10年使う予定で仕様選定されたシェルアンドチューブ式熱交換器が、3年目に漏れ始める。冷却水は硬度チェックに合格し、冷却塔も清浄に見えたが、軟鋼チューブは貫通する孔食を起こし、アドミラルティ黄銅は入口部で赤銅色に変色している。腐食は冷却システムにおける静かな項目である。チューブが破損したり、ポンプが焼き付いたり、熱交換器が能力を失うまで、その存在を明かさない。そしてその時にはもう、修理は投薬量の変更ではなく設備停止となる。その大半を防ぐ手段が、金属、水、そして処理プログラムの残りに適合させた腐食抑制剤である。
要約すると： 腐食抑制剤とは、金属表面に薄い保護皮膜を維持することで金属の損失を遅らせるために水に投入される薬品である。抑制剤は腐食セルをどのように遮断するかによって3つのグループに分けられる： 陽極型（不動態化） モリブデン酸塩、および従来のクロム酸塩や亜硝酸塩などの皮膜形成剤； 陰極型（沈殿型） 亜鉛などの皮膜形成剤；そして 混合型／吸着型 皮膜形成剤、すなわち銅や黄銅を保護するアゾール類。黄銅は次のもので保護される アゾール類：トリルトリアゾール（TTA）、ベンゾトリアゾール（BTA）、またはメルカプトベンゾチアゾール（MBT）。軟鋼は次のもので保護される モリブデン酸塩、ホスホン酸塩、亜鉛、ほぼ常にブレンドされており、次のようなホスホン酸塩は HEDPとPBTC スケール抑制剤と腐食抑制剤の両方を兼ねる。実際のプログラムは、水質と冶金組成に合わせて調整された多成分ブレンドであり、腐食クーポンで検証される。
当社の一部 腐食抑制剤ガイド — 陽極型、陰極型、VCI、有機皮膜形成型の化学作用を比較し、お使いのシステムに適したグレードを見つけましょう。
腐食抑制剤の実際の作用機構
水性腐食は電気化学的である：陽極部で金属が溶解し（鉄はFe²⁺になる）、一方で還元反応、通常は酸素還元が陰極部で電子を消費する。この2つの半反応は結合しているため、抑制剤はそのうちの一方を妨害するだけでセル全体を遅らせることができ、それを皮膜の維持によって行う。 Veolia冷却水腐食ハンドブック は、どの半反応を抑制するかによって抑制剤を分類している。
陽極型（不動態化）抑制剤 は陽極領域上の酸化皮膜を強化して金属溶解を停止させ、粘着性のある皮膜により経済的な濃度で保護する。これには実際のトレードオフがある：陽極型抑制剤は「危険」と呼ばれることがある。投薬量が不足すると、陰極が稼働し続ける一方で陽極部が露出したままとなり、攻撃が深い孔食に集中する可能性があるためである。モリブデン酸塩が現代の例であり、クロム酸塩と亜硝酸塩が従来の例である。
陰極型（沈殿型）抑制剤 は陰極領域上に不溶性皮膜を形成し、表面に到達する酸素と水を制限する。亜鉛が一般的なもので、陰極でpHが上昇する箇所に水酸化物皮膜を析出させる。陰極型抑制剤は投薬量が不足しても孔食を引き起こさないが、保護の上限が低いため、通常は他の化学作用と組み合わせられる。
混合型／吸着型皮膜形成剤 は表面全体にわたって化学吸着し、両方の半反応を抑制する。アゾール類はここに位置し、銅に結合して金属面全体に薄い保護層を形成する。
黄銅用腐食抑制剤：アゾール類
「黄銅」とは銅とその合金、すなわち黄銅、アドミラルティ黄銅、青銅、そして復水器で一般的な銅ニッケル管を指す。アゾール類は標準的な保護剤である。金属に化学吸着し、銅と配位して薄いポリマー状の皮膜を形成し、塩化物や硫酸塩のような攻撃的なイオンを遮断して銅の溶解を防ぐ。銅の溶出は黄銅だけの問題ではない：溶解した銅はループ内の他の場所で軟鋼やアルミニウムに析出し、そこでガルバニック孔食を引き起こすため、黄銅上の数ppmのアゾールが静かに鋼も保護している。3種類のアゾールが作業の大半を担う：
- トリルトリアゾール（TTA）。 トリルトリアゾール／メチルベンゾトリアゾール は冷却水で最も広く使用される銅合金抑制剤であり、ベンゾトリアゾールよりも熱安定性と酸化性殺生物剤（塩素、臭素）への耐性が優れているため、酸化剤を使用する開放式冷却塔で主流となっている。
- ベンゾトリアゾール（BTA）。 ベンゾトリアゾール は元祖の銅皮膜形成剤であり強力なものだが、TTAよりも酸化性殺生物剤によって消費されやすいため、閉鎖系および酸化剤を使用しないループで多用される。
