地?zé)岚k電導(dǎo)入拡大研究開発地?zé)岚k電高度利用化技術(shù)開発発電設(shè)備利用率向上に向けたスケールモニタリングとＡＩ利活用に関する技術(shù)開発森康一郎九電産業(yè)（株）2023年2月2日2022年度成果報告會プログラムNo.16問い合わせ先九電産業(yè)株式會社環(huán)境部E-mail:

koichiro_mori@kyudensangyo.co.jp

TEL:

092-671-6091【委託先】九電産業(yè)（株）（國）九州大學(xué)九州電力（株）1/18（數(shù)日程度の）短期のスケールモニタリングから長期的なスケール生成を予測する技術(shù)を確立しよう?。保尘?目的２．実施期間開始：2021年10月終了（予定）：2026年

2月３．実施內(nèi)容?最終目標(biāo)①定量的スケールモニタリング法の確立②定量的スケールモニタリング法によるデータセットの収集③スケール生成予測を?qū)g現(xiàn)するAI利活用に関する研究開発④フィールドでの実証実験【最終目標(biāo)】地?zé)岚k電所におけるシステム利用率を10％～20％向上事業(yè)概要多くの地?zé)岚k電所では、スケールによる配管の閉塞や

還元井の飲み込み量低下が発生スケール抑制法はいくつかあるが、地域特性等によって効果が異なるため、完全な問題解決には至っていない。問題が顕在化したときには手遅れだが、スケール問題の短期的な評価が困難。2/18最終目標(biāo)のイメージ200000400000730スケール生成量365経過日數(shù)（日）対策C対策A対策D対策B無対策地?zé)岚k電所におけるシステム利用率を10％～20％向上?還元量減衰の低減?メンテナンスの適切な周期?バイナリーの熱交換効率

等定量的スケールモニタリング法により、データを取得スケール生成過程を予測600003/18背景?目的研究項目中間目標(biāo)最終目標(biāo)①定量的スケールモニタリング法の確立定量的スケールモニタリング法の標(biāo)準(zhǔn)化を完了熱水からのシリカスケール沈殿のケース（200條件以上）と、二相流および蒸気からのケース（20條件以上）で試験を?qū)g施シリカスケール生成予測を?qū)g現(xiàn)するＡＩの概要設(shè)計を完了500條件程度のAI入力データセットを取得スケール生成予測の結(jié)果を求める一連作業(yè)を可能とするアルゴリズムを作成実証実験により、システム利用率を10％～20％向上できることを明らかにする②定量的スケールモニタリング法によるデータセットの収集③スケール生成予測を?qū)g現(xiàn)するAI利活用に関する研究開発④フィールドでの実証実験（數(shù)日程度の）短期のスケールモニタリングから長期的なスケール生成を予測する技術(shù)を確立しよう！4/18実施內(nèi)容5/18【２０２１年度の目標(biāo)】①定量的スケールモニタリング法の確立②定量的スケールモニタリング法によるデータセットの収集定量的スケールモニタリング法項目採用理由熱水の水質(zhì)分析地域特性の把握熱水性狀データの取得ケイ酸の重合試験シリカスケール生成能の評価重合速度データの取得テストピース浸漬試験（短期）LA-ICP-MSとの組み合わせにより微量スケールの定量分析が可能テストピース浸漬試験（長期）ＡＩによるスケールの長期予測との整合性の評価◎各分析?試験の有効性の評価と試験法の標(biāo)準(zhǔn)化が必要テストピース浸漬試験（短期）【試験の流れ（現(xiàn)地試験～分析）】①金屬フレーム（架臺）にテストピースをセット②流れている熱水に金屬フレームを浸漬③一定時間経過ごとに1セットずつ回収④回収後すぐに水とエタノールで洗浄し、保管⑤テストピース表面の元素分析?SEM-EDX

（SEM像、元素マッピング）?LA-ICP-MS

（各元素の定量分析）浸漬時間：１～７２時間（1,

2,

3,

4,

5,

24,

48,

72時間）テストピースの材質(zhì)：Cu,SUS,Ti（約25mm四方）6/18テストピース浸漬試験（短期）【SEM-EDXによる分析】SEM像と元素マッピング畫像の取得（視覚的な情報）SEM像元素マッピング7/18?シリカスケール生成過程を視覚的に評価?EDXで半定量的な情報の取得（LA-ICP-MS分析のバックアップ的な位置づけ）テストピース浸漬試験（短期）【LA-ICP-MSによる分析】スケールレーザー照射金屬板表面ICP-MSに導(dǎo)元素レーザーをテストピース表面に照射し、微粒子化。微粒子は、キャリアガスによってICP-MSに運ばれ、元素ごとに定量分析。データの代表性確保のため、テストピース1枚につき2箇所で線分析。テストピース表面付著物量の取得（微量物質(zhì)にも対応、固體のまま分析可能）①分析60004000200000123ケイ素（Si）(日)(ppm)②分析結(jié)果の解析8/18テストピース浸漬試験（短期）短期のスケールモニタリング法として、テストピース浸漬試験を採用した。テストピース浸漬試験は、おもに長期試験に用いられるが、微量物質(zhì)（固體）の分析が可能なLA-ICP-MSと組み合わせることにより短期試験にも応用できる可能性。そこで、①テストピースの浸漬時間②テストピースの材質(zhì)③LA-ICP-MSの分析結(jié)果の代表性④LA-ICP-MSの分析項目から、シリカスケールの生成初期段階における當(dāng)試験法の有効性の評価および標(biāo)準(zhǔn)化を目指す?，F(xiàn)地試験

