JPS5976884A - ボイラ−のスケ−ル及び腐食の防止方法 - Google Patents

ボイラ−のスケ−ル及び腐食の防止方法

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JPS5976884A
JPS5976884A JP58163407A JP16340783A JPS5976884A JP S5976884 A JPS5976884 A JP S5976884A JP 58163407 A JP58163407 A JP 58163407A JP 16340783 A JP16340783 A JP 16340783A JP S5976884 A JPS5976884 A JP S5976884A
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water
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temperature
scale
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JP58163407A
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ステイ−ブン・レオ・ワレイス
フレデイ−・グリツフイン・ジユニア
ソ−ワルド・ジヨン・トウベツト・ジユニア
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Dow Chemical Co
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F5/00Softening water; Preventing scale; Adding scale preventatives or scale removers to water, e.g. adding sequestering agents
    • C02F5/08Treatment of water with complexing chemicals or other solubilising agents for softening, scale prevention or scale removal, e.g. adding sequestering agents
    • C02F5/10Treatment of water with complexing chemicals or other solubilising agents for softening, scale prevention or scale removal, e.g. adding sequestering agents using organic substances
    • C02F5/12Treatment of water with complexing chemicals or other solubilising agents for softening, scale prevention or scale removal, e.g. adding sequestering agents using organic substances containing nitrogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23FNON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F11/00Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent
    • C23F11/08Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in other liquids

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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】 水蒸気の発生に使用されるボイラーは、熱交換面におけ
るスケールの形成を低減するために、神々の合成及び天
然化合物で処理されてきた。スケールは、相当な厚さに
