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成果報告書詳細
管理番号20180000000259
タイトル平成26年度ー平成29年度成果報告書 地熱発電技術研究開発 地熱発電の導入拡大に資する革新的技術開発 地熱発電プラントのリスク評価・対策手法の研究開発(スケール/腐食等予測・対策管理)
公開日2018/6/28
報告書年度2017 - 2017
委託先名地熱技術開発株式会社 国立研究開発法人産業技術総合研究所 エヌケーケーシームレス鋼管株式会社
プロジェクト番号P13009
部署名新エネルギー部
和文要約件名:地熱発電技術研究開発/地熱発電の導入拡大に資する革新的技術開発/地熱発電プラントのリスク評価・対策手法の研究開発(スケール/腐食等予測・対策管理)

 地熱発電プラントの操業において、地熱流体に含まれる化学物質に起因する腐食・スケール付着による損傷事故のリスクを低減するための予測技術とデータベースによる事例検索に基づき、損傷事故の予測を行い、適正な対策方法を提示するリスク評価システム技術を確立することで、地熱発電の操業リスクを低減するための技術を確立することを目的とし、以下の開発成果を得た。

1. リスク評価システム開発
リスク評価システムフローを作成し、地熱発電プラントの腐食・スケールリスクを系統的に整理した。流体性状や地上での腐食・スケール状況をもとに、1) 腐食速度予測計算、2) スケール成長速度予測計算、3) pHー電位線図、4) 文献データベースをWEB上で検索可能なシステムを構築した。本事業で実施した実証試験(地上配管)ならびに強酸性調査井において当該システムを適用して、適切な評価が可能であることを検証した。

2. 腐食・侵食・スケール付着予測技術
坑井内あるいは地上配管内の二相流動現象と腐食および鉱物飽和度について、CFDシミュレータと地化学反応シミュレータによる連成計算を行うシステムを開発した。還元配管中のシリカ粒子について、物理計算に基づくスケール付着シミュレーションを開発し、室内実験ならびに実証試験で得られたスケール成長速度データに対して調和的な結果を得た。

3. 材料腐食およびスケールデータベースの整理
材料腐食、スケールについて、サンシャイン計画時のデータ再整理、海外動向調査、そして国内での酸性地熱生産井での現地試験および材料腐食予測式との比較検討を行った。材料腐食予測式の適用に当たっては、現地試験や室内実験で、腐食速度が時間に伴い減少傾向にあることから、時間依存性を考慮した上で適用するとともに、二相流の場合は気液の体積比を用いることで予測精度を高めることができる可能性があることが示された。

4. 材料選定の研究
地熱環境下で使用する材料を選定するための最初のステップとして、材料選定フローチャートを改良し提案した。さらに代表的な材料の腐食速度を求めるためにサンシャイン計画時の腐食データをベースに適用範囲に限界はあるものの腐食速度の予測式を作成した。これにより生産井等の長期間の使用に絶えられる材料の選定だけではなく、試掘井等の比較的短期間の使用に限定される材料の選定にも用いることができ、使用条件に応じたコスト的にも適切な材料選定に寄与できるものと考えられる。

5. プラントリスク評価システムのためのモニタリング技術の開発および実証試験
本開発では、現場で簡便に腐食速度の測定を可能にするフロー式ポータブル材料腐食試験設備、スケール付着状況を非接触で測定可能なγ線透過型管内閉塞率測定装置を開発した。開発した装置を用い、地熱発電所の単相流配管と二相流配管にて実証試験を実施した。試験結果より、材料表面における腐食・スケールのメカニズムについて様々な現象を確認することができ、腐食試験装置の実用化の目途を立てた。スケール付着については、還元配管および生産井二相配管での2年間の間に沈積したスケール付着状況、ならびにアルカリ中和に伴う不均質なスケール付着に対して測定を行った結果、開放点検時での確認で非常に良い一致を確認でき、技術の実用化の目途を立てた。
英文要約Title: As a contribution to R&D studies into geothermal power generation technology and/or a way to expand the introduction of geothermal power generation, innovative developments in both technology and R&D into assessments and countermeasures for geothermal power plant risks (i.e., prediction and countermeasure management of scale/corrosion, etc.)

It has provided the following development results. These results were achieved by predicting damage accidents based on prediction techniques, in order to reduce the risks of damage accidents stemming from corrosion and scaling due to chemical substances contained in geothermal fluids, and retrieving previous examples from databases. A risk assessment system technology was then established which presents appropriate countermeasures for geothermal power plant operations to establish technologies which reduce the operating risks of geothermal power generation.
1) Development of the Risk Assessment System
Corrosion and scaling risks at geothermal generation plants were systematically organized by creating a risk assessment system flow. Based on this, a system was built capable of online searches for (i) simulation of corrosion rate, (ii) simulation of scale growth rate, (iii) potential-pH diagrams, and (iv) bibliographic databases, created in Excel.
2) Prediction Technology for Corrosion, Erosion and Scale Deposition
A system was developed that calculates corrosion or saturation by linking chemical equilibrium simulation using a CFD simulator. Scale deposition simulation of silica particles in reinjected hot water pipes was also developed based on the physical simulation of particle motion.
3) Creation of a Material Corrosion and Scale Database
Results were collated from a more than 20-year material corrosion project at the time of the Sunshine Project, an overseas trend survey of recent corrosion and scale research studies.
4) Material Selection Research
The material selection flow chart was improved. To predict the corrosion rate, regression equations were created to determine the corrosion rate of major materials by extracting parts of the corrosion test results during the Sunshine Project. These formulas are thought to contribute to selecting an appropriate material for the usage conditions and costs as they can be used.
5) Development of Monitoring Technology for the Plant Risk Assessment System
We have developed a compact type of flow loop corrosion test equipment and a piece of γ-ray transmission pipe blockage measurement equipment capable of measuring scale deposition conditions without physical contact was also developed. We have confirmed several phenomena about corrosion and scaling mechanism on the surface of materials in the field test. Concerned about scale deposition measurement system, the measurement data was coincided with the actual condition of scale deposition in production well with pH adjustment.
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