JP2016515167A - 鋼の保温材下腐食（ｃｕｉ）制御 - Google Patents

Abstract

保温材下の金属のパイプライン、タンク及び機器のための流電陽極及びバリア腐食制御が、十分な塩化物なしの熱水において鋼要素を保護するべく、高温の淡水において純アルミニウム及びアルミニウム合金を使用することを含む。混合プライマーにおける犠牲アルミニウム及び犠牲亜鉛・アルミニウムの粉末が、保温材下の鋼の長期間有効な腐食制御を与え、十分な塩化物の存在にもかかわらず、すべての水温度範囲において達成することができる。７５℃を下回る温度において、プライマーにおける亜鉛粒子が、基板鋼を保護するべく作用する。７５℃を上回る温度において、プライマー及び流電アルミニウムテープにおけるアルミニウム粒子が、塩化物なしの中性ｐＨ水中の基板鋼を保護し、さらには当該プライマーにおける亜鉛粒子の消費を低減する。ＣＵＩ用の電解水が塩化物によって十分に汚染されている場合、プライマー及び流電アルミニウムにおけるアルミニウム粒子が活性になる。

Description

本発明は一般に腐食制御に関し、詳しくは、保温材下にある金属のパイプライン、タンク及び機器のための流電陽極及びバリア腐食制御の使用に関する。これは、十分な塩化物が存在しない熱水中での鋼元素を保護するべく、高温の淡水中で純アルミニウム及びアルミニウム合金を使用することを含む。

保温材下の鋼のパイプ、タンク及び他の機器の腐食は、石油化学、精油及び他の工業において著しい問題となっている。保温材下腐食（ＣＵＩ）は、保温材を取り外さないままでは目視検査ができないことから、高効率の腐食制御方法が、腐食性電解質の存在、高温耐性、長期的信頼性の必要性を果たすべく求められている。アクセス性、保温ジャケットの脱着の必要性及び製造休止時間に起因する腐食の検査及び修理の著しい高コストは、所有者にとって莫大な経済的負担となる。腐食の問題が無視されると重大な事故が生じ得るが、かかる事故の頻度が近年、世界中で増加しつつある。

ＣＵＩの原因は典型的に、雨水、あふれたシステム水、洗浄水又は結露の侵入によって引き起こされる。保温システムは水密とする必要がある。しかしながら、水密性の損傷はいくつかの領域で生じるので水の侵入がもたらされる。施設は典型的に海の近くに位置するので、雨水は塩化物で汚染される。石油化学工場はまた、硫酸塩を空気中に放出するので、雨水は硫酸塩によっても汚染される。

腐食性の汚染水が保温材下に侵入して高温の鋼のパイプ、タンク及び機器に接触すると、当該水は蒸発して腐食性汚染物質が残る。さらなる水の侵入により、保温材下の当該物質の濃度が増加する。加えて、低温のパイプライン上の結露、又はパイプラインのサイクリックな高温及び低温も、ＣＵＩ電解質の源となる。保温材下の汚染空気侵入も、保温材ジャケットが損なわれていないにもかかわらず生じる。その結果、保温材下の結露水の腐食性が時間とともに増加する。

保温材下のいくかの鋼要素は、耐熱誘電体コーティングによって保護することができる。ある程度までの高温を扱うべく、様々なタイプの被適用誘電液体コーティングが開発されている。こうした液体コーティングを適用するには、鋼表面の下準備が、当該プロセスの最も重要な部分となる。塩化物及び他の塩のような汚染物質を除去しかつコーティングのための適切なアンカーパターンを与えるには、ブラスティングが必要とされる。しかしながら、最も保温される要素は危険領域に位置するので、かかる表面下準備は、安全にかつ環境的制約のもとで行う必要がある。ブラスティング法による表面下準備は、高度に密集したパイプライン領域においては現実不可能である。限られた空間内にはブラスティング作業に十分な余地が存在しないからである。コーティングは、何らかの理由で損傷すると、露出された鋼を保護することができないので、腐食孔がもたらされる。

