JP2013231511A - オフショア防食被覆系用損耗インジケータシステム - Google Patents

Abstract

【課題】人が定期的にオフショア構造物にいなくても、防食手段の高信頼性の評価を可能にする防食被覆系用損耗インジケータシステムを開発する。
【解決手段】少なくとも２層の、上位の層と下位の層とを含む防食被覆を有する金属管において、下位の層は、下位の層の上位に位置する単数又は複数の層の損傷時に光信号又は電気信号が検出され得るように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、オフショア構造物又は配管の一部であり、防食系により被覆されている金属管用の損耗インジケータシステムに係り、特に、少なくとも２層の、上位の層と下位の層とを含む防食被覆を有する金属管に関する。

さらに本発明は、上記金属管の使用にも関する。

岸から離れた沖に建造される定置の構造物をオフショア構造物という。この種のオフショア構造物の例は、風力発電施設、掘削用プラットフォーム及び灯台である。本発明の対象に含まれる配管は、多層構造の軟性管とは異なり、金属からなる重厚な壁を有する剛性管である。

金属管は、例えばオフショア構造物の基礎構造の一部である。オフショア構造物の基礎構造は、本来の機能ユニットを支持する領域である。風力発電施設の場合、基礎構造は、タービン及びロータを含めたタワーを支持している。掘削用プラットフォームの場合、基礎構造は、付設物を含めたデッキを支持している。灯台の場合、基礎構造は、灯火と、あれば塔を支持している。基礎構造は、水面下あるいは海中部、変動する水位の影響を受ける範囲あるいは干満帯、波しぶきの影響を受ける範囲あるいは飛沫帯、及び場合によってはエアロゾルの影響を受ける範囲あるいは海上大気部に位置している。基礎構造は、海底土中に据え付けられている基礎要素を含む。

風力エネルギ利用の拡充計画にしたがい、今後、北海その他の海及び内海において、多数のオフショア風力発電施設が計画されている。オフショア風力発電施設の機械的なシステム全体は、タービン、ロータ、タワー及び基礎構造といったコンポーネントからなる。

岸から１００ｋｍ以上離れた立地において水域の底にこれらの施設の基礎を構築するには、オンショア領域の構造とは大きく異なる特別な構造が必要である。これらの手間あるいは費用のかかる構造、例えばモノパイル、ジャケット、トリポッド、トリパイル等の部分領域は、高い静的負荷及び特に動的負荷並びに腐食負荷に曝されている。その都度観察される立地における位置及び水深次第で、いわゆる５０年確率波及び潮位が考慮されねばならない。これに、強い紫外線、塩分を含む飛沫水、波しぶき、エアロゾル、温度変動、機械的負荷、貝類その他の生物の付着並びにこれと関連する動物による機械的損傷及び動物その他の海洋生物の分泌物による化学的損傷が加わる。これらの構造には鋼管が使用され、鋼管は、防食の理由から気密に閉鎖されているか、又はコンクリートが充填されている場合がある。さらに、電流その他の供給線路は、構造用鋼管を通って延びていてよい。

従来、構造用に必要な金属管は、直接必要な壁厚さより大幅に厚い壁厚さ（２５％まで）を有して設計されており、ここでは従来慣用の塗料、大抵の場合、エポキシ樹脂又はポリウレタンをベースとする塗料が、防食のために使用される。これらの塗料系は、通常、機械的負荷に対する特段の保護を提供しない。さらにこれらの塗料系は、しばしば手で高いところまで塗布されねばならない。このことは、品質管理が困難であるという結果につながる。この種のコーティングの品質は、工場で施工されたコーティングの品質とは同列には扱い得ない。

下記特許文献１には、ポリアミド成形材料からなる押し出し成形された層により被覆されている構造用鋼管が、オフショア構造物の基礎構造に使用可能であることが記載されている。これにより、従来公知の同様の管と比較して、機械的負荷並びに腐食及び紫外線照射からの良好な保護が達成される。被覆は、多層に形成されていてもよい。

金属からなる配管は、現在、しばしばポリオレフィン、例えばポリエチレン又はポリプロピレンにより被覆される（下記特許文献２，３，４）。コーティングあるいは被覆は、主機能として防食に役立ち、相応の規格により規定される。ポリオレフィン被覆の規格は、例えばＤＩＮ ＥＮ １０２８８あるいはＤＩＮ ３０６７８である。ポリオレフィン被覆の場合、この層は、例えばチューブ状に押し出し成形することによってか、又は押し出し成形しながら巻き付けることによって製造される。付着促進のために、押し出し成形前にエポキシ層及び接着剤層が相前後して被着される場合がある。