なると、j1シ伝導を減少しやず(、若干の場合には金
属の過熱を起こJ。これらの問題が著しいスケールのf
JfMによって悪化すると、熱交換面の破壊か起こり、
故障が起こり、修繕のため長い運転中IL待時間必要に
なる。
工業エネルギーの目的の水蒸気の発生用の」工業用ボイ
ラーにおいて、より高い効率を達成するために、ボイラ
ー設計の1頃向はまずまず高い作奪り日ガ及び温度を使
用する方向にある。構造金属、特に鋼の熱伝導性、特に
圧力を限定する熱伝導ボイラ一温度、一般に管の壁の厚
さ方向の温度勾配に関して注意深い研究がなされてきた
。一般に、このような管は、その−・方の面において鋼
の塑性温度より著しく高い温度にある熱源に隣接し、他
方の表面はそれより低いが、安全に保持するため出来る
だけ高い温度にし、管の可塑化及び圧力変形を防止する
速度で管の壁等を通して熱伝導を同時に行う。蒸気圧が
増加し、熱源と水蒸気帯域との間の温度勾配が減少する
に従って、熱伝導が不足したり、熱交換単位構造が過熱
され、塑性変形や場合により、恐らく破壊を受IJるこ
とがないように、熱伝導が効率良く、迅速であることが
肝要になる。この状態で、絶縁層における熱伝導を妨げ
る鉱物の、水又は水蒸気側での沈着は、たとえ緩徐てあ
ってもa′1容されない。
この問題は、特に、凝縮水をボイラーに返還せず、すべ
ての流入水が新しいか、又はボイラーに通過することに
よって実際に予め蒸溜されていないという意味で1補給
」水であるような装置に一水蒸気を供給するため使用さ
れるボ・イラーの場合に悪化する。この状態では、許容
されない沈着物を形成しうる鉱物が徐々に蓄積するlI
r1向がある。
ポ・イラーに使用する水から新、物を除去することは、
注意深く研究されてきた。最も良く利用されうる技術を
すべて使用している装置は、流入する未処理水を多数の
凝集剤又は「沈降」剤の任意のもので処理して水から大
部分の混濁不純物を除去し、比較的清浄な水を残すこと
から始められるのが一般的である。この消浄な水を一般
に2濾過器に通して存在しうるずべての懸濁又は沈降粒
子を除去する。う戸遇した水を次に脱・イオンする。し
かしながら、これらの操作をすべて行一つでも、種々の
重大な問題が残っている。コし1イト゛としての粘土は
これらのずべCの操作によって変化・V1′に通過する
ことができ、ボイラ一温度で分解してボ・イラー内でボ
・イラー水中でカルシウムイオン(十+)、マグネシウ
ムイオン(+十)、アルミニウムイオン(+ 十+ )
及び珪酸・イオン(−−)を生成ず゛る傾向がある。更
に、これらのイオンはボイし−の条イアトドで再結合し
て種々の鉱質物質を生成する。
この問題は、公知の化学的添加剤の使用によっである程
度軽減され丈。ボイラー条件士で、ある種のオルト燐酸
塩に変換される種々の燐酸塩は、カルシウムと錯体を形
成しやすく、カルシウムを懸濁液に似た形で保持するの
で、添加される。しかし、燐酸塩を単独で、約9〜1O
05のρ1■で使用する場合には、カルシウムからの保
護は達成されるが、強靭な粘着性燐酸マグネシウムが許
容できない程度にポ・イラー管の内(水)面上に絶縁性
被覆を形成し、発達しやすい。
問題物質としてのマグネシウムは、ボイラー水に水酸化
ナトリウムを含有さ−Uることによっζある程度軽減さ
れる。11(=J近のpHで、マグネシラJ1が主とし
て水酸化マグネシウムを形成し、シリカ及びアルミニウ
ムを珪酸塩及びアルミン酸塩の形で保持するのに充)1
1に多用に水酸イオンが存在する。
これらの添加物を使用すると共に、「ブローダウン」、
即ら、ボイラー水から最高固体濃度点で少量のボイラー
水を定期的又は連続的に除去して若干の鉱物成分を除去
するごとによって前記の問題を更に軽減することができ
る。
ボイラー保守の関連する問題は、更に、水の存在での酸
素による鉄及び鋼製ボイラー管の腐食であった。ボイラ
ー水から酸素を除去するため、種々の努力がなされた。
大型の工業用ボイラーにおける標準的に実施されている
一つの方法では、ボイラーに供給する簡に、水を生蒸気
が適度の圧力下に注入される容器中に導通ずる。水温を
上昇さ一1!°ると、これにより酸素の溶解度は低1・
し、流通する水蒸気が水から、前に存在していた/8解
ガスの大部分を洗い流す。しかしながら、この処理を徹
底的に実施した後にも、障害となる痕跡の酸素が當に残
1&、Iする。これらの痕跡量はしばしば、化学的に「
掃去」される。このことは、ポ・イラー水に酸素と反応
