JIS B 8223:2021 ボイラの給水，ボイラ水及び蒸気の質 | ページ 17

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    る水酸化ナトリウムの電気伝導率を考慮して設定している。一例として,常用使用圧力10 MPaを超
    える産業用及び15 MPaを超える電力事業用循環ボイラについては,1 mS/m以下に設定している。
      なお,低濃度水酸化ナトリウム処理における水質純度の指標となる酸電気伝導率に関しては,次の
    c)の塩化物イオンに着目した場合には,A.6.3 c)に記載したように,AVT(R)と比較して,不純物に対す
    る腐食抑制効果があるため,許容値は高めに設定可能となる。一方,りん酸塩処理と比較した場合に
    は,より制限された値が要求される。これらの関係を考慮した上で,水質純度を保持する観点から,
    許容し得る塩化物イオン濃度に対応する酸電気伝導率を,各圧力区分における上限値として設定して
    いる。この結果,この水処理では揮発性物質処理(還元形)[AVT(R)]と同一の値に設定している。一
    例として,常用使用圧力10 MPaを超える産業用及び15 MPaを超える電力事業用循環ボイラについて
    は,AVT(R)では2 mS/m以下であり,この水処理では,2 mS/m以下に設定している(B.3を参照)。
c) 塩化物イオン A.6.3 c)で記載したように,塩化物イオンに対する緩衝作用の程度は,各水処理の比較
    では,基本的には,低い順に,揮発性物質処理(還元形)[AVT(R)],低濃度水酸化ナトリウム処理,
    りん酸塩処理である。この従来の各水処理における塩化物イオン濃度の許容値との関係を考慮した上
    で,実運用上は,e)で記載するナトリウムとの関係で,塩化物イオンをできる限り低減する必要があ
    る。このため,各圧力区分において許容し得る塩化物イオン濃度は,AVT(R)と同一の値に設定した。
    一例として,常用使用圧力10 MPaを超える産業用及び15 MPaを超える電力事業用循環ボイラについ
    ては,りん酸塩処理では2 mg/L以下,AVT(R)では1 mg/L以下であり,この水処理では,1 mg/L以下
    に設定している。
d) シリカ シリカについては,B.14を参照。
e) ナトリウム 低濃度水酸化ナトリウム処理を適用する場合,ナトリウムの蒸気中へのキャリオーバに
    よる腐食発生を抑制するため,ボイラ水のナトリウム濃度について設定している。A.6.3で記載したよ
    うに,多くの無機物質と同様に,水酸化ナトリウムは,350 ℃付近で気液分配比が急激に増大してい
    ることから,この温度領域では水酸化ナトリウムが蒸気中に移行しやすいと考えられる。このため,
    特に,常用使用圧力10 MPaを超える産業用及び15 MPaを超える電力事業用循環ボイラなどにおいて
    は,タービン側での腐食を抑制する観点から,蒸気中のナトリウム濃度が5 μg/L以下となるよう,ボ
    イラ水のナトリウム濃度を低く管理する。すなわち,機械的キャリオーバ(キャリオーバ率を常用使
    用圧力10 MPa以下 : 0.11 %,10 MPaを超える場合 : 0.2 %と仮定[47])によるナトリウム濃度に加え
    て,図A.33に示した水酸化ナトリウムの気液分配比から化学的キャリオーバ(キャリオーバ率を常用
    使用圧力10 MPa以下 : 0.003 %,10 MPaを超え15 MPa以下 : 0.08 %,15 MPaを超える場合 : 0.3 %と
    仮定)によるナトリウム濃度を算出することによって,蒸気中のナトリウムを試算した。ボイラ水の
    水質管理値を維持可能な範囲内で,この値が5 μg/L以下となるように,常用使用圧力10 MPaを超え
    るボイラの場合,ナトリウム濃度を0.9 mg/Lに設定している。また,常用使用圧力10 MPa以下のボ
    イラの場合には,キャリオーバ防止の点からは,ボイラ水中のナトリウム濃度の上限値は約4.4 mg/L
    と試算した。この結果に基づき,ボイラ水のpH,塩化物イオン濃度などの水質管理値を維持可能な範
    囲内の値として,2.8 mg/Lに設定している。
      なお,蒸気中のナトリウムについては,E.4を参照。
A.6.5 留意事項
  低濃度水酸化ナトリウム処理の留意事項は,次のとおりである。
a) アルカリ腐食の防止の必要性 低濃度水酸化ナトリウム処理の場合には,沸騰伝熱面の過熱度(管壁
    温度とボイラ水の飽和温度との差)が10 ℃を超えるとNaOHの濃度は図A.15に示すように,10 %
    20 %に達し,過熱度の上昇とともに,数十パーセント程度にまで濃縮され得る。一方,腐食の面から
    は,310 ℃ではNaOHの濃度10 %程度から炭素鋼の腐食速度は,図A.16に示すように増大し始め,

