JP2000171386A

JP2000171386A - 腐食センサ

Info

Publication number: JP2000171386A
Application number: JP10348959A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamauchi; 博史山内; Masanori Sakai; 政則酒井; Ryuji Watanabe; 隆二渡辺; Jiro Kuniya; 治郎国谷
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-12-08
Filing date: 1998-12-08
Publication date: 2000-06-23

Abstract

(57)【要約】【課題】高温高圧環境に耐え、構造材料の全面腐食、
孔食、すき間腐食、粒界腐食などの局部腐食による材料
の貫通を検出できる腐食センサを提供する。【解決手段】密封された内室４を有する被試験体１
と、内室の圧力を測定する圧力計３とを備え、内室４は
外界との間に圧力差を生じるように気体及び／又は液体
を充填する。被試験体１は少なくとも一箇所に他の部位
より肉厚の薄い薄肉部を有し、薄肉部は肉厚が０．０１
ｍｍ以上のとき外界と内室との間の圧力差で発生する応
力が前記薄肉部を構成する材料の降伏応力あるいは耐力
より小さくなる構造を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、腐食を監視する腐
食センサに関し、特に発電プラント、化学プラント、超
臨界水廃物処理プラントなどの高温高圧環境下での腐食
を監視する腐食センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】腐食による機器の不具合を回避すること
は機器の信頼性、安全性を維持し、さらには経済性を確
保する上で重要である。そのためには常に機器の腐食状
態を把握し、腐食による不具合の発生を予期することが
必要である。腐食は材料と環境の相互作用によって変化
し、また、複雑な現象が絡み合って発生するため、理論
的に腐食状況を予測することは困難である。したがっ
て、機器が置かれている環境に腐食センサを設置し、現
在進行しつつある腐食を常時監視する手段が多用され
る。

【０００３】腐食センサは、旧来より多くの原理に基づ
いたものが開発されている。例えば、ワイヤ状の試験体
が腐食減肉することにより増加する電気抵抗を監視して
腐食を検出する特開平５−１１８２０４号公報、弾性波
を入力し、その反射波を解析することにより腐食の有無
を判断する特開平６−１３８１０２号公報、検知部の水
分あるいはキャパシタンスを検知する特開平７−５０８
０号公報、サーモグラフィーモニタによって管外面の温
度差を検知して減肉部を検出する特開平７−２１８４５
９号公報、圧力計を備えた容器内に媒体を充填し、腐食
により破裂したときに圧力変化をとらえる特開平７−２
４８２９１号公報及び特開平８−１５１１２号公報、膜
厚の異なる複数の金属薄膜の腐食による色変化から判断
する特開平１０−９０１６５号公報などがある。この
他、交流インピーダンス法、直線分極法、腐食電位や電
流値のノイズ解析法など、腐食速度あるいは腐食の発生
を直接とらえることができる電気化学的な手段を利用す
るものもある。

【０００４】さらに、単純かつ低コストで腐食発生を検
知する手段として、特開昭５５−６５１３７号公報や特
開平８−１５１１２号公報にあるように密閉容器及びこ
の容器の内部の圧力を測定する圧力計からなる腐食検出
機構がある。これらの機構は、密閉容器内の圧力と外界
との圧力に差を設けておくことにより、腐食により密閉
容器が貫通した際、密閉容器に接続されている圧力計の
指示値が変化するので腐食発生を検知できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】昨今の機器の使用環境
は省エネなど効率向上のために高温、高圧環境で使用さ
れることが多くなってきている。また、新たに超臨界水
廃棄物処理プラントなど、従来にないシステムが採用さ
れ、環境の過酷化が一層進む傾向にある。さらにコスト
低減も重要視されている。

【０００６】上記した従来の手法は電子機器、有機絶縁
体などを使用しているため、高温高圧下での使用が困難
である。また、コストも大きい。この点からすると、密
封した容器に圧力計を設置し、腐食貫通により圧力計指
示値の変化から腐食発生を知る特開昭５５−６５１３７
号公報や特開平８−１５１１２号公報に記載された腐食
検出機構は、高温高圧下での使用に耐える構造を有し、
コスト的にも有利である。しかし、特開昭５５−６５１
３７号公報は腐食が均一に進行した場合、特開平８−１
５１１２号公報は腐食の進行により肉厚が減少したとき
に、外界との圧力差により腐食貫通する前に機械的破壊
が生じる可能性があり、正確な腐食検知が困難である。
さらに、両者は全面腐食あるいはＳＣＣによる割れ発生
の検出に限っており、その他異種金属腐食、すき間腐食
等、種々ある腐食モードを検出することが難しい。

【０００７】本発明の目的は、高温高圧に耐え、さらに
全面腐食、異種金属腐食のほか、孔食、すき間腐食、粒
界腐食などの局部腐食による材料の貫通をとらえ、さら
に腐食速度、減肉速度の情報を得ることのできる低コス
トな腐食センサを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による腐食センサ
は、密封された内室を有する被試験体と、内室の圧力を
測定する圧力計測部とを備える腐食センサであって、内
室は外界との間に圧力差を生じるように気体及び／又は
液体が充填され、被試験体は少なくとも一箇所に他の部
位より肉厚の薄い薄肉部を有し、薄肉部は肉厚が０．０
１ｍｍ以上のとき外界と内室との間の圧力差で発生する
応力が前記薄肉部を構成する材料の降伏応力あるいは耐
力より小さくなる構造を有することを特徴とする。肉厚
が０．０１ｍｍ以上のとき外界と内室との間の圧力差で
発生する応力が前記薄肉部を構成する材料の降伏応力あ
るいは耐力より小さくなる構造の例としては、例えば薄
肉部近傍での内室の直径が薄肉部の肉厚より小さい構
造、あるいは内室側から被試験体に小口径の有底孔又は
針状もしくは円錐状の孔を設けることで被試験体に薄肉
部を形成した構造を挙げることができる。

