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インライン分析測定の活用 - Mettler Toledo
Best Practice メトラー・トレド プロセス機器 pH 導電率 溶存 O2 ナトリウム シリカ インライン分析測定の活用 化学プラント / 製油所における腐食防止 インライン分析で腐食を防止 目次 ページ インライン分析で腐食を防止 2 化学 / 精製プラント 3 ケーススタディ: 中国最大の石油化学プラントに おける腐食、 スケール、堆積物との戦い 3 ケーススタディ: 腐食の問題を克服 – 塔頂コンデンサーの pH 制御 5 ケーススタディ: TNK-BP 社 – インライン pH 分析により脱塩処理を改善 7 エチレン急冷プロセスにおける pH コントロール 9 電力施設 11 光学式 DO 技術の改善 – 発電所で発生する 腐食を最小限に抑制 11 発電所水処理とサイクル化学における導電率測定 16 低導電率サンプルの pH 測定 18 純水処理とタービン保護のためのシリカ測定 20 ナトリウム分析計で水と蒸気の純度を管理 22 腐食はその影響も考慮すると、未然に防ぐことが極めて重要 です。故障した機器の修理や交換に多大な費用がかかるだ けではなく、それに伴うシステム停止や、環境、そして健康 や安全性に対する影響によって失われる多額の損失も発生 します。それらを全て合算すると、腐食にかかる年間費用は グローバルベースで 3 兆米ドルと見積もられ、その約 25% は製造プロセスと発電設備に関連しているといわれてい ます。 塗装、コーティング、および電気防食などの予防措置は、 設備の機械的強度を維持する上で有効なものですが、プロ セス機器の内側を保護するには別のアプローチが必要とな ります。また、防食性の特殊材料でプラント全体を建設する には、途方もない初期費用がかかります。したがって、防食 は通常、薬品などによる化学的な処理を基本に実施されま す。特殊化学品による効果はプロセス条件に大きく依存して 変動するため、化学処理の精度も同様に変化します。このた め、コストがかかるものの、安全性の見地から腐食防止剤 を過剰投与するという事例が数多くみられます。 本ガイドには、インライン分析が石油・化学プラントや製油 所、発電やコージェネレーション施設において、腐食の制 御と化学薬品の過剰消費を防ぐ上で重要な役割を果たして いる事例が掲載されています。 Publisher / Production Mettler-Toledo AG Process Analytics Im Hackacker 15 CH-8902 Urdorf Switzerland Images Mettler-Toledo AG Dreamstime.com Subject to technical changes © Mettler-Toledo AG 03/2014 2 Chemical and Refining Industries METTLER TOLEDO Best Practice Chemical and Refining Operations ケース 中国最大の石油化学プラントにおける スタディ 腐食、スケール、堆積物との戦い 石油・石油化学精製所での腐食・堆積物によって生じるコストは、世界全体で年間 150 億米ドルを超えると見積もられています。冷却水システムのコストを最小限に抑える ために、信頼性の高いインテリジェントな測定システムが活用されています。 大規模な石油化学精製所 中国 石油 化 工（Sinopec、 シノペック） は、 売 上 高で世界第 2 位の 化学企業です。同社は、世界 第 5 位のサウジ基礎産業公社（Sabic）と 2009 年 に Sinopec Sabic Tianjin Petrochemical Plant とい う共同事業会社を設立し、中国の天津に世界レベ ルの石油化学施設を有しています。 27 億米ドルの建設費用をかけたこの巨大施設で は、エチレンクラッカーと 8 つの下流ユニットが 2010 年から稼働しています。この施設は、エチレン、 ポリプロピレン、ブタジエン、フェノールなどの化 学製品を年間 320 万トンも生産しています。 再循環水の品質管理 多額の投資が行われたプラントの冷却水システムで は、システムを最適な状態に維持するために、循 環水中の腐食や、スケールその他の堆積物を最小 限に抑える必要がありました。これを達成するため には、アルカリや酸、殺菌剤などによる処理を行 い厳格な水質管理を行う必要があります。試薬の添 加は、pH と ORP 測定により制御されています。こ こでは、循環水の ORP を 550mv 付近に保ちなが ら、pH 範囲を 6.5 ∼ 7.5 に維持することが求めら れています。 ただし、水質管理を正しく行っても、総溶解固形 分 (TDS) は徐々に増加するため、いずれはブロー ダウンが必要になります。ブローダウンの開始時期 は多くの場合、導電率測定により判断できます。ブ ローダウンの時期が早すぎても（供給水の処理をよ り頻繁に行う必要がある）、遅すぎても（配管に沈 殿が生じる）、費用が発生するため、正確な導電率 センサが不可欠です。 め低コストに見えましたが、すぐにその逆であるこ とが明らかになり、より信頼性の高いソリューショ ンの導入が求められることとなりました。そこで、 測定が正確でセンサ寿命が長く、低メンテナンス のインラインシステムのサプライヤーとして、メト ラー・トレドに打診がありました。 pH/ORP 複合センサで測定点の数が減少 弊社は pH 測定に最適な製品として、InPro 3250 i プローブを提案しました。InPro 3250 i は、内部加 圧された液体電解質が充填封入されており、迅速 かつ正確な測定が可能です。付属のプラチナ電極に より、1 本のセンサで ORP 測定も可能で、Sinopec 高性能なセンサが鍵を握る Sabic に大きな利点をもたらしました。これにより、 プラント試運転中に設置されたインラインの pH、 再循環水システムにおける測定ポイントの数を減ら ORP、導電率センサには問題がありました。交換部 すことができました。 品の入手が困難で、メンテナンスに時間がかかり、 ISM® の大きなメリット さらに、ラボで行われたサンプル分析によると、セ は、メトラー・トレドのインテリジェン ンサの測定値が不正確な場合が多いことが確認さ InPro 3250 i トセンサマネジメント (ISM) シリーズのセンサです。 れました。これらのシステムは初期コストが低いた ISM 技術は、プロセスの稼働時間を向上させ、セ Chemical and Refining Industries METTLER TOLEDO Best Practice 3 Chemical and Refining Operations 4 ンサの取扱いを簡素化し、稼働にかかる費用を削 減します。これらの利点はすべて、ISM センサに埋 め込まれたマイクロプロセッサによって実現します。 InPro 3250 i では、マイクロプロセッサがセンサ内 で pH を計算し、その値は、安定性の高いデジタル 信号で、接続されている変換器に転送されます。マ イクロプロセッサには高度な診断アルゴリズムも組 み込まれており、センサの「健康状態」データがリ アルタイムに提供されるため、ユーザはセンサの校 正や交換が必要となる時期を知ることができます。 Sinopec Sabic では導電率測定においても ISM の機 能が重要な役割を果たしました。 1 本のセンサがさまざまな用途に対応 純水、冷却システム水、化学プロセスの導電率測 定では、導電率の範囲が広いため、通常は 3 種類 の異なるセンサを必要とします。