JP2002286678A - 金属材質の腐食管理支援装置 - Google Patents
金属材質の腐食管理支援装置Info
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Abstract
面腐食および局所腐食の腐食速度を信頼性よく且つ工業
的にも有利に監視すると共に、該全面腐食および局所腐
食管理を効果的に支援する。 【解決手段】 腐食測定対象の金属表面と同一材質の複
数個の電極を同一腐食条件下に曝らした状態で、該各電
極間の電気化学的電流ノイズおよび電気化学的電位ノイ
ズを測定する腐食電流電圧測定手段と、測定された電気
化学的電流ノイズおよび電気化学的電位ノイズの各測定
データを取り入れて時系列に蓄積するデータ記憶手段
と、蓄積された電気化学的電流ノイズおよび電気化学的
電位ノイズの各電流測定データを取り出して腐食速度を
算出する腐食速度算出手段と、算出された腐食速度デー
タに基づいて腐食条件の設定変更を行なう腐食条件変更
手段とを備えて構成する。
Description
理に適用される腐食管理支援装置に関し、さらに詳しく
は、金属材質の全面腐食および局所腐食を管理し得る電
気化学的ノイズ法による腐食管理支援装置に係るもので
ある。
はプラント液などの流体と接触する装置内部の金属面、
この場合には、反応器、蒸留塔、タンク(貯槽)、熱交
換器の各内部金属面、それに、これらの相互間を接続す
る金属配管の各内部金属面などでは、その金属材質の腐
食がしばしば問題となる。即ち、例えば、熱交換器の内
部配管では、流体に接する部分が、いわゆる伝熱面にな
るために腐食を生じ易いことが知られており、このよう
な腐食障害を未然に防止する必要上、該当金属表面の腐
食速度ないしは腐食傾向を確認しなければならない。
しては、従来からよく知られている如く、重量減少測定
法と分極抵抗測定法(直流分極抵抗法、交流分極抵抗
法、インピーダンス法)と電気抵抗測定法とのそれぞれ
がある。ここで、これらの各測定法における概要と作用
の得失との詳細を次に述べる。前記重量減少測定法(ク
ーポン法または浸漬試験法とも称される)は、測定対象
金属表面と同一材質の金属からなる試料試験片(細片ク
ーポン)を腐食性の試験流体中に浸漬して腐食を進行
(該腐食に伴って試料試験片自体の重量が減少する)さ
せておき、一定期間経過(通常の場合、30日〜90日
程度)後、該浸漬前後の試料試験片の腐食減量(質量
差)から試験期間中の平均的な腐食速度(腐食度)を求
める手段である。
瞬時(リアルタイム)的に測定できないこと、(b)測
定結果を得るまでに比較的長時間を要して対応が手遅れ
になる惧れを有すること、(c)局所腐食を測定できな
いことなどの不利がある。前記分極抵抗測定法は、電気
化学的な分極抵抗から測定時点での腐食速度を求める手
段、即ち、複数の試料試験片を相互に対極となるように
腐食性の試験流体中に浸漬して腐食を進行させた状態
で、該各試料試験片間に直流または交流の微弱な一定電
流を通電し、該通電によって生ずる電流または電位の変
化を測定することで、瞬時(リアルタイム)の全面腐食
速度を求める手段である。
低くて温度の影響が大であり、且つ高温下での測定がで
きないこと、(b)局所腐食を測定できないことなどの
不利がある。前記電気抵抗測定法は、試料試験片を腐食
性の試験流体中に浸漬して腐食を進行(該腐食に伴う試
料試験片自体の断面積の減少に対応して、その電気抵抗
値が増加する)させると共に、一定期間毎に該試料試験
片の電気抵抗値を測定し、その測定値勾配から該当時間
における平均腐食速度を求める手段である。
瞬時(リアルタイム)的に測定できないこと、(b)測
定感度が低くて温度の影響が大であり、且つ高温下での
測定ができないこと、(c)局所腐食を測定できないこ
となどの不利がある。そこで、これらの不都合を改善す
る手段として、電気化学的ノイズ法が米国特許第513
9627号で提案されている。本提案は、腐食性流体中
に浸漬させた同一金属表面の2個の試料試験片からなる
電極間のカップリング電流と電気化学的電流ノイズとの
