コージェネレーション凝縮水システムの腐食監視のための微量金属分析

いくつかの蒸気発生器給水鉄分析の再考と、コージェネレーション施設で銅の監視が必要な理由。

Brad Buecker著 – Buecker & Associates, LLC

以前のパワー エンジニアリングの記事では、排熱回収ボイラ (HRSG) の凝縮水および給水回路における炭素鋼の腐食の程度を判断するための微量鉄モニタリングの重要性について検討しました。 (1、2) HRSG 給水システムには、おそらくまれに銅合金管を備えた凝縮器を除いて、通常、銅合金が含まれていません。 ただし、コージェネレーションおよび大規模な産業用蒸気システムには、銅合金チューブを含む多数の熱交換器が搭載されている場合があります。

したがって、凝縮液の鉄と銅の両方のモニタリングは、腐食と蒸気発生器への腐食生成物の輸送による二次的影響を最小限に抑える化学処理プログラムの有効性を評価するために重要です。 この記事では、蒸気発生器の凝縮水/給水鉄分析のいくつかの重要な側面を簡単に再検討します。 また、コージェネレーション施設で銅の監視が必要な理由と、微量金属分析のための最新の分析方法についても検討します。

前世紀半ばの大規模な化石プラント建設の時代には、復水/給水ネットワークには通常、複数の密閉給水ヒーターと開放ヒーター、脱気装置が含まれていました。

銅合金は、銅の優れた熱伝導特性により、密閉型給水ヒーターチューブの材料として一般的に選択されていました。 しかし、銅は溶存酸素とアンモニアの複合効果により腐食を受けやすく、アンモニアは給水の pH 制御に一般的な化学物質です (ただし、一部のプラントではアルカリ化、つまり中和としてアミンが依然として選択されています)。 (3、4)

酸素は銅表面の保護 Cu2O 層 (銅の酸化状態が +1 である) を CuO に変換し、銅は +2 の酸化状態に変化します。 Cu2+ はアンモニアと反応して可溶性化合物を形成します。 したがって、銅合金を含む事実上すべてのシステムでは、合金を保護するために機械的脱気と化学的酸素除去の組み合わせが必要であり、現在も必要です。 脱酸素剤は、CuO を Cu2O に戻す不動態化剤としても機能します。

pH 調整のためのアンモニアまたはアンモニア/アミン混合物と脱酸素剤供給物の組み合わせは、全揮発性処理還元 (AVT(R)) として知られています。 これは炭素鋼上によく知られたダークマグネタイト層 (Fe3O4) を生成しますが、銅合金を含まないユーティリティ ユニットや HRSG には推奨されなくなりました。

むしろ、参考文献 1 に概説されている全揮発性処理酸化 (AVT(O)) (脱酸素剤の供給は行わないが、アンモニアまたは pH 制御用のアンモニア/アミン混合物を使用) が適切な選択です。 AVT(O) は、炭素鋼上に赤色酸化物層、α-ヘマタイト (酸化第二鉄水和物 (FeOOH) としても知られています) を生成します。 AVT(O) を成功させるには、カチオン伝導率 <0.2 mS/cm の高純度給水が必要です。 コージェネレーションおよび産業用蒸気発生システムの場合、(通常) 低純度の供給水および/または銅合金管熱交換器の存在により AVT(O) が禁止されており、AVT(R) が必須のオプションとなります。

鉄と銅の腐食を最小限に抑えるためには、慎重な化学的制御が必要です。 処理プログラムの重要な要素は、化学的性質が最適化されていることを確認するための腐食生成物の監視です。

鉄のモニタリングに関しては、参考文献 2 のいくつかの論点が簡単に繰り返されます。

通常、鋼の腐食生成物の 90% 以上は酸化鉄粒子として存在します。 したがって、溶解したばかりの鉄の測定値は、総腐食生成物濃度には近づきません。 Hach 氏は、30 分間の消化プロセスを利用してすべての鉄を可溶性の形態に変換し、その後標準的な分光光度計で分析するベンチトップ手順を開発しました。

検出下限は 1 ppb (10 億分の 1) であり、推奨される給水鉄濃度が 2 ppb 未満である高圧蒸気発生器でも満足できる値です。 過去 40 年近くにわたる出来事が示しているように、鉄のモニタリングは、復水/給水システム、および複数の設備の低圧エコノマイザーおよび蒸発器 (および多くの場合、一部の中圧回路) における流動促進腐食 (FAC) を追跡するために非常に重要です。 HRSG に圧力をかけます。 このベンチトップ技術では、スナップショットの読み取り値のみが提供されますが、適切な化学反応によって保護されたシステムでは、これらの読み取り値で十分であることがよくあります。 (5)