JP5996351B2 - 熱交換器における海生物の除去方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば発電所における復水器等の海水を使用した熱交換器の伝熱管内面に付着する海生物を減少させるために、二酸化炭素ガスのマイクロバブルを用いた熱交換器における海生物の除去方法に関する。

海水を使用した熱交換器においては、海水が伝熱管内に長時間導入されることから、伝熱管内面に微生物、珪藻、緑藻等の藻類などの海生物が付着する。このような海生物を伝熱管内面から減少させるために、海水中に二酸化炭素ガスを注入し、海水のｐＨを下げて海生物の付着を防止する方法が提案されている。

この種の海生物付着防止方法が特許文献１に開示されている。すなわち、当該方法は、海水中に二酸化炭素ガスを注入し、海水のｐＨを５〜６に低下させるものである。この方法によれば、低ｐＨ海水により、海生物の幼生がホルモン作用によって形成する殻の付着を抑制することができる。

また、同様の海生物付着防止方法が特許文献２に開示されている。この方法は、海水に対する二酸化炭素ガスの混合比が（０．１〜４）／１００となるように二酸化炭素ガスを海水に注入し、二酸化炭素ガスのマイクロバブルを発生させ、海水のｐＨを６．４〜８．１とするものである。この方法によれば、海水のｐＨを下げて海生物の付着を抑制できるとともに、二酸化炭素ガスのマイクロバブルによって伝熱管内面に付着した海生物を擦り取ることができる。

特許第３６０５１２８号公報 特開２０１０−４３０６０号公報

前述した特許文献１及び２で提案されている従来構成の海生物付着防止方法では、二酸化炭素ガスを海水に注入し海水のｐＨを低下させることによって、熱交換器の伝熱管内へ海生物が付着することを抑制することとしている。両者とも海生物の幼生が伝熱管内へ付着する段階においての付着を抑制することによって、幼生の生育による伝熱管内の汚損を防止することに着眼が置かれている。二酸化炭素ガスの注入が１時間程度の短時間でも停止してしまうと、その間にも伝熱管内に海生物の幼生が付着してしまうため、これを避けるには二酸化炭素ガスの注入は注入の空白期を避けるため連続的な注入が必須となる。このため、長期間の連続注入が要件となり、大量の二酸化炭素を要してしまうという問題があった。

そこで、本発明の目的とするところは、伝熱管内に注入する二酸化炭素ガスのマイクロバブルの注入量を抑制しつつ、伝熱管内面に付着する海生物を効果的に減少させることができる熱交換器における海生物の除去方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明の熱交換器における海生物の除去方法は、伝熱管内に海水を注入して熱交換を行うように構成された熱交換器の前記伝熱管
の内面に付着する海生物を減少させる方法であって、前記伝熱管内に二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水を間欠的に注入するとともに、前記二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水の間欠注入実施後から次の間欠注入の開始までの期間中には、伝熱管内を流れる海水を逆流させる逆洗又は伝熱管内を淡水で置換する淡水置換を行うことを特徴とする。

請求項２に記載の発明の熱交換器における海生物の除去方法は、請求項１に係る発明において、前記二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水の注入開始時期は、伝熱管内面に付着した海生物による汚損が増大して熱交換器の出入口差圧が予め定めた管理値に達したときであることを特徴とする。

請求項３に記載の発明の熱交換器における海生物の除去方法は、請求項１又は請求項２に係る発明において、前記二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水を注入する注入水のｐＨを６．５〜６．９とするとともに、注入期間を１〜７日間としたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明の熱交換器における海生物の除去方法は、請求項１に係る発明において、前記二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水の間欠注入実施後、次の間欠注入を開始する時期は、前記逆洗又は淡水置換の実施後における熱交換器の出入口差圧を示すベース値が予め定めた一次管理値に達した後、海水を注入して熱交換器の出入口差圧が予め定めた管理値に達したときであることを特徴とする。

請求項５に記載の発明の熱交換器における海生物の除去方法は、請求項１から請求項４のいずれか一項に係る発明において、前記二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水の間欠注入は、海水注入を停止して熱交換器を隔離した状態で行い、間欠注入期間中、二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水の注入水で熱交換器内の水の置換を継続するか又は前記置換の停止後に熱交換器内を注入水で満たすことを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
本発明の熱交換器における海生物の除去方法は、伝熱管内に二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水を間欠的に注入するものである。この構成により、伝熱管内に二酸化炭素ガスのマイクロバブルを連続的に注入する場合に比べて注入量を減少させながら、海水のｐＨを下げて伝熱管内に付着した海生物を有効に減少させることができる。つまり、伝熱管内面に付着する海生物、つまりその幼生のみならず、成育した海生物を、伝熱管内に間欠的に注入される二酸化炭素ガスのマイクロバブルによって除去することができる。
さらに、前記二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水の間欠注入実施後から次の間欠注入の開始までの期間中には、伝熱管内を流れる海水を逆流させる逆洗又は伝熱管内を淡水で置換する淡水置換を行う。このため、二酸化炭素ガスのマイクロバブルの注入間隔を延長させることができ、マイクロバブルの注入量を一層減少させることができる。