この問題を解決す るため、弊社は UniCond® を開発しました。この デジタル導電率センサは、純水から排水、産業用 プロセス水まで幅広く測定することができます。 アナログセンサの測定範囲が狭い理由として、ケー ブル容量と抵抗が挙げられますが、UniCond には これらの問題がありません。ISM pH センサと同様 に、UniCond では、センサ内部で導電率測定とア ナログからデジタルへの信号変換が行われるため、 Chemical and Refining Industries METTLER TOLEDO Best Practice 幅広い範囲に対応することが可能です。測定用途に 応じて多数のセンサが必要とされるアナログセンサ とは違い、UniCond は、あらゆる用途に 1 種類の センサだけで対応できるため、在庫数を抑えるとと もに、取扱いの習得にかける時間やコストも削減 することができます。 強力でフレキシブルな変換器 InPro 3250 i セ ン サと UniCond セ ン サと 共 に、 Sinopec Sabic はメトラー・トレドの ISM 変換 器 M800 のマルチチャネル・バージョンを選びました。 これはマルチパラメータ対応機器で、設置の柔軟 性は最高レベルであり、カラータッチスクリーンに より使いやすさも抜群です。M800 の iMonitor 診断 ユーティリティは、センサのメンテナンス時期を予 測して、測定に悪影響が出る前に対処方法の詳細 情報を確認することが可能です。 信頼性あるソリューションと高度なサービス プラント技術者は、メトラー・トレドの ISM ソリュー ションの信頼性と性能だけではなく、当社のサービ ス部門が提供するサポートにも非常に満足されまし た。現在では、安心感のある冷却水処理システム の稼働が実現しています。 www.mt.com/ISM-chem www.mt.com/UniCond Chemical and Refining Operations 腐食トラブルの克服 塔頂コンデンサーの pH 制御 ケース スタディ 蒸留塔やコンデンサー配管の腐食は一般的ですが、コストがかかる問題です。プロセス 水の pH レベルを最適に維持すれば腐食を大幅に減らすことができますが、プロセス条 件が大変厳しいため、非常に堅牢な pH 測定システムが必要とされます。あるアラスカ の製油所では、精度が高く長寿命の InPro 4800 i 電極により腐食の制御が大きく改善 されました。 過酷な環境 蒸留塔のプロセス水は、pH が低くても高くても、 コンデンサー配管の腐食を引き起こします。従来、 腐食防止剤を適正量投与することで pH 制御が行 われていましたが、大きな問題を含んでいます。高 い温度と圧力、硫化物の存在や炭水化物による皮 膜の形成によって、ほんの数日で pH 電極が使用 できなくなる可能性もあります。アラスカのある大 手製油所は、塔頂コンデンサーからのサンプルラ インに導入した pH 測定システムのメンテナンスに 苦労していました。さまざまなメーカーの電極を試 しましたが、毎日洗浄や校正を行ってもプローブは ほんの 1、2 週間しか使用できませんでした。セン サのメンテナンスと交換にかかる余分なコストに加 えて、腐食防止剤の過剰投入や投入量の不足が発 生する懸念があることから、製油所のエンジニア は信頼できるソリューションを探し、メトラー・トレ ドの InPro 4800 i pH 電極、InFit 761e センサハウ ジングと M400 変換器で構成される評価用測定シ ステムを設置しました。 この電極はメンテナンスをほとんど必要とせず、蒸 防爆認定取得済の InPro 4800 i シリーズには、石 留塔における測定条件下でも高い耐性を示します。 センサ名の末尾の「i」は、メトラー・トレドのイン 油精製に適した多数の特長があります。 テリジェントセンサマネジメント (ISM) 技術を搭載 • 最高温度 130 °C (266 °F)、最大圧力 13 barg していることを示しています。ISM は、メンテナンス 負荷を減らし、取扱いを簡単にするユニークな機 (188 psig) まで動作可能 • 電極内部の拡散経路が非常に長く、硫化物、塩、 能を備えています。 有機および無機酸による汚染に対する高い耐 予測診断機能 久性 ISM センサは、自身の消耗度合いと校正の必要性 • PTFE 製環状液絡部によりスケール付着を防止 をモニタリングします。この情報は、ダイナミックラ 過酷な環境下における pH 電極 イフタイムインジケータおよび適応校正タイマーと して M400 変換器に表示されます。これら 2 つの ツールを使うと、電極の状態や性能が通知され、 測定精度が低下する前にメンテナンスを行うこと ができます。 プラグ＆メジャー InPro 4800 i pH 電極の長い拡散経路 現場でセンサ校正を行うことは煩雑で、しかもア ラスカの製油所の技術者にとって、冬季の作業は 非常に厳しいものでした。ISM センサなら、快適 Chemical and Refining Industries METTLER TOLEDO Best Practice 5 Chemical and Refining Operations M400 2 線式変換器 な管理室や試験室で校正できるため、この問題も 回避できます。PC と USB 接続ケーブル、メトラー・ トレドの iSense センサ管理ソフトウェアを使用す れば、InPro 4800 i を事前校正し、センサを次の 使用まで保管できます。 センサの交換が必要な場合、 現在の電極を事前校正済みの電極と交換するだけ で、わずか数秒で再び測定を開始できます。 M400 2 線式変換器は、ISM センサと従来センサ の両方に対応します。簡単なボタン操作と大きな バックライト付きディスプレイによって、直感的な 操作が可能です。M400 2 線式変換器は、HART 通 信機能、2 つの設定可能な出力信号および PID コ ントロールも備えています。 InFit 761e センサハウジング 大幅なコスト削減 InFit 761e は、さまざまな材質や O リング、接続形 メトラー・トレドのシステムを 6 ヶ月間試験運用し て極めて良好な結果が得られたため、機器の採用 が決定しました。製油所の技術者は、InPro 4800 i の過酷なプロセス条件への耐性と、メンテナンス がほとんど必要とならない点に感銘を受けていま す。これまで 2 週間に 1 回必要だった pH 電極の交 換頻度は、現在では 2 ヶ月に 1 回のみとなってい ます。また、センサのメンテナンスや交換を事前に 警告してくれる ISM の診断機能も高く評価されてい ます。最も大切なことは、信頼できる連続的な pH データによって腐食抑制剤の使用量が 10 % 低下し たことにあります。耐久性に優れた pH 測定システ ムを必要とされている場合は、こちらから詳細をご 覧ください： 状、挿入長の選択が可能で、市場で最も用途が広 いハウジングの 1 つです。耐久性に優れ、厳しい外 部環境からセンサを保護します。 www.mt.com/InPro4800 www.mt.com/ISM 6 Chemical and Refining Industries METTLER TOLEDO Best Practice Chemical and Refining Operations ケース TNK-BP 社がインライン pH 分析により スタディ 脱塩処理を改善 TNK-BP 社では、不適切な脱塩処理が重大な問題を引き起こしていました。メトラー・ トレドによって提供された堅牢で信頼性の高いインライン pH システムにより、脱塩工 程が大幅に改善されただけでなく、最終的な製品の品質も向上しています。 