【０００９】薄肉部の肉厚さが既知であれば、腐食セン
サを対象環境に曝してから貫通に至るまでの時間で薄肉
部の肉厚を除することによって腐食減肉速度を知ること
ができる。材料が腐食すると、金属であれば金属部が減
肉し、腐食生成物が生じる。さらに腐食が進行すると、
板状の材料は貫通に至る。このとき材料が二つの環境を
隔離するために使用されているものであれは腐食孔を通
じて両環境の流体の往来が生じる。本発明の腐食センサ
はこの作用を利用したものである。

【００１０】腐食するおそれのある材料、あるいは腐食
状況を監視したい材料と同質の組成で構成される被試験
体を用意し、この中に内室を作成する。被試験体には内
室の圧力を計測するための圧力計を接続し、内室を任意
の圧力で密封して外界との流通が妨げられる構造とす
る。被試験体の一部には、肉厚が他の部位より薄い薄肉
部を設けておく。

【００１１】この腐食センサを、腐食状況を監視したい
環境に設置すると、腐食により被試験体は時間とともに
次第に減肉する。さらに腐食が進行すると、被試験体の
中で肉厚の薄い薄肉部がまず最初に腐食貫通し、この貫
通部を介して、外界の圧力が内室より高ければ外界の流
体が内室へ侵入し、逆に外界の圧力が内室より低ければ
内室の流体が外界へ放出される。この流体の移動に伴
い、内室の圧力が変化し、最終的には外界の圧力と同圧
となる。この圧力の変化を検知することによって腐食を
検出することができる。内室から被試験体の外表面まで
の最短の肉厚を例えば機器の腐食しろと同一にすれば、
内室の圧力が変化した時点で機器が寿命であることを知
ることが可能となる。

【００１２】ここで、腐食進行に伴う薄肉部の薄層化に
よる機械的破壊を考慮する必要がある。被試験体の薄肉
部が腐食貫通する直前では、その肉厚は非常に薄くなる
ので、内室と外界との圧力差が大きいと薄肉部は機械的
に破壊し、腐食検知を正確に評価できなくなる。通常、
減肉量を評価するために必要な精度は０．０１ｍｍ以下
であるので、薄肉部の最小肉厚が０．０１ｍｍ以上で機
械的に破壊しない必要がある。周辺固定された円板に対
し、均一な応力が負荷したときの最大応力σ_maxは次の
式で表される。

【００１３】σ_max＝±０．７５０ｐａ²／ｈ²（１）ここでｐは圧力、ａは円板の半径、ｈは板厚である。
（１）式によると内室と外界との圧力差が大きくなるほ
ど、円板の半径が大きくなるほど、あるいは板厚が小さ
くなるほど、円板に負荷される応力は大きくなる。円板
部が腐食減肉して板厚が薄くなると最大応力σ_maxが大
きくなるので、この最大応力σ_maxが円板の降伏応力あ
るいは耐力を越えると塑性変形し、さらに引っ張り強度
を越えると破壊すると考えられる。したがって、円板部
の幾何構造を肉厚が０．０１ｍｍ以上で降伏応力あるい
は耐力を越えないような構造とすることで、腐食による
板厚の薄層化による機械的破壊を避けることができる。

【００１４】なお、ここでいう降伏応力とは、応力・ひ
ずみの引張試験においてひずみに対し応力が直線的に増
加する弾性域の最高応力値（上降伏点）である。一方、
降伏点が明瞭でない材料では、代わりに耐力が用いら
れ、規定の永久のびに相当するのび軸線上の点から弾性
変形部分に平行線を引き、これが応力・ひずみ曲線と交
わる点が耐力である。詳細はＪＩＳハンドブック鉄鋼・
（１９９５）４４頁に記載されている。

【００１５】本発明の腐食センサは、また、内部に外界
の流体と異なる電気伝導率を有する媒体を充填して密封
された内室を有し、少なくとも一箇所に他の部位より肉
厚の薄い薄肉部を有する被試験体と、前記被試験体から
電気的に絶縁されて前記内室に挿入された少なくとも１
本の電極と、前記電極と前記被試験体との間あるいは複
数挿入された前記電極間の電気抵抗を測定する手段とを
備えることを特徴とする。

【００１６】電極が１本の場合は、被試験体が電気伝導
性を有する必要があり、このとき、被試験体と電極との
間で内室内にある流体の電気伝導率を測定する。電極が
２本以上の場合は電極間で電気伝導率を測定する。腐食
が発生し、被試験体の薄肉部で内室と外界とが貫通する
と、内室と外界の流体が互いに往来する。内室に充填し
ておく流体を外界の流体の電気伝導度と異なるものを選
ぶことにより、腐食による貫通の際、内室の電気伝導率
は変化する。これによって腐食を検知することが可能と
なる。この腐食センサは、外界と被試験体内部の圧力を
同等にすることができるので、腐食が進行し、被試験体
の肉厚が薄くなったときに、外界と内部との圧力差によ
る機械的破壊貫通を避けることができる。従って、外界
の圧力が非常に高い場合に有利である。