して化学的に結合し、無害又は少なくとも未結合の酸素
より害の少ない反応生成物を生じる化学薬品を添加する
ことによって達成される。このような物質のうち最も一
般的に使用される2Mの物質はヒlζラジン及び、好ま
しくは亜硫酸す1リウム又は他のアルカリ金属の亜硫酸
塩である。これらの物質は脱気装置に濃厚氷熔液として
添加するのが代表的である。その他の化学薬品を1化学
薬品供給ラインー1より添加し、これにより前記の化学
物質をある程度均一な濃度で水蒸気ドラム中に導入し、
そこで沸騰による1毘拌が急速にボイラー水中に均一に
化学物質を分散する。また、しばしば、前記のように、
水蒸気の脱気後にボイラーへの補給水供給ライン中に酸
素掃去剤を導入する。
最近、鉱物沈着の残りの問題を解決するため、金属・イ
オンとの反応によって障杏となる鉱物の水溶性有機金属
キレート化合物を形成させることを期待して、ボイラー
水蒸気ドラムへの化学薬品供給物にキレ−1・形成剤を
包含さUた。最も広く使用され、最も有効なものはエヂ
レンジアミンテトうlI!il酸の四すl・リウム塩(
[!旧ANa4)であった。
一般に、水酸化ナトリウム及び燐酸塩も添加される化学
薬品供給ラインにこの物質を含めると、鉱物の沈着物の
形成からボイラー内部を保護Jる点で良好な結果が生じ
た。
その後、二1−リロ化合物、例えば二l・リロトリ酢M
 (NT^)の三ナトリウム塩、及びスルホキン基を含
まないと記載されている水溶性極性(=J加重合体、例
えばポリ゛rクリル酸又はマレイン酸無水物−スチレン
共重合体を併用して処理することにより、スケールを除
去し、抑制する方法が米国特許第3+ 549+ 53
8号明1ll 言に記載されている。別の特許(米国特
許第3.492.240号)はポリアクリロニl−リル
の部分的に加水分解した重合体を使用する。15〜20
%の加水分解が好ましいと示唆されている。更に最近の
特許である米国特許第4.306,991号明綱■は水
溶性n機ホスホン酸化合物、例えばメチレンジホスホン
酸と−・緒にスチレンスルボン−とマレイン酸無水物の
共重合体を(31川するごと・をi己illしている。
ボ・イラー水のスケール抑制に使用するため、良好なキ
レ−1・形成剤−ζある他のアミンポリカルホン酸塩も
示唆されている。これらを選択する際の重要な基準は、
ポ・イラーに適用した際の+1%い温度及び圧力条件下
でのキレート化合物の安定性である。
ボイラー水は、しばしば酸素掃去化合物及びpl+調節
化合物で処理される。本発明は酸素掃去化合物、特に揮
発性化合物、例えばヒドラジンで処理するボイラー水の
処理に関する。別の揮発性化合物である“アンモニアは
p II l1m節のため添加される。
このような揮発性化合物を使用“4る方法はΔvT(全
揮発性物質処理)と占われる。AvT法とは異なる前記
の別種の処理は、しばしば′アンモニアと共に1.u 
#I!it節に燐酸塩を使用する方法である。
燐酸塩はV、素掃去剤としての亜硫酸塩及びスケール及
び腐食の抑制を助成するキレート形成剤と共に使用され
る。
酸素を除去し、pHを調節−Jるノ、め処理を使用し、
キレ−1・形成剤を使用するごとにより・ボイラーにお
りるスケールの形成を防11−シ、金属表面を不動態化
−J/!、際に、ヒlし1キシエチルエチレンジアミン
トリ酢酸(II U l)1’^)又はその塩を使用す
ると、他の一般に使用されるキレ−1・形成剤、例えば
C。
T^及びNT^を使用する場合より一層熱安定性の金属
キレ−1−化合物を形成することが判明した。
金属キレ−1化合物の熱安定性が直接その生成定数に関
係゛」ることは、文献(ラムナス(It a m u 
n a sJ、)モテカイティス(Motekaiti
s) 、X、 B、 Cox。
II+、パ1−リック・ティラー(1’a1.rick
 Taylor)、アルドウール Martell ) 、フ゛う1!パンイルス(llr
ad旧1es)、1−ベラI・(T. J. Tved
t ) 、、lr.  Hカナディアン・ジャーナル・
オブ・ゲミストリイ(Ca++adianJourna
l  of  CI+emisLry)  、 [i 
 0  iLk+.  1  0  、 1982)に
記載されている。Fe ( It ) N’r^、I’
e ( It ) IIE旧^及びFe ( II )
 P.DTAの生成定数のlogは、それぞれ8.8.