ＤＩＮ ＥＮ １０３１０（ドイツ語版 ＥＮ １０３１０：２００３）に規定されている別の従来技術は、地中及び水中に敷設される配管用の鋼管の、ポリアミド粉体によるコーティングである。ポリアミドコーティングは、流動層内への浸漬、吹き付け又はロール塗工法によって被着される。方法に起因して、粉体コーティングによっては、比較的薄い層が金属上に被着されるにすぎない。特に、高温の金属表面上での溶融物の良好な均展を保証するために、比較的低分子のポリアミドからなる粉体が、コーティングのために使用されねばならないことは欠点である。こうして得られたコーティングは、第１の機能として防食に役立つ。さらに、エポキシド又はポリウレタンをベースとする熱硬化性樹脂コーティングも公知である。

配管構造においては、環境条件、敷設条件及び運転条件がますます厳しくなっているので、ますます高い技術的要求が、管のコーティングに課される。地中に敷設される配管を腐食から保護する、特に陰極防食の場合の最も効果的な方法の１つは、多層の外被である。多層の外被は、第１の層としてのエポキシ樹脂層と、第２の層としての、接着剤としてのコポリマーと、ポリエチレン又はポリプロピレンからなるより外側のポリオレフィン層とからなっている。この外被法は、小径管から大径管まで適用可能である。しかし、オフショア領域及びオンショア領域では、しばしば付加的に高い要求が、機械的負荷に対する耐性に課される。付加的にこの問題を考慮するため、下記特許文献５は、ポリアミド成形材料からなる押し出し成形された層により被覆されている金属製の導管を、水中に敷設される配管を製造するために使用することを推奨している。

この種の防食コーティングの損傷は、保護したい鋼製の構造の腐食につながり、構造物あるいは配管を構造的な危険に曝す場合がある。それゆえ、従来技術では、一方では、特にオフショア構造物において、防食手段の定期的な実地検査がなされる。他方、鋼製の構造は、安全率を含んで設計され、安全率は、鋼製の構造の、保護層の損傷によって惹起される時間的に限られた腐食を容認する。

例えばオフショア風力発電施設には、常に駐在者がいるというわけではないので、この風力発電施設の検査は、明らかに高い手間あるいはコストに結びつく。毎度、施設への訪問が必要となる。しかし、天候及び海の外的な影響により、施設の訪問又は外観検査（ｏｐｔｉｓｃｈｅ Ｉｎｓｐｅｋｔｉｏｎ）は、いつでも可能というわけではなく、このことは、検査を付加的に困難にしてしまう。

ＥＰ２５１１４３０号明細書 ＷＯ２００２／０９４９２２号パンフレット ＵＳ２００２／００６６４９１号明細書 ＥＰ−Ａ−０３４６１０１号明細書 ＷＯ２０１０／０９４５２８号パンフレット

それゆえ本発明の課題は、人が定期的にオフショア構造物にいなくても、防食手段の高信頼性の評価を可能にする防食被覆系用損耗インジケータシステムを開発することである。特に、本発明によって、これらの構造物への渡航は、最低限に制限され、かつこれらの構造物を設計する際に安全のためになされた上積みあるいは余裕は、低減され得ることが望ましい。

上記課題を解決するために、本発明に係る、少なくとも２層の、上位の層と下位の層とを含む防食被覆を有する金属管では、下位の層は、下位の層の上位に位置する単数又は複数の層の損傷時に光信号（ｏｐｔｉｓｃｈｅｓ Ｓｉｇｎａｌ）又は電気信号が検出され得るように形成されているようにした。