【００１７】本発明の腐食センサは、また、各々密封さ
れた複数の内室を有する被試験体と、各内室の圧力を測
定する圧力計測部とを備える腐食センサであって、各内
室は、該内室から被試験体表面までを最短距離で結ぶ薄
肉部の肉厚が各々異なるとともに外界との間に圧力差を
生じるように気体及び／又は液体が充填され、薄肉部は
肉厚が０．０１ｍｍ以上のとき外界と内室との間の圧力
差で発生する応力が薄肉部を構成する材料の降伏応力あ
るいは耐力より小さくなる構造を有することを特徴とす
る。

【００１８】この腐食センサは、被試験体に設けた複数
の内室から被試験体外表面までの最短の肉厚に種々の変
化をつけたものである。これによって被試験体のうち、
特定の部位を優先的に腐食貫通させることができる。ま
た、最短の肉厚部の厚さが既知であれば、腐食センサを
対象環境に曝してから貫通に至るまでの時間で肉厚を除
することによって腐食減肉速度を知ることができる。こ
の場合、複数の肉厚の異なる部位があるので、連続的に
腐食進行状況を知ることができ、また、ある一つが腐食
貫通してから次の一つが貫通するまでの時間と、肉厚の
差からその時々の腐食速度を知ることができる。

【００１９】本発明の腐食センサは、また、内室を有す
る被試験体と、被試験体の内室に連通する流体検出手段
とを備え、腐食により被試験体が貫通することによって
内室に流入した外界の流体を流体検出手段によって検出
することを特徴とする。内室を有する被試験体は、円筒
管やチューブのような形状としてもよい。この腐食セン
サは、腐食により被試験体のうち、肉厚の小さな部位が
先に腐食貫通する。外界の流体はこの貫通孔を通って被
試験体の内室から流体検出手段に達する。ここで流体検
知手段によって外界の流体を検知し、腐食が発生したこ
とを知らせる。また、被試験体内部の圧力を外界と同等
にすることができるので、腐食が進行し、被試験体の肉
厚が薄くなったときに、外界と被試験体内室との圧力差
による機械的破壊貫通を避けることができる。流体検出
の手段としては、例えば湿度、色（透過率、吸光度な
ど）、誘電率、熱伝導率、化学変化など任意のものを利
用することができる。

【００２０】本発明の腐食センサは、また、一側面に開
放する内室を有する本体と、内室の開放部を塞ぐように
前記側面に接触し外周に沿って本体と接合された開放部
より大きく本体より薄肉の平板からなる被試験体と、内
室の圧力を測定する圧力計測部とを備え、内室には外界
との間に圧力差を生じるように気体及び／又は液体が充
填されていることを特徴とする。

【００２１】この腐食センサは、任意の形の本体に少な
くとも１つ以上の貫通孔を開け、その一方の孔を圧力計
に接続し、さらにもう一方の孔を本体の肉厚より薄い肉
厚を有する被試験体平板で塞ぐ。この時、平板を本体に
接合する場所は平板の外周とする。これにより腐食検知
面は平板全体となり、腐食によって平板に形成された貫
通孔を通った外界からの流体は平板と被試験体とのすき
間を通って本体の内室に侵入し、圧力計の指示値を変化
させる。これにより広い面積で腐食を検知することがで
き、腐食検知能力が増す。また、平板の厚さは高精度で
加工することができるので腐食速度の測定精度も向上す
る。なお、内室を有する本体と平板は、同じ材料として
もよいし、異なる材料としてもよい。

【００２２】以上の腐食センサは、被試験体の外表面に
すき間を構成するための部材を追加して、すき間腐食に
よる減肉貫通を検出するように構成してもよい。すき間
腐食は、すき間の内面が優先的、集中的に進行する現象
で、腐食速度が大きい。腐食センサにすき間を設けるこ
とにより、この部分が優先的に腐食が進行し、貫通す
る。これによってすき間腐食による腐食減肉速度を求め
ることが可能になる。

【００２３】また、前述の流体検出手段を有する腐食セ
ンサにおいて、内室と流体検出手段を結ぶ管路中に保圧
弁を設け、内室の圧力を一定に保持するようにしてもよ
い。外界の圧力が高圧の場合、被試験体の腐食貫通によ
る外界流体の突発的な噴出を保圧弁で防止できる。保圧
弁の出口からは低圧となった流体が出てくるので、安全
に流体を検知することができる。

【００２４】また、前述の腐食センサにおいて内室の圧
力を調整する手段を備え、外界と前記内室との間の圧力
差を略一定に調整するようにしてもよい。内室の圧力を
調整する手段によって、外界と内室との圧力差を小さく
することで内室を有する被試験体の機械的破裂を防止す
ることができる。使用環境によっては被試験体の内室と
外界との圧力差が大きくなり、腐食減肉により材料の耐
圧強度が低下することがある。強度低下が進むと機械的
破壊により被試験体が破裂する。機械的破壊による外界
との貫通は腐食による貫通より早い時間で生じるため、
腐食速度の過大評価へつながるおそれがある。これを防
止するために内室の圧力を調整し、外界との圧力差を小
さくする。腐食貫通の検出は、内室の圧力が外界と同じ
になるか、あるいは圧力差を所定の値に維持しようとす
る圧力調整手段の動作状況により判断できる。

【００２５】また、被試験体の内室に気体及び／又は液
体を充填するかわりに、内室を真空排気してもよい。被
試験体の内室を真空にして外界との圧力差を大きく保つ
ことにより、腐食貫通時に外界の流体が内室へ侵入しや
すくなる。また、本発明によるプラントは、前述の腐食
センサを備え、腐食センサの信号をプラントの制御系に
導入し、腐食センサから腐食が発生した旨の信号が発せ
られたときに警報を発する、あるいはプラントの運転を
制御して負荷を減少させる、あるいは運転を中止するこ
とを特徴とする。

