JP2008032421A - Numerical analyzing method of corrosive or corrosion-proof environment - Google Patents

Numerical analyzing method of corrosive or corrosion-proof environment Download PDF

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Aiichiro Kashiwagi
愛一郎 柏木
Hideki Hayakawa
秀樹 早川
Hidemasa Nonaka
英正 野中
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Osaka Gas Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a numerical analyzing method capable of accurately reflecting the state of the spot to precisely estimate the corrosion state of a conductor. <P>SOLUTION: In the numerical analyzing method of a corrosive or corrosion-proof environment for regarding the corrosion-proof state of an electric corrosion-proof place, where the current flowing out of a current outflow source flows in an inspection target, as a continuous body, which is composed of a plurality of the analyzing segments electrically connected to the inspection target to analyze the same, as a setting method of the material polarization characteristics of the analyzing segments on the surface of the inspection target, a weight coefficient is used with respect to the respective analyzing segments on the basis of the polarization characteristics of the actually measured material measured at each of the measuring positions on the surface of the inspection target to interpolate the potential value to a constant current value from a part of or all of the polarization characteristics of the actually measured material and the led-out polarization characteristics of the interpolated material are set as the polarization characteristics of the material in the respective analyzing segments. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、電流流出源から媒質を介して流入対象物へ電流が流入する場内に検討対象物が存在する腐食もしくは防食環境、あるいは、電流流出源から媒質を介して検討対象物へ電流が流入する腐食もしくは防食環境を、前記検討対象物を電気的に接続された複数の解析セグメントからなる連続体と見なして解析する腐食もしくは防食環境の数値解析方法に関する。   The present invention provides a corrosion or anti-corrosion environment in which a target object is present in a field where current flows from the current source to the target object through the medium, or current flows from the current source to the target object via the medium. The present invention relates to a numerical analysis method for a corrosion or anticorrosion environment in which the corrosion or anticorrosion environment is analyzed by regarding the object to be examined as a continuous body composed of a plurality of analysis segments electrically connected.

このような腐食もしくは防食環境の数値解析方法は、所謂、電食・干渉等の腐食問題、更には一般的な防食問題に適応される。
漏れ電流による電食、干渉による腐食等は、例えば、電食の場合、図1(a)(b)に示すような環境で発生し、干渉は、図1(c)に示すような環境で発生する。
さらに詳細には、図1(a)(b)に示す例の場合、直流電気鉄道100において、レール101を流れる電流の一部が地中102に流出することに起因して、その近傍に埋設されている導電性埋設管103に発生する腐食が問題となり、図1(a)(b)に矢印で示すように漏れ電流が流れる。
図1(c)に示す例の場合、埋設管104に外部電源装置105により電気防食を施したとき、近接する他の導電性埋設管103に防食電流の一部が流入し、電流流出部において発生する腐食が問題となる。この場合、図1(c)に矢印で示すように防食電流が流れる。これらの図で、その腐食部位をAで示した。
Such a numerical analysis method of corrosion or anticorrosion environment is applied to so-called corrosion problems such as electric corrosion and interference, and general corrosion prevention problems.
For example, in the case of electrolytic corrosion, corrosion due to leakage current or interference occurs in an environment as shown in FIGS. 1A and 1B, and interference occurs in an environment as shown in FIG. appear.
More specifically, in the case of the example shown in FIGS. 1A and 1B, in the DC electric railway 100, a part of the current flowing through the rail 101 flows out into the ground 102 and is buried in the vicinity thereof. Corrosion generated in the conductive buried pipe 103 is a problem, and a leakage current flows as shown by arrows in FIGS.
In the case of the example shown in FIG. 1 (c), when the anticorrosion is applied to the buried pipe 104 by the external power supply device 105, a part of the anticorrosive current flows into the other conductive buried pipe 103 in the vicinity, and at the current outflow portion. The corrosion that occurs is a problem. In this case, an anticorrosion current flows as shown by an arrow in FIG. In these figures, the corrosion site is indicated by A.

さて、これらの例で、電流流出源は、前者の場合は変電所106から遠隔地にあるレール部位101a、若しくはレール101自体であり、後者の場合は対極105aである。一方、流入対象物は、前者の場合は変電所106に近接したレール部位101bであり、後者の場合は防食対象の埋設管104(導電体)である。そして、本願にいう検討対象物とは、前者の場合、導電性埋設管103がこれに相当し、後者の場合、非防食状態にある導電性埋設管103がこれに当たる。   In these examples, the current outflow source is the rail portion 101a located far from the substation 106 in the former case or the rail 101 itself, and in the latter case is the counter electrode 105a. On the other hand, the inflow object is the rail portion 101b close to the substation 106 in the former case, and the buried pipe 104 (conductor) to be protected against corrosion in the latter case. In the former case, the object to be examined as referred to in this application corresponds to the conductive buried tube 103, and in the latter case, the conductive buried tube 103 in a non-corrosive state corresponds to this.

腐食は、電流が媒質である例えば土壌内に流出する部位で発生するため、この位置の特定が必要となる。なお、電流の流入部は防食状態となる。換言すると、検討対象物から媒質(上記例の場合「土壌」)への電流の流出入分布を求めることが必要となる。   Since corrosion occurs at a site where an electric current flows into a medium, for example, soil, it is necessary to specify this position. In addition, the inflow part of an electric current will be in a corrosion prevention state. In other words, it is necessary to obtain the current inflow / outflow distribution from the object to be examined to the medium (“soil” in the above example).

この種の腐食部位の推定に係わる技術手法として、数値解析を使用した解析が特許文献1に提案されている。
この提案は、本願に係る発明者らによるものであり、電位分布をラプラス場と見なして、被干渉対象物が被防食対象物に対して所定の電位状態にある境界条件を加味することによって、干渉問題の解析を行う。
As a technique related to estimation of this type of corrosion site, an analysis using numerical analysis is proposed in Patent Document 1.
This proposal is due to the inventors of the present application, considering the potential distribution as a Laplace field, and taking into account the boundary condition that the interfered object is in a predetermined potential state with respect to the protected object, Analyzes interference problems.

特開平11−160271号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-160271

しかしながら、特許文献1には以下のような問題がある。
この文献に記載の解析では、大規模モデルを扱う場合に、すべての位置において一定値の電位差を与えるが、この状態は腐食もしくは防食環境を良好に代表できるとは言いがたく、また、複数種類の埋設管が存在する場合には、分極特性のシフト値として複数のパラメータが存在するため、解析において収束しない場合がある。
However, Patent Document 1 has the following problems.
In the analysis described in this document, when dealing with a large-scale model, a potential difference of a constant value is given at all positions, but it is difficult to say that this state can well represent a corrosion or anticorrosion environment. When there is a buried pipe, since there are a plurality of parameters as the shift value of the polarization characteristic, there is a case where the convergence does not occur in the analysis.

そこで、発明者らは、現場の状況を代表できる非線形な境界条件(具体的には、検討対象物を電気的に接続された複数の解析セグメントからなる連続体とみなした場合の、各解析セグメントの現場状況を代表できる材料分極特性)を個々に設定して、解析を行うことを提案している。
このように境界条件を設定して解析を行うことにより、現場の実情を良好に代表できる解析結果を得ることができ、腐食発生部位の位置等を良好に推定できる。
Therefore, the inventors set nonlinear boundary conditions that can represent the situation in the field (specifically, each analysis segment when the object to be examined is regarded as a continuum consisting of a plurality of electrically connected analysis segments). The material polarization characteristics that can represent the actual situation in the field) are proposed and analyzed.
By performing the analysis by setting the boundary conditions in this way, it is possible to obtain an analysis result that can better represent the actual situation in the field, and to estimate the position of the corrosion occurrence site and the like.

さて、このような腐食もしくは防食環境の数値解析方法を採用する場合、解析対象の場内に存在する検討対象物を複数の解析セグメントからなる連続体と見なし、各解析セグメントでその材料分極特性を設定する必要がある。従って、この解析手法を採用する場合、全ての解析セグメントに関して、その材料分極特性が確定していることが必要である。   Now, when adopting such a numerical analysis method of corrosion or anticorrosion environment, the object to be examined existing in the field to be analyzed is regarded as a continuum consisting of multiple analysis segments, and the material polarization characteristics are set in each analysis segment. There is a need to. Therefore, when this analysis method is employed, it is necessary that the material polarization characteristics be determined for all analysis segments.

