二相ステンレス鋼の水冷熱交換器にはどのような微生物誘発腐食 (MIC) の脅威がありますか?{0}}

二相ステンレス鋼管内のぬるぬるしたコーティングは、単に流量を制限するだけでなく、細菌の生きたコロニーであり、壁に穴を開けてしまう可能性があります。高合金鋼であっても、微生物誘起腐食 (MIC) として知られる隠れた危険にさらされます。-計画外の漏れや高価なダウンタイムを回避するには、二相ステンレス鋼の水冷熱交換器における微生物誘発腐食を理解することが重要です。-

攻撃の生物学的根拠
応力腐食割れや塩化物孔食に対する耐性が優れているため、二相ステンレス鋼 (2205 や 2507 など) が推奨されます。ただし、微生物による腐食を受けやすいです。硫酸塩-還元細菌（SRB）が最も頻繁に発生する犯罪者です。停滞した水やゆっくりと流れる水の中で、これらの嫌気性微生物は繁殖し、金属表面にしっかりと張り付くタンパク質、多糖類、細胞残骸からなるぬるぬるしたマトリックスである保護バイオフィルム内にコロニーを形成します。

バイオフィルムの直下の環境は、発達後のバルク水とは大きく変化します。バクテリアは有機資源を消費することにより、水中の硫酸イオン (SO42-) を硫化水素 (H2S) に分解します。バイオフィルムの上に存在する好気性細菌は酸素を消費しますが、細菌の代謝副産物は局所的な酸性度を生成します。その結果、次のような微環境が生まれます。

酸性: pH は 4 まで低下する可能性があります。

脱酸素：不動態酸化皮膜の修復を防ぎます。

ステンレス鋼の不動態層を攻撃する腐食性物質である硫化水素が豊富に含まれています。

この過酷な微環境では、通常二相鋼を保護する不動態酸化クロムコーティングが不安定になります。孔食は弱い部分、多くの場合、表面の傷や硫化物混入物から始まります。環境がかなり還元的で硫化物が豊富なピットの内部では、ピットが始まると細菌が定着します。-腐食セルは自己持続性があるため、ピット内で増殖し、より多くの H2S を生成するバクテリアによって攻撃が加速されます。-

サビの原因はバクテリアそのものではなく、バクテリアが作り出す有毒な環境です。わずか数か月で、0.1 mm ほどの薄さのバイオフィルムに数ミリメートルの深さの穴が生じる可能性があります。

二相ステンレス鋼が耐性がない理由
二相ステンレス鋼は、酸化物の安定性や固有の殺生物性により MIC に対して強い耐性を示すチタンや一部の銅{0}ニッケル合金とは対照的に、薄​​い酸化性不動態皮膜に依存しています。中性から弱アルカリ性の酸素を含む環境でのみ、膜が安定します。このフィルムは、還元性、酸性、硫化物を含んだバイオフィルムの下で崩壊します。{3}二相合金はクロムとモリブデンの含有量が高いため (Cr 22 ～ 25%、Mo 3 ～ 4%)、316L よりも MIC に対する耐性が高くなりますが、この合金は耐性がありません。全体的な腐食が最小限であったとしても、海水または汽水冷却サービスの 2,205 チューブに、わずか 2 ～ 5 年の使用後に深い MIC ピットが発生したという現場での故障が多数報告されています。

SRB は、湖、川、海洋を含む多くの自然水路、さらには殺生物性レベルが低い、または停滞域のある処理済み冷却水システムでさえも見られます。 -20 度から 60 度-最も SRB が発生する範囲-}で動作する水冷熱交換器は、特に水流が散発的である場合や堆積物が蓄積している場合に脆弱になります。

検査と視覚的MICの症状
MIC ピットは、その特有の特徴によって塩化物ピッチングや他のタイプの腐食と区別できます。

攻撃的なアンダーカットの形態: 下の空洞は広く、浅く、または不規則な形状で、「ワームホール」または接続されたマイクロピットのネットワークに似ています。-ピットの口は小さいことがよくあります (1 ～ 3 mm)。

黒または暗褐色の堆積物: 一般的な副産物である硫化鉄 (FeS) は、ピットと周囲のバイオフィルムにタール状の黒い外観を与えます。

硫化臭：堆積物が乱れると腐卵臭（硫化水素）が発生する場合があります。

局所的なクラスター: MIC は、広く分散した個々のピットではなく、ピットのグループとして現れることがよくあります。

バイオフィルムの外側の金属表面はまだ輝きがあり、無傷です。全体的な劣化はありません。

検査手法には次のようなものがあります。

チューブの内部に茶色や黒色の堆積物や黒ずんだぬるぬるした斑点がないかよく調べてください。

バイオフィルムを除去した後、染料浸透試験により微小亀裂や窪みを特定できます。

管内の孔食を非破壊で検出する方法は、渦電流検査（ECT）と呼ばれます。-機械的損傷とは対照的に、MIC ピットは独特の信号を生成します。

細菌のサンプリング: 細菌の存在は、バイオフィルムの拭き取り、SRB の培養、または遺伝子検査 (qPCR など) によって確認されます。

予防: 細菌を家に入れないようにする
二重ステンレス鋼の水冷熱交換器で MIC を防ぐには、マルチバリア戦略が必要です。-以下の方法を組み合わせると非常に効果的ですが、単一の戦略で確実に保護できるわけではありません。

1. 一貫した殺生物剤処理
酸化性殺生物剤はバイオフィルムを突き破って細菌を瞬時に破壊するため、最も効果的です。一般的な選択肢:

