JP2015187295A - 電気防食システム - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト及び高効率で、海水ポンプや海水淡水化装置等の配管材料の耐食性向上を実現することが可能な電気防食システムを提供する。【解決手段】通水用の配管６の腐食を抑制するための電気防食システムであって、配管６の継ぎ手部分を接続するフランジ部間に介在する２枚のガスケット２により一部を残して覆われるように挟まれ、一部がガスケット２から露出して配管６の内部で水と接する接水面を構成する電気防食用のアノード電極７と、少なくとも一部がガスケット２により挟まれるアノード電極用の端子１と、アノード電極７と配管６とに端子１及び電気配線１０を介して接続されて、配管６の通水部に防食電流を流す直流電源９と、フランジ部とガスケット２との間をシールする第１のシール部材４と、ガスケット２と端子１との間もしくはアノード電極７と端子１との間をシールする第２のシール部材５と、コネクタ１２の外周をシールする第３のシール部材１３とを備えることによって、上記課題を解決する。【選択図】図１

Description

本発明は、通水用の配管の電気防食システムに係り、特に、海水を移送する配管の防食に好適な外部電源方式の電気防食システムに関する。なお、ここで「水」とは、「海水」を含めるものとする。

海水ポンプは海水を海域からくみ上げ、プラントを冷却するために用いるほか、油田等における海水を油床に注入してさらに油成分を取りだすインジェクションシステムとして用いられている。また、海水淡水化装置を用いて海水を淡水化し、工業用、農業用、生活飲料用等に利用する技術の開発が進められている。特に、ＲＯ膜（逆浸透膜：Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ）を用いた大型海水淡水化装置には多くの金属配管が必要となり、ＲＯ膜の寿命を左右するためもあって、金属配管材料の腐食に対する信頼性（耐食性）が重要となっている。

海水をポンプによりくみ上げ、ＲＯ設備に到達するまでの金属配管材料は通常ステンレス鋼が用いられる。ポンプや海水淡水化装置配管で耐海水材料として普及しているのは、一般的なＳＵＳ３０４ではなく、同じオーステナイト鋼ながら、海水中での耐食性をＭｏ添加により高めたＳＵＳ３１６鋼である。海水ポンプのベルマウス、ケーシングでは二相ステンレス鋼が使用される場合もある。また、海水淡水化システムでは、ＲＯ膜で逆浸透を実施するためにより高圧になる配管には二相ステンレス鋼、たとえば、Ｓ３２７５０のような高耐食性材料が使用される。さらに下流側のブラインと呼ばれる塩分濃縮された廃液部分の配管にもＳ３２７５０のような高強度高耐食性材料が用いられている。しかし、腐食による減肉や孔食による漏洩部の発生等の問題が生じるために、一部では高級なエンジニアリングプラスチックが用いられる場合もある。

海水ポンプや海水淡水化装置の金属配管材料の耐食性向上の方法としては、金属配管材料に高耐食性金属を用いることが挙げられる。例えば、ＲＯ膜で逆浸透を実施するためにより高圧になる金属配管やブラインではＳ３２７５０のようなスーパー二相ステンレスが用いられる場合がある。しかしながら、このような高価な金属を使用することは、コストの面で好ましくない。

低コスト化を図るために金属配管材料として汎用二相ステンレス鋼やオーステナイトステンレス鋼を用いる場合、配管の腐食による減肉や孔食による漏洩部の発生等の問題が生じる可能性が高いため、防食する手段が必須となる。

金属配管材料の防食方法として、上述した高耐食性金属を用いる以外には、犠牲陽極を用いる方法や、カソード電極を用いた電気防食による方法が考えられる。特に、製塩設備ではＰｔ（白金）等の不溶性カソード電極を用いた電気防食が提案されている。これらの方法は、例えば、特開平１１‐０９２９８１号公報、特開昭６１−０６７７８２号公報に記載されている。

特開平１１−０９２９８１号公報 特開昭６１−０６７７８２号公報

海水ポンプや海水淡水化装置のコストを低減するためには、金属配管材料に加えて、電気防食に用いる電極材料も低コスト化する必要がある。特許許文献１及び特許文献２に記載の電気防食システムは、電極として高価な不溶性の白金（Ｐｔ）電極を用いており、コスト低減の観点では好ましくない。