近年、１１００アルミニウム合金による溶射アルミニウムコーティングが、鋼要素をＣＵＩから保護するべく使用されている。アルミニウムコーティング上の不動態膜が、バリアコーティングとして基板鋼を保護する。アルミニウムは、電解質（例えば海水）中に十分な塩化物が存在する場合に当該塩化物がアルミニウム表面上の不動態膜を破壊するので、流電陰極防食用の陽極を与えることが知られている。アルミニウムの不動態膜が破壊されると、アルミニウムの電位は、負側の方向へシフトするので、流電陰極防食によって鋼を保護することができる。ＣＵＩ用の電解質は十分な塩化物を包含するわけではないので、アルミニウム溶射コーティングは低温において、流電陽極として基板鋼を保護することができない。加えて、溶射アルミニウムコーティングが高度に塩化物汚染がされたＣＵＩ電解質に露出されると、当該コーティングは犠牲陽極に変わる。この場合、コーティングは、自己腐食によって露出表面から消費されるので寿命が短くなる。

加えて、液体コーティングと同様に、ブラスティングによる鋼表面下準備は、溶射アルミニウムコーティングを接合するためには不可欠である。溶射アルミニウムを適用するには、溶射銃の移動速度、適切な溶射距離及び角度の確保、アルミニウムワイヤの供給速度等が、考慮すべき重要事項となるので、熟練工が必要となる。当該構造物が火災危険領域に位置する場合、作業領域は当該適用中、閉鎖しなければならない。いくつかの密集領域では、現場でのコーティング適用は可能とさえいえない。その結果、当該適用のコストは極端に高くなる。

亜鉛豊富プライマー及び誘電体コーティングを一緒に使用することができる。鋼表面が露出されると、亜鉛豊富プライマーは流電保護を与える。しかしながら、亜鉛豊富プライマーの典型的な寿命は、高腐食性電解質において短い。亜鉛が低い電気容量を示すからである。加えて、プライマーにおける亜鉛粒子は、高温電解質において急速に消費される。亜鉛粒子は、プライマーにおいて十分な量が消費されると、もはや鋼基板を保護することができない。このように、亜鉛豊富プライマーにより得られる腐食保護は、短い寿命ゆえに制限される。

一般に、鋼の熱水タンクは、マグネシウム陽極によって流電的に保護される。亜鉛及びアルミニウムのような任意の他の犠牲陽極では、塩化物なしの水においては保護を与えることができないと考えられるからである。しかしながら、マグネシウム陽極の効率は５０パーセント未満に、塩素処理水においては自己腐食ゆえにさらに低くなるのが典型的である。

特表平８−５００２８８号公報

本発明は、塩化物なしの中性ｐＨ水において７５℃を上回るとアルミニウムが活性化するとの発見にある。犠牲アルミニウムと犠牲亜鉛又は亜鉛・アルミニウム粉末を混合プライマーにおいて組み合わせることにより、十分な塩化物が存在するにもかかわらず、すべての水温度範囲（０〜１００℃）において保温材下の鋼の長期間有効な腐食制御を達成することができる。好ましい実施形態において、犠牲アルミニウムはテープの形態で与えられる。代替的に、流電アルミニウム層は、アルミニウム豊富プライマー又はアルミニウム系コーティングの形態で与えることができる。

鋼の温度が約７５℃を下回り、又はサイクリック温度、パイプライン若しくは機器の低温動作期間で運転される場合、プライマーにおける亜鉛粉末が鋼を腐食から保護する。鋼が約７５℃を上回るように運転される場合、プライマー及びアルミニウムテープにおけるアルミニウム粉末は、当該鋼を保護するべく作用する。アルミニウム粉末及び犠牲アルミニウムはまた、プライマーにおける亜鉛粉末の消費を最小限にする。アルミニウムの高い活性（負の電位）も亜鉛を保護するからである。その結果、プライマーにおける亜鉛粉末の寿命が延ばされる。ＣＵＩ用の水が十分な塩化物により汚染されると、プライマー及び流電アルミニウムテープにおけるアルミニウム粉末は活性となって、すべての温度範囲において保温材下の鋼を保護する。

本発明はまた、テープシステムが損傷を受けていない領域にあるプライマーにおいて流電アルミニウムテープ及び流電亜鉛又は亜鉛・アルミニウム粉末を保護するべく、耐食アルミニウムテープも利用する。腐食性ＣＵＩ電解質に由来する流電要素の自己腐食を最小限とするべく、耐食アルミニウムテープが環境シールを与える。一代替実施形態において、かかるシールはまた、誘電体コーティング又は他の耐食金属によって達成することもできる。