【００２６】このように、前述の腐食センサが圧力や電
気伝導率等のの変化を感知した場合、機械式接点により
電圧あるいは電位信号を発するなどの手段を用い、プラ
ントの警報を発する手段に接続することにより、腐食に
原因する事故を未然に防ぐことができる。あるいは、腐
食センサからの電気的信号をプラントが感知したとき
に、腐食環境が緩和されるような運転条件に自動的に制
御したり、腐食抑制剤を注入するなどの措置を講じるこ
とができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明による腐食センサ
の一つの実施の形態を表す断面図である。円筒状の被試
験体１には開口部が１カ所ある内室４が設けられ、開口
部には圧力計導入管２が溶接されている。圧力導入管２
を分岐し、その一端に内室４の圧力を調整するための流
体出入り口５が止め弁６を介して接続されている。ま
た、圧力導入管２は十分な耐圧性を備え、かつ被試験体
１より耐食性のよいものを選んである。圧力導入管２は
圧力計３に接続され、内室４は完全に密封されている。
被試験体１の開口部の反対側である底面を薄肉部３３と
し、この部位の肉厚を被試験体１の側筒部より薄くし、
腐食貫通が先に生じるような構造としてある。内室４に
は水あるいはアルゴン等が封入され、その圧力は、腐食
センサが使用される周囲の圧力（外界の圧力）より低く
調整してある。圧力計３は例えばブルドン式の圧力計
で、表示部には外界の圧力に到達したときに電気信号を
発する接点式の指示計を用いている。

【００２８】腐食が進行すると、被試験体１は表面から
中心方向に向かって次第に減肉する。被試験体１の側筒
部の肉厚をｂ、底面の薄肉部３３の肉厚をａとし、ｂ＞
ａとしてあるので、腐食が更に進行すると、被試験体１
の底面の薄肉部３３の肉厚が減少し、ついには外界と内
室４とが貫通する。この時、内室４の圧力は外界より低
いので、外界の流体が薄肉部３３に開いた貫通孔を通っ
て内室４へ侵入する。また、同時に圧力計３は外界の圧
力を示し、電気信号を発する。

【００２９】以上のように、腐食貫通によって腐食が進
行していることを本腐食センサにより知ることができ
る。さらに、腐食センサを設置してから、圧力計３が電
気信号を発するまでの時間をｔとすると、平均的な腐食
速度は被試験体１の底面の肉厚ａをｔで除することによ
って得られる。腐食貫通により内室４内に充填されて
いる流体が貫通孔を通して外界へ拡散する。この充填流
体による外界への汚染を避けたい場合は、内室４内を真
空にすることで解決できる。

【００３０】高圧環境で使用する場合は、薄肉部として
例えば図２に示すような構造を採用することが望まし
い。これは、内室４と外界との圧力差が大きいと、肉厚
の薄い被試験体１底部の薄肉部３３が中心方向に陥没あ
るいは機械的破壊を生じることがあるためである。ま
た、その傾向は腐食減肉するに従って大きくなる。高圧
環境での機械的破壊を防ぐためには、内室４の薄肉部３
３の直径ｃ（内径）を極力小さくするか、あるいは被試
験体１の底部の近いところに内径の小さい孔を追設する
か、あるいはこの孔の先端を針状にすることによってあ
る程度解決できる。

【００３１】図２（Ａ）は、被試験体１の内室４の内径
を底部の薄肉部３３の肉厚より小さくした場合である。
例えば、内室４と外界との圧力差を３０ＭＰａ、肉厚を
１ｍｍ、薄肉部３３の直径ｃを０．５ｍｍとし、被試験
体１の機械的性質として、縦弾性係数を２０００００Ｍ
Ｐａ、耐力を２００ＭＰａとすると、底部の薄肉部３３
へ付加される最大応力は（１）式より１．４ＭＰａであ
る。この時の最大たわみも１×１０^-7ｍｍとなり、ほと
んど無視できる大きさとなる。しかし、腐食が進行し、
肉厚が減少すると、底部は弾性変形、あるいは塑性変形
を受けるため、最大応力も大きくなる。肉厚が腐食によ
り減少し０．０８３ｍｍに達すると、最大応力は２０７
ＭＰａとなる。この値は耐力を超えているため、機械的
破壊が生じる可能性がある。したがって、この場合の検
出限界は０．０８３ｍｍとなり、精度は０．０８３ｍｍ
／１ｍｍ＝８．３％となる。内室４の薄肉部３３の直径
ｃ（内径ｃ）を更に小さくすればこれらは改善できる
が、これは加工精度に依存する。

【００３２】ここで、腐食減肉を精度よく評価するため
には検出限界を０．０１ｍｍとする必要がある。この一
つの方法として薄肉部３３の直径を０．００６ｍｍとす
れば、腐食により肉厚が０．０１ｍｍに達しても最大応
力は２００ＭＰａ以下なので、機械的破壊が生じなくな
る。図２（Ｂ）に示す構造は、基本的に図２（Ａ）と同
じであり、底面に近い部位に小口径の導入孔７を追加し
たものである。この構造により、図２（Ａ）の構造の場
合と同様に、高圧環境において機械的破壊を防止しなが
ら被試験体の腐食減肉を高精度に評価することができ
る。