12.2及び14.3である。従って、111ミ旧1が
U l)1’への10倍の熱安定性を示し、ボイラーに
おけるスケールの防止にE旧へより有効で、優れ°Cい
ることは予測されなかった。
+11iDTAは、Fe、Ca  及びM g++のよ
うな金属イオンからのボイラースう−ルの形成を防11
するのに、N↑八又はUI)1″Aより優れていること
が測定された。また、1旧ITAはこれらの2種の一般
に使用されノこキレ−1・形成剤より一層迅速に金属表
面を不動態化する。ll[ll T^を酸の形で又は゛
アンモニウム塩、アルカリ金属塩若しくはアミン塩又は
これらの混合物の形で使用することができる。金属キレ
−1−化合物を形成するため、例えば、キレ−1・形成
剤のトリアンモニウム塩、シナトリウムアンモニウJ\
塩、トリリートリウム塩又は“アミン塩を使用すること
ができる。ll U l)T^は7〜12OpH値で、
0.103−22.IMPa  (15〜3 ’2.1
) O1b/+n )で、100℃〜374℃(212
〜705”l・)で使用するのが有利であるが、水に幻
する臨界点より低い(1:意の温度又は圧力で使用する
ことができ2)。11シ旧^を存在する金属イオンにり
1して、金属・イオン1モル当ノ、:リキレー1形成剤
約1〜10モルの範囲の化で使用する。好ましい量は、
金属イオン1モルに対して約1.2〜2モルである。
上記の実施例では、ボイラー中でのII II 11 
Tへの作用の模擬実験を行い、種々の金属クーポン−1
、−で金属不1lIIB化試験を行った。
例1〜3 すべての実験を2pのチタン製オートクレーフ中で実施
した。チタンは使用Jる条件下で不活性であるので選択
した。オートクレーブの他に、反応容器は更に2要素加
熱ジートケッ1及び温度制御器を含んでいた。典型的実
験を下記のように実施し ノこ : 2pのチタン製反応容器を直立位置でポルトで結合し、
ガス噴霧管、試料11及び排気管を取りついた。試験溶
液を9.53 am (3/ 8 ” )の圧縮取イス
1部品より反応容器中に注入し、試験の間その取4=3
 s品に栓をしておいた。反応容器を2要素3■加熱装
置で加熱した。可変電圧電源を上部要素に結合し、7.
1&度制御器を−1:部要阜にIi’4合した。
ガラス容器中で蒸溜した脱・イオン水約300m1中に
1.97 g ((1,026モル)のCa (Off
) y及び7.77 g (0,+126モル)のEl
)T八を熔解するごとによっ′ζζ試験液液製造した。
次に、水酸化アンモニウムでpl+を約9.7に」二げ
て底部の固体を熔解した。、Lト成した溶液を定量的に
21の目盛イ4シリンダーに移し、21の全容量に希釈
した。最後に・  0.5%tri11.ス(・ツク溶
液150μlを添加した。磁気既1′15棒を(=Jけ
た後、内容物を10〜20分攪拌した。
部品栓を除去するごとにより供給物を反応容器中に導入
した。試験溶液を反応容器に導入°邊°るにijLって
、少量の窒素パージを保持した。反応容器を直らに副!
I=Jl、、−夜高純度窒素でパージし、その後両刀の
加熱要素を始動した。反応容器の内温かIgi望の温度
より20〜50℃低い温度に接近したら可変電圧電源の
ス・インチを切った。次に、温度sl;制御器を反応容
器の所望の高度に保持した。
試料を水冷、向流304ステンレススチール製熱交換器
を通し“C集めた。319開(1/8in)のニーFル
ハルブを使用して反応容器からの試料の流量を制御した
。試料を集める前に、5〜10聞1の溶液を捨てた。試
料を蒸気とし一ζ進出さ−Uるのに充分になるまで試料
弁を決して開放しない。
第1表は鉄、カルシウム及びマグネシウムの種々のキレ
ート化合物の半減期を承ず。
第1表 例1−鉄 温度   半減期 j二」−二二三ヒ」閣勿−P川    −k]ツ9−0
    」珊y−Pe (If  )  NTA   
     9.5    290*      <0.