従って、本発明の熱交換器における海生物の除去方法によれば、伝熱管内に注入する二酸化炭素ガスのマイクロバブルの注入量を抑制しつつ、伝熱管内面に付着する海生物を効果的に減少させることができるという効果を奏する。

本発明を具体化した実施形態の熱交換器における海生物の除去装置を模式的に示す概略説明図。 （ａ）は、海生物の付着試験において、経過日数と海生物付着量（湿体積）との関係を示す概念的なグラフ、（ｂ）は、海生物の除去試験において、経過日数と海生物付着量（湿体積）との関係を示す概念的なグラフ。 経過期間（週）と湿体積との関係を模式的に示すグラフ。 経過日数と熱交換器の出入口差圧との関係を示すグラフ。 経過日数と湿体積との関係を示すグラフ。 経過日数と汚れ係数との関係を示すグラフ。 経過日数と分極抵抗との関係を示すグラフ。 海水の場合について、経過時間と湿体積との関係を示すグラフ。 淡水の場合について、経過時間と湿体積との関係を示すグラフ。 海水の場合について、経過時間と汚れ係数との関係を示すグラフ。 淡水の場合について、経過時間と汚れ係数との関係を示すグラフ。 海水の場合について、経過時間と分極抵抗との関係を示すグラフ。 淡水の場合について、経過時間と分極抵抗との関係を示すグラフ。

以下、本発明を具体化した実施形態に関し、図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、発電所の機器冷却水系において、熱交換媒体として海水を通水する海水ライン１１には熱交換器１２が接続され、当該熱交換器１２内の伝熱管１３に海水を通水することにより熱交換が行われるように構成されている。伝熱管１３は、アルミ黄銅（アルミニウム・銅合金）で形成されている。前記海水中には、図示しない鉄イオン供給装置が接続され、海水中に鉄イオンを混入して伝熱管１３内面に保護被膜として鉄被膜を形成するようになっている。

前記海水ライン１１には淡水ライン１４が接続され、海水に代えて淡水を熱交換器１２の伝熱管１３に送り、伝熱管１３内を淡水置換できるようになっている。なお、前記海水ライン１１及び淡水ライン１４にはそれぞれバルブ１５，１６が設けられ、両バルブ１５，１６の開閉により海水と淡水との切り替えが可能になっている。また、熱交換器１２の下流側には放水配管１７が連結され、当該放水配管１７はバルブ１８を介して図示しない放水ピットに接続されている。

前記海水ライン１１の淡水ライン１４接続部位より下流側には、二酸化炭素ガスのマイクロバブル供給ライン１９が逆止弁２０及びバルブ２１を介して接続されている。当該マイクロバブル供給ライン１９には、海水又は淡水が外部から流量調整バルブ２２を介して所定流量で導入されるようになっている。マイクロバブル供給ライン１９には、二酸化炭素ガスのマイクロバブル発生機構２３が設けられている。このマイクロバブル発生機構２３にはエジェクタ型のマイクロバブル発生装置２７が設置され、二酸化炭素ガスボンベ２５からガス配管２６を経て供給される二酸化炭素ガスを海水中又は淡水中でマイクロバブル化するようになっている。

前記マイクロバブル発生装置２７により、マイクロバブル供給ライン１９の海水中又は淡水中にマイクロバブルが混入されるようになっている。マイクロバブル供給ライン１９のマイクロバブル発生装置２７より下流にはｐＨセンサ２９が接続され、二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水のｐＨを検知するようになっている。そして、マイクロバブル供給ライン１９のバルブ２１が開放されると、二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水がマイクロバブル供給ライン１９から海水ライン１１に供給され、熱交換器１２の伝熱管１３に送られるようになっている。

当該マイクロバブル供給ライン１９から二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水を送水する場合には、前記海水ライン１１及び淡水ライン１４に設けられたバルブ１５，１６を閉の状態とし、海水ライン１１及び淡水ライン１４からの通水を止める。その状態で、マイクロバブル供給ライン１９から熱交換器１２へ二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水を所定のｐＨ及び流量で送水する。

