JP2000346791A - 高温腐蝕監視センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少量の冷却媒体で電極を冷却して温度を均一
化でき、小型軽量化を図るとともに、耐久性に優れ、測
定結果の信頼性も高い高温腐蝕監視センサを提供するこ
と。 【解決手段】 電気絶縁板２２に電極取付窓２４，２４
ａを１対形成し、これらに伝熱管と同一材料の電極２
５，２５ａを表面を露出させて取り付け、これら電極２
５，２５ａの背面に伝熱管内温度に対応させて冷却する
冷却媒体供給管３２，３２ａの開口を対向して設ける。
これにより、電気絶縁板２２の電極取付窓２４，２４ａ
の大きさで電極面積を定めることでコーティングの健全
性に左右されずに高精度に監視でき、電極２５，２５ａ
の背面に冷却媒体供給管３２，３２ａの開口を対向させ
て少量の冷却媒体で効率的な冷却ができるようにしてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、高温腐蝕監視セ
ンサに関し、ごみ焼却炉などに併設されるボイラなどの
高温腐蝕環境で使用される伝熱管の腐蝕を、同一箇所に
設置した同一材料のセンサを用い、燃焼灰の付着による
腐蝕をオンラインで監視できるようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】高温腐蝕環境下で使用される伝熱管の一
つにごみ焼却炉での焼却廃熱を利用する廃熱ボイラの伝
熱管がある。

【０００３】このごみ焼却炉の廃熱ボイラの伝熱管で
は、燃焼灰の付着により腐蝕が生じることがあり、材料
損傷による事故を未然に防ぐためには、耐蝕性に優れた
材料の開発の必要がある一方で稼動中の廃熱ボイラで
は、材料の腐蝕状況を監視する必要がある。

【０００４】一方、材料の耐蝕性評価や腐蝕モニタリン
グの方法として湿蝕の分野においては交流インピーダン
ス法が広く利用されており、最近の研究では、るつぼの
底部に２つの監視対象となる材料の電極を間隔をあけて
取り付け、これら２つの電極の上面を覆うように燃焼灰
に相当する合成灰を載せて押し固め、るつぼごと炉内に
入れて高温状態とし、これら電極に交流電圧を印加し、
インピーダンスを測定する実験などから燃焼灰が付着す
る廃熱ボイラの伝熱管のような高温腐蝕下での材料の腐
蝕性の監視についても実験室的に適用できることが報告
されている。

【０００５】ところが、廃熱ボイラで使用されている伝
熱管は内部を流れる流体によって冷却されるのに対し、
実験室的に用いた電極は環境側の温度と同一温度になっ
ていることに問題があり、実際の伝熱管と同じ状態で監
視して評価することができない。

【０００６】そこで、実際の伝熱管と同じ状態で廃熱ボ
イラなどの該当箇所に設置して腐蝕を監視することがで
きる監視センサが考えられた。

【０００７】例えば図４にその一例を示すように、この
監視センサ１は、監視対象となる伝熱管と同一材質の金
属リング２，２ａを２つ備え、２つの金属リング２，２
ａが３つの絶縁リング３，３ａ，３ｂを介して交互に重
ね合わされて５つのリングが両端のリング止め具４，４
ａで固定されている。

【０００８】そして、金属リング２，２ａの外周面の一
定面積のみを電極部分５，５ａとして露出させること
で、燃焼灰などに曝される環境の不均一性を防止するよ
うにしており、電極部分５，５ａ以外が絶縁体６でコー
ティングしてあり、電極部分５，５ａの裏側にリード線
７，７ａが取り付けられて測定装置８に接続されるとと
もに、両端のリング止め具４，４ａにそれぞれ温度測定
用の熱電対９，９ａが取り付けられて温度計１０に接続
してある。さらに、電極部分５，５ａの裏側を伝熱管と
同様に冷却して表裏の温度差を確保するため、冷却媒体
供給装置として、例えばブロワ１１が設けられ、リング
止め具４ａの一端から空気を供給して冷却するようにし
てあり、冷却効率を高めるため監視センサ１内に内管１
２が入れられて二重管構造とされ、内管１２の外側を冷
却流路とするようにしてある。