測定をなし、これらの双方を比較することで金属表面の
局所腐食の程度を判断する手段であり、さらに、2個の
電極間に生じている電気化学的電位ノイズを測定し、該
電気化学的電位ノイズと前記電気化学的電流ノイズとの
比較で抵抗/インピーダンスノイズを得た後、該抵抗/
インピーダンスノイズ出力と前記局所腐食の程度の出力
とを比較して局所腐食の腐食速度を判断する手段であ
る。
は、前記電気化学的ノイズ法を用いて、金属表面の全面
腐食および局所腐食の腐食速度を信頼性よく且つ工業的
にも有利に監視すると共に、該全面腐食および局所腐食
管理を行なうのに適した金属材質の腐食管理支援装置が
提案されている。しかしながら、前期米国特許第513
9627号及び特開平10−19824号公報で提案さ
れている腐食速度の判断方法では、実際の腐食速度との
一致性が不十分であり、工業的に有効且つ適切な腐食速
度や腐食度の絶対値測定を具体的に示してはおらず、さ
らには、信頼性のある局所腐食の監視をなし得ないもの
であった。
実情に鑑み、前記電気化学的ノイズ法を用いて、金属表
面の全面腐食および局所腐食の腐食速度をより信頼性よ
く、且つ工業的にも有利に監視すると共に、該全面腐食
および局所腐食管理を行なうのに適した金属材質の腐食
管理支援装置を提供することである。
に、本発明に係る請求項1に記載の発明は、腐食測定対
象の金属表面と同一もしくはほぼ同一材質の複数個の電
極を同一もしくはほぼ同一の腐食条件下に曝らした状態
で、該各電極間の電気化学的電流ノイズおよび電気化学
的電位ノイズをそれぞれに測定する腐食電流電圧測定手
段と、前記腐食電流電圧測定手段で測定された電気化学
的電流ノイズおよび電気化学的電位ノイズの各測定デー
タを取り入れて、該電気化学的電流電圧ノイズ測定デー
タを時系列に蓄積するデータ記憶手段と、前記データ記
憶手段に時系列で蓄積された電気化学的電流ノイズおよ
び電気化学的電位ノイズを取り出し、該取り出された電
気化学的電流ノイズおよび電気化学的電位ノイズの測定
データから下記式 C=K×In/Vn (ここで、Inは電気化学的電流ノイズ、Vnは電気化
学的電位ノイズ、Kは腐食係数を表す。)により腐食速
度Cを算出する腐食速度算出手段と、前記腐食速度算出
手段で算出された腐食速度データに基づいて前記腐食条
件の設定変更を行なう腐食条件変更手段とを備えること
を特徴とする金属材質の腐食管理支援装置である。
下に曝らされた各電極間の電気化学的電流ノイズおよび
電気化学的電位ノイズが、腐食電流電圧測定手段によっ
て測定された後にデータ記憶手段に時系列で蓄積され、
且つ該データ記憶手段から取り出される電気化学的電流
ノイズおよび電気化学的電位ノイズの各測定データか
ら、腐食速度算出手段によって腐食速度を算出すると共
に、該算出された腐食速度データに基づき、腐食条件変
更手段によって腐食条件の設定変更がなされる。
食管理支援装置の実施形態例につき、図1ないし図6を
参照して詳細に説明する。図1は、本実施形態例による
腐食管理支援手段を含む腐食測定装置の全体構成の概要
を示すブロック図であり、ここでは、本実施形態例によ
る腐食管理支援手段を含む腐食測定装置全体の構成とそ
の作用ならびに効果について述べる。
形態例を含む腐食測定装置は、内部に所要量の腐食性溶
液12を容納した腐食測定容器11を有しており、該腐
食性溶液12中には、腐食測定対象となる金属表面と同
一またはほぼ同一の材質(以下、単に同一材質という)
の3個の測定電極、この場合、第1、第2および第3の
各電極21、22、23が浸漬されて、該金属表面と同
一またはほぼ同一の腐食条件(以下、単に同一腐食条件
という)下、この場合、同一またはほぼ同一の温度条件
(以下、単に同一温度条件という)の下に曝らされてい
る。
2間には、内部抵抗がほぼゼロの電流測定回路、いわゆ
る無抵抗電流計(zero resistance ammeter)24を接
続させ、前記第2の電極22と第3の電極23間には、
該電極側に影響を与えずに信号電圧を測定し得る入力イ
ンピーダンスが非常に大きいアンプ回路、ここではバッ
ファー回路25を接続させてある。