なお、二酸化炭素ガスのマイクロバブルの大きさは、その直径が数μｍ〜数十μｍであることが好ましい。マイクロバブルの大きさが過度に大きくなるとその表面積が小さくなり、マイクロバブルの機能発現が低下するとともに、バブルが浮上しやすく分散性が悪くなるため、二酸化炭素ガスが海水又は淡水へ溶解する効率が低下するので好ましくない。

図２（ａ），（ｂ）は、前記熱交換器１２の伝熱管１３に付着する海生物の付着量の挙動を示す概念図である。図２（ａ）に示すように、熱交換器１２の伝熱管１３に海水ライン１１から海水が導入されて熱交換が行われ、その熱交換が一定条件で長時間に亘って継続されると伝熱管１３内面にプランクトン、藻類等の海生物（海生生物）が付着する。その付着量が経過日数の増加に伴って上昇する。

この図２（ａ）は、海生物の付着のない初期状態の伝熱管１３内へ海水を注入し続けた場合の付着量を示している。１−１は通常の海水を注入した場合であり、付着量が日数の増加に伴い次第に上昇する。１−２は二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水を連続的に注入した場合であり、１−１に比べて付着量の増加は緩やかとなるが増加は止まらない。低ｐＨ海水を注入した場合でも付着量が増加するのは、伝熱管１３に付着する幼生段階の海生物のうち、低ｐＨ環境に適応できる幼生が一定量存在し、それが付着し続けるとともに付着した幼生が生育したことによる。

一方、図２（ｂ）に示すように、前記マイクロバブル供給ライン１９のバルブ２１を開放し、二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水を伝熱管１３内に導入すると、マイクロバブルの低ｐＨ作用等の作用により伝熱管１３内面の海生物付着量は漸減する。

この図２（ｂ）は、海生物が付着し汚損した初期状態の伝熱管１３へ二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水及び淡水を注入し続けた場合の付着量を示している。２−１では、二酸化炭素ガスのマイクロバブルで除去が可能な海生物の付着量の漸減を示す。熱交換媒体が海水の場合には、２−２に示すとおり、２−１の漸減曲線の付着量に加え、注入海水中に含まれる海生物が付着しこれを加算した付着量となる。付着する海生物は１−２の海生物の付着と同程度と見込まれる。

二酸化炭素ガスのマイクロバブルで除去可能な海生物付着量の漸減曲線２−１が日数の経過に伴い減少幅が低下してくると、注入海水中に含まれる海生物の付着量の影響が相対的に増大し、反転時期を境にして全体として海生物付着量が漸増曲線２−２を描く。従って、二酸化炭素ガスのマイクロバブルを伝熱管１３内に連続的に注入しても、反転時期以降には海生物の付着量は増大する。海生物の付着量が増大すると、熱交換器１２の出入口すなわち伝熱管１３の出入口における海水の圧力差（差圧）が大きくなる。このため、伝熱管１３の出入口における差圧（出入口差圧）の大きさを、熱交換器１２の汚損の指標とすることができる。そして、この伝熱管１３の出入口差圧が大きくなったとき、伝熱管１３内に海水を逆方向に流す逆洗や伝熱管１３内を淡水で置換する淡水置換が行われる。

一方、注入水が淡水の場合には、注入水中に海生物が含まれていないため、海生物の付着量は２−１の漸減曲線で示すことができる。２−１に示される低ｐＨ海水注入時の漸減は以下の理由による。除去対象は生育した海生物であり、一般的には幼生段階の海生物に比べて環境変化への耐性は高まるが、生育期間中に低ｐＨ環境下での経験をさせていなかったため、生育した海生物であっても低ｐＨ環境に対する耐性が比較的低い海生物が存在していたこと及び海生物が大量に蓄積された状態で海生物の個体数が非常に多かった。このため、除去可能な一定量の海生物が存在し、これらを重点的に除去することで漸減状態となったものである。

次に、図３は本実施形態における二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水を伝熱管１３内に間欠的に注入する場合と、従来の連続的に注入する場合との比較を概念的に示す図である。すなわち、図３は経過期間（週）と、伝熱管１３内の湿体積（ｃｃ／ｃｍ^２：伝熱管内面積１ｃｍ^２あたりに付着した湿分を含む海生物の体積）との関係を示す図であり、実線は間欠注入の場合を表し、一点鎖線は連続注入の場合を表す。ここで、湿体積は伝熱管１３内の汚損を示すパラメータの一つであり、前述の海生物の付着量と同種の指標となる。

