JP2015040317A - 埋設パイプラインのカソード防食状況計測方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】クーポンインスタントオフ電位(EOFF)を、クーポン直流電流密度(IDC),クーポン交流電流密度(IAC),クーポンオン電位(EON)などと同じ時間帯で計測するに際して、オフ時間による復極の影響を極力少なくすると共に、精度の高い計測値を得る。【解決手段】同時間帯と見なせる単位計測時間を複数連続した計測時間を設定し、単位計測時間内で、埋設パイプラインに接続されたクーポンに流入するクーポン電流密度を計測すると共に、埋設パイプラインとクーポンとの接続をオフにして計測するクーポンインスタントオフ電位を計測し、埋設パイプラインとクーポンとの接続をオフにした時刻から設定時間後にクーポンインスタントオフ電位の計測を開始し、埋設パイプラインに影響する交流の1周期分の計測時間だけクーポンインスタントオフ電位を計測した後直ちにパイプラインとクーポンとの接続をオンにし、オン後に時間間隔を空けてクーポン電流密度の計測を開始する。【選択図】図3

Description

本発明は、埋設パイプラインのカソード防食状況計測方法に関するものである。
埋設された金属製パイプラインは、外表面を電気抵抗の高いプラスチック被覆でコーティングすることによって腐食を防止することが一般に行われている。このような埋設パイプラインは、前述したプラスチック被覆による防食に加えて、外部電源方式や流電陽極方式などのカソード防食が施されている。
プラスチック被覆を備えた埋設金属パイプライン(以下これを単にパイプラインという)は、プラスチック被覆に欠陥が無い状態では、カソード防食によって発生する防食電流がパイプライン内に流入することは無く、また、パイプライン自体の対電解質電位(管対地電位)を計測することができない。そこで、クーポン(或いはプローブ)と呼ばれるパイプラインと同材料の金属片をパイプラインに電気的に接続すると共にこれをパイプラインの近傍に埋設し、このクーポンに流入する電流(クーポン流入電流)とクーポンの対電解質電位(クーポン電位)を計測することで、カソード防食状況の良否を把握している。
このようなパイプラインは、高圧交流架空送電線や交流電気鉄道輸送路と並行して埋設されることが多く、交流腐食リスクに対しての評価が必要になっている。このようなパイプラインのカソード防食状況を評価する方法としては、クーポン直流電流密度(IDC),クーポン交流電流密度(IAC),クーポンオン電位(EON),クーポンインスタントオフ電位(EOFF)といった評価値を計測し、これらが評価基準に合格するか否かによってカソード防食状況を評価することが行われている(例えば、下記特許文献1参照)。
特開2008−281433号公報
パイプラインの定期点検においては、前述したクーポンが設置されている箇所に設けられているターミナルボックス内の地表面に照合電極(例えば飽和硫酸銅電極)を設置し、例えば24時間の計測時間で、この照合電極に対するクーポンの電圧値、クーポンとパイプラインとを接続する電線を流れる電流値を計測することで、前述した評価値を求めている。
この際、照合電極を地表面に設置することから、地中に埋設されたクーポンと照合電極間の電圧には、電解質(土壌)を流れる電流によるIRドロップが含まれる。クーポンインスタントオフ電位は、クーポンとパイプラインとの電気的な接続を一時的に遮断してクーポンと照合電極間の電圧を計測することで、IRドロップを除いた真のクーポン対電解質電位を求めることができるものであり、パイプラインのカソード分極状態を把握する上で重要な評価値になる。
パイプラインのカソード防食状況を計測するには、パイプライン周辺で運行される直流又は交流電気鉄道車両の運行状況などによる状況変化を的確に反映させるために、クーポン直流電流密度(IDC),クーポン交流電流密度(IAC),クーポンオン電位(EON),クーポンインスタントオフ電位(EOFF)を同じ時間帯で計測し、その時系列変化をみることが必要になる。この際、クーポン直流電流密度(IDC),クーポン交流電流密度(IAC),クーポンオン電位(EON)は同時計測が可能であるが、クーポンインスタントオフ電位(EOFF)は、計測時にクーポンとパイプラインとの電気的な接続を一時的に遮断する必要があるのでクーポン直流電流密度(IDC),クーポン交流電流密度(IAC),クーポンオン電位(EON)と同時に計測することができない。
これの問題を解消するために、同じ時間帯と考えられる単位計測時間(例えば、10s)内でオン時間(例えば、8.5s)とオフ時間(例えば、1.5s)を区分して設定し、オン時間内ではクーポンとパイプラインとを電気的に接続してクーポン直流電流密度(IDC),クーポン交流電流密度(IAC),クーポンオン電位(EON)の計測を行い、オフ時間内ではクーポンとパイプラインとの電気的接続を遮断してクーポンインスタントオフ電位の計測を行うことがなされている。