21と第2の電極22間には、それぞれの各電極表面の
腐食の進行程度に応じたカップリング電流(結合電流:
Imean)aを生じ、該カップリング電流aは、前記無抵
抗電流計24によって測定され、且つ後述する信号処理
をなした上で、コンピュータ71のデータ記憶部72に
時系列で蓄積される。
bについては、前記カップリング電流aの変動をフィル
ター回路、特にバンドパスフィルター回路26によっ
て、その低周波数領域、特に1Hz程度以下の周波数領
域、好ましくは0.01〜1Hz程度の周波数領域の電
流変動を測定して得ることができ、該測定された電気化
学的電流ノイズbもまた後述する信号処理をなした上
で、コンピュータ71のデータ記憶部72に時系列で蓄
積される。ここで、この電気化学的電流ノイズbは、コ
ンピュータ71に取り込まれたカップリング電流aをし
かるべく演算処理し、その標準偏差を求めることによっ
ても同様に得られる。
ついては、前記第2の電極22と第3の電極23間の電
位差(Vmean)を前記バッファー回路25によって測定
すると共に、この電位差の変動をフィルター回路、特に
バンドパスフィルター回路27によって、その低周波数
領域、特に1Hz程度以下の周波数領域、好ましくは
0.01〜1Hz程度の周波数領域の電位差変動を測定
して得ることができ、該測定された電気化学的電位ノイ
ズcもまた後述する信号処理をなした上で、コンピュー
タ71のデータ記憶部72に時系列で蓄積される。ここ
でも、この電気化学的電位ノイズcは、前記電位差を直
接コンピュータ71に取り込んでしかるべく演算処理
し、その標準偏差を求めることによっても同様に得られ
る。
電圧の各測定データ)をコンピュータ71に入力するま
でのデータ処理の具体的な回路手段の詳細を図2
(a)、(b)および図3(a)、(b)に示す。図2
(a)、(b)は、同上データ処理回路をアナログ回路
によって構成したときの一例である。この場合、先ず、
前記電流信号、即ち、前記第1の電極21と第2の電極
22間のカップリング電流aは、同図(a)にみられる
ように、無抵抗電流計24によって測定されると共に、
その電流信号の一方は、信号の2乗平均を求めるRMS
回路→求めた信号を直流に変換するDC回路→直流に変
換された信号を対数に変換するLOG回路からなるコン
バータ(以下、対数コンバータという)31によって対
数変換され、さらに、アナログ/デジタルコンバータ
(以下、A/Dコンバータという)32によってデジタ
ル変換された後、前記コンピュータ71にカップリング
電流(Imean)aとして入力され、電流信号の他方は、
バンドパスフィルター回路26によって1Hz程度以下
の周波数成分が取り出された上で、同様に対数コンバー
タ41によって対数変換され、さらに、A/Dコンバー
タ42によってデジタル変換された後、前記コンピュー
タ71に電気化学的電流ノイズ(In )bとして入力さ
れる。
電極22と第3の電極23間の電位差は、同図(b)に
みられるように、バッファー回路25によって測定さ
れ、且つこの信号からバンドパスフィルター回路27に
よって1Hz程度以下の周波数成分が取り出された上
で、ここでも、対数コンバータ51によって対数変換さ
れ、さらに、A/Dコンバータ52によってデジタル変
換された後、前記コンピュータ71に電気化学的電位ノ
イズ(Vn )cとして入力される。
(a)、(b)のアナログ回路構成に対応してデータ処
理回路をデジタル回路で構成したときの一例で、図中、
同一符号は同一または相当部分を示しており、該デジタ
ル回路構成によっても同様な作用が得られる。また、前
記金属表面と同一材質の金属片を同一腐食条件下で測定
して得た腐食測定データ、即ち、例えば、前記図1にお
いて、前記金属表面と同一材質の金属からなる試料試験
片(細片クーポン)61を用い、該試料試験片61を前
記腐食測定容器11内の腐食性溶液12中に同一腐食条
件下で一定時間浸漬した後、これを取り出して、そのと
きの腐食減量を質量測定器62によって測定した質量測
定データから求めた腐食度dについても前記コンピュー
タ71のデータ記憶部72に蓄積させる。