本発明の目的は、上記事情に鑑み、低コスト及び高効率で、海水ポンプや海水淡水化装置等の金属配管材料の耐食性向上を実現することが可能な電気防食システムを提供することにある。また本発明の他の目的は、そのような電気防食システムを用いて低コストで信頼性を有する海水ポンプ及び海水淡水化装置を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するため、通水用の配管（例えば金属配管）の腐食を抑制するための電気防食システムであって、配管の継ぎ手部分を接続するフランジ部間に介在する２枚の絶縁性ガスケットにより一部を残して覆われるように挟まれ、一部が前記ガスケットから露出して配管の内部で水と接する接水面を構成する電気防食用のアノード電極と、少なくとも一部がガスケットにより挟まれるアノード電極用の端子と、アノード電極と配管とに端子及び電気配線を介して接続されて、配管の通水部に防食電流を流す直流電源と、フランジ部とガスケットとの間をシールする第１のシール部材とガスケットと端子との間もしくはアノード電極と端子との間をシールする第２のシール部材と，端子部に導電性コネクタを介しコネクタ外周に漏水を防ぐシール部材を備えることを特徴とする電気防食システムを提供する。

また、本発明の他の一態様は、上記目的を達成するため、配管と、配管内部に設けられた回転シャフトと、回転シャフトの先端に設けられた羽根車と、回転シャフト及び羽根車を回転駆動するためのモーターとを備え、羽根車でもたらされた水流を揚水して配管内を案内する海水ポンプにおいて、配管が、上記電気防食システムを備えることを特徴とする海水ポンプを提供する。

また、本発明の他の一態様は、上記目的を達成するため、取水した海水を貯水する取水井と、取水井からの海水が濾過器を経由し、濾過器で濾過された海水を貯水する濾過海水槽と、濾過海水槽からの濾過された海水が保安フィルタを介して高圧ポンプで導かれ、淡水と塩分濃縮水に分離する逆浸透膜モジュールと、逆浸透膜モジュールで分離された淡水を貯水する生産水槽と、高圧ポンプと同軸に設置され、逆浸透膜モジュールで分離された塩分濃縮水を回収して濃縮水配管に排出する動力回収タービンとを備え、取水井、濾過器、濾過海水槽、保安フィルタ、逆浸透膜モジュール、生産水槽、高圧ポンプ及び動力回収タービンとが配管で接続されている海水淡水化装置において、配管が、上記電気防食システムを備えることを特徴とする海水淡水化装置を提供する。

本発明によれば、低コスト及び高効率で海水ポンプや海水淡水化装置等の配管材料の耐食性向上を実現することが可能な電気防食システムを提供することができる。また、本発明に係る電気防食システムを用いて、低コストな海水ポンプ及び海水淡水化装置を提供することができる。

本発明に係る電気防食システムの第１の実施形態を示す断面模式図である。 図１に示した本発明に係る電気防食システムの原理図である。 アノード電極が減肉した時のガスケットの変形の一例を示す断面模式図である。 本発明に係る電気防食システムの第２の実施形態を示す断面模式図である。 本発明に係る電気防食システムの第３の実施形態を示す断面模式図である。 本発明に係る電気防食システムの第４の実施形態を示す断面模式図である。 本発明に係る電気防食システムが適用される海水ポンプの一例を示す断面模式図である。 本発明に係る電気防食システムが適用される海水淡水化装置の一例を示す断面模式図である。 実施例２及び比較例２の腐食量の経時変化を示すグラフである。 実施例３及び比較例３の腐食量の経時変化を示すグラフである。 実施例４及び比較例４の腐食量の経時変化を示すグラフである。

また、本発明に係る電気防食システムは、以下のような態様を任意に含むことができる。
（ｉ）第１、第２及び第３のシール部材はＯリングである。
（ｉｉ）アノード電極は、リング状のものであり、２枚のガスケットは、重ね合わせることでその内周側にアノード電極の外周及び両側面を覆う環状溝が形成され、アノード電極の内周が接水面を構成する。
（ｉｉｉ）アノード電極はカーボン、グラファイト及びフェライトのうち少なくともいずれか１つである。
（ｉｖ）第１のシール部材は、一方の配管とこれに対応するガスケットとの間に配置された配管周方向の第１のＯリングと、他方の配管とこれに対応するガスケットとの間に配置された配管周方向の第２のＯリングとからなり、第２のシール部材は、端子の外周に装着された端子周方向のＯリングからなる。さらに第３のシール部材はコネクタ外部周方向のＯリングからなる。
（ｖ）シール部材、ガスケット、アノード電極、端子の順に、弾性率が大きくなる。
（ｖｉ）アノード電極がカーボンシートである。
（ｖｉｉ）アノード電極の断面形状が三角形である。
（ｖｉｉｉ）アノード電極とガスケットとの間に有機性接着剤が設けられる。
（ｉｘ）ガスケットが渦巻き型絶縁ガスケットであり、渦巻き型絶縁ガスケットが、シール部材を兼ねている。
（ｘ）直流電源として、一次電池、二次電池又は太陽電池のいずれかを用い、印加電圧を１Ｖ以上２Ｖ未満とし、アノード電極が直流電源のプラス側に接続される。
（ｘｉ）アノード電極と直流電源との間または配管と直流電源との間に電流計が設けられる。
（ｘｉｉ）アノード電極の水透過率が１０％以下である。
（ｘｉｉｉ）直流電源が、配管の外部に設けられる。