一般に、材料分極特性は、検討対象物と、検討対象物が接する媒質(例えば土壌)の界面に関する特性であるため、検討対象物の周囲環境(例えば、含水率、比抵抗、pHや含有イオン等)が変化する場合、材質が同一であってもその特性が変化する。即ち、位置によって環境が異なると、その位置の材料分極特性も変化する。そして、この材料分極特性は、第一義的には現場での測定により得る必要がある。   In general, the material polarization property is a property related to the interface between the object to be examined and the medium (for example, soil) in contact with the object to be examined. Therefore, the surrounding environment (for example, moisture content, specific resistance, pH, contained ions, etc.) ) Will change even if the material is the same. That is, if the environment differs depending on the position, the material polarization characteristics at that position also change. And this material polarization characteristic needs to be obtained primarily by on-site measurement.

この材料分極特性を測定しようとすると、この作業は、解析対象が土壌中に埋設された埋設管の場合、具体的には、プローブ(検討対象物である埋設管と同材質でできたテストピース)を土中に挿入し、当該埋設管と短絡して土壌となじませた後、埋設管と切り離し、プローブだけについて分極特性を測定する作業となる。   In order to measure this material polarization characteristic, this work is performed when the analysis target is a buried pipe buried in soil, specifically, a probe (a test piece made of the same material as the buried pipe to be examined). ) Is inserted into the soil, short-circuited with the buried pipe and blended with the soil, then separated from the buried pipe, and the polarization characteristics of only the probe are measured.

しかしながら、現場で材料分極特性が測定可能な場所は、例えば埋設管の場合、道路に一定の間隔で設けられたプロテクタと呼ばれる測定位置のみであり有限である。
先にも説明したように、上記解析のためには全ての解析セグメントについて材料分極特性を設定する必要がある(即ち、検討対象物全域に渡って設定する必要がある)が、例えば、埋設管の場合、プロテクタ間の位置の材料分極特性を現実に測定することは困難であるため、直近にある測定可能な位置の材料分極特性をそのまま使用することとなるが、このような解析手法を採用すると、その解析結果の信頼性が低下するという問題があった。
However, the place where the material polarization characteristic can be measured in the field is limited, for example, in the case of a buried pipe, which is only a measurement position called a protector provided on the road at regular intervals.
As described above, for the above analysis, it is necessary to set material polarization characteristics for all analysis segments (that is, it is necessary to set over the entire object to be examined). In this case, it is difficult to actually measure the material polarization characteristics at the positions between the protectors, so the material polarization characteristics at the nearest measurable positions will be used as they are. Then, there was a problem that the reliability of the analysis result decreased.

本発明の目的は、検討対象物の状態を精度よく推定することができる数値解析手法を得ることにあり、特に、検討対象物の特定部位の材料分極特性しか既知でない場合に、検討対象物の各部位の材料分極特性を的確に推定し、解析結果として信頼性の高い数値解析結果を得ることができる腐食もしくは防食環境の数値解析方法を得ることにある。   An object of the present invention is to obtain a numerical analysis method capable of accurately estimating the state of an object to be examined, particularly when only the material polarization characteristics of a specific part of the object to be examined are known. The object is to obtain a numerical analysis method of corrosion or anticorrosion environment that can accurately estimate the material polarization characteristics of each part and obtain a highly reliable numerical analysis result as an analysis result.

上記目的を達成するための、電流流出源から媒質を介して流入対象物へ電流が流入する場内に検討対象物が存在する腐食もしくは防食環境の数値解析方法の第一の特徴構成は、
前記検討対象物が除かれ、前記電流流出源から前記媒質を介して前記流入対象物へ電流が流入する基準モデルを構築し、前記基準モデルをラプラス方程式に従うラプラス場と見なして解析を実行する基準モデル解析工程と、
前記基準モデル解析工程で得られた前記基準モデルにおける電位分布から、前記検討対象物が存在する領域における電位分布を求める領域電位分布抽出工程と、
前記検討対象物を電気的に接続された複数の解析セグメントからなる連続体とみなし、前記解析セグメントそれぞれの材料分極特性を設定するに、前記材料分極特性が未知である前記解析セグメントから前記材料分極特性が既知である前記解析セグメントへの距離の関数で重み係数を定め、該重み係数を用いて、一部または全ての既知である材料分極特性から一定電位値に対する電流値を補間して導出された補間材料分極特性を、前記材料分極特性が未知である前記各解析セグメントの材料分極特性として設定する材料分極特性補間工程と、
前記領域電位分布抽出工程により求められた電位分布と前記材料分極特性補間工程により設定された前記材料分極特性を使用して、前記検討対象物のみが場内に存在するとして解析を実行し、前記検討対象物の分極電位分布及び前記検討対象物から媒質への電流の流出入分布を求める検討対象物解析工程とからなることにある。
In order to achieve the above object, the first characteristic configuration of the numerical analysis method of the corrosion or anticorrosion environment in which the object to be examined exists in the field where the current flows from the current source to the inflow object through the medium is as follows:
A reference model for constructing a reference model in which the examination object is removed and current flows from the current outflow source to the inflow object through the medium, and the analysis is performed by regarding the reference model as a Laplace field according to a Laplace equation The model analysis process;
A region potential distribution extraction step for obtaining a potential distribution in a region where the object to be examined exists from the potential distribution in the reference model obtained in the reference model analysis step;
The object to be examined is regarded as a continuum consisting of a plurality of electrically connected analysis segments, and in order to set the material polarization characteristics of each analysis segment, the material polarization characteristics from the analysis segment with unknown material polarization characteristics are set. A weighting factor is defined as a function of the distance to the analysis segment whose characteristics are known, and the current value for a constant potential value is interpolated from some or all known material polarization characteristics using the weighting coefficient. A material polarization property interpolation step for setting the interpolated material polarization property as the material polarization property of each analysis segment in which the material polarization property is unknown,
Using the potential distribution obtained by the region potential distribution extraction step and the material polarization characteristic set by the material polarization property interpolation step, an analysis is performed assuming that only the object to be examined exists in the field, and the examination And a subject analysis step for obtaining a polarization potential distribution of the subject and a current inflow / outflow distribution from the subject to be examined to the medium.

この手法は、先に説明した電食・干渉等の腐食問題を取り扱う場合に採用できる手法である。
この手法にあっては、先ず、基準モデルに基づいた解析を行い解析対象の場全体の電位分布を求める。ここで求められる電位分布は、解析対象としている環境における電位勾配を代表できる分布である。即ち、等電位線に直交する状態で電位勾配が発生している場を扱うこととなる。
この基準モデルにあっては、電流流出源、流入対象物が特定されているため、その位置関係に基づいて電位分布を求めることができ、電流量は通常流れると推定される電流量を適宜使用することができる。また電流量は、電流流出源と流入対象物間の電圧とその間の抵抗によっても推定することができる。
This method is a method that can be adopted when dealing with the corrosion problems such as electric corrosion and interference described above.
In this method, first, an analysis based on a reference model is performed to obtain a potential distribution of the entire field to be analyzed. The potential distribution obtained here is a distribution that can represent a potential gradient in the environment to be analyzed. That is, a field where a potential gradient is generated in a state orthogonal to the equipotential line is handled.
In this reference model, the current outflow source and the inflow target are specified, so the potential distribution can be obtained based on the positional relationship, and the current amount that is estimated to normally flow is used as appropriate. can do. The amount of current can also be estimated from the voltage between the current outflow source and the inflow object and the resistance between them.

さて、このようにして求まった場内の電位分布に基づき、前記基準モデルの解析では存在しないと仮定した検討対象物が実際に存在する領域の電位分布を領域電位分布抽出工程で抽出する(求める)。   Now, based on the potential distribution in the field obtained in this way, the potential distribution of the region in which the object to be examined that actually does not exist in the analysis of the reference model is extracted (obtained) in the region potential distribution extraction step. .

そして検討対象物解析工程では、検討対象物のみを対象とし、基準モデルでの当該領域の電位分布と、前記検討対象物を成す各解析セグメントの材料分極特性を使用する。そして、検討対象物を、電流の流入及び流出が起こっている導電体として取り扱うことで、前記検討対象物の分極電位分布及び前記検討対象物から媒質への電流の流出入分布を求めることができる。このとき、検討対象物の解析は、これが場内で、マクロセルを成すものとして解析を実行することで、検討対象物解析工程を実行できる。   In the examination object analysis step, only the examination object is targeted, and the potential distribution of the region in the reference model and the material polarization characteristics of each analysis segment constituting the examination object are used. Then, by treating the object to be examined as a conductor in which an inflow and outflow of current occurs, the polarization potential distribution of the object to be examined and the current inflow / outflow distribution from the object to be examined to the medium can be obtained. . At this time, the analysis of the examination object can be performed by executing the analysis on the assumption that this constitutes a macro cell in the field.