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    20 %以上の高濃度になると腐食速度は急速に増大することが知られている[14][15]。また,りん酸三ナ
    トリウムと比較して高濃度側での水酸化ナトリウムの腐食が顕著であることが分かる。このような高
    濃度のNaOHの環境下では,次の式(A.15)及び式(A.16)の反応によって,炭素鋼が繰り返し腐食するこ
    とになる[14] [15]。
                        Fe+2NaOH → Na2FeO2+2H (A.15)
                        3Na2FeO2+4H2O → 6NaOH+Fe3O4+2H (A.16)
      また,式(A.15)及び式(A.16)において,発生した水素が鋼材中の炭素と反応してメタンとなり,材料
    強度を低下させる水素ぜい(脆)化を生じることもある。
      一方,NaOHの濃度が高濃度の場合,炭素鋼において,応力腐食割れ(SCC)の感受性を増大させる
    ことも知られている[48]。このため,低水酸化ナトリウム処理の適用に当たっては,このような高濃度
    NaOHの生成を抑制する必要があり,ボイラ水のpHを適切に管理するとともに,ボイラ水系統での
    局部過熱する箇所を生じさせないように留意する必要がある。
b) 海水漏えい時の対応 低濃度水酸化ナトリウム処理においては,A.6.3 c)で記載したように,海水漏え
    い時の不純物の混入によるpHなどの変動に対する緩衝性は,AVT(R)との比較では,優位である。し
    かし,一方,りん酸塩処理と比較した場合には,pH及び硬度成分の緩衝作用の面では,低い。このた
    め,海水漏えい時においては,より安全側の対応処置として,水酸化ナトリウムのほかに,りん酸塩
    (りん酸三ナトリウム)を注入可能な体制を整えておくことが望ましい。
c) 適用上の課題 国内においては,1950年代に,電力事業用循環ボイラに対して水酸化ナトリウムを用
    いたアルカリ処理を導入した経験はある。しかし,このときには,比較的高濃度のアルカリで運用し
    たことによって,ボイラ水壁管部で不具合を生じた経緯があり,その後,国内での電力事業用ボイラ
    へのこの水処理の適用事例はない。一方,海外では,英国及びドイツを中心とした欧州,南アフリカ
    などにおいて,事業用高圧循環ボイラにおいてこの水処理を広く適用しており,水質管理基準を策定
    している。また,同処理法の国際的なガイダンスドキュメントを,IAPWSが発表している[49]。
      したがって,この水処理法の事業用ボイラへの実機適用に際しては,コンバインドサイクルプラン
    トの排熱回収ボイラのように,熱負荷が50 000 kcal/(m2·h)60 000 kcal/(m2·h)程度で,化石燃料の場
    合の160 000 kcal/(m2·h)500 000 kcal/(m2·h)と比較して,数分の一から十分の一程度までの低熱負荷
    のボイラなどを対象として,短期·長期の適用試験などで運転実績を蓄積した上で,実用化すること
    が望ましい。

――――― [JIS B 8223 pdf 82] ―――――

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                                           附属書B
                                          (参考)
                    ボイラの給水及びボイラ水の水質の管理項目
B.1  一般
  この附属書は,ボイラの給水及びボイラ水の各水質管理項目と関連する水質項目について記載する。
B.2  pH
B.2.1 25 ℃でのpH
  給水及びボイラ水のpHは,給水系統及びボイラ内部の腐食防止のために管理するものであり,25 ℃に
おける値を示す。
  pHは,ガラス電極pH計を用いてJIS Z 8802に従って測定する[50]。
  注記 このJIS Z 8802は国際法定計量機関(OIML)から出されたpHに関する勧告(International
        Recommendation R 54,pH SCALE for AQUEOUS SOLUTIONS)に従って,pH標準液の調製方法及
        びpH目盛を整合させている。また,欧米諸国のpH測定方法の規格ASTM E 70,BS 1647,DIN
        19266,NF T90-008などにも整合している。
B.2.2 ボイラ水及び高温高圧状態での水のpH
  一般に,稼働状態のボイラ水及び高温高圧状態での水のpHを直接測定するのは簡単ではないので,減
圧器及び冷却器を用いて室温まで冷却し,101.325 kPa(1気圧)に減圧したものを試料として採取し,こ
れを25 ℃に調節してpHの測定を行っている。
  水は弱電解質であるため,水素イオンと水酸化物イオンとに解離している。この解離の割合は,温度が
上昇すると大きくなり約250 ℃近傍で最大となる。各温度における水の解離定数Kw及びpHを,表B.1
に示す[51][52][53]。
                           表B.1−水(純粋な水)の解離定数[51][52][53]
     温度    解離定数    pH     温度    解離定数    pH     温度    解離定数    pH
    (℃)     Kw               (℃)     Kw               (℃)     Kw
       0    1.15×10−15 7.47   150    2.28×10−12 5.82  300     5.00×10−12 5.65
      25    1.02×10−14 7.00   175    3.62×10−12 5.72  325     1.96×10−12 5.85
      50    5.34×10−14 6.64   200    5.00×10−12 5.65  350     5.06×10−13 6.15
      75    1.95×10−13 6.35   225    6.00×10−12 5.61  374.14  1.84×10−16 7.87
     100    5.44×10−13 6.13   250    6.37×10−12 5.60
     125    1.22×10−12 5.96   275    5.97×10−12 5.61
  実際にpHを測定する場合は,試料の温度を25 ℃に調節し,pH計の温度補償回路が25 ℃での起電力
を得るように温度補償回路を設定する。
B.2.3 pH計の温度補償回路に関する留意事項
  温度補償回路が25 ℃に設定してあれば,試料の温度は25 ℃でなくても25 ℃でのpHを得るように思

