【ボイラー】ボイラー水の評価指標ってどう見ればいいの?

ボイラー
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 ボイラーの運転管理の中でも重要な水質管理。特に貫流ボイラーをはじめとする水管ボイラーでは特に重要となります。

 しかし、一口に水質といっても様々な指標があり、それが何を意味しているか、運転にどう影響するかって意外とわかりにくくないですか?今回はそんなお悩み解消の力になりたいと思います。

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なぜ水質管理が必要か?

 一般的に、ボイラに使用する原水(河川水、地下水、工業用水、水道水など)の中には、カルシウムイオン(Ca2+)、マグネシウムイオン(Mg2+)ならびにシリカ(SiO2)などのスケール障害の原因となる成分や、溶存酸素(O2)などの腐食障害の原因となる成分など、様々な物質が溶解しています。また、塩類濃度の高い水や油脂分が混入した水はキャリーオーバー障害の原因になります。これらの障害を防止するため、それぞれのボイラにあった最適な水処理を行う必要があります。(キャリーオーバーやスケール、スラッジについては別途記事にします。)
 ボイラの水質管理は、まず、ボイラの型式、圧力、補給水種、運転条件などにより、給水およびボイラ水の水質管理目標値を設定し、次に、目標水質を維持するための水処理方式や、最適な処理薬品とその添加量、ブロー率などを決定します。その後も、定期的な水質分析や、ボイラの開缶調査などにより、適時、水処理方式や水質管理目標値、処理薬品と添加量、ブロー率等の見直しを行うことが大切です。
 自分の担当プラントでは週に1回、薬剤メーカーに分析を依頼しており、その結果を基に薬剤の添加量やブロー量を調整しています。また、定修時にチューブが減肉していることが判明したので、その原因を調査したところ、水質調整に使っていた薬剤が原因でした。そのため、薬剤の変更が過去に行われていました。

硬度

 硬度とは水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンの総量を示します。硬度がボイラ内に流入するとボイラ内壁にスケールとして付着します。スケールは断熱材と同様な挙動をしますので、熱効率の低下や過熱等による焼損を発生します。

酸消費量

酸消費量は水中に含まれるアルカリ成分(炭酸水素塩、炭酸塩、水酸化物など)の量を、これに相当する炭酸カルシウムの濃度に換算して表したものです(単位:mgCaCO/L)。
 ボイラ水には酸消費量の基準値があり、ボイラ水のpHを基準内に保持し、さらにシリカスケール生成を抑制するため決められており、これには「酸消費量(pH4.8)」と「酸消費量(pH8.3)」があります。

① 酸消費量(pH8.3)
 酸消費量(pH8.3)は水溶液のpHを8.3よりも高くしている物質の濃度を表しています。通常の水道水はpH7付近ですので、水道水では酸消費量(pH8.3)は0になります。
 一般的に酸消費量(pH8.3)はシリカに対して1.7倍以上必要とされており、シリカを溶解状態に保持し、スケール化を抑制します。酸消費量(pH8.3)は以前P-アルカリ度とも呼ばれていましたが、これは測定指示薬のフェノールフタレインの頭文字のPを取ったものです。現在ではJIS規格で呼び名を酸消費量(pH8.3)に統一されています。

② 酸消費量(pH4.8)
 酸消費量(pH4.8)は水溶液のpHを4.8よりも高くしている物質の濃度を表しています。ボイラの給水(原水)では必ず測定されます。
 酸消費量(pH4.8)はM-アルカリ度とも呼ばれていましたが、これは測定指示薬のメチルオレンジの頭文字のMを取ったものです。現在ではJIS規格で呼び名を酸消費量(pH4.8)に統一されています。

全固形物

全固形物(全蒸発残留物)は、水中に溶解、懸濁している成分の総量です。
 ボイラに流入した給水は、水は蒸気となり系外へ出ますが、給水中に溶解している成分はボイラ内に残ります。全固形物の量が多くなると、ボイラ内の水面変動が激しくなります。このような場合、給水ポンプの発停が頻繁になったり、湿り気の多い蒸気が供給(キャリーオーバー)されたりします。そのため全固形物を一定の値以下になるように、ボイラ水を定期的に排出する必要があります。

電気伝導率

 電気伝導率は電気の通りやすさを示すものであり、水溶液中に含まれるイオンが多ければ多いほど電気を通すことから、水中の溶解固形物の量を知ることが出来ます。
 ボイラ水には電気伝導率の基準値があります。これは全固形物と密接な関係にあり、電気伝導率が大きいときは、全固形物の量も多いということになります。(たしかpHと電気伝導率にも相関があったような気がしましたがはっきりとは覚えてません。探してみます)

 ボイラ水において、全固形物と電気伝導率とはpH値にもよりますが、概ね次の関係式があります。
 全固形物(mg/L) ≒ 7×電気伝導率(mS/m)
 但し、懸濁している固形物がない場合です。懸濁成分は溶解(イオン化)していませんので、電気を運ぶことが出来ません。そのため電気伝導率が低くても全固形物は高いことがあります。
 また、シリカが多い場合も同様で、シリカは電気を通しにくいため電気伝導率が低くても、シリカが高くなっている場合があります。

最後に

 今回は各評価指標について紹介しました。これに関連して、各評価指標の変動要因である水中の不純物等を他の記事で紹介していきます!

 ご安全に!

参考
http://www.n-thermo-c.co.jp/vol.2.html
https://kcr.kurita.co.jp/wtschool/068.html

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