主要な生産会社 TNK-BP 社はロシアを代表する石油会社で、原油 生産では世界の上位 10 社に入る民間石油会社で す。同企業は、ロシア BP の石油・天然ガス資産と Alfa, Access / Renova group (AAR) の石油・天 然 ガス資産の合弁企業として 2003 年に設立されま した。 TNK-BP 社は約 50,000 人の従業員を擁し、その ほとんどはロシアとウクライナにある 8 か所の主要 地域に配置されています。2009 年の平均生産量は 1.69 mboed（原油換算 100 万バレル / 日）です。 ロシア西部にある TNK-BP の精製子会社の一つは、 車両用ガソリン、ディーゼル燃料、ジェット燃料、 潤滑油などの高品質な石油製品を幅広く生産して います。 pH の重要性 精油所の脱塩処理工程では脱塩装置の pH 制御を 行うため、排水の pH 値をモニタリングしています。 しかし、既存の pH 電極による不正確な測定結果 が下流工程での腐食や堆積物の問題を起こしてい たため、その電極の性能と、さら寿命にも満足さ れていませんでした。このため、同社は、メトラー・ トレドに対して、より信頼性が高く、メンテナンス が容易なシステムの提案を求めました。 システムの提案 このようなお客様のご要望を受けて、メトラー・ト レドは、InPro 4260 電極、InTrac 777 着脱式ハウ ジング、および M400 変換器の組み合わせを提案 しました。 InPro 4260 この電極は、粒子や炭化水素を多く含む最も困難 な環境でも正確な pH 測定と長い寿命が得られる、 固体ポリマー電解質 Xerolyt Extra を特長としてい ます。また、開放式液絡部によりプロセス液と電解 質が直接接触します。頻繁に清掃を要するダイアフ ラムが使用されてないために、目詰まりの可能性 が大幅に低減されます。 InTrac 777 この着脱式ハウジングは、プロセスを中断すること なく電極を洗浄できるフラッシングチャンバーを装 備しています。 InPro 4260 pH 電極で採用されている Xerolyt EXTRA 固体 ポリマー電解質の開放型液絡部 Chemical and Refining Industries METTLER TOLEDO Best Practice 7 Chemical and Refining Operations 8 Chemical and Refining Industries METTLER TOLEDO Best Practice M400 2 線式 この 2 線式変換器は、過酷なプロセスアプリケー ションで正確かつ信頼性の高い連続測定が行え るよう設 計されており、精油所の環境に最適で す。M400 2 線式変換器は HART 通信機能を有し、 HART 上でセンサ診断情報などすべての ISM 機能を 利用できます。 お客様の満足度 このシステムは、長寿命の電極、正確な測定、簡 単なメンテナンスという、まさに TNK-BP 社が求め ているものを提供しています。しかし、それ以上に 重要な点として、効率の良い脱塩処理によって、精 油所の最終製品の品質が改善されたことが挙げら れます。TNK-BP 社は大変満足され、メトラー・トレ ドのシステムをさらに 6 台設置する計画を立ててい ます。 精油所での脱塩処理の改善をご検討の場合は、こ ちらから詳しくご覧ください。 www.mt.com/PRO-pH Chemical and Refining Operations ファウリングの防止 エチレン急冷プロセスにおける pH コントロール オレフィンの製造では、ナフサあるいは天然ガスの原料が分解加熱炉で加熱された後、 高温の蒸気と混合されて分解されます。これによりさまざまな反応が開始されますが、 発生した混合ガスを水で急冷することで反応が停止します。次に、エチレンを含む混合 ガスが、複数の加圧と分留を経て分離されます。急冷後のエマルションの形成は、深刻 なエマルジョン付着や、効率および製造能力低下の原因となることがあります。 背景 エチレンとプロピレンが、重要性が非常に高い基本 的な有機化学物質であることは疑いの余地があり ません。全世界のエチレン生産量は現在、年間で約 1.3 億トンあり、現在も著しく増加し続けています。 エチレンの総製造量の半分以上は、ポリエチレン の製造用として使用されています。エチレン製造で 最も顕著な成長が見られるのは中東とアジア地域 です。 プロセス オレフィンの製造にはさまざまなプロセスや原材料 が使用されますが、現在、飽和炭化水素の熱分解 が広く普及している製造方法の一つです。このプロ セスは次の 4 つの段階に分けられます。 1. 蒸気分解 高温に加熱した蒸気と共に、ナフサのような原材料 が管状炉に供給されます。 ここでは、750 ~ 1,000 °C の温度環境下で飽和炭化水素が熱分解します。 2. 急冷 不要な二次反応を防ぐために、分解された混合 ガスは水による直接急冷によって急速に冷却され ます。熱は発生した蒸気により熱交換器で回収され ます。 3. 精製 放出されます。液化ガソリンと水は、タワーの液体 プロセスの水と熱分解ガソリンが分離され、炭化 槽、またはタワー下部に接続されたオイル / 水分離 水素ガスの加圧と濃縮が行われ、苛性剤による洗 器で分離します。液体槽中の多くの炭化水素は水と 浄で硫化水素や二酸化炭素などの酸性ガスが除去 同程度の密度を持ち、エマルション形成を引き起こ します。エマルションの分解は非常に困難で、冷却 されます。 水とともに炭化水素がタワー内を循環することがあ 4. 乾燥と低温分留 ります。これにより、充填塔 ( タワー ) への炭化水 混合ガスが一連の低温分留カラムを通過する前に、 素の付着が増えるとともに熱の交換効率が低下し、 氷の形成を防止するためにその混合物を乾燥させ 運転停止時間が増加します。 る必要があります。 急冷タワー 急冷工程では、重いガソリンは急冷タワーを循環 する水に混じり、ガス状の化合物はタワー上部から 苛性ソーダや有機アミンなどの中和剤を注入して、 冷却液の pH 値を適切に維持することにより、エマ ルションの形成を大幅に防ぐことができます。 Chemical and Refining Industries METTLER TOLEDO Best Practice 9 Chemical and Refining Operations 10 環状の PTFE 液絡部と非常に長い拡散経路を持つ InPro 4800 i pH 電極は、過酷な環境での使用を 目的として設計されています。炭化水素混入物や硫 化物の付着に対する耐性があり、長期にわたって、 高い精度と高速応答が確保されます。 インテリジェントセンサマネジメント（ISM）テクノ ロジーを特長とするこのセンサは、診断機能をフル 装備し、メンテナンスすべきタイミングをユーザー に通知します。 電極に対応する 2 線式変換器 M400 は、防爆対 応で HART 通信機能と ISM 診断機能を装備してい ます。 InPro 4800 i pH 電極 計測システム 原材料、特に供給する天然ガスにより、冷却水が 大幅に汚染されることがあります。これにより、pH の測定と制御が複雑な問題となります。 Chemical and Refining Industries METTLER TOLEDO Best Practice 付 着 が 激しい 場 合、 自 動 洗 浄 / 校 正システム EasyClean 400 を用いることで連続的な運転が可 能となり、測定の信頼性を最大限に高めます。 