JP2007204838A - 地下埋設構造物の電気防食方法と電気防食構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、地下埋設鋼構造物の確実な防食効果を得ることにある。
【解決手段】本発明は、地下に埋設した防食被覆済みの鋼構造物２１の周囲に外面被覆済みの鋼製ケーシング２７を設け、前記鋼構造物２１と前記鋼製ケーシング２７との間に電解質の充填材２８を充填した構成の地下埋設構造物の電気防食方法であって、直流電源の２５正極側を前記鋼製ケーシング２７に接続し、直流電源２５の負極側を前記鋼構造物２１に接続し、前記直流電源から前記鋼構造物２１に通電することにより当該鋼構造物２１の防食を行うものである。
【選択図】図１

Description

本発明は地下に埋設した防食被覆を有する金属容器等の鋼構造物において、該鋼構造物の周囲を鋼製ケーシングで囲んだ埋設構造物を電気防食する方法とその構造に関するものである。

都市ガスや各種液体等の媒質を貯蔵することを目的として、普通鋼を始めとした金属製の容器が広く使用されている。この種の鋼製容器等の鋼構造物の一部若しくは全部を地下に埋設する場合、鋼構造物を保護するためにその周囲を鋼製ケーシングで囲み、鋼製ケーシングと鋼構造物の隙間に土壌やエアモルタルのような充填材を充填することがなされている。このように地下に埋設した鋼構造物の金属面が、土壌、あるいは経年劣化して中性化したエアモルタル等の電解質の環境下におかれると、部分的に腐食されることがある。
この鋼構造物の腐食を防止するため、鋼構造物の外面にポリエチレン等の熱可塑性樹脂の防食被覆を施す必要がある。しかしながら、上記樹脂の防食被覆が何等かの原因により損傷を受けた場合、防食被覆が損傷した部分の金属面が腐食することとなる。
このような地下埋設鋼構造物の金属面の腐食を防止するために、電気防食法を施すことが知られている。この電気防食法とは、鋼構造物を陰極として外部から直流電流を流入させる方法として知られており、このうち直流電流を用いて正極側に陽極を接続し、負極側に被防食体となる鋼構造物を接続して電圧を加える方式が外部電源方式と称されている。電気防食法に用いる陽極材料としては、消耗度が小さく、大きな電流に長期間に亘って安定して供給できる性能と耐久性が要求され、土壌中では、珪素鉄電極、磁性酸化鉄電極、金属酸化物被覆電極等が使用されている。

しかしながら、上記のように地下埋設鋼構造物の周囲が鋼製ケーシングで囲まれている場合、鋼製ケーシング外に設置した陽極から防食電流を供給することが困難となることが考えられる。
例えば図２に示すように鋼構造物１の周面と底面に塗装等により防食被覆２を形成したものが地下に埋設され、この鋼構造物１の周囲の土壌に鋼構造物１の周囲を囲むように鋼製ケーシング７が埋設され、鋼構造物１と鋼製ケーシング７との間にエアモルタル等の充填材８が充填された構造の地下埋設物Ａに対し、これと若干離れた土壌中に陽極６を埋設し、先の鋼構造物１と陽極６を配線ａを介して電源５に接続してなる地下埋設物の防食構造が知られている。
図２に示すように鋼製ケーシング７の外部の土壌中に陽極６を設置すると、鋼製ケーシング７の表面が無塗装の場合、陽極６から流れ出た防食電流４は、鋼製ケーシング７に流入した後、鋼製ケーシング７を通路としてその全体に流れ、鋼製ケーシング７において先の防食被覆２の被覆損傷部３の近くの部分から集中的に流れ出て充填材８を介して被覆損傷部３に到達し、防食効果を得ることができる。

