JPH01184290A - 海水を用いる循環水系の防食装置 - Google Patents

海水を用いる循環水系の防食装置

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JPH01184290A
JPH01184290A JP63006717A JP671788A JPH01184290A JP H01184290 A JPH01184290 A JP H01184290A JP 63006717 A JP63006717 A JP 63006717A JP 671788 A JP671788 A JP 671788A JP H01184290 A JPH01184290 A JP H01184290A
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water pipe
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Katsuaki Tanaka
克明 田中
Shuichi Inagaki
修一 稲垣
Sunao Wada
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、冷却に海水を使用する発電プラントのチタン
熱交換器およびこの熱交換器に接続される循環水系の防
食装置に関するものである。
(従来の技術) 従来の発電プラントの熱交換器の冷却には海水を使用す
るものが種々ある。最近の発電プラントでは、信頼性向
上を重要視する観点から海水に対する耐食性に極めて優
れたチタンの特性に着目して伝熱管および管板等の熱交
換部にチタンを用いたいわゆるチタン熱交換器が多く利
用されている。
このチタン熱交換器の水室は、一般に炭素鋼より形成さ
れているが、耐海水腐蝕性を向上するために信頼性の高
いライニング(例えばゴムライニング)をその内面に施
している。
一方、海水系配管の材質は、炭素鋼からなりその内面に
コーテング(例えばタールエポキシコーテング)が施さ
れている。配管内面に信頼性の高いライニングを施すこ
とも可能ではあるが、一般に、その配管はその全長が長
く、また口径も大なのでその全長にわたり信頼性の高い
ライニングをすることは経済的に得策でないため、配管
内面にライニングを施すことは一般的に行われていない
そのため、従来、熱交換器とその配管系の海水に対する
防食は次のようになされている。すなわち、熱交換器の
伝熱管および管板はチタン、水室は炭素鋼からなり、そ
れらの内面に信頼性の高いライニングを施してガルバニ
ック腐食を防いでいる。
また海水系配管にはコーテングを施すので、配管に防食
装置を設けない場合と、コーテングが損傷した場合を考
慮してさらに配管に防食装置を設ける場合とがある。し
かし、信頼性向上の観点から、最近では配管に防食装置
が設けられることが多い。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、このような従来の海水系配管は、機器の
防食の観点から見た場合、次のような問題点がある。す
なわち、チタンは、 600mv・SCE (飽和甘木
(こう)電位)以下の電位では、水素脆化を起す特性が
あることか良く知られている。そのため、チタンを用い
る場合にはこれ以上の電位にチタンの電位を保つ必要か
ある。
一方、炭素鋼製配管の内面に施したコーテングが損傷さ
れた場合、チタンと炭素鋼との自然電位の差(すなわち
前者が一150〜+50mv・SCE、後者が−460
〜−720mv−8CE)により炭素鋼がガルバニック
腐蝕を受は損傷する危険性がある。そのため、炭素鋼配
管は、その電位を一770mV−8CE以下にする必要
がある。
このように、チタンおよび炭素鋼配管の両者の使用条件
を満足しようとすると、熱交換器と配管の接続部近傍に
制御不能な電位域 (−600〜−770mv−3CEの間)が出現し、防
食設計上の問題あるいは実プラントの信頼柱上の問題が
生じる。
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、熱交換器か
ら適切な距離をもって配管内に犠牲陽極を取付け、かつ
熱交換器に近接するある区間に電気的に絶縁性の高いラ
イニングを施するかあるいはライニングに代えて絶縁配
管にすることにより熱交換器およびその配管系の完全な
防食を達成することを目的としている。
すなわち、本発明は、犠牲陽極の取付位置を、犠牲陽極
の電位、電流、海水の伝導率および配管内径の諸元から
チタンの水素脆化を防止しうる電位に置かれるよう決定
する。また熱交換器に近接する配管には絶縁性の高いも
のを用いるがその範囲と前記内犠牲陽極の取付装置との
関係を、従来のように犠牲陽極から流れる電流、海水の