この図３に示すように、間欠注入の場合には、熱交換器１２の出入口差圧の管理値に相当する湿体積に到る２週間経過後に二酸化炭素ガスのマイクロバブル含む海水又は淡水を伝熱管内に１週間注入し、それを１２週間繰返す。このため、マイクロバブルの注入は１２週間の間に４回、すなわち４週間で済む。一方、連続注入の場合には、二酸化炭素ガスのマイクロバブルを伝熱管１３内に１２週間注入する。従って、海生物について同様の除去効果としたとき、二酸化炭素ガスの使用量を、間欠注入の場合には連続注入の場合に比べて１／３に減少させることができる。

前記マイクロバブルを含む海水又は淡水の間欠注入の注入開始時期は、伝熱管１３内面に付着した海生物による汚損が増大して熱交換器１２の出入口差圧が予め定めた管理値に達したときが好ましい。この場合、汚損の指標となる出入口差圧に基づいて、間欠注入の開始時期を適切に判断することができる。

さらに、間欠注入のみを繰り返すのではなく、間欠注入と次の間欠注入の間に通常の清掃（逆洗、淡水置換等）を組合せることにより、間欠注入間の間隔を空けることができ、さらに二酸化炭素ガスの使用量を減少させることができる。例えば、１２週間のうち、間欠注入を２回行い、その間に通常の清掃を行うことにより、二酸化炭素ガスの使用量を連続注入の場合に比べて１／６にすることができる。但し、逆洗、淡水置換等の通常の清掃は、繰り返しの実施でその除去効果（清掃効果）が低下する傾向があるため、設備の運転経験を踏まえ、組合せを適切に設定しておく必要がある。

図４に示すとおり、例えば通常の清掃（淡水置換）を行い、その効果が低下して清掃後の出入口差圧のベース値３０が上昇して予め定めたベース値３０の一次管理値に達した後、海水を注入して、熱交換器１２の出入口差圧が予め定めた管理値（二次管理値）に達したとき、二酸化炭素ガスのマイクロバブルを伝熱管１３内に注入して清掃を行い、熱交換器１２の性能の回復を図ることも有効である。これにより、二酸化炭素ガスのマイクロバブルの間欠注入と通常の清掃とが協働して作用し、二酸化炭素ガスのマイクロバブル注入機会がさらに減り、二酸化炭素ガスの使用量低減に寄与することができる。

なお、前記図３の概念図における期間の設定条件等は以下のとおりである。
１）間欠注入の期間：１週間（約１７０時間）
２）次の間欠注入までの清掃間隔：２週間
低ｐＨ海水での間欠注入の間隔は、淡水を用いた通常の清掃（淡水置換）の初期の清掃間隔（約２週間）と同等とした後述する表１の低ｐＨ海水と表２の淡水との間に湿体積の減少割合に大きな相違はない。

３）連続注入の期間：４週間
図５に示すように、湿体積の上昇速度が、低ｐＨ海水では通常の海水の約１／２のため、期間としては通常海水での清掃間隔である上記２）の２倍となる４週間に設定した。また、その後は逆洗等の清掃により清掃後相当の湿体積まで低下したものと設定した。

ここで、伝熱管１３の新管を用い、海水へ二酸化炭素ガスのマイクロバブル注入を行い、ｐＨ６．９とした低ｐＨ海水と通常の海水（約ｐＨ８）を長期間通水した場合の海生物の付着挙動を示す。伝熱管１３の汚損を示す指標としては、湿体積及び汚れ係数があり、これらを測定した結果をそれぞれ図５及び図６に示す。

図５に示すように、伝熱管１３の新管を用い、海水へ二酸化炭素ガスのマイクロバブル注入を行い、ｐＨ６．９とした低ｐＨ海水と通常海水（約ｐＨ８）を長期間通水した場合の伝熱管１３内面に付着する海生物の湿体積（ｃｃ／ｃｍ^２）を測定した。この図５において、◇は通常海水の場合を示し、□は低ｐＨ海水の場合を示す。その結果、約２０日間通水した後の湿体積について、通常海水の場合に比べ、低ｐＨ海水の場合には湿体積の増加速度が１／２程度となった。このため、低ｐＨ海水は海生物の付着を緩和する効果があることが分る。但し、海生物の付着を止めるまでには到らず、湿体積は徐々に上昇し続けている。この状態が持続した場合には、いずれ熱交換器１２の出入口差圧が管理値まで上昇するが、その際には逆洗など別の措置で出入口差圧を低下させる必要がある。