しかしながら、このような計測方法では、クーポンとパイプラインとの電気的な接続が遮断されるオフ時間中に、防食電流の流入が遮断されることでクーポンとパイプラインのカソード分極状態が徐々に復極することになり、その後クーポンとパイプラインの電気的な接続を再開したとしても、接続遮断前のカソード分極状態には即座に戻らない事態が生じる。このため、その後のオン時間での計測にオフ時間による復極の影響が含まれてしまう問題が生じ、また、パイプラインのカソード防食状況を把握するために行う計測がカソード防食の効果であるカソード分極に悪影響を及ぼすことになりかねない問題があった。
これに対しては、オフ時間を極力短くすることで対処せざるを得ないが、単純にオフ時間を短くすると、クーポンインスタントオフ電位(EOFF)の計測時間内にオン・オフ時に生じるスパイクや計測器が備えるローパスフィルタによる応答遅れ(なまり)の影響が入ることになり、精度の高い計測値を得ることができない問題が生じる。
本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、クーポン電流密度とクーポンインスタントオフ電位を同じ時間帯で計測するに際して、オフ時間による復極の影響を極力少なくすると共に、精度の高い計測値を得ることができること、などが本発明の目的である。
このような目的を達成するために、本発明による埋設パイプラインのカソード防食状況計測方法は、以下の構成を少なくとも具備するものである。
埋設パイプラインにおけるカソード防食状況の計測方法であって、同時間帯と見なせる単位計測時間を複数連続した計測時間を設定し、前記単位計測時間内で、埋設パイプラインに接続されたクーポンに流入するクーポン電流密度を計測すると共に、前記埋設パイプラインと前記クーポンとの接続をオフにして計測するクーポンインスタントオフ電位を計測し、前記埋設パイプラインと前記クーポンとの接続をオフにした時刻から設定時間経過後に前記クーポンインスタントオフ電位の計測を開始し、前記埋設パイプラインに影響する交流の1周期分の計測時間だけ前記クーポンインスタントオフ電位を計測した後直ちに前記パイプラインと前記クーポンとの接続をオンにし、当該オン後に時間間隔を空けて前記クーポン電流密度の計測を開始する。
このような特徴を有する埋設パイプラインのカソード防食状況計測方法によると、クーポンインスタントオフ電位を計測するためのオフ時間を必要最小限に短縮し、オン・オフ時に発生する異常値を避けてクーポンインスタントオフ電位の計測時間を設定しているので、クーポン電流密度と同じ時間帯でクーポンインスタントオフ電位を計測するに際して、オフ時間による復極の影響を極力少なくすると共に、精度の高い計測値を得ることができる。
本発明の一実施形態に係る埋設パイプラインのカソード防食状況計測方法を実施するためのシステム構成を示した説明図である。 本発明の実施形態に係る埋設パイプラインのカソード防食状況計測方法のタイムチャートを例示した説明図である。 クーポンインスタントオフ電位の計測工程を具体的に示した説明図である。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図1は本発明の一実施形態に係る埋設パイプラインのカソード防食状況計測方法を実施するためのシステム構成を示した説明図である。計測対象のパイプライン1は、地中に埋設されており、電気抵抗の高いプラスチック被覆1Cを備える金属製パイプラインである。パイプライン1には外部電源方式或いは流電陽極方式などのカソード防食が施されており、これによって、パイプライン1周辺の電解質(土壌)には防食電流Icが流れている。また、パイプライン周辺の電解質には、周辺電気設備の影響による交流成分を含む迷走電流Isが流れている。
パイプライン1の敷設箇所には、パイプライン1に沿った所定間隔でターミナルボックスTBが設置されており、このターミナルボックスTB内に計測装置10を設置することで、パイプライン1のカソード防食状況の計測が行われる。ターミナルボックスTBの設置箇所に対応した地中には、パイプライン1に近接してクーポン2が設置されている。ターミナルボックスTB内には、パイプライン1と電気的に接続された電線L1、クーポン2と電気的に接続された電線L2,L3が引き出されている。計測時には、ターミナルボックスTB内の地表面に照合電極(例えば、飽和硫酸銅電極)3が設置され、その照合電極3には電線L4が接続される。計測装置10は、電線L1,L2,L3,L4と接続するための接続端子10a,10b,10c,10dを備えている。
