JP2000304684A - 腐食モニタリング用センサ及びセンサ設置装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実プラントで腐食が問題となる環境を模擬し
た条件下でのモニタリングを可能とする。 【解決手段】 センサＳは、重ね合わされてスポット溶
接された２枚の円板状の金属片１及び該金属片１を加熱
するための面状発熱体２からなるモニタリング部３と、
このモニタリング３を固定するためのブロック状の固定
部４とからなる。センサ設置装置９は孔状の通水部１１
が貫通したブロック状のものであり、一端側に水の導入
部１２が設けられ他端側に水の排出部１３が設けられ、
センサＳ及び参照電極１０がそれぞれねじ込みにより固
着されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水に接触した金属
配管などの金属部材の腐食をモニタリングするためのセ
ンサとそれを設置するための装置に関する。詳しくは、
本発明は、水に接触する溶接部、すきま部、伝熱面をあ
わせ持つ装置の腐食電位変化をモニタリングすることに
より、金属配管等の腐食を迅速かつ精度良く予知するこ
とを可能にしたモニタリング用センサ及びその設置装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、冷却水系のような淡水環境にお
いてステンレス鋼などの耐食性金属は不動態化しており
耐食的な材料として知られている。しかし、構造すきま
や汚れの付着による付着物すきまなどが存在すると、塩
化物イオンなど腐食性のイオンが濃縮し、すきま腐食、
孔食などが発生する可能性があり、引張応力がかかって
いる場合、すきま腐食、孔食などを起点として応力腐食
割れが発生する場合がある（中原正大；材料と環境，４
１（１），５６（１９９２））。このような塩化物応力
腐食割れは、塩化物イオン濃度が一定の場合、より高温
環境下で起きやすいことが知られている（西野知良，藤
咲 衛；石油学会誌，１３，５５５（１９７０））。

【０００３】従来、ステンレス鋼など耐食性金属の応力
腐食割れを評価する方法として、２枚の金属片を溶接に
より接合した試験片を試験液中に長期間浸漬した後、溶
接部周辺の腐食状況を観察する方法が知られている（足
立俊郎；材料と環境，４３（３），１２６（１９９
４））。

【０００４】熱交換器などに用いられている配管におい
て局部腐食が進行し、割れや貫通に至るとプラントの操
業停止などの事態を生ずるため腐食の発生を予知する腐
食モニタリング技術が重要である。

【０００５】従来、金属の腐食をモニタリング（監視又
は予知）する方法としては、金属と水とが接触している
系において、該金属の自然電位をモニタリングする方法
（特開平５−９８４７６号公報）などが知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の腐食モニタリン
グにおいては、一般的に平板状テストピースに導線を接
続し、テストピースと導線の接続部を絶縁被覆したもの
をモニタリング水系に浸漬して行う。しかし、このよう
な平板状テストピースは金属表面構造が均一であり、耐
食性金属においてすきま腐食や孔食などが発生しやすい
すきま構造や、割れが起こるために必要な引張応力のか
かった部分がないため、腐食感受性が低いといった問題
があった。

【０００７】このような問題を解決する方法として、ス
テンレス鋼の局部腐食評価を行う試験片として用いられ
ている、溶接により金属片を接合した形状のテストピー
スの電位をモニタリングする方法が容易に考えられる。
しかし、このテストピースを用いても、実際に多くの腐
食事例が報告されている高温伝熱部の環境を再現できて
いないといった問題があった。

【０００８】テストピースの設置に関しては、モニタリ
ング水系にテストピースを直接浸漬する方法があるが、
テストピース表面の流速の規定が困難であった。

【０００９】本発明は、このような問題点を解決し、実
プラントで腐食が問題となる環境を模擬した条件下での
モニタリングを可能とすることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の腐食モニタリン
グ用センサは、水系媒体に接する金属の腐食モニタリン
グ用センサであって、該金属と同材料の材質からなり、
溶接部、すきま部及び伝熱部を有するモニタリング部
と、該モニタリング部を固定設置するための固定部とを
備えたことを特徴とするものである。

【００１１】このモニタリング部としては、具体的に
は、複数枚例えば２枚の金属片を重ね合わせ、これらの
金属片の一部同士をスポット溶接などにより溶接し、金
属片の他の部分においては金属片相互間にすきまをあけ
るようにしたものが例示される。

