JP2013170275A - Method for treating surface of structure - Google Patents
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Description
本発明は、構造物の表面処理方法に関するものである。 The present invention relates to a surface treatment method for a structure.
一般に、原子力発電所や火力発電所等の発電プラントにおける蒸気発生器に設けられた熱交換器（以下、構造物とする。）は、低合金鋼等の金属材料で構成されている。このような構造物では、使用環境により金属材料が腐食を起こして、腐食生成物を溶出したり、該構造物の表面に腐食生成物が付着することがある。 Generally, a heat exchanger (hereinafter referred to as a structure) provided in a steam generator in a power plant such as a nuclear power plant or a thermal power plant is made of a metal material such as low alloy steel. In such a structure, the metal material may corrode depending on the use environment, and the corrosion product may be eluted or the corrosion product may adhere to the surface of the structure.
上記の腐食生成物は、ボイラの配管やオリフィス等の表面に付着して、過熱障害や流路閉塞による流量計誤指示等の不具合を起こす可能性がある。また、蒸気発生器内の伝熱管に付着して、伝熱障害を起こしてしまう虞があり、また原子力発電所においては、腐食生成物が放射化されて放射性物質として他の機器や配管に付着してしまうこともある。
そこで、発電プラントの健全性の観点から、腐食生成物を除去する以下の技術が提案されている。
The corrosion products mentioned above may adhere to the surface of boiler piping, orifices, and the like, causing problems such as overheating failure and flow meter error indication due to flow path blockage. In addition, there is a risk of heat transfer failure due to adhesion to the heat transfer tubes in the steam generator. At nuclear power plants, corrosion products are activated and adhere to other equipment and piping as radioactive materials. Sometimes it ends up.
Therefore, from the viewpoint of the soundness of the power plant, the following techniques for removing corrosion products have been proposed.
例えば、構造物を硝酸等の水溶液中に浸漬することで、金属材料と該強酸水溶液とを化学反応させて該構造物の表面に耐腐食性のある被膜を形成させる。これにより、金属材料の腐食を抑制して、腐食生成物の溶出を抑える効果がある（下記特許文献１参照）。 For example, by immersing the structure in an aqueous solution of nitric acid or the like, the metal material and the strong acid aqueous solution are chemically reacted to form a corrosion-resistant film on the surface of the structure. Thereby, there exists an effect which suppresses the corrosion of a metal material and suppresses the elution of a corrosion product (refer the following patent document 1).
また、構造物を高温高圧条件の水蒸気中に置くことで、金属材料と水蒸気とを化学反応させて該構造物の表面に耐腐食性のある被膜を形成させる技術もある。これにより、上記と同様に、金属材料の腐食を抑制して、腐食生成物の溶出を抑える効果がある。 There is also a technique in which a metal material and water vapor are chemically reacted to form a corrosion-resistant coating on the surface of the structure by placing the structure in water vapor under high temperature and high pressure conditions. Thereby, like the above, there exists an effect which suppresses corrosion of a metal material and suppresses the elution of a corrosion product.
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、構造物を浸漬する水溶液が強酸性であるため、該水溶液により構造物が局部的に腐食する場合があり、構造物そのものの健全性が維持されない虞がある。 However, in the technique described in Patent Document 1, since the aqueous solution in which the structure is immersed is strongly acidic, the structure may be locally corroded by the aqueous solution, and the soundness of the structure itself may not be maintained. There is.
また、高温高圧条件の水蒸気中に構造物を置く方法では、温度及び圧力を調整するのに時間がかかるとともに、施設が大型化するため費用が嵩むという問題点がある。
さらに、水蒸気と反応して形成される被膜は多孔質で構成されるポーラスでもろいため、構造物に強固に付着できず、該被膜が剥がれてしまう虞がある。
また、高温及び高圧の一定環境を維持することは困難であるため、環境の変化にともない不均一な被膜が形成されてしまう虞がある。この場合、被膜の薄い箇所では耐腐食性が低くなり、金属材料の腐食を抑制することができないという問題点がある。
In addition, the method of placing a structure in steam under high-temperature and high-pressure conditions has problems that it takes time to adjust the temperature and pressure, and the facility is enlarged, resulting in increased costs.
Further, since the film formed by reacting with water vapor is porous and brittle, it cannot be firmly attached to the structure and the film may be peeled off.
In addition, since it is difficult to maintain a constant environment of high temperature and high pressure, there is a risk that a non-uniform film may be formed with changes in the environment. In this case, there is a problem in that the corrosion resistance is lowered at a thin portion of the coating, and the corrosion of the metal material cannot be suppressed.