【０００９】このような監視センサ１を廃熱ボイラ内に
設置し、測定装置８からリード線７，７ａを介して２つ
の電極部分５，５ａに交流電圧を印加するとともに、イ
ンピーダンス測定を行い、その結果に基づいて腐蝕速度
を求めている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
監視センサ１では、環境側の温度に対して電極部分５，
５ａの温度が低いという状況を作り出すため、多量の空
気が必要となり、監視センサ１自体が重く、大型化する
とともに、ブロワ１１などの冷却媒体供給装置を併設し
なければならず、監視装置全体が大型化するという問題
もある。

【００１１】また、冷却する空気に対して２つの電極部
分５，５ａが上・下流に配置されているため、２つの電
極部分５，５ａの温度を均一化することが難しく、実際
の伝熱管と同一条件で監視することができないという問
題がある。

【００１２】さらに、電極部分５，５ａを一定の面積と
して環境が不均一とならないようにするため用いられる
アルミナセメントなどの絶縁体６のコーティングの耐久
性が悪く、監視結果の信頼性がコーティングの健全性に
左右され、監視中にコーティングに剥離や欠陥が生じた
場合に正確な測定ができないという問題がある。

【００１３】また、廃熱ボイラなどの被測定装置によっ
て燃焼灰の付着状態が異なることから、監視センサ１の
電極５，５ａ間の距離（ギャップ）や電極５，５ａの大
きさ等を変える必要がある場合も多いが、円筒状の５つ
のリングを重ね合わせた構造であり、リング止め具を含
む全体の寸法などを変更しなければならず、簡単に対応
できないという問題もある。

【００１４】この発明はかかる従来技術の有する課題を
解決するためになされたもので、少量の冷却媒体で電極
を冷却して温度を均一化することができ、小型軽量化を
図ることができるとともに、耐久性に優れ、測定結果の
信頼性も高い高温腐蝕監視センサを提供しようとするも
のである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記従来技術が有する課
題を解決するためこの発明の請求項１記載の高温腐蝕監
視センサは、高温腐蝕環境におかれる伝熱管の腐蝕を交
流インピーダンス法で監視するセンサであって、電気絶
縁板に電極取付窓を１対形成し、これら１対の電極取付
窓に前記伝熱管と同一材料の電極を表面を露出させて取
り付け、これら電極の背面に前記伝熱管内温度に対応さ
せて冷却する冷却媒体供給管の開口を対向して設けたこ
とを特徴とするものである。

【００１６】この高温腐蝕監視センサによれば、電気絶
縁板に電極取付窓を１対形成し、これら１対の電極取付
窓に伝熱管と同一材料の電極を表面を露出させて取り付
け、これら電極の背面に伝熱管内温度に対応させて冷却
する冷却媒体供給管の開口を対向して設けるようにして
おり、電気絶縁板の電極取付窓の大きさで電極面積を定
めることでコーティングの健全性に左右されずに高精度
に監視でき、電極の背面に冷却媒体供給管の開口を対向
させて少量の冷却媒体で効率的な冷却ができるようにし
ている。

【００１７】また、この発明の請求項２記載の高温腐蝕
監視センサは、前記請求項１記載の構成に加え、それぞ
れの前記電極の背面の冷却媒体供給管に供給される冷却
媒体を制御する制御機構を設けたことを特徴とするもの
である。

【００１８】この高温腐蝕監視センサによれば、それぞ
れの電極の背面の冷却媒体供給管に供給される冷却媒体
を制御する制御機構を設けるようにしており、それぞれ
の電極の温度を独立して制御することで２つの電極の温
度を均一にすることができ、一層高精度に監視を行うこ
とができるようになる。