- メルカプトベンゾチアゾール（MBT）。 2-メルカプトベンゾチアゾール 銅との硫黄および窒素キレート化によって皮膜を形成し、素早く作用するため、新しい銅を速やかに不動態化するためにTTAと組み合わされることが多いです。TTAよりも塩素安定性が低いため、単独のアゾールではなくパートナーとして機能します。
活性成分を数ppm添加し、アゾール類は残留試験によって監視され、消耗するのではなく銅皮膜を補充し続けます。
軟鋼腐食抑制剤：モリブデン酸塩、ホスホネート、亜鉛
軟鋼（炭素鋼）はほとんどの冷却システムにおける主要な金属であり、多くのプログラムが中心に据える金属です。3つの化学的手法がこれを支え、通常は組み合わせて使用されます。
モリブデン酸塩。 モリブデン酸ナトリウム は、かつてクロム酸塩がそうしていたように、アノード部位で酸化鉄層に吸着するアノード不動態化剤ですが、六価クロムを含みません。 モリブデン酸塩メカニズム文献 によれば、鋼を不動態化するには溶存酸素または他の酸化剤が必要であり、それ自体は酸化性を持たないため有機物と容易にブレンドできると述べられています。効果はありますが安価ではないため、アゾールやホスホネートと併用して控えめな濃度で使用されることが多いです。
亜鉛。 亜鉛はカソード抑制剤であり、カソード部位に水酸化物皮膜を形成し、硬度依存の皮膜形成剤が苦戦する厳しい水質（低硬度、低アルカリ度、高塩化物および硫酸塩）で性能を発揮します。亜鉛の排出制限により通常は添加量が制限されるため、単独ではなくブレンド内でブースターとして機能します。
ホスホネート。 ホスホネートはスケールおよび腐食抑制剤として二重の役割を果たし、そのためほぼすべての現代のプログラムに登場します。 HEDP（エチドロン酸） は、硬度イオンを封鎖し、鋼上に保護皮膜を形成するのを助ける汎用のしきい値抑制剤です。 PBTC（ホスホノブタントリカルボン酸） は、HEDPが分解されうる高ストレスの水質（高カルシウム、高温、酸化性殺生物剤）下でより良く持ちこたえます。腐食抑制の役割では、ホスホネートは通常、亜鉛または無機リン酸塩と組み合わせてカソード皮膜を形成します。スケール制御の側面については、当社の スケール抑制剤・防スケール剤ガイド.
金属と役割による抑制剤の選定
混合金属システム用の単一の腐食抑制剤は存在しません。保護する金属と、その化学物質がセル内で果たす役割によって選定します。
| 対象金属／役割 | 抑制剤の化学的手法 | メカニズム分類 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 銅／黄銅／アドミラルティ／青銅（黄色金属） | トリルトリアゾール（TTA）、ベンゾトリアゾール（BTA）、メルカプトベンゾチアゾール（MBT） | 混合／吸着皮膜形成剤 | TTAは塩素および熱安定性が最も高く、BTAは密閉／無酸化剤ループ用、MBTは新しい銅の速やかな不動態化用で、通常はTTAと併用 |
| 軟鋼／炭素鋼 | モリブデン酸ナトリウム | アノード（不動態化） | 溶存酸素が必要、Cr(VI)を含まずクロム酸塩を代替、ブレンド内で控えめな添加量で使用されることが多い |
| 軟鋼／炭素鋼（厳しい低硬度水） | 亜鉛 | カソード（沈殿） | 高塩化物／低アルカリ度水で持ちこたえる、排出制限あり、ブースターとして使用 |
| 軟鋼＋スケール制御を同時に | HEDP、PBTC（ホスホネート） | しきい値／皮膜形成剤（スケール＋腐食の二重機能） | PBTCは高ストレス／酸化剤条件用、HEDPは汎用、腐食皮膜のために亜鉛またはリン酸塩と併用 |
| 混合金属システム全体 | ブレンド：アゾール＋モリブデン酸塩／ホスホネート／亜鉛＋分散剤ポリマー | 混合プログラム | 現実的な答え、水質とサイクルに合わせて調整 |
パターン：黄色金属にはアゾール、炭素鋼にはアノードまたはカソード抑制剤、スケールと鋼皮膜にはホスホネート、そしてそれらを取り囲む分散剤と殺生物剤。
従来の化学的手法：クロム酸塩と亜硝酸塩
古い冷却プログラムはクロム酸塩と亜硝酸塩に依存しており、現場では今でも両方に遭遇するため、業界が移行した理由を知っておくと役立ちます。
