はじめに

火力・原子力発電所における電気伝導率

火力・原子力発電所では、水中の電解質濃度の指標として電気伝導率を測定しています。火力発電所のボイラ水中に含まれる電解質には、水由来のH⁺、HO^-、水質調整剤由来のNH⁴⁺、N₂H₅⁺、不純物のNa⁺、Ca²⁺、Cl^-などが挙げられます。
揮発性処理を行っているプラントでは、水中の微量な塩類を検出するために、強酸性陽イオン交換樹脂を通過させた後の電気伝導率を測定します。強酸性陽イオン交換樹脂を通過させると、Na⁺、Ca²⁺、NH⁴⁺、N₂H₅⁺などの陽イオンはH⁺に交換されます。H⁺はNa⁺やCa²⁺と比較して極限モル伝導率が大きいため、塩類の検出感度が増幅されます。また、水質調整剤由来であるNH⁴⁺、N₂H₅⁺などはH+に交換されてH₂Oとなります。
その結果、水中の微量な不純物を感度良く測定することができます。

従来の陽イオン交換方法

一般的に、陽イオンを除去する際はイオン交換樹脂が用いられます。ところが、復水中にはNH⁴⁺、N₂H₅⁺が多く含まれるため、イオン交換樹脂の消費量が多くなります。そのため、樹脂の交換や再生等の保守に手間が必要でした。

当社開発品：電気式カチオン交換器

そこで、当社は、保守低減を目的として「電気式カチオン交換器」を開発しました。
電気式カチオン交換器とは、カチオン交換膜を用いて陽イオンを移動させることにより、サンプル水中から陽イオンを除去する計器です。膜を用いて陽イオンを通過させる方式なので、樹脂のように消費しない点が特長です。

また、発電所にて「電気式カチオン交換器」の実缶試験を実施した結果、現状の樹脂筒方式と同等以上の性能を確認しています。

装置の仕様

装置の特長

• カチオン交換膜は陽イオンを透過させる膜であるため、再生が不要です。
• フィルターの交換、膜の交換頻度が少ないためメンテナンス時間の低減が可能です。
  （交換頻度は水質によります）
• 外部からの装置起動、警報リセットのリモート運転が可能です。
• 警報により装置動作状況を確認できます。

装置の性能試験

電気式カチオン交換器の性能試験結果を図3、図4に示します。 火力プラントの通常時サンプルを模擬し、1mg/lのアンモニア水をカチオン交換器に通水したときの、セルの出入口導電率を計測した結果を図3に示します。セル出口の導電率はアンモニア添加前後で変化がなく、純水の導電率に近い値となり、陽イオンであるアンモニアが除去されていることが明確です。
さらに、海水漏洩が発生した場合を模擬し、1および5mg/lのＮaClを注入したときのデータを図4に示します。セル出口導電率は、セル入口導電率より感度良く、ＮaClの注入を検出しています。