【００１９】さらに、この発明の請求項３記載の高温腐
蝕監視センサは、前記請求項１または２記載の構成に加
え、前記電気絶縁板を密閉されたセンサ本体に取り付け
るとともに、このセンサ本体に排気口を形成したことを
特徴とするものである。

【００２０】この高温腐蝕監視センサによれば、密閉さ
れたセンサ本体に１対の電極が取り付けられた電気絶縁
板を取り付け、センサ本体に排気口を形成するようにし
ており、周囲環境の影響を受けずに監視センサを設置す
ることができるようになり、耐久性を一層向上すること
ができるようになる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態に
ついて図面に基づき詳細に説明する。図１および図２は
この発明の高温腐蝕監視センサの一実施の形態にかか
り、図１は監視装置全体の概略構成図、図２は監視セン
サの正面図、平面図、側面図である。

【００２２】この高温腐蝕監視センサ２０は、上部が開
口した矩形の箱状のセンサ本体２１を備えており、この
センサ本体２１の開口の上面内周に段差が形成され、こ
の段差に載せるように開口を塞ぐ電気絶縁板２２が設け
られ、固定枠２３及び止めねじで固定されている。

【００２３】この電気絶縁板２２には、１対の電極取付
窓２４，２４ａが同一断面積となるように貫通して形成
され、例えば長方形状の貫通孔が形成される。

【００２４】そして、これら１対の電極取付窓２４，２
４ａには、伝熱管などの監視対象と同一材料の電極２
５，２５ａが嵌合されて電極２５，２５ａの表面が電気
絶縁板２２の表面と一致するように取り付けられる。こ
こでは、電極２５，２５ａを電極取付窓２４，２４ａへ
の嵌合部とこれより大きい支持部とで構成し、支持部を
電気絶縁板２２の裏面に当てて位置決めと固定ができる
ようにしてあり、固定には例えばアルミナセメントなど
が用いられる。

【００２５】これら電極２５，２５ａには、リード線２
６，２６ａが接続されるとともに、熱電対２７，２７ａ
が接続され、センサ本体２１の側面や底面に取り付けた
保護管２８を介して廃熱ボイラなどの被測定装置の側壁
などに取り付けられるフランジ２９の外側まで導出さ
れ、交流電圧の印加やインピーダンス測定、測定結果の
解析などを行う測定装置３０や温度計３１に接続され
る。

【００２６】さらに、これら電極２５，２５ａの背面と
対向して冷却媒体供給管３２，３２ａの開口が配置さ
れ、冷却媒体供給管３２，３２ａはセンサ本体２１の側
壁を貫通するとともに、フランジ２９を貫通して被測定
装置の外側まで導き出されている。これら冷却媒体供給
管３２，３２ａには、冷却媒体供給源から冷却媒体が供
給されるようになっており、電極２５，２５ａの背面に
直接冷却媒体を吹きかけるようにすることから少量の冷
却媒体を供給すれば良く、例えばブロワなどの独立した
装置を併設せず、工場エアを利用して冷却媒体とするこ
ともできる。

【００２７】そして、それぞれの冷却媒体供給管３２，
３２ａには、冷却媒体の供給を制御する制御機構とし
て、例えば圧力調整用の調整バルブ３３，３３ａと流量
計３４，３４ａが設けられ、２つの電極２５，２５ａが
同一温度となるように制御できるようにしてある。

【００２８】また、センサ本体２１には、冷却媒体を排
出するための排気口３５が設けられて排気管３６が接続
され、被測定装置内に排気するようになっている。

【００２９】次に、このように構成した高温腐蝕監視セ
ンサ２０の動作を確認するため次のような実験を行っ
た。

【００３０】実験では、監視センサ２０を電気炉内に設
置し、監視センサ２０に供給する冷却媒体としてガスボ
ンベ３７に充填された圧縮空気を用い、ガスボンベ３７
から調圧器３８で圧力を調整して調整バルブ３３，３３
ａを介して冷却媒体供給管３２，３２ａに供給するよう
にし、冷却ガスの流量を変え、電極温度を熱電対２７，
２７ａ及び温度計３１で測定するとともに、インピーダ
ンスをリード線２６，２６ａを介して測定装置３０で測
定し、腐蝕速度予想値を求めた。