好ましい態様において、下位の層は導電性に設計され、上位の層は電気絶縁性に設計されている。

好ましい態様において、下位の層と上位の層とは、光学的（ｏｐｔｉｓｃｈ）にコントラスト調整されている。

好ましい態様において、コントラストは、ＤＩＮ ＥＮ ２０１０５−Ａ０２に基づいて少なくとも４のグレースケールに相当する。

好ましい態様において、上位の層と下位の層とは、ポリマー材料からなる。

好ましい態様において、上位の層は、押し出し成形により被着されるポリアミド成形材料からなる。

このような金属管の、オフショア構造物に組み付けるためか、又は水中に敷設される配管を製造するための使用も、本発明の対象である。

好ましい態様において、オフショア構造物の基礎構造への組み付けを行う。

好ましい態様において、オフショア構造物は、風力発電施設、掘削用プラットフォーム又は灯台である。

好ましい態様において、オフショア構造物は風力発電施設であり、基礎構造は、モノパイル、ジャケット、トリポッド、クワドロポッド又はトリパイルである。

第１の可能な態様において、下位の、つまり金属に面した層は、導電性に設計される一方、水に面した上位の層は、電気絶縁性に設計される。水に電圧を印加することにより、コーティングの損傷を、その際に発生する短絡によって、リモート管理により検出することが可能である。水は、好ましくは溶解した塩を含む水、例えば海水又は汽水である。導電性の層は、金属に対して絶縁されていてよい。しかし、導電性の層は、金属に導電接続されていてもよく、この場合、金属製の構造は等電位にある。

第２の可能な態様において、重なり合わせに位置する２つの層は、外観上、コントラストが付けられている。一般に、両層は色が異なる。例えば上位の層が黄色に設定されると、下位の層は赤色に設定される。こうして、例えば赤色の領域が現れると、上位の層の損傷を確認することができる。コントラストは、好ましくは少なくとも４のグレースケール（ＤＩＮ ＥＮ ２０１０５−Ａ０２）、特に好ましくは少なくとも３のグレースケール、殊に好ましくは少なくとも２／３のグレースケールに相当する。測定は、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １１６６４−４に基づいて分光光度計（球）により実施される。

第３の可能な態様において、第１の態様と第２の態様とが互いに組み合わされる。損傷は、短絡の発生によって検出され、リモート管理を介して報知される。現地においては、損傷は、視覚的なコントラストにより迅速に発見され、補修され得る。原理を図１に示す。

上述の構成により、人が定期的にオフショア構造物にいなくても、防食手段の高信頼性の評価を実現することができる。また、構造物への渡航を最低限に制限し、かつ構造物を設計する際に安全のためになされた上積みあるいは余裕を低減することができる。

電気伝導性のプラスチックからなる層と、電気絶縁性のプラスチックからなる層とにより被覆されている、コンクリートが充填された鋼管を示す図である。

図１は、コンクリートが充填された鋼管を示している。鋼管は、電気伝導性のプラスチックからなる層と、この層に続く電気絶縁性のプラスチックからなる層とにより被覆されている。両プラスチック材料は、それぞれ異なる色に着色されている。外側の、電気絶縁性の被覆層は、一箇所に損傷を有している。その結果、導電性の層は、海水と接触している。これにより、電気抵抗の計測を介して短絡が検出される。損傷箇所は、視覚的なコントラストに基づいて発見可能である。

下位の層の導電性の設計は、公知の形式で、例えば導電性カーボンブラックが充填された成形材料の使用によってか、又は軸方向で延びるか、若しくは巻成された電気的な導体、例えばワイヤ、リッツ線又はテープの埋設によって実施可能である。

オフショア構造物は、好ましくはオフショア風力発電施設、掘削用プラットフォーム又は灯台である。

オフショア風力発電施設の基礎構造は、タワーを支持する構造である。基礎構造は、海底土中に据え付けられている基礎要素から、水中に位置する構造を介して、タワーが設置され、静止水位の上にあってよい部位まで延在している。

基礎構造として、例えば以下の形式が使用される。

モノパイル構造は、１本の円柱状の中空の杭からなる。モノパイルは、ヨーロッパの多くのオフショアウインドパークにおいて沿岸部で使用される。モノパイルは、現時点で約２０メートルまでの水深における基礎として好適である。モノパイルは、簡単かつ迅速に設置可能である。しかし、建造には、杭打ち用の重機が必要となる。現在、ボーリングヘッドを用いて省労力に設置する試みがなされている。

ジャケットは、一般的な送電線用鉄塔の構造に類似した鋼からなるトラス構造である。ジャケットは、その４本の足で杭により海底土中に据え付けられる。ジャケット構造は、既に製油産業においてより深い水深で実証されている。トラス構造により、モノパイルに対して４０〜５０％の鋼が節減される。こうして、より深い水深でこの構造を使用しても、プロジェクトコストは、比較的僅かに増加するにすぎない。個々の構成要素は、比較的小さいので、生産が容易であり、かつ簡単に輸送可能及び組立可能である。

