JP2001004527A - 腐食環境監視用き裂センサ - Google Patents

腐食環境監視用き裂センサ

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JP2001004527A
JP2001004527A JP11177784A JP17778499A JP2001004527A JP 2001004527 A JP2001004527 A JP 2001004527A JP 11177784 A JP11177784 A JP 11177784A JP 17778499 A JP17778499 A JP 17778499A JP 2001004527 A JP2001004527 A JP 2001004527A
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JP
Japan
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crack
corrosive environment
crack propagation
sensor
monitoring
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JP11177784A
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Satoshi Sugano
智 菅野
Shinobu Okido
忍 大城戸
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】腐食環境監視用き裂センサの小型化、簡略化を
図る。 【解決手段】主たる構成は、き裂進展量またはき裂進展
速度に基いて腐食環境を監視するセンサにおいて、腐食
環境が高圧である場合に、き裂を有するき裂進展部材と
可撓性の密閉容器と連結部材からなり、き裂進展部材の
一端を大気圧またはそれ以下の圧力となる可撓性の密閉
容器、例えばベローズの一端に連結し、可撓性の密閉容
器の他端とき裂進展部材の他端を連結部材で連結する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、化学プラントや発
電プラント等の高圧の腐食性流体を内包する容器、配管
材料の環境助長割れを防止する技術に関し、特に、腐食
環境をき裂進展量やき裂進展速度に基いて監視するセン
シング技術に関する。
【0002】
【従来の技術】発電プラントの炉内水質をき裂進展速度
から監視する技術は、下記の2件がある。
【0003】特開平6−323968号では、き裂セン
サとして2重片持ち梁試験片を用い、荷重負荷方式は楔
またはボルトとなっている。
【0004】特開平6−273310号では、き裂セン
サとして前記と同様に2重片持ち梁試験片を用い、荷重
負荷方式はベローズ方式となっている。
【0005】その他として、水質を監視する技術は、下
記の3件がある。
【0006】特開平6−273310号では、容器や配
管に直接センサを取付けて水質を監視するものである。
記載にあるセンサとしては、溶存酸素濃度計、導電率
計、腐食電位計、pH計、き裂進展センサである。ここ
で、き裂進展センサの構造に関しては言及されていな
い。
【0007】特開平7−280794号では、容器や配
管から流体を抽出するラインを設け、溶存酸素濃度や導
電率を測定するものである。
【0008】特許第02680697号では、基準溶液
と容器や配管の内部流体との電位差を測定して、この電
位差から、溶存酸素濃度、導電率やイオン濃度を評価す
るものである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】化学プラントや発電プ
ラントでは、腐食性の高い流体が扱われる。長期間にわ
たって腐食環境に曝される容器や配管は環境助長割れの
ポテンシャルを有する。環境助長割れは、特に、高温高
圧水環境の場合、温度、溶存酸素濃度、導電率、腐食電
位、pH等に影響されることが知られている。しかし、こ
れらの因子は非常に複雑に絡まっており、環境助長割れ
に対する高精度な評価は困難となっている。このような
背景から、直接環境助長割れのき裂進展速度から腐食環
境を測定するき裂センサが開発されている。従来のき裂
センサの荷重負荷形態としては、楔やボルト等を用いる
変位制御型とベローズ等を用いる荷重制御型に大別され
る。変位制御型センサでは、高温クリープ変形によって