また、別の防食方法の一例として、金属構造物と金属製ケーシングとの間に陽極を設置する構造が知られている。（非特許文献１参照）
この非特許文献１に記載技術によれば、二重構造のパイプラインの内管外管の電気防食方法として、金属製ケーシングの内部に陽極を配置して内管に防食電流を供給する実験を図３に示す実験回路を用いて行っている。
図３に示す実験回路は、鋼管からなる外管１０の内部に塩化ビニル樹脂製の内管１１を同心位置に配置して同心円筒管を構成し、内筒外周部に一定の間隔をあけて亜鉛のリング状の陽極１２と陰極１３とを配置し、陰極１３を被覆損傷と見立て、陽極１２と陰極１３とを直流電源１５に接続し、通電した際の電流の挙動を調査するための回路である。図３において直流電源１５の陰極端子を前記陰極１３に接続し、直流電源１５の陽極端子を前記陽極１２にタイマー１６とスイッチ１７を介して接続し、外筒１０の外周部に電極１８を配置するとともに、外筒１０の両端開口部をアクリル板１９で閉じ、内部に水を満たして構成してある。

この図３に示す実験回路を用いてパルス状の定電流を陽極１２から陰極１３に通じ、このときのケーシング対水電位およびケーシング位置の水対水電位の変化を測定し、ケーシングを経路とする電流を調べている。
また、図４に示す如く内挿管３０と鞘管３１からなる同心２重管を地盤３２内に水平に埋設した構造において、内挿管３０と鞘管３１との間に充填材３３を充填し、内挿管３０と鞘管３１のほぼ全長に亘るようにアノード線３４を配置し、外部電源３５の電極の一方を内挿管３０に接続し、電極の他方を鞘管３１に接続して通電する構成の地下埋設構造物の防食構造が知られている。（特許文献１参照）
「二重管における内管外面の陰極防食法」 （社）腐食防食協会’８２ 春期学術講演大会 Ｂー２０３ 特開２００３−１４８６８３号公報

先に説明した図２に示す構造において、仮に鋼製ケーシング７の表面に塗装などからなる絶縁性の防食被覆が形成されている場合は、陽極６から流れ出た防食電流４が鋼製ケーシング７の防食被覆によって遮断される結果、鋼製ケーシング７の内部側の鋼構造物１に防食電流４が到達せず、鋼構造物１側に充分な防食電流４が流れ込まなくなり、鋼構造物１の防食効果を得ることができないおそれがあった。
また、先に説明した図３の実験回路に基づく試験によれば、陽極１２から流れ出た防食電流は、鋼製ケーシングである外筒１０に流入した後、外筒１０を電気の通路として、陰極１３の付近において外筒１０から集中的に流出し、陰極１３に流れ込むことが確認されている。

このような模擬実験から鑑みると、図２に示す従来構造において鋼製ケーシング７が存在すると、陽極６を鋼製ケーシング７の外部あるいは内部のどちらに設置した場合でも、防食電流のルート、即ち、鋼構造物１への電気防食効果は鋼製ケーシング７の影響を強く受けることとなる。また、仮に陽極６を鋼製ケーシング７の内部側に設置する場合、鋼構造物１と鋼製ケーシング７との隙間に設置する必要が生じるので、施工が困難となりやすく、地盤沈下などの影響により鋼製ケーシング７と鋼構造物１との間隔が狭くなり、陽極６が鋼構造物１を圧迫することで、鋼構造物１の防食被膜に損傷を与えたり、陽極６を介して鋼製ケーシング７と鋼構造物１が電気的に繋がり、鋼構造物１の防食状態を維持できなくなる危険性もあった。
上記のように、鋼製ケーシング７に囲まれた鋼構造物１を電気防食する場合、鋼構造物１への電気防食効果は鋼製ケーシング７の影響を大きく受けることとなり、陽極６の設置場所によっては施工が困難となり、鋼構造物１の防食に障害を与える危険性もある。
また、先の図４に示す如く特許文献１に記載された構造では、地下埋設物の全長に亘りアノード線３４を埋設しなくてはならないので、施工コストが嵩む問題がある。特に、内挿管３０と鞘管３１との間の狭い間隙に充填材３３に囲まれるように内挿管３０と鞘管３１のほぼ全長に亘りこれらに接触することなくアノード線３４を埋設することは、施工上極めて煩雑な問題があり、また、仮に設計通りに埋設できたとしても、施工後の地盤沈下や地震などの影響により、防食性能に影響が出るおそれがあった。

