JP2019035655A

JP2019035655A - 腐食測定システム、及び腐食測定方法

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Publication number: JP2019035655A
Application number: JP2017156877A
Authority: JP
Inventors: 勲佐々木; Isao Sasaki; 古川　英夫; Hideo Furukawa; 英夫古川; 横山　大輔; Daisuke Yokoyama; 大輔横山
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2017-08-15
Filing date: 2017-08-15
Publication date: 2019-03-07
Anticipated expiration: 2037-08-15
Also published as: JP6891719B2

Abstract

【課題】長期間の腐食測定を可能とするため外部電源を用いながら、腐食速度を精度良く測定することが可能な、腐食測定システムを提供する。【解決手段】接地された貯水タンク７に収容される、及び／又は、接地された配管を流通する水の腐食を測定する腐食測定システム１００であって、絶縁容器３と、腐食センサ１と、スイッチング電源６とを備え、絶縁容器３は、貯水タンク７及び／又は配管の水を、貯水タンク７及び／又は配管の水から電気的に分離して収容し、腐食センサ１は、絶縁容器３に収容される水に浸漬される電極２０と、電極２０を用いて測定した溶液抵抗値と腐食反応抵抗値とから、腐食速度を算出する腐食センサ基板１０とを備え、スイッチング電源６は接地されており、外部電源５からの交流電力を直流電力に変換して、該直流電力を腐食センサ基板１０に供給する。【選択図】図４

Description

本発明は、腐食測定システム、及び腐食測定方法に関する。とりわけ本発明は、貯水タンクや、この貯水タンクからの水が流通する配管の腐食を検知する腐食測定システム、及び腐食測定方法に関する。

従来、ボイラ缶体や冷却塔等の貯水タンク、及び、これらの配管の腐食状況を検知したり、これらを流通する水のスケールの度合いを検知したりするために、腐食センサが用いられる。例えば、以下の特許文献１は、外部電源と２つの電極を備え、分極抵抗法に基づいて腐食速度をモニタリングする腐食速度モニタリング装置を開示している。

特開２０１１−２２０７１７号公報

腐食センサを駆動するための電源として、外部電源に加えて、充電電池を用い、長期間の測定をする場合には外部電源を、短期間の測定をする場合には充電電池を用いるよう、電源を使い分けることがある。このとき、後述のように、外部電源を用いた場合には、充電電池を用いた場合と異なり、腐食センサ回路内部の信号にノイズが混入する場合がある。これにより、外部電源を用いて測定した腐食速度と、充電電池を用いて測定した腐食速度とでは、測定結果が異なってくる。

そこで、本発明は、長期間の腐食測定を可能とするため外部電源を用いながら、腐食速度を精度良く測定することが可能な、腐食測定システムを提供することを目的とする。

本発明は、接地された貯水タンクに収容される、及び／又は、接地された配管を流通する水の腐食を測定する腐食測定システムであって、絶縁容器と、腐食センサと、スイッチング電源とを備え、前記絶縁容器は、前記貯水タンク及び／又は前記配管の水を、前記貯水タンク及び／又は前記配管の水から電気的に分離して収容し、前記腐食センサは、前記絶縁容器に収容される水に浸漬される電極と、前記電極を用いて測定した溶液抵抗値と腐食反応抵抗値とから、腐食速度を算出する腐食センサ基板とを備え、前記スイッチング電源は接地されており、外部電源からの交流電力を直流電力に変換して、該直流電力を前記腐食センサ基板に供給する、腐食測定システムに関する。

また、前記貯水タンク及び／又は前記配管から、前記絶縁容器に水を汲み上げるポンプを更に備えることが好ましい。

また、本発明の腐食測定方法は、接地された貯水タンクに収容される、及び／又は、接地された配管を流通する水の腐食を測定する腐食測定方法であって、絶縁容器が、前記貯水タンク及び／又は前記配管の水を、前記貯水タンク及び／又は前記配管の水から分離して収容するステップと、接地されたスイッチング電源が、外部電源からの交流電力を直流電力に変換して、該直流電力を、腐食センサの腐食センサ基板に供給するステップと、前記腐食センサにおいて、前記腐食センサ基板が、前記絶縁容器に収容される水に浸漬される電極を用いて測定した溶液抵抗値と腐食反応抵抗値とから、腐食速度を算出するステップと、を有する。

