ボイラーの炉水が赤くなったらどう対処するか

凝縮水のpHは5.5で、色は時折わずかに赤みを帯びることがあります

現在、凝縮水回収タンクに炭酸ナトリウムを添加してpH値を上げる措置を講じていますが、効果があるかどうか分かりません。

こちらではこのようなケースが多く、凝縮水から鉄イオンを除去する措置を講じていないため、凝縮水に鉄イオンが含まれ、ボイラーの水が赤くなって錆が発生してしまいます。除去のお手伝いをさせていただきますので、お電話ください。番号は18861090609です

蒸気の凝縮水は蒸留水に近く、非常に純度が高いが緩衝能力が低く、しばしばpH値が低く酸性を呈する。弱酸性腐食や酸素腐食により、蒸気の凝縮水中の鉄イオン濃度が基準を超える。この基準を超えた鉄イオンを含む凝縮水が処理されずにそのままボイラーに戻されると、色のない二価鉄イオンがボイラー内で加熱により酸化して三価鉄になる。ボイラー水が濃縮されるにつれて鉄イオン濃度が上昇し、水の色が黄色や赤色に変わっていく。そして鉄イオンはボイラーの加熱面に酸化鉄スケールを形成したり、その下で腐食を引き起こしたりする。具体的には、以下の事例を参照してください。酸性の蒸気凝縮水が赤くなる3つの解決策、蒸気凝縮水の酸性の原因、蒸気凝縮水は蒸留水に相当し、そのpH値は一般的に7付近で中性です。脱塩水を使用するボイラーでは、補水にアンモニア水を加えて脱塩水のpH値を上昇させます。アンモニアは補水と共にボイラー内に入り、加熱されて揮発し、蒸気と共に熱交換器に入ります。その後、アンモニアは再び蒸気と共に凝縮し、凝縮水中に溶け込みます。これにより、凝縮水のpH値を8以上まで上昇させることができます。一方、通常、蒸気の凝縮水のpH値は5.5～6.5程度で、7未満の酸性を示します。 ▲2022年7月2日、ある施設で酸性の蒸気凝縮水の色が赤くなった。これは、蒸気凝縮水のpH値が低下し酸性を呈した主な原因が、水中にCO2が溶けていたことにある。CO2は水に溶けて弱炭酸を形成するが、蒸気凝縮水は非常に純度が高いため緩衝能力が低い。実験によると、25℃で純水1リットルに二酸化炭素1ミリグラムが溶けると、純水のpH値は7.0から5.5まで急激に下がる。 ▲2022年7月2日、ある施設で酸性の蒸気凝縮水の色が赤くなり、pH値は6であった。蒸気凝縮水に含まれる二酸化炭素の起源には2つあり、1つ目は空気中から溶解してくるもので、空気中には0.03％の二酸化炭素が存在し、原水やオープン型の蒸気凝縮水回収システムを通じて蒸気凝縮水に溶解し、その結果蒸気凝縮水のpH値が下がって酸性になるのである。 蒸気凝縮水中の二酸化炭素の第二の源は、ボイラー給水中に含まれる大量の炭酸イオンまたは炭酸水素イオンであり、給水をナトリウムイオン交換によって軟化させた後、水中には炭酸塩や炭酸水素塩（例えば炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム）が残る。炭酸塩と炭酸水素塩は補給水と共にボイラーに入り加熱されて濃縮され、補給水中の炭酸根や炭酸水素根は加熱によって分解し、CO2が発生して蒸気と共に蒸気系統に入る。この際、炉水中に水酸化ナトリウムが生成され、炉水はアルカリ性を呈する。そして、温度と圧力が低下するにつれて、CO2が凝縮水に溶解し炭酸を形成し、その結果、蒸気および凝縮水のpH値が下がって酸性になる。 NSO3- → CO2↑ + H2O + SO32-　SO32- + H2O → CO2↑ + ON-
酸性蒸気凝縮水の危険性と、その色が赤くなる原因