トリポッドの場合、構造は、鋼管から形成される三脚からなる。三脚の中心には、中心管が設置される。三脚のそれぞれの脚は、単数又は複数の杭上に載設可能である。杭打ちのために、形成される正三角形の頂点にセンタリングスリーブが配置されている。杭は、互いに水平のストラットにより結合されているとともに、斜めに入れられたストラットを介して中心管に接続されている。中心管は、海底土中に埋設されていない。トリポッドの場合、比較的小径の鋼管が使用されるので、トリポッドは、２０メートルを超える水深のために使用可能である。

クワドロポッドは、トリポッド式のコンセプトを変形したものであって、３本の支柱の代わりに４本の支柱を有する。クワドロポッドの場合、水深が深いところでの基礎剛性の向上が達成される。

トリパイルは、水中に据え付けられる３本の鋼柱からなる。水面上で、これらの鋼柱の上に、三脚構造が載設される。メーカーの申告によれば、トリパイル式の基礎は、２５〜５０メートルの水深に適している。

この種の構造は、例えば下記刊行物：
‐Ｆｕｎｄａｍｅｎｔｅ ｆｕｅｒ Ｏｆｆｓｈｏｒｅ‐Ｗｉｎｄｅｎｅｒｇｉｅａｎｌａｇｅｎ， Ｄｅｕｔｓｃｈｅ Ｅｎｅｒｇｉｅ−Ａｇｅｎｔｕｒ ＧｍｂＨ， Ｓｔａｎｄ １２／０９；
‐Ｆｌｏｒｉａｎ Ｂｉｅｈｌ， Ｋｏｌｌｉｓｉｏｎｓｓｉｃｈｅｒｈｅｉｔ ｖｏｎ Ｏｆｆｓｈｏｒｅ−Ｗｉｎｄｅｎｅｒｇｉｅａｎｌａｇｅｎ， Ｓｔａｈｌｂａｕ， 第７８（６）巻， 第４０２〜４０９頁（２００９年）；
‐Ｋ．Ｌｅｓｎｙ， Ｗ．Ｒｉｃｈｗｉｅｎ（編）， Ｇｒｕｅｎｄｕｎｇ ｖｏｎ Ｏｆｆｓｈｏｒｅ−Ｗｉｎｄｅｎｅｒｇｉｅａｎｌａｇｅｎ −Ｗｅｒｋｚｅｕｇｅ ｆｕｅｒ Ｐｌａｎｕｎｇ ｕｎｄ Ｂｅｍｅｓｓｕｎｇ， ＶＧＥ Ｖｅｒｌａｇ出版， Ｇｌｕｅｃｋａｕｆ ２００８， ＩＳＢＮ：９７８−３−８６７９７−０３５−８；
‐ＤＥ１０３１０７０８Ａ１号明細書；
に記載されている。

防食被覆の上位の層と下位の層とは、ポリマー材料、例えばポリアミド成形材料、ポリオレフィン成形材料、フルオロポリマー成形材料（例えばＰＶＤＦをベースとするフルオロポリマー成形材料）、熱可塑性のポリウレタンをベースとする成形材料、架橋されたポリウレタン又は架橋されたエポキシ樹脂からなる。

好ましい一実施の形態において、上位の層は、押し出し成形により被着されるポリアミド成形材料からなる。下位の層は、やはりポリアミド成形材料からなるか、又はポリオレフィン成形材料又は別のポリマー材料からなっていてよい。この下位の層の材料は、接着樹脂、例えばエポキシ樹脂（例えばＡｒａｌｄｉｔ^Ｒ）を含んでいてよい。この場合、この層は、金属表面に直接被着可能である。

しかし、一般に、金属表面と下位の層との間には、少なくとも１つの別の層が介在する。この別の層は、例えば以下の層：
‐セラミック層、例えばＷＯ０３／０９３３７４号パンフレットに記載のセラミック層；
‐プライマー層、例えばエポキシ樹脂（ＵＳ５５８０６５９号明細書）からなるプライマー層、又はエポキシ樹脂とポリアクリレートラテックスとの水性の混合物（ＷＯ００/０４１０６号）からなるプライマー層；
‐ポリアミドホットメルト接着剤からなる付着促進剤層、例えば粉体として吹き付け等によって被着可能なポリアミドホットメルト接着剤からなる付着促進剤層（ＥＰ１８０８４６８Ａ２号明細書）、又は官能基を有するポリオレフィンからなる付着促進剤層であって、官能基として、例えばカルボキシル基又は酸無水物基（ＷＯ０２／０９４９２２号パンフレット）、エポキシ基又はアルコキシシラン基（ＥＰ−Ａ−０３４６１０１号明細書）が考慮され、ポリオレフィン層は発泡されていてもよく、ポリオレフィンは好ましくはポリエチレン又はポリプロピレンである付着促進剤層；
‐他の組成を有する付着促進剤であって、機械的負荷に際し、ポリアミド層と基材との結合に影響を及ぼさないことが保証されていることが望ましい付着促進剤；
‐クロス又はマット、例えばガラス繊維又はアラミド繊維（Ｋｅｖｌａｒ）からなるクロス又はマットの形態の繊維強化材；
である。