www.mt.com/PRO-petrochem Utilities 革新的な光学式 DO 技術で 発電所における腐食を最小化 発電所のサイクル化学において、重要なシステムにおける腐食と腐食生成物の堆積を 最小限に抑えるためには、溶存酸素（DO）を適切に管理することが極めて重要です。多 くの発電所で DO 測定に隔膜ベースのポーラログラフ式センサが使用されており、理想 的な環境においては高い信頼性が得られますが、実際の発電所の環境では課題が残り ます。それらの課題は、光学式技術を採用したセンサにより解決することが可能です。 発電所において光学式センサの使用が増加している理由は、正にその高い性能と信頼 性にあります。 溶存酸素センサアプリケーションの概要 溶 存酸 素の制限値とその理 論 的根 拠は、EPRI、 ASME、VGB およびその他の組 織で 制定された、 多くのガイドラインにおいて明確に謳われています。 [1,2,3] この値は、水の化学処理方法やボイラーのタ イプ、動作圧力や設備の材質を基に慎重に設定さ れています。 溶存酸素を管理するために用いられる、供給水に の基本的な化学的処理方法として、酸化と還元の 2 つがあります。供給水システムに銅が使用されてお り供給水を高品質に維持できない場合、あるいは そのいずれかの条件が当てはまる場合には、還元 状態を維持しなければなりません。このような環境 下では、腐食を防止するために溶存酸素を非常に 低い ppb レベルで管理する必要があります。2 番目 の手法は、適切なレベルの酸化を用いることです。 この方法は、供給水が高品質で、供給水システム が酸化により不動態化できる鉄合金製である場合 にのみ使用できます。サイクルにおいて溶存酸素を 低レベルに維持するため、メークアップ水は脱気 処理されて、復水装置のホットウェルに酸素が侵入 するのを防止します。 発電所によっては、サイクル化学アプリケーション に加えて、銅の腐食を最小限にするために発電機 固定子冷却水の溶存酸素を測定および管理してい ます。 サイクル化学 還元による揮発性物質処理、(AVT-R) は、供給水 配管などに銅が使用されており供給水の品質が低 い場合、もしくはそのいずれかの場合に必要です。 AVT-R では、還元により金属表面に銅酸化被膜を 形成させるために溶存酸素濃度を一桁の低い ppb レベルに減少させることを目的として、脱気と還元 剤（ヒドラジンあるいはその他の還元用アミン）の 添加が行われます。これらの低溶存酸素環境下で は、還元剤の供給速度を管理する上で、精度、感 度、安定性および信頼性が鍵となります。溶存酸素 測定が不正確であれば、還元剤が過剰に供給され、 経済的な損失のみならず、不要な副作用が発生す る可能性が高まります。さらにこれらが、流れ加速 型腐食や重大なトラブルの引き金となる可能性があ ることです。そのため、このアプリケーションでは、 還元状態が過剰とならないよう、酸化還元電位の 測定も推奨されます。 配管などが鉄製の場合は、酸化による揮発性物質 処理 (AVT-O) が極めて効果的です。還元剤は使用さ れず、弱い酸化環境が青色のマグネタイト (Fe3O4) 被膜上への赤色の水酸化鉄 (FeOOH) の形成を促 進します。この組み合わせによって、最も耐久性に 優れた表面状態となり、腐食の最小化が図れます。 これを実現するために、脱気と供給水ヒーターベン トの調整によって溶存酸素濃度が管理されます。 AVT-O 処理では、装置全体を不動態化するのに十 分な酸素が供給されない場合があります。酸化状 態を保つために供給水ヒーター前に酸素を供給す る酸素処理 (OT) によって、緩やかな酸化状態が Chemical and Refining Industries METTLER TOLEDO Best Practice 11 60 pH=7 50 40 30 20 pH=8 pH=8.5 10 4000 5000 3000 2000 1000 400 500 300 200 100 0 40 50 水冷発電機固定子による効率的な発電の可否は、 固定子の状態に依存します。冷却水を適正にモニタ リングし処理することで、銅の腐食や腐食生成物に よるファウリングを最低限に抑制できます。適正に 管理されないと、銅酸化物の堆積が起こり固定子 軸の流路を制限するなどの影響が出る恐れがあり ます。堆積から生じる影響は、固定子の圧力低下か ら、重大な効率の損失、さらには固定子軸を永久 的に損傷させるホットスポットに至るまで多岐に及 びます。 70 30 固定子冷却 腐食率 [mg/m2 日あたり] 80 20 Utilities 維持されて、FeOOH 形成による不動態化が供給水 システム全体に渡って行われます。正しい運転を確 実に行うには、信頼性の高い溶存酸素測定が不可 欠です（30 – 150 ppb の範囲）。 溶存酸素 [ppb] 図 1: 溶存酸素と pH によって影響を受ける銅の腐食率（グラフ 出典 Power Plant Chemistry ） 溶存酸素 [ppb] 16 14 12 図 1 に示す通り、銅の腐食率は溶存酸素濃度に強 10 6 い影響を受け、pH および温度も多大な影響を及ぼ 4 します。これらの関係について様々な研究が行われ 2 ており、近年これら 3 つの重要なパラメータをモニ 0 タリングする必要性についての理解が高まっていま 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 温度 (°C) す。さらには、電気的なフラッシュオーバーを防止 したり、腐食を最小限に抑制したりするには、導電 図 2: 溶存酸素の溶解性 率を極めて低いレベル（一般的には 3 μS / cm 未満） に維持する必要があります。 低溶存酸素濃度を保つ場合、測定機器の要件とし て、 溶存水素の影響を受けないことが求められます。 図 1 に示す通り、非常に低い濃 度または非常に これは、ポーラログラフ式センサに見られる一般的 高い濃度において腐食は抑制されるのに対して、 な問題です。ポーラログラフ式センサは水素に対し 中程度の濃度では起こりやすくなることから、溶存 てネガティブな反応をし、読み取り値の間違いやセ 酸素による影響は常に一定ではないことがわかりま キュリテイ上のエラーを起こすことがあります。 す。このことから、溶存酸素濃度を < 20 ppb また は > 2,000 ppb とすることが腐食の抑制にとって最 メークアップ ( 補給 ) 水の処理 適条件であるといえます。これらの間の濃度は銅の 貯蔵タンクや復水装置のホットウェルにおいては溶 腐食を急激に促進するため、この領域に逸脱しな 存酸素レベルは可能な限り低く保たれていますが、 いように厳しく制御することが重要です。pH8~9 へ 最終的に補給水がそこに到達する前に、補給水自 のわずかな上昇も腐食を防止する上で非常に効果 体の溶存酸素をモニタリングすることが重要です。 があり、この酸素のモニタリングと制御を実施する 脱気処理は、補給水処理において極めて重要であ り脱気処理のパフォーマンスをモニタリングするた プラント数は年々増加しています。 めには、溶存酸素測定は不可欠です。応答の早い 正しい状態を維持するには、連続的かつ信頼のお センサであれば、大量の空気がホットウェルへ到 ける溶存酸素測定が鍵となります。低溶存酸素の制 達する前に、脱気処理の不具合をユーザーへ直ち 御を行っている発電機の場合、溶存酸素測定を行 に警告できます。 うことで、空気が純水装置または循環システムの 酸素溶解度 他の装置からシステムへ侵入して、溶存酸素レベル を腐食領域まで上昇させていないかどうかを確認 上述の重要なアプリケーションでは、幅広い範囲 できます。