給水の品質を改善してボイラーの腐食を防ぐ方法

ボイラーの故障は暖房および発電所にとって大きな懸念事項であり、ボイラーの水質に関連する腐食が主な原因であることが知られています。発電所におけるボイラー管の故障の総コストは、年間約 50 億ドルと見積もられています (この数字は 2009 年のものであるため、はるかに高い可能性があることに注意してください)。水の品質は、ボイラーの許容要件内で継続的に維持する必要があります。

ボイラー給水の不純物

水源には、特定のレベルになると非常に有害な不純物が含まれています。高温では、給水内の特定の物質が微量であっても、短時間で機器やパイプに深刻な損傷を与える可能性があります。問題のある溶解固形物または懸濁固形物、酸素、二酸化炭素、および有機物は、スケール、ファウリング、および腐食を引き起こす可能性があります。例:

• 鉄はボイラー内部の部品やチューブに付着し、下流の機器に損傷を与え、特定の製造プロセスの品質に影響を与える可能性があります。
• 銅は高圧タービンに堆積物を沈降させ、タービンの効率を低下させ、費用のかかる洗浄や機器の交換を必要とする可能性があります。
• 特に高圧ボイラーでは、シリカが非常に硬いスケールを引き起こす可能性があります。
• カルシウムは、ボイラー給水の化学的性質に応じて、いくつかの形でスケーリングを引き起こす可能性があります。
• マグネシウムはボイラーやコーティングされたチューブの内部に付着する可能性があり、特にリン酸塩と組み合わせると、より多くの固形物を引き付けてスケールの原因となります.
• アルミニウムはボイラーの内部にスケールとして堆積し、シリカと反応してスケールの可能性をさらに高める可能性があります。
• 硬度により、ボイラーの部品や配管に堆積物やスケールが発生します。
• 酸素や二酸化炭素などの溶存ガスは、ボイラーのパイプや部品に深刻な腐食を引き起こす可能性があります。

最も一般的なタイプの腐食は、溶存酸素による孔食です。これは、チューブの壁を貫通し、最終的な障害を引き起こす小さいが深い穴によって特徴付けられます。重症度に影響を与える要因には、溶存酸素濃度、pH、および温度が含まれます。 (関連資料:孔食を効果的に認識、防止、処理する方法。)

腐食を防ぐために、ボイラー水は酸性ではなくややアルカリ性である必要があります。不適切な酸性度と弱アルカリ性の水は、金属と金属表面の保護フィルムを溶解する可能性があります。

pH が 8.5 を下回ると、酸性攻撃が発生します。この状態では、材料はエッチングによって表面が薄くなる可能性があります。このタイプの攻撃では、ストレスのかかる領域が最も脆弱になります。

pH が 12.9 を超えると苛性攻撃が発生し、リン酸処理ボイラーを含む高温で発生することがよくあります。高熱伝達領域の堆積物は、ベース材料からマグネタイト フィルムを剥がす可能性があります。

発泡キャリーオーバー

泡の持ち越しは、通常のボイラーの不純物が濃縮しすぎたり、化学薬品で過剰に処理したり、有機物 (グリースや油) がボイラーの給水や復水の戻りに偶発的に混入したりすることによって発生します。ボイラー内の泡は、ボイラーの蒸気出口から簡単に押し出され、大きな損傷を引き起こす可能性があります。蒸気ラインのウォーター ハンマー、蒸気配管の浸食、ボイラーの水不足イベントなどがその例です。

図 1. ボイラーの動作を説明するビデオ

ボイラー給水処理システム

ボイラー給水処理システムは、特定のボイラーの要件を満たすために給水の状態に対処するいくつかの個別の技術で構成されています。処理システムは、ソースに関係なく常に存在する不純物を除去するために必要なコンポーネントで構成されています。基本的なボイラー給水処理システムには、通常、ある種の凝固、ろ過、イオン交換、脱アルカリ、脱気、および逆浸透などの膜プロセスが含まれます。これらのコンポーネントについては、次のセクションで説明します。 (関連資料:ボイラーの給水管で化学剤ベースの腐食を回避する方法。)