08Fe (II ) P、DT^   9.3’  
 290    0.25Fe (II ) 1lIi
DT^  9.6  2!11    2.8*加熱す
ると、分解 (u丁余白) 第1表(つづき) 温度   半減期 上上−二l」!、合−物−1!u」コと)−(荀澗J−
例2−カルシウム Ga−l1DT^     !L5  272    
0.18、   〃25(11,7 2306、5 //   //      8 、5   //   
  8 、lCa−H1iDT^    7.7  2
90    2.4〃〃B、7  、//     3
.1//   /l      9 、5    //
     3 、 !330(13,2 3102、fi 例3−マグネシウム Mg −1uDTへ     9.5  290   
 1.4か1g ・ 111ミDT ^       
  7.3               6.78.
1   〃8.8 //  //       8−9   “    5
・9、、  、       S3.5       
 ’L、1炭素鋼及びニッケルーコバルト合金について
不動態化を試験した。実験法を以;“に説明する。
ずべての試験をグイナミソク・ループ(dynamic
loop)中で実施した。新しい溶剤をオートクレーブ
の底部に連続的に導入し、使用済み溶剤を頂部から連続
的に除去した。水蒸気発生器中のン容剤の滞留時間を模
造した。
これらのデータを使用して水蒸気発生器中で予測される
不動態化速度を予測した。主供給タンクは充分大きくて
50ガロンの溶液を収容し、1回の装入で数1」、操作
できるようにした。主供給タンクには窒素パージを(K
t 4J ’ζ熔解r!&素濃度が20ppbより低く
なるようにした。主供給タンクから試料を定期的に採取
し、前記の18解酸素濃度を(i(を認した。ポンプは
反応容器の圧力に溶液を加圧することができる。反応容
器を飽和圧力より少し凸い圧力で操作した。サージタン
クは2つの機能を示した。サージタンクは、第一にII
E力の波動を平滑にして反応容器中で安定な圧力を生じ
た。第二に、これは反応容器に入る前に少量の熔解窒素
を逃出さ−Uることができた。;反応容器を電jハジャ
う一ソトで加熱し、ジャケットを温度調節した。小さい
熱交換器を使用し乙圧力調節ブl゛によって圧力を低減
する前に溶液を室温に冷却した。試料は圧力関節弁より
全く流出させなかった。
金属クーポンをラック−七に配列させた。試料ラックは
304ステ・インレススチール製棒力・ら構1戊された
ものである。う・ツク端は9.53+u+(3/8in
)の棒であり、その側部は12.711@ (1/2t
n)の棒であった。試料ラックの底部から38.1 u
+(1−1/2 in) 、140wm’(5−1,/
2 in)及び241 m++ (9−1/2 in)
のところに直径3.57 +u(9/fi4in)の穴
を両側にドリルで開り−C1外径3.18+u+ (1
/8in)のステインレススチーノlノ管に試験クーポ
ンを支持さ−Uた。クーポンをう・ツクから電気的に絶
縁するためスティンレススチール七を外径6.3511
m (1/4in) X内径3.H%as(1/8in
)のソエプ・テカコン(F1411 TUliLON登
録商標)M的・で覆った。クーポンを相互に電気的に絶
縁゛]るためクーポン分離装置i:を外径9.53 m
s(3/ 8 in)のフエブ・テン1−+ン管から作
った。
各ラック列上に各合金の試料クーポン(25,4X31
、lX1.52朋)1個を置いた。各試料の位置を注意
深く記録し、試験後、各クーポンを同じ位置に戻した。
この操作により反応容器内のクーポンの位置を評価する
ことが一ζきた。
最初の曝露前に、塩酸及び軽石を便用して全クーポンを
洗浄した。この1米作によりクーポン表面からすべての
酸化物を除去し、表面を腐食に対して活性にしておいた
。この操作に続いて、クーポンを錆ないようにデシケー
タ中に注意深く貯蔵した。試験溶液に曝露した後、クー
ポンをアイボリイ (IVORY登録商標)石鹸で洗浄
し、ただ化クイ;1着しているだりの沈着物を除去した
。不動聾映は緩和な操作を使用しても除去されない。
