このガイドは、プラント設計者、調達エンジニア、運用チームに次の情報を提供します。体系的なデータ主導のフレームワーク-SWRO (海水逆浸透)、MSF (多段階フラッシュ)、MED (多効用蒸留)、ハイブリッド構成など、海水淡水化プラントの主要セクションごとに適切な材料を選択できます。-

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テクノロジー別の推奨材料
SWRO プラント:2205 デュプレックスそして2507 スーパーデュプレックス圧力側配管用-。 254 SMO または AL-6XN (高 Cl⁻ 濃縮ストリーム用)
MSF 火力発電所: 蒸発管および熱交換器用チタン グレード 2。重要なフィッティングには合金 625
MED プラント: 伝熱面にはチタン グレード 2。構造配管用 AL-6XN または 2507
海水摂取量 (すべてのプラント): ベースラインとして 2205 Duplex。攻撃的な場所の場合は 2507 にアップグレードしてください
熱交換器 (すべてのプラント): チューブにはチタン グレード 2 または 7。海水サービスにおける最高のライフサイクル価値 |
脱塩腐食チャレンジ
海水は単なる塩水ではありません。これは、塩化物、硫酸塩、重炭酸塩、溶存ガス(場所によっては酸素、CO₂、H₂S)、生物有機体、浮遊固体-を含む複雑な動的電解質であり、その温度範囲は-氷点近くの北極給水から MSF 蒸発器内の 120 度の塩水にまで及びます。これらの要因はいずれも材料の劣化に影響を与えます。
腐食メカニズムを理解することは、正しい材料選択への第一歩です。エンジニアが設計しなければならない主な脅威は次の 6 つです。

淡水化サービスにおける主な腐食メカニズム:
- 孔食: 不動態皮膜欠陥における塩化物イオンによって開始される局所的な攻撃。海水中でのステンレス鋼の最も一般的な破損モード。完全に海水に浸す場合は PRE > 40 を確保することで防止できます。
- 隙間腐食: 電解液の酸素が枯渇し、pH が低下する密閉空間 (ガスケット、フランジ、堆積物の下) で発生します。 - の孔食よりも深刻な場合は、さらに高い PRE または代替材料が必要です。
- 応力腐食割れ (SCC): 引張応力 + 塩化物環境 + 影響を受けやすい微細構造の組み合わせにより、突然の脆性破壊が発生します。オーステナイト系ステンレス鋼は、塩化物環境では約 60 度を超えると影響を受けやすくなります。
- 微生物誘発腐食(MIC): 硫酸塩{0}}還元細菌(SRB)と鉄-酸化細菌が表面に定着し、バイオフィルムの下に攻撃的な局所化学反応を引き起こします。非生物的塩化物の攻撃に耐性のあるグレードで孔食が発生する可能性があります。
- エロージョン-コロージョン: -高速の海水と浮遊物質は、再形成されるよりも早く不動態酸化膜を除去し、急速な金属損失を引き起こします。ポンプのインペラ、バルブ、エルボでは重要です。
- ガルバニック腐食: 2 つの異なる金属が海水 (強力な電解質) 中で電気的に接続されると、貴金属の低い金属が優先的に腐食します。バイメタル接合部では絶縁が不可欠です。-
海水環境パラメータ
材料の選択を成功させるには、サービス環境の徹底的な特性評価から始まります。以下の表は、海水淡水化プラントにおける海水とプロセスの流れの重要なパラメータと、それらの材料選択への影響を定義しています。
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パラメータ |
代表的な範囲/値 |
材料選定の重要性 |
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塩化物濃度 |
18,000~35,000 mg/L |
孔食と隙間腐食の主な原因。液浸サービスには PRE > 40 が必要です。 |
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温度(周囲温度) |
5 ~ 35 度 (41 ~ 95 度 F) |
温度が高くなると、すべての腐食メカニズムが加速されます。 |
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温度 (MSF/MED 塩水) |
最大 120 度 (248 度 F) |
ほとんどのオーステナイト系 SS を除去します。チタンまたは高ニッケル合金が必要です。- |
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pH |
7.9~8.3(海水) |
CO₂- が豊富な濃縮水の流れでは酸性になります。 6.0 ~ 6.5 まで低下する可能性があります。 |
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溶存酸素 (DO) |
5~9mg/L |
DO が高いと、均一な電解腐食が促進されます。 |
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生物付着の可能性 |
高 (MPN > 104/mL) |
微生物誘発腐食 (MIC) は重大なリスクです。 |
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スケーリング傾向(CaCO₃/CaSO₄) |
濃縮度が高い |
スケールは堆積物の隙間腐食を促進します。 |
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流速 |
0.5 ~ 3.5 m/s(代表値) |
低速→生物付着。高速→侵食-腐食。 |
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H₂S (一部の給水に含まれる) |
0~5mg/L |
影響を受けるストリームには NACE MR0175 への準拠が必要です。 |
出典: IDA (国際淡水化協会) 水セキュリティハンドブック。飲料水の水質に関する WHO ガイドライン- NACE SP0108; IEC60068シリーズ。