さて、上記のようにして、検討対象物解析工程を実行しようとすると、この工程で、境界条件としての検討対象物を成す各解析セグメントの材用分極特性を設定する必要が生じる。そこで、材料分極特性が既知の解析セグメントに関してはその既知の材料分極特性を、材料分極特性が未知の解析セグメントに関しては、材料分極特性補間工程で求められる、材料分極特性が既知である解析セグメントへの距離の関数で重み付けされて求められた補間材料分極特性を使用する。特定の位置関係にある解析セグメント間における材料分極特性の相対関係は、両セグメント間の距離に関係して決めることができる。   Now, if it is going to perform the examination object analysis process as mentioned above, it will be necessary to set the polarization characteristic for materials of each analysis segment which constitutes the examination object as a boundary condition at this process. Therefore, for analysis segments with known material polarization characteristics, the known material polarization characteristics are analyzed. For analysis segments with unknown material polarization characteristics, the analysis segments with known material polarization characteristics are obtained in the material polarization characteristics interpolation step. The interpolated material polarization properties, weighted with a function of the distance, are used. The relative relationship of the material polarization characteristics between analysis segments in a specific positional relationship can be determined in relation to the distance between the two segments.

このようにして全ての解析セグメントについて、合理的な材料分極特性を設定することにより、媒質内に電流流出源、流入対象物及び検討対象物が存在する場の解析を、検討対象物の存在、さらには、材料分極特性が未知である解析セグメントの存在にも係わらず、現状に適した状態で良好に行うことができる。
従って、先に説明した、漏れ電流による腐食、干渉による腐食を解析対象とすることができる。
In this way, by setting rational material polarization characteristics for all analysis segments, the analysis of the field where the current outflow source, the inflow target, and the study target exist in the medium is performed. Furthermore, it is possible to perform well in a state suitable for the current situation regardless of the presence of an analysis segment whose material polarization characteristics are unknown.
Therefore, the above-described corrosion due to leakage current and corrosion due to interference can be analyzed.

上記目的を達成するための、電流流出源から媒質を介して検討対象物へ電流が流入する腐食もしくは防食環境の数値解析方法の第二の特徴構成は、
前記検討対象物を電気的に接続された複数の解析セグメントからなる連続体とみなし、前記解析セグメントそれぞれの材料分極特性を設定するに、前記材料分極特性が未知である前記解析セグメントから前記材料分極特性が既知である前記解析セグメントへの距離の関数で重み係数を定め、該重み係数を用いて、一部または全ての既知である材料分極特性から一定電位値に対する電流値を補間して導出された補間材料分極特性を、前記材料分極特性が未知である前記各解析セグメントの材料分極特性として設定する材料分極特性補間工程と、
前記材料分極特性補間工程により設定された前記材料分極特性を使用して、前記電流流出源と前記検討対象物からなるモデルがラプラス方程式に従うラプラス場とみなして解析を実行し、前記検討対象物の分極電位分布及び前記検討対象物から媒質への電流の流出入分布を求めることにある。
In order to achieve the above object, the second characteristic configuration of the numerical analysis method of the corrosion or anticorrosion environment where current flows from the current source to the object to be examined through the medium is as follows:
The object to be examined is regarded as a continuum consisting of a plurality of electrically connected analysis segments, and in order to set the material polarization characteristics of each analysis segment, the material polarization characteristics from the analysis segment with unknown material polarization characteristics are set. A weighting factor is defined as a function of the distance to the analysis segment whose characteristics are known, and the current value for a constant potential value is interpolated from some or all known material polarization characteristics using the weighting coefficient. A material polarization property interpolation step for setting the interpolated material polarization property as the material polarization property of each analysis segment in which the material polarization property is unknown,
Using the material polarization characteristic set by the material polarization characteristic interpolation step, the model including the current outflow source and the object to be examined is regarded as a Laplace field according to a Laplace equation, and an analysis is performed. The purpose is to obtain the polarization potential distribution and the current inflow / outflow distribution from the object to be examined to the medium.

この手法は、一般的な腐食もしくは防食問題を取り扱う場合に採用できる手法である。
解析手法的には、解析場をラプラスの方程式を満たすラプラス場とみなして解析を行うのであるが、電流流出源から検討対象物に媒質を介しての電流流入が見込まれ、さらに、検討対象物において、その特定部位においてしか、各部位(数値解析上は解析セグメント)の材料分極特性を知ることができない場合に、本願を採用することができる。
この場合も、解析に使用するソルバーとしては、境界条件として非線形な境界条件である材料分極特性を加味してラプラス場を解くことができるソルバーを使用する。また、境界条件の設定対象となる検討対象物は、複数の解析セグメントに分割されたものとされ、解析セグメント全てについて、その材料分極特性の設定が必要となる。
This method is a method that can be adopted when dealing with general corrosion or corrosion prevention problems.
In terms of analysis method, the analysis field is regarded as a Laplace field that satisfies the Laplace equation, but current inflow from the current source to the object to be examined is expected, and further, In this case, the present application can be adopted only when the material polarization characteristics of each part (analysis segment in numerical analysis) can be known only at the specific part.
Also in this case, as the solver used for the analysis, a solver that can solve the Laplace field by taking into account the material polarization characteristic that is a nonlinear boundary condition as the boundary condition is used. In addition, the examination object to be set as the boundary condition is divided into a plurality of analysis segments, and the material polarization characteristics need to be set for all analysis segments.

さて、先に示した第一の特徴構成の場合と同様に、各解析セグメントに関して、その材料分極特性が既知な解析セグメントと、未知な解析セグメントとがある場合には、未知な解析セグメントの材料分極特性を、材料分極特性補間工程で、既知の解析セグメントの材料分極特性から距離の関数に基づいて重み付けして求め、その結果を解析に使用する。   As in the case of the first feature configuration described above, if there is an analysis segment whose material polarization characteristics are known and an unknown analysis segment for each analysis segment, the material of the unknown analysis segment In the material polarization characteristic interpolation step, the polarization characteristic is obtained by weighting based on the function of distance from the material polarization characteristic of a known analysis segment, and the result is used for the analysis.

結果、電流流出源から媒質を介して検討対象物に電流が流入する一般的な腐食もしくは防食環境の数値解析を、流入対象物の一部についてのみその材料分極特性を知ることができる状況においても良好に行えるようになった。   As a result, numerical analysis of the general corrosion or anticorrosion environment where current flows from the current source to the target object through the medium, even in a situation where the material polarization characteristics of only a part of the target object can be known. It came to be able to do well.

上記の第一の特徴構成或は第二の特徴構成を備えた腐食もしくは防食環境の数値解析方法において、前記距離の関数で重み係数を定めるに、距離に反比例する関数として重み係数を定め、前記補間を行うことが好ましい。
異なった位置の材料分極特性は、離間距離に反比例すると考えられ、合理的且つ最も簡単な関係式で、材料分極特性間の関係を規定できることとなる。
In the numerical analysis method of the corrosion or anticorrosion environment having the first characteristic configuration or the second characteristic configuration described above, the weighting factor is determined as a function inversely proportional to the distance, Interpolation is preferably performed.
The material polarization characteristics at different positions are considered to be inversely proportional to the separation distance, and the relationship between the material polarization characteristics can be defined by a rational and simplest relational expression.

本願の実施の形態を、以下図面を参照しながら説明する。
本願の実施形態として、第一実施形態及び第二実施形態を示す。
第一実施形態は、解析対象の場内に、「電流流出源」「流入対象物」及び「検討対象物」が存在し、電流が検討対象物に流入・この検討対象物から流出することにより、電食又は干渉が問題となる場合の実施形態である。
第二実施形態は、解析対象の場内に、「電流流出源」及び「検討対象物」が存在し、電流が、電流流出源から検討対象物に流れる一般的な腐食もしくは防食が問題となる場合の実施形態である。
これら両実施形態に関して、水槽を使用したモデル実験あるいは埋設管を使用した埋設管モデルによる現場実験を行うとともに、それら実験を代表できる数値解析モデルを構築して、本願に係る数値解析方法の有用性の検討を行った。
Embodiments of the present application will be described below with reference to the drawings.
As an embodiment of the present application, a first embodiment and a second embodiment are shown.
In the first embodiment, there are “current outflow source”, “inflow target”, and “review target” in the field to be analyzed, and current flows into and out of the test target, This is an embodiment when electric corrosion or interference is a problem.
In the second embodiment, there is a “current outflow source” and “subject to be examined” in the field to be analyzed, and general corrosion or corrosion prevention in which current flows from the current outflow source to the subject to be studied becomes a problem. It is an embodiment.
Regarding both of these embodiments, a model experiment using a water tank or an on-site experiment using a buried pipe model using a buried pipe is performed, and a numerical analysis model that can represent those experiments is constructed, and the usefulness of the numerical analysis method according to the present application Was examined.