【００３３】図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）に示した導入孔
７の先端を針状に加工し、耐圧能力を向上させ、塑性変
形を受けにくい形状とした例である。図２（Ｃ）に示す
構造を採用すると、図２（Ａ）や図２（Ｂ）に示した構
造よりも機械的破壊に対する耐性を高めて、検出限界及
び検出精度を向上させることが可能となる。その他、図
２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示した構造を組み合わせても良
い。図２（Ｄ）はその一例であり、薄肉部３３に複数個
の円錐状の窪みを入れたものである。この構造により、
耐圧能力を向上させ、かつ複数の点で腐食を検知できる
ため、腐食検出能力の向上が図られる。

【００３４】ここで述べた被試験体１は円筒状で、その
底面に薄肉部３３を設けているが、この他、被試験体１
の側筒部に薄肉部３３を設けてもよいし、被試験体１の
形状は直方体、立方体状あるいは球体等であってもよ
い。図３は、その一例として円筒状の被試験体１の側筒
部に薄肉部３３を設けた例を示す図である。薄肉部３３
の肉厚の最小値ａは被試験体１の他の部位の肉厚ｂより
薄くなっているので、腐食が進行した際はこの薄肉部３
３が先に腐食貫通し、圧力計３の指示変化により腐食を
検知することができる。図３の場合も、薄肉部３３は図
２に示すような構造を有することが望ましい。その際、
導入孔や円錐状の窪み７は、内室４側に形成するのがよ
い。

【００３５】上記いずれの場合も、減肉が進むと、貫通
直前には機械的破壊を最終段階で誘発する。これを防ぐ
ためには、外界と内室４との圧力差を極力小さくするこ
とが好ましい。腐食センサによる評価を開始する前に止
め弁６を開け、流体を出入り口５から内室４に注入し、
内室４の圧力を外界の圧力近くに調整する。例えば図２
（Ａ）あるいは図２（Ｂ）に示した構造では、内室４の
圧力を高め、圧力差を４ＭＰａ程度とすれば、被試験体
１の底部に設けた薄肉部３３の肉厚が０．０１ｍｍでも
耐力を超えなくなる。ただし、外界の圧力が変動し、大
気圧まで低下する場合、内室４の圧力が相対的に高くな
り、被試験体１の底部から外界へ向かっての機械的破壊
が生じることがある。

【００３６】さらに好ましくは、外界と内室４との圧力
差を常に監視し、差圧を０近くになるように調節すれば
よい。次に説明する例は、外界と内室４との圧力差を０
近くに保持する機構を備えたものである。図４は、配管
に腐食センサを配置した実施の形態を示す図である。ボ
ルトに内室４を設けた被試験体１を配管８に接続し、被
試験体１の頭部側の口に圧力導入管２を溶接する。圧力
導入管２は圧力計３に接続され、内室４の圧力を測定す
る。さらに、圧力導入管２には圧力調整部９が接続され
ている。圧力調整部９は、配管８内部の圧力を測定する
配管内圧力計１０からの圧力信号と、圧力計３からの圧
力信号との差分を演算部１１で求め、その信号が所定の
範囲に入るように入口電磁弁１２を開け、流体貯蔵ポン
プ１６の流体を加圧ポンプ１３で注入する。配管内の圧
力が減じたときは出口電磁弁１４を開け、保圧弁１５で
減圧し、流体貯蔵タンク１６に内室４の中の流体を回収
する。この時、圧力計の精度内で配管８の内部圧力と内
室４の圧力に若干の差を設けておく。

【００３７】配管８内は流体が流れ、この流体が配管８
を腐食させるものとする。配管８の腐食状況を検知する
ために、被試験体１は配管８と同質の材料で構成され、
底面の薄肉部の肉厚として配管８の腐食しろを選んであ
る。配管８内の流体と接している被試験体１の底部の腐
食が進行し、内室４まで貫通すると、内室４の圧力は配
管８内の圧力との差圧が０となる。この時、圧力調整部
９は、内室４の圧力が配管８内の圧力に対し、圧力差を
生じさせようとするため、出口電磁弁１４を開け、内室
４の圧力を下げようと動作する。あるいは入口電磁弁１
２を開け、加圧ポンプ１３を作動させ、内室４の圧力を
上昇させようとする。この時、内室４は貫通しているた
め、圧力差は発生せず、圧力調整部９は依然、圧力差を
生じさせようと動作を続ける。この状態が腐食発生を示
し、したがって圧力調整部９の動作状況から腐食の発生
を判断することできる。本実施の形態の場合、配管８の
腐食しろ分が減肉したことを知ることができる。

【００３８】上記の方法は、一つの被試験体１につき、
一回の測定で使用不能となる。また、腐食速度を求める
としても、腐食センサを対象となる環境に設置してから
腐食貫通するまでの平均的な腐食減肉速度しか得られな
い。この問題を解決するには、内室４から被試験体１の
外表面までの肉厚が異なる複数の腐食センサを設置すれ
ばよい。また、被試験体１に複数の内室４を設け、それ
ぞれの内室に圧力計を設けた構造の腐食センサを用いて
もよい。

【００３９】図５は、被試験体１に複数の内室４を設け
た実施の形態を示す図である。被試験体１は５個の内室
４を有し、それぞれの内室４の底から被試験体外表面ま
での肉厚を変化させた構造である。また、それぞれの内
室４の上端口には圧力導入管２が接続され、さらに圧力
計３が接続されている。それぞれの内室４の圧力は外界
の圧力と同圧にならないように密封されている。

【００４０】各内室４から、被試験体１までの肉厚ａが
異なるため、腐食が進行するとともに肉厚の薄い内室４
から順次腐食貫通を開始する。この腐食センサを使用す
ると、腐食センサを使用開始してから貫通までの時間か
ら平均的な腐食減肉速度が求められる他、一つの内室が
貫通してから次の内室が貫通するまでの時間と互いの肉
厚の差から、その時々の腐食減肉速度を求めることがで
きる。