伝導率および配管内径によらず、一義的に決定する。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 本発明は、熱交換部にチタン材からなる伝熱管を用いた
熱交換器の各水室にチタン材よりも電気的に卑な金属材
料から構成される循環水管を各々接続し、これらの循環
水管内には該循環水管の構成材料より電気的に卑な金属
材料で構成される犠牲陽極をそれぞれ設けてなる海水を
用いる循環水系において、前記各犠牲陽極の循環水管内
の設置領域は、前記水室の底部から前記犠牲陽極までの
距離をgl、前記循環水管の内径寸法をDcmとしたと
き、 p1≧0. 003D  (cm)の範囲に、かつ、前
記循環水管内に電気的絶縁材料を施す領域あるいは前記
循環水管自体を電気的絶縁材料で構成する領域は前記水
室の底部を基準として施工長さをg2としたとき、 ρ2≧0.4ρ1  (cm)の範囲に、それぞれ定め
たことを特徴とする。
(作 用) 本発明の海水を用いる循環水系の防食装置の作用を第1
図および第2図により説明する。
すなわち、犠牲陽極9から出る電流は、循環水管1、水
室2を通過して管板4、伝熱管3へと流れる。この場合
、循環水管1の軸方向電位分布は、実験および解析によ
ると第2図にその例を示すように、犠牲陽極9からの循
環水管1の軸方向距離に比例した電位を示し犠牲陽極9
から離れるにつれて電位の絶対値が減少することが確認
できた。
♀のことは配管水管1内の軸方向電位にはオームの法則
が適用できることを意味する。よって次の式が成り立つ
。ここで循環水管1の内径をDとする。
σ・−(D2) ここに ΦT:チタンの防食電位(v−8CE) ΦA=犠牲陽極の電位(V−8 CE) ■:防食電流(A) σ:海水の伝導率(?J / cm )D=循環水管の
内径(am) 上式に基づいて犠牲陽極にアルミニウムを用いた場合の
91の算出を行なう。ここで11σについては従来明確
にされてぃながったが、発明者の実験および解析の結果
、次の値の範囲であることが確認された。すなわち 1.0≦I≦3.0(A) 0゜03≦σ≦0. 05 (U/cm)したがって、
犠牲陽極(9)の取付位置の最少値は、次の値となる。
ΦT≧−0,6(V−8CE) Φ、=−1.0 (V−8CE) とすると、 xD   =0.003・D2 (cm)よって犠牲陽
極9の取付位置を、l111≧0. 003D2(cm
)とすれば管板4と伝熱管3に用いるチタンの水素脆化
を防止できる。
上記説明は、犠牲陽極9にアルミニウムを用いた場合で
あるが、亜鉛を用いても亜鉛製の犠牲陽極の電位ΦAが
アルミニウムのそれとほぼ同じ値であるため、同様なチ
タンの水素脆化防止結果を得ることが分った。
次に熱交換器に近接する循環水管1に絶縁性の高いライ
ニングを施す範囲g2は、次のようにして決定する。
この場合、熱交換器の底面よりρ2の位置でその電位を
炭素鋼の防食電位−770mV−8CEと等しくする必
要がある。従って同様にオームの法則を適用すると、次
の式が成り立つ。
・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (3)前記式
(1)、  (3)より次の式が求まる。
ここにΦR:絶縁性の高いライニングの犠牲陽極側端部
炭素鋼配管の防食電位 ΦT1ΦA :式(1)と同じ ここで、式(4)は、瞥、ΦAおよびΦRの値が決まる
と、循環水管内径D1防食電流■および海水の伝導率σ
等によらずして、循環水管1にライニングを施す範囲ρ
2と犠牲陽極9の取付装置ρ1の比が求まることを表わ
している。
前記と同様に ΦT≧−0,6(V・5CE) ΦA=−1,0(V争5CE) ΦR≦−0,77(V−8CE) とし、式(5)にこれらを代入すると、=0.4・gl
 輸) よって循環水管1に絶縁性の高いライニングを施す範囲
ρ2≧O= 4l1(cm1(c+n)とすれば炭素鋼
製配管の防食が可能となる。
〔実施例〕
以下本発明の実施例を第1図により説明する。
第1図において、海水5を伝熱管3内に導びく循環水管
1は、熱交換器の水室2に接続され、また熱交換器の管
板4には多数の伝熱管3が取付られている。循環水管1
(配管内径Dcn+)の内面には一般的なコーテング6
(例えばタールエポキシコーテング)、また水室2の内
面には従来の合成ゴム材料を含む信頼性の高い電気的絶
縁材料からなるライニング8(例えばゴムライニング)
が施され、さらに熱交換器に近接する部分の循環水管1
の内面には、図示したg2の範囲において、従来の合成
ゴム材料を含む絶縁性の高い電気的絶縁材料からなるラ
イニング6が施されている。熱交換器水室2の底部から
図示した111の位置に犠牲陽極9が循環水管1の内部
に設置されている。さらに循環水管1と水室2は、チタ