LA-ICP-MS分析スケールレーザー照射金屬板表面ICP-MSに導(dǎo)元素9/18八丁原発電所での試験概要10/18定量的スケールモニタリング法項目試験場所試験期間熱水の水質(zhì)分析八丁原発電所 生産井?H-32號井?H-36號井

計２か所2021年11月29日ー2021年12月4日ケイ酸の重合試験テストピース浸漬試験（短期）テストピース浸漬試験（長期）八丁原発電所 滯留槽?pH調(diào)整前?pH調(diào)整後2022年1月ー2022年4月暫定的な定量的スケールモニタリング法を?qū)g施し、有効性を評価八丁原発電所での試験結(jié)果（テストピース浸漬試験（短期））１．浸漬したテストピースの表面分析（SEM-EDX）?粒子が徐々に大きくなっている?ケイ素のマッピング（黃色）が徐々に濃くなっている短期のテストピース浸漬試験でも経時的なスケール付著狀況を確認(rèn)11/18２．浸漬したテストピースの表面分析（LA-ICP-MSによる定量分析

材質(zhì)：SUS）0100020003000400015濃度（ppm）2

3

4浸漬時間（時間）NaAlSiK0204060125濃度（ppm）3

4浸漬時間（時間）NaAlK浸漬時間の経過とともに、ケイ素（Si）をはじめ、多くの元素で付著量が増加（開始5時間では、各元素ともに一次関數(shù)的に上昇）當(dāng)試験法により、スケール生成初期段階の短期的かつ定量的なモニタリングに成功12/18八丁原発電所での試験結(jié)果（テストピース浸漬試験（短期））?一部、単純な増加傾向を示さないものもある?被膜の剝離（腐食による影響）テストピースの材質(zhì)は１種類に絞らず數(shù)種類を組み合わせて、腐食等による影響をカバーする必要がある03濃度（ppm）1

2浸漬時間（日）２．浸漬したテストピースの表面分析（LA-ICP-MSによる定量分析）Si400003000020000100000八丁原発電所での試験結(jié)果（テストピース浸漬試験（短期））13/18項目評価テストピースの浸漬時間3日間でもシリカスケールの生成初期段階のモニタリングに成功さらに長い期間で実施予定テストピースの材質(zhì)一部腐食の影響を受けたが、數(shù)種類を組み合わせることにより、相補的な結(jié)果が得られたLA-ICP-MSの分析結(jié)果の代表性3點分析を行い、結(jié)果を比較予定LA-ICP-MSの分析項目シリカスケール生成に関與すると考えられる元素は網(wǎng)羅できた14/18改善點や確認(rèn)事項はあるが、シリカスケールの生成初期段階を定量的にモニタリングできたため、當(dāng)試験法を短期のテストピース浸漬試験の標(biāo)準(zhǔn)的な方法として試験を?qū)g施する。八丁原発電所での試験結(jié)果（テストピース浸漬試験（短期））短期のテストピース浸漬試験の有効性を４つの項目で評価八丁原発電所での試験結(jié)果（テストピース浸漬試験（長期））【試験方法】?

熱水：八丁原滯留槽入口（pH無調(diào)整）、出口（pH=5程度に調(diào)整）?

テストピース材質(zhì)：チタン?

浸漬期間：

１～１４日（１日おき）、２８日、８３日?

実施時期：２０２２年１月～２０２２年４月?

テストピースを熱水に浸漬させ、上記期間経過後に回収し重量を測定八丁原発電所滯留槽0.60.50.40.30.20.1005

10経過日數(shù)（日）15付著量(g)pH無調(diào)整pH調(diào)整後チタン製テストピース15/18八丁原発電所での試験結(jié)果（テストピース浸漬試験（長期））806040200050経過日數(shù)（d）100付著量(g)八丁原2號滯留槽入口（pH無調(diào)整）21.510.500100付著量(g)50経過日數(shù)（d）八丁原2號滯留槽出口（pH調(diào)整後）數(shù)日程度の初期スケールの生成速度（直線的）から、數(shù)か月程度をみるとスケール生成速度が変化していく可能性。短期的なデータをもとに、ＡＩによる長期スケール予測を検証するため、長期のスケール生成速度、化學(xué)組成データの拡充も必要。入口（pH無調(diào)整）16/18出口（pH調(diào)整後）八丁原発電所での試験結(jié)果（熱水の水質(zhì)分析、ケイ酸の重合試験）ケイ酸濃度（ppm）ケイ酸濃度（ppm）Si-T

：全ケイ酸濃度

Si-M

：モノケイ酸濃度100080060040020000

30

60

90

120経過時間（分）100080060040020000

30

60

90

120経過時間（分）生産井ごとの熱水性狀や重合速度データを取得。今後、ＡＩを活用しながら必要な項目を選択予定。17/18目標(biāo)?成果?課題18/18目標(biāo)成果課題①定量的スケールモニタリング法の確立?LA-ICP-MSとの組み合わせにより、短期的なテストピース浸漬試験を?qū)g施し、シリカスケールの生成初期段階を定量的に評価?長期のテストピース浸漬試験により、バルクスケールの重量データを取得?浸漬時間の妥當(dāng)性?ＡＩに導(dǎo)入するデータの選択（熱水性狀、短期スケール、バルクスケール）?