1 第一実施形態
この実施形態で使用する数値解析手法は、その数値解析手法自体が独特であるため、先ず、その数値解析手法に関して説明するとともに、その後、検討対象物の一部部位においてしか、材料分極特性が判明していない場合の数値解析に関して説明する。
1 First Embodiment Since the numerical analysis method used in this embodiment is unique, first, the numerical analysis method will be described first, and then only in a part of the object to be examined. The numerical analysis when the material polarization characteristics are not known will be described.

1−1 モデル実験
モデル実験を行った環境の状態を図2(a)に示した。
水槽4(長辺 1500mm、短辺700mm、深さ120mm)の上部部位(図上、表面側に位置する部位)に、白金対極(電流流出源1)、水槽右側にステンレス板(流入対象物2)を設置し、水槽4内部に硫酸ナトリウム(比抵抗2520Ω・cm)水溶液(媒質5)が満たされた実験槽を用意し、白金対極からステンレス板に直流電流(30mA)を通電するものとした。
1-1 Model Experiment FIG. 2A shows the state of the environment in which the model experiment was performed.
In the upper part of the water tank 4 (long side 1500 mm, short side 700 mm, depth 120 mm), a platinum counter electrode (current outflow source 1) on the upper part (the part located on the surface side in the figure), and a stainless steel plate (inflow target 2 ), An experimental tank filled with an aqueous solution (medium 5) of sodium sulfate (specific resistance 2520 Ω · cm) in the water tank 4 was prepared, and a direct current (30 mA) was passed from the platinum counter electrode to the stainless steel plate. .

この場内で、水槽の底部部位(紙面表裏方向の裏面側)に、鋼製棒状体(検討対象物3)が浸漬されているものとした。   In this place, it was assumed that a steel rod-like body (examination object 3) was immersed in the bottom part of the water tank (the back side in the direction of the paper surface).

この場は、白金対極は電食を与える原因となる電流流出源1、ステンレス板は電食の原因となる電流が流れ込む流入対象物2、鋼製棒状体は電食を受ける埋設管となる。従って、この鋼製棒状体は、本願にいう検討対象物3であり、この検討対象物3における電流の流出部の特定が解析の目標となる。   In this case, the platinum counter electrode is a current outflow source 1 that causes galvanic corrosion, the stainless steel plate is an inflow object 2 into which current that causes galvanic corrosion flows, and the steel rod-like body is a buried pipe that receives galvanic corrosion. Therefore, this steel rod-shaped body is the examination object 3 referred to in the present application, and the identification of the current outflow portion in the examination object 3 is an analysis target.

鋼製棒状体3は、長さ5cm(Φ1cm)の試験片30を34個電気的に接続して構成されており、各試験片30から各々電流を測定するためのリード線(図示省略)を出し、電流分布を測定可能な構成とした。
この環境で発生する、鋼製棒状体3内の各々の試験片30の電流分布を実測したのが、図2(b)である(電流の流入をマイナス、流出をプラスとして表した)。
The steel rod-like body 3 is configured by electrically connecting 34 test pieces 30 having a length of 5 cm (Φ1 cm), and lead wires (not shown) for measuring current from each test piece 30 are provided. The current distribution can be measured.
FIG. 2B shows the current distribution of each test piece 30 in the steel rod-shaped body 3 generated in this environment (current inflow is expressed as minus and outflow is expressed as plus).

1−2 数値解析
数値解析では、従来同様、解析対象場の電位分布をラプラス方程式に従うラプラス場と見なし、この場に対応した数値解析モデルを構築するとともに、線形及び非線形な境界条件下でラプラス場を解くことが可能なソルバーを使用する。
但し、この実施形態では、解析対象とする場に関して、場内に「電流流出源」「検討対象物」「流入対象物」が存在するため、この実施形態独特の解析手法を取る。この解析手法は、上記のソルバーを使用するに際して、発明者らが新たに提案する手法である。
1-2 Numerical analysis In numerical analysis, the potential distribution of the field to be analyzed is regarded as a Laplace field according to the Laplace equation, and a numerical analysis model corresponding to this field is constructed and a Laplace field is obtained under linear and nonlinear boundary conditions. Use a solver that can solve
However, in this embodiment, since there are “current outflow source”, “consideration object”, and “inflow object” in the field for the field to be analyzed, an analysis method unique to this embodiment is taken. This analysis method is a method newly proposed by the inventors when using the above solver.

この種の線形・非線形な境界条件の下にラプラス場を数値的に解くには、数値解析法として境界要素法が適用できるが、このようなソルバー自体は公知である。本例にあっては、ソルバーとして、「腐食解析システム 3D−Cafe」(みずほ情報総研社製)と同等の機能を有するプログラムを使用した。このソルバーは、腐食もしくは防食環境をラプラスの方程式に従うラプラス場として解析可能なソルバーであり、その境界条件の設定に関しては、境界を成す各解析セグメントに関して、「定電流条件」、「定電位条件」、あるいは、「その解析セグメントの分極特性が特定された分極特性条件」の何れかを選択的に与えて、解析を行うことができる。   In order to numerically solve the Laplace field under this kind of linear / nonlinear boundary condition, the boundary element method can be applied as a numerical analysis method, but such a solver itself is known. In this example, a program having a function equivalent to “Corrosion analysis system 3D-Café” (manufactured by Mizuho Information & Research Institute) was used as a solver. This solver is a solver that can analyze a corrosive or anticorrosive environment as a Laplace field according to Laplace's equation. Regarding the setting of the boundary conditions, the `` constant current condition '' and `` constant potential condition '' Alternatively, the analysis can be performed by selectively giving one of the “polarization characteristic conditions in which the polarization characteristic of the analysis segment is specified”.

数値解析を行うに際しては、検討対象物3を除いた場の解析を一旦実行し、その後、この解析で得られた検討対象物3の配設領域の電位分布を利用して、この検討対象物3のみが場内に存在するラプラス場について数値解析をさらに実行し、検討対象物3と周りに存在する媒質5との間での電流の流入・流出分布を求める。   In performing the numerical analysis, the field analysis excluding the examination object 3 is executed once, and then the examination object is obtained by using the potential distribution in the arrangement region of the examination object 3 obtained by this analysis. Numerical analysis is further performed on the Laplace field in which only 3 exists in the field, and the inflow / outflow distribution of current between the object 3 to be examined and the medium 5 existing around is obtained.

以下、数値解析の手順を、上記解析対象に適用する場合について工程順に説明する。
但し、この1−2の説明では、各解析セグメントに対して使用する材料分極特性は、既知、同一として取り扱う。
Hereinafter, the case of applying the numerical analysis procedure to the analysis target will be described in the order of steps.
However, in the description of 1-2, the material polarization characteristics used for each analysis segment are treated as known and the same.

図3に、この場合の数値解析のフローを示した。
イ 基準モデル解析工程
解析対象となる場に関して、白金対極(電流流出源1)、ステンレス板(流入対象物2)が硫酸ナトリウム水溶液(媒質5)内にある状態の数値解析モデルを、各部材1,2、5の位置関係及び媒質5の比抵抗が代表されるように構築する(ステップ1)。
この数値解析モデルにおいては、検討対象物3をモデル内には備えず、媒質5が一様に分布しているものとする。但し、比抵抗分布が不均一の場合も境界条件の設定により解析は可能である。このモデルを本願にあっては基準モデルと称する。この基準モデルの構成を図2(a)に対応して示したのが図4(a)、図4(b)である。
FIG. 3 shows a flow of numerical analysis in this case.
(B) Standard model analysis process For each field to be analyzed, a numerical analysis model in which the platinum counter electrode (current outflow source 1) and the stainless steel plate (inflow target 2) are in the sodium sulfate aqueous solution (medium 5) , 2, 5 and the specific resistance of the medium 5 are represented (step 1).
In this numerical analysis model, it is assumed that the examination object 3 is not included in the model, and the medium 5 is uniformly distributed. However, even if the specific resistance distribution is not uniform, analysis can be performed by setting boundary conditions. This model is referred to as a reference model in the present application. FIGS. 4A and 4B show the configuration of this reference model corresponding to FIG.