各曝貨間隔の後に、曝Ftn前の市111からクーポン
の化け(アイボリイ石薗で洗浄した後の)を差し引くこ
とによっ゛C重量損失を測定した。重量ID失は、時間
の関数として評価する場合に、−ト記の式を満足、J−
るごとが判ったニ ーkt w=w土四 −〇  ) 〔式中Wは時間りにおLJる重頃損失を表し、Wiは無
限時間におりる小量11失を表し、kは不動態化速度定
数を表し、eは2.71侶(であ、:))。
不動態化速度定数の値が大きいことは、不動態化速度が
速いことを意味する。アイポリイ捧石鹸で洗浄する間の
重M損失は、IIJJ露の間にクーポンに弛< (81
着した腐食生成物の量を概算するため使用した。秤屋は
ず・\て分析用はかりで行った。
第1表は種々の炭素鋼及びニソゲルーコハル1〜合金に
関する不動態化速度定数を示す。
第11表 イリ1 jと   肌(−El −’ >    11
(」)でrA−□□< EEj −’ >4 3 A 
516  0.10   0.185  S A 21
+ 5 CO,0640,2065A508  0.0
95  0.167 Sへ533   0.0 B 9
   0.168 インコネ)己(100,07G  
  4.0(lnconel ) 1・示し、た炭素鋼クーポンは、川底及び熱処理を表す
A S M IE表示で示す。
・インこlネル600はニッケルーフハル1合金である
It Ii +1 Tへは、他の公知ボ・イラー処理法
、例えは、酸素掃去剤として亜硫酸す1リウムを使用し
、■)11調節剤とし情酸ニナ1リウム及び三す[リウ
ムの混合物を使用する方法と共に使用する場合にも、ボ
イラースケールの予防及び金属の不動態化に4効である
。111)旧」と共に、ヒ1ラシンーアンモニアと燐酸
塩とを使用することもh用である。
特許出願人 ザ ダウ ケミカル カンパニイ 特許出願代理人 弁理士 青 木   朗 弁理士西舘和之 弁理士 石 1)  敬 弁理士 山 口 昭 之 弁理士西山雅也

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ポ・イラー水を酸素掃去剤、pH調節化合物及びキ
    レ−1形成化合物で処理することによりボイラーのスケ
    ール及び腐食を防止する方法においてキレート形成化合
    物としてヒドロキシ1チルエチレンジアミン1り酢酸を
    使用することを特徴とするボイラーのスケール及び腐食
    の防止方法。 2、ヒドロキシエチルエチレンジアミンIすl!!i+
    酸をアルカリ金属塩、アンモニウム塩若しくはアミン塩
    又はこれらの組成物の形で両力1目“る特許請求の範囲
    第1項記載の方法。 3、ボイラー水のpHが7〜I2である特許請求の範囲
    第1項又は第2項記載の方法。 4、ボ・イラー水のpHが9〜10である特許請求の範
    囲第1項又は第2項記載の方法。 5、ボーイラー水の温度が100℃〜374℃である特
    許請求の範囲第4項記載の方法。 Ei 、絶対圧が0.103〜22.1 MPaである
    特許請求の範囲第5項記載の方法。 7、キレ−1・形成剤をイi存する金属イオン1モルに
    対し−61〜10モルの比で使用する特許請求の範囲第
    1項又は第2項記載の方法。 84前記の比が金属イオン1モルに対して1.2〜2で
    ある特許請求の範囲第7項記載の方法。 9、酸素掃去剤がヒ1パラジンであり、p ++ 調節
    化合物がアンモニアである1■21請求の範囲第1項又
    は第2項記載の方法。 101!6を素掃去剤が亜硫酸塩化合物であり、1)1
    1調節化合物が燐酸塩化合物である特許請求の範囲第1
    項又は第2項記載の方法。
JP58163407A 1982-09-07 1983-09-07 ボイラ−のスケ−ル及び腐食の防止方法 Pending JPS5976884A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US415069 1982-09-07
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