以下、本発明に係る実施形態を説明する。ただし、本発明は、ここで取り上げた実施の形態に限定されることはなく、要旨を変更しない範囲で適宜組み合わせや改良が可能である。

（電気防食システムの第１の実施形態）
図１は本発明に係る電気防食システムの第１の実施形態を示す断面模式図である。図１に示したように、本実施形態の電気防食システム１００は、海水（図示せず）を移送する配管（例えば金属配管）６の継ぎ手部分を接続するフランジ部間に介在する２枚の絶縁性ガスケット２により一部を残して覆われるように挟まれ、一部がガスケット２から露出して金属配管６の内部で水と接する接水面を構成する電気防食用のアノード電極７と、少なくとも一部がガスケット２により挟まれるアノード電極用の端子１と、アノード電極７と金属配管６とに端子１及び電気配線１０を介して接続されて、金属配管６の通水部に防食電流を流す直流電源９と、金属配管６のフランジ部とガスケット２との間をシールする第１のシール部材４と、ガスケット２と端子１との間をシールする第２のシール部材５とを備える。さらに、端子１はガスケット２の内部にある領域で導電性のコネクタ１２を介在し，コネクタ１２の外周に第３のシール部材１３を備える。コネクタ１２は、端子１とガスケット２間の僅かなすき間に海水が流入した際の流路遮蔽となるように、端子１よりも大きな径をもっていることが特徴であり，その外部のOリング設置がさらに海水流入の遮蔽になる。なお、第２のシール部材５は、図１のようにガスケット２と端子１との間をシールする態様のものの他、アノード電極７と端子１との間をシールする態様のものであってもよい。後者の態様については、追って詳述する。

ガスケット２及びアノード電極７はともに円環状である。２枚のガスケット２は、重ね合わせることでその内周側にアノード電極７の外周及び両側面を覆う環状溝が形成され、アノード電極７の内周が接水面を構成する。

第１のシール部材４、第２のシール部材５及び第３のシール部材の形状、材質は特に限定は無いが、例えばゴム製のＯリングが好適である。

第１のシール部材４は、一方の配管とこれに対応するガスケットとの間に配置された配管周方向の第１のＯリング４ａと、他方の配管とこれに対応するガスケットとの間に配置された配管周方向の第２のＯリング４ｂとからなる。第２のシール部材は、端子１の外周に装着された端子周方向のＯリングからなる。第３のシール部材は，コネクタ１２の外周に装着された端子周方向のＯリングからなる。

アノード電極７と同様、金属配管側にも端子１’が設けられ、電気配線１０を介して直流電源９に接続される。

図２は図１に示した本実施形態に係る電気防食システムの原理図である。金属配管６は直流電源９のマイナス側に接続される。また、アノード電極７は直流電源９のプラス側に接続され、直流電源９からアノード電極７に電流が供給される。このような構成とすることで、金属配管６の海水と接する表面には電子が供給されるため、海水中のカチオン（正イオン）が引き寄せられ、金属配管６は、腐食反応により自身の金属カチオンを放出することが抑制される。このような電気防食という手段を用いて、海水ポンプや海水淡水化装置の金属配管の腐食を抑制することができる。

電気防食の機能を得るために、アノード電極７は、少なくともその一部が金属配管６の内部を流れる海水に接触するようにガスケット２に保持される。また、アノード電極７は金属配管６にマイナスの電位を付与し、金属配管６を配管材料自身の自然浸漬電位よりも卑な電位とする。

アノード電極７の材料は、電気的導通があることが必要条件となる。アノード電極７の材料としては、カーボン、グラファイト及びフェライトのうちいずれか１つを採用することがコストの観点でより好ましい。また、海水淡水化装置においては、アノード電極７の材料は、金属配管６との電気的接合による電気化学的溶解によって溶出した金属が、海水淡水化装置のＲＯ膜の機能低下を生じさせないものであることがより好ましい。具体的に説明すると、海水淡水化装置では、ＲＯ膜に使用される水処理薬剤と、アノード電極から溶出した金属とが化合して金属化合物（例えば、酸化物、水酸化物、硫酸塩、塩化物）を形成し、これらがＲＯ膜表面に堆積してＲＯ膜の目詰まりを引き起こし、淡水化性能を低下させるおそれがある。このことから、海水淡水化装置に適用するアノード電極７の材料としては、カーボンがより好ましい。海水ポンプでは、上記のようなアノード電極の溶出に関する問題は生じないので、アノード電極７の材料は特に限定されない。

