水管ボイラーの損傷（過熱・クリープ・腐食・疲労）とその原因

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水管ボイラーは高温・高圧環境で運転されるため、過熱・クリープ・腐食・疲労といった損傷が発生することがあります。一級ボイラー技士試験の「ボイラーの取扱い」科目で頻出の内容です。損傷の種類・原因・防止策を整理して覚えましょう。

過熱による損傷

水管ボイラーの水管は高温の燃焼ガスにさらされるため、冷却不足が起きると過熱損傷が発生します。

水管の一部が局部的に過熱し、金属が軟化してボイラー内圧力によって外側に膨れる現象です。初期段階で発見できれば取替え修繕で対応できますが、放置すると破裂に至ります。定期検査時の目視確認が重要です。

クリープとは、金属が高温条件下で一定荷重を受け続けると、時間とともに少しずつ変形する現象です。

クリープ損傷は長時間かけて進行するため、定期検査で変形量を計測して管理することが重要です。

水管ボイラーの腐食は、発生場所によって缶内腐食（水面下）と外面腐食（燃焼ガス側）に分けられます。

溶存酸素による腐食：給水中の溶存酸素（O₂）が金属表面を酸化する。点食（ピッチング）が生じる。対策：脱気器による脱気・亜硫酸ナトリウム（Na₂SO₃）等の脱酸素剤添加
pH管理不良による腐食：缶水が酸性側に傾くと腐食が加速する。JIS B 8223に基づき適切なpH管理が必要
電気化学的腐食（異種金属腐食）：異なる金属が電解質（缶水）を介して接触すると電位差により腐食が進行する（ガルバニック腐食）

排ガス温度が硫酸露点温度（約120〜150℃）を下回ると、硫黄分を含む燃焼ガスから硫酸（H₂SO₄）が凝縮して節炭器・空気予熱器などの低温部を腐食します。

繰り返し応力（熱応力・圧力変動）が金属に加わることで発生する損傷です。

缶水中のカルシウム・マグネシウム塩が水管内面に析出してスケールを形成すると、熱伝導率が著しく低下します。