ンよりも電気的に卑な金属材料である炭素鋼から、また
、管板4と伝熱管3はチタンからなっている。犠牲陽極
9は循環水管1の構成材料より電気的に卑な金属材料か
らなっている。
このように構成された配管系統において、犠牲陽極9の
取付位置g は上述したように92≧ 10.003D
2 (am)から決定され、この結果、管板4と伝熱管
3等の熱交換器の熱交換部に用いたチタンの水素胞化が
防止できる。
また、循環水管1に絶縁性の高い電気的絶縁材料からな
るライニングを施す範囲ρ2は、上述したようにg ≧
0.4l1(cm’ 1(cm)から決定され、炭素鋼
製配管の海水からの防食が可能となる。
〔発明の他の実施例〕
本発明の他の実施例を第3図に示す。
第3図において、第1図の実施例と同様に、海水5を伝
熱管3内に導びく循環水管1(内径Dc+n)は、熱交
換器の水室2に接続され、また熱交換器の管板4に多数
の伝熱管3が取付けられている。
ただ、この実施例では、第1図の実施例と異なり、水室
8の底面から長さg2の範囲に、塩化ビニール、プラス
チック、ゴム合成ゴム材料あるいは強化プラスチック(
FRP)等の電気的絶縁材料からなる絶縁配管10が設
けられている。また、第1図の実施例と同様に水室2の
内面には信頼性の高いライニング8が施され、また循環
水管1の内面には絶縁性の高い電気的絶縁材料からなる
ライニングが施されている。さらに、熱交換器水室2の
底部から図示したglの位置に犠牲陽極9が循環水管1
の内部に設置されている。さらに、循環水管1と水室2
は、炭素鋼から、また、管板4と伝熱管3はチタンから
なっている。犠牲陽極9は循環水管1の構成材料より電
気的に卑な金属材料からなっている。
このように構成された配管系統において、犠牲陽極9の
取付位置g は、上述したようにρ2≧0.003D”
  (cm)から決定され、この結果、管板4と伝熱管
3等の熱交換器の熱交換部に用いたチタンの水素脆化が
防止できる。
また、水室8の底面から絶縁配管10を設ける範囲g 
は、上述したように、l112≧0.4.Q1(印)か
ら決定される。
この実施例の絶縁配管工0の材質は、従来の合成ゴム材
料を含む電気的絶縁材料からなるため電気的絶縁性が高
く、炭素鋼配管の内面に絶縁性の高いライニングを施す
のと同様な効果が得られる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、前述した計算式に基づいて、犠牲陽極
の取付位置g1および絶縁性の高いライニング6を施す
範囲あるいはライニングに代えて絶縁配管10を設ける
範囲ρ2を決定すれば、管板4と伝熱管3に用いるチタ
ンをその水素脆化防止電位以上に維持でき、一方、炭素
鋼配管を防食電位以下の電位に維持することができ、熱
交換器とその配管系の完全な海水からの防食が可能とな
る。
したがって、海水を使用する熱交換器の熱交換部に用い
るチタンの水素脆化を防止し、かつ熱交換器に接続され
る炭素鋼配管のガルバニック腐食をも防止し、よって信
頼性の優れる発電プラントの海水を用いる循環水系の防
食システムを確立することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の海水を用いる循環水系の防食装置を示
す構成図、第2図は犠牲陽極を設けた海水を用いる循環
水系の等電゛位分布線図ミ第3図は本発明の他の実施例
を示す構成図である。 1・・・循環水管、3・・・伝熱管、4・・・管板、6
・・・コーテング、7・・・ライニング、9・・・犠牲
陽極、10・・・絶縁配管。 出願人代理人  佐  藤  −雄

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 熱交換部にチタン材からなる伝熱管を用いた熱交換器の
    各水室にチタン材よりも電気的に卑な金属材料から構成
    される循環水管を各々接続し、これらの循環水管内には
    該循環水管の構成材料より電気的に卑な金属材料で構成
    される犠牲陽極をそれぞれ設けてなる海水を用いる循環
    水系において、前記各犠牲陽極の循環水管内の設置領域
    は、前記水室の底部から前記犠牲陽極までの距離をl_
    1、前記循環水管の内径寸法をDcmとしたとき、l_
    1≧0.003D^2(cm)の範囲に、かつ、前記循
    環水管内に電気的絶縁材料を施す領域あるいは前記循環
    水管自体を電気的絶縁材料で構成する領域は前記水室の
    底部を基準として施工長さをl_2としたとき、 l_2≧0.4l_1(cm)の範囲に、 それぞれ定めることを特徴とする海水を用いる循環水系
    の防食装置。
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