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冷却塔(クーリングタワー)で起きるスケール障害について

冷却塔(クーリングタワー)で起きるスケール(水あか・湯の華)障害

スケール障害はカルシウムやマグネシウム、シリカなどの固形物が冷却水中で結合し、配管や熱交換器に付着する問題です。スケールは、「水あか」「湯の華」とも呼ばれます。特に電気伝動率が高い地域やアルカリ性の高い水質では、スケールが発生しやすくなります。スケールにも種類があり、よく見られるのが、炭酸カルシウムスケールです。他に、ケイ酸マグネシウムのスケール、ケイ酸亜鉛のスケール、ケイ酸アルミニウムのスケールがあり、これらのスケールはシリカ系のスケールで非常に硬く、熱伝導率も極めて低いため、注意が必要です。この問題に対処するために、冷却水の頻繁な入れ替えが重要です。さらに、カルシウムやシリカの濃度を分析することで、スケールの原因(種類)を特定できます。

密閉式冷却塔(クーリングタワー)に付着したスケール

写真は、密閉式冷却塔(クーリングタワー)の冷却水が過剰濃縮の状態で使用し続けられて起きたスケール障害です。特に密閉式冷却塔でスケール障害が起きると内部の銅チューブにスケールが付着し中を流れる冷却水が冷えなくなるトラブルが起こります。スケール障害を防ぐには、普段からの水質管理がとても重要となります。

充填材がスケールで目詰まりしています。

内部の銅チューブにスケールが付着しており、中を流れる冷却水が冷えなくなっています。

充填材を分解し、叩き落したスケール屑です。

冷却塔(クーリングタワー)の充填材を再生させる清掃動画

スケール障害の防止や除去方法

冷却塔(クーリングタワー)で起きるスケール障害の防止や除去には以下の方法があります。

  1. 水質管理
    適切な水質管理を行うことでスケールの発生を抑えることができます。冷却塔の水質管理について、詳しくはこちらをご覧ください。
  2. スケール防止剤
    特定の水処理薬剤を使用してスケールの堆積を防ぐことができます。
  3. 定期的な清掃
    定期的な冷却塔(クーリングタワー)の清掃を行うことでスケールを除去することができます。
  4. 電解式スケール除去装置
    特定の装置を使用して電解的にスケールを除去する方法もあります。

以上の情報から、冷却塔(クーリングタワー)におけるスケールの発生原因と対策になります。適切なメンテナンスや水質管理、スケール防止剤の使用などが重要であり、スケールによる悪影響を最小限に抑えることが求められます。

カルシウム系スケール

一般的なスケール障害は、冷却水中のカルシウムイオンと炭酸水素イオンが結合して生成されるもので、冷却塔などの設備内でトラブルの原因となります。炭酸カルシウムスケールの発生しやすさは、Langelier飽和指数またはランゲリア指数という指標で評価されます。この指数が正の値を示す場合、スケール傾向が高まります。

炭酸カルシウムスケールが生成される条件

以下の条件に当てはまると炭酸カルシウムスケールが生成されやすくなります。

  • pHの値が高くアルカリ性の水質
  • 水に溶けている電解質が多く、電気伝導率が高い
  • 水温が高い
  • カルシウム、マグネシウムの硬度分が高い水質
  • 酸消費量(pH4.8)の濃度が高い

シリカ系スケール

スケールの中でも、とくに厄介なのが、シリカを主体としたケイ酸カルシウムや、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸アルミニウムなどのシリカスケールによる障害です。シリカはガラスの原料でもる物質ため、シリカ主体のスケールは硬質です。そのため、化学薬品で溶解しようとしても容易ではありません。そのため、スケール障害を起こさない水処理技術が必要になります。

シリカスケールを防ぐ方法

シリカ自体は、単体でスケール形成はしないと言われています。そのため、シリカ以外の物質を水から除去することで、シリカ系スケールを防ぐことができます。その一つが、水の軟水化です。軟水装置によって、硬度分(カルシウム、マグネシウム)を除去し、シリカと結びつく成分を除去する方法です。ボイラー設備では、スケール障害を防ぐために軟水は必須です。同じ方法で、冷却水でもシリカスケールを防ぐことができます。軟水以外では、水処理薬剤の添加によってスケールの結晶を破壊して結晶同士の結びつきを防止する方法があります。

冷却塔で使用する冷却水は、スケール対策をしないと様々なトラブルを引き起こしますので、水質管理はとても重要になります。

スケール障害についてよくあるご質問

冷却水のスケール障害を引き起こす条件は何か?

水中に含まれる電界質(カルシウム、マグネシウムなど)の濃度が高い(電気伝導率が高い)地域で使用される冷却塔(クーリングタワー)では、スケール障害が起きやすくなります。

水のpHがアルカリ性が高い場合、スケールがつきやすくなります。(pHが酸性が高い場合、腐食が起きやすくなります)

冷却水中のカルシウムやシリカの濃度が高い場合、スケール障害が起きやすくなります。

電気伝動率が高い地域ではスケール障害が発生しやすいのはなぜか?

電気伝動率が高い地域でスケール障害が発生しやすいのは 、 水中の電解質(カルシウム 、マグネシウムなど)が多く存在し、これらが結合して固形物(スケール)を形成しやすくなるからです 。

水のpHがアルカリ性の場合、スケール障害が起きやすくなるのはなぜか?

水のpHがアルカリ性の場合、スケール障害が起きやすくなる理由は、アルカリ性の水はカルシウムやマグネシウムの結晶化を促進し、これが配管や設備にスケールを形成しやすくするからです。一方で、水のpHが酸性の場合、腐食が起こりやすくなります。

スケール障害の対策としてどのような方法が効果的か?

スケール障害の対策として、水の頻繁な入れ替えが効果的です。また、電気伝動率や水質を調べ、必要に応じて軟水処理などの対策を検討することも重要です。

冷却水の水質管理で最も重要な要因は何ですか?

冷却水の水質管理で最も重要な要因はシリカです。シリカが冷却水中に存在する場合、スケールの形成が問題となり、その取り扱いには注意が必要です。

シリカが冷却水に含まれる場合、どのような問題が発生する可能性がありますか?

シリカが冷却水に含まれる場合、硬質のスケールが生成される問題が発生する可能性があります。

九州の水質におけるシリカの影響はどのように表れていますか?

九州の水質におけるシリカの影響は、 スケール障害が頻繁に起きることで表れます。特に九州地域の水ではシリカが多く含まれており、配管や熱交換器でスケールが形成されることが問題となっています。

シリカが冷却水の配管に付着した場合、どのようなトラブルが発生する可能性がありますか?

シリカが冷却水の配管に付着した場合、冷却水の流れが阻害され、熱効率が低下する可能性があります。

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