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主要なエンジニアリング概念: 孔食抵抗相当量 (PRE) PRE=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N この式は、塩化物を含む媒体における孔食と隙間腐食に対する耐性を予測します。- PRE < 25: 淡水または軽度の腐食性環境にのみ適しています。 PRE 25 ~ 35: 一般産業サービス。限定された海水への曝露のみ。 PRE 35–40: 海水孔食に対する良好な耐性。完全に浸るには限界です。 PRE > 40: 継続的な海水浸漬および脱塩濃縮ストリームに必要です。 PRE > 45: 優れた耐性。最も積極的な塩化物サービス向けに指定されています。 |
マテリアル ファミリ: 概要
海水淡水化プラントでは 4 つの主要な材料ファミリーが使用されます。それぞれに異なるパフォーマンスプロファイル、コスト構造、およびアプリケーションの範囲があります。最適なプラント設計では通常、各セクションの特定の需要に合わせて複数のファミリーの材料を組み合わせます。

オーステナイト系ステンレス鋼(316L、317L、904L、254SMO、AL-6XN)
Austenitic stainless steels are the most widely used metal family in desalination plants. They offer excellent weldability, good mechanical properties, a broad range of product forms, and well-understood fabrication characteristics. The lower-alloyed grades (316L, 317L) are cost-effective for mild service, while the 6% molybdenum super-austenitic grades (254 SMO, AL-6XN) bridge the performance gap between standard stainless steel and nickel alloys. All austenitic grades are susceptible to SCC in hot (>60 度) 塩化物溶液 - は熱淡水化サービスにおける重大な制限です
二相および超二相ステンレス鋼 (2205、2507、2304)
二相ステンレス鋼はデュアル オーステナイト-フェライト微細構造を組み合わせており、同等のオーステナイト グレードの約 2 倍の降伏強度を実現します。この強度上の利点により、より薄い壁とより軽い構造が可能になり、材料コストの高騰を部分的に相殺できます。また、フェライト相は、完全なオーステナイト グレードよりも本質的に優れた耐 SCC 性を提供します。グレード 2205 は SWRO プラントの主力製品です。 2507 スーパー デュプレックスは、高圧ポンプ本体、エネルギー回収装置、海中取水構造など、最高の強度と耐食性が必要とされる場所に指定されています。{6}}
ニッケル合金 (合金 625、C-276、合金 825)
ニッケル-基合金は、耐食性のトップクラスを占めます。合金 625 と C-276 は、海水淡水化サービスで遭遇する海水温度と塩化物濃度の全範囲にわたって、孔食、隙間腐食、SCC に対して効果的に影響を受けません。これらは、MSF プラントの熱交換器チューブ、塩水濃縮ラインのバルブ トリム、攻撃的な流れを扱うポンプ インペラ、故障によりプラントの停止が必要となるあらゆる場所など、最も重要でメンテナンスが難しいコンポーネントに対して指定されています。--コストが非常に高いため、対象を絞った高価値のアプリケーションに限定されます。
チタン(グレード 2、グレード 7)および非金属材料-
チタンは、世界中の海水熱交換器のベンチマーク素材です。その不動態酸化膜 (TiO₂) は塩化物環境において非常に安定しており、最大 260 度の温度で孔食、隙間、SCC を含むあらゆる形態の海水腐食 - - に対して基本的に耐性があります。ニッケル合金と比較して密度が低い (4.51 g/cm3) ため、重量面でも有利です。グレード 7 (Ti + 0.15% Pd) は、この保護を還元酸のある環境にも拡張します。 -非金属材料 - GRP (ガラス-強化プラスチック)、HDPE、FRP、PVC - は、金属の耐食性が要求されず、軽量化が優先される低圧配管、RO 圧力容器、生成水貯蔵庫などに広く使用されています。-
主要材料の化学組成
以下の表は、海水淡水化プラントの建設に使用される主要な金属材料の検証された公称化学組成と計算された PRE 値を示しています。 PRE は、初期の材料スクリーニングにとって最も重要な指標です。
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グレード/合金 |
Cr(%) |
ニッケル(%) |
Mo (%) |
N (%) |
プレ* |
重要な追加/メモ |
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316L SS |
16–18 |
10–14 |
2–3 |
- |
~24 |
最低摂氏-度;汎用オーステナイト系 |
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317L SS |
18–20 |
11–15 |
3–4 |
- |
~28 |
316Lよりも高いMo |
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2205 デュプレックス |
21–23 |
4.5–6.5 |
2.5–3.5 |
0.08–0.20 |
~35 |
デュプレックス。高強度+SCC耐性。 |
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254 SMO (S31254) |
20 |
18 |
6 |
0.18–0.22 |
~43 |
6Mo スーパー-オーステナイト系。海水グレード |
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2507 スーパーデュプレックス |
24–26 |
6–8 |
3–5 |
0.24–0.32 |
~42 |
最高のSS強度。 HPHT海中 |
|
AL-6XN (N08367) |
20–22 |
23.5–25.5 |
6–7 |
0.18–0.25 |
~47 |