また、前記腐食センサが測定した前記溶液抵抗値が閾値を超えた場合には、クーロスタット法により計測した腐食反応抵抗値を用いて、腐食速度を算出するステップを更に有することが好ましい。

本発明によれば、長期間の腐食測定を可能とするため外部電源を用いながら、腐食速度を精度良く測定することが可能となる。

分極抵抗法についての説明図である。分極抵抗法についての説明図である。分極抵抗法についての説明図である。分極抵抗法についての説明図である。冷却塔と腐食センサの電極との位置関係を示す図である。腐食センサからの出力波形を示すグラフである。冷却塔と腐食センサの電極との位置関係を示す図である。腐食センサからの出力波形を示すグラフである。冷却塔と腐食センサの電極との位置関係を示す図である。腐食センサからの出力波形を示すグラフである。冷却塔と腐食センサの電極との位置関係を示す図である。腐食センサからの出力波形を示すグラフである。ループの有無を比較するための腐食測定システムの全体構成図である。腐食センサからの出力波形を示すグラフである。腐食センサからの出力波形を示すグラフである。腐食センサからの出力波形を示すグラフである。本発明に係る腐食測定システムの全体構成図である。従来技術における腐食測定システムの全体構成図である。従来技術における腐食センサが測定する腐食速度を示すグラフである。従来技術における腐食センサが測定する腐食速度と各抵抗値を示すグラフである。外部電源を用いた場合と充電電池を用いた場合の腐食センサからの出力を示す図である。スイッチング電源における電圧及び電流の変化を示すグラフである。

〔発明の概念〕
最初に、図１〜図３Ｄ及び図５〜図９を参照することにより、本発明の基礎となる概念について説明する。
図１Ａ〜図１Ｄは、本発明に係る腐食センサが用いる分極抵抗法の概念についての説明図である。

図１Ａに記載のように、貯水タンク５１に貯留された貯留水に、腐食センサの２本の電極５２Ａ及び５２Ｂを浸漬して、両者の電極間に、電源５３を用いて、交流／直流双方の電圧をかけ、その際に流れる電流を電流計５４で、その際にかかる電圧を電圧計５５で測定する。

このとき、模式的に、図１Ｂに記載の回路が生成される。すなわち、電極表面における、電極との電子のやり取りのしにくさである腐食反応抵抗６１（抵抗値をＲ_ＣＴとする）と、電極表面に形成されるコンデンサの成分である電気二重層６２（容量をＣ_ｄｌとする）とが並列に配置され、これらの腐食反応抵抗６１と電気二重層６２との組に対して直列に、貯留水の電気伝導度の逆数である溶液抵抗６３（抵抗値をＲ_Ｓとする）が配置される回路が生成される。

電極間に直流の電圧をかけた場合には、図１Ｃに記載のように、電流は電気二重層６２に流れず、溶液抵抗６３と腐食反応抵抗６１のみに流れる。そのため、電極５２Ａ及び５２Ｂ間に直流の電圧をかけた場合の電流値と電圧値とから、溶液抵抗値Ｒ_Ｓと腐食反応抵抗値Ｒ_ＣＴの合計値Ｒ_Ｓ＋Ｒ_ＣＴが算出される。
一方で、電極５２Ａ及び５２Ｂ間に交流の電圧をかけた場合には、図１Ｄに記載のように、電流は腐食反応抵抗６１に流れず、溶液抵抗６３と電気二重層６２のみに流れる。そのため、電極５２Ａ及び５２Ｂ間に交流の電圧をかけた場合の電流値と電圧値とから、溶液抵抗値Ｒ_Ｓの値が求まる。

したがって、溶液抵抗値Ｒ_Ｓと腐食反応抵抗値Ｒ_ＣＴの合計値Ｒ_Ｓ＋Ｒ_ＣＴから溶液抵抗値Ｒ_Ｓを減算することにより、腐食反応抵抗値Ｒ_ＣＴが算出される。
腐食しやすい貯留水では、この腐食反応抵抗値Ｒ_ＣＴが小さくなり、腐食しにくい貯留水では、この腐食反応抵抗値Ｒ_ＣＴが大きくなる。また、腐食反応抵抗値Ｒ_ＣＴが大きいほど、腐食速度は小さくなり、腐食反応抵抗値Ｒ_ＣＴが小さいほど、腐食速度は大きくなるため、腐食反応抵抗値Ｒ_ＣＴを用いて、腐食速度を算出することが可能である。