本発明の主要な目的は、鋼製ケーシングを備えた地下埋設鋼構造物において陽極の位置などに左右されることなく地下埋設鋼構造物の確実な防食効果を煩雑な施工を要することなく得ることができる地下埋設構造物の電気防食方法と電気防食構造を提供することにある。

（１）本発明の地下埋設構造物の電気防食方法は、地下に埋設した防食被覆済みの鋼構造物の周囲に少なくとも内側が防食被覆されていない鋼製ケーシングを設け、前記鋼構造物と前記鋼製ケーシングとの間に電解質の充填材を充填した構成の地下埋設構造物の電気防食方法であって、直流電源の正極側を前記鋼製ケーシングに接続し、直流電源の負極側を前記鋼構造物に接続し、前記直流電源から前記鋼構造物に通電することにより当該鋼構造物の防食を行うことを特徴とする。
（２）本発明の地下埋設構造物の電気防食方法は、前記鋼構造物として普通鋼からなる収容器を用い、前記鋼製ケーシングとして鋼管杭を用い、前記防食被覆としてポリエチレン系、ポリプロピレン系、アスファルト系、エポキシ系樹脂のいずれかを用いることを特徴とする。

（３）本発明の地下埋設構造物の電気防食構造は、地下に埋設した防食被覆済みの鋼構造物の周囲に少なくとも内側が防食被覆されていない鋼製ケーシングが設けられ、前記鋼構造物と前記鋼製ケーシングとの間に電解質の充填材が充填された構成の地下埋設構造物の電気防食構造であって、直流電源の正極側が前記鋼製ケーシングに接続され、直流電源の負極側が前記鋼構造物に接続され、前記直流電源から前記鋼構造物に通電自在とされてなることを特徴とする。
（４）本発明の地下埋設構造物の電気防食構造は、前記鋼構造物が普通鋼からなる収容器であり、前記鋼製ケーシングが鋼管杭であり、前記防食被覆がポリエチレン系、ポリプロピレン系、アスファルト系、エポキシ系樹脂のいずれかからなることを特徴とする。

本発明によれば、鋼構造物と鋼製ケーシングとの間に直に直流電源からの通電を行えば、従来地盤に設けていた陽極を別途配置しなくとも鋼構造物の被覆層の損傷が発生した場合には電気防食効果を発揮させることができ、鋼構造物の防食状態に障害を与える危険性がなく、施工コストを削減できるとともに、信頼性の高い電気防食方法を実現できる。 また、地下に埋設した鋼構造物や鋼製ケーシングに沿わせて別途通電用の配線を行う必要が無いため施工が容易で施工コストが削減でき、鋼構造物や鋼製ケーシングの形状に左右されることなく鋼構造物の被覆層のどこの位置に損傷が生じても、電気防食効果を得ることができる。

以下に本発明の最良の形態について説明するが、本発明は以下の最良の形態に制限されるものではない。
図１は本発明の地下埋設構造物の電気防食方法を実施するための地下埋設構造物の電気防食構造の一例を示すもので、この形態の構造において、上端部の一部を地表に出して地盤２０に縦長の鋼構造物２１がほぼ垂直に埋設されている。この鋼構造物２１は、例えば天然ガスなどの貯蔵用のタンクとなり得る鋼（普通鋼）製のパイプであり、その周面と底面は樹脂の被覆層２２によって覆われ、鋼構造物２１の上端部には内容物の出し入れ用の図示略の開閉自在の出入口が形成されている。この鋼構造物２１の外側の地盤２０には鋼構造物２１よりも若干深い位置まで到達し、鋼構造物２１よりも径の大きな鋼管杭からなる鋼製ケーシング２７がその上端部を地表部分に到達させてほぼ垂直に埋設され、鋼構造物２１と鋼製ケーシング２７との間の部分にエアモルタルなどからなる電解質の充填材２８が充填されている。前記鋼製ケーシング２７はパイプ状の鋼管杭を鋼製ケーシング２７よりも若干深い位置まで埋め込んでなるので、鋼構造物２１の周囲とその底部側は充填材２８により覆われている。