アノード電極７としてカーボンを用いる際には、カーボンシートであることがより好ましい。

非溶解性材料である白金等はアノード電極として電気防食でよく使用されるが、高価な材料であること、また海水淡水化装置の防食装置としては、ＲＯ膜の表面に付着すると塩濃縮効果を低下させるために不適である。また、金属配管６の材料よりも卑な金属である亜鉛やアルミは犠牲陽極としても有効であるが、ＲＯ膜の表面に付着すると塩濃縮効果を低下させるために不適である。

なお、本実施形態では金属配管６の材料の電位が卑となり、カチオンが吸着しやすくなる。このため、金属配管６の材料にＲＯの機能低下をもたらすプラス電荷を有するイオンあるいはイオン性クラスター物質を捉える効果が期待できる。また、本発明者らは、微生物腐食をもたらすバクテリアの付着を抑える効果も確認した。

アノード電極７の水透過率が１０％以下であることが好ましい。

コスト低減のために、アノード電極７として上述した安価なカーボン、グラファイト又はフェライトを適用する場合、高価な白金等を用いる場合よりも減肉する量が大きくなる。アノード電極７が減肉するとガスケット２が変形し、２枚のガスケット２の間に隙間ができて海水が金属配管６の外部に流出するおそれがある。本実施形態では第１のシール部材４及び第２のシール部材５を用いて、アノード電極７の減肉に起因するガスケット２の変形を抑制し、海水リークの防止を図っている。以下に、第１のシール部材４，第２のシール部材５及び第３のシール部材の効果について説明する。

図３はアノード電極７が減肉してガスケットが変形した際のガスケットの変形の一例を示す断面模式図である。なお、端子については省略している。図３において、点線部分は減肉前のアノード電極７及びガスケット２を示し、実線部分は減肉後のアノード電極７’及びガスケット２’を示す。図３に示したように、アノード電極７は電流が供給されると次第に減肉し、三角形状となる。このようにアノード電極７が減肉すると、ガスケットが２’のように変形する。金属配管６内を流れる海水は１０気圧以上であり、図３に示したようにガスケット２が変形すると、金属配管６内を流れる海水が外部へリークする。本実施形態では、第１のシール部材４及び第２のシール部材５とを設けることによって、アノード電極７が減肉しても、ガスケット２の変形を防ぐことができ、さらに端子１の位置が移動してもコネクタ１２の外周に装着した第３のシール部材１３により，金属配管６内を流れる海水の外部へのリークを抑制し、電気防食の効率を向上することができる。

具体的には、アノード電極７の減肉により、ガスケット２とアノード電極７の側面の間に空隙ができ、フランジ８の海水側の幅が狭まるが、第１のシール部材４がフランジ８とガスケット２の間隙で生ずる可能性がある海水の流路を遮断するので、リークが抑制される。また、第２のシール部材５により、アノード電極７の電極が消失して端子１のリードに腐食が進行するまではリークが抑制される。さらに端子１に海水が浸入しても，コネクタ１２の外周シール部材１３によりリークが抑制される。

以上のように、第１のシール部材４、第２のシール部材５及び第３のシール部材１３は、アノード電極７の減肉によるガスケット２の変形を抑制するものであるから、アノード電極７に安価な（減肉しやすい）材料を適用した際に、本実施形態はより大きな効果を発揮することができる。

本実施形態に係る電気防食システムにおいて、第１のシール部材４、第２のシール部材５及び第３のシール部材１３はガスケット２、アノード電極７、端子１，１’の順で、材料の圧縮方向の機械作用に対するヤング率が大きくなるよう材料を選択することは好ましい。このようにすることで、アノード電極７の時間経過とともに生ずる減肉がもたらすガスケットシール効果の低減を著しく抑制することができる。電気防食システムの構成部材と好ましいヤング率を下記表１に示す。

本実施形態では、アノード電極７をガスケット２に設け、ガスケット２を金属配管６のフランジ部を固定するボルトによって固定した（図示せず）。このようにすることで、金属配管６内の海水の流れを妨げることなく、金属配管６を電気防食することができる。また、金属配管６に海水を通水する場合、塩濃度に依存する腐食現象が時間の経過とともに発生し、特に、配管結合部であるフランジ部や、表面組織と表面粗さが不均一となる溶接部では腐食速度が大きくなる。本実施例では金属配管６のフランジ部の接続部にアノード電極７を保持したガスケット２を設置することによって、フランジの接続部の腐食（いわゆる、すきま腐食）を著しく抑制することができる。