高溶存酸素の制御を行っている発電機の で酸素測定に高い精度と信頼性が求められますが、 場合、溶存酸素測定を行うことで、発電機コア内 特に低濃度領域において高いレベルの測定性能が の水素ガスが冷却剤の酸素を置換しておらず、ま 求められます。酸素測定用の分析機器は数多く存 た腐食しやすい酸素濃度まで低下していないことを 在するため、精度、安定性、低メンテナンス性など のバランスを考えて最適な機器を慎重に選ぶ必要 確認できます。 があります。現在利用されている技術について検討 するために、酸素溶解度についての基礎を解説し 12 Chemical and Refining Industries METTLER TOLEDO Best Practice Utilities ます。 図 2 に示す通り、ある大気圧における水への酸素 溶解度は温度に依存します。グラフ曲線から推測し た場合、100 °C での溶解度は、沸騰時の水蒸気 圧が 1 気圧になるためゼロになります。水に対する 気圧が増加した場合、曲線全体は上にシフトします。 その逆の作用として、脱気器はすべての溶存ガスを 取り除くために、真空圧や温度上昇を利用してい ます。 従来の溶存酸素センサの動作 従来の電気化学的な溶存酸素センサは、センサの 電解液をサンプルから隔離するポリマー膜の気体 透過性を利用しています。この隔膜を通して、酸素 は被検液中から電極内の電解液中に移動し反応し ますが、電極内に被検液が混入することはありま せん。このような設計では、電気化学環境が上手く 管理された、汚染のない状態で維持されます。図 3 は、電気化学的な溶存酸素センサの先端部分を示 しており、下部の水色部分が被検液、その上には PTFE 層、シリコン、ステンレススチール製メッシュ 膜、カソードおよびプローブ内の電解液が描かれて います。 膜を通る酸素の拡散率は、サンプル内の酸素の分 圧に比例します。膜厚と材質も拡散率に影響します が、固定値でありその特性は校正と温度補正で考 慮されます。 膜を透過する酸素分子は、カソードで化学反応を 起こし、サンプルの酸素量に直接比例して電流が 発生します。電流は酸素分圧に比例する測定信号で あるため、少なくとも一定温度においては溶存酸 素の濃度も算出することが可能です。 温度が変化する測定環境において分圧から濃度を 算出するには、図 2 に示す関係を基に信号を補正 する必要があります。すなわち、分圧で示される水 中の溶存酸素濃度は、温度に依存しています。測 定値を温度補正するために、抵抗温度検出器 (RDT) 信号が使用されます。これらの詳細な背景について は、ASTM 規格に記載されています。[4] カソード O2 O2 電解液層 O2 PTFE(ポリテト ラフルオロエ チレン) シリコン O2 スチールメッシュ 図 3: ポーラログラフ式溶存酸素センサの構造図 ポーラログラフ式センサの限界 電気化学測定技術は広く使用されていますが、多く の課題があることも事実です。同センサの限界を確 認することで、新しい技術の利点に対する理解度 が深まります。 膜ベースの溶存酸素センサには通常、高濃度サン プルから低濃度サンプルへ切り替えた場合の応答 の遅れがあります。 これは、空気校正、スタートアップ、 あるいは高濃度の溶存酸素に晒される間に電解液 に残った酸素が膜から拡散したり、あるいはカソー ドやガード電極で消費されるのに長い時間を要す ることに起因します。したがって、高溶存酸素を測 定していると、センサを溶存酸素濃度の低いサン プルに戻した後でも直ぐには変化しません。いくつ かのアプリケーションで溶存酸素を管理する必要 がある場合、大気校正の後、測定値が通常のレベ ルに戻るのを待つことはユーザーにとって大きな時 間の無駄となってしまう場合があります。また、プ ラント運用の開始中に、最大圧力に進む前に供給 水を脱気処理して受容可能なレベルにする必要が あるときにはコストがかかってしまいます。反応の 遅い溶存酸素センサによってプラントの運転開始 が遅れた場合、途方もない量の燃料が無駄になり、 溶存酸素センサの性能満足のいく状態に達するま で、電力販売の機会は失われることになります。 低い流速で従来の酸素センサを用いた場合、大量 の酸素が膜を通過して、膜に隣接した被検液から 酸素が容易に消費されます。これにより、真の値 よりも低い測定値が得られることになります。同じ 影響が膜のファウリングにも起こります。すなわち、 従来のプローブは被検液中の酸素を消費するため に被膜に対して極めて敏感で、被膜が形成される につれてマイナスの誤差が徐々に増加してゆきま す。従来型のセンサが流速と流通ハウジングのデ ザインに影響を受けやすいのは、これらの問題に 起因しています。溶存水素は、ほとんどの膜ベース のポーラログラフ式溶存酸素センサの動作に悪影 響を及ぼします。水素は発電所の固定子用冷却水や 原子力発電所のサンプル水にしばしば存在し、溶 存酸素の測定を阻害したり、測定値がマイナスにな Chemical and Refining Industries METTLER TOLEDO Best Practice 13 Utilities るなどの現象を引き起こします。 しかしながら、ポーラログラフ技術に関して最も重 要視されている課題は、センサのメンテナンスと校 正に費やされる費用とその頻度にあります。発電所 では一般的に、このタイプのセンサは測定性能の 劣化に合わせて月 1 回程度の膜交換と校正が必要 です。センサタイプにもよりますが、メンテナンスに はセンサを分解するための専用ツール、有害な化 学薬品による洗浄、電極の研磨や、個人差が出る 可能性のある膜などの部品の再組立てなどが含ま れます。現在多くの企業でメンテナンス費用の削減 を図ろうと努力をしており、高い頻度で実施される メンテナンスに伴い必要とされる稼働停止時間や 追加コスト、そして大きな人件費は無視することが できないものとなっています。 光学式センサ技術 約 10 年前、ppb レベル測定用の第 1 世代の光学 式溶存酸素センサが発電所向けに導入されました。 このセンサは、蛍光消光という現象を利用して溶 存酸素を正確に測定します。蛍光とは、物質が一定 の波長（色）の光を吸収し、そのすぐ後で異なる波 長の光を放出する現象です。 蛍光消光とは、他の物質（消光剤、この場合は酸 素）によって引き起こされる蛍光の減少を意味しま す。消光の度合いは、サンプル中に存在する酸素量 に依存し、光の吸収と放出の間の位相のずれを測 定することで定量化されます。 観察される位相のずれは、図 4 に示す通り、酸素 の濃度に直接関係します。しかし、濃度曲線は、ポー ラログラフ式センサのように線形ではなく、シュテ ルン - フォルマーの式に従います。蛍光の強度と寿 命を注意深く測定することにより、光学式センサは サンプルの酸素濃度を正確に算出できます。 フェーズシフト 1 0.8 0.6 % 酸素 (空気と比較) 0.2 0 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 140% 図 4: 光学式溶存センサの応答 第 1 世代の光学式溶存センサには、光感受性物質 （クロモフォア）の寿命、低濃度領域の感度、そし Chemical and Refining Industries METTLER TOLEDO Best Practice メトラー・トレドの純水向け光学式溶存酸素センサ は、この技術をベースに、簡単に交換可能なユニッ トの使用、クロモフォアを固定したセンシング素 子 OptoCap も含めて、最新の技術が搭載されてい ます。 図 5 に示す通り、青緑光が LED で生成されて、光 ファイバーケーブルを介して、OptoCap 内のクロモ フォアに到達します。戻りの赤色蛍光もまた、光ファ イバーを通って光検出器に到達します。