凝固と化学沈殿

すべての大きな対象物が元の水源から除去された後、さまざまな化学物質が反応タンクに追加され、バルクの浮遊固形物やその他のさまざまな汚染物質が除去されます。このプロセスは、さまざまな混合リアクターから始まります。これは通常、特定の化学物質を追加する 1 つまたは 2 つのリアクターであり、最終的に沈殿して沈降する凝固によってそれらをより重い粒子に結合することにより、水中のすべての細かい粒子を取り出します。

ろ過と限外ろ過

次のステップは、通常、水をろ過して、沈殿物、濁り、特定の種類の有機物などの浮遊粒子を除去することです。上流の浮遊固形物を除去することで、前処理プロセスの後半で膜やイオン交換樹脂が汚れるのを防ぐことができるため、プロセスの早い段階でこれを行うと便利なことがよくあります。

イオン交換軟化

軟化樹脂は、重炭酸塩、硫酸塩、塩化物、または硝酸塩を含む高硬度に対処するために使用できます。この手順では、強酸性陽イオン交換プロセスを使用します。これにより、樹脂にナトリウム イオンが帯電します。硬水は軟水器を通過し、カルシウムとマグネシウムはナトリウムイオンと交換されます。ナトリウム イオンは緩く保持され、カルシウムおよびマグネシウム イオンによって容易に置き換えられます。この過程で、「遊離」ナトリウムイオンが水中に放出されます。

脱アルカリ化

脱アルカリは、発泡、腐食、脆化の原因となる不純物であるアルカリ度または pH を低下させる可能性があります。塩化ナトリウムの脱アルカリでは、強力な陰イオン交換樹脂を使用して、重炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩を塩化物陰イオンに置き換えます。

逆浸透とナノろ過

逆浸透 (RO) およびナノ濾過 (NF) は、加圧水を半透膜に強制的に通過させ、バクテリア、塩分、有機物、シリカ、硬度などの汚染物質を捕捉しながら、濃縮精製水を通過させます。これらのろ過ユニットは、懸濁および溶解固形物の濃度を非常に低く保つ必要がある高圧ボイラーで主に使用されます。

脱気または脱気

返されたドレンは、処理された補給水と混合し、脱気または脱気プロセスに入ります。微量の酸素と二酸化炭素は、ボイラー機器と配管を非常に腐食する可能性があります。したがって、これらのガスを許容レベルまで除去することは、ボイラー システムの耐用年数と安全性を最大化するために不可欠です。さまざまな構成の脱気装置にはいくつかのタイプがありますが、脱気または脱酸素剤用のトレイまたはスプレータイプの脱気装置が最も一般的なタイプです。

高圧および低圧ボイラー

給水の品質要件は、圧力と流量によって異なります。特定の圧力では、汚染物質の最大レベルがあり、圧力が高くなるにつれて、より高品質の水を生み出す完全な水処理がより重要になります。

低圧ボイラー (600 PSI 以下) および総溶解固形分 (TDS) の量が少ない水は、通常、単純なろ過と水軟化のみが必要です。水の化学的性質に応じて、または圧力が上昇すると、脱アルカリ剤が必要になる場合があります。

高圧ボイラー (600 PSI 以上) には、通常、ある種の脱塩、イオン交換、樹脂ベースのサンドイッチ、または混合床研磨装置が必要です。研磨技術と組み合わせて使用​​される逆浸透は、非常に高純度の水が必要な場合に非常に人気があります。

給水試験と品質管理

ボイラーの腐食プロセスを防止および最小化することは、火力発電業界において非常に重要です。給水の品質は、設計基準に対応するレベルに維持する必要があります。その後、測定されたパラメーターの変動に注意してください。ボイラーの安全性と性能にとって重要な主要な診断パラメーターを測定するために使用できる高感度のオンラインおよびオフラインの分析機器があります。

特定のボイラーに必要な水質との関係で、給水源の水質がどこにあるかを知ることは不可欠です。不十分な水処理は、ボイラーと下流の機器のスケーリング、腐食、ファウリングにつながる可能性があるためです。