CO2が凝縮水に溶け込み炭酸を形成することで、蒸気凝縮水のpH値が下がり酸性となり、H+が生成される。この時、ボイラーシステムに脱酸装置がないか、脱酸装置の効率が低い場合、または蒸気凝縮水の回収システムがオープン型である場合、空気中に含まれる21％の酸素が溶け込んでくる。そしてH+と溶解酸素はどちらも腐食電池内の陰極の過分極剤となり、これによって蒸気・凝縮水システムの機器や配管に使われている陽極金属の腐食が加速されるのである。 高温の酸性蒸気凝縮水は、蒸気および凝縮水システムの機器や配管に急速に腐食を引き起こすため、酸性蒸気凝縮水は処理しない限りボイラーに直接再利用することはできない。腐食によって蒸気凝縮水の鉄イオン濃度が基準を超え、着色しない二価鉄イオンが三価鉄イオンに酸化されると、三価鉄イオンの濃度が上昇するにつれて、黄色の蒸気凝縮水、ピンク色の蒸気凝縮水、オレンジ色の蒸気凝縮水、赤色の蒸気凝縮水、暗赤色の蒸気凝縮水、醤油色の蒸気凝縮水といった色の変化が現れます。これが、新しく設置されたボイラーの蒸気および凝縮水配管が4～5年で腐食や穿孔、漏れが発生する原因でもあります。 国標GB1576-200「工業ボイラーの水質」の要求によれば、鉄イオン濃度が0.3mg/Lを超える水はボイラーに使用してはならない。外観上は純粋で透明に見えるが、二価鉄イオンの濃度が基準を超えた蒸気凝縮水を処理せずにそのままボイラーに戻して使用すると、二価鉄イオンは蒸気凝縮水と共にボイラー内に入り、加熱されて濃縮・酸化されて色のついた三価鉄に変わります。これによりボイラー水の色が赤くなります。筆者が経験した蒸気ボイラーのユーザーの場合、ボイラー水の色が赤くなったケースの85％以上は、蒸気凝縮水中の鉄分濃度が基準を超えているにもかかわらず、それを処理せずにそのままボイラーに戻して使用していたためです。 三価鉄イオンはボイラー内部の酸素腐食の触媒であり、ボイラー内での酸素腐食を加速するだけでなく、酸化鉄スケールを形成し、それによってスケール下腐食も引き起こされます。酸化鉄スケールにより炉管の伝熱効率が大幅に低下し、その結果、燃料エネルギーが大量に無駄に消費され、排煙温度も上昇します；酸化鉄スケールはボイラーの使用寿命を短くするだけでなく、炉管内に大量に蓄積されると炉管が過度に加熱されて伸び、それにより管の破裂という危険を引き起こし、ボイラーの安全な運転に大きなリスクをもたらします。 ▲2022年7月11日、ある企業において酸性蒸気の凝縮水の問題が解決され、その色や外観が透明で純粋になった。▲2022年7月11日、同じくある企業において酸性蒸気の凝縮水の問題が解決され、pH値は8になった。酸性蒸気の凝縮水は赤みを帯びていたが、3つの解決策がある。酸性蒸気の凝縮水が赤みを帯びる原因の一つは、ボイラーの給水にアンモニアを加えることだ。アンモニアは弱アルカリ性であり、ボイラー内で加熱されると蒸気とともに蒸気系統に入る。アンモニアを含んだ蒸気は熱交換器やその他の装置を通過する際に温度や圧力が下がり、水に凝縮される。そうするとアンモニアが凝縮水中に溶け込み、結果として蒸気の凝縮水のpH値が上昇し、アルカリ性になる。pH値が8を超えると、アンモニアは水中の二酸化炭素を完全に中和し、NH4HCO3を生成する。 NH3 + H2O → NH4OH（可逆反応）
NH4OH + CO2 → NH4HCO3（可逆反応）
NH4OH + NH4HCO3 → (NH4)2CO3 + H2O（可逆反応）