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、コンパクトな設備で、構造物の表面に強固に被膜を形成して、腐食を防止することができる構造物の表面処理方法を提供するものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a surface treatment method for a structure capable of preventing corrosion by forming a film firmly on the surface of the structure with compact equipment. It is to provide.
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る構造物の表面処理方法は、少なくともクロムを含む材料からなる構造物の表面処理方法であって、前記構造物の表面に過酸塩水溶液を供給することで、前記構造物中のクロムによる被膜を該構造物の表面に形成することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following means.
That is, the surface treatment method for a structure according to the present invention is a surface treatment method for a structure made of a material containing at least chromium, and the structure is obtained by supplying a peracid aqueous solution to the surface of the structure. It is characterized in that a coating of chromium inside is formed on the surface of the structure.
構造物を構成するクロムは該過酸塩水溶液と反応して、酸化クロム又は水酸化クロムを含む被膜が生成される。よって、構造物の表面には酸化クロム又は水酸化クロムを含む耐腐食性のある被膜が形成されるため、金属の腐食を防止することができる。
また、上記の構成は過酸塩水溶液を供給するだけでよいため、設備をコンパクトとすることができる。
Chromium constituting the structure reacts with the aqueous solution of peracid salt to produce a film containing chromium oxide or chromium hydroxide. Therefore, since a corrosion-resistant film containing chromium oxide or chromium hydroxide is formed on the surface of the structure, corrosion of the metal can be prevented.
Moreover, since the above-described configuration only needs to supply a peracid aqueous solution, the facility can be made compact.
また、本発明に係る構造物の表面処理方法は、前記構造物を、前記過酸塩水溶液に浸漬する浸漬工程と、該過酸塩水溶液を加熱する加熱工程とを備えることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the surface treatment method of the structure which concerns on this invention is equipped with the immersion process which immerses the said structure in the said persalt aqueous solution, and the heating process which heats this persalt aqueous solution.
このような構造物の表面処理方法では、加熱工程により過酸塩水溶液を過熱し高温状態とすることでクロムの化学反応を促進することができるため、確実に酸化クロム又は水酸化クロムを含む被膜を生成することができる。よって、構造物の表面には被膜が確実に形成されるため、金属の腐食を効果的に防止することができる。 In such a structure surface treatment method, the chemical reaction of chromium can be promoted by heating the aqueous solution of the persalt to a high temperature by a heating step, so that the coating containing chromium oxide or chromium hydroxide is surely provided. Can be generated. Therefore, since a coating film is reliably formed on the surface of the structure, corrosion of the metal can be effectively prevented.
また、本発明に係る構造物の表面処理方法は、前記過酸塩水溶液は、過マンガン酸カリウムを含む水溶液であってもよい。 In the surface treatment method for a structure according to the present invention, the aqueous solution of persalt may be an aqueous solution containing potassium permanganate.
このような構造物の表面処理方法では、クロムは過マンガン酸カリウムと反応して構造物の表面に酸化クロム又は水酸化クロムを含む被膜を確実に形成することができるため、金属の腐食を確実に防止することができる。 In such a surface treatment method for a structure, chromium reacts with potassium permanganate to reliably form a film containing chromium oxide or chromium hydroxide on the surface of the structure. Can be prevented.
また、本発明に係る構造物の表面処理方法は、前記過酸塩水溶液は、過鉄酸カリウムを含む水溶液であってもよい。 In the surface treatment method for a structure according to the present invention, the aqueous solution of peracid salt may be an aqueous solution containing potassium perferrate.
このような構造物の表面処理方法では、クロムは過鉄酸カリウムと反応して構造物の表面に酸化クロム又は水酸化クロムを含む被膜を確実に形成することができるため、金属の腐食を確実に防止することができる。 In such a surface treatment method for a structure, chromium reacts with potassium perferrate to reliably form a film containing chromium oxide or chromium hydroxide on the surface of the structure, so that corrosion of the metal is ensured. Can be prevented.
本発明に係る構造物の表面処理方法によれば、構造物を構成するクロムは該過酸塩水溶液と反応して酸化クロム又は水酸化クロムを含む被膜を生成することができるため、コンパクトな設備で、構造物の表面に被膜を形成することができる。 According to the surface treatment method for a structure according to the present invention, the chromium constituting the structure can react with the aqueous solution of peracid salt to form a coating film containing chromium oxide or chromium hydroxide. Thus, a film can be formed on the surface of the structure.