亜鉛及びアルミニウムの特徴を組み合わせることにより、三重層の腐食保護システムが与えられる。塩化物なしの熱水における有利なアルミニウム挙動の発見により、純アルミニウム及びアルミニウム合金を使用することができる。アルミニウムの高い電気容量と著しく低い自己腐食とに起因して、コスト効率のよい流電陰極防食を達成することができる。

本発明に係る三重腐食保護システムを示す図である。 テープ損傷領域において７５℃を下回る場合の保護機構を例示する。 テープ損傷領域において７５℃を上回る場合の保護機構を例示する。 様々な温度での塩化物なしの淡水における純亜鉛及び純アルミニウムの電位を示す。

本発明は、低温、高温、又はサイクリックな低高温いずれの運転であっても保温材下鋼構造物の腐食を制御するシステム及び方法にある。本発明は、塩化物なしの淡水において７５℃を上回る場合にアルミニウム不動態膜が破壊されても、純アルミニウム又は合金の電位が負側にシフトすることにより、７５℃を上回る塩化物なしの淡水において流電陽極として使用可能になるとの発見に基づく。純亜鉛と純アルミニウム又はアルミニウム合金とを組み合わせることにより、保護システム及び方法は、凍結から沸騰までのすべての水温度範囲において、鋼をＣＵＩから有効に保護する。

鋼の保温材下腐食（ＣＵＩ）を制御する基本的なシステムは、保護対象鋼表面上に配置される犠牲陽極プライマーと、当該犠牲陽極プライマーを覆うように配置される犠牲アルミニウム又は亜鉛層とを含む。プライマーは亜鉛プライマーである。パイプラインが７５℃を下回るように運転される場合、亜鉛のみのプライマーを使用することができる。温度が７５℃を上回るように操作される場合、アルミニウムが亜鉛豊富プライマーに添加される。Ａｌ：Ｚｎ比は運転温度に依存する。典型的な無機亜鉛豊富プライマーは、４００℃まで使用可能なバインダ（接着剤）としてケイ酸亜鉛を包含する。水系無機亜鉛豊富プライマーを代替的に使用することもできる。

犠牲アルミニウム又は亜鉛層を覆うように配置される随意的な耐食層が、第３の保護層を与える。図１は、本発明に係る三重層の腐食保護システムを示す図である。図２は、テープ損傷領域において７５℃を下回る場合の保護機構を例示し、図３は７５℃を上回る場合の保護機構を例示する。

鋼の温度が７５℃を下回る場合、純アルミニウム又はアルミニウム合金は不動態化する。その結果、アルミニウムは、電解質が十分な塩化物によって汚染されていない場合に鋼を保護する流電陽極として使用することができない。しかしながら、亜鉛豊富プライマーにおける純亜鉛粒子は、塩化物なしの中性ｐＨ水において、すべての温度（０〜１００℃）で活性である。亜鉛は高温かつ塩化物汚染の水において急速に消費されるが、亜鉛を、７５℃を上回る場合に負側の電位を有するアルミニウムと組み合わせることにより、亜鉛はアルミニウムによって部分的に保護される。これは、アルミニウム粉末を無機亜鉛豊富プライマーに添加することによって達成することができる。これは代替的に、亜鉛プライマーを覆う純アルミニウム又は流電アルミニウムのテープによっても達成することができる。

Ｔ字セクション又は他の複雑な構成を含む鋼のパイプにおいて、テープコーティングは問題となり得る。かかる場合、アルミニウム粉末が添加されたプライマー（亜鉛豊富プライマーに類似）を使用することができる。亜鉛豊富プライマー又は亜鉛・アルミニウム混合プライマーは、最初に適用されてその後、アルミニウム含有量が高いプライマーによって覆われる。

すなわち、まとめると、７５℃を下回る温度では、プライマーにおける亜鉛粒子は、基板鋼を保護する作用をする。７５℃を上回る温度では、プライマー及び流電アルミニウムテープにおけるアルミニウム粒子が、塩化物なしの中性ｐＨ水において基板鋼を保護し、さらには当該プライマーにおける亜鉛粒子の消費を低減する。ＣＵＩ用の電解水が塩化物により十分に汚染されている場合、プライマー及び流電アルミニウムテープにおけるアルミニウム粒子は、すべての温度で活性となって任意の温度で鋼を保護する。

