排煙脱硫（FGD）スクラバー装置向けステンレス鋼

湿式排煙脱硫（FGD）スクラバーは、発電所内で最も腐食が激しい場所の一つです。ここでの材料選定は、温度だけでなく、塩化物イオン、低pH、凝縮酸、および摩耗といった要因によって左右されます。適切なステンレス鋼は、設置ゾーンに応じて異なります。たとえば、比較的条件が穏やかな場所では316Lが使用可能ですが、吸収塔本体、湿潤・乾燥界面、および塩化物が濃縮される領域では、317L、デュプレックス鋼2205、あるいはモリブデン6％を含む超高合金オーステナイト系鋼や超高合金デュプレックス鋼が求められることが多いです。耐食性が不十分な合金を選んでしまうと、すぐに点食や隙間腐食が発生します。一方、用途に合った鋼種を正しく選定すれば、数十年にわたって安定して運用できます。浙江温強ステンレス鋼有限公司では、お客様の現場環境をゾーンごとに詳細に分析し、それに最適な合金鋼種を提案いたします。

湿式FGD環境
湿式石灰石スクラバーでは、高温の排ガスが二酸化硫黄（SO₂）を吸収するスラリーと接触し、化学的に厳しい混合液が生成される。塩化物イオンは石炭に含まれ、蒸発および循環によって濃縮されるため、点食腐食およびすき間腐食の主な原因となる。循環液中では、その濃度が数千～数万ppmに達することもある。pHは低く、スラリー全体では通常4～6程度だが、局所的な凝縮水ではさらに低くなる。また、残留する硫黄種と溶解酸素が加わることで、酸化性の酸性が強まる。
物理的な攻撃が化学的腐食に重畳します。石灰石および石膏の固体が表面を摩耗させ、スプレーヘッダー、ノズル、循環配管内を流れるスラリーが保護皮膜を侵食します。最も厳しい部位は、入口部などの湿潤・乾燥界面であり、高温ガスが液体と初めて接触する場所で、蒸発により塩化物イオンや酸が濃縮され、高耐食性合金材であっても点食を引き起こす強力な腐食性皮膜が形成されます。入口部では高温ですが、出口ダクト部では周囲温度に近い低温となるため、流れ方向に沿って腐食様式が変化します。

標準グレードが不十分な理由
オーステナイト系またはデュプレックス系ステンレス鋼の塩化物による点食耐性は、ピッティング耐性相当数（PREN：Pitting Resistance Equivalent Number）で評価します。これは概ね「クロム含量＋3.3×モリブデン含量＋16×窒素含量」で算出されます。PREN値が高いほど、鋼材はより高濃度の塩化物やより低いpH環境においても点食を起こさずに耐えられます。

316LはPREN（耐孔食性指数）が約25で、ごくわずかな塩化物濃度までしか耐えられず、FGD洗浄液中では濃縮時に急速に孔食を起こすため、最も穏やかな領域でのみ使用されます。317Lはモリブデン含有量を増加させることで、その適用範囲を若干広げています。二相ステンレス鋼2205は、316Lより高いPRENと、約2倍の降伏強度を兼ね備えており、スラリー配管や吸収塔内部部品では、より薄肉・高強度の断面を採用できます。塩化物濃度が数万ppmに達し、pHが低下する過酷な条件下では、6Mo超高オーステナイト系鋼またはスーパー二相鋼2507のみが、孔食および隙間腐食に対して信頼性の高い耐性を示します。

システム全体における材質区分
FGD装置は、一連の環境として捉えるのが最も適切です。入口部およびクエンチゾーン（湿潤・乾燥界面）では、高温ガス、酸の凝縮、塩化物の濃縮が同時に発生する過酷な条件となるため、通常、6Mo超オーステナイト系ステンレス鋼またはライニング構造が採用されます。吸収塔本体およびその内部構造物、スプレー配管、循環配管には、中程度の温度下で濃度が高く、かつ摩耗性を伴う塩化物を多く含むスラリーが接触するため、ダプレックス鋼2205や超オーステナイト系ステンレス鋼が一般的です。スラリー循環配管およびブリード配管は、浸食腐食にさらされるため、ダプレックス鋼の高い強度とPREN値が有効です。出口ダクトおよびミストエリミネーター領域は、比較的低温で塩化物濃度も低いものの、湿潤かつ酸性であるため、現場の条件に応じてSUS317Lまたはダプレックス鋼が使用されます。再加熱後または乾燥状態の下流側ダクトは腐食負荷が軽く、より低合金の材質でも十分対応可能です。
各ゾーンの環境は異なるため、単一の合金がシステム全体に適することは稀です。すべての箇所で過剰な仕様を設定するとコストが無駄になります。一方、入口部や吸収部で仕様が不足すると、故障のリスクが高まります。塩化物濃度、pH、温度、摩耗状況を各設置場所ごとに把握し、それをもとに合金を選定することが、確実な方法です。