前記鋼構造物２１は例えば普通鋼からなり、被覆層２２は、ポリエチレン系、ポリプロピレン系、エポキシ系樹脂などの耐食性の樹脂材料あるいはアスファルト系材料からなる。前記鋼構造物２１は普通鋼などからなる鋼管などが適用され、鋼構造物２１は例えば都市ガスや各種燃料ガスなどの液体の貯蔵容器として地下に埋設されるものであり、その長さや直径、規模、埋設本数などは目的に応じて適宜の大きさに設計される。前記被覆層２２は鋼構造物２１の腐食を防止する目的で形成されるので、腐食し難い前述の樹脂あるいはアスファルト系材料などの防水材から構成される。
前記鋼製ケーシング２７は例えば普通鋼からなり、その内面には被覆層などが形成されていない状態とされ、その外面には前述した被覆層２２と同様の被覆層が形成されていても、されていない状態でもいずれでも差し支えない。前記鋼製ケーシング２７は例えばポリエチレン被覆鋼管などからなる。前記充填材２８はエアモルタルなどのモルタル材からなることが好ましく、鋼構造物２１周囲の土壌を改良して鋼構造物２１が腐食し難い地盤構造となるように地盤に充填されている。
次に、直流電源２５が地盤２０上に設けられ、この直流電源２５の正極側が鋼構造物２１に負極側が鋼製ケーシング２７に配線ｂにより接続され、前記直流電源２５から前記鋼構造物２１と鋼製ケーシング２７に通電することができるように構成されている。この直流電源２５の起電力は数Ｖ程度あればよい。
従って、直流電源２５が鋼構造物２１の直近に設けられている必要性はなく、離れた場所に設けられている電源装置から電線を介してこれらに接続されていても良く、また、直近あるいは離れた位置に設置されたバッテリなどから電気を供給できるように構成されていても良い。以上説明の如く本実施形態においては、鋼構造物２１と充填材２８と鋼製ケーシング２７と配線ｂと直流電源２５とを具備して地下埋設構造物の防食構造がなされている。

前記鋼構造物２１の被覆層２２はその上端部を地盤２０の上面より若干上方まで位置させるように設けられており、直流電源２５から前記鋼構造物２１に通電した際に鋼製ケーシング２７の上端部から地表部分の充填材２８を介して鋼構造物２１側に直に電流が流れないように構成されている。勿論、図１に示す構成は１つの例に過ぎないので、鋼構造物２１を完全に地盤中に埋設することも可能であり、その場合は鋼構造物２１の全体を被覆層２２で覆い、直流電源２５に接続する部分のみ被覆層２２を貫通する形で配線し、この配線が地盤に電気的に接続しないようにして直流電源２５のみに接続するように配線すれば良い。

前記構造の鋼構造物２１にあっては、その被覆層２２が破れたり、損傷しない限りは被覆層２２が防食層となって鋼構造物２１の防食効果を発揮するが、万が一、被覆層２２の一部に埋設時の破損や損傷に起因して、あるいは、埋設後の地盤沈下や地震に起因して損傷部２３を生じると、鋼構造物２１の表面の金属地肌部分が充填材２８に直に接触するようになる。ここで、鋼製ケーシング２７には直流電源２５から負の電位が与えられているので、損傷部２３に近い部分の鋼製ケーシング２７から電解質の充填材２８を介して鋼構造物２１側に防食電流２４が流れ、損傷部２３に防食電流２４が図１の矢印に示す如く供給されるので、鋼構造物２１に対する電気防食機能が発揮される。
このように鋼構造物２１と鋼製ケーシング２７との間に直に直流電源２５からの通電を行えば、従来地盤に設けていた陽極を別途埋設しなくとも損傷部２３が発生した後において電気防食効果を発揮させることができ、鋼構造物２１の防食状態に障害を与える危険性を無くすることができる。また、本実施形態の構成では従来構造において必要であった陽極を略することができるので、施工コストを削減できるとともに、損傷部２３が鋼構造物２１のいずれの部位に生じてもこれを囲む鋼製ケーシング２７の一部から確実に防食電流を流すことができる結果として信頼性の高い電気防食構造と電気防食方法を実現することができる。
なお、防食電流２４を長い間流し続けると、鋼製ケーシング２７の金属部分が部分的に溶出して減少する減肉現象を生じるが、鋼製ケーシング２７が犠牲陽極となって多少減肉しても鋼構造物２１の腐食は生じないので、鋼構造物２１の腐食防止効果を長期間維持することができ、従来の如く地盤に陽極を別途埋設していた構造に比べ、施工が容易であり、陽極交換などのメンテナンスが不要となり、設備の維持管理に有利な特徴を有する。