6Mo + 高Ni。 254 SMO より優れている |
|
アロイ625 (N06625) |
20–23 |
58以上 |
8–10 |
- |
~51 |
Ni-塩基。濃縮食塩水 / HX |
|
合金 C-276 (N10276) |
14.5–16.5 |
57以上 |
15–17 |
- |
~73 |
極度の腐食。酸 + Cl⁻ |
|
チタングレー. 2 |
- |
- |
- |
- |
N/A |
純粋なTi;最高の耐海水性 |
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チタングレー. 7 |
- |
- |
- |
- |
N/A |
Ti + 0.15% Pd;優れた隙間耐性。 |
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デュプレックス 2304 |
21–24 |
3–5.5 |
0.05–0.6 |
0.05–0.20 |
~26 |
低-Mo二本鎖。低コストのオプション |
*PRE=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N (公称組成の中間点で計算)。継続的な海水浸漬には PRE > 40 が必要です。出典: ASTM A240、A790、B575、B443。 ASME SB-338;チタン:ASTM B265。
機械的特性の比較
機械的性能は、高圧 SWRO システム(55~82 bar で動作)や熱サイクルによって疲労負荷が生じる火力発電所では特に重要です。{0}二相グレードの強度上の利点により、多くの場合、より高い単価を部分的に相殺する肉厚の削減が可能になります。
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グレード/合金 |
引張(MPa) |
降伏量(MPa) |
伸長 (%) |
硬度 |
密度 (g/cm3) |
|
316L SS |
485–620 |
170–310 |
40以上 |
95 HRB 以下 |
7.98 |
|
317L SS |
515–690 |
205–310 |
35 以上 |
95 HRB 以下 |
8.00 |
|
2205 デュプレックス |
620–880 |
450–650 |
25 以上 |
31 HRC 以下 |
7.80 |
|
254SMO |
650–800 |
300–450 |
35 以上 |
96 HRB 以下 |
7.98 |
|
2507 スーパーデュプレックス |
795–900 |
550–650 |
15 以上 |
32 HRC 以下 |
7.80 |
|
AL-6XN |
690–800 |
310–380 |
30以上 |
96 HRB 以下 |
8.06 |
|
アロイ625 |
830–1100 |
414–690 |
30以上 |
25 HRC 以下 |
8.44 |
|
合金 C-276 |
690–790 |
283–380 |
40以上 |
100 HRB 以下 |
8.89 |
|
チタングレー. 2 |
345–515 |
276–450 |
20以上 |
80 HRB 以下 |
4.51 |
|
チタングレー. 7 |
345–515 |
276–450 |
20以上 |
80 HRB 以下 |
4.51 |
注: 値は、工場認定および ASTM 最小要件からの一般的な範囲を表しています。実際の特性は熱処理、製品形状、肉厚によって異なります。 ASTM B338 に基づくチタンの値。出典: ASTM A312、A790、B443、B574、B338。 ASM ハンドブック Vol. 2.
海水使用における耐食性
このマトリックスは、淡水化環境における 5 つの最も重要な故障モードにわたる定性的な耐食性評価を提供します。評価は、公開されている実験室試験データ、現場での実績記録、および材料科学文献に基づいています。
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グレード/合金 |
孔食 (Cl⁻) |
隙間補正 |
SCC耐性。 |
マイクレジスト。 |
侵食-腐食 |
|
316L SS |
適度 |
貧しい |
適度 |
適度 |
適度 |
|
317L SS |
良い |
適度 |
適度 |
適度 |
良い |
|
2205 デュプレックス |
素晴らしい |
良い |
素晴らしい |
良い |
素晴らしい |
|
254SMO |
優れた |
優れた |
良い |
良い |
優れた |
|
2507 スーパーデュプレックス |
優れた |
優れた |
素晴らしい |
良い |
優れた |
|
AL-6XN |
優れた |
優れた |
良い |
良い |
優れた |
|
アロイ625 |
並外れた |
並外れた |
並外れた |
素晴らしい |
並外れた |
|
合金 C-276 |
並外れた |
並外れた |
並外れた |
素晴らしい |
並外れた |
|
チタングレー. 2 |
並外れた |
良い |
並外れた |
素晴らしい |
良い |
|
チタングレー. 7 |
並外れた |
並外れた |
並外れた |
素晴らしい |
良い |
評価スケール: 中程度 < 良い < 優れた < 優れた < 優れた。評価は、典型的な海水淡水化条件下での性能を反映しています。オーステナイト系グレードの SCC 評価は、温度が 60 度未満であることを前提としています。 60 度を超えると、SCC リスクが大幅に増加します。出典: NACE TM0177、TM0284、ISO 15156;オウトクンプ腐食ハンドブック;スペシャルメタルズコーポレーションの技術情報。
工場部門別の材料選定
淡水化プラントは単一の腐食環境ではなく、-多数あります。塩分、温度、圧力、pH、速度、生物学的負荷はすべて、海水取水口から生産水排出口まで劇的に変化します。このセクションでは、プラントの主要セクションごとに具体的な材料の推奨事項を示します。
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プラントセクション/コンポーネント |
主に推奨される |
第二希望 |
主な脅威 |
重要な基準 |
|
海水取水スクリーンとバー |
2205 デュプレックス |
2507 |
生物付着、浸食、Cl⁻ |
ASTM A790 |
|
取水・供給管路(埋設) |
2205 デュプレックス |
316L+コーティング |