2 つの光信 号間のタイミングと強度（位相のずれ）を基に、高 精度の溶存酸素値が求められます。 応答時間は、ポーラログラフ式センサと比較して 4~5 倍速くなります。電解液が不要でメンテナンス は簡単で、さらに頻度も大幅に低減されます。純水 用光学式溶存酸素センサに必要なのは、年 1 回の OptoCap の交換のみとなります。 純水用光学式溶存酸素センサは応答が非常に速く、 大気校正はシンプルで時間もほとんどかかりませ ん。さらに、プロセス校正により、プラントの運転 を中断させることなく、センサ性能の最適化が可能 になります。 マルチパラメータ、マルチチャンネル機器 光学式技術によって提供される利点に加えて、測 定機器も改善されています。変換器は 1 台で溶存酸 素測定に加えカチオン導電率、pH、ORP の追加チャ ンネルを組み込むことも可能です。 この機能は、溶存酸素の制限値がカチオン導電率 レベルに依存する酸素処理のような、水の化学処 理を成功させる上で、複数の測定が不可欠な場合 に特に便利です。1 台の変換器で複数の測定を同時 に行うことで、制御盤上の限られたスペースで測定 センサ数を最大化して、測定コストを削減すること ができます。 まとめ 0.4 14 て信頼性の面で限界がありました。その後の開発の 結果、第 2 世代のセンサはあらゆる領域において 優れた性能を発揮しています。 溶存酸素レベルの管理は、発電所においてなくて はならないものです。信頼性が極めて高い光学式溶 存酸素測定技術が開発され、稼働停止時間を短縮 したり、高価な装置が腐食するリスクを低減するな どのメリットをもたらしています。メンテナンスの頻 度と複雑さが低減されたことで、人件費が節約さ れ、水処理システムは長期間効率良く運用される ようになり、結果として運用コストの削減を実現で きます。応答時間が大幅に短縮され、電気化学セ Utilities 光学式フィルタ 検出器 比較 LED センサヘッド 励起 LED 光ファイバー センサシャフト キャップスリーブ 温度センサ 金属製本体 ガラス 光層（クロモフォア） O リング OptoCap 光学的分離 (黒シリコン) メディア 図 5: 純水向け光学式溶存酸素センサの構造と測定原理 ンサの場合のように電解液中の溶存酸素レベルが 安定するまで待つ必要がないため、迅速なスタート アップが可能となります。さらに、溶存酸素測定の 信頼性が向上したことで、サイクル化学および超純 水システムが不安定になった場合でも、安心して対 応を行うことができます。 参考文献 1. “Comprehensive Cycle Chemistry Guidelines for Fossil Plants,” 1021767, Electric Power Research Institute, Palo Alto, CA (2011). 2. “Consensus on Operating Practices for the Control of Feedwater and Boiler Water Chemistry in Modern Industrial Boilers,” (1994). “Consensus on Operating Practices for Control of Water and Steam Chemistry in Combined Cycle and Cogeneration,” (2012). “Consensus on Operating Practices for the Sampling and Monitoring of Feedwater and Boiler Water Chemistry in Modern Industrial Boilers” (2006). American Society of Mechanical Engineers, New York. 3. “VGB-Standard, Feedwater, Boiler Water and Steam Quality for Power Plants / Industrial Plants,” VGB-S-010-T-00;2011-12.EN. 4. Standard Test Method for On-Line Measurement of Low-Level Dissolved Oxygen in Water, ASTM International D5462-13, W. Conshohocken, PA. www.mt.com/thornton-do Chemical and Refining Industries METTLER TOLEDO Best Practice 15 Utilities 発電所における導電率測定 水処理およびサイクル化学における測定 発電所における水処理システムで使用される原水から超純水までの導電率測定には、 それぞれの水のレベルに合ったセンサが必要とされるのが一般的でした。新しいセンサ 技術により、幅広い範囲を 1 本のセンサで測定できるようになり、同時により高い精度 を達成できるようになりました。 メークアップ水の測定 逆浸透膜を使用したメークアップ水処理システムの モニタリングと制御には、供給水や精製後の水を 測定するために複数の導電率センサが必要となり ます。供給水として海水を使用すると導電率は特に 高くなり（約 50 mS/cm）、通常高いセル定数のセ ンサか、4 極式または誘電式導電率センサが必要 となります。 水が RO システムを通過するに従い溶解しているミ ネラル分濃度と導電率は低下し、より多くの測定点 を必要とします。通常は次第にセル定数の低いセ ンサが必要となります。最終的に、導電率の最終 表示値である < 0.06 μS / cm で脱イオン水が生成さ れます。この測定には、多くの場合非常に低いセル 定数が必要となります。RO システムの入口から出口 に至るまでに、導電率は 6 桁ほど低下します。水の 純度に関するガイドラインと規格に準拠しているこ とを証明するために、最終の RO 処理水を高い精 度で測定することが不可欠です。水処理を外注して いる場合、契約時の規格を達成しているか検証す るために、信頼性の高い継続的な測定が必要にな ります。 1 本のセンサにすべて統一 以上のすべてを同じモデルの導電率センサ 1 本で 測定できる技術が、インテリジェントセンサマネジ メント (ISM®) 技術です。UniCond® 導電率センサ （ISM 機能付き）は、測定回路、校正データメモリ およびアナログからデジタルへの信号変換回路を 全てセンサ内に内蔵しており、ケーブルの抵抗と静 電容量の影響もありません。測定回路には内部自動 レンジ調整機能が含まれており、かつてないほどの 幅広いレンジ対応能力を実現しました。センサから はデジタル信号のみが出力されるため、ケーブルが 長い場合でも導電率や温度測定値が影響を受ける ことはありません。 すべての UniCond センサの校正データは内蔵メモ リに保存されるため、センサや変換器を交換して 16 Chemical and Refining Industries METTLER TOLEDO Best Practice も、データを失ったり混同したりすることは決して ありません。センサ内蔵測定回路とメモリにより、 工場出荷時の校正精度と設置時の精度が同じとな ります。ケーブルの長さや敷設経路が性能に悪影響 を与えることはなく、常に正しい校正データを使用 できます。 サイクル化学 (Cycle Chemistry) 測定 多くのサイクル化学サンプルには、プラントの立ち 上げ時や負荷変動中に放出された腐食物粒子が含 まれています。従来の導電率センサを純水測定に使 用していると、これらの粒子が電極の間に詰まって しまうことがあります。