ボイラー給水にアンモニアを添加することで、酸性の蒸気凝縮水が赤くなる問題を解決できる。アンモニア水は安価で、一般的なpH調整剤として利用されている。ボイラー給水にアンモニアを加えると、アンモニアは水に溶けて弱アルカリ性を示し、炉内の水のpH値を上昇させる。炉内で加熱されたアンモニアは蒸気と共に熱交換装置に入り、そこで温度や圧力が下がることで再び凝縮水中に溶解する。このようにして、ボイラー給水にアンモニアを添加することで、炉内の水、蒸気、凝縮水のpH値を上昇させ、酸性の蒸気や凝縮水中のCO2がシステムや配管に与える腐食を防ぎ、凝縮水中の鉄イオンの含有量も減少させることができる。 ボイラ給水にアンモニアを添加することで、酸性の蒸気凝縮水が赤くなるという欠点を解消できる。ボイラ給水にアンモニアを添加して酸性の蒸気凝縮水の赤みを解消する際に注意すべき点は、1つ目に、アンモニア水を添加してもCO2による弱酸性腐食は抑制できても、酸素による腐食は抑制できないということだ。給水アンモニアボイラーシステムでは、蒸気配管の腐食、熱交換器の腐食、蒸気凝縮水配管の腐食、蒸気凝縮水の色が赤くなる鉄イオン濃度の過剰といった問題が頻繁に発生します； ボイラ給水にアンモニアを添加して酸性の蒸気凝縮水の赤みを解消する際の注意点2、アンモニア水にはある程度の腐食性があり、またアンモニアガスが容易に発散するため、液体アンモニアの保管および使用は危険因子となる； ボイラ給水にアンモニアを添加して酸性の蒸気凝縮水の赤みを解消する際の注意点3、アンモニア水によるpH値調整の持続時間が短く、アンモニアの添加量が比較的多い。アンモニアは加熱すると容易に揮発し不安定であり、蒸気ボイラーの気液二相状態では気相の量が多く液相の量が少ない。蒸気凝縮液の戻り水のpH値を維持し、戻り水管路の腐食や鉄分濃度の上昇を防ぐためには、多量のアンモニアを添加する必要がある。これが、時として蒸気凝縮液の戻り水を回収したり排出したりする際にアンモニア臭がする原因でもある； ボイラー給水にアンモニアを添加して酸性の蒸気凝縮水の赤みを解消する際の注意点4、給水に添加するアンモニア量が過剰になると、溶存酸素の影響で銅の腐食が進みやすく、銅製の熱交換器や配管、計装機器などが腐食しやすくなる； ボイラー給水にアンモニアを添加して酸性の蒸気凝縮水の赤みを解消する際の注意点5、長期間にわたり大量のアンモニア水を添加するとボイラーの運転に悪影響を及ぼし、アンモニアが過剰になると腐食が発生する。アンモニア水はアルカリ性であり、カルシウムやマグネシウムなどの沈殿を促進し、ボイラーのスケール生成やスケール下の腐食を引き起こします；長期にわたって使用すると、バルブや配管などに腐食が生じる可能性があるため、その添加量は厳しく制御する必要があります。連続して添加する際には、適宜調整を行うべきです； ボイラー給水にアンモニアを添加して酸性蒸気凝縮水の赤みを解消する際の注意点6、アンモニア添加による蒸気凝縮液の戻り水における鉄イオンの基準超過は誤った主張である。アンモニアの添加はCO2による弱酸性腐食のみを抑制でき、酸素腐食は抑制できない。また、アンモニアは加熱すると容易に揮発し不安定であり、気相中の量が多く液相中の量が少ない。さらに長期間にわたって大量に添加することもできないため、アンモニアの添加によって蒸気システムの腐食を部分的にしか緩和できず、蒸気凝縮水の戻り水に含まれる鉄イオン濃度を低減する効果も限定的である。 同業の皆様、御社の蒸気ボイラーで、蒸気の凝縮水のpH値が低く酸性を示すことはありましたか？蒸気の凝縮水が赤くなったり、黄色っぽくなったり、鉄分の濃度が基準を超えたことはありますか？どうやって解決したのですか？ボイラーのスケール防止・除去、防食・耐食について、どのような方法をご使用ですか？