Cl⁻ 孔食、MIC、SCC |
ASTM A790、NACE SP0169 |
|
前処理濾過容器- |
316L / 2205 |
デュプレックス 2304 |
一般腐食、圧力 |
ASTM A312 |
|
RO圧力容器(ハウジング) |
GRP/316L |
2205 |
Cl⁻、高圧 |
ASME セクションVIII |
|
RO供給・濃縮配管 |
2205 / 254 SMO |
2507 |
高Cl⁻濃縮物 |
ASTM A312、A790 |
|
RO 高圧ポンプ- |
2507 / アロイ 625 |
デュプレックス 2205 |
エロージョン-腐食、キャビテーション |
ASME / API 610 |
|
エネルギー回収装置(ERD) |
2507 スーパーデュプレックス |
アロイ625 |
HPHT、エロージョン、Cl⁻ |
ISO13709 |
|
MSF蒸発管 |
チタングレー. 2 |
アロイ625 |
高温ブライン、スケーリング |
ASTM B338 |
|
MSFフラッシュチャンバー |
316L(裏地あり) / アロイ825 |
チタングレー. 2 |
熱塩水、Cl⁻、スケーリング |
ASTM B424 |
|
MED蒸発管 |
チタングレー. 2 |
AL-6XN |
熱Cl⁻ブライン、生物付着 |
ASTM B338 |
|
熱交換器チューブ |
チタンGr. 2 / 7 |
アロイ625 |
Cl⁻ 孔食、隙間 |
TEMA、ASTM B338 |
|
濃縮物排出配管 |
2507 / 254SMO |
AL-6XN |
エクストリーム Cl⁻ コンセントレート |
ASTM A312 |
|
化学薬品投与システム |
316L / アロイ C-276 |
904L |
酸 + 酸化剤の投与 |
ASTM A312、B574 |
|
製品貯水タンク |
304L/316L(裏地あり) |
GRP |
低-Cl⁺、低い腐食リスク |
AWWA D100 |
|
計装および制御チューブ |
316L / 2205 |
254SMO |
Cl⁻、振動、圧力 |
ASTM A269 |
注: GRP=ガラス-強化プラスチック; HDPE =高密度ポリエチレン。-。すべての金属の選択は、適切な溶接手順の認定と溶接後の検査を前提としています。-最終的な選択は、サイト固有の水の化学的性質を考慮する必要があります-。リストされている規格は主な参考資料です。管轄区域によっては追加の規定が適用される場合があります。
プロセステクノロジー選択ガイド
脱塩技術 - SWRO、MSF、MED、またはハイブリッド - は、材料選択戦略を基本的に形成します。以下に要約するように、動作温度、圧力、および流れの化学的性質はテクノロジーによって大きく異なります。
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プロセステクノロジー |
動作条件 |
好ましい材料 |
主な理由 |
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SWRO(海水RO) |
25〜82バール; 20〜45度;高Cl⁻ |
2205、2507、254SMO、AL-6XN |
高-PRE合金は濃縮Cl⁻に耐性があります |
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MSF (マルチステージ フラッシュ)- |
最大120度。熱塩水のリサイクル |
チタン Gr. 2、合金 625、316L |
熱安定性。耐スケール/耐塩水性 |
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MED (多目的蒸留) |
60〜70度;複数の効果 |
チタン Gr. 2、AL-6XN |
温かい塩水中での優れた HX パフォーマンス |
|
BWRO(汽水RO) |
10〜25バール;低いCl⁻ |
316L, 2205 |
低い Cl⁻ により費用対効果の高い SS が可能になります- |
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ハイブリッド SWRO+MSF / SWRO+MED |
サーマル + メンブレンの組み合わせ |
チタン、2507、合金 625 |
さまざまな需要に対応するクラス最高{0}{1}} |
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ED / EDR (電気透析) |
アンビエント;低圧 |
316L、2205、GRP |
低腐食膜環境- |
SWRO=海水逆浸透; MSF=マルチ-ステージ フラッシュ; MED=多目的蒸留-; BWRO=汽水 RO; ED/EDR=電気透析/逆転。 GRP=ガラス - 強化プラスチック。
詳細な材料分析
316L は、水関連用途におけるステンレス鋼選択の出発点です。- PRE が約 24 で、低-〜-塩化物環境-の製品水配水配管、非攻撃的な流れの計器管、-化学薬品投与スキッド構造、淡水または低-塩化物前処理セクション-に適切な耐食性を提供します。追加の腐食許容量がなければ、海水への直接浸漬、濃縮水流、または約 5,000 mg/L を超える塩化物濃度を扱うラインにはまったく適していません。ただし、SWRO プラントの内部生成水側では、水の-ミネラル含有量-が浸透するため、316L は依然としてコスト効率が高く、適切です-。
以下に適しています:生産水配管、淡水-側 HX 回路、化学薬品準備タンク、低-}Cl⁻ サービスでの機器接続。
次の用途には使用しないでください。海水供給ライン、RO 濃縮物、塩水排出、海水熱交換器、MSF/MED 塩水-サイド サービス。
グレード 2205 デュプレックス - SWRO バックボーン
グレード 2205 は、世界中で SWRO プラント建設用に最も広く指定されているステンレス鋼です。約 35 の PRE に、316L の 2 倍の降伏強度と中温海水での優れた耐 SCC 性を備えているため、海水供給配管、前処理容器、RO 高圧配管、およびプラント全体の一般構造用途に最適なコスト-選択肢となっています。- NACE MR0175 に基づいてサワーサービスの資格を取得できることは、供給水に H₂S が含まれるプラントにとってさらなる利点です. 2205。必要なすべての製品形態 - のシームレスおよび溶接パイプ、継手、フランジ、プレート、バー - を世界中で競争力のあるリードタイムと大規模な製造拠点で入手できます。