これにより、センサの部分 的な短絡が発生したり、誤って導電率を高く測定し てしまう場合があります。UniCond センサの電極間 隔は、純水測定用の他の導電率センサに比べてか なり広くなっています。そのため、UniCond センサ は腐食物粒子の存在下でも性能を損なうことなく 動作が可能です。 UniCond センサは、サイクル化学サンプルにおい て特に正確な測定を実施できます。セル定数と温度 の校正は ASTM および NIST にトレース可能であり、 出荷時と運転時における高い精度の校正を保証し Utilities ます。内蔵の測定回路とセンシング部はシステムと して一体で校正されるため、設置によって生じる変 化はありません。そのため業界屈指の精度を達成 しています。ISM 機能を搭載した UniCond 導電率セ ンサ技術は、供給水とサイクル化学測定において 最高のパフォーマンスを提供します。 www.mt.com/UniCond 導電率センサ：電極間隔が小さい従来の電極(左) / 電極間隔の 広いUniCondセンサ(右) Chemical and Refining Industries METTLER TOLEDO Best Practice 17 Utilities 低導電率サンプルの pH 測定 発電所サイクル化学 (Cycle Chemistry) におけるガイドラインや規格では、貴重な部 材の腐食を最小限に抑えるために、pH は非常に狭い範囲に収まるように指定されてい ます。また、メークアップ水処理システムでは、直列 2 段の逆浸透法で 2 つの逆浸透膜 間の pH を注意深く制御し、性能を最適化します。どちらの場合においても、低導電率 という困難な条件下で、pH を正確に測定する必要があります。 背景 高純水の pH 測定は、枝配管から、大気開放のド レインへ通じる流通ハウジング内へサンプルを導 き、実施する必要があります。これにより、この測 定を不安定にする最大の原因である、空気との接 触による汚染を防ぎ、比較電極の液絡部における サンプル圧力を一定かつ最小に保つことが可能と なります。 一般的に、電気的なノイズから遮蔽するためにステ ンレス製のハウジングが使用されます。測定に必要 な低い流量でサンプル測定の遅延 ( 時間的なずれ ) が発生するのを最小限に抑え、同時に高価な高純 水の廃棄量を最小限に抑えるために、サンプリング 用の枝配管直径を非常に小さくする必要があります。 サンプル水の純度が高くなるほど（特に導電率が 50μS / cm を下回る場合）、測定はより困難になり ます。このような条件下ではガラス膜と比較電極と の間の電気抵抗が高く、比較電極の液絡部におけ る電位はより変化しやすくなり、流通ハウジングや 電極の表面に発生する流動電位・静電荷は増加し ます。そして一般的に、測定値はより多くのノイズ を含むようになります。また、標準液と高純水では 液絡部におけるイオン強度に大きな差があるため、 標準液による校正と純水測定値に顕著な差が発生 する可能性があります。 更に、流通ハウジングの容積に対するサンプル流 量についても考慮する必要があります。比較的大容 量のハウジング（pH 測定と比較電極、温度補正用 のセンサがそれぞれ独立している場合に必要とさ れるような）を使用すると、サンプル中の腐食生 成物やイオン交換樹脂粒子は流通ハウジング内に 付着し堆積する傾向があり、そこでイオン性物質の 吸脱着が起こります。結果として応答の遅延が発生 し、性能と精度に悪影響を及ぼします。 18 Chemical and Refining Industries METTLER TOLEDO Best Practice 代替策として、pH 測定と比較電極、温度補正セン サが 1 本になった一体型のプローブを用いると非常 に容積の小さなハウジングを使用することができ、 サンプルの流れと共に押し出されることで粒子が堆 積するのを防ぎます。その結果、応答が非常に速く なります。 オプション 空気に触れない密封型の低容量流通ハウジングや 一体型の電極といった基礎的な設計に加え、さま ざまな比較電極システムの選択が可能です。 例えば、 ゲル、加圧ゲル、液体電解質が充填されたタイプ などが挙げられます。 ゲル充填タイプの電極は、液絡部の電位がサンプ ルの種類によって非常に多大な影響を受け、結果 として校正時と測定値の間に 0.5pH またはそれ以 上のずれが発生するため、高純水の測定には適し ていません。 加圧ゲル充填タイプの電極は、少量の塩化カリウム ゲルを注入することによって、比較電極液絡部の電 位の安定性が向上しています。メトラー・トレドの pHure センサ™システムは、このタイプの電極を採 用しています。1 年間の製品寿命期間を通じて、時 折校正を行う程度でそれ以外のメンテナンスを必 要としません。 Utilities pHure センサ（加圧ゲル充填リファレンスシステム） pHure センサ LE（液体電解質比較電極システム） 液体電解質タイプの電極は、液絡部から電解液を 安定して流出させることによって、最高の測定精度 を提供します。定期的に電解液を補充する必要があ りますが、これにより数年の製品寿命を維持でき ます。メトラー・トレドの pHure センサ LE は上記 のタイプで、加えて便利な標準液校正用コンテナ が付属しています。 インテリジェントセンサマネジメント メトラー・トレドの pHure センサ電極には、インテ リジェントセンサマネジメント（ISM®) 機能が搭載 されています。この技術は、迅速でエラーのないプ ラグ＆メジャー起動、電極に内蔵されたマイクロプ ロセッサによる高品質の信号、出荷時校正やユー ザー校正データのセンサへの保存、リアルタイムの 予測診断など、多くの価値ある機能を提供します。 これらのセンサは、ASTM 規格 D5128、 「低導電率 水のオンライン pH 測定のための試験方法」に準 拠しています。 www.mt.com/PRO_power Chemical and Refining Industries METTLER TOLEDO Best Practice 19 Utilities 純水処理とタービン保護のための 信頼性が高いシリカ測定 ボイラー供給水に存在するシリカにより、タービンへの堆積物が速い速度で形成されて いきます。シリカは非稼働中のクリーニングでのみ除去できることから、水サイクルにシ リカが侵入するのを防ぐことが最善策となります。 背景 シリカはあらゆる供給水に存在するため、膜分離 およびイオン交換、もしくはそのいずれかを用いて 除去する必要があります。シリカは、イオン交換に よって極めて緩やかに捕捉される陽イオン汚染であ り、陰イオンまたは混床式イオン交換器で破過が 発生します。 陰イオン交換直後のメークアップ水処理におけるシ リカのモニタリングは、再生開始の判断のために非 常に重要です。シリカの破過の検出により、単床式 イオン交換器に比較してより高価で時間がかかる混 床式イオン交換器の再生頻度を下げることで、運 転停止に伴い発生する運用コストを削減できます。 混床式脱イオン装置で処理した後のメークアップ水 の品質は、低 ppb レベルのシリカ濃度まで極めて 敏感にモニタリングできます。シリカの導電率はご くわずかであるため、導電率測定で検出することは できません。 シリカは蒸気で揮発し、除去するのが極めて困難 なケイ酸塩として高圧タービンブレードに堆積しま す。タービンにおいては、わずかな厚さのケイ酸塩 でもその能力と効率を低下させて、発電容量と効 率の不均衡を引き起こし、ブレードが外れる場合 もあります。シリカはまた、熱交換器表面にも堆積 し、発電所で使用されている部品の熱効率を低下 させます。 