第8回 冷却水使用のステンレス鋼製熱交換器で発生する応力腐食割れ（SCC）の発生条件と防止法について教えてください。
写真１、写真２および
第７回の講座でご紹介したように、冷却水環境からのステンレス鋼のSCCは、管と管板の「構造的なすきま部」や、管表面の「付着物下のすきま部」で発生する「すきま腐食を起点として粒内型応力腐食割れの発生する特徴」があります。
写真１．ステンレス鋼製熱交換器の管外面の浸透探傷結果
(シェル側通水の熱交換器、バッフル部近傍)
写真２．割れ発生部の断面金属顕微鏡写真
(すきま腐食を起点として粒内型応力腐食割れが発生)
この種のSCCは、以下の各項を満たす場合に発生します。
- ① SUS304、SUS304L、SUS316、SUS316L等のオーステナイト系ステンレス鋼
- ② 熱交換器のプロセス流体の入口温度が、50℃以上
（SUS316系の場合に、発生の下限界温度が100℃以上とする説もあるが明確でない） - ③ 冷却水中に、塩化物イオン（Cl－）を含む（一般的にCl－が数ppm以上と言われている）
以上の３項が、冷却水環境からSCC発生の必須の条件ですが、これら以外に以下の各項が、SCCの発生を加速します。
- ⅰ 冷却水をシェル側に流す（チューブ側に流す場合は発生しにくい）
- ⅱ 冷却水の細菌の活性が高い
- ⅲ 冷却水の流速が低い（一般的に0.3m/sec以下と言われている）
- ⅳ プロセス流体の温度がより高い
以上の4項目は、いずれもステンレス鋼のすきま腐食を加速する要因です。以上の①項から③項、およびⅰ項からⅳ項を、SCCの生じにくい方向に変えることが、その発生抑制に繋がります。以下では、それを設計段階、運転段階に分けて紹介します。
設計段階のSCC抑制策
- a 冷却水をチューブ内側に流す
- b 冷却水の流速を運転状態で、1 m/sec程度に高く取れるように、伝熱面積等を決める
- c SCCの発生可能性が高い（例えば温度が高く、冷却水をシェル側に流さざるを得ない）場合は、以下の材料面もしくは環境面の対応を取る
- (ア) 二相ステンレス鋼や高純度フェライト系ステンレス鋼などのSCCの生じにくい材料を選択する
- (イ) 冷却水として純水を採用する（例えば純水を閉ループで採用する）
運転段階のSCC抑制策
- d 以下の各項についての冷却水（開放循環系を想定）の管理を継続的に行う
- (ウ) 殺菌処理
- (エ) 塩化物イオン濃度、濁度、硬度等の水質
- e 冷却水の流速が、0.3 m/sec以上に維持されているか管理する
以上の各項について留意しても、冷却水側からステンレス鋼にSCCの発生する場合があります。このため、定期的に検査を行い、SCC発生の有無を検証することも重要です。