この基準モデルにおいて、電流流出源1から媒質5内を介して流入対象物2に所定の電流が流れるとの条件の下、場内の電位分布を求める(ステップ2)。電流量としては、例えば30mAを適用する。この様にして求められた電位分布を図4(c)及び図5(b)に示した。
電流流出源1から流入対象物2に向かってラプラス方程式を満たす電位分布(抵抗を持った水溶液中を流れる電流による電圧降下(IRドロップ)による電位分布が発生している。これが起電力の要因となる)が形成されていることが判る。
In this reference model, the potential distribution in the field is obtained under the condition that a predetermined current flows from the current outflow source 1 through the medium 5 to the inflow target 2 (step 2). For example, 30 mA is applied as the amount of current. The potential distribution thus obtained is shown in FIGS. 4C and 5B.
A potential distribution (a potential distribution due to a voltage drop (IR drop) due to a current flowing in an aqueous solution having resistance) that satisfies the Laplace equation from the current source 1 toward the target 2 is generated. ) Is formed.

ロ 領域電位分布抽出工程
基準モデル解析工程で得られた基準モデルにおける電位分布から、検討対象物3が存在する領域における電位分布を求める(ステップ3)。この工程にあっては、図4(c)に破線で示されている検討対象物3の各部位の電位を抽出することとなる。
(B) Region potential distribution extraction step From the potential distribution in the reference model obtained in the reference model analysis step, the potential distribution in the region where the object 3 is present is obtained (step 3). In this step, the potential of each part of the examination object 3 indicated by a broken line in FIG. 4C is extracted.

ハ 検討対象物解析工程
領域電位分布抽出工程により求められた電位分布と、検討対象物3の材料分極特性とに基づいて、検討対象物3を流れる電流分布を求める(ステップ4)。この材料分極特性の一例を図6に実線の分極曲線(本溶液中における鋼の分極特性の実測値)として示した。この分極曲線は、図上右側で二つに分岐しているが、電流密度を対数グラフとして表記しているためであり、電位が自然電位より高い状態においては上側の分岐線で電位と流出電流密度との関係は表され、電位が自然電位より低い状態においては下側の分岐線で電位と流入電流密度との関係は表される。
(C) Study object analysis step Based on the potential distribution obtained by the region potential distribution extraction step and the material polarization characteristics of the study object 3, the current distribution flowing through the study object 3 is obtained (step 4). An example of this material polarization characteristic is shown in FIG. 6 as a solid line polarization curve (actual measurement value of the polarization characteristic of steel in this solution). This polarization curve is bifurcated on the right side of the figure because the current density is expressed as a logarithmic graph. In the state where the potential is higher than the natural potential, the potential and the outflow current at the upper branch line. The relationship with the density is expressed. When the potential is lower than the natural potential, the relationship between the potential and the inflow current density is expressed with the lower branch line.

数値解析にあっては、検討対象物3を、図5(a)吹き出しで示すように、複数の解析セグメント300からなる連続体と見なすとともに、領域電位分布抽出工程により求められた電位分布に基づいて、解析セグメント300の位置に対応して各解析セグメント300に電位差を与え、それを基に各解析セグメント300の解析分極特性を設定し、その後、それらを全て電気的に接続してマクロセル解析を行い、検討対象物3から媒質への電流の流出入分布を求める。   In the numerical analysis, the examination object 3 is regarded as a continuum composed of a plurality of analysis segments 300 as shown in FIG. 5A, and based on the potential distribution obtained by the region potential distribution extraction step. Then, a potential difference is applied to each analysis segment 300 corresponding to the position of the analysis segment 300, and the analysis polarization characteristics of each analysis segment 300 are set based on the potential difference, and then all of them are electrically connected to perform macrocell analysis. The flow of current into and out of the object 3 to be examined is obtained.

ここで、解析分極特性とは、解析対象となっている場において、各々単独で存在する時の各解析セグメント間の相互の電位差をも考慮した分極特性である。   Here, the analytical polarization characteristic is a polarization characteristic that also takes into consideration the mutual potential difference between the analysis segments when each exists independently in the field to be analyzed.

この検討対象物解析工程における処理フローを図7に示した。
この解析工程にあっては、検討対象物3を構成する解析セグメント300の材料分極特性、検討対象物3が存在する領域の領域電位分布及び、検討対象物3を構成する解析セグメント300それぞれの位置及び電気的接続関係が取り込まれる(ステップ4−1a,4−1b,4−1c)。
The processing flow in this examination object analysis process is shown in FIG.
In this analysis process, the material polarization characteristics of the analysis segment 300 constituting the examination object 3, the region potential distribution of the area where the examination object 3 exists, and the positions of the analysis segments 300 constituting the examination object 3. And the electrical connection relationship is taken in (steps 4-1a, 4-1b, 4-1c).

そして、これら取り込まれたデータを利用して、各解析セグメント300の解析上の分極特性を解析分極特性として求める(ステップ4−2)。この解析分極特性は、具体的には、図6に実線で示すような材料分極特性に対して、領域電位分布抽出工程により求められた各解析セグメント300の位置の電位分布に基づいて、その電位差分だけ電位軸方向に材料分極特性をシフトさせたものである。   Then, using these captured data, the analytical polarization characteristics of each analysis segment 300 are obtained as analytical polarization characteristics (step 4-2). Specifically, this analytical polarization characteristic is based on the potential distribution at the position of each analytical segment 300 obtained by the region potential distribution extraction step with respect to the material polarization characteristic as shown by the solid line in FIG. The material polarization characteristics are shifted in the direction of the potential axis by the amount.

図6に破線で、この解析分極特性を示し、そのシフト量をsで示した。なお、溶液中を流れる電流の向きに対して、上流側にある解析セグメント300は、下流にある解析セグメント300よりも、領域電位抽出工程で求められた電位が高いので、高電位側にシフトする。どの解析セグメント300を基準としても、電流分布の結果は同じとなる。   In FIG. 6, this analytical polarization characteristic is indicated by a broken line, and the shift amount is indicated by s. Note that the analysis segment 300 on the upstream side has a higher potential determined in the region potential extraction step than the analysis segment 300 on the downstream side with respect to the direction of the current flowing in the solution, and therefore shifts to the high potential side. . Regardless of the analysis segment 300, the current distribution results are the same.

ここで問題となるのは、解析セグメント間の電位差のみである。この説明では理解を容易とするため、同一の材料分極特性をシフトさせている。同図に示す解析分極特性は単一であるが、実際の解析においては、解析セグメント300の数だけ、解析分極特性が設定される。   The only problem here is the potential difference between the analysis segments. In this description, the same material polarization characteristics are shifted for easy understanding. Although the analytic polarization characteristics shown in the figure are single, in the actual analysis, as many analytic polarization characteristics as the number of analysis segments 300 are set.

以上のようにして、検討対象物3を一体として成す各解析セグメント300それぞれの解析分極特性を、シフト済み状態で得る。そして、検討対象物3のみが場内にあるラプラス場に関して、検討対象物3を境界として数値解析を実行する。この時、各解析セグメント300のシフト済みの解析分極特性が、各解析セグメント300の位置において、その部位における非線形の境界条件となる。その後、解析においては、実質的に検討対象物3を全て電気的にショートされたものとして取り扱い、この境界に於ける電流の流入・流出量が均衡するように解析して電流流出入分布を求める(ステップ4−4)。   As described above, the analysis polarization characteristics of each analysis segment 300 that integrally forms the examination object 3 are obtained in a shifted state. Then, with respect to the Laplace field in which only the object to be examined 3 is in the field, numerical analysis is performed with the object to be examined 3 as a boundary. At this time, the shifted analysis polarization characteristic of each analysis segment 300 becomes a non-linear boundary condition at the position of each analysis segment 300. Thereafter, in the analysis, the object 3 to be examined is substantially treated as being electrically short-circuited, and the current inflow / outflow amount at this boundary is analyzed to obtain a current inflow / outflow distribution. (Step 4-4).

このマクロセル解析においては、検討対象物3のみが、先に解析の対象とした場内にあるとして、非線形の境界条件を取り扱うことができるラプラス場を対象とするソルバーを使用する(このソルバーは先の基準モデル解析工程で使用したものと、同一のものである。)。
即ち、解析の条件が異なり、この解析は、電流流出源、流入対象物は除かれ、解析セグメント化され、夫々解析分極特性が固定された解析セグメント300からなる境界を有するラプラス場が解析の対象となる(この解析は、検討対象物に関してマクロセル解析と呼ばれる)。このようにして、検討対象物3内の電流入出流分布を求めることができ、その結果が出力される(ステップ4−5)。
このようにして、検討対象物に関して、その電流流出入分布が求められると、検討対象物内における分極電位分布は、材料分極特性(解析分極特性ではない)を用いて、電流から電位に変換することで求めることができる。
In this macrocell analysis, a solver for a Laplace field that can handle a nonlinear boundary condition is used assuming that only the object 3 to be examined is in the field to be analyzed first (this solver is used for the previous analysis). It is the same as that used in the reference model analysis process.)
That is, the analysis conditions are different, and the Laplace field having the boundary composed of the analysis segment 300 in which the current outflow source and the inflow target object are excluded, the analysis segment is formed, and the analysis polarization characteristics are fixed, is analyzed. (This analysis is called macrocell analysis for the object under consideration). In this manner, the current input / output flow distribution in the examination object 3 can be obtained, and the result is output (step 4-5).
In this way, when the current inflow / outflow distribution of the object to be examined is obtained, the polarization potential distribution in the object to be examined is converted from current to potential using material polarization characteristics (not analytical polarization characteristics). Can be obtained.