以下に適しています:海水供給配管(60 度以下)、RO 供給および濃縮配管、ポンプ ハウジング、前処理フィルター容器、吸気スクリーニング構造。-
温度制限:280度を超える温度で使用しないでください。長期の熱使用において 250 度を超えるシグマ相-脆化のリスクを監視します。-
溶接時の注意:位相バランスを維持するには、制御された入熱と正しい溶加材 (2209) が必要です。適切な手順の資格が不可欠です。

グレード 2507 スーパー デュプレックス - ハイ-パフォーマンス アップグレード
2507 は、2205 が用途の耐食性または強度の要求を満たすことができない場合に指定されます。 PRE が約 42、降伏強度が 550~650 MPa、孔食、隙間、SCC に対する優れた耐性を備えた 2507 は、SWRO エネルギー回収装置 (ERD)、高圧ポンプの内部構造、濃縮液排出マニホールド、および故障がコストと危険の両方を伴う場所に最適なグレードです。-優れた耐疲労性は、振動しやすいポンプやコンプレッサーのハウジングにも適しています。-故障によりプラントの完全な停止と複雑なコンポーネントの交換が必要となるアプリケーションでは、2205 を超える割増額が正当化されます。
以下に適しています:ERD、HP ポンプ本体とインペラ、濃縮物排出システム、深水取水構造、高速配管屈曲部。{0}}
254 SMO & AL-6XN - 6% Mo スーパーオーステナイトグレード
6% モリブデンを含むスーパー-オーステナイト材種は独特の地位を占めています。43 ~ 47 の PRE 値を実現し、超二相ステンレス鋼に近いかそれを超えていますが、その固有の利点であるオーステナイト微細構造を保持しています - 優れた延性、冷間加工の容易さ、二相材種よりも溶接手順が簡単です. 254 SMO (UNS S31254) および AL-6XN (UNS N08367) は、最も広く指定されている 2 つのグレードです。
AL-6XN の高いニッケル含有量 (24% 対 18%) により、還元酸環境での優れた耐性と耐 SCC 性が向上します。-どちらのグレードも、特に攻撃的な海水(暖かく、塩分濃度が高く、生物活性が高い)地域の海洋プラットフォームや淡水化プラントの海水配管システムに広く使用されています。-
以下に適しています:温暖/熱帯環境での海水配管、濃縮ヘッダー、化学薬品注入ライン、フランジ、二相溶接よりもオーステナイト溶接性が優先される継手。
チタン グレード 2 およびグレード 7 - 火力発電所の標準
MSF および MED の淡水化プラントの熱交換器チューブには、チタンが技術的に明確な選択です。グレード 2 (商業用純チタン) は、50 年以上にわたって海水熱交換器チューブの世界標準となっています。海水中でのその不動態は氷点付近から 260 度まで維持され、あらゆる熱淡水化プラントの動作範囲全体をカバーします。{4} TiO₂ 不動態皮膜は、機械的損傷を受けると即座に再形成され、海水の塩化物、溶存酸素、生物付着生物の影響を受けません。
グレード 7 は、パラジウムを添加することで、この保護を、淡水化プラントのメンテナンスにおける酸洗浄 (CIP) 用途に関連する酸性環境の低減に拡張します。--。チタンの低密度 (4.51 g/cm3) は大型熱交換器バンドルの自重を軽減し、浮体式 FPSO- ベースの淡水化用途において大きな利点となります。
以下に適しています:MSF 蒸発管、MED 伝熱面、凝縮器管、海水冷却器、海水または熱い塩水と接触するすべての熱交換器。
主な利点:熱交換器サービスの総ライフサイクル コストが最も低くなり、実質的に腐食メンテナンスが不要で、耐用年数 - 40+ 年になります。
アロイ 625 & C-276 - クリティカル サービス ニッケル合金
ニッケル合金は、他のすべてのオプションを評価しても不十分であることが判明した場合に指定される最後の防御線 - です。合金 625 (Mo が 8 ~ 10%、PRE ~ 51) および合金 C-276 (Mo が 15 ~ 17%、PRE ~ 73) は、海水淡水化サービスで遭遇するあらゆる条件下で海水腐食の影響を効果的に受けません。
これらは、高温の塩水濃縮物を扱うポンプ インペラやケーシング ライナー、積極的なサービスでのバルブ トリム、MSF フラッシュ チャンバーのノズルとスプレー ヘッダー、および検査、メンテナンス、交換が非常に困難または高価なコンポーネントに使用されます。標準的なステンレス鋼に比べて材料コストが 8 ~ 15 倍高いということは、故障によって不相応な損傷が生じる可能性があるコンポーネントを慎重に対象として使用されることを意味します。
以下に適しています:MSF フラッシュ チャンバー ノズル、ブライン ヒーター チューブ シート、HP ポンプ インペラ (高温ブライン サービス)、強力な濃縮ラインのバルブ トリム、スプラッシュ ゾーン コンポーネント。
ライフサイクルのコストと価値の分析
材料の選択はライフサイクルの決定であり、単価の決定ではありません。{0}}よくあるエンジニアリングの間違いは、検査、メンテナンス、清掃、修理、そして最終的には時期尚早な交換などの運用コスト (OPEX) を無視して、初期資本コスト (CAPEX) を最適化することです。 25 ~ 40 年の運転寿命を想定して設計された淡水化プラントでは、材料のライフサイクル全体の価値が経済的な最適性を決定します。
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グレード/合金 |
相対的な材料コスト |
予想耐用年数 |
メンテナンスの頻度 |
合計ライフサイクル価値 |
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316L SS |
低 (1×) |
10 ~ 15 歳 (穏やかな環境) |
高(年次検査) |
- の交換頻度が低い |
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2205 デュプレックス |
中 (1.6 ~ 2×) |
20~30年 |
適度 |
高い - の強力なコスト効率 |
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254SMO |
高 (3 ~ 4×) |
25~35歳 |
低い |
