苛性脆化

苛性脆化とは、ボイラーの材料が苛性物質の蓄積によって脆くなる現象である。 ^[1]

原因

ボイラー内で水が蒸発すると、ボイラー内の炭酸ナトリウムの濃度が上昇します。高圧ボイラーでは、炭酸ナトリウムは石灰ソーダ法による軟水化に使用され、このため、炭酸ナトリウムの一部が水中に残ることがあります。炭酸ナトリウムの濃度が上昇すると、加水分解されて水酸化ナトリウムが形成されます。

Na ₂ CO ₃ + H ₂ O → 2 NaOH + CO ₂

水酸化ナトリウムが存在すると、水は本質的にアルカリ性になります。このアルカリ水は、毛細管現象によってボイラーの内壁にある微細な亀裂に入り込みます。^[2]亀裂内では、水が蒸発し、水酸化物の量が徐々に増加し続けます。高応力の集中領域は陽極として機能し、希釈領域は陰極として機能します。陽極では、水酸化ナトリウムが周囲の材料を攻撃し、ボイラーの鉄を鉄酸ナトリウムとして溶解して錆を形成します。これにより、応力がかかっているリベット、曲げ、ジョイントなどのボイラー部品が脆くなります。

防止

これを防ぐには、軟化剤として炭酸ナトリウムの代わりにリン酸ナトリウム( Na ₃ PO ₄ ) を使用します。リン酸ナトリウムの分子が細いひび割れに入り込んでそれを塞ぐため、水酸化ナトリウムはそこにあっても鉄と接触できず、反応は起こりません。ボイラー水にタンニンまたはリグニンを加えると、細いひび割れが塞がれ、これらの領域への NaOH の浸透が防止されます。^{[1]ボイラー水に}Na ₂ SO _{4 を}加えると、細いひび割れも塞がれます。^[3]

参考文献

^ ab Krishnamurthy; et al. (2007年8月1日). エンジニアリング化学. PHI Learning Pvt. Ltd. p. 146. ISBN 978-81-203-3287-4. 2013年9月11日閲覧。
^ BK Ambasta博士（2006年1月1日）。エンジニアのための化学。Laxmi Publications。p. 94。ISBN 978-81-7008-123-4. 2013年9月11日閲覧。
^ Sivasankar (2008). 工学化学. Tata McGraw-Hill Education. p. 513. ISBN 978-0-07-066932-1. 2013年9月11日閲覧。

さらに読む

SW Parr (1917)。「軟鋼に対する水酸化ナトリウムの脆化作用」(PDF) 。イリノイ大学。 2018年11月3日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2013年9月11日閲覧。
Anthony A. Miele (1945)。「ボイラーチューブの性能」(PDF)。オハイオ州立大学。hdl :1811/36127。

[Al.2007-1] Krishnamurthy; et al. (2007年8月1日). エンジニアリング化学. PHI Learning Pvt. Ltd. p. 146. ISBN 978-81-203-3287-4. 2013年9月11日閲覧。

[Ambasta2006-2] BK Ambasta博士（2006年1月1日）。エンジニアのための化学。Laxmi Publications。p. 94。ISBN 978-81-7008-123-4. 2013年9月11日閲覧。

[Sivasankar2008-3] Sivasankar (2008). 工学化学. Tata McGraw-Hill Education. p. 513. ISBN 978-0-07-066932-1. 2013年9月11日閲覧。