【００３１】なお、電極２５，２５ａには、燃焼灰とし
て実験室的に合成した合成灰を用い、２つの電極２５，
２５ａの表面を覆うように付着させた。

【００３２】このような実験の結果を図３に示した。な
お、冷却ガス量は、冷却ガスの供給圧力（kg／cm² ｇ）
で表してあり、腐蝕速度予想値は、Stern-Geary の式の
分極抵抗Ｒp の逆数１／Ｒp を用いて表したものであ
る。

【００３３】Stern-Geary の式：Ｉcor ＝ｋ／Ｒp ここで、Ｉcor は腐蝕速度、ｋは電位の単位を持つ比例
定数である。

【００３４】廃熱ボイラの炉内温度は通常８５０〜６０
０℃位であるが、例えば図３に示すように、廃熱ボイラ
の炉内温度に相当する６５０℃に電気炉内の温度を保っ
た場合には、冷却ガスを流さない場合、電極温度が電気
炉内の温度と一致した状態であるが、冷却ガス量を段階
的に増大すると、冷却ガス量に応じて電極温度が低下
し、５５０℃まで電極温度が低下し、炉内温度と電極温
度との温度差１００℃を実現することができ、しかも供
給冷却ガス量も少量で良いことが確認できた。

【００３５】また、電極温度の変化に伴う腐蝕速度予想
値も電極温度の変化に対応して変化することが確認で
き、腐蝕が監視ができることが確認できた。

【００３６】このような高温腐蝕監視センサ２０によれ
ば、電極２５，２５ａの背面と対向させて冷却媒体供給
管３２，３２ａの開口を配置したので、冷却媒体を直接
吹き付けることができ、少量の冷却媒体で必要な冷却を
行うことができる。

【００３７】さらに、それぞれの電極２５，２５ａをそ
れぞれの冷却媒体供給管３２，３２ａからの冷却媒体で
冷却するようにしたので、それぞれの冷却媒体の供給を
制御することで電極２５，２５ａの温度を同一にするこ
とができ、高精度の腐蝕の監視ができる。

【００３８】また、冷却媒体を少量供給すれば良いこと
から、ブロワなどの冷却媒体供給装置を併設しなくとも
工場エアを利用して冷却を行うこともでき、高温腐蝕監
視センサ２０だけでなく監視装置全体を簡素化し、小型
・軽量化することができる。さらに、高温腐蝕監視セン
サ２０も電気絶縁板２２に電極取付窓２４，２４ａを形
成し、これに電極２５，２５ａを取り付けるようにした
ので、リング状の電極や絶縁体で構成する場合に比べ、
小型・軽量化を図ることができる。

【００３９】また、電気絶縁板２２に形成する電極取付
窓２４，２４ａの大きさや距離（ギャップ）を変えて電
極２５，２５ａを取り付けるだけで、高温腐蝕監視セン
サ２０の仕様を変更することができ、リング状の電極や
絶縁体で構成する場合に比べ、簡単に仕様変更ができ
る。

【００４０】また、電気絶縁板２２の電極取付窓２４，
２４ａに電極２５，２５ａを取り付けることで電極面積
が定められ、絶縁体で覆って電極面積を規定する場合に
比べ、耐久性に優れ、絶縁体の耐久性に左右されず安定
した腐蝕監視が長期間にわたって可能となる。

【００４１】なお、上記実施の形態では、この高温腐蝕
監視センサによる監視対象としてごみ焼却炉の廃熱ボイ
ラの伝熱管の腐蝕監視を例に説明したが、これに限らず
燃焼灰付着による高温腐蝕が問題となる他のプラントに
も適用することができる。