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えるがこれは正確ではない。
  試料には水のほか,各種の塩類及び塩基が含まれており,水と同様にそれらの解離状態にはそれぞれ温
度依存性があるため,結果として試料のpHは温度によって変化する。この解離状態の温度依存性による
pHの変化は,温度補償回路による起電力の補償では補償し得ない。このため,正確なpHの測定に当たっ
ては,試料の温度を25 ℃に調整する。
  例えば,軟水給水の丸ボイラ,特殊循環ボイラ,水管ボイラ,又は純水給水の水管ボイラでも給水への
補給水の比率が高く,給水及びボイラ水に補給水中の微量不純物又は薬剤の成分に起因する各種の塩類及
び塩基が比較的高濃度で含まれており,また,添加剤として有機系の脱酸素剤及び分散剤とアルカリ剤と
を組み合わせて使用している場合には,その各塩類,塩基の種類及び濃度の組合せも多岐にわたるため,
それらのpHの温度依存性も多様になる。さらに,純水給水ボイラで給水系及び復水系のpH調整剤にアン
モニアに代えてアミンを使用し,その発生蒸気の凝縮水を回収して給水としている場合には,蒸気凝縮水
及び給水中にアミンとその熱分解生成物であるアンモニアとが共存し,それらの濃度の組合せも多様とな
るので,やはりそれらのpHの温度依存性も多様になる。
  一方,電力事業用の火力発電設備などのように,補給水として高純度のイオン交換水を使用し,発生蒸
気から生じる清浄な凝縮水のほぼ全量を回収して給水とし,水処理用薬剤としてりん酸ナトリウム,アン
モニア,水加ヒドラジンなど単一で,かつ,熱分解などによる化学変化の影響の極めて小さい物質だけを
低濃度添加する場合については,ボイラ水に対しては,りん酸ナトリウムのNa/PO4モル比に応じたpH−
濃度−温度曲線に沿った試料水の温度補償回路の設定で実用上問題のない補償が可能であり,給水,蒸気
及び凝縮水に対してはアンモニアのpH−濃度−温度曲線に沿った試料水の温度補償回路の設定で実用上
問題のない補償が可能である(水加ヒドラジンの酸素との反応生成物は水及び窒素,熱分解生成物はアン
モニア及び窒素であり,試料水の組成及びpHへの影響が小さい。)。実際に,電力事業用の火力発電設備
では,pH計の起電力の温度依存性及び試料のpHの温度依存性の両方に対応を補償した二重の温度補償回
路をもったpH計を採用している例がある。また,現在では,二重温度補償のpH計は,pH測定の際に試
料の恒温装置が不要となる利点から,ボイラの規模,給水の水質又はボイラ水の水質によらず多くのボイ
ラ設備で使用されている。
B.3  電気伝導率
  電気伝導率は,ボイラの給水及びボイラ水中の電解質の濃度の指標として測定する。
  電気伝導率は,試料中の強電解質(塩類)の濃度と相関関係があるので,この強電解質の濃度は,試料
の溶解性蒸発残留物に相当する。懸濁物を全く含まない試料の場合には,全蒸発残留物の濃度が溶解性蒸
発残留物の濃度に等しい。
  したがって,このような場合には,溶解性蒸発残留物(全蒸発残留物)及び電気伝導率とを測定して,
両者の相関関係を求めておけば,電気伝導率だけを測定して,溶解性蒸発残留物を推定することが可能に
なる。しかし,ボイラ水の場合は,水酸化物イオンが存在するためアルカリ性になっているが,水酸化物
イオンの極限モル伝導率の値[19.83 mS·m2/mol(25 ℃)]は,塩化物イオン及び硫酸イオンの極限モル伝
導率の値の2.5倍2.6倍[Cl−: 7.63 mS·m2/mol(25 ℃),SO42−: 8.00 mS·m2/mol(25 ℃)]であるので,
水酸化物イオンの濃度の僅かな変動によっても,電気伝導率の値が変動するので注意する。それぞれのボ
イラの水質調節の条件によって水質が変動するので,電気伝導率と溶解性蒸発残留物との関係をそれぞれ
の条件で求めておくことが必要である。
  なお,常用使用圧力が10 MPaを超える産業用水管ボイラ,電力事業用循環ボイラ,電力事業用排熱回