金属配管６とアノード電極７に電位差を生ずるための直流電源９としては、特に限定はなく、乾電池等の一次電池、鉛電池又はリチウム電池等の二次電池、直流電源、あるいは太陽電池のいずれでもよい。電位差としては、１Ｖ以上２Ｖ未満を印加できることが好ましい。上述したアノード電極７（カーボン、グラファイト又はフェライト）の自然電極電位は、＋０．５Ｖであり、金属配管６（ステンレス鋼）の自然電極電位は、−０．５Ｖであるため、アノード反応を起こすための金属配管６に印加する最低印加電位は１Ｖとなる。また、２Ｖを超えると、海水が電気分解されることによって次亜塩素酸が発生する恐れがあるので、印加電圧は２Ｖ未満にすることが好ましい。また、図１に示したように、電流計１１を直流電源９と直列に配置してもよい。電流計１１としては、抵抗の少ない内部回路を有するものを使用する。この際の電流値は任意であるが、１０μＡ以上が望ましい。

また、電位差を有することができるカソードの範囲は通常ワグナー長さとして知られており、カソードの形状、海水の流速、電気伝導度、温度に依存するが、数ｍ以上に達する。電位としては前述のように１Ｖ以上が適し、２Ｖを超えると水の電気分解による水素発生をもたらすために、ワグナー長を稼ぐための電位付与は限定される。

金属配管６としては特に限定は無いが、ステンレス鋼が好適である。ステンレス鋼としてはコストの観点から、ＳＵＳ３１６Ｌ、Ｓ３２１０１等がより好ましい。

（電気防食システムの第２の実施形態）
図４は本発明に係る電気防食システムの第２の実施形態を示す断面模式図である。図４では、ガスケット４０１、アノード電極４０２、端子４０３、コネクタ４０６，第１のシール部材４０４，第２のシール部材４０５及び第３のシール材４０７のみ示しており、金属配管、金属配管に接続される端子及び金属配管とアノード電極のそれぞれに電気配線を介して接続される直流電源については省略している。本実施形態では、第２のシール部材４０５はアノード電極４０２と端子４０３との間をシールするものであり、アノード電極４０２の形状が第１の実施形態と異なる部分である。

図４に示したように、アノード電極４０２の断面形状は三角形状である。電流密度一定での低電圧防食においては、アノード電流が、防食時間の増加に伴う減肉の進行に伴って低減する。すなわち、この形状の電極を用いて電流の経時変化測定（モニタリング）することにより、アノード電極の消耗具合を知ることができる。その他の構成については第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

（電気防食システムの第３の実施形態）
図５は本発明に係る電気防食システムの第３の実施形態を示す断面模式図である。図５では、ガスケット５０１、アノード電極５０２、端子５０３、コネクタ５０７、第１のシール部材５０４，第２のシール部材５０５及び第３のシール部材５０８のみ示しており、金属配管、金属配管に接続される端子及び金属配管とアノード電極のそれぞれに電気配線を介して接続される直流電源については省略している。本実施形態では、第２のシール部材５０５はアノード電極５０２と端子５０３との間をシールするものであり、アノード電極５０２とガスケット５０１との間に有機性接着剤５０６を設けている点が第１の実施形態と異なる部分である。このようにすることで、アノード電極５０２とガスケット５０１との密着性を高めることができ、アノード電極５０２とガスケット５０１との界面で生じるすき間腐食の進行を抑制することができる。

有機性接着剤としては特に限定はなく、例えばエポキシ接着剤等を使用することができる。その他の構成については第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

（電気防食システムの第４の実施形態）
図６は本発明に係る電気防食システムの第４の実施形態を示す断面模式図である。図６では、ガスケット６０１、アノード電極６０２、端子６０３，コネクタ６０４及び第３のシール部材６０５のみ示しており、金属配管、金属配管に接続される端子及び金属配管とアノード電極のそれぞれに電気配線を介して接続される直流電源については省略している。ガスケット６０１を円環状のガスケットではなく、渦巻状のガスケットとしている点が第１の実施形態と異なる部分である。このようにすることでアノード電極６０２は渦巻状の絶縁ガスケット６０１により中心部が被覆され、アノード電極６０２が減肉しても、ガスケット６０１のシール性が維持される。すなわち、本実施形態では、渦巻状のガスケットがシール部材を兼ねる構成となっている。なお、渦巻状のガスケットは、上述した円環状のガスケットよりも耐高圧性を有するものである。その他の構成については第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

