテストピースを化学洗浄し、同様に水2は、水側への腐食量は SS400 では 30mg/dm 程度側への腐食量を算出した結果を図 2 に示した。

だが STBA23 では半減し、SUS304 では殆ど腐食AVT 環境(DO<1μg/L)で浸漬した SS400 研磨品のしないことが判った。LP ドレン系統全体を材質

水側への腐食量は 30mg/dm2 程度だが LP ドレン変更することは困難だが、ヒータチューブや LP

水の DO 濃度を給水レベルの OT 環境(50～150

ドレンタンクの材質変更は有効なパウダースケμg/L)とすれば腐食量は 10mg/dm2 未満に低減した。

ール対策であることが判った。

ただし、OT 給水基準の上限値(DO200μg/L)以
上では、皮膜付テストピースでは耐食性が維持さ

10080

試料:120℃-LPドレン水(pH8.9&DO<1μg/L)
浸漬期間:14日間

水側への溶出部分

れたが、研磨品では腐食量が増加しており、更に保護皮膜形成部分

DO 濃度を上昇しても防食効果は望めないと考え

60200
試料：120℃-LPドレン水(pH8.9、DO調整)
浸漬期間：14日間
材質：SS40040

研磨品
皮膜付150
水側への腐食量(mg/dm2)

鋼材の腐食量(mg/dm2)

られる。

200

SS400

STBA23

SUS304

テストピース材質(研磨品)10050

図1 現在の LP ドレン水環境における各種材質での腐食量
04.2 OT 環境移行による効果<1

現在の LP ドレンの水環境は低 pH の AVT 環境

501001502001000

DO濃度(μg/L)

だが、LP ベント弁の閉止運用や LP ドレン系統へ

図2 様々な DO 濃度における炭素鋼の腐食量－45－

OT ユニットにおけるパウダースケール対策技術の検討(第 1 報)
－LP ドレン水の水環境変更等によるテストピース耐食性評価－

タイト粒子が観察された。また、通常より高 pH

DO 濃度<1,50,100μg/L に調整した LP ドレン水中で長期浸漬した研磨テストピースを化学洗浄の OT 環境(pH9.6&DO100

し、同様に水側への腐食量を算出した結果を図 3μ g/L)と する とマグ ネタに 示 し た 。 現 在 の LP ド レ ン 水 は AVT 環 境

イトとヘマタイトが混在(pH8.9&DO<1μg/L)であり、長期間浸漬すると腐した灰色皮膜となり、数食量が増加し、炭素鋼の腐食が継続することが判

μm 程度に結晶成長したる。一方、LP ドレン水の DO 濃度を給水レベル粒子も見られた。

pH8.9&

pH9.6&

pH9.6&

DO<1μg/L

DO<1μg/L

DO100μg/Lの OT 環境とすると腐食量は大幅に低下し、長期間浸漬しても腐食量に大きな変化はなく、水環境変更により炭素鋼の腐食が停止する傾向が見られた。
pH8.9&DO<1μg/L-42日

pH9.6&DO<1μg/L-42日

pH9.6&DO100μg/L-42日

120

100

試料：120℃-LPドレン水(pH8.9、DO調整)
材質：SS400(研磨品)

写真3 pH 上昇時の外観および SEM 写真(10000 倍)

DO<1μg/L
DO50μg/L

水側への腐食量(mg/dm2)

DO100μg/L

様々な pH と DO 濃度で調整した LP ドレン水

80

中で長期浸漬した研磨テストピースを化学洗浄し、同様に水側への腐食量を算出した結果を図 460に示した。前述のとおり、低 pH(pH8.9)の AVT 環
40

境では、浸漬日数とともに腐食量が増加したが、pH を上昇すると腐食量増加は緩やかになり、腐20食量も大きく低減した。また、pH と DO 濃度の01428
浸漬日数(日)両方を上昇して通常より高 pH の OT 環境とすれ

42ば、腐食量は極めて低い値に抑制され、長期浸漬しても腐食量は増加せず、炭素鋼の腐食がほぼ停

図3 様々な DO 濃度における炭素鋼の長期的な腐食量止することが判った。
従って、LP ドレンの水環境を給水系統と同程120度の DO 濃度に上昇できれば、LP ドレン系統の腐食が抑制できる有効なパウダースケール対策

100

試料：120℃-LPドレン水pH調整、DO調整
材質：SS400(研磨品)

pH8.9&DO<1μg/L
pH9.3&DO7μg/L
pH9.6&DO<1μg/L

水側への腐食量(mg/dm2)となることが判った。
4.3 通常 pH の AVT、高 pH の OT 環境移行の効果
給水 pH 管理値の上昇や LP ドレン系統へのアンモニア注入を行えば、LP ドレンの pH が上昇し、水環境を通常 pH 領域の AVT 環境に移行できる。

pH9.6&DO100μg/L

80604020

更に LP ベント弁の閉止運用等を併用して DO 濃0

度を上昇させれば、LP ドレンの水環境を通常よ14り高 pH の OT 環境に移行できる。
一例として pH8.9 と pH9.6 で DO<1μg/L、28
浸漬日数(日)42