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収ボイラ及び電力事業用貫流ボイラの発生蒸気,蒸気凝縮水及び給水については,B.4に記載する酸電気
伝導率を測定対象中の電解質濃度の指標として用いる。
B.4  酸電気伝導率
  試料水中の水酸化物イオン(OH−)以外の陰イオンを含む溶解性塩類(電解質)の存在を知るために,
揮発性物質による陽イオンを除去した後に電気伝導率を測定するとき,この伝導率を酸電気伝導率という。
  酸電気伝導率の測定は,水素イオン形に変換した強酸性陽イオン交換樹脂層を通過した後の電気伝導率
を測定することによって行う。また,強酸性陽イオン交換樹脂の代わりに陽イオン交換膜又はモノリス状
陽イオン交換体を使用し,電気透析の原理でイオン交換を行う電気再生式の陽イオン除去方式が採用され
ている例がある。電気再生式の陽イオン除去方式では,イオン交換樹脂の交換及び薬品再生作業が大幅に
低減される。
  ボイラの給水及びボイラ水は,塩化物,硫酸塩など防食皮膜の安定性を阻害し,蒸気タービンでの割れ
発生の原因ともなる腐食性の塩類の濃度は極力低く抑える必要がある。これらの塩類は,水中で陽イオン
と陰イオン(塩化物イオン,硫酸イオンなど)とに解離しているが,水素イオン形の強酸性陽イオン交換
樹脂層に通すと,陽イオンは水素イオンと交換反応を行い,当量の水素イオンを生成する。水素イオンは,
ナトリウムイオン,アンモニウムイオンなどの陽イオンに比較して,極限モル伝導率が大きいので,塩類
の濃度が強調される。この水素イオンによる電気伝導率を測定して,微量に共存する塩類の濃度を推定す
ることが可能である。また,水酸化ナトリウムなどのアルカリ成分は,水中で解離して陽イオンであるナ
トリウムイオン及び陰イオンである水酸化物イオンに解離しているが,水素イオン形の強酸性陽イオン交
換樹脂層を通過させると,ナトリウムイオンが水素イオンと交換反応を行って当量の水素イオンを生成し,
これが当量の水酸化物イオンと反応して,水(H2O)を生成してこれらのイオンによる電気伝導率は消滅
する。さらに,揮発性物質,例えば,ヒドラジン,アンモニア,モルホリン(テトラヒドロキシ-1,4-オキ
サジニウム)などは,水中で解離してヒドラジニウムイオン,アンモニウムイオン,テトラヒドロキシ-1,4-
オキサジニウムイオンなどの陽イオンとして存在しているが,これらによる電気伝導率も同じ反応によっ
て消滅する。
  なお,給水中に二酸化炭素(CO2)が溶解すると,これらの揮発性物質と炭酸塩とを形成するが,水素イ
オン形の強酸性陽イオン交換樹脂層を通過させると炭酸(H2CO3),炭酸水素イオン(HCO3−)及び炭酸イ
オン(CO32−)を遊離し,炭酸水素イオン及び炭酸イオンによる電気伝導率を示す。復水タンク又は給水タ
ンクが大気開放系の場合,及び閉鎖系のプラントにおいてもプラントの起動時には,二酸化炭素が系統内
に存在するため,酸電気伝導率は高値を示し,試料水中に腐食性の塩類が存在しても検知が困難となるの
で注意を要する。二酸化炭素の影響を回避するために,二酸化炭素の除去が可能な脱ガス装置を通過した
試料水の酸電気伝導率を測定する方法がある。脱ガス装置は,膜脱気方式と加熱方式とが採用されている。
  水中の無機酸及び有機酸が酸電気伝導率に与える影響を,図B.1に示す[54] [55] [56] [57] [58] [59] [60]
[61] [62] [63]。

――――― [JIS B 8223 pdf 85] ―――――

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