において、図1に示されている如く、前記データ記憶部
72に蓄積されている電気化学的電流ノイズ(In )
b、電気化学的電位ノイズ(Vn )cおよび腐食度dの
測定データに基づき、次の(2)式によって腐食係数K
を算出する。 腐食係数Kの算出(算出過程73) Cn=K/ΣRn=K/Σ(Vn/In) K=Cn/Σ(In/Vn) ここで、Σ(In /Vn) は、腐食度Cn に対応した時
間(所定時間)に相当するIn (電気化学的電流ノイズ
b)/Vn (電気化学的電位ノイズc)の比の蓄積量
(アンペア/ボルト)である。
ことで、特定の時間周期毎に測定したIn (電気化学的
電流ノイズb)およびVn (電気化学的電位ノイズc)
の測定データに基づき、次の(1)式によって腐食速度
(mm/年)C を算出する。 腐食速度Cの算出(算出過程76) C=K×In/Vn ・・・(1) ここで、以上のようにして得られる腐食速度の推移は、
CRT101の画面上および/またはプリンター102
のプリントアウトとして出力表示され、同様に前記腐食
速度の瞬時値や、それを時系列で表わすトレンド値の推
移についても出力表示させ得る。
C2、C3 および平均腐食速度C4 に加えて、カップリ
ング電流(Imean)aと、電気化学的電流ノイズ(In
)bおよび電気化学的電位ノイズ(Vn )cとの各測
定データの瞬時値や、それを時系列で表わしたトレンド
値の推移や、その累積値などをも各別もしくは相互に関
連付けて表示させることもできる。
腐食速度(mm/年)C のデータの結果に基づき、該
データを本プロセスの所望とする腐食速度の目標値と対
比した上で、該目標値との差異から条件変更量を求めて
腐食条件の変更をなし、本プロセスを良好な状態に維持
して腐食管理を行なうものである。図4には、本実施形
態例における腐食管理支援のための信号処理の一例を示
してある。
いるように、前記各腐食速度(mm/年)Cのデータを
腐食目標値比較部81に取り込んで目標値と対比する。
また、条件変更算出部82には、予め腐食メカニズムを
検討した結果での対処法、つまりプロセス変更条件が蓄
積されている。ここで、前記腐食目標値比較部81での
対比結果により、先ず、前記条件変更算出部82に蓄積
された情報に対応してプロセス条件変更部91への変更
情報がCRT92またはプリンター(図示せず)に出力
表示される。次いで、条件設定値変更部93において
は、出力表示の結果に基づいてプロセスの条件変更量の
設定値を手動的に変更するか、または、前記条件変更算
出部82から取り入れた算出結果に対応して自動的に変
更し、この変更量信号を制御部83を介した上で前記プ
ロセス条件変更部91に送り、該プロセス条件変更部9
1によってプロセスにおける条件変更が実行されるので
ある。
該変更に対応した腐食性溶液12が腐食測定容器11内
に供給されて腐食条件が是正且つ緩和され、該プロセス
と同一腐食条件下で前記と同様な腐食測定が行なわれ
て、プロセス自体が良好な状態に維持されるのである。
次に、上記実施態様例を適用した実質的且つ具体的な装
置構成と実験例とについて述べる。
模式的に示す説明図である。例えば、図5に示す製品タ
ンク201を測定対象とし、該製品タンク201の金属
製天板202に対し、本腐食測定装置(電気化学的ノイ
ズ測定装置)を付設して腐食性ガスによる該金属製天板
202の腐食測定を行なうことができる。ここで、前記
製品タンク201については、製品中に含まれる腐食性
ガスによる腐食防止のため、構成の場合、内部に窒素ガ
スを5m3/hr程度吹き込みシールすることで、その
腐食の調整をなすことができる。なお、この図4中、符
号203は、製品タンク201の付帯設備である。
して、前記図1に示した如く、前記分極抵抗測定法を適
用して、金属製天板202の内部金属表面と同一金属材
質の3個の電極21、22、23を配置し、且つ内部に
腐食性ガスを導入した上で、先に述べたように、カップ
リング電流(Imean)a、電気化学的電流ノイズ(In
)bおよび電気化学的電位ノイズ(Vn )cをそれぞ
れに測定する。一方、前記質量減少測定法を適用して、