【００１２】本発明のモニタリング用センサによれば、
このような溶接部、すきま部及び伝熱面をあわせ持った
装置の電位変化をモニタリングすることで、実プラント
で金属材料の腐食が問題となるような局部腐食を精度良
くモニタリングすることができる。

【００１３】本発明においては、センサの金属片に面状
発熱体が取り付けられていることが好ましい。このよう
に面状発熱体によって金属片を加熱してモニタリングを
行うことにより、実プラントの高温部における局部腐食
を精度良くモニタリングすることが可能となる。

【００１４】本発明のモニタリング用センサの設置装置
は、モニタリングされる水の導入部、通水部、排出部、
本発明のセンサの取付部、及び参照電極の取付部を備え
てなるものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明のセンサに用いる金属片の
材料に制限はないが、特にステンレス鋼、ニッケル、ニ
ッケル合金、チタン、チタン合金、アルミニウム、アル
ミニウム合金、銅、銅合金、クロム、クロム合金、モリ
ブデン、モリブデン合金、タングステン、タングステン
合金、マグネシウム合金などの耐食性金属材料の腐食モ
ニタリングに有効である。

【００１６】溶接により接合する２枚の金属片は、同一
材質のものである。該金属片は、センサ固定部からはみ
出ない形状である限り形状に制限はない。この金属片
は、被モニタリング金属の表面と同等な表面状態になっ
ていることが望ましい。

【００１７】溶接方法に関しての制限は特になく、スポ
ット溶接などの方法を用いることができる。溶接の際
に、散りを生じたような試験片は使用しないように除外
する。２枚の金属片を接合する際の溶接箇所数には特に
制限はないが１〜３箇所程度が適当である。溶接部以外
の金属表面積は、溶接部の面積に比べ広いことが望まし
い。溶接後の溶接部周辺後処理（応力除去等）は行わず
そのまま使用する。

【００１８】被モニタリング水系の腐食性や被モニタリ
ング金属の腐食感受性（残留応力、鋭敏化度など）の度
合いに応じて溶接条件等を変えることにより、すきま付
溶接金属片の腐食感受性を調整することも可能であり、
より実機に近い条件においてモニタリングすることが可
能である。

【００１９】また、鋭敏化熱処理等を行い、腐食感受性
を調整することも可能である。

【００２０】溶接により接合された２枚の金属片の間の
すきまは、すきま開口部の開口幅がすきまの奥行き長さ
に比べ１０分の１以下になるようにすることが望まし
い。

【００２１】金属片に被覆導線を接続しておくことによ
り、この導線を介して電位の測定を行うことができる。
金属片と被覆導線の接続方法には、特に制限はない。

【００２２】面状発熱体は、溶接した２枚の金属片のう
ち面積の広い金属片外表面に貼り付けて使用する。２枚
の金属片の面積が同じ場合にはどちらに貼り付けても良
い。面状の発熱体を用いることにより金属片を均一に加
熱することができ、伝熱面を模擬した環境を再現するこ
とが可能となる。

【００２３】ここで用いる面状発熱体には特に制限はな
いが、面状発熱体とすきま付溶接金属片に貼り付けた際
に、金属片と面状発熱体との間に電気が導通しないよう
にする必要がある。このような対策としては、面状発熱
体外面を絶縁性の樹脂等でコーティングするなどの方法
がある。

【００２４】面状発熱体により金属片を加熱する場合、
伝熱面温度が被モニタリング金属の伝熱面温度と同等に
なるようにすることが望ましく、このようにすることに
より実機に即したモニタリングが可能となる。そのため
面状発熱体に温度調整機構を取り付けることが望まし
い。温度調整機構としては、液膨サーモスタット、バイ
メタルサーモスタット、熱電対温度センサー利用による
制御機構などを用いることができる。

【００２５】温度調整機構として、温度変化に対して電
気抵抗が急変する性質、いわゆる正特性を持つ抵抗組成
物（ＰＴＣヒーター）を面状発熱体に用いることで、発
熱体自身が温度調整機能を有するため装置をより単純な
構成で製作することができる。正特性抵抗組成物（ＰＴ
Ｃヒーター）を発熱体に用いる場合は、外部温度センサ
ーが不要であり、故障時の過熱などの問題もない。ま
た、外部センサーによる温度制御に比べ、必要な電気エ
ネルギー量が少なくて済む場合が多く、省エネルギー化
が可能である。