1−3 数値解析の有効性
1−1で示したモデル実験の腐食もしくは防食環境において、検討対象物3である鋼製棒状体と媒質5との間での電流の流入・流出分布の実測値を図2(b)に示した(電流の流入をマイナス、流出をプラスとして表した)。一方、数値解析により得られた結果を示したのが図5(c)である。結果は定性的に一致している。従って、この数値解析方法が有効であることが判る。
1-3 Effectiveness of numerical analysis Measured values of the current inflow / outflow distribution between the steel rod-shaped object 3 and the medium 5 in the corrosion or anticorrosion environment of the model experiment shown in 1-1 Is shown in FIG. 2 (b) (inflow of current is expressed as minus and outflow is expressed as plus). On the other hand, the result obtained by numerical analysis is shown in FIG. The results are qualitatively consistent. Therefore, it can be seen that this numerical analysis method is effective.

1−4 材料分極特性が、検討対象物の一部部位でのみ既知である場合の解析手法
これまでの説明では、検討対象物3の材料分極特性が既知であり、さらに全ての解析セグメント300で同一として解析を行う場合を説明した。
しかしながら、先にも説明したように、材料分極特性を検討対象物3全体で同一とすることは解析の精度において改良の余地がある。さらに、検討対象物3の全ての部位で材料分極特性が既知となる状況は少ない。そこで、既知の材料分極特性から、未知部位の材料分極特性を推定して、未知部位に関しては、この推定された材料分極特性を検討対象物解析工程で使用するものとする。
1-4 Analysis Method when Material Polarization Characteristic is Known Only at Part of Examination Object In the above description, the material polarization characteristic of examination object 3 is known, and all analysis segments 300 The case where the analysis is performed as the same is described.
However, as described above, making the material polarization characteristics the same for the entire examination object 3 has room for improvement in the accuracy of analysis. Furthermore, there are few situations in which the material polarization characteristics are known in all parts of the object 3 to be examined. Therefore, the material polarization characteristic of the unknown part is estimated from the known material polarization characteristic, and for the unknown part, this estimated material polarization characteristic is used in the examination object analysis step.

1−4−1 材料分極特性の補間基本手法
補間の基本手法を、図8、図9に基づいて説明する。
図8に示すように、検討対象物3上の点であって、A地点、B地点で材料分極特性が測定可能であるとし、図9のC地点で測定が不可能である場合に関して、C地点での材料分極特性を、A地点やB地点の既知の材料分極特性から求める場合について説明する。
1-4-1. Basic Method for Interpolating Material Polarization Characteristics A basic method for interpolation will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 8, it is assumed that the material polarization characteristics can be measured at the points A and B on the object 3 to be examined, and the measurement at the point C in FIG. A case will be described in which the material polarization characteristics at a point are obtained from known material polarization characteristics at points A and B.

材料分極特性の測定点(2地点)が図8のように配置されている場合、A地点での材料分極特性をf1、B地点でも材料分極特性をf2とすると、電流密度qと電位Eとの関係式は、A地点に関してq=f1(E)、B地点に関してq=f2(E)と表される。このとき、測定が不可能なA地点、B地点以外の地点(例えば図9に示すC地点)の材料分極特性は、A地点に近いほどf1に近い軌跡となり、B地点に近いほどf2に近い軌跡となることが推定される。   When the measurement points (two points) of the material polarization characteristics are arranged as shown in FIG. 8, assuming that the material polarization characteristics at the point A are f1 and the material polarization characteristics at the point B are f2, the current density q and the potential E Are expressed as q = f1 (E) for point A and q = f2 (E) for point B. At this time, the material polarization characteristics at points other than the points A and B where measurement is impossible (for example, the point C shown in FIG. 9) are closer to the point f1 as the point A is closer, and closer to the point f2 as the point B is closer. It is estimated that it becomes a locus.

そこで、測定点までの距離Lに応じた重み係数を距離の関数としてw(L)で与えるものとする。即ち、ある電流密度qが与えられたとき、C地点でのその電流密度qの補間材料分極特性は、以下の式に従うものとする。
q=(w(L1)×f1(E)+w(L2)×f2(E))/(w(L1)+w(L2))
ここで、L1,L2は、夫々、C地点とA地点との距離、C地点とB地点との距離である。
Therefore, a weighting factor corresponding to the distance L to the measurement point is given by w (L) as a function of the distance. That is, when a certain current density q is given, the interpolation material polarization characteristic of the current density q at the point C is assumed to follow the following equation.
q = (w (L1) × f1 (E) + w (L2) × f2 (E)) / (w (L1) + w (L2))
Here, L1 and L2 are the distance between point C and point A, and the distance between point C and point B, respectively.

測定地点数がn地点の場合には、q=Σw(Ln)×fn(E)/Σ(w(Ln))となる(ここで、積算Σは、測定点の点数分だけ実行する)。
この場合、既知の材料分極特性に関して、その全てを使うことなく、その一部を使用して、これら既知の材料分極特性を補間するようにしてもよい。実際に、補間材料分極特性を得る場合は、電位Eを変化させながら、個々の電位Eでの電流密度qを平均化してゆくことにより、補間材料分極特性を得ることができる。
When the number of measurement points is n, q = Σw (Ln) × fn (E) / Σ (w (Ln)) (Here, the integration Σ is executed for the number of measurement points).
In this case, the known material polarization characteristics may be interpolated by using a part of the known material polarization characteristics without using all of them. Actually, when the interpolation material polarization characteristics are obtained, the interpolation material polarization characteristics can be obtained by averaging the current density q at each potential E while changing the potential E.

重み係数としては、重み係数を求める関係式wを、距離に反比例する関数と仮定した場合、q=Σ(fn(E)/Ln)/Σ(1/Ln)と表される(ここで、積算Σは、測定点の点数分だけ実行する)。
但しLn=0のときは、例外処理として実測された分極特性q=fn(E)を使用する。
Assuming that the relational expression w for obtaining the weighting factor is a function inversely proportional to the distance, the weighting factor is expressed as q = Σ (fn (E) / Ln) / Σ (1 / Ln) (where, Integration Σ is executed for the number of measurement points).
However, when Ln = 0, the polarization characteristic q = fn (E) measured as an exception process is used.

このようにして得られる材料分極特性(測定可能地点に関しては、既知の材料分極特性、測定不可能地点に関しては、補間材料分極特性)を、各解析セグメント300の地点での材料分極特性として、先に説明した数値解析を行うことができる。   The material polarization characteristics obtained in this way (the known material polarization characteristics for the measurable points and the interpolated material polarization characteristics for the unmeasurable points) are used as the material polarization characteristics at the points of each analysis segment 300. The numerical analysis described in (1) can be performed.

1−4−2 埋設管モデルにおける材料分極特性の測定と補間
図2(a)を模擬して管を埋設した埋設管モデルの構成を図10に示した。図中には、実際に材料分極特性を測定した15地点の位置を〇印で示している。
1-4-2 Measurement and Interpolation of Material Polarization Characteristics in Embedded Pipe Model FIG. 10 shows the structure of an embedded pipe model in which a pipe is embedded by simulating FIG. In the figure, the positions of 15 points at which the material polarization characteristics were actually measured are indicated by ◯ marks.

図11にA地点の実際に測定した材料分極特性、図12にB地点の実際に測定した材料分極特性を、それぞれ示した。上記の補間手法に従うことで、A地点とB地点との中間点では、図11と図12の測定結果を平均化した補間材料分極特性が図13に示すように求められた。   FIG. 11 shows the actually measured material polarization characteristics at point A, and FIG. 12 shows the actually measured material polarization characteristics at point B, respectively. By following the above interpolation method, an interpolated material polarization characteristic obtained by averaging the measurement results of FIGS. 11 and 12 was obtained as shown in FIG. 13 at an intermediate point between the points A and B.