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る構造物の表面処理方法について説明する。
まず、本実施形態で用いる表面処理装置について説明する。
図１は、本実施形態に係る構造物の表面処理方法に用いる表面処理装置の構成を示す概略全体構成図である。
図１に示すとおり、表面処理装置１は、表面処理の対象となる構造物Ａを浸漬する装置本体２と、該装置本体２を加熱する加熱器３と、該装置本体２に過酸塩水溶液Ｐとして過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ４）を含む水溶液（以下、過マンガン酸水溶液とする。）を供給するポンプ４とを備えている。
装置本体２は、構造物Ａを配設可能とされた容器であり、内部にはポンプ４から供給された過マンガン酸カリウム水溶液Ｐが満たされている。
加熱器３は、例えばヒータ等で構成され、ガスや電気等の動力源を利用して装置本体２の内部の過マンガン酸カリウム水溶液Ｐを加熱し、高温状態にする。
ポンプ４は、過マンガン酸カリウム水溶液Ｐを装置本体２の内部に供給する。
Hereinafter, a surface treatment method for a structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the surface treatment apparatus used in this embodiment will be described.
FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram showing the configuration of a surface treatment apparatus used in the surface treatment method for a structure according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the surface treatment apparatus 1 includes an apparatus
The apparatus
The
The pump 4 supplies the potassium permanganate aqueous solution P to the inside of the apparatus
次に、上記の表面処理装置１を用いた構造物Ａの表面処理方法について説明する。
なお、本実施形態の構造物Ａとしては、クロムを含む材料からなる金属材料が対象となる。例えば、金属材料としては、低合金鋼、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、ニッケル基の超合金、コバルト系の合金等が挙げられる。
図２に示すように、構造物Ａの表面処理方法は、浸漬工程Ｓ１と、加熱工程Ｓ２とを備えている。
Next, a surface treatment method for the structure A using the surface treatment apparatus 1 will be described.
In addition, as the structure A of this embodiment, the metal material which consists of a material containing chromium becomes object. For example, examples of the metal material include low alloy steel, stainless steel (SUS), nickel-based superalloy, and cobalt-based alloy.
As shown in FIG. 2, the surface treatment method of the structure A includes an immersion step S1 and a heating step S2.
まず、前工程として、ポンプ４から装置本体２に過マンガン酸カリウム水溶液Ｐを供給するとともに、構造物Ａの表面の汚れや付着物を除去しておく。
過マンガン酸カリウム水溶液Ｐとしては、例えば０．０３ｗｔ％ 〜１ｗｔ％（好ましくは０．０３ｗｔ％）の濃度であることが望ましい。
また、装置本体２の内部に過マンガン酸カリウム水溶液Ｐを循環させる構成であっても良い。
First, as a pre-process, the potassium permanganate aqueous solution P is supplied from the pump 4 to the apparatus
The potassium permanganate aqueous solution P desirably has a concentration of, for example, 0.03 wt% to 1 wt% (preferably 0.03 wt%).
Moreover, the structure which circulates the potassium permanganate aqueous solution P inside the apparatus
次に、浸漬工程Ｓ１を実行する。
すなわち、浸漬工程Ｓ１では、装置本体２に満たされた過マンガン酸カリウム水溶液Ｐ中に構造物Ａを浸漬する。
Next, the dipping process S1 is executed.
That is, in the immersion step S1, the structure A is immersed in the potassium permanganate aqueous solution P filled in the apparatus
次に、加熱工程Ｓ２を実行する。
すなわち、加熱工程Ｓ２では、装置本体２に満たされたた過マンガン酸カリウム水溶液Ｐを加熱し、所望の高温状態にする。ここでは、過マンガン酸カリウム水溶液Ｐは、例えば大気圧条件下で常温から９５度の間（好ましくは常温）とすることが望ましい。
なお、上記の条件下で、構造物Ａを３０分以上浸漬させておくことが望ましい。
この後、装置本体２から過マンガン酸カリウム水溶液Ｐを排出して、構造物Ａを純水
で洗浄する。
Next, heating process S2 is performed.
That is, in the heating step S2, the potassium permanganate aqueous solution P filled in the apparatus
In addition, it is desirable to immerse the structure A for 30 minutes or more under the above conditions.