クロム酸塩 は数十年にわたり優れた低コストのアノード制御を提供し、モリブデン酸塩が今でも比較される基準を確立しました。また、 六価クロム、Cr(VI)という既知の毒性物質を水およびブローダウンに導入しました。毒性と廃棄の理由から、開放型冷却システムからは概ね段階的に排除されており、水処理文献ではCr(VI)の毒性が認識された後、クロム酸塩からのほぼ全面的な移行が記述されています（上記のVeoliaハンドブック）。クロム化学に依存する前に、お住まいの管轄区域における現在の規制状況を確認してください。
亜硝酸塩 は鉄系金属に対する効果的なアノード抑制剤であり、今でも一部の 密閉 ループ、多くの場合ホウ酸塩緩衝で見られます。開放系での弱点は生物学的なものです。硝化細菌が亜硝酸塩を硝酸塩に酸化し、これが抑制剤を消費するとともに微生物の増殖を助長するため、開放系の亜硝酸塩プログラムには殺生物剤と綿密な監視が必要です。多くの開放循環システムは現在、代わりにアゾールを含むモリブデン酸塩、ホスホネート、亜鉛のブレンドを使用しています。
これは化学的手法が移行した理由の中立的な要約であり、規制上の判断ではありません。従来型か現代型かの決定はサイト固有のものとして扱い、現行の規則と排出許可に照らして確認してください。
添加と監視：クーポンで実証する
インヒビタープログラムの良し悪しは、それが維持する皮膜の質で決まり、その皮膜は金属表面で適切な残留濃度を保てるかにかかっています。プログラムを健全に保つのは2つの要素です。
残留濃度の管理。 各有効成分は目標値に合わせて添加され、それぞれの試験によって検証されます。銅皮膜にはアゾール残留濃度、鋼側にはモリブデン酸塩とホスホン酸塩の濃度が指標となります。フィードポンプがずれたりサイクルが変動すると皮膜が薄くなり腐食が加速するため、フィード制御と定期試験は製品選択と同じくらい重要です。
腐食クーポン。 システム金属（一般的には軟鋼と銅）の事前計量されたクーポンをバイパスラックに取り付け、流水に一定期間（通常30～90日）暴露した後、洗浄・再計量して、腐食速度として報告します。単位は ミル毎年（MPY）。一般的な現場基準として、軟鋼の速度は約3 MPY未満であれば通常許容範囲、1 MPY未満なら良好とされ、銅合金の速度は約0.5 MPY未満で許容範囲、0.2 MPY未満で良好とされます。平均速度だけでなく孔食にも注意してください。局所的な孔食は、全体のMPYが低く読み取れる場合でもチューブを急速に破損させることがあり、これはアノードインヒビターの過少添加が引き起こす破損形態です。
実用的な推奨事項：鋼と銅の両方を備えたクーポンラックを稼働させ、信頼できるフィード制御でインヒビター残留濃度を目標値に保ち、クーポンがMPYしきい値を超えて戻ってきたり孔食を示したときには、その都度プログラムを見直してください。
実際のプログラムは単一の化学物質ではなくブレンドである
冷却水またはプロセス水処理は単一のインヒビターではありません。一般的な開放循環プログラムでは、黄銅系金属用のアゾール、1～2種類の鋼用インヒビター（モリブデン酸塩、ホスホン酸塩、亜鉛）、分散ポリマー、殺生物剤を稼働させ、それらすべてをシステムが運転されるpH、硬度、アルカリ度、塩化物、温度、サイクルに合わせて調整します。適切な選択は冶金、水質、そしてプログラムの他の部分に依存します。ここに挙げた化学物質は構成要素ですが、プログラムはエンジニアリングであり、ご自身のシステムでの添加とクーポンによって確認されます。
腐食インヒビターの調達
RawSourceは、以下の用途向けに腐食インヒビターの構成要素を供給します 水処理 フォーミュレーターおよびエンドユーザー向け：黄銅系金属用アゾール（TTA, BTA, MBT), モリブデン酸ナトリウム 鋼側用、そして二機能性ホスホン酸塩（HEDP および PBTC）を、ドラム、IBC、バルクで、CoA文書付きで供給します。冶金、補給水の水質（硬度、塩化物、アルカリ度）、サイクル、殺生物剤の運用体制をお知らせいただき、ご自身のループで性能を評価するためのサンプルをご請求ください。プログラムの背景については、当社の 冷却塔水処理ガイド およびより広範な 水処理薬品ガイド.