シリカは冷却水に常に存在するため、感度の高い ppb レベルのシリカ測定がコンデンサーのわずかな 漏洩の検出や復水脱塩装置の使用されます。前述 の通り、導電率ではシリカを検出できないため、シ リカ測定では高い感度が必要となります。 連続的なインラインのシリカ測定は、使用済みイオ ン交換樹脂と蒸気のキャリーオーバーによる汚染か らの保護という観点でも最も効果的な手段です。 20 Chemical and Refining Industries METTLER TOLEDO Best Practice シリカ測定 一貫性のある結果を得るために、正確なシリカ測 定には注意が必要です。測定は、シリカによって変 色するモリブデン試薬を使用し、吸光度を測定す ることにより行います。高い感度を実現するために、 還元剤を加えて、色の変化を強化します。色の変化 が完全になるように、十分な反応時間を取ります。 リン酸塩もまたモリブデンに反応するため、リン酸 塩が使用されるボイラードラムでは、その影響を防 ぐために、3 番目の試薬を加えます。また、サンプ ル自体の透明度や色の変化に対してドリフトなしに 対応する必要があります。 ソリューション メトラー・トレドのシリカ分析装置 2800Si の設計 は、これらの難しい測定にも対応できるよう最適化 されています。各測定サイクル毎に自動ゼロ点再調 整を行うことで、サンプルの色や透明度のいかなる 変化にも対応できます。次に、2800Si は反応に適 正な量の試薬を自動計量して、測定を実施します。 自動洗浄が完全に終了した後、ユーザが設定した 時間に基いて測定サイクルを繰り返します。測定サ イクルの設定が可能となったことで、測定間隔と試 薬消費のバランスを最適化することができます。 Utilities 2800Si は、ユーザーが設定した間隔で無人の自動 スパン校正を実施することが可能です。本装置で は調整や取扱いが容易な高濃度の標準液が使用さ れ、校正に適した低濃度に自動的に希釈されます。 メトラー・トレドのシリカ分析装置 2800Si は、外 部環境から試薬容器やその他の部品を保護するた めに、完全密閉型のキャビネットを使用しています。 www.mt.com/thornton-silica メトラー・トレドのシリカ分析装置 2800Si Chemical and Refining Industries METTLER TOLEDO Best Practice 21 Utilities ナトリウム分析装置により 水と蒸気の純度をモニタリング 水や蒸気中のナトリウムの自動オンライン分析は、発電所の純水システムと蒸気タービ ンに損害を招く腐食や堆積物を防止するのに役立ちます。 背景 ナトリウムは供給水の中で最も一般的な陰イオンの 1 つであり、膜分離、蒸留、あるいはイオン交換を 用いて除去する必要があります。 ナトリウムイオンは、 陽イオン交換によって極めて緩やかに捕捉される陽 イオンであるため、陽イオン交換樹脂でいち早く破 過が発生します。 陽イオン交換直後のメークアップ水処理におけるナ トリウムのモニタリングは、再生開始を判断するた めの重要なパラメータとなります。ナトリウム破過を 素早く検出して運転を停止させることで、単床式イ オン交換器に比較してより高価で時間がかかる混 床式イオン交換器再生の頻度を下げることとなり混 床式イオン交換器に加わる負荷を削減できます。 混床式イオン交換器で処理した後のメークアップ水 の品質は、低 ppb レベルのナトリウム濃度まで極 めて敏感にモニタリングできます。ナトリウムは一般 的にイオン汚染の代表的物質であり、低導電率水 中で低濃度レベルのナトリウムを精度よく測定する ことで、蒸気 / 水サイクルに供給する純水の品質を 確実に保証することができます。ナトリウムはさま ざまな種類の腐食の要因となるため、その測定は 非常に重要です。 感度は、陽イオン導電率よりもはるかに高いものと なります。例えば、0.2 ppb のナトリウム (NaCl とし ては 0.5 ppb) が混入した場合の導電率の上昇は、 わずか 0.001 μS / cm で検出は困難です。汚染の早 期発見により、コンデンサーの漏れが拡大して深 刻な問題が発生する前に、是正措置を計画するこ とが可能になります。 ナトリウム測定の課題 正確な微量レベルのナトリウム測定を行い一貫性 のある結果を得るためには、多くの注意が必要で す。測定では、イオン選択電極、比較電極を使用し、 ナトリウムのみに応答するようにサンプル調整を行 います。また、水素イオンの影響を抑えるためにサ ンプルの pH を上昇させます。さらに設計上、測定 水酸化ナトリウムは、他のナトリウム塩よりも揮発 前に比較電解液がサンプルを汚染するのを防ぐた 性が高く、蒸気によりキャリーオーバーされるナト めに、比較電極をナトリウム電極の下流に設置する リウムの主な由来物質となる場合があります。 ことが重要です。その他の課題として、低濃度の 標準液は汚染の影響を受けやすく、低濃度領域の 腐食メカニズムには、苛性脆化と応力腐食があり、 校正が困難であるという点があります。 低圧タービンのブレードやその他の装置の隙間な どに接触する最初の凝縮水中でアルカリ濃度が著 ソリューション しく濃縮されるにつれて悪化していきます。蒸気中 メトラー・トレドのナトリウム分析装置 2300Na は、 の汚染物質のキャリーオーバーを最小化するため 計測に関する幅広い経験に基づいて設計されてい に、ボイラー操作が適切になされているかのモニタ ます。電極はナトリウムイオンへの高い選択性をも リングに多大な努力が払われています。また別の領 ち、さらにジイソプロピルアミン試薬を使用するこ 域の問題として、ボイラー配管中の苛性ガウジング とでさらに選択性を高めます。また、pH 測定を行 うことで、適切な試薬添加が実際に行われている もあります。 ことを確認し、pH が低い場合にアラームを出すこ ナトリウムは常に冷却水に存在するため、コンデン とが可能です。効率の観点から、比較電極はナトリ サーの微量な漏れを検出するため、極めて高感度 ウムと pH 測定の両方に用いられています。 な ppb レベルのナトリウム測定が行われます。この 22 Chemical and Refining Industries METTLER TOLEDO Best Practice Utilities さらに、2300Na は無人の自動校正が可能で、校 正には調整や取扱いが容易な高濃度の標準液が使 用されます。標準液は、校正に適した濃度まで自動 的に希釈されます。また、既知量添加法を採用し ており標準液を複数回添加し、アナライザを完全 に校正することができます。 メトラー・トレドの 2300Na は、設置する環境に 応じて完全密閉型キャビネットと半密閉型の 2 つの タイプから選択することが可能です。 www.mt.com/thornton-sodium Chemical and Refining Industries METTLER TOLEDO Best Practice 23 Get in-line with METTLER TOLEDO インテリジェント センサ マネジメント (ISM) 化学産業向け ISMソリューションがどのようにしてお客様 のプロセスを改善するのか、ウェブサイトで ご覧いただけます。ぜひアクセスしてご活用 ください。 – 製品情報 – 技術資料 – ビデオ – カタログ www.mt.com/ISM-chem www.mt.com/pro メトラー・トレド株式会社 プロセス機器事業部 〒110-0008 東京都台東区池之端 2-9-7 池之端日殖ビル1F TEL: 03-5815-5512 FAX: 03-5815-5522 詳細はウェブサイトをご覧ください