ボイラー給水のpH値調整、炉水の赤変、戻り水の硬度、ボイラーの腐食やスケールによる配管破裂、蒸気システムの腐食、蒸気凝縮水中の鉄分濃度の上昇、酸性の蒸気凝縮水の赤み、ボイラー水質の検査と処理などの問題について、北京化工大学の顔輝（l86OO475386）が常に対応しております。業界の同僚の皆様には、問題の議論や経験の共有を歓迎します。また、学生の皆様にもボイラーに関する新技術情報の交換を歓迎し、ボイラー設備の管理や運用に関する経験を共有していただくことも歓迎します。さらに、ボイラーに関わるすべての方々に、実際の問題解決のために互いに学び合うことを歓迎します。酸性蒸気の凝縮水が赤くなる3つの解決策。 酸性蒸気凝縮水の赤みを解消する方法その2――高温蒸気凝縮水用の鉄除去装置によるフィルタリング 高温蒸気凝縮水用の鉄除去装置を使って凝縮水中の過剰な鉄イオンを除去し、蒸気凝縮水の色や鉄イオン濃度を基準値まで下げることで、その水を安全にボイラーに再利用できるようになります。 高温蒸気凝縮水除鉄装置の欠点：高温蒸気凝縮水除鉄装置は初期投資が大きい；高温蒸気凝縮水の除鉄装置はスペースを多く取り、運用保守費用も見合わない；高温蒸気凝縮水の除鉄装置のフィルター材は2～3年ごとに1回交換が必要で、フィルター材の交換コストは装置の製造コストの約3分の1を占めます；高温蒸気凝縮水の除鉄装置は、蒸気凝縮水のpH値を上昇させることができない；高温蒸気の凝縮水から鉄分を除去する装置では、酸性の蒸気や凝縮水がボイラーの蒸気システムや凝縮水回収システムの機器や配管に与える腐食問題を解決できない。システムの腐食は依然として続き、鉄イオンの供給源もなくならないため、高温蒸気の凝縮水から鉄分を除去する装置によるろ過処理は、対症療法に過ぎず根本的な解決にはならない。 ▲2022年7月、ある施設で酸性蒸気の凝縮水が赤色を呈した際の処理における水サンプル。酸性蒸気の凝縮水が赤色になる問題の解決策その3――BF-31T蒸気凝縮水保護剤の添加。酸性蒸気や凝縮水がボイラーの蒸気システムや凝縮水回収システムの機器や配管に与える酸素腐食や弱炭酸腐食に対しては、通常、BF-31Tという凝縮水システム保護剤を使用する。これは北京化工大学が独自に開発した製品で、腐食の発生を防ぐために用いられる。 BF－31T凝縮水システム保護剤は、当社が担当する科学技術省のイノベーションファンドプロジェクト「ゼロ排出蒸気発生技術」における核心技術です。BF－31T凝縮水システム保護剤製品は、2003年に「中国ボイラー水処理協会登録」プロジェクトを通過しました。 BF-31T蒸気凝縮水保護剤は、酸性の蒸気凝縮水が赤く変色する問題を解決する技術的優位性を持っています。BF-31T蒸気凝縮水保護剤はアルカリ性の乳状液体であり、揮発性もあります。ボイラーの給水にBF-31T蒸気凝縮水保護剤を加えると、この保護剤は水に溶けて弱アルカリ性になります。炉内で加熱されることでBF-31T蒸気凝縮水保護剤は蒸気と共に熱交換装置に入りますが、温度や圧力が下がると再び凝縮水中に溶解します。 BF-31T蒸気凝縮水保護剤の作用機序と特徴は、ボイラーシステム全体にフィルムを形成してO2およびCO2を遮断し、かつ炉水、蒸気、戻り水のpH値を上昇させることで、蒸気凝縮水に一般的に見られる酸素腐食や弱酸腐食を根本的に解決することです。これにより、蒸気凝縮水中の鉄イオンの発生源を根本から排除し、凝縮水が赤く変色する問題も根本的に解消します。この防食機構は、凝縮水中の鉄分濃度が基準を超える問題に対して根本的かつ実効的な対策となり、凝縮水の鉄分濃度を基準値内に抑えるだけでなく、ボイラーシステム全体の機器や配管がこれ以上腐食したり、穴が開いたり、漏れたりするのを完全に防ぎ、**システム機器の使用寿命を延ばします。 