負荷荷重が低減するために小型化が困難となっている。
一方、荷重制御型では、外部に荷重源を設ける必要があ
り、複雑な構成となっている。そこで、本発明の課題と
しては、高圧力腐食環境を対象に、当該圧力を荷重源と
するき裂センサを構成して、センサの小型化、簡略化を
図ることにある。また、従来のき裂センサにおいては、
き裂長さを測定するためのリード線を取付ける詳細な方
法が記載されていないことから、あわせて、リード線の
取付け方法を本発明の課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】−請求項1− き裂進展速度に基いて腐食環境を監視するセンサにおい
て、き裂進展部材の一端を大気圧またはそれ以下の圧力
となる可撓性の密閉容器、例えばベローズの一端に連結
し、可撓性の密閉容器の他端とき裂進展部材の他端を連
結部材で連結して構成すれば、腐食環境下での圧力を荷
重源として、き裂進展部材に荷重を負荷することが可能
となる。
【0011】−請求項2− また、腐食環境を内包する容器または配管に対して、き
裂進展部材の一端をシールを介して大気開放し、き裂進
展部材の他端を連結部材によって前記容器または配管内
面に連結すれば、腐食環境下での圧力を荷重源として、
き裂進展部材に荷重を負荷することが可能となる。この
ように腐食環境下での圧力を荷重源とすれば、プラント
の運転履歴に応じた繰返し荷重がき裂進展部材に負荷さ
れることになり、より実機条件に近い損傷評価および監
視が可能となる。
【0012】−請求項3− き裂進展量は電位差法を用いれば測定可能である。電位
差法とは、き裂を挟んで遠方から定電流を印可し、き裂
をより近距離で挟んで電位差を測定するものである。き
裂が進展すれば、電位差は大きくなる。
【0013】−請求項4− 電位差法における測定用リード線は、腐食環境から隔離
すること、取付け位置以外でき裂進展部材やその他の部
材に対して絶縁することが必要である。そのために、測
定用リード線は、絶縁材内包金属被覆リード線と接合端
子からなり、接合端子は一方が取付け面側に開口し、他
方が金属被覆リード線側に開口した直交穴を有する。金
属被覆リード線を接合端子に接合し、取付け面側からリ
ード線の芯線を取り出し、被測定物の取付け個所に予め
貫通孔を設け、リード線の芯線を前記貫通孔に通して、
前記接合端子の取付け面を抵抗溶接法によって被測定物
に接合して、接合端子の裏面側から芯線を被測定物にシ
ール溶接する。以上の取付け方法によれば、電位差法に
好適なリード線の取付け方法が提供できる。
【0014】−請求項5− さらに、き裂進展部材の材質を腐食環境を内包する容器
または配管の材質と同一または類似とすれば、容器また
は配管の環境助長割れ感受性をそのまま評価できる。ま
たさらに、き裂進展部材の割れ感受性を高める圧延加工
や熱処理等を施せば、容器または配管の環境助長割れ感
受性を加速して評価できる。
【0015】−請求項6− なお、異なるき裂進展性を有するき裂進展部材からなる
複数のセンサで腐食環境を監視すれば、例えば、腐食環
境が急変した場合等にも計測が可能となる。すなわち、
腐食環境が厳しい場合にはき裂進展性が低いき裂進展部
材センサで、腐食環境がマイルドな場合にはき裂進展性
が高いき裂進展部材センサで測定可能となる。異なるき
裂進展性は、き裂進展部材の負荷応力や材料の割れ感受
性を調整することによって得られる。また、本手法は腐
食環境の程度が事前に不明な場合にも有効である。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図1から図
4に示す。
【0017】−請求項1− 図1は、き裂を有するき裂進展部材1と可撓性の密閉容
器2と連結部材3からなる腐食環境監視センサである。
き裂進展部材1は、予め本体(本図では平板を例示)に
き裂1−1が設けられており、ネジ1−2とストッパー
1−3を有する。き裂進展部材1の一端を大気圧または
それ以下の圧力とした可撓性の密閉容器2(本図ではベ
ローズを例示)の一端にネジ1−2を介して連結し、可
撓性の密閉容器2の他端を円筒状の連結部材に溶接4に
よって接合し、き裂進展部材1の他端はストッパー1−
3を介して連結部材3に連結する。連結部材3は貫通孔
3−1を有する。本構造を有するセンサを高圧腐食環境
を内包する容器や配管に取付ければ、可撓性の密閉容器
2が縮むことからき裂進展部材1に荷重を負荷すること
が可能となる。なお、き裂進展部材1を円筒にすること
も可能である。
【0018】−請求項2− 図2は、一方が大気開放されたき裂進展部材1と連結部