【００４２】また、冷却媒体の供給を工場エアやガスボ
ンベから行うようにしたが、これらに限らず、小型ブロ
ワなどを設けるようにしても良い。

【００４３】

【発明の効果】以上、一実施の形態とともに具体的に説
明したように、この発明の請求項１記載の高温腐蝕監視
センサによれば、電気絶縁板に電極取付窓を１対形成
し、これら１対の電極取付窓に伝熱管と同一材料の電極
を表面を露出させて取り付け、これら電極の背面に伝熱
管内温度に対応させて冷却する冷却媒体供給管の開口を
対向して設けるようにしたので、電気絶縁板の電極窓の
大きさで電極面積を定めることでコーティングの健全性
に左右されずに高精度に監視でき、電極の背面に冷却媒
体供給管の開口を対向させて少量の冷却媒体で効率的な
冷却を行うことができる。

【００４４】また、この発明の請求項２記載の高温腐蝕
監視センサによれば、それぞれの電極の背面の冷却媒体
供給管に供給される冷却媒体を制御する制御機構を設け
るようにしたので、それぞれの電極の温度を独立して制
御することで２つの電極の温度を均一にすることがで
き、一層高精度に腐蝕の監視を行うことができる。

【００４５】さらに、この発明の請求項３記載の高温腐
蝕監視センサによれば、密閉されたセンサ本体に１対の
電極が取り付けられた電気絶縁板を取り付け、センサ本
体に排気口を形成するようにしたので、周囲環境の影響
を受けずに監視センサを設置することができ、耐久性を
一層向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の高温腐蝕監視センサの一実施の形態
にかかる監視装置全体の概略構成図である。

【図２】この発明の高温腐蝕監視センサの一実施の形態
にかかる監視センサの正面図、平面図、側面図である。

【図３】この発明の高温腐蝕監視センサの一実施の形態
にかかる監視センサによる腐蝕監視実験の結果を表わす
グラフである。

【図４】従来の高温腐蝕監視センサの概略構成図であ
る。

【符号の説明】

２０ 高温腐蝕監視センサ ２１ センサ本体 ２２ 電気絶縁板 ２３ 固定枠 ２４，２４ａ 電極取付窓 ２５，２５ａ 電極 ２６，２６ａ リード線 ２７，２７ａ 熱電対 ２８ 保護管 ２９ フランジ ３０ 測定装置 ３１ 温度計 ３２，３２ａ 冷却媒体供給管 ３３，３３ａ 調整バルブ（制御機構） ３４，３４ａ 流量計 ３５ 排気口 ３６ 排気管 ３７ ガスボンベ ３８ 調圧器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｇ０１Ｒ 27/02 Ｆ１６Ｌ 55/00 Ｄ Ｆターム(参考） 2G028 AA03 BB20 BC10 BE09 CG08 MS03 2G050 AA01 BA10 BA20 CA01 DA01 EA01 EB02 EB06 EC02 2G055 AA01 AA12 BA12 FA06 2G060 AA10 AE28 AF03 AF06

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高温腐蝕環境におかれる伝熱管の腐蝕を交
   流インピーダンス法で監視するセンサであって、電気絶
   縁板に電極取付窓を１対形成し、これら１対の電極取付
   窓に前記伝熱管と同一材料の電極を表面を露出させて取
   り付け、これら電極の背面に前記伝熱管内温度に対応さ
   せて冷却する冷却媒体供給管の開口を対向して設けたこ
   とを特徴とする高温腐蝕監視センサ。
2. 【請求項２】それぞれの前記電極の背面の冷却媒体供給
   管に供給される冷却媒体を制御する制御機構を設けたこ
   とを特徴とする請求項１記載の高温腐蝕監視センサ。
3. 【請求項３】前記電気絶縁板を密閉されたセンサ本体に
   取り付けるとともに、このセンサ本体に排気口を形成し
   たことを特徴とする請求項１または２記載の高温腐蝕監
   視センサ。