上記の埋設管モデルでは、図10に示す合計15地点について材料分極特性を実測し、これらの結果を用いて、測定ができない地点の材料分極特性を距離に反比例する関数で補間した。数値解析モデルにおける、検討対象物3を成す解析セグメント300の数は、2023とした。   In the above buried pipe model, the material polarization characteristics were measured at a total of 15 points shown in FIG. 10, and using these results, the material polarization characteristics at points where measurement was impossible were interpolated with a function inversely proportional to the distance. In the numerical analysis model, the number of analysis segments 300 constituting the examination object 3 is 2023.

1−4−3 補間材料分極特性を使用した数値解析
上記のようにして求められた材料分極特性(測定可能か否かに基づいて、測定可能部位に関しては実際に測定した材料分極特性、測定不可の部位に関しては補間により求めた材料分極特性)を、検討対象物解析工程において、各解析セグメント300にその位置に従って使用した。使用にあたっては、塗覆装の影響を考慮して補正(電流密度を1/200とする)した。比較対象とする材料分極特性として、図14に示すような理論値(電位変化35mVに対して電流密度変化10μA/cm2)を塗覆装の影響を考慮して補正(電流密度を1/200とする)した材料分極特性を使用する数値解析も行った。
1-4-3 Numerical Analysis Using Interpolated Material Polarization Characteristics Material polarization characteristics obtained as described above (based on whether measurement is possible or not, the material polarization characteristics actually measured for the measurable part, measurement not possible) The material polarization characteristics obtained by interpolation with respect to the part (1) were used for each analysis segment 300 according to the position in the analysis object analysis step. In use, correction was made in consideration of the influence of coating (current density was set to 1/200). As a material polarization characteristic to be compared, a theoretical value as shown in FIG. 14 (current density change 10 μA / cm 2 with respect to potential change 35 mV) is corrected in consideration of the effect of coating (current density is 1/200). Numerical analysis using the material polarization characteristics.

図15は、理論値を用いて数値解析を行った場合の、実測値(埋設管モデルでの実測値)と解析結果の比較であり、図16は、測定可能な地点において材料分極特性の実測値を、測定不可能な地点においては補間材料分極特性を使用して解析を行った場合の、実測値(埋設管モデルでの実測値)と解析結果の比較である。図15、図16の比較から、材料分極特性を補間することで、より良好な解析結果が得られることがわかる。なお、図17に、比較の対象として実測値を測定した地点を○で示した。   FIG. 15 shows a comparison between an actual measurement value (actual measurement value in an embedded pipe model) and an analysis result when a numerical analysis is performed using theoretical values, and FIG. 16 shows an actual measurement of material polarization characteristics at a measurable point. This is a comparison between the measured value (measured value in the buried pipe model) and the analysis result when the value is analyzed using the interpolated material polarization characteristics at a point where measurement is impossible. From the comparison between FIG. 15 and FIG. 16, it can be seen that a better analysis result can be obtained by interpolating the material polarization characteristics. In FIG. 17, points where measured values were measured as comparison targets are indicated by ◯.

2 第二実施形態
この実施形態は、解析対象の場内に、「電流流出源」及び「検討対象物」が存在し、電流流出源から検討対象物に、電流が流れる一般的な腐食もしくは防食が問題となる場合の実施形態である。
この実施形態の数値解析を行う場合も、先の実施形態と同様に、線形及び非線形な境界条件下でラプラス場を解くことができるソルバーを使用して解析を実行する。
解析に際しては、電流流出源から検討対象物に一定の電流が流れるものとして、解析を進める。検討対象物側の境界条件を設定するため、この検討対象物を解析セグメント化して、これらセグメント個々の材料分極特性を設定する必要が生じるが、材料分極特性に関して、未知の部位が存在する場合は、既知の部位の材料分極特性から、第一実施形態の1−4−1で採用した手法に従って補間材料分極特性を補間により求め、未知部位に関しては、その補間材料分極特性を使用することで、解析を行うことができる。
2 Second Embodiment In this embodiment, there are a “current outflow source” and a “subject to be examined” in the field to be analyzed, and general corrosion or anticorrosion in which current flows from the current outflow source to the subject to be examined. This is an embodiment when there is a problem.
When performing the numerical analysis of this embodiment, the analysis is performed using a solver that can solve the Laplace field under linear and nonlinear boundary conditions, as in the previous embodiment.
In the analysis, it is assumed that a constant current flows from the current source to the object to be examined. In order to set the boundary condition on the target object side, it is necessary to segment this target object into analysis segments and set the material polarization characteristics of each of these segments. From the material polarization characteristics of the known part, the interpolation material polarization characteristics are obtained by interpolation according to the method adopted in 1-4-1 of the first embodiment, and for the unknown part, by using the interpolation material polarization characteristics, Analysis can be performed.

以下、さらに具体的に、対象としたモデルに関して説明する。
2−1 埋設管モデル
外径700mm、長さ9mの一対の金属埋設管(以下単に金属管と称する)を平行に埋設し、これら一対の金属管に対して、それらの離間方向の中間位置に、金属管の埋設方向に対して垂直に外径125mm、長さ5mの通電用電極を設置し、通電用電極から通電電流を通電して金属管を防食する埋設管モデルを解析対象とした。
この埋設管モデルにおいて、通電用電極は金属管の埋設方向に対して垂直に設置し、通電用電極の長手方向中間部位を金属管の位置に配置した。即ち、通電用電極の長手方向が埋設深度方向とすると、金属管の埋設深度からみて、浅い側及び深い側に、それぞれ通電用電極の長手方向半分が延出されるものとした。
Hereinafter, the target model will be described more specifically.
2-1 Buried pipe model A pair of metal buried pipes (hereinafter simply referred to as metal pipes) having an outer diameter of 700 mm and a length of 9 m are buried in parallel, and the pair of metal pipes are positioned at an intermediate position in their separating direction. An embedded pipe model in which a current-carrying electrode having an outer diameter of 125 mm and a length of 5 m was installed perpendicularly to the metal-tube burying direction and the current-carrying current was supplied from the current-carrying electrode to protect the metal pipe was analyzed.
In this buried pipe model, the energizing electrode was installed perpendicularly to the burying direction of the metal tube, and the longitudinal intermediate portion of the energizing electrode was arranged at the position of the metal pipe. That is, assuming that the longitudinal direction of the energization electrode is the embedment depth direction, the longitudinal direction half of the energization electrode is extended to the shallow side and the deep side, respectively, as viewed from the embedment depth of the metal tube.

金属管の一端を基準点として、この基準点からの距離、0.5m、1m、2m,3m,4m,6mとなる測定点での材料分極特性を測定した。測定結果を図18に示す。電流密度の符号は、電流流入方向をマイナス、電流流出方向をプラスとした。   Using one end of the metal tube as a reference point, the material polarization characteristics were measured at measurement points at distances from the reference point of 0.5 m, 1 m, 2 m, 3 m, 4 m, and 6 m. The measurement results are shown in FIG. The sign of the current density is negative for the current inflow direction and positive for the current outflow direction.

2−2 数値解析
これら測定結果を利用して、金属管に定めた計39個の解析セグメントについて、その材料分極特性を、先に1−4−1で説明した方法により、各位置から測定点に至るまでの距離に反比例する関数で重み付けをして補間して求めた。求められた補間材料分極特性を使用して、先に説明したソルバーを使用して、通電用電極(電流流出源)から金属管(検討対象物)に一定の電流(具体的には2A)が流れるものとして数値解析を行った。
2-2 Numerical analysis Using these measurement results, the material polarization characteristics of a total of 39 analysis segments defined in the metal tube were measured from each position by the method described in 1-4-1. It was obtained by weighting and interpolating with a function inversely proportional to the distance to. Using the obtained interpolation material polarization characteristics, using the solver described above, a constant current (specifically 2A) is supplied from the energizing electrode (current outflow source) to the metal tube (subject to be examined). Numerical analysis was performed as a flow.

図19に、各測定点における、2A通電時の実測値を□で、数値解析結果(図上解析結果と記載)を●で示す。また、基準点からの距離について電位の数値解析結果と実測値との比較を図20に示した。実測値と数値解析結果は、ほぼ一致するものとなった。なお、この手法では、解析セグメント毎に材料分極特性を異ならせて、現場の状況に合致した数値解析を行うが、材料分極特性を平均化した解析を行った場合(全ての解析セグメントで平均化された材料分極特性を使用した場合)、実側値との誤差は大きくなる。この理由として、解析結果は平均化した材料分極特性上を推移する一方で、各測定位置での実測値は平均化した材料分極特性上に存在しないことが挙げられる。   In FIG. 19, the measured value at the time of energization of 2A at each measurement point is indicated by □, and the numerical analysis result (described as the analysis result on the drawing) is indicated by ●. Further, FIG. 20 shows a comparison between the numerical analysis result of the potential and the actual measurement value with respect to the distance from the reference point. The measured values and the numerical analysis results almost coincided. In this method, the material polarization characteristics are made different for each analysis segment, and numerical analysis that matches the situation at the site is performed. However, when analysis is performed with averaged material polarization characteristics (averaged over all analysis segments). When the material polarization characteristics are used), the error from the actual value becomes large. The reason for this is that while the analysis result changes on the averaged material polarization characteristic, the actual measurement value at each measurement position does not exist on the averaged material polarization characteristic.