計測装置10は、接続端子10a,10b間に直列接続される半導体リレー11とシャント12を備える。半導体リレー11は、接続端子10a,10b間を通電・遮断(オン・オフ)するためのスイッチング素子である。シャント12は、接続端子10a,10b間を流れる電流を検出するための抵抗である。また、計測装置10は、接続端子10c,10d間の電圧を検出する電圧計13を備えている。
ここで、シャント12が検出する電流は、クーポン2とパイプライン1との間に流れるクーポン電流Iである。また、電圧計13が検出する電圧はクーポン2と照合電極3との間の電位差であるクーポン電位Eである。クーポン電位Eは、クーポンオン電位EONとクーポンインスタントオフ電位EOFFを求めるための計測値であり、接続端子10a,10b間が通電(オン)状態のクーポン電位Eから求められるのがクーポンオン電位EONであり、接続端子10a,10b間が遮断(オフ)状態のクーポン電位Eから求められるのがクーポンインスタントオフ電位EOFFである。
計測装置10は、計時(タイマー)機能を有する演算処理部14を備えている。演算処理部14は、検出されたクーポン電流Iとクーポン電位Eの時系列データI(t),E(t)を抽出して、一時記憶及び演算処理すると共に、設定されたタイミングで半導体リレー11のオン・オフを切り替え制御するものである。計測装置10の演算処理部14には外部情報処理装置(携帯型PCなど)20が接続可能になっており、外部情報処理装置20において設定されている計測条件や演算処理の設定条件などを演算処理部14に入力して設定することができ、また、演算処理部14における演算処理結果を抽出して、外部情報処理装置20に取り込むことができるようになっている。
演算処理部14の機能を具体的に示すと、時系列データの抽出及び半導体リレー11のオン・オフタイミングを計時するタイマー手段14A、半導体リレー11をオン・オフ制御するオン・オフ制御手段14B、クーポン電流Iの時系列データI(t)からクーポン直流電流密度IDCを出力するクーポン直流電流密度出力手段14C、クーポン電流Iの時系列データI(t)からクーポン交流電流密度IACを出力するクーポン交流電流密度出力手段14D、クーポン電位Eの時系列データE(t)からクーポンオン電位EONを出力するクーポンオン電位出力手段14E、クーポン電位Eの時系列データE(t)からクーポンインスタントオフ電位EOFFを出力するクーポンインスタントオフ電位出力手段14Fを備えている。
図1に示したシステムによって実施されるカソード防食状況計測方法のタイムチャートを図2によって例示する。ここでは、パイプライン1のカソード防食状況を計測するために24hの計測時間を設定している。これは通常行われる埋設パイプラインの定期点検における計測時間である。この計測時間は同時間帯と見なせる単位計測時間Utを複数連続することで設定している。ここでは、単位計測時間Utを10sに設定している。すなわち、単位計測時間Utの10s間の中でデータ抽出されるI(t),E(t)によって計測されるクーポン直流電流密度IDC,クーポン交流電流密度IAC,クーポンオン電位EON,クーポンインスタントオフ電位EOFFは同じ時間帯のカソード防食状況を示すものとして扱われる。10sの設定は、十数両連結の交流電気鉄道車両が計測点を通過する際に要する時間等を考慮しても適当な値であると言える。24時間の計測時間では、単位計測時間Utは、Ut(1),Ut(2),…,Ut(8640)に区分される。
1つの単位計測時間Ut内では、パイプライン1に接続されたクーポン2に流入するクーポン電流密度を計測すると共に、パイプライン1とクーポン2との接続をオフにして計測するクーポンインスタントオフ電位を計測する。ここでは、1つの単位計測時間Ut内で、クーポン直流電流密度IDC,クーポン交流電流密度IAC,クーポンオン電位EON,クーポンインスタントオフ電位EOFFを計測する例を示している。
図2に示した例では、各々の単位計測時間Ut(1),Ut(2),…,Ut(8640)は、パイプライン1に接続されたクーポン2に流入するクーポン電流密度(クーポン直流電流密度IDC,クーポン交流電流密度IAC)を計測する第1時間区分td1とパイプライン1とクーポン2との接続をオフにして計測するクーポンインスタントオフ電位EOFFを計測する第2時間区分td2に分けられている。パイプライン1とクーポン2との接続をオンにして計測するクーポンオン電位EONは第1時間区分で計測される。ここでは、第1時間区分td1を8.5sとし、第2時間区分td2を1.5sとしている。
単位計測時間Utの第1時間区分td1では、一つの計測値が計測されるサブ単位時間Subを複数設定し、複数の計測値から平均値,最大値,最小値を求め、これを単位計測時間Ut毎に保存する。サブ単位時間Subは、パイプライン1が受ける交流誘導の影響を取り除くために、パイプライン1に影響する交流1周期分の計測時間に設定している。図2に示した例では、周波数50Hzの交流の影響を受けていると想定して20msのサブ単位時間Subを設定し、8s(20ms×400)の計測時間に400のサブ単位時間(Sub1,Sub2,…,Sub400)を設定している。