【００４１】図６は、本発明による腐食センサの他の実
施の形態を説明する断面図である。被試験体１は両端面
が平らな円柱状の形状を有し、軸方向に平行に設けられ
た１つの貫通孔によって内室４が構成されている。被試
験体１の一端面には、被試験体１の胴径と同じ直径の平
板状の円板３４が外周に沿って溶接３５されている。円
板３４の肉厚は被試験体１の胴径の肉厚より薄い。被試
験体１のもう一つの端面側で、貫通孔は圧力計導入管２
を介して圧力計３に接続されている。内室４の圧力は外
界より低い値を保つよう調整する。

【００４２】腐食が進行すると、円板３４は、その表面
のいずれかの場所で腐食貫通する。この時、外界の流体
は円板３４に形成された貫通口を通って内室４に侵入
し、圧力計３の指示値を上昇させる。これによって腐食
を感知することができる。本実施の形態は、これまで示
してきた実施の形態とは異なり、必ずしも内室４に直面
した部位（薄肉部３３）が腐食されなくとも腐食を検知
でき、円板３４の全面のいずれかの場所が腐食貫通する
ことによって腐食を検知できる利点がある。例えば孔食
のような局部腐食の場合、図１に示した実施の形態では
必ずしも薄肉部３３上で孔食が発生するとは限らず、薄
肉部３３以外で発生した孔食については検知できない。
本実施の形態では円板３４と被試験体１との間にすき間
４８が存在するので、円板３４のいずれかの場所が腐食
貫通すると外界の流体が円板３４と被試験体１とのすき
間４８を通って内室４へ侵入するため、広い面積で腐食
を検知できる利点を有する。

【００４３】さらに、被試験体１の加工が容易であり、
内室４の内径を極めて小さくでき、機械的破壊に対する
抵抗力を大きくすることができる。また、円板３４の肉
厚も精度良く制御できるため腐食速度測定の精度向上を
図ることも容易となる。以上では、内室の圧力変化を利
用した腐食センサの実施の形態について説明したが、圧
力変化以外の手段を用いても腐食を検知することができ
る。

【００４４】図７は、チューブの出口に流体を検知する
手段を設けた腐食センサを示す図である。金属製のチュ
ーブ１７の下端面には任意の肉厚を有する円盤状の被試
験体１が接合され、チューブ１７のもう一端は流体検知
部１８につながれている。この他、棒の中心部をくり抜
き、一体成形して被試験体として用いることもできる。
ここでは加工のし易さから、円盤状の被試験体１をチュ
ーブ１７に接合したものを用いた。

【００４５】チューブ１７は、中心が貫通した固定ボル
ト２２により配管８に固定されている。流体検知部１８
は、チューブ１７を通って流れてくる流体を貯蔵するタ
ンク１９と、タンク１９の流体の電気伝導性を検知する
２本の電極と抵抗測定器２３から構成される。タンク１
９には、オーバーフローした流体を排出するドレン２１
が接続されている。チューブ１７の内室は気体を充填し
て配管内より低い圧力に設定する。

【００４６】被試験体１及びチューブ１７の材質は腐食
状況を監視する対象の配管８と同質とし、被試験体１の
肉厚は配管８の腐食しろと同じ値を選んである。配管８
内を流れる流体により配管８、被試験体１、及びチュー
ブ１７は腐食減肉する。最初に肉厚の最も薄い部分で被
試験体１が腐食貫通し、配管８を流れる流体がチューブ
１７内に流入する。流入した流体はタンク１９に到達す
ると、電極２０及び抵抗測定器２３で流体の電気的な導
電性が感知される。この時の抵抗測定器２３の指示値
は、予めチューブ１７内に充填されていた流体の電気伝
導率が配管８内を流れる流体より高いときは低い値を示
し、逆に充填されていた流体の電気伝導率が低い場合は
高い値を示すようになる。このように抵抗測定器２３の
指示を観察することによって、配管８の腐食量が腐食し
ろ分浸食したことを推定することができる。

【００４７】この実施の形態では流体の検知を電気伝導
率の変化から判断したが、これに限るものではなく、例
えば貫通により流れてくる流体の温度であってもよい
し、湿度、色（透明度、吸光度）、化学変化など、どの
ような化学的、物理的手段を用いて検知してもよい。配
管８内を流れる流体の圧力が高圧で、被試験体１の腐食
貫通によりチューブ１７以降が高圧にさらされる場合、
流体検出部１８に損傷を与える危険性がある。このよう
な場合、例えば図７に示したチューブ１７とタンク１９
との間に保圧弁を設けることにより、腐食貫通時のタン
ク１９への急激な圧力負荷を防止することが可能とな
り、流体検出部１８を保護することができる。

【００４８】図８は、被試験体の内室４に流体の電気伝
導率を測定できる電極を配した腐食センサの構造を示す
図である。内室４を設けたボルト型の被試験体１を、金
属製の配管８に固定してある。被試験体１の材質は、配
管と同じものを選んである。被試験体１の内室４の底部
中心には針状の切欠２８が施されており、切欠２８の頂
点から被試験体１表面までの肉厚を配管８の腐食しろと
等しくなるように加工してある。内室４の入口側には金
属電極２６が電極固定ボルト２７で固定されている。内
室４は配管８の内部より圧力が低くなるように気体が充
填されている。金属電極２６は、電極固定ボルト２７と
電気的な接触を避けるために絶縁チューブ２５で被覆さ
れている。さらに金属電極２６は抵抗測定器２３と電気
的に接続されている。