（海水ポンプ）
図７は本発明に係る電気防食システムが適用される海水ポンプの一例を示す断面模式図である。図７に示したように、海水ポンプ２００の主要部材としてコラムパイプ２０１、ケーシング２０２、ケーシングライナ２０３、およびベルマウスケーシング２０４が海水ポンプ２００の外周側に設置されており、これらはフランジ２０５で相互に連結されている。そしてコラムパイプ２０１、ケーシング２０２、ケーシングライナ２０３、及びベルマウスケーシング２０４の内側の海水ポンプの軸心側には回転シャフト２０６が配設されており、この回転シャフト２０６の先端側に羽根車（インペラ）２０８が設けられている。図７では図示しないが、海水ポンプには回転シャフト２０６及び羽根車２０８を回転駆動するためのモーターが設けられており、該モーターによって駆動した回転シャフト２０６及び羽根車２０８でもたらされる水流が、図７の紙面上部へ移動する水流となり、揚水される。

本実施例の海水ポンプ２００では、コラムパイプ２０１の外面部にアノード電極１０３を配設し、導電性固定具１０４でコラムパイプ２０１と電気的導通を取りながら絶縁シート１１１を介して固定した。また、アノード電極１０３の側面に電流計１１２を配設した。電流計１１２はケーブル１１５で直流電源装置１１３に接続されている。ケーブル１１５は信号の送受信と電力供給の機能を有する。なお、図７では見やすいようアノード電極１０３と直流電源部１１３を大きく記載したが、大小を問わないことは言うまでも無い。また、図示していないが、アノード電極１０３がコラムパイプ２０１の内面を流れる海水と接するように、フランジ構造を介して設置した（図省略）。この際、ポンプ内の水の流れに影響を与えない目的と、アノード電極１０３の脱落を防ぐ目的から、コラムパイプ２０１のフランジ面にアノード電極１０３を配設した。この場合、コラムパイプ２０１とアノード電極１０３の間は絶縁した。

（海水淡水化装置）
図８は本発明に係る電気防食システムが適用される海水淡水化装置の一例を示す断面模式図である。図８に示したように、海水淡水化装置は海水の取水ポンプ３００、海水を貯水する取水井３０１、二層ろ過器３０２、ろ過海水槽３０３、保安フィルタ３０４、高圧ポンプ３０５、逆浸透膜モジュール３０６、動力回収タービン３０７、生産水槽３０８、濃縮水配管３０９、配管３１０，３１１，３１２を備えている。また、海水の移送のため、各所にポンプ３１３が設けられている。

このうち、取水ポンプ３００はコラムパイプ内外面が海水に浸漬するため、それぞれ本発明の電気防食システムが適用される。また、高圧ポンプ３０５、ポンプ３１３は、海水に接する内面に本発明の電気防食システムを適用される。

高圧ポンプから下流の配管部分では金属配管が用いられ、１０気圧以上の内圧で海水が流動する。これらの金属配管では、塩濃度に依存する腐食現象が時間経過とともに発生し、特に、配管結合部であるフランジ部や、表面組織と表面粗さが不均一となる溶接部では反応速度が大きな腐食が進展する場合がある。この腐食作用を抑制するために、金属配管に本発明の電気防食システムが好適である。

前述したように、海水淡水化装置に本発明の電気防食システムを適用する場合は、アノードからの金属イオンの溶出や部分的な脱離により、ＲＯ膜の劣化（逆浸透膜モジュールの劣化）が促進される可能性があるため、劣化が促進されにくい材料を使用する必要がある。

以下、実施例及び比較例により本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（リークテスト）
本発明の第１の実施形態に係る電気防食システムを適用した金属配管について、海水のリークテストを行った。金属配管に人工海水を２０ａｔｍ、７２時間通水し、直流電源装置の印加電圧を３Ｖとした。リークテストの結果、リークが無い場合を「合格」と評価し、リークがある場合を「不合格」と評価した。測定結果を表２に示す。

表２から、本発明に係る電気防食システム（実施例１）はリークが無く、リークテスト評価が合格となった。シール部材を片方省略した電気防食システム（参考例１及び２）においてもリークが生じ、リークテスト評価が不合格となった。また、シール部材を両方省略した比較例１も、リークが生じ、リークテスト評価が不合格となった。このことから、本発明に係る電気防食システムは、アノード電極の減肉によるガスケットの変形を抑制し、海水のリークを確実に防止可能であることが確認された。

（ＳＵＳ３１６Ｌ鋼の腐食量評価（１））
本発明の第１の実施形態に係る電気防食システムにおいて、ステンレス配管の腐食量の経時変化を評価した。

金属配管としてステンレス鋼であるＳＵＳ３１６Ｌ鋼を用い、アノード電極として人造黒鉛（グラファイト）を用いた。金属配管にブライン水（塩濃縮水）を想定した人工海水（６０℃の空気飽和した塩濃度７％）を通水し、直流安定化電源を用いて金属配管が人造黒鉛より−１Ｖとなる電圧を保持するように制御し、腐食量の経時変化を測定した。腐食量は、通水前後の金属配管の重量差から求めた。測定結果を図９に示す。図９において、実施例２は本発明の第１の実施形態の電気防食システムを用いた場合であり、比較例２は本発明に係る電気防食を用いず、単純浸漬した結果である。