熱交換器１２の出入口差圧は、伝熱管１３内に付着する海生物の湿体積が少ないうちは通水の抵抗としてあまり影響がなく出入口差圧としての発現はないが、湿体積が一定量まで増えてくると抵抗が増え出入口差圧として発現してくる。実運用においては、運転中に監視が可能な熱交換器１２の出入口差圧で汚損の状態を判断しており、予め定めた出入口差圧の管理値に達した時に熱交換器１２の清掃を行う。

また、図６に示すように、ｐＨ６．９とした低ｐＨ海水と通常の海水（約ｐＨ８）について、汚れ係数（ｍ^２Ｋ／Ｗ）を常法に従って測定した。汚れ係数は熱伝達率（Ｗ／ｍ^２Ｋ）の逆数であり、その数値が大きいほど汚れが大きいと判断できる。この図６において、◇は通常海水の場合を示し、□は低ｐＨ海水の場合を示す。汚れ係数の場合も湿体積と同様、通常の海水の場合に比べ、低ｐＨ海水の方が汚れ係数の増加速度は１／２程度と緩やかとなったが増加自体は止まっていない。

前記伝熱管１３の材料としては、近年では耐食性を有するチタンの採用が増えつつあるが、現在でもアルミ黄銅が多く採用されている。アルミ黄銅管を用いた熱交換器１２では、海水が通水する伝熱管１３内面の腐食及び減肉を防ぐため、通水する海水中に鉄イオンを注入して伝熱管１３内に鉄の保護被膜を形成させ、海水が伝熱管１３内面に直接接触することを防ぐ措置をとる場合が多い。低ｐＨ環境においては、伝熱管１３内のこの保護被膜の溶解を促進する方向に作用するため、二酸化炭素ガスの注入が長期化する場合には、保護被膜の形成が不十分となることが考えられ、伝熱管１３の健全性へ支障を及ぼすことが懸念される。

伝熱管１３内の保護被膜の状況を判断する方法としては、分極抵抗（伝熱管１３内面と外面との間の電気抵抗）の測定がある。分極抵抗の測定値が２００００Ω・ｃｍ^２以上であれば、保護被膜の形成は良好でその後の長期の運転が可能と判断される。但し、この測定は伝熱管１３を抜管する必要があり、実機で使用中の伝熱管１３の測定はできない。このため、実運用では、熱交換器１２の海水通水を開始した時点から所定の濃度の鉄イオンを一定期間注入し続けることで伝熱管１３内の保護被膜形成上の管理を行っている。

伝熱管１３としてフェロコ管（保護被膜を予め付与したアルミ黄銅管）を用い、海水へ二酸化炭素ガスのマイクロバブル注入を行ってｐＨ６．９とした低ｐＨ海水と通常海水（約ｐＨ８）を長期間通水した場合において、それぞれ鉄イオンを注入し、伝熱管１３への鉄イオンの付着状況を確認した。鉄イオンが伝熱管１３内に付着すると伝熱管１３内面と外面との間の電気抵抗（分極抵抗）が上昇する。

そこで、図７に示すように、通常海水と低ｐＨ海水とについて、常法に従って分極抵抗（Ω・ｃｍ^２）を測定した。この図７において、◇は通常海水の場合を示し、□は低ｐＨ海水の場合を示す。その結果、通常海水の場合には、分極抵抗値の上昇が確認され、鉄の保護被膜が徐々に形成されていることが確認できたが、低ｐＨ海水の場合には、分極抵抗値の上昇がほとんどみられず、保護被膜の形成が十分でないと判断された。このため、長期間の低ｐＨ環境では、当初は分極抵抗値が２００００Ω・ｃｍ^２を満足していたとしても、保護被膜の溶解が進み、被膜形成の不良を起こして伝熱管１３の健全性に支障をきたすことが考えられる。

図５及び図６では前述のとおり、伝熱管１３の新管を用いて、二酸化炭素ガスのマイクロバブル注入を長期間連続的に実施した結果である。海生物の幼生が伝熱管１３内面へ付着する段階でその付着を抑制することに着眼されたものであるが、この結果からは、湿体積、汚れ係数とも値の上昇を止められてはいない。これは、二酸化炭素ガスのマイクロバブル注入により低ｐＨ化した場合でも、幼生の付着を完全に防止できているわけではなく、低ｐＨ環境でも適応できる幼生が一定量付着し続けていることを示している。このため、海生物の幼生の付着速度を緩和する効果に留まる中、二酸化炭素ガスを長期にわたって連続注入することとなるので、二酸化炭素ガスの使用上の負担が大きくなると考えられる。従って、連続的に行う注入方法を改善することで二酸化炭素ガスの使用量の合理化を図ることができる。