現場の状態を的確に反映し、電食検討対象物の腐食状態を精度よく推定することができる解析手法を得ることができた。   An analysis method that accurately reflects the state of the site and can accurately estimate the corrosion state of the object subject to electrical corrosion investigation was obtained.

本願に係る解析対象となる電食の発生原因の説明図Explanatory diagram of the cause of the occurrence of electrolytic corrosion subject to analysis according to the present application モデル実験の構成を示す図Diagram showing configuration of model experiment 第一実施形態で使用する数値解析方法の概略フローを示す図The figure which shows the general | schematic flow of the numerical analysis method used by 1st embodiment. 第一実施形態における解析手順の説明図Explanatory drawing of the analysis procedure in the first embodiment 第一実施形態の解析モデル及び解析結果を示す図The figure which shows the analysis model and analysis result of 1st embodiment 検討対象物の材料分極特性及び解析分極特性の説明図Explanatory diagram of material polarization characteristics and analytical polarization characteristics of the object to be studied 検討対象物解析工程のフローを示す図Diagram showing the flow of the object analysis process 補間材料分極特性を求める場合の説明図Explanatory diagram for obtaining interpolated material polarization characteristics 補間材料分極特性を求める場合の説明図Explanatory diagram for obtaining interpolated material polarization characteristics 測定可能な地点の分布を示す図Diagram showing the distribution of measurable points A地点の材料分極特性の実側値Actual value of material polarization characteristics at point A B地点の材料分極特性の実測値Measured value of material polarization characteristics at point B 補間により求められるC地点の材料分極特性を示す図The figure which shows the material polarization characteristic of C point calculated | required by interpolation 材料分極特性の理論値を示す図Diagram showing theoretical values of material polarization characteristics 理論値を用いた場合の実測値と数値解析結果の関係を示す図Diagram showing the relationship between actual measurement values and numerical analysis results when theoretical values are used 補間手法を用いた場合の実測値と数値解析結果の関係を示す図The figure which shows the relation between the actual measurement value and the numerical analysis result when the interpolation method is used 図15、図16に示す結果の比較点の分布を示す図The figure which shows distribution of the comparison point of the result which is shown in FIG. 15 and FIG. 第二実施形態における材料分極特性の測定結果を示す図The figure which shows the measurement result of the material polarization characteristic in 2nd embodiment 第二実施形態における実測値と数値解析結果の比較を示す図The figure which shows the comparison of the measured value and numerical analysis result in 2nd embodiment 第二実施形態における実測値と数値解析結果の比較を示す図The figure which shows the comparison of the measured value and numerical analysis result in 2nd embodiment

符号の説明Explanation of symbols

1:電流流出源
2:流入対象物
3:検討対象物
1: Current outflow source 2: Inflow target 3: Investigation target

Claims (3)

電流流出源から媒質を介して流入対象物へ電流が流入する場内に検討対象物が存在する腐食もしくは防食環境の数値解析方法であって、
前記検討対象物が除かれ、前記電流流出源から前記媒質を介して前記流入対象物へ電流が流入する基準モデルを構築し、前記基準モデルをラプラス方程式に従うラプラス場と見なして解析を実行する基準モデル解析工程と、
前記基準モデル解析工程で得られた前記基準モデルにおける電位分布から、前記検討対象物が存在する領域における電位分布を求める領域電位分布抽出工程と、
前記検討対象物を電気的に接続された複数の解析セグメントからなる連続体とみなし、前記解析セグメントそれぞれの材料分極特性を設定するに、前記材料分極特性が未知である前記解析セグメントから前記材料分極特性が既知である前記解析セグメントへの距離の関数で重み係数を定め、該重み係数を用いて、一部または全ての既知である材料分極特性から一定電位値に対する電流値を補間して導出された補間材料分極特性を、前記材料分極特性が未知である前記各解析セグメントの材料分極特性として設定する材料分極特性補間工程と、
前記領域電位分布抽出工程により求められた電位分布と前記材料分極特性補間工程により設定された前記材料分極特性を使用して、前記検討対象物のみが場内に存在するとして解析を実行し、前記検討対象物の分極電位分布及び前記検討対象物から媒質への電流の流出入分布を求める検討対象物解析工程とからなる腐食もしくは防食環境の数値解析方法。
A numerical analysis method for a corrosion or anti-corrosion environment in which a target object is present in a field where current flows from a current source to a target object through a medium,
A reference model in which the examination object is removed and a reference model is constructed in which a current flows from the current outflow source to the inflow object through the medium, and the analysis is performed by regarding the reference model as a Laplace field according to a Laplace equation The model analysis process;
A region potential distribution extraction step for obtaining a potential distribution in a region where the object to be examined exists from the potential distribution in the reference model obtained in the reference model analysis step;
The object to be examined is regarded as a continuum consisting of a plurality of electrically connected analysis segments, and in order to set the material polarization characteristics of each analysis segment, the material polarization characteristics from the analysis segment with unknown material polarization characteristics are set. A weighting factor is defined as a function of the distance to the analysis segment whose characteristics are known, and the current value for a constant potential value is interpolated from some or all known material polarization characteristics using the weighting coefficient. A material polarization property interpolation step for setting the interpolated material polarization property as the material polarization property of each analysis segment in which the material polarization property is unknown,
Using the potential distribution obtained by the region potential distribution extraction step and the material polarization characteristic set by the material polarization property interpolation step, an analysis is performed assuming that only the object to be examined exists in the field, and the examination A numerical analysis method for a corrosion or anticorrosion environment, comprising: a polarization potential distribution of a target object and a target object analysis step for obtaining a current inflow / outflow distribution from the target object to the medium.
電流流出源から媒質を介して検討対象物へ電流が流入する腐食もしくは防食環境の数値解析方法であって、
前記検討対象物を電気的に接続された複数の解析セグメントからなる連続体とみなし、前記解析セグメントそれぞれの材料分極特性を設定するに、前記材料分極特性が未知である前記解析セグメントから前記材料分極特性が既知である前記解析セグメントへの距離の関数で重み係数を定め、該重み係数を用いて、一部または全ての既知である材料分極特性から一定電位値に対する電流値を補間して導出された補間材料分極特性を、前記材料分極特性が未知である前記各解析セグメントの材料分極特性として設定する材料分極特性補間工程を実行し、
前記材料分極特性補間工程により設定された前記材料分極特性を使用して、前記電流流出源と前記検討対象物からなるモデルがラプラス方程式に従うラプラス場とみなして解析を実行し、前記検討対象物の分極電位分布及び前記検討対象物から媒質への電流の流出入分布を求める腐食もしくは防食環境の数値解析方法。
A numerical analysis method for a corrosion or anticorrosion environment in which current flows from a current source to a target object through a medium,
The object to be examined is regarded as a continuum consisting of a plurality of electrically connected analysis segments, and in order to set the material polarization characteristics of each analysis segment, the material polarization characteristics from the analysis segment with unknown material polarization characteristics are set. A weighting factor is defined as a function of the distance to the analysis segment whose characteristics are known, and the current value for a constant potential value is interpolated from some or all known material polarization characteristics using the weighting coefficient. Executing the material polarization property interpolation step for setting the interpolated material polarization property as the material polarization property of each analysis segment in which the material polarization property is unknown,
Using the material polarization characteristic set by the material polarization characteristic interpolation step, the model including the current outflow source and the object to be examined is regarded as a Laplace field according to a Laplace equation, and an analysis is performed. A numerical analysis method of a corrosion or anticorrosion environment for obtaining a polarization potential distribution and an inflow / outflow distribution of current from the object to be examined to a medium.
前記距離の関数で重み係数を定めるに、距離に反比例する関数として重み係数を定め、前記補間を行う請求項1又は2記載の腐食もしくは防食環境の数値解析方法。   The numerical analysis method for a corrosion or anticorrosion environment according to claim 1 or 2, wherein the weighting coefficient is determined by the function of the distance, the weighting coefficient is determined as a function inversely proportional to the distance, and the interpolation is performed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2019150784A1 (en) * 2018-02-05 2019-08-08 株式会社日立製作所 Metallic structure corrosion evaluating system

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