第1時間区分td1では、一つのサブ単位時間Subでクーポン直流電流密度IDC,クーポン交流電流密度IAC,クーポンオン電位EONが計測され、400のサブ単位時間(Sub1,Sub2,…,Sub400)で、クーポン直流電流密度IDCの平均値(IDC ave),最大値(IDC max),最小値(IDC min)、クーポン交流電流密度IACの平均値(IAC ave),最大値(IAC max),最小値(IAC min)、クーポンオン電位EONの平均値(EON ave),最大値(EON max),最小値(EON min)がそれぞれ求められる。
サブ単位時間Subは、パイプライン1に影響していると想定される交流の周波数に応じて異なる値に設定される。交流周波数毎のサブ単位時間,第1時間区分td1内でのサブ単位時間の総数,計測時間を以下の表に示す。
Figure 2015040317
単位計測時間Utの第2時間区分td2では、パイプライン1に影響する交流1周期分の計測時間である一つのサブ単位時間Subが設定され、このサブ単位時間Subではクーポンインスタントオフ電位EOFFが計測される。クーポンインスタントオフ電位EOFFは、直流の電位として求める必要があるが、パイプライン1とクーポン2の接続を遮断した後もクーポン2は交流誘導の影響を受けているので、サンプリングされるクーポン電位E(t)は交流誘導による波形が重なった値となる。そこでクーポン電位E(t)を交流1周期分の計測時間である一つのサブ単位時間Subだけ計測し、平均化した値をクーポンインスタントオフ電位EOFFとしている。
前述した全てのサブ単位時間Subでは、0.1msのサンプリング間隔でクーポン電流I(t)とクーポン電位E(t)のデータ抽出がなされ、下記の式によって、それぞれクーポン直流電流密度IDC,クーポン交流電流密度IAC,クーポンオン電位EON,クーポンインスタントオフ電位EOFFを計測する。各式において、Aはクーポンの表面積、mはサブ単位時間Subにおけるサンプリング数であり、交流周波数が50Hzの場合は200、60Hzの場合は167、16−2/3Hzの場合は600になる。
Figure 2015040317
図3は、クーポンインスタントオフ電位の計測工程を具体的に示した説明図である。ここでは、パイプライン1とクーポン2との接続(P/C接続)をオフにした時刻(時刻0)から設定時間t1経過後にクーポンインスタントオフ電位EOFFの計測を開始し、パイプライン1に影響する交流の1周期分の計測時間(1サブ単位時間:20ms)だけクーポンインスタントオフ電位EOFFを計測した後直ちにパイプライン1とクーポン2との接続をオンにし、オン後に時間間隔を空けてクーポン電流密度(IDC,IAC)或いはクーポンオン電位(EON)の計測を開始する。
図3には、計測時間の開始と同時に0.1msのサンプリング間隔で常時抽出されているクーポン電位Eの時系列データE(t)がグラフ表示されている。単位計測時間Utにおける第2時間区分td2の開始時刻(時刻0)に半導体リレー11がオフに制御されると、クーポン電流の流入が遮断されるので、その直後のクーポン電位EはIRドロップが除かれた値になる。しかしながら、半導体リレー11がオフ制御された直後は、スパイクや回路内のローパスフィルタの応答遅れ(なまり)などによる異常値が抽出されるおそれがあるので、これを避けるために設定時間t1を設けて、時刻0から設定時間t1(例えば80ms)経過後にクーポンインスタントオフ電位EOFFの計測を開始する。すなわち、時刻0から設定時間t1経過した時点からのサブ単位時間(20ms)に抽出されるクーポン電位Eの時系列データE(t)によってクーポンインスタントオフ電位EOFFが求められる。
そして、クーポンインスタントオフ電位EOFFの計測後(すなわち時刻0から100ms後)直ちに半導体リレー11をオン制御してパイプライン1とクーポン2との接続をオンにする。これにより、1.5sに設定されている第2時間区分td2の中でパイプライン1とクーポン2の接続が遮断されている時間は100msだけとなり、その後の第2時間区分内の時間ではパイプライン1とクーポン2との接続はオン状態になっている。このようにオフ時間を短縮化することで、クーポン電位Eの復極による影響を極力少なくすることができる。また、パイプライン1とクーポン2との接続をオフにして再びオンにした後に、十分な時間間隔を空けて次の単位計測時間Utにおける第1時間区分td1を開始させることができるので、次の単位計測時間Utにおける第1時間区分td1では、オン・オフによる計測値のばたつきを除いた安定した状態でIDC,IAC,EONの計測を行うことができる。