図９から、１０００時間経過後の比較例２の腐食量は、実施例２の腐食量の7倍以上となり、本発明の電気防食システムによって、金属配管の腐食が著しく抑制されることが確認された。

（ＳＵＳ３１６Ｌ鋼の腐食量評価（２））
本発明の第１の実施形態に係る電気防食システムにおいて、ステンレス配管の腐食量の経時変化を評価した。

金属配管としてステンレス鋼であるＳＵＳ３１６Ｌ鋼を用い、アノード電極として人造黒鉛（グラファイト）を用いた。金属配管にブライン水（塩濃縮水）を想定した人工海水（２５℃の空気飽和した塩濃度３．５％）を通水し、直流安定化電源を用いて金属配管が人造黒鉛より−１Ｖとなる電圧を保持するように制御し、腐食量の経時変化を測定した。
腐食量は、流体前後の金属配管の重量差から求めた。測定結果を図１０に示す。図１０において、実施例３は本発明の第１の実施形態の電気防食システムを用いた場合であり、比較例３は本発明に係る電気防食を用いず、単純浸漬した結果である。

図１０から、１０００時間経過後の比較例３の腐食量は、実施例３の腐食量の６倍以上となり、本発明の電気防食システムによって、金属配管の腐食が著しく抑制されることが確認された。

（Ｓ３２１０１の腐食量評価）
本発明の第１の実施形態に係る電気防食システムにおいて、ステンレス配管の腐食量の経時変化を評価した。

金属配管としてステンレス鋼であるＳ３２１０１鋼を用い、アノード電極として人造黒鉛（グラファイト）を用いた。金属配管にブライン水（塩濃縮水）を想定した人工海水（２５℃の空気飽和した塩濃度３．５％）を流体し、直流安定化電源を用いて金属配管が人造黒鉛より−１Ｖとなる電圧を保持するように制御し、腐食量の経時変化を測定した。腐食量は、流体前後の金属配管の重量差から求めた。測定結果を図１１に示す。図１１において、実施例４は本発明の第１の実施形態の電気防食システムを用いた場合であり、比較例４は本発明に係る電気防食を用いず、単純浸漬した結果である。

図１１から、１０００時間経過後の比較例４の腐食量は、実施例４の腐食量の８倍以上となり、本発明の電気防食システムによって、金属配管の腐食が著しく抑制されることが確認された。

以上説明したように、本発明によれば、低コスト及び高効率で海水ポンプや海水淡水化装置等の金属配管材料の耐食性向上を実現することが可能な電気防食システムを提供することができること、及び本発明に係る電気防食システムを用いて、低コストな海水ポンプ及び海水淡水化装置を提供することができることが示された。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

本発明の電気防食システムは、海水ポンプ、海水淡水化装置、洋上風力発電設備などの海水プラントに広く適用することができる。また、船舶、港湾設備、埋設配管、原油配管など、電気防食システムが使用される設備に広く適用することができる。

１，１’，４０３，５０３，６０３…端子、
２，２’，４０１，５０１，６０１…ガスケット、
３，８…フランジ、
４，４ａ，４ｂ，４０４，５０４…第１のシール部材、
５，４０５，５０５…第２のシール部材、
６…配管、
７，７’，１０３，４０２，５０２，６０２…アノード電極、
９，１１３…直流電源、
１０，１１５…ケーブル、
１１，１１２…電流計、
１２，４０７，５０７…コネクタ、
１３，１３ａ，１３ｂ，４０７，５０８…第３のシール部材、
５０６…有機性接着剤、
１００…電気防食システム、
１０４…導電性固定具、
２００…海水ポンプ、
２０１…コラムパイプ、
２０２…ケーシング、
２０３…ケーシングライナ、
２０４…ベルマウスケーシング、
２０５…フランジ、
２０６…回転シャフト、
２０８…羽根車（インペラ）、
３００…取水ポンプ、
３０１…取水井、
３０２…二層ろ過器、
３０３…ろ過海水槽、
３０４…保安フィルタ、
３０５…高圧ポンプ、
３０６…逆浸透膜モジュール、
３０７…動力回収タービン、
３０８…生産水槽、
３０９…濃縮水配管、
３１０，３１１，３１２…配管、
３１３…ポンプ、

Claims (16)