塩素または次亜塩素酸塩: 冷却水の遊離残留塩素含有量を 0.1 ～ 0.5 ppm に保ちます。この低濃度では、Duplex 2205 は塩素に対して耐性があります。ただし、過剰な塩素処理 (2 ppm 以上) によって穴あきが発生する場合があります。

二酸化塩素: 塩素よりも腐食性が低く、バイオフィルムに対して効果的です。通常の投与量は 0.1 ～ 0.3 ppm です。

オゾンは完全に酸素に分解する強力な酸化剤です。閉ループの冷却システムで利用されます。

細菌の耐性を阻止するために、非酸化性殺生物剤（グルタルアルデヒドやイソチアゾロンなど）がよく使用され、酸化剤と組み合わせて使用​​されることがよくあります。{0}残留レベルを維持するには、殺生物剤を継続的に投与するか、少なくとも 1 日 2 回投与する必要があります。

2. 定期的な機械洗浄
確立されたバイオフィルムは化学処理だけでは除去できません。チューブの内部は定期的に (たとえば、6 ～ 12 か月ごと) 機械的に洗浄する必要があります。

チューブブラッシングでは、ステンレス鋼またはナイロンの毛を備えた回転ブラシを各チューブを通して引っ張ったり押したりします。この方法で、バイオフィルムや緩い堆積物が除去されます。

ハイドロブラスティング: 高圧ウォーター ジェット (5,000～10,000 psi) で、しつこいバイオフィルムを効果的に除去できます。-チューブの端を傷つけないようにしてください。

スポンジ ボール-のクリーニング: オンライン クリーニングの場合、スポンジ ボールを冷却水で循環させることでチューブの表面を継続的に拭きます。

急速な再成長を止めるには、機械的洗浄後にシステムをフラッシュし、殺生物剤を再投与する必要があります。{0}}

3. 水の速度を高く保つ
高速の乱流では、バクテリアが付着してバイオフィルムを形成することが困難になります。{0}冷却水サービスにおける二相ステンレス鋼の場合、少なくとも 1.5​​ ～ 2.0 m/s のチューブ側速度が推奨されます。{2}} MIC リスクは、特に層流の直管では、1 m/s 未満の速度で著しく増加します。管板周囲のデッドレッグ、低流量ゾーン、乱れた流れ領域を最小限に抑えます。-

4. 停滞した状況を避ける
冷却水は、プラントの停止中またはアイドル時間中に熱交換器から除去する必要があり、チューブを乾燥させて真水で洗浄する必要があります。代わりに、殺生物剤を使用して低流量再循環を維持することもできます。-バイオフィルムの成長は停滞した水中で盛んに行われ、数日間の停滞でも SRB コロニーが確立される可能性があります。

5. 過酷な状況に対応する材料の選択
プラントに適切な水処理を行ったにもかかわらず重篤な MIC の病歴がある場合は、より弾力性のある合金の使用が考慮される可能性があります。チタン (グレード 2) はバイオフィルムの付着を積極的に強化せず、その不動態コーティングは環境が減少しても安定しているため、チタンは MIC の影響をほとんど受けません。銅イオンが放出されるため、銅-ニッケル合金 (90/10 または 70/30) は自然に殺生物性を備えています。ただし、どちらも二重よりもはるかに高価です。 Duplex は、適切な動作とメンテナンスが行われるほとんどの水冷アプリケーションにとって信頼できるオプションです。{10}

MIC が見つかった場合の対処方法
二重交換機に MIC ピッチングが発生した場合は、次の手順を実行する必要があります。

ピット断面の金属組織学的分析と細菌培養を行うことで、診断を確認します。{0}}硫化物の堆積物と独特のアンダーカットの形態を探してください。

ボアスコープを挿入するか、渦電流検査を利用して各チューブを検査することにより、範囲を決定します。チューブを塞ぐことができるかどうか（数が少なく浅い場合）、または再チューブが必要かどうかは、ピットの量と深さに依存します。

機械的洗浄プログラムを追加したり、殺生剤の投与量を増やしたり、より強力な殺生剤に切り替えたりして、水処理をすぐに改善します。植物が時々ケアを受けているだけの場合は、継続的な処理に変更してください。

修理または交換: 処理後に腐食速度が低下している場合は、厚肉チューブの浅い穴（深さ 0.3 mm 未満）は許容できる可能性があります。-個々のチューブをより深い穴またはクラスターに差し込む必要があります。チューブの 10 ～ 15% 以上が影響を受けている場合は、交換器を再チューブまたは交換することをお勧めします。

操作手順を調べて、シャットダウンが適切に処理されていることを確認します (交換器の排水と乾燥)。可能であれば、水の速度を上げてください。

結論は
微生物による腐食は、日常的な物理的洗浄と適切な化学的衛生を組み合わせることで勝利できる金属との生物学的戦いです。二相ステンレス鋼の水冷熱交換器では、高級合金でも微生物による腐食の危険があります。-硫酸塩還元細菌やその他の微生物によって形成されるバイオフィルムは、局所的に酸性、硫化物性、脱酸素化された環境を提供し、その結果、数か月で管壁に浸透する可能性のある急速な孔食が発生します。予防には、水速度を 1.5 m/s 以上に維持すること、停止中の停滞状態を防ぐこと、時折の機械的洗浄 (ブラッシングまたはハイドロブラスト)、継続的または定期的な殺生物処理がすべて必要です。最も洗練された合金であっても、生きていくためには清浄な雰囲気が必要です。二重熱交換器は、危険性を認識し、厳密な水処理とチューブ洗浄スケジュールを設定することで、長期間にわたるトラブルのないサービスを提供できます。{9}}ただし、MIC を無視すると、高性能合金はふるいになってしまいます。