アルミニウム合金３０００及び６０００シリーズが耐食合金として知られている。プライマー及び流電アルミニウムテープの寿命を延ばすべく、かかる合金からなる耐食アルミニウムテープによって当該流電アルミニウムテープを覆うことができる。かかる配列により、流電アルミニウムテープ及びプライマーの外側層の腐食が、高腐食性のＣＵＩ電解質から保護される。

誘電体コーティングも、犠牲アルミニウムテープを保護するべく使用することができる。腐食性電解水が、バリア耐食アルミニウムテープの下へと損傷領域又は当該アルミニウムテープ間の継ぎ目から侵入すると、アルミニウム・亜鉛混合プライマー及び流電アルミニウムテープは、鋼基板を腐食から保護するべく作用する。

プライマーのための鋼表面下準備は重要とはならない。当該鋼表面は、コーティングによってではなく流電電流によって保護されるからである。鋼腐食生成物、すなわち錆は、流電電流を基板鋼へと導通させるのに十分なイオン伝導性を有する。したがって、流電プライマーのための鋼表面下準備は、金属ワイヤのブラシがけによって達成することができる。これにより、表面下準備のコストが著しく低減される。

犠牲マグネシウム陽極は伝統的に、塩化物なしの水において使用されている。しかしながら、水中のマグネシウム陽極の寿命は、高い割合の自己腐食ゆえに短い。実際のところ、塩素処理水における自己腐食による消費率は、７０パーセントもの高さである。７５℃を上回る中性ｐＨ水において活性になる純アルミニウム又はアルミニウム合金の挙動を利用することにより、アルミニウムを、マグネシウム陽極よりもかなり高い電気容量を有する犠牲陽極として、その代わりに使用することができる。

Claims (16)

1. 鋼の保温材下腐食（ＣＵＩ）を制御するシステムであって、
   保護対象鋼表面上に配置される犠牲陽極プライマーと、
   前記犠牲陽極プライマーを覆うように配置される犠牲アルミニウム又は亜鉛の層と
   を含むシステム。
2. 前記犠牲アルミニウム又は亜鉛の層を覆うように配置される耐食層をさらに含む請求項１のシステム。
3. 前記犠牲陽極プライマーは亜鉛、アルミニウム又はこれらの合金を含む請求項１のＣＵＩ保護システム。
4. 前記犠牲陽極プライマーは純元素亜鉛粒子を含む請求項１のＣＵＩ保護システム。
5. 前記犠牲陽極プライマーは純元素アルミニウム粒子を含む請求項１のＣＵＩ保護システム。
6. 前記犠牲陽極プライマーはアルミニウム合金粒子を含む請求項１のＣＵＩ保護システム。
7. 前記犠牲陽極プライマーは亜鉛・アルミニウム合金粒子を含む請求項１のＣＵＩ保護システム。
8. 前記犠牲アルミニウムの層はテープ又はメッシュの形態で設けられる請求項１のＣＵＩ保護システム。
9. 前記犠牲アルミニウムの層は、アルミニウム豊富プライマー又はアルミニウム系コーティングの形態で設けられる請求項１のＣＵＩ保護システム。
10. 前記犠牲陽極プライマーは亜鉛溶射コーティングである請求項１のＣＵＩ保護システム。
11. 前記犠牲陽極プライマーは、流電アルミニウムテープ下の鋼表面に直接適用される亜鉛テープである請求項１のＣＵＩ保護システム。
12. アルミニウムテープが、塩化物なしの高い水温度で活性になる純元素アルミニウム又はアルミニウム合金からなる請求項１のＣＵＩ保護システム。
13. 前記耐食層はテープの形態で設けられる請求項２のＣＵＩ保護システム。
14. 前記耐食層はアルミニウムテープの形態で設けられる請求項２のＣＵＩ保護システム。
15. 前記耐食層は誘電体コーティングである請求項２のＣＵＩ保護システム。
16. 前記耐食層は耐食金属又は合金のテープの形態である請求項２のＣＵＩ保護システム。

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