1. 通水用の配管の腐食を抑制するための電気防食システムであって、
   前記配管の継ぎ手部分を接続するフランジ部間に介在する２枚の絶縁性ガスケットにより一部を残して覆われるように挟まれ、前記一部が前記ガスケットから露出して前記配管の内部で水と接する接水面を構成する電気防食用のアノード電極と、
   少なくとも一部が前記ガスケットにより挟まれるアノード電極用の端子と、
   前記アノード電極と前記配管とに前記端子及び電気配線を介して接続されて、前記配管の通水部に防食電流を流す直流電源と、
   前記フランジ部と前記ガスケットとの間をシールする第１のシール部材と、
   前記ガスケットと前記端子との間もしくは前記アノード電極と前記端子との間をシールする第２のシール部材と、
   コネクタの外周をシールする第３のシール部材を備えることを特徴とする電気防食システム。
2. 請求項１に記載の電気防食システムにおいて、
   前記第１，第２及び第３のシール部材はＯリングであることを特徴とする電気防食システム。
3. 請求項１または２に記載の電気防食システムにおいて、
   前記アノード電極は、リング状のものであり、
   前記２枚のガスケットは、重ね合わせることでその内周側に前記アノード電極の外周及び両側面を覆う環状溝が形成され、
   前記アノード電極の内周が前記接水面を構成することを特徴とする電気防食システム。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の電気防食システムにおいて、
   前記アノード電極は、カーボン、グラファイト及びフェライトのうち少なくともいずれか１つであることを特徴とする電気防食システム。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の電気防食システムにおいて、
   前記第１のシール部材は、一方の配管とこれに対応するガスットとの間に配置された配管周方向の第１のＯリング、他方の配管とこれに対応するガスケットとの間に配置された配管周方向の第２のＯリング，及び端子部とガスケットとの間に設置された第３のＯリングを備え、
   前記第２のシール部材は、前記端子の外周に装着された端子周方向のＯリングを備えることを特徴とする電気防食システム。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の電気防食システムにおいて、
   前記シール部材、前記ガスケット、前記アノード電極、前記端子の順に、ヤング率が大きくなることを特徴とする電気防食システム。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の電気防食システムにおいて、
   前記アノード電極がカーボンシートであることを特徴とする電気防食システム。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の電気防食システムにおいて、
   前記アノード電極の断面形状が三角形であることを特徴とする電気防食システム。
9. 請求項１ないし８に記載の電気防食システムにおいて、
   前記アノード電極と前記ガスケットとの間に有機性接着剤が設けられることを特徴とする電気防食システム。
10. 請求項１ないし９に記載の電気防食システムにおいて、
    前記ガスケットが渦巻き型絶縁ガスケットであり、
    前記渦巻き型絶縁ガスケットが、前記シール部材を兼ねていることを特徴とする電気防食システム。
11. 請求項１ないし１０のいずれかに記載の電気防食システムにおいて、
    前記直流電源として、一次電池、二次電池又は太陽電池のいずれかを用い、印加電圧を１Ｖ以上２Ｖ未満とし、
    前記アノード電極が前記直流電源のプラス側に接続されることを特徴とする電気防食システム。
12. 請求項１ないし１１のいずれかに記載の電気防食システムにおいて、
    前記アノード電極と前記直流電源との間または前記配管と前記直流電源との間に電流計が設けられることを特徴とする電気防食システム。
13. 請求項１ないし１２のいずれかに記載の電気防食システムにおいて、
    前記アノード電極の水透過率が１０％以下であることを特徴とする電気防食システム。
14. 請求項１ないし１３のいずれかに記載の電気防食システムにおいて、
    前記直流電源が、前記配管の外部に設けられることを特徴とする電気防食システム。
15. 配管と、前記配管内部に設けられた回転シャフトと、前記回転シャフトの先端に設けられた羽根車と、前記回転シャフト及び前記羽根車を回転駆動するためのモーターとを備え、前記羽根車でもたらされた水流を揚水して前記配管内を案内する海水ポンプにおいて、
    前記配管が、請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の電気防食システムを備えることを特徴とする海水ポンプ。
16. 取水した海水を貯水する取水井と、前記取水井からの海水が濾過器を経由し、前記濾過器で濾過された海水を貯水する濾過海水槽と、前記濾過海水槽からの濾過された海水が保安フィルタを介して高圧ポンプで導かれ、淡水と塩分濃縮水に分離する逆浸透膜モジュールと、前記逆浸透膜モジュールで分離された淡水を貯水する生産水槽と、前記高圧ポンプと同軸に設置され、前記逆浸透膜モジュールで分離された塩分濃縮水を回収して濃縮水配管に排出する動力回収タービンとを備え、前記取水井、前記濾過器、前記濾過海水槽、前記保安フィルタ、前記逆浸透膜モジュール、前記生産水槽、前記高圧ポンプ及び前記動力回収タービンとが配管で接続されている海水淡水化装置において、
    前記配管が、請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の電気防食システムを備えることを特徴とする海水淡水化装置。