ここで、10sの単位計測時間Utの中の継続した8s間でIDC,IAC,EONの計測を行っているので、新幹線のような高速交流電気鉄道車両の運行に起因するパイプライン1の交流誘導現象を見逃すこと無くIDC,IAC,EONの計測を行うことができる。そして、10s内の他の時間中でインスタントオフ電位EOFFを計測することで、IDC,IAC,EONと同時刻のEOFFを計測することが可能になる。
以上説明したように、本発明の実施形態に係るパイプライン1のカソード防食状況計測方法によると、クーポンインスタントオフ電位EOFFを計測するためのオフ時間を必要最小限に短縮し、オン・オフ時に発生する異常値を避けてクーポンインスタントオフ電位EOFFの計測時間を設定しているので、クーポン直流電流密度IDC,クーポン交流電流密度IAC,クーポンオン電位EONと同じ時間帯でクーポンインスタントオフ電位EOFFを計測するに際して、オフ時間による復極の影響を極力少なくすると共に、精度の高い計測値を得ることができる。
1:パイプライン,1C:プラスチック被覆,
2:クーポン,3:照合電極(飽和硫酸銅電極),
10:計測装置,10a〜10d:接続端子,
11:半導体リレー,12:シャント,13:電圧計,
14:演算処理部,
14A:タイマー手段,14B:オン・オフ制御手段,
14C:クーポン直流電流密度出力手段,
14D:クーポン交流電流密度出力手段,
14E:クーポンオン電位出力手段,
14F:クーポンインスタントオフ電位出力手段,20:外部情報処理装置,
L1,L2,L3,L4:電線,Ic:防食電流,Is:迷走電流

Claims (8)

  1. 埋設パイプラインにおけるカソード防食状況の計測方法であって、
    同時間帯と見なせる単位計測時間を複数連続した計測時間を設定し、
    前記単位計測時間内で、埋設パイプラインに接続されたクーポンに流入するクーポン電流密度を計測すると共に、前記埋設パイプラインと前記クーポンとの接続をオフにして計測するクーポンインスタントオフ電位を計測し、
    前記埋設パイプラインと前記クーポンとの接続をオフにした時刻から設定時間経過後に前記クーポンインスタントオフ電位の計測を開始し、前記埋設パイプラインに影響する交流の1周期分の計測時間だけ前記クーポンインスタントオフ電位を計測した後直ちに前記パイプラインと前記クーポンとの接続をオンにし、当該オン後に時間間隔を空けて前記クーポン電流密度の計測を開始することを特徴とする埋設パイプラインのカソード防食状況計測方法。
  2. 埋設パイプラインにおけるカソード防食状況の計測方法であって、
    同時間帯と見なせる単位計測時間を複数連続した計測時間を設定し、
    前記単位計測時間を第1時間区分と第2時間区分に分け、
    前記第1時間区分では、埋設パイプラインに接続されたクーポンに流入するクーポン電流密度を計測し、
    前記第2時間区分では、前記埋設パイプラインと前記クーポンとの接続をオフにした時刻から設定時間経過後にクーポンインスタントオフ電位の計測を開始し、前記埋設パイプラインに影響する交流の1周期分の計測時間だけ前記クーポンインスタントオフ電位を計測した後直ちに前記パイプラインと前記クーポンとの接続をオンにし、当該オン後に時間間隔を空けることを特徴とする埋設パイプラインのカソード防食状況計測方法。
  3. 前記計測時間が24時間であり、
    前記単位計測時間が10sであり、
    前記第1時間区分が8.5sであり、
    前記第2時間区分が1.5sであることを特徴とする請求項2に記載された埋設パイプラインのカソード防食状況計測方法。
  4. 前記設定時間が80msであることを特徴とする請求項2又は3に記載された埋設パイプラインのカソード防食状況計測方法。
  5. 前記第1時間区分では、クーポン直流電流密度(IDC),クーポン交流電流密度(IAC),クーポンオン電位(EON)を計測することを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載された埋設パイプラインのカソード防食状況計測方法。
  6. 前記交流の1周期分の計測時間が20msであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載された埋設パイプラインのカソード防食状況計測方法。
  7. 前記交流の1周期分の計測時間が16.7msであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載された埋設パイプラインのカソード防食状況計測方法。
  8. 前記交流の1周期分の計測時間が60msであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載された埋設パイプラインのカソード防食状況計測方法。
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