【００４９】配管８内を流れる流体により配管８及び被
試験体１が腐食を受け、次第に減肉する。その結果、被
試験体１は肉厚の薄い切欠２８の部分で真っ先に貫通
し、配管８内の流体が内室４に充満する。これによって
抵抗測定器２３によって指示される金属電極２６とグラ
ンド２４の間の抵抗値が変化し、腐食発生を検知するこ
とができる。

【００５０】図８の例では金属電極２６を１本とし、グ
ランド２４との間での抵抗を測定したが、内室４に２本
の金属電極２６を設置し、グランド２４を使用する代わ
りに両電極間の抵抗を測定してもよい。本実施の形態に
よれば、内室４と外界との圧力差を小さくしても腐食発
生を検知できるため、腐食進行に伴う検出部の機械的破
壊を防ぐことができるため、被測定環境の圧力変動が激
しいときなどの場合、特に有利である。

【００５１】これまで述べてきた腐食センサが対象とす
る腐食形態は、主に表面が解放された環境で生じる全面
腐食、孔食、粒界腐食、エロージョン・コロージョン、
露点腐食、高温酸化などである。この他、すき間が優先
的に腐食するすき間腐食については、次のようにして検
出することができる。図９は、被試験体１の外表面側の
底面にすき間を設けた腐食センサの構造を示す図であ
る。内室４を設けたボルト型の被試験体１の外表面底部
に、２段円盤型のすき間材３１が支持板３２で固定され
ている。内室４には圧力計導入管２を介して圧力計３が
接続され、内室４は密封されている。

【００５２】すき間腐食は、すき間内と外界との物質移
動が制限されることにより生じる腐食である。すき間内
で不動態を維持するための酸素が消費されると、酸素濃
淡電池が形成され、すき間内がアノードとなり、腐食活
性化する。外界（自由表面）では常に酸素が供給される
ため、ここがカソードとなり、腐食電池を形成する。さ
らに、すき間内では腐食生成物が加水分解することで溶
液のｐＨが低下し、活性溶解を始め、腐食の進行が一層
激しくなる。被試験体１の底面にすき間材３１を設ける
ことで、被試験体１とすき間材の界面ですき間腐食が進
行し、やがては貫通する。すき間材３１は被試験体１と
同一材質であるか、絶縁体である必要がある。同一材質
の場合はすき間材３１の腐食減肉を考慮に入れる必要が
あるので、肉厚は内室４の底部の肉厚より大きくする。

【００５３】もう一つの腐食形態であるガルバニック腐
食が問題となるときは、すき間腐食と同じように、すき
間材３１の材質を被試験体１と異なる材質の異種金属に
換えることによってこれを検知することができる。この
場合は、異種材の面積が腐食速度に大きな影響をおよぼ
すので、それぞれの使用条件に応じて面積比を変える必
要がある。

【００５４】本発明の腐食センサをプラントに組み込む
と、腐食センサからの信号をプラント制御のために利用
することができる。例えば、腐食センサの信号をプラン
トの制御系に導入し、腐食センサが腐食した旨の信号を
発したときに、警報を発する、運転の負荷を低減する、
運転を停止するなどの制御を行うことができる。その一
例として、本発明の腐食センサを有機廃棄物の超臨界水
酸化処理プラントに組み込んだ場合の例を図１０を用い
て説明する。

【００５５】高温高圧用の反応器３６はヒータ３７によ
り加熱され、高温高圧に保たれる。反応器３６内の温度
は熱電対３８により測定された温度を基に、制御システ
ム３９により所定の値に制御される。反応器３６の腐食
発生をモニタリングする腐食センサ４０が反応器３６の
側筒部に設けられている。腐食センサ４０は、例えば図
１に示した圧力変化型のものを使用する。電気信号に変
換された腐食センサからの信号は制御システム３９に入
力される。有機廃棄物タンク４１には液体状の有機物が
貯えられ、反応開始時は輸送ポンプ４２により有機廃物
タンク４１中の有機物が反応器３６へ輸送され、これと
同時に有機物を燃焼させるための酸素が酸素タンク４３
から昇圧ポンプ４４により反応器３６へ導入される。反
応が完了した廃棄物は冷却器４５、保圧弁４６を通り、
廃棄タンク４７へ反応器３６の内圧を利用して送られ
る。

【００５６】有機物の超臨界水酸化時に腐食性の強い物
質が生成することがあり、反応器３６を腐食減肉させる
おそれがある。腐食センサ４０の被試験体１に反応器１
と同材質を選び、薄肉部３３の厚さを反応器３６の腐食
しろと同じにする。反応器３６と被試験体１が同じ速度
で腐食するので、薄肉部３３が腐食により先に貫通し、
圧力変化を示す。腐食センサ４０は圧力が変化した旨の
電気信号を制御システム３９へ出力し、その情報を受け
た制御システム３９は、反応器３６の温度を下げるよう
にヒータ３７への給電を停止する。これによって反応器
３６が腐食貫通する前に安全にプラントを停止させるこ
とができ、プラントの安全性を保持できる。

【００５７】

【発明の効果】本発明によると、簡便な機構で高温高圧
下における構造材料の腐食発生状況、腐食減肉速度を求
めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による腐食センサの一例を表す断面図。