以上を踏まえ、本実施形態では、マイクロバブルの注入方法は連続注入ではなく、間欠注入を採用した。前述のとおり、海生物の幼生であっても二酸化炭素ガスのマイクロバブルの連続注入で完全に付着を抑制できているわけではない。そのような中、間欠注入では、注入を停止している期間に海生物が生育していると考えられることから、幼生の状態よりも環境変化への適応力が強くなっているものと予想される。これを含め間欠注入の効果を確認するための試験を行った。

図８及び図１０に示すように、この試験では約２ヶ月間の海水通水を続けて海生物を育成し、その状態から二酸化炭素ガスのマイクロバブルを７日間（約１７０時間）注入し、湿体積及び汚れ係数を測定した。これらの図に示すように、湿体積及び汚れ係数について、二酸化炭素ガスのマイクロバブル注入による海生物の除去効果を確認することができた。具体的には湿体積では、下記の表１に示すよう低ｐＨ海水環境下において初期値から約２０％程度低下することを確認した。表１では、通常海水のｐＨ８．０及び低ｐＨ（ｐＨ６．９、６．７及び６．５）で、湿体積の初期値と７日後の値及びそれらの差（Δ）を示すとともに、初期値に対する差の百分率（％）を示した。

図９及び図１１に示すように、上記と同様の試験を淡水環境下においても実施した。その結果、湿体積及び汚れ係数とも、二酸化炭素ガスのマイクロバブル注入により減少の傾向を示し、海生物の除去効果を確認した。湿体積では、下記の表２に示すように、ｐＨ６．５の一部の湿体積データに計測誤差が見られたものの、総じて初期値から約２０％程度低下することを確認した。

表２では、通常海水のｐＨ８．０及び低ｐＨ（ｐＨ６．９、６．８、６．７、６．５及び６．３）で、湿体積の初期値と７日後の値及びそれらの差（Δ）を示すとともに、初期値に対する差の百分率（％）を示した。

上記試験結果より、図３において出入口差圧の管理値に相当する湿体積と清掃後の出入口差圧に相当する湿体積の差分の割合は、出入口差圧の管理値に相当する湿体積の約２０％程度と推定される。

次に、図１２及び図１３に示すように、フェロコ管を用いて、海水環境下及び淡水環境下において、二酸化炭素ガスのマイクロバブル注入に伴う伝熱管１３内の保護被膜への影響を確認した。海水の場合には図１２及び淡水の場合には図１３に示すように、注入期間を７日間（約１７０時間）以内に限定すればｐＨ６．５以上で分極抵抗値を２００００Ω・ｃｍ^２以上に維持ができ、伝熱管１３の健全性を維持できることを確認した。ｐＨの下限値の６．５は、アルミ黄銅管であっても健全性を維持できる値であり、耐食性に優れるチタン管に適用しても全く支障はない。また、アルミ黄銅管の場合には、二酸化炭素ガスのマイクロバブル注入後には分極抵抗値の余裕代が少なくなると考えられることから、操作の後は速やかに鉄イオン注入を行い、分極抵抗値の回復を図ることが望ましい。

以上の結果より、生育した海生物であっても、低ｐＨ環境を経験していない状態で、かつ伝熱管１３内に大量に蓄積され母集団が多い場合には、７日以内の低ｐＨ海水の注水で、海生物を効率的に除去できることが分った。これは、図２（ｂ）においては、前記２−２の曲線で反転時期の前に漸減し続ける時期の範囲内に該当する。

マイクロバブルの間欠注入による注入期間が７日以内と比較的短い期間で有効であることから、予備の熱交換器１２を保有している系統については、清掃したい熱交換器１２を一旦隔離状態とし、通水を止めた上で清掃を行うという運用ができる。熱交換器１２を隔離した場合には、通水時と異なり、使用する水の量を大幅に低減でき水の確保が容易になるので、海水だけでなく淡水の使用が容易となる。

ここで例として、プラントの補機冷却水系の熱交換器１２（定格流量：２０００ｍ^３／ｈｒ）について、隔離を行った上、淡水での二酸化炭素ガスのマイクロバブル注入を行い、７日間海生物の除去を行うケースにおける二酸化炭素ガスの使用量を概算した。すなわち、熱交換器１２廻りの隔離範囲（容積）を１００ｍ^３とする。初期のｐＨが７．５程度の淡水をｐＨ６．５程度まで低下させるのに必要な二酸化炭素ガスと淡水の気液率を４％とすると隔離範囲に必要な二酸化炭素ガスは４ｍ^３となる。確実な置換を行うため、１００ｍ^３の何倍もの水を通水したとしても、標準サイズの二酸化炭素ボンベの容量を約１５ｍ^３とすると、ボンベ数本程度で済む。このため、二酸化炭素ガスを供給する装置も小規模化を図ることが可能となる。