BF-31T蒸気凝縮水保護剤は、酸性の蒸気凝縮水が赤く変色する問題を解決する技術的優位性を持つ。2 BF-31T凝縮水システム保護剤は現場での使用条件が簡単で、凝縮水の温度や鉄分含有量に制限はない。ただし、一部の装置では除鉄のために凝縮水の温度や鉄分含有量に条件が設けられている。 BF-31T蒸気凝縮水保護剤は、酸性の蒸気凝縮水が赤く変色する問題を解決する技術的優位性を持つ。3 BF－31T凝縮水システム保護剤は、生産負荷の変動の影響を受けず、優れた緩衝性能を発揮し、水質処理の指標性能に悪影響を与えない。 BF-31T蒸気凝縮水保護剤は、酸性の蒸気凝縮水が赤く変色する問題を解決する技術的優位性を持つ。4 BF-31T蒸気凝縮水保護剤のコストは、システム内での使用量が増えるにつれて低下し、他の機器による逆洗や洗浄に伴う廃水排出の問題もない。 BF-31T蒸気凝縮水保護剤は、酸性の蒸気凝縮水が赤く変色する問題を解決する技術的優位性を持つ。5 BF-31T蒸気凝縮水保護剤は、アンモニア水を添加する方法と比べて優れており、アンモニア水を添加すると炉水や蒸気のpH値が上昇し、弱酸性による腐食を防ぐことができる。アンモニアは揮発しやすく、気相が多く液相が少なく、使用量も多いため、酸素腐食を解決できない。ボイラ給水にBF-31T蒸気凝縮水保護剤を添加してpH値を制御する技術は、アンモニア添加工程のすべての利点を有しており、価格も手頃です；ボイラー水の塩分濃度は上がりません；揮発性があり、ボイラーの蒸気・水系統の全ての機器や配管を保護する。 BF-31T凝縮水保護剤の主成分は中和剤、成膜剤、その他の助剤であり、成膜中和機能を持ち、安定性に優れ、適切な気液相分配比を有しているため、システムの腐食を迅速に抑制することができます。中和アミンは、ボイラ給水、炉水、蒸気、および凝縮水のpHを中和して上昇させる役割を果たし、水中の二酸化炭素が生成する弱酸による腐食を防ぎます；成膜剤は金属表面に単分子層の撥水性を持つ保護膜を形成し、その膜の分子間の隙間は二酸化炭素や酸素の断面よりも小さいため、腐食性ガス分子であるO2やCO2が金属に触れるのを防ぎ、金属の腐食を抑制する；合理的な気液相分配比により、薬剤を金属配管内の気液相に効果的に分布させることができ、気液が共存する二相系における金属腐食を十分に解決できる。特に、間欠的に蒸気を使用する機器の保護や防食に適している。 BF-31T蒸気凝縮水保護剤は、酸性の蒸気凝縮水が赤く変色する問題を解決する技術的優位性を持っています。BF-31T蒸気凝縮水保護剤を使用すれば、コーティング速度が速く、凝縮水中の鉄イオン濃度（全鉄量）も72時間以内に基準値に達します。また、赤く変色していた酸性の蒸気凝縮水も72時間以内に正常な状態に戻り、透明でクリアな状態になります。これにより、薬剤の試験を行う際に大変便利です。脱酸器や脱酸剤の代わりとして完全に使用できます。 BF－31T凝縮水システム保護剤は、市場に出回っている一般的な装置の除鉄処理やその他の対策と比べて、大規模な設備投資を必要とせず、運用・保守コストもかからない。また、高価なフィルターの交換も不要である（使用期間は約3年で、総コストは20～30％程度）。これによりシステムの機器や配管が保護され、ボイラーシステムの使用寿命が延ばされるだけでなく、鉄イオンの発生源も完全に遮断される。その結果、酸性の蒸気凝縮水が赤く変色する問題も根本的に解決され、高温で純粋な蒸気凝縮水がボイラー内で再利用できるようになり、凝縮水中の鉄分除去が根本的かつ効果的に行われる。 酸性蒸気凝縮水の赤みの3つの解決策（顏輝）