【００２６】面状発熱体の寸法、形状等に制限はない
が、面状発熱体を貼り付ける金属片の表面の寸法・形状
とあわせるのが望ましい。

【００２７】すきま付き金属片と面状発熱体の貼り付け
方法には特に制限はなく、接着剤、両面テープなどを利
用する方法があるが、接着に使用する物質が面状発熱体
が発する熱により影響を受けないものを用いる必要があ
る。

【００２８】モニタリング部を固定設置するための固定
部は、本発明のセンサを後述のセンサ設置装置に取り付
けるための台座として機能する部材、すなわちモニタリ
ング部の取付台座である。この固定部は、モニタリング
部を取り付ける部分、モニタリング部からの配線、すな
わちモニタリング金属の電位計測用導線、面状発熱体の
電源配線を通す部分、電位測定用及び面状発熱体電源用
のコードを接続するため、コード接続部及びセンサをセ
ンサ設置装置へ取り付ける（固定する）部分からなる。

【００２９】固定部の材質は、モニタリングされる水系
媒体により影響を受けず、且つモニタリング部の面状発
熱体の加熱による熱影響を受けないような絶縁性物質で
あれば特に制限はなく、例えば、ポリ塩化ビニル樹脂、
アクリル樹脂、ポリプロピレン、ポリアセタールなどを
用いることが可能である。固定部とモニタリング部の取
り付け方法は、モニタリング部の面状発熱体による加熱
で影響を受けないものであれば特に制限はなく、接着剤
などを用いる方法が挙げられる。この際、固定部とモニ
タリング部に水がしみ込まないように工夫する必要があ
る。例えば、モニタリング部を固定部に取り付け後、モ
ニタリング部周囲をシリコーン樹脂等で被覆する方法な
どが挙げられる。

【００３０】本発明のセンサ設置装置は、モニタリング
対象とする水系の水を導入する導入部、センサを取り付
けるセンサ取付部、取り付けたセンサとモニタリング水
とが接する通水部、モニタリング水を装置から排出する
排出部、センサの電位測定時に基準となる参照電極を取
り付ける参照電極取付部からなる。

【００３１】センサをセンサ設置装置に取り付ける方法
は、センサ設置装置内に通水するモニタリング水系の水
が外部に漏れ出さないようにしっかり固定できるもので
あれば特に制限はないが、できるだけ簡便に取り付け・
取り外しができるような方法が望ましく、例えば固定部
に雄ネジを切り、ねじ込み式で固定する方法が挙げられ
る。

【００３２】センサ取付部はセンサを設置した際モニタ
リング部（すきま部を含む）に空気だまりができないよ
うに、モニタリング部表面が水面に対し垂直もしくはモ
ニタリング部のすきま付溶接金属片表面がやや上向きに
なるよう取り付けられる位置に設けることが望ましい。
更に、参照電極の通電部にもエアだまりができないよう
に参照電極取付部を配置することが望ましい。

【００３３】センサ設置装置の材質は、モニタリング水
系の水により影響を受けない物質であれば特に制限はな
いが、センサ部分を観察できるように透明な樹脂などを
用いることが望ましい。

【００３４】センサ設置装置の導入部にバルブ、流量計
を設置し流量調整を行うことにより通水部の流速を実機
被モニタリング箇所の流速環境と同様に設定し、モニタ
リングすることも可能であり、実機を模擬したモニタリ
ングを行うことができる。

【００３５】

【実施例】図１は実施例に係るセンサの斜視図、図２
（ａ）は該センサの分解側面図、図２（ｂ）は該センサ
の側面図、図３は該センサの縦断面図である。

【００３６】このセンサＳは、重ね合わされてスポット
溶接された２枚の円板状の金属片１及び該金属片１を加
熱するための面状発熱体２からなるモニタリング部３
と、このモニタリング３を固定するためのブロック状の
固定部４とからなる。この固定部（固定ブロック）４
は、円筒部４ａと該円筒部４ａの一端側（図の下端側）
から張り出す六角形状のフランジ部４ｂとからなり、円
筒部４ａの外周面に雄ネジが刻設されている。円筒部４
ａの他端面（図の上端面）にモニタリング部３が設置さ
れている。

【００３７】固定部４にはＶ字状に交叉する２本の孔４
ｃ，４ｄが設けられており、これらの孔４ｃ，４ｄはフ
ランジ部４ｂの中央の開口４ｅにて交わっている。この
開口４ｅにコード接続用プラグ５が装着されており、該
プラグ５に複数個のターミナル８が設けられている。孔
４ｃ，４ｄには、ターミナル８と面状発熱体２とを接続
する面状発熱体電源用配線６と電位計測用導線７とが引
き通されている。