非常に高い - の長いサービス、低い OPEX |
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2507 スーパーデュプレックス |
高 (3.5 ~ 5×) |
30~40年 |
低い |
優れた - 海底および HPHT が正当化されました |
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AL-6XN |
高 (4 ~ 5×) |
30~40年 |
低い |
優れた - 高 -Cl⁻ 環境 |
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アロイ625 |
非常に高い (8 ~ 12×) |
40+年 |
非常に低い |
重要なサービスに最適 |
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合金 C-276 |
非常に高い (10 ~ 15×) |
40+年 |
非常に低い |
極度の酸 + Cl に対してのみ正当化⁻ |
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チタングレー. 2 |
高 (5 ~ 7×) |
40+年 |
非常に低い |
HX および火力発電所の最適なライフサイクル |
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チタングレー. 7 |
非常に高い (8 ~ 10×) |
40+年 |
ゼロに近い |
リスクの高い-隙間-サービスに最適 |
2024 ~ 2025 年の世界市場指数に基づく相対コスト。実際のコストは、地域、注文量、製品形態、市場状況によって異なります。推定耐用年数は目安であり、適切な設置、動作条件、メンテナンスによって異なります。寿命の見積もりは、使用環境に応じた適切なグレードの選択を前提としています。出典: MEPS インターナショナル; SMRグループ; IDA の淡水化コスト報告書。
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間違った材料選択の代償 - 実際の世界への影響-
海水供給サービスで 316L → 6 ~ 24 か月以内に孔食故障が発生。計画外のシャットダウン。パイプラインの完全な交換。 Austenitic SS in hot MSF brine (>60度)→SCC故障。 HX バンドルの交換。生産損失。 適切なコーティングが施されていない炭素鋼 → 1 ~ 2 年以内に広範囲の腐食が発生します。完全な交換が必要です。 絶縁なしのガルバニックペアリング → 陽極コンポーネントの腐食が加速。数か月以内に失敗。 低速セクションで MIC を無視する{{0} → 適切な勾配であっても、-壁の破損によりピットインする。- 経験則: 材料費を 10% 節約すると、3 か月のシャットダウンが発生し、コストは元の節約の 10 ~ 100 倍になります。 |
適用される規範、規格および規制
淡水化プラントのすべての材料選択は、適用される国際規格および国内規格に準拠する必要があります。以下の標準が主な参考資料です。
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規格・コード |
範囲と用途 |
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ASTM A312 / A790 |
シームレスおよび溶接されたオーステナイトおよび二相ステンレス鋼パイプ |
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ASTM B338 |
凝縮器および熱交換器用のシームレスおよび溶接されたチタンおよびチタン合金チューブ |
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ASTM B443 / B575 |
ニッケル-クロム-モリブデン合金の板、シート、ストリップ、継目無管(合金 625 / C-276) |
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NACE MR0175 / ISO 15156 |
H₂S- を含む環境で使用する材料(サービス コンプライアンス) |
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ネイス SP0108 |
保護コーティングによる海洋構造物の腐食制御 |
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ネイス SP0169 |
埋設または水没した金属配管の外部腐食の制御 |
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ASME B31.3 |
プロセス配管 - の設計、材料、製作、検査 |
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ASME セクション VIII ディビジョン. 1 & 2 |
圧力容器の設計と構造 |
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ISO 16484 / IDA規格 |
海水淡水化プラントの設計と運用要件 |
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TEMA規格 |
管状交換器製造者協会 - 熱交換器の設計 |
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飲料水の水質に関する WHO ガイドライン- |
製品の水質要件 |
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EN 10088 / ISO 15510 |
ステンレス鋼の化学成分と指定基準 |
このリストは代表的なものであり、すべてを網羅するものではありません。追加の国家基準、地方自治体の要件、プロジェクト仕様が適用される場合があります。該当するコードを常に関連する規制当局およびプロジェクト エンジニアリング チームに確認してください。
よくある質問 (FAQ)
Q1: 海水淡水化プラントの配管に最適な材質は何ですか?