材3からなる腐食環境監視センサである。図示していな
い腐食環境を内包する容器または配管に対して、き裂進
展部材1の一端をシール5を介して大気開放し、き裂進
展部材1の他端を連結部材3によって前記の容器または
配管内面に連結する。連結部材3は貫通孔3−1を有す
る。なお、本図においては、き裂進展部材1は連結棒6
に接続して、連結棒6をシールしているが、機構は前述
に等しい。本構造を有するセンサを高圧腐食環境を内包
する容器や配管に取付ければ、連結棒6は圧力によって
おされることから、き裂進展部材1に荷重を負荷するこ
とが可能となる。なお、き裂進展部材1を円筒にするこ
とも可能である。
【0019】プラントの運転期間とき裂センサのき裂長
さの関係を図3に示す。腐食環境が悪化すればき裂進展
速度は速くなり、環境が改善されれば遅くなる。このよ
うに、き裂進展速度を監視すれば、腐食環境を監視する
ことができる。
【0020】−請求項3− き裂1−1の進展量または進展速度は、図1および図2
に示したように、電位差法を用いて測定することができ
る。電位差法とは、き裂1−1を挟んで遠方から定電流
を流し、き裂1−1をより近距離で挟んで電位差をで測
定するものである。定電流電源(P.S.)を電源リー
ド線7で、微小電位計(μV.M.)を測定リード線8
でき裂進展部材1に連結する。き裂1−1が進展すれ
ば、測定される電位差は大きくなる。
【0021】−請求項4− 電位差法における電源および測定リード線7、8は、腐
食環境から隔離すること、取付け位置以外でき裂進展部
材1やその他の部材に対して絶縁することが必要であ
る。図4に電位差法用リード線の取付け端子および取付
け方法を示す。電源および測定用リード線7、8は、絶
縁材内包金属被覆リード線7−1と接合端子7−2から
なり、接合端子7−2は一方が取付け面側に開口し、他
方が金属被覆リード線側7−1に開口した直交穴を有す
る。金属被覆リード線7−1を接合端子7−2に接合
し、取付け面側からリード線の芯線を取り出し、被測定
物9の取付け個所に予め貫通孔を設け、リード線の芯線
を前記貫通孔に通して、前記接合端子7−2の取付け面
を抵抗溶接法によって被測定物9に接合して、接合端子
7−2の裏面側から芯線を被測定物9にシール溶接す
る。以上の取付け方法によれば、電位差法に好適なリー
ド線7、8の取付け方法が提供できる。なお、図1およ
び図2に示したように、リード線7、8はシール機構1
0によってシールされ、外界に取り出されるる。
【0022】−請求項5− 図1および図2において、き裂進展部材1の材質を腐食
環境を内包する容器または配管の材質と同一または類似
とすれば、容器または配管の環境助長割れ感受性をその
まま評価できる。またさらに、き裂進展部材1の割れ感
受性を高める圧延加工や熱処理等を施せば、容器または
配管の環境助長割れ感受性を加速して評価することがで
きる。
【0023】−請求項6−図1および図2において、腐
食環境の圧力をpとすれば、長さ2aのき裂に対する応
力拡大係数Kは、以下のように求められる。
【0024】
【数1】P=pA σ=P/A0 K=σ(πa)0.5 ここで、Pはき裂進展部材1に加わる荷重、Aは可撓性
の密閉容器2の内側断面積またはシール5の内側断面
積、σはき裂進展部材1に加わる応力、A0はき裂進展
部材1の公称断面積である。応力拡大係数Kはき裂進展
速度パラメータであり、AやA0を調整することによっ
て任意のKが得られる。
【0025】以上のように、き裂進展部材1の割れ感受
性や応力拡大係数Kを調整すれば、異なるき裂進展性を
有するき裂進展部材1からなる腐食環境監視センサが構
成できる。複数のセンサで腐食環境を監視すれば、例え
ば、腐食環境が急変した場合等にも計測が可能となる。
すなわち、腐食環境が厳しい場合にはき裂進展性が低い
き裂進展部材センサで、腐食環境がマイルドな場合には
き裂進展性が高いき裂進展部材センサで測定可能とな
る。また、本手法は腐食環境の程度が事前に不明な場合
にも有効である。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、腐食環境監視用き裂セ
ンサの小型化、簡略化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】腐食環境監視用き裂センサの一例を示す図。
【図2】腐食環境監視用き裂センサの一例を示す図。
【図3】運転期間とき裂長さの関係を示す図。
【図4】電位差法におけるリード線の取付け方法を説明
する図。