Thereafter, the potassium permanganate aqueous solution P is discharged from the apparatus
次に、上記の構造物Ａの表面処理方法における構造物Ａの変化について説明する。
図３は、構造物Ａの表面処理方法における化学反応を示す模式図である。
図３に示すとおり、過マンガン酸カリウム水溶液中に浸漬された構造物Ａでは、該構造物Ａを構成するクロムが酸化され、酸化クロムＣｒ２Ｏ３又は水酸化クロムＣｒ（ＯＨ）３が生成される。そして、該酸化クロムＣｒ２Ｏ３、水酸化クロムＣｒ（ＯＨ）３及びこれらを含む鉄Ｆｅ、ニッケルＮｉ、クロムＣｒ酸化物が構造物Ａの表面に被膜Ｂとして形成される。
Next, the change of the structure A in the surface treatment method for the structure A will be described.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a chemical reaction in the surface treatment method of the structure A.
As shown in FIG. 3, in the structure A immersed in the aqueous potassium permanganate solution, chromium constituting the structure A is oxidized to produce chromium oxide Cr 2 O 3 or chromium hydroxide Cr (OH) 3. Is done. The chromium oxide Cr 2 O 3 , chromium hydroxide Cr (OH) 3, and iron Fe, nickel Ni, and chromium Cr oxide containing these are formed as a coating B on the surface of the structure A.
次に、このように構成され構造物Ａの表面処理方法の効果について説明する。
上記のように、構造物Ａ中のクロムが過マンガン酸カリウム水溶液Ｐと反応して、酸化クロムＣｒ２Ｏ３、水酸化クロムＣｒ（ＯＨ）３及びこれらを含む鉄Ｆｅ、ニッケルＮｉ、クロムＣｒ酸化物である耐腐食性のある被膜Ｂを該構造物Ａの表面に形成するため、金属の腐食を防止することができる。
さらに当該被膜Ｂは、薄く緻密な構成であるため、構造物Ａに強固に付着する。よって、金属の腐食を確実に防止することができる。
Next, the effect of the surface treatment method of the structure A configured as described above will be described.
As described above, the chromium in the structure A reacts with the potassium permanganate aqueous solution P, so that chromium oxide Cr 2 O 3 , chromium hydroxide Cr (OH) 3 and iron Fe, nickel Ni, chromium Cr containing them are contained. Since the corrosion-resistant coating B, which is an oxide, is formed on the surface of the structure A, corrosion of the metal can be prevented.
Furthermore, since the coating B has a thin and dense structure, it adheres firmly to the structure A. Therefore, metal corrosion can be reliably prevented.
ここで、図４に示すように、構造物Ａの表面に被膜Ｂを形成していない場合と比較すると、本実施形態では腐食生成物の溶出を抑制することができるため、過熱障害や流路閉塞などの不具合が起きることはない。また、構造物Ａが原子力発電所に設けられた場合には放射化されることはないため、発電プラントの維持・管理を容易にすることができる。 Here, as shown in FIG. 4, compared with the case where the coating B is not formed on the surface of the structure A, the elution of the corrosion products can be suppressed in the present embodiment. There are no problems such as blockages. Further, since the structure A is not activated when it is provided in a nuclear power plant, the maintenance and management of the power plant can be facilitated.
また、発電プラントにおける化学洗浄等で構造物Ａの金属母材表面が露出した場合でも、該母材表面に被膜Ｂを形成することで新たな腐食生成物の溶出を抑制できるとともに、腐食生成物の付着を抑制することもできる。 In addition, even when the surface of the metal base material of the structure A is exposed by chemical cleaning or the like in the power plant, the elution of new corrosion products can be suppressed by forming the coating B on the surface of the base material, and the corrosion products Can also be suppressed.
また、構造物Ａが複雑な形状の機器や配管である場合であっても、過マンガン酸カリウム水溶液Ｐの条件を一定に維持することで該構造物Ａの表面に均一に被膜Ｂを形成することができるため、構造物Ａの全範囲にわたって金属の腐食を防止することができる。 Further, even when the structure A is a device or pipe having a complicated shape, the film B is uniformly formed on the surface of the structure A by maintaining the conditions of the potassium permanganate aqueous solution P constant. Therefore, the corrosion of the metal can be prevented over the entire range of the structure A.
また、一般に、粗度の高い表面の構造物と比較して平滑な表面の構造物の方が腐食生成物の付着が少ない。よって、構造物Ａの製鋼時にミルスケールが生じた場合でも、平滑な被膜Ｂを形成することで腐食生成物の付着を抑制することができる。 In general, a smooth surface structure has less adhesion of corrosion products than a surface structure having a high roughness. Therefore, even when a mill scale occurs during steelmaking of the structure A, it is possible to suppress adhesion of corrosion products by forming the smooth coating B.