それは特定のセクションとプロセス技術によって異なります。 SWRO プラントでは、グレード 2205 二相ステンレス鋼が-海水供給および RO 圧力側配管の業界標準のバックボーン材料-です。より高い-塩化物濃縮ストリームの場合は、2507 スーパーデュプレックスまたは 254 SMO が推奨されます。火力発電所 (MSF/MED) の場合、熱交換器チューブにはチタン グレード 2 が確立されており、構造配管には 2205 または 2507 が使用されます。
Q2: 316L ステンレス鋼は海水淡水化に使用できますか?
グレード 316L の PRE は約 24 ですが、直接海水に浸すには不十分です。海水淡水化プラントでは、316L は生成水配管 (低塩化物)、化学薬品調製システム、低塩化物サービスでの機器接続、および海水や濃縮塩水と接触しないセクションに適しています。{4}海水供給ライン、RO濃縮配管、海水と接触する熱交換器には絶対に使用しないでください。
Q3: 海水淡水化プラントの熱交換器にチタンが指定されているのはなぜですか?
チタンの TiO₂ 不動態皮膜は、基本的に 260 度までのあらゆる温度で海水孔食、隙間腐食、応力腐食割れの影響を受けません。これは、MSF および MED プラントの熱エンベロープを完全にカバーします。チタン グレード 2 チューブは、世界中の海水熱交換器で 40+ 年の耐用年数を実証しており、この重要な用途に対して可能な限り低い総ライフサイクル コストを実現します。チタンの海水腐食耐性と熱安定性の組み合わせに匹敵するステンレス鋼グレードはありません。
Q4: 海水淡水化プラントにおける応力腐食割れ (SCC) の原因と防止方法は何ですか?
海水淡水化プラントにおける SCC は、(1) 引張応力 (圧力、製造残留物、または熱サイクルによる)、(2) プロセス流体中の塩化物イオン、(3) 影響を受けやすい微細構造 -、通常は約 60 度を超える完全オーステナイト系ステンレス鋼の組み合わせによって発生します。防止戦略には、二相ステンレス鋼(フェライト相により本質的に耐 SCC- 性がある)を選択すること、高温海水/塩水用途にはチタンまたはニッケル合金を使用すること、-該当する場合には溶接後の応力緩和を指定すること、SCC- 安全温度閾値を超えるグレードの使用を避けることが含まれます。
Q5: 淡水化用スーパーデュプレックス 2205 と 2507 の違いは何ですか?
2205 の PRE は約 35、降伏強度は 450 ~ 650 MPa です。. 2507 の PRE は約 42、降伏強度は 550 ~ 650 MPa です。実際: 2205 は SWRO プラントの海水配管の大部分に標準的に選択されています。 2507 は、最高圧力、最高速度、最高-塩化物成分 - ERD、HP ポンプ内部、濃縮物排出マニホールド向けにアップグレードされています。 2507 の 2205 に対するコストプレミアムは約 50 ~ 80% です。
Q6: 生物付着 (MIC) は材料の選択にどのような影響を与えますか?
微生物誘発腐食 (MIC) が発生すると、非生物的塩化物腐食に対して耐性があるはずの合金に孔食が発生する可能性があります。バイオフィルムの下にある硫酸塩-還元細菌(SRB)は、局所的に嫌気性の酸性条件を作り出し、二相ステンレス鋼であっても不動態皮膜を破壊する可能性があります。管理戦略には、十分な流速 (1 m/s 以上) の維持、定期的な塩素処理または殺生剤の投与、低速-デッドレッグには高 PRE 合金を選択する、-最も影響を受けやすい箇所にはチタンまたはニッケル合金を使用するなどがあります。-
Q7: RO圧力容器にはどのような材質が使われていますか?
RO 圧力容器 (膜ハウジング) は、主にガラス-強化プラスチック (GRP) またはフィラメント-繊維-強化ポリマー (FRP) で作られています。これらの非金属材料は、海水に対する優れた耐性を備え、電気腐食の危険がなく、金属製の代替材料よりも大幅に軽量です。エンドキャップ、伸縮防止装置、相互接続マニホールドは通常 316L ステンレス鋼で、高圧供給マニホールドと濃縮ヘッダーには 2205 または 2507 が使用されます。-
Q8: 電気腐食は海水淡水化プラントにおける懸念事項ですか?