【符号の説明】
1…き裂進展部材、1−1…き裂、1−2…ネジ、1−
3…ストッパ、2…可撓性の密閉容器(ベローズ)、3
…連結部材、3−1…貫通孔、4…溶接、5…シール、
6…連結棒、7…電源リード線、7−1…金属被覆リー
ド線、7−2…接合端子、8…測定リード線、9…被測
定物、10…シール機構。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G050 AA01 BA03 BA10 BA11 EA01 EA04 EB03 2G055 AA03 AA12 BA12 BA14 FA01 FA06 2G060 AA09 AA10 AA20 AE01 AE28 AF15 AG03 EA06 EA08 EB07 HC07 HC10 KA11

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 き裂進展量またはき裂進展速度に基いて
    腐食環境を監視するセンサにおいて、腐食環境が高圧で
    ある場合に、き裂を有するき裂進展部材と可撓性の密閉
    容器と連結部材からなり、き裂進展部材の一端を大気圧
    またはそれ以下の圧力となる可撓性の密閉容器、例えば
    ベローズの一端に連結し、可撓性の密閉容器の他端とき
    裂進展部材の他端を連結部材で連結して構成されたこと
    を特徴とする腐食環境監視用き裂センサ。
  2. 【請求項2】 き裂進展量に基いて腐食環境を監視する
    センサにおいて、腐食環境が高圧である場合に、き裂を
    有するき裂進展部材と連結部材からなり、腐食環境を内
    包する容器または配管に対して、き裂進展部材の一端を
    シールを介して大気開放し、き裂進展部材の他端を連結
    部材によって前記容器または配管内面に連結したことを
    特徴とする腐食環境監視用き裂センサ。
  3. 【請求項3】 請求項1または2において、き裂進展量
    を電位差法を用いて測定することを特徴とする腐食環境
    監視用き裂センサ。
  4. 【請求項4】 請求項3の測定用リード線の取付け方法
    において、絶縁材内包金属被覆リード線と接合端子から
    なり、接合端子は一方が取付け面側に開口し、他方が金
    属被覆リード線側に開口した直交穴を有する。金属被覆
    リード線を接合端子に接合し、取付け面側からリード線
    の芯線を取り出し、被測定物の取付け個所に予め貫通孔
    を設け、リード線の芯線を前記貫通孔に通して、前記接
    合端子の取付け面を抵抗溶接法によって被測定物に接合
    して、接合端子の裏面側から芯線を被測定物にシール溶
    接することを特徴とする腐食環境監視用き裂センサ。
  5. 【請求項5】 請求項1から4のいずれか1項におい
    て、き裂進展部材の材質を腐食環境を内包する容器また
    は配管の材質と同一または類似とし、割れ感受性を同
    等、若しくは、高める圧延加工や熱処理等を施したき裂
    進展部材を用いることを特徴とする腐食環境監視用き裂
    センサ。
  6. 【請求項6】 請求項5において、き裂進展部材の寸法
    や割れ感受性を調整して得た異なるき裂進展性を有する
    き裂進展部材からなる複数のセンサで腐食環境を監視す
    ることを特徴とする腐食環境監視用き裂センサ。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9891161B2 (en) 2014-03-14 2018-02-13 Rosemount Inc. Corrosion rate measurement
US10190968B2 (en) 2015-06-26 2019-01-29 Rosemount Inc. Corrosion rate measurement with multivariable sensor
CN110261294A (zh) * 2019-06-04 2019-09-20 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种模拟深海环境下裂纹区金属腐蚀电化学试验装置
US10830689B2 (en) 2014-09-30 2020-11-10 Rosemount Inc. Corrosion rate measurement using sacrificial probe
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