場合によっては存在するセラミック層、プライマー層、付着促進剤層及び／又は繊維強化材は、管にあらゆる任意の方法で被着される。適当な方法は従来技術である。

上位の層及び下位の層の材料は、公知の方法にしたがって、例えばチューブ状に押し出し成形することによってか、又は押し出し成形しながら巻き付けることによって被着される。可能な変化態様において、両層は、場合によっては付着促進剤層とともに、多層複合材の同時押し出し成形によって形成され、被着されてもよい。

チューブ状に押し出し成形する方法及び押し出し成形しながら巻き付ける方法は、従前より実証されている管の被覆方法である。これらの方法は、Ｓｔａｈｌｒｏｈｒ‐Ｈａｎｄｂｕｃｈ，第１２版，第３９２〜４０９頁，Ｖｕｌｋａｎ−Ｖｅｒｌａｇ出版，Ｅｓｓｅｎ，１９９５年に詳細に説明されている。

被着される層は、少なくとも、被着条件下で閉じた層として形成可能であるような厚さでなければならない。層厚さは、好ましくは少なくとも０．５ｍｍ、特に好ましくは少なくとも１．０ｍｍ、殊に好ましくは少なくとも１．２ｍｍである。

一般に、約８ｍｍまで、好ましくは約７ｍｍまで、特に好ましくは約６ｍｍまで、殊に好ましくは約５ｍｍまでの層厚さが実証されている。しかし、必要とあれば、層の厚さはより厚く、例えば３０ｍｍ以上に選択されてもよい。

金属管は、例えば鋼、特殊鋼、銅、アルミニウム、鋳鉄、亜鉛、これらの金属のうちの１つを主成分として含む合金、黄銅、亜鉛めっきが施された鋼、カドミウムめっきが施された鋼、アルミニウムコーティングが施された金属、例えばＧＡＬＦＡＮ等の合金がコーティングされた鋼、その他のあらゆる金属からなる。管は、従来技術のすべての方法にしたがって、例えば溶接管又は継目無管として製造可能である。相応の製造方法は、一般に公知の従来技術である。

金属管の外径は、好ましくは最小で２０ｍｍ、最大で８０００ｍｍである。

個々の管は、公知の形式で構造的に互いに結合、例えば溶接により結合される。

本発明の特別な利点は、金属製の構造自体の腐食がまだ始まっていない段階で既に、損傷が確認され、補修され得る点にある。この場合、補修にかかる手間あるいはコストは、総じてかなり低く抑えられている。

Claims (10)

1. 少なくとも２層の、上位の層と下位の層とを含む防食被覆を有する金属管であって、
   前記下位の層は、該下位の層の上位に位置する単数又は複数の層の損傷時に光信号又は電気信号が検出され得るように形成されていることを特徴とする、防食被覆を有する金属管。
2. 前記下位の層は導電性に設計され、前記上位の層は電気絶縁性に設計されている、請求項１記載の金属管。
3. 前記下位の層と前記上位の層とは、光学的にコントラスト調整されている、請求項１又は２記載の金属管。
4. 前記コントラストは、ＤＩＮ ＥＮ ２０１０５−Ａ０２に基づいて少なくとも４のグレースケールに相当する、請求項３記載の金属管。
5. 前記上位の層と前記下位の層とは、ポリマー材料からなる、請求項１から４までのいずれか１項記載の金属管。
6. 前記上位の層は、押し出し成形により被着されるポリアミド成形材料からなる、請求項５記載の金属管。
7. 請求項１から６までのいずれか１項記載の金属管の、オフショア構造物に組み付けるためか、又は水中に敷設される配管を製造するための使用。
8. オフショア構造物の基礎構造への組み付けを行う、請求項７記載の使用。
9. 前記オフショア構造物は、風力発電施設、掘削用プラットフォーム又は灯台である、請求項７又は８記載の使用。
10. 前記オフショア構造物は風力発電施設であり、前記基礎構造は、モノパイル、ジャケット、トリポッド、クワドロポッド又はトリパイルである、請求項８記載の使用。