ここで、二酸化炭素ガスのマイクロバブル注入を行う場合、低ｐＨ海水は海域へ放水されることとなる。海域には水質規制値（公共用水域水質環境基準）が設定されており、ｐＨ７．８以上となるよう配慮する必要がある。海水のｐＨ値を水質規制値まで回復させる方法としては、大量の通常海水と混合して希釈回復させる方法がある。この場合、ｐＨ６．５の海水をｐＨ７．８まで回復させるためには、通常の海水のｐＨを８．２とすると熱交換器１２の通水量の約４０倍もの海水との混合希釈が必要となる。このため、運転状態の熱交換器１２においては、連続注入及び間欠注入に係わらずこの容量を満足する海水を確保することが必要である。

一方、上記のとおり隔離を行った上での間欠注入の場合には次のとおりとなる。隔離した熱交換器１２内の海水を低ｐＨ水へ置換する場合、ｐＨ６．５の低ｐＨ海水を１０ｍ^３／ｈｒの速度で置換したとする。この場合には、ｐＨ８．２の海水で運用中の熱交換器１２の２０００ｍ^３／ｈｒの海水との混合希釈により、ｐＨは８．１１となる。海水のｐＨは時期により平均ｐＨから±０．１程度の自然変動があり、海水のｐＨ平均値を８．２とすると、自然変動の下限側はｐＨ８．１となる。

上記のように、仮に二酸化炭素ガスを含む淡水の放出速度を１０ｍ^３／ｈｒ以下に制限することで、同じ系統内の運転機との希釈で水質規制値のみならず、自然変動のｐＨの範囲内に収めることも可能である。従って、希釈する海水の確保が容易になる。

次に、熱交換器１２における海生物の除去方法について作用を説明する。
さて、海水ライン１１から熱交換器１２の伝熱管１３内に海水を導入して熱交換を継続すると、海水中に含まれる海生物が伝熱管１３内面に付着する。そして、海生物付着に伴う熱交換器１２の出入口差圧が予め定めた管理値に達したときバルブ１５を閉じ、マイクロバブル供給ライン１９のバルブ２１を開いて、伝熱管１３内に二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水を注入する。その後、二酸化炭素ガスのマイクロバブルの注入と注入停止後の海水通水を繰り返し、伝熱管１３内にマイクロバブルを間欠的に注入する。このとき、マイクロバブルの注入を停止して海水通水を行っている期間中に出入口差圧の上昇が生じた場合には、逆洗等の既存の清掃方法を行ってもよい。

マイクロバブルを含む海水又は淡水中では、二酸化炭素（ＣＯ_２）と水（Ｈ_２Ｏ）との反応によって水素イオン（Ｈ^＋）が生成し、海水又は淡水のｐＨが低下するがｐＨ６．５〜６．９の間になるよう二酸化炭素ガスの注入量を調整する。これにより、伝熱管１３内面に形成された生物の被膜など海生物の付着による汚損物が剥されて、伝熱管１３内面から除かれる。低ｐＨ水の間欠注入では、注入を停止している期間中に海生物の幼生が生育し環境変化への耐性が強くなっていると考えられるが、成育した海生物であっても伝熱管１３内面から取り除くことができる。すなわち、生育過程で低ｐＨ環境を経験していない海生物の個体数がある程度増えた時点で低ｐＨ環境下に晒すことにより、一定の割合で付着量の減少が見られ伝熱管１３内面から離れる。間欠注入の間隔を空けることにより、生育過程の海生物が低ｐＨ環境を経験し適応してしまうことを防止することで注入効果は向上する。

このように、熱交換器１２の出入口差圧が予め定めた管理値に達したとき、二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水を伝熱管１３内に間欠的に注入することにより、伝熱管１３内面に付着形成された海生物を効率的に除去することができる。

以上の実施形態により得られる効果を以下にまとめて記載する。
（１）本実施形態では、熱交換器１２の伝熱管１３内に二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水を間欠的に注入するように構成した。このため、前記マイクロバブルにより、海水のｐＨを下げて伝熱管１３内面に付着した海生物を減少させることができる。つまり、マイクロバブルの注入停止期間中に伝熱管１３内面に付着、生育した海生物に対して低ｐＨの注入水を作用させて除去することができる。