【００３８】図４は、このセンサＳが取り付けられたセ
ンサ設置装置９の断面図、図５は図４のＶ−Ｖ線に沿う
断面図である。

【００３９】このセンサ設置装置９は孔状の通水部１１
が貫通したブロック状のものであり、一端側に水の導入
部１２が設けられ他端側に水の排出部１３が設けられて
いる。通水部１１に臨むようにしてセンサ取付部１１ａ
と参照電極取付部１１ｂとが設けられている。この実施
例では、これらの取付部１１ａ，１１ｂは雌ネジ孔より
なり、センサＳ及び参照電極１０がそれぞれねじ込みに
より固着されている。

【００４０】図６は、このセンサＳ付きのセンサ設置装
置９を用いて腐食をモニタリングするモニタリングユニ
ットの系統図であり、導入部１２に連なる導入配管１７
に流量調整バルブ１４及び流量計１５が設けられてい
る。センサＳの電位を計測機器１６で計測することによ
り腐食がモニタリングされる。

【００４１】なお、実施例に示すものは、実施形態の一
例であり形状等はこの図の制限を受けない。

【００４２】

【発明の効果】本発明のセンサは、溶接部、すきま部、
伝熱面をあわせ持っており、実プラントで問題となる金
属製材料の局部腐食発生の予知を精度良く行うことがで
きるものである。また、センサ設置装置への取り付け可
能な固定部を持っているため、センサの設置・交換が容
易に実施できる。センサ設置装置は、導入部、通水部、
排出部、センサ取付部、参照電極取付部をあわせ持って
おり、導入部へモニタリング水をホースなどで導水し、
センサ、参照電極を設置することで簡便にモニタリング
が可能となる。また、導入部にバルブを設け流量調整す
ることにより、モニタリング部の流速を実機被モニタリ
ング箇所の流速環境に合わせた条件での測定が容易に行
え、精度良いモニタリングが可能となる。本発明のセン
サ及びセンサ設置装置を用いることにより持ち運び可能
な小型のモニタリングユニットの作製が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係るセンサの斜視図である。

【図２】実施例に係るセンサの構成図である。

【図３】実施例に係るセンサの断面図である。

【図４】実施例に係るセンサ設置装置の側面図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。

【図６】実施例に係るセンサ及びセンサ設置装置を用い
たモニタリングユニットの構成図である。

【符号の説明】

１： 金属片 ２： 面状発熱体 ３： モニタリング部 ４： センサ固定部 ５： コード接続用プラグ ６： 面状発熱体電源用配線 ７： 電位計測用導線 ８： ターミナル ９： センサ設置装置 １０： 参照電極 １１： 通水部 １２： 導水部 １３： 排出部 １４：流量調整バルブ １５：流量計 １６：電位計測機器 Ｓ： センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米田 裕 東京都新宿区西新宿三丁目４番７号 栗田 工業株式会社 Ｆターム(参考） 2G050 AA01 BA03 BA10 CA02 EA01 EA05 EB03

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水系媒体に接する金属の腐食モニタリン
   グ用センサであって、 該金属と同材料の材質からなり、溶接部、すきま部及び
   伝熱面を有するモニタリング部と、該モニタリング部を
   固定設置するための固定部とを備えたことを特徴とする
   腐食モニタリング用センサ。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記モニタリング部
   は、重ね合わされ、溶接により接合された複数の金属片
   を備え、該金属片同士の間に前記すきま部が存在してお
   り、 該モニタリング部は、更に該金属片を加熱するための面
   状発熱体を備えていることを特徴とする腐食モニタリン
   グ用センサ。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記面状発熱体の温
   度制御を行う手段を備えたことを特徴とする腐食モニタ
   リング用センサ。
4. 【請求項４】 請求項２又は３において、前記面状発熱
   体は正特性抵抗組成物を有することを特徴とする腐食モ
   ニタリング用センサ。
5. 【請求項５】 モニタリングされる水系媒体の導入部、
   通水部、排出部、請求項１ないし４のいずれか１項に記
   載の腐食モニタリング用センサの取付部、及び参照電極
   の取付部を備えてなることを特徴とする腐食モニタリン
   グ用センサの設置装置。