はい、- 海水は、接触している 2 つの異なる金属を効果的に結合させる、導電性の高い電解質です。異なる金属または合金が結合される場合は、海水中のガルバニック系列を必ず検討する必要があります。重要なルール: 配管システムでは常にチタンをステンレス鋼から隔離してください (非金属ガスケットと誘電継手を使用してください)。-陰極防食なしで炭素鋼 (非常に活性) をステンレス鋼 (貴金属) に接続することは避けてください。また、水中または湿った環境でのバイメタル接触を-設計する必要があります。-
デザイナーのための材料選択チェックリスト
淡水化プラントのコンポーネントの材料仕様を最終決定する前に、このチェックリストを体系的なスクリーニング ツールとして使用してください。
-ステップごとの-材料選択プロセス:
環境を定義します。塩化物濃度、温度、圧力、pH、流速、生物活性、H₂S または CO₂ の存在。
必要な PRE を計算します。< 35 ppm Cl⁻: PRE > 25 acceptable. Seawater (< 35,000 ppm): PRE > 40 required. Concentrate streams: PRE > 42 recommended.
温度制限を確認します。塩化物で 60 度を超える → オーステナイト SS を除去します。二相合金、チタン、またはニッケル合金を選択します。 280 度を超える → 二重を排除します。チタンまたはニッケル合金を使用します。
NACE MR0175 への準拠を確認します。H2S 分圧 > 0.0003 MPa (0.05 psi) のストリームに必要です。 ISO 15156-3 のグレード準拠表を確認してください。
速度/侵食リスクを評価する:海水中で 3 m/s を超える場合 → ポンプとバルブの内部およびすべてのエルボには、より高い PRE グレードまたはチタンを指定してください。-
MIC リスクを評価する:低速のデッドレッグ、ピグされていないセクション、停滞ゾーン → PRE を最低 5 ポイントアップグレードするか、チタン / ニッケル合金を使用します。
ガルバニック互換性を確認します。すべてのバイメタル インターフェースを特定します。-海水ガルバニックシリーズで電位差が 250 mV を超える場合は、絶縁継手を指定してください。
ライフサイクルコスト分析を実施します。上位 2 ~ 3 の候補材料について、25 年間の総コスト (メンテナンス、交換、生産損失を含む CAPEX + OPEX) を比較します。
供給と製造を確認します。選択したグレードが必要な製品形式、サイズ、数量で入手可能かどうかを確認します。溶接手順については地元の製造業者の資格を確認してください。
腐食工学のレビューを取得します。海水浸漬または高温ブラインサービス用のすべての材料選択は、最終仕様の前に資格のある腐食エンジニアによって検討される必要があります。{0}
結論
海水淡水化プラントの材料の選択は、体系的な思考、データに基づいた分析、長期的な視点が重視される分野です。-現在入手可能な材料 - は、2205 二相ステンレス鋼からチタンおよびニッケル合金まで - で、あらゆる脱塩技術のあらゆるセクションに完全なエンジニアリング ソリューションを提供します。重要なのは、適切な材料を適切な使用条件に適合させることです。
パターンは明らかです。設計段階で材料仕様をアップグレードする方が、プラントの稼働後に故障したコンポーネントを交換するよりもほとんどの場合安価です。キログラムあたりのコストが 2 倍ですが、寿命が 3 倍長く、メンテナンス費用が 4 分の 1 であるグレードは、常に経済的な選択肢として優れています。-課題は、初期設備投資を最小限に抑えることに重点を置いているプロジェクトの関係者にこれを明確に伝えることです。
このガイドは、これらの議論を自信を持って行うための技術的基盤を提供します。データは明確です。海水淡水化では、適切な材料仕様はコストではありません。-これは、プラント設計者が行うことができる最も重要なパフォーマンスへの投資です。
参考文献と規格
ASTM A312 / A790 / A240 - ステンレス鋼管、板およびシートの標準規格
ASTM B338 - シームレスおよび溶接チタンおよびチタン合金チューブの標準仕様
ASTM B443 / B575 / B574 - ニッケル合金の板、シートおよびパイプ (合金 625 / C-276)
NACE MR0175 / ISO 15156 - 石油およびガス生産における H₂S- 含有環境で使用する材料
NACE SP0108 - 保護コーティングによる海洋構造物の腐食防止
NACE SP0169 - 地下または水没した金属配管システムの外部腐食の制御
ASME B31.3 - プロセス配管設計コード
ASME ボイラーおよび圧力容器規定、セクション VIII
オウトクンプ腐食ハンドブック、第 11 版
IDA (国際淡水化協会) - 淡水化年鑑 2024–2025
WHO - 飲料水の品質に関するガイドライン-、第 4 版(2017 年、2022 年更新)
ASM インターナショナル - ASM ハンドブック、第 13 巻 B: 腐食: 材料
Special Metals Corporation - 合金 625 および C-276 に関する技術速報
熱交換器設計のための TEMA 規格
チタン情報グループ - 淡水化におけるチタン: 技術ガイダンス ノート TIG No. 12
この文書は、情報提供および参照のみを目的として金属業界の専門家によって作成されています。
海水淡水化プラントのプロジェクトの材料選択を最終決定する前に、必ず資格のある腐食エンジニアに依頼し、現在適用される規格を参照してください。