ところで、図１に示す構造においては鋼構造物２１を地盤２０に１本のみ埋設した構造について説明したが、鋼構造物２１を複数本地盤に埋設した構造に本発明を適用できるのは勿論である。また、どのような埋設構造を採用したとしても、鋼構造物とその周囲を囲む鋼製ケーシングとの間に結線して直流電源に接続し、これらの間に電解質の充填材を介して電圧を印加できる構成とすればよい。

図１は本発明に係る地下埋設構造物の電気防食方法を実施するための電気防食構造の一例を示す断面図。 図２は従来技術において陽極を地盤内に配置した場合の地下埋設構造物の防食方法の一例を説明するためのもので、鋼製ケーシングの外面に被覆層を設けていない場合の構成図。 図３は従来技術において陽極を地盤内に配置した場合の地下埋設構造物の防食方法の他の例を説明するためのもので、鋼製ケーシングの外面に被覆層を形成した場合の構成図。 図４は従来技術において同心円筒管を水平配置した場合に電流の流れを調査するための実験回路を示す構成図である。

符号の説明

２０ 地盤、
２１ 鋼構造物、
２２ 被覆層、
２３ 損傷部、
２４ 防食電流、
２５ 直流電源
２７ 鋼製ケーシング、
２８ 充填材、
ｂ 配線、

Claims (4)

1. 地下に埋設した防食被覆済みの鋼構造物の周囲に少なくとも内側が防食被覆されていない鋼製ケーシングを設け、前記鋼構造物と前記鋼製ケーシングとの間に電解質の充填材を充填した構成の地下埋設構造物の電気防食方法であって、直流電源の正極側を前記鋼製ケーシングに接続し、直流電源の負極側を前記鋼構造物に接続し、前記直流電源から前記鋼構造物に通電することにより当該鋼構造物の防食を行うことを特徴とする地下埋設構造物の電気防食方法。
2. 前記鋼構造物として普通鋼からなる収容器を用い、前記鋼製ケーシングとして鋼管杭を用い、前記防食被覆としてポリエチレン系、ポリプロピレン系、アスファルト系、エポキシ系樹脂のいずれかを用いることを特徴とする請求項１に記載の地下埋設構造物の電気防食方法。
3. 地下に埋設した防食被覆済みの鋼構造物の周囲に少なくとも内側が防食被覆されていない鋼製ケーシングが設けられ、前記鋼構造物と前記鋼製ケーシングとの間に電解質の充填材が充填された構成の地下埋設構造物の電気防食構造であって、直流電源の正極側が前記鋼製ケーシングに接続され、直流電源の負極側が前記鋼構造物に接続され、前記直流電源から前記鋼構造物に通電自在とされてなることを特徴とする地下埋設構造物の電気防食構造。
4. 前記鋼構造物が普通鋼からなる収容器であり、前記鋼製ケーシングが鋼管杭であり、前記防食被覆がポリエチレン系、ポリプロピレン系、アスファルト系、エポキシ系樹脂のいずれかからなることを特徴とする請求項３に記載の地下埋設構造物の電気防食構造。
   
   
   

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