従って、本実施形態によれば、伝熱管１３内に注入する二酸化炭素ガスのマイクロバブルの注入量を抑制しつつ、伝熱管１３内面に付着する海生物を効果的に減少させることができるという効果を奏する。
（２）前記二酸化炭素ガスのマイクロバブルの注入形態を、注入、停止を繰り返す間欠注入とし注入期間を限定したことから、アルミ黄銅で形成された伝熱管１３内面の保護被膜の溶解の進展を抑え、分極抵抗値を維持することができる。

従って、伝熱管１３の保護被膜の健全性を維持しながら熱交換器１２の運転を長期に亘って安定した状態で継続することができる。
（３）前記二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水の注入開始時期は、伝熱管１３内面に付着した海生物による汚損が増大して熱交換器１２の出入口差圧が予め定めた管理値に達したときである。そのため、汚損の指標となる出入口差圧に基づく簡便な方法で伝熱管１３内面に付着した海生物を除去することができる。
（４）前記二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水を注入する注入水のｐＨを６．５〜６．９とするとともに、注入期間を１〜７日間とした。このため、低ｐＨの注入水によって伝熱管１３内面に付着した海生物を除去できるとともに、マイクロバブルの注入期間を７日以内という短期間で海生物の除去効果を有効に発揮させることができる。
（５）前記二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水の間欠注入実施後から次の間欠注入の開始までの期間中には、逆洗又は淡水置換を行う。従って、二酸化炭素ガスのマイクロバブルの注入間隔を延長させることができ、マイクロバブルの注入量を一層減少させることができる。
（６）前記二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水の間欠注入実施後、次の間欠注入を開始する時期は、前記逆洗又は淡水置換の実施後における熱交換器の出入口差圧を示すベース値が予め定めた一次管理値に達した後、海水を注入して熱交換器の出入口差圧が予め定めた二次管理値に達したときである。この場合、次の間欠注入を開始する時期を、熱交換器の出入口差圧に基づく一次管理値と二次管理値とにより、簡便かつ容易に判断することができるとともに、海生物の除去操作を適切かつ有効に行うことができる。
（７）前記マイクロバブルの注入水の間欠注入は、海水注入を停止して熱交換器１２を隔離した状態で行い、間欠注入期間中、マイクロバブルの注入水で熱交換器１２内の水の置換を継続するか又は前記置換の停止後に熱交換器１２内を注入水で満たす。このように、熱交換器１２を隔離して間欠注入を実施することにより、伝熱管１３内を容易に低ｐＨ化して伝熱管１３内面に付着する海生物を一層効果的に減少させることができるとともに、マイクロバブルの注入水を節約することができる。

なお、前記実施形態を次のように変更して具体化することも可能である。
・ 前記マイクロバブル供給ライン１９を、海水ライン１１を介することなく、熱交換器１２に直接接続し、二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水を伝熱管１３内に直接注入するように構成してもよい。

・ 前記伝熱管１３内への二酸化炭素ガスのマイクロバブルの注入量や注入速度を、気温の上昇に伴って増大させるように構成してもよい。例えば、夏季には冬季よりも、伝熱管１３内へのマイクロバブルの注入量や注入速度を増大させてもよい。

１２…熱交換器、１３…伝熱管、３０…ベース値。

Claims (5)

1. 伝熱管内に海水を注入して熱交換を行うように構成された熱交換器の前記伝熱管の内面に付着する海生物を減少させる方法であって、
   前記伝熱管内に二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水を間欠的に注入するとともに、前記二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水の間欠注入実施後から次の間欠注入の開始までの期間中には、伝熱管内を流れる海水を逆流させる逆洗又は伝熱管内を淡水で置換する淡水置換を行うことを特徴とする熱交換器における海生物の除去方法。
2. 前記二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水の注入開始時期は、伝熱管内面に付着した海生物による汚損が増大して熱交換器の出入口差圧が予め定めた管理値に達したときであることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器における海生物の除去方法。
3. 前記二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水を注入する注入水のｐＨを６．５〜６．９とするとともに、注入期間を１〜７日間としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱交換器における海生物の除去方法。
4. 前記二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水の間欠注入実施後、次の間欠注入を開始する時期は、前記逆洗又は淡水置換の実施後における熱交換器の出入口差圧を示すベース値が予め定めた一次管理値に達した後、海水を注入して熱交換器の出入口差圧が予め定めた管理値に達したときであることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器における海生物の除去方法。
5. 前記二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水の間欠注入は、海水注入を停止して熱交換器を隔離した状態で行い、間欠注入期間中、二酸化炭素ガスのマイクロバブルを含む海水又は淡水の注入水で熱交換器内の水の置換を継続するか又は前記置換の停止後に熱交換器内を注入水で満たすことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の熱交換器における海生物の除去方法。