すき間、溶接部、および製造工程
たとえ最適な合金を選んでも、すき間や溶接部の設計・施工が不十分だと早期に劣化が進行します。ガスケット、ボルト締結による重ね合わせ部、付着堆積物、および完全貫通しない溶接部などは、塩化物が局所的に濃縮するすき間を生じさせ、母材そのものが耐えられる限界よりも低いレベルで点食が発生します。すき間を最小限に抑える設計、完全貫通溶接の採用、および固形物の滞留を防ぐための排水性の確保が重要です。
溶接では耐食性を保護する必要があります。二相ステンレス鋼では、熱入力を制御し、適切な溶接材を用いることでフェライト相とオーステナイト相のバランスを保ち、脆化を引き起こす析出相の生成を防ぎます。超高合金オーステナイト系鋼では、モリブデンの偏析を補うため、モリブデン含有量の高いニッケル基溶接材を用います。また、溶接部の変色（ヒートティント）は除去し、表面を再不動態化する必要があります。これは、クロムが貧化した溶接部が、フューエルガスデスルファリゼーション（FGD）液の最初の侵食対象となるためです。配管および継手類の入荷時にポジティブ・マテリアル・アイデンティフィケーション（PMI）を実施することで、低合金鋼が高塩素環境に誤って使用されるという高コストのミスを未然に防げます。

なぜアップグレードが必要になることが多いのか
多くのFGD装置は、当初、ライニング材または耐食性のやや低いステンレス鋼で建設されましたが、その後、燃料中の塩化物濃度の上昇、負荷変動による凝縮水増加、あるいはライニング材の劣化により母材が露出するなどの問題を受けてアップグレードされました。塩化物濃度の高い石炭の使用、塩類が濃縮される水の再利用、および湿式処理工程を追加する厳格な排出規制など、さまざまな要因が、より高PREN（耐食性指数）の合金への移行を促しています。デュプレックス系やスーパー・オーステナイト系ステンレス鋼へのアップグレードにより、強度向上に伴う壁厚の薄肉化、保守作業の休止期間の短縮、寿命の延長が実現し、これら効果は、残存運転期間における高価な合金材料費を十分に償却する場合がほとんどです。

実用ガイド
塩化物濃度、pH、温度、摩耗性を考慮し、PREN（耐食性指数）を指標として、FGD装置の各ゾーンごとに適切な材料を選定します。軽微な環境では316Lのみ、中～高濃度の塩化物環境では317Lおよび二相ステンレス鋼2205、入口部、吸収塔部、濃縮液部では6Mo超オーステナイト系鋼または超二相ステンレス鋼2507を採用します。また、すき間を最小限に抑え、適切な溶接材を使用し、熱変色を除去することが重要です。ウェンチアン社は、PMI（ポータブル・マテリアル・アイデンティフィケーション）、化学成分分析、機械的特性試験、腐食試験を実施済みの316L、317L、二相ステンレス鋼2205および超二相ステンレス鋼2507／S32750の配管、チューブ、継手類を供給しており、運用者は各スクラバー・ゾーンに適合した、検証済みかつ適切な認証を受けた合金を選択できます。

よく 聞かれる 質問
Q：なぜFGDスクラバーでは316Lがしばしば不十分なのでしょうか？
A：316LのPRENは約25であり、比較的低い塩化物濃度までしか耐えられません。FGD循環液では、低pH条件下で塩化物が数千～数万ppmレベルまで濃縮されるため、316Lは最も穏やかなゾーンを除き、速やかに点食およびすき間腐食を起こします。
Q：異なるFGDゾーンに応じてステンレス鋼をどのように選定すればよいですか？
A：各設置場所ごとに塩化物濃度、pH、温度、摩耗状況を地図化し、耐食性の指標であるPREN値に基づき、軽微な環境では316L、中～高塩化物環境では317Lおよび二相ステンレス鋼2205、特に過酷な入口部・吸収塔・濃縮液部では6Mo超オーステナイト系または超二相ステンレス鋼2507を適用します。

FGD用ステンレス鋼製パイプ・チューブ・継手（316L、317L、2205、2507）で、全ロットのポータブル材質分析（PMI）および腐食試験を実施済みの製品については、浙江温州強ステンレス鋼有限公司（電話：+86 577 8922 2595）までお問い合わせください。 https://www.chinawqsteel.com/