前記金属表面と同一金属材質の試料試験片61を同一腐
食条件下に曝らし、一定時間経過後、その腐食減量を質
量測定して、該質量測定データから腐食度dを求める。
係数Kを求め、且つ前記(1))式で演算処理して腐食
速度(mm/年)Cを求める。そして、この場合、前記
腐食速度(mm/年)C が、前記腐食目標値比較部8
1に入力されて目標値と対比され、その対比結果のデー
タ、ここではプロセス条件の変更データが前記条件変更
算出部82に送られると共に、該プロセス条件の変更デ
ータがCRT92に出力表示される。
てプロセス条件の変更、つまり、前記製品タンク201
内にシールガスとして吹き込んでいる窒素ガスのフィー
ド量を調整することで腐食速度(mm/年)Cの調整を
する。そ次に、本発明方法による腐食率の測定結果と、
特開平10−19824号に記載の方法による腐食率の
測定結果と、実際の腐食率について比較した結果を示
す。
液に浸した測定データから、本発明方法および特開平1
0−19824号に記載の方法に従って腐食係数を算出
し、次いで、SUS304を10%の塩酸水溶液に浸し
た時の測定データから、本発明方法および特開平10−
19824号に記載の方法に従って腐食率を算出した。
結果を下記に示す。 (測定データ)
を求めることができる。
適用する腐食測定装置において、腐食測定対象の金属表
面と同一もしくはほぼ同一材質の複数個の金属電極を同
一もしくはほぼ同一の腐食条件下に曝らした状態で、各
金属電極間の電気化学的電流ノイズおよび電気化学的電
位ノイズをそれぞれに測定して、該測定された各測定デ
ータを時系列で蓄積すると共に、これらの電気化学的電
流ノイズおよび電気化学的電位ノイズを取り出して比較
することで、該測定データから腐食速度を算出し、さら
に、該算出された腐食速度データに基づいて腐食条件の
設定変更を行なうようにしたから、該当金属材質の全面
腐食および局所腐食を容易に測定し得て、該全面腐食お
よび局所腐食の状態を信頼性よく工業的にも有利に管理
し且つ支援できるという優れた特長を有するものであ
る。
構成の概要を示すブロック図である。
圧の各測定データ信号の処理回路をアナログ回路で構成
したときの一例を示すブロック図である。
圧の各測定データ信号の処理回路をデジタル回路で構成
したときの一例を示すブロック図である。
号処理の一例を示すブロック図である。
の概要を模式的に示す説明図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 腐食測定対象の金属表面と同一もしくは
ほぼ同一材質の複数個の電極を同一もしくはほぼ同一の
腐食条件下に曝らした状態で、該各電極間の電気化学的
電流ノイズおよび電気化学的電位ノイズをそれぞれに測
定する腐食電流電圧測定手段と、前記腐食電流電圧測定
手段で測定された電気化学的電流ノイズおよび電気化学
的電位ノイズの各測定データを取り入れて、該電気化学
的電流電圧ノイズ測定データを時系列に蓄積するデータ
記憶手段と、前記データ記憶手段に時系列で蓄積された
電気化学的電流ノイズおよび電気化学的電位ノイズを取
り出し、該取り出された電気化学的電流ノイズおよび電
気化学的電位ノイズの測定データから下記式(1) C=K×In/Vn ・・・(1) (ここで、Inは電気化学的電流ノイズ、Vnは電気化
学的電位ノイズ、Kは腐食係数を表す。)により腐食速
度Cを算出する腐食速度算出手段と、前記腐食速度算出
手段で算出された腐食速度データに基づいて前記腐食条
件の設定変更を行なう腐食条件変更手段とを備えること
を特徴とする金属材質の腐食管理支援装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001084161A JP2002286678A (ja) | 2001-03-23 | 2001-03-23 | 金属材質の腐食管理支援装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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