【図２】圧力差が大きいときの被試験体の薄肉部の構造
についての例を示した図。

【図３】円筒状の被試験体の側筒部に薄肉部を設けた腐
食センサの例を示す断面図。

【図４】配管に腐食センサを配置した例を示す図。

【図５】被試験体に複数の内室を設けた腐食センサの例
を示す図。

【図６】被試験体底面に円板を全周にわたって溶接した
腐食センサの例を示す図。

【図７】チューブの出口に流体を検知する手段を設けた
腐食センサの例を示す図。

【図８】流体の電気伝導率を測定できる電極を配した腐
食センサの例を示す図。

【図９】被試験体の底面にすき間を設けた腐食センサの
例を示す図。

【図１０】腐食センサをプラントに組み込んだ場合の例
を説明する図。

【符号の説明】１…被試験体、２…圧力計導入管、３…圧力計、４…内
室、５…出入り口、６…止め弁、７…導入孔、８…配
管、９…圧力調整部、１０…配管内圧力計、１１…演算
部、１２…入口電磁弁、１３…加圧ポンプ、１４…出口
電磁弁、１５…保圧弁、１６…流体貯蔵タンク、１７…
チューブ、１８…流体検知部、１９…タンク、２０…電
極、２１…ドレン、２２…固定ボルト、２３…抵抗測定
器、２４…グランド、２５…絶縁チューブ、２６…金属
電極、２７…電極固定ボルト、２８…切欠、２９…円筒
管、３０…溶接、３１…すき間材、３２…支持板、３３
…薄肉部、３４…円板、３５…溶接部、３６…反応器、
３７…ヒータ、３８…熱電対、３９…制御システム、４
０…腐食センサ、４１…有機廃棄物タンク、４２…輸送
ポンプ、４３…酸素タンク、４４…昇圧ポンプ、４５…
冷却器、４６…保圧弁、４７…廃棄タンク、４８…すき
間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡辺隆二茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者国谷治郎茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内Ｆターム(参考） 2G050 AA01 BA03 BA10 BA11 CA04 DA01 EA01 EA04 EB02 EC03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】密封された内室を有する被試験体と、前
記内室の圧力を測定する圧力計測部とを備える腐食セン
サであって、前記内室は外界との間に圧力差を生じるように気体及び
／又は液体が充填され、前記被試験体は少なくとも一箇
所に他の部位より肉厚の薄い薄肉部を有し、前記薄肉部
は肉厚が０．０１ｍｍ以上のとき外界と前記内室との間
の圧力差で発生する応力が前記薄肉部を構成する材料の
降伏応力あるいは耐力より小さくなる構造を有すること
を特徴とする腐食センサ。
【請求項２】請求項１記載の腐食センサにおいて、薄
肉部近傍での前記内室の直径が該薄肉部の肉厚より小さ
いことを特徴とする腐食センサ。
【請求項３】請求項１記載の腐食センサにおいて、前
記内室側から前記被試験体に小口径の有底孔又は針状も
しくは円錐状の孔を設けることで前記被試験体に薄肉部
を形成したことを特徴とする腐食センサ。
【請求項４】内部に外界の流体と異なる電気伝導率を
有する媒体を充填して密封された内室を有し、少なくと
も一箇所に他の部位より肉厚の薄い薄肉部を有する被試
験体と、前記被試験体から電気的に絶縁されて前記内室
に挿入された少なくとも１本の電極と、前記電極と前記
被試験体との間あるいは複数挿入された前記電極間の電
気抵抗を測定する手段とを備えることを特徴とする腐食
センサ。
【請求項５】各々密封された複数の内室を有する被試
験体と、各内室の圧力を測定する圧力計測部とを備える
腐食センサであって、各内室は、該内室から被試験体表面までを最短距離で結
ぶ薄肉部の肉厚が各々異なるとともに外界との間に圧力
差を生じるように気体及び／又は液体が充填され、前記
薄肉部は肉厚が０．０１ｍｍ以上のとき外界と前記内室
との間の圧力差で発生する応力が前記薄肉部を構成する
材料の降伏応力あるいは耐力より小さくなる構造を有す
ることを特徴とする腐食センサ。
【請求項６】内室を有する被試験体と、前記被試験体
の内室に連通する流体検出手段とを備え、腐食により前
記被試験体が貫通することによって前記内室に流入した
外界の流体を前記流体検出手段によって検出することを
特徴とする腐食センサ。
【請求項７】一側面に開放する内室を有する本体と、
前記内室の開放部を塞ぐように前記側面に接触し外周に
沿って前記本体と接合された前記開放部より大きく前記
本体より薄肉の平板からなる被試験体と、前記内室の圧
力を測定する圧力計測部とを備え、前記内室には外界と
の間に圧力差を生じるように気体及び／又は液体が充填
されていることを特徴とする腐食センサ。
【請求項８】請求項１〜７のいずれか１項記載の腐食
センサにおいて、前記被試験体の外表面にすき間を構成
するための部材を追加したことを特徴とする腐食セン
サ。
【請求項９】請求項６記載の腐食センサにおいて、前
記内室と前記流体検出手段を結ぶ管路中に保圧弁を設
け、前記内室の圧力を一定に保持することを特徴とする
腐食センサ。
【請求項１０】請求項１〜８のいずれか１項記載の腐
食センサにおいて、前記内室の圧力を調整する手段を備
え、外界と前記内室との間の圧力差を略一定に調整する
ことを特徴とする腐食センサ。
【請求項１１】請求項１〜８のいずれか１項記載の腐
食センサにおいて、前記内室は真空排気されていること
を特徴とする腐食センサ。
【請求項１２】請求項１〜１１のいずれか１項記載の
腐食センサを備え、前記腐食センサの信号をプラントの
制御系に導入し、腐食センサから腐食が発生した旨の信
号が発せられたときに警報を発する、あるいはプラント
の運転を制御して負荷を減少させる、あるいは運転を中
止することを特徴とするプラント。