また、表面処理装置１は、装置本体２、加熱器３及びポンプ４を備えるだけという簡易な構成であるため、設備をコンパクトにすることができ、設備の維持管理の負担も低減することができる。
Moreover, since the surface treatment apparatus 1 has a simple configuration in which only the apparatus
（変形例）
上記の実施形態の変形例として、過マンガン酸水溶液の代わりに過鉄酸カリウム（Ｋ２ＦｅＯ４）水溶液を用いてよい。
この場合でも、構造物Ａ中のクロムが過鉄酸カリウム水溶液と反応して、酸化クロムＣｒ２Ｏ３、水酸化クロムＣｒ（ＯＨ）３及びこれらを含む鉄Ｆｅ、ニッケルＮｉ、クロムＣｒ酸化物である耐腐食性のある被膜Ｂを該構造物Ａの表面に形成するため、金属の腐食を防止することができる。
(Modification)
As a modification of the above embodiment, a potassium perferrate (K 2 FeO 4 ) aqueous solution may be used instead of the permanganic acid aqueous solution.
Even in this case, the chromium in the structure A reacts with the potassium perferrate aqueous solution, so that chromium oxide Cr 2 O 3 , chromium hydroxide Cr (OH) 3 and iron Fe, nickel Ni, and chromium Cr oxide containing them are contained. Since the coating B having corrosion resistance is formed on the surface of the structure A, corrosion of the metal can be prevented.
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 Note that the operation procedure, the shapes and combinations of the constituent members shown in the above-described embodiments are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
例えば、浸漬工程Ｓ１と加熱工程Ｓ２との順序を逆として、加熱工程Ｓ２の次に浸漬工程Ｓ１を実行してもよい。
この場合でも、構造物Ａの表面に過酸塩水溶液Ｐを供給することができるとともに、該過酸塩水溶液Ｐを高温状態とすることができるため、構造物Ａ中のクロムが過酸塩水溶液Ｐと反応して耐腐食性のある被膜Ｂを該構造物Ａの表面に形成することができる。
For example, the immersion step S1 may be executed next to the heating step S2 with the order of the immersion step S1 and the heating step S2 reversed.
Even in this case, the aqueous solution of persalt P can be supplied to the surface of the structure A, and the aqueous solution of persalt P can be brought to a high temperature state. By reacting with P, a coating B having corrosion resistance can be formed on the surface of the structure A.
また、過酸塩水溶液Ｐとして、過マンガン酸（ＨＭｎＯ４）水溶液、過硫酸水溶液、過ホウ素水溶液、過酢酸水溶液等も採用することができる。また、硝酸や水酸化ナトリウムを適宜加えて、条件に応じて酸性及びアルカリ性を調整して反応速度を調整してもよい。 Further, as the persalt aqueous solution P, a permanganic acid (HMnO 4 ) aqueous solution, a persulfuric acid aqueous solution, a perboron aqueous solution, a peracetic acid aqueous solution, or the like may be employed. Further, nitric acid or sodium hydroxide may be added as appropriate, and the reaction rate may be adjusted by adjusting the acidity and alkalinity according to the conditions.
Ａ…構造物
Ｐ…過酸塩水溶液
Ｓ１…浸漬工程
Ｓ２…加熱工程
A ... Structure P ... Peroxide aqueous solution S1 ... Dipping step S2 ... Heating step
Claims (4)
前記構造物の表面に過酸塩水溶液を供給することで、前記構造物中のクロムによる被膜を該構造物の表面に形成することを特徴とする構造物の表面処理方法。 A surface treatment method for a structure made of a material containing at least chromium,
A method of treating a surface of a structure, wherein a coating of chromium in the structure is formed on the surface of the structure by supplying an aqueous solution of a persalt to the surface of the structure.
前記構造物を前記過酸塩水溶液に浸漬する浸漬工程と、
該過酸塩水溶液を加熱する加熱工程とを備えることを特徴とする構造物の表面処理方法。 The surface treatment method according to claim 1,
A dipping step of immersing the structure in the aqueous solution of persalt;
And a heating step of heating the aqueous persalt solution.
前記過酸塩水溶液は、過マンガン酸カリウムを含む水溶液であることを特徴とする構造物の表面処理方法。 In the surface treatment method of Claim 1 or Claim 2,
The surface treatment method for a structure, wherein the aqueous solution of persalt is an aqueous solution containing potassium permanganate.
前記過酸塩水溶液は、過鉄酸カリウムを含む水溶液であることを特徴とする構造物の表面処理方法。 In the surface treatment method of Claim 1 or Claim 2,
The method for surface treatment of a structure, wherein the aqueous solution of persalt is an aqueous solution containing potassium perferrate.
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