図4 様々な pH, DO 濃度における炭素鋼の長期的な腐食量

pH9.6&DO100μg/L で 42 日間浸漬した SS400 の外 観写真と SEM 写 真を写真 3 に示 した。 低

従って、LP ドレン水の pH を上昇すれば、現在pH(pH8.9)の AVT 環境で長期浸漬すると前述の通より LP ドレン系統の腐食が抑制でき、更に LPり 1μm 未満の黒色マグネタイトが観察されたが、ベント弁の閉止運用等を併用して給水系統相当アンモニア注入により通常 pH(pH9.6)の AVT 環境の DO 濃度に上昇すれば、より有効なパウダースとすると数μm に結晶成長した八面体のマグネケール対策となると考えられる。

－46－

OT ユニットにおけるパウダースケール対策技術の検討(第 1 報)
－LP ドレン水の水環境変更等によるテストピース耐食性評価－

なお、給水 pH 管理値を上昇すると、復水系統

今回の試験条件では、炭素鋼に対する腐食抑制の pH 上昇効果はあるが、アンモニア注入濃度が効果は、pH 上昇による通常 pH の AVT 環境への大幅に上昇し、復水脱塩装置への負荷が大きくな移行より DO 濃度上昇による OT 環境への移行がるため、復水脱塩装置のアンモニア型運用などをやや優れており、腐食量が現状の 1/10 程度に低検討する必要がある。

減できる可能性が示唆された。更に pH と DO 濃度をともに上昇させて高 pH の OT 環境へと移行

5. まとめすれば、より有効なパウダースケール対策となる

近年、OT ユニットではヘマタイトが空隙の多ことが判った。

いパウダースケールとしてボイラ蒸発管内面にこれらパウダースケール対策を実機適用する

厚く堆積して伝熱阻害要因となり、ボイラの熱損

場合、pH 上昇には給水 pH 管理値の上昇や LP ド傷を引き起こす事例が報告されている。パウダー

レン系統へのアンモニア注入が必要であり、アンスケールの発生源とされる LP ドレン水中の鉄濃モニア注入量増加による復水脱塩装置への負荷度を低減する各種対策がプラントメーカから提を考慮する必要がある。DO 濃度上昇には、復水案されているが定量的な効果は不明である。そこ器に繋がる LP ベント弁の閉止運用を行えば対応で、実機 OT ユニットの LP ドレン水とテストピ可能であり、非凝縮性ガス滞留などの影響を評価ースを用いて、機器の材質変更および LP ドレンする必要はあるが、大幅な設備改造や薬品費等の水の水環境を改善した場合の腐食抑制効果を比増加を伴わない費用対効果の高い対策と考えら較評価した。

れる。

その結果、現在の LP ドレン系統の水環境は低

今後は、これら試験結果を踏まえ、最も費用対pH の AVT 環境であるため、炭素鋼の腐食が継続効果の高い LP ベント弁の閉止運用の実機適用にし、給水への鉄の持込原因となることが判り、LP向けた各種検討を進めていく予定である。

ドレンタンクなどはステンレス鋼などへの材料変更も有効であることが確認された。

［謝辞］

また、LP ドレン系統の水環境変更による炭素本研究は、四国電力㈱火力部殿より委託を受け鋼の腐食抑制効果を比較して図 5 に示した。LP

実施したもので、各種試験・評価にご協力頂きまドレン系統の水環境を OT 環境や通常 pH の AVTした関係各位に深く感謝いたします。

環境、高 pH の OT 環境に移行した場合の腐食抑制効果が定量的に比較評価できた。

［参考文献］
1)120

水側への腐食量 (mg/dm2 )

100

8060

pH8.9&DO<1μg/L 【低pH-AVT環境(現状)】pH8.9&DO50μg/L 【OT環境】
pH8.9&DO100μg/L【OT環境】
pH9.3&DO7μg/L 【通常pH-AVT環境】
pH9.6&DO<1μg/L 【通常pH-AVT環境】
pH9.6&DO100μg/L【高pH-OT環境】

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2)

広田守，福原広嗣，佐藤俊一，村上実和子，
八代仁“火力プラントのパウダー状スケール

試料：120℃-LPドレン水
材質：SS400(研磨品)

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3)40

高田政治，椿崎仙市，南条成徳，佐藤昭房，
朝田裕之，中原敏次，“酸素処理法適用プラ

20ントにおけるパウダースケールトラブル対策検討”，平成 23 年度火力原子力発電大会論

0142842

文集, 34-39(2012 年 2 月).

浸漬日数(日)図 5 水環境変更による炭素鋼の腐食抑制効果の比較－47－