よくある質問
腐食インヒビターとは何ですか？
腐食インヒビターとは、金属表面に薄い保護皮膜を維持することで金属が腐食する速度を遅らせるために、少量の濃度で水中に添加される化学物質です。冷却水およびプロセス水では、アノード、カソード、またはその両方で電気化学的腐食セルを遮断し、金属が時間の経過とともに失う材料をはるかに少なくします。
冷却水に最適な腐食インヒビターは何ですか？
冷却システムには通常複数の金属が含まれるため、単一の最適なものはありません。実用的な答えはブレンドです。銅と真鍮用にトリルトリアゾール（TTA）などのアゾール、加えて軟鋼用の鋼インヒビター（モリブデン酸塩、ホスホン酸塩、または亜鉛）を、水質とサイクルに合わせて調整し、腐食クーポンで確認します。
黄銅系金属腐食インヒビターとは何ですか？
黄銅系金属腐食インヒビターは、銅とその合金（真鍮、アドミラルティ真鍮、青銅、銅ニッケル）を保護します。標準的な化学物質はアゾール、すなわちトリルトリアゾール（TTA）、ベンゾトリアゾール（BTA）、メルカプトベンゾチアゾール（MBT）です。これらは銅表面に化学吸着して薄い皮膜を形成し、塩化物や硫酸塩の攻撃を遮断して銅の溶解を抑制します。これによりループ内の他の場所の鋼もガルバニック孔食から保護されます。
アノード型とカソード型の腐食インヒビターの違いは何ですか？
アノード型（不動態化）インヒビターは、金属が溶解するアノード部位に皮膜を形成し、モリブデン酸塩や従来のクロム酸塩・亜硝酸塩が含まれます。カソード型（沈殿）インヒビターは、酸素が還元されるカソード部位に皮膜を形成し、亜鉛が含まれます。アノード型インヒビターは経済的な添加量で強力に保護しますが、過少添加すると局所的な孔食を引き起こすことがあります。カソード型インヒビターはその孔食リスクを回避しますが、全体的な保護力は低くなります。そのためプログラムのブレンドでは両方を組み合わせます。
なぜクロム酸塩や亜硝酸塩のインヒビターは多くのシステムで置き換えられたのですか？
クロメートは優れた腐食制御を提供しましたが、認識された毒性物質である六価クロム（Cr(VI)）を導入したため、毒性および廃棄の観点から開放型冷却システムからはほぼ段階的に廃止されており、お客様のサイトの現行規制状況をご確認ください。亜硝酸塩は一部の閉ループ系では依然として使用されていますが、開放系では硝化細菌によって硝酸塩へ酸化され、抑制剤を消費するとともに微生物の増殖を助長します。現在、多くの開放系ではモリブデン酸塩、ホスホン酸塩、亜鉛のブレンドにアゾールを組み合わせて使用しており、mils per year（MPY）で報告される腐食クーポンで性能を検証しています。
編集上の注記。 本記事は、水処理、冷却水、およびプロセス水の専門家向けの一般的な技術ガイダンスです。適切な腐食抑制剤の化学組成、投与量、および残留目標値は、お客様固有の冶金、補給水化学、濃縮サイクル、温度、殺菌剤レジーム、および排出要件に依存し、腐食クーポンを含めてお客様自身のシステムで検証する必要があります。購入するグレードは分析証明書（Certificate of Analysis）に準拠します。クロメートや亜硝酸塩などの従来型化学物質の規制状況は、管轄区域や用途によって異なり、現行規則およびお客様の排出許可に照らして確認する必要があります。これらの化学物質のいくつかは腐食性またはその他の危険性があり、取り扱い前に現行の安全データシート（SDS）を確認し、適切なPPEを使用してください。製品は工業用および専門用途のみに販売され、別途指定および文書化されない限り、飲用水または飲料水処理用には提供されません。ここに記載された内容は、医療、健康、安全、または環境に関する主張ではありません。RawSourceは明示的または黙示的を問わずいかなる保証も行わず、本情報の使用について一切の責任を負いません。