ここで、従来技術においては、図５に示すように、腐食センサ７８は、腐食センサ基板７５と、冷却塔７６に貯留された貯留水に浸漬された炭素鋼の電極７７とを備える。そして、腐食センサ基板７５は、電源として、外部電源７２からの交流電力を直流電力に変換するスイッチング電源７１と当該スイッチング電源７１により変換された直流電力を電源とする直流電源７３との組を利用できると共に、内部の充電電池７４も利用できる。この腐食センサ７８を用いて、当該貯留水の腐食度を計測した場合、図６に示すように、外部電源７２を用いた場合の方が、充電電池７４を用いた場合に比較して、腐食速度は低く算出される。

図７は、図６の日単位の測定結果の差異を、時間単位で詳細に計測した結果である。図４中の（ａ）は腐食速度の経時的変化を、（ｂ）は腐食反応抵抗値Ｒ_ＣＴの経時的変化を、（ｃ）は直流測定による溶液抵抗値Ｒ_Ｓと腐食反応抵抗値Ｒ_ＣＴの合計値の経時的変化を、（ｄ）は交流測定による溶液抵抗値Ｒ_Ｓの経時的変化を示す。なお、（ｄ）においては、これに加えて、市販の電気伝導度計（ＥＣ計）で貯留水の電気伝導度を測定し、測定結果から温度補償なしの電気伝導度を計算し、更に、その計算結果から算出したＲ_Sの値を参考例として示す。

図７の（ａ）及び（ｂ）に見られるように、外部電源７２がある場合の方が、外部電源７２が無い場合に比べて、腐食速度が低く、腐食反応抵抗値Ｒ_ＣＴが高く算出される。また、直流測定の結果と交流測定の結果とを比較すると、直流測定による溶液抵抗値Ｒ_Ｓと腐食反応抵抗値Ｒ_ＣＴの合計値の経時的変化に関しては、外部電源がある場合とない場合とで大きな差はないが、交流測定による溶液抵抗値Ｒ_Ｓの経時的変化に関しては、外部電源７２がある場合は、外部電源７２がない場合に比べて、Ｒ_Ｓが小さな値となっている。また、外部電源７２を切断した後は、外部電源７２がある場合とない場合とで、Ｒ_Ｓの値に差はない。

したがって、同一の貯留水の溶液抵抗値Ｒ_Ｓを計測しながら、交流の外部電源７２がある場合は、交流の外部電源７２がない場合に比べて、溶液抵抗値Ｒ_Ｓが小さくなっている原因として、交流の外部電源７２がある場合の方が、電流の値が実際よりも大きく計測されていることが推定される。

そこで、腐食センサ基板７５の内部で計測している信号を確認するため、図８の（ａ１）及び（ｂ１）に示すように、電源として交流の外部電源を直流に変換するスイッチング電源を用いた場合と、電源として充電電池を用いた場合の双方において、腐食センサにオシロスコープを接続して、出力波形を観察する。図８の（ａ２）及び（ｂ２）各々のグラフは、それぞれ、回路が（ａ１）及び（ｂ１）の場合の結果としての出力波形である。

図８（ｂ２）のグラフから分かるように、充電電池を用いた場合には、５ｍｓｅｃ周期で印加している電圧に起因する信号が確認できる。一方で、図８（ａ２）のグラフに示されるように、スイッチング電源を用いた場合には、信号にノイズが混入している。

スイッチング電源においては、図９（ａ）に示されるような正負の領域を往復するパルス状の電圧に対応して、図９（ｂ）のような電流が本来出力される所、図８（ａ１）のグラフに示されるようなノイズの存在に起因して、図９（ｃ）のように、電流の波形にもノイズが混入する。このため、電流計によって読み取られる電流値も本来の電流値より大きくなる。電流値が本来よりも大きく読み取られると、溶液抵抗値Ｒ_Ｓの値は小さく算出され、腐食反応抵抗値Ｒ_ＣＴの値は大きく算出される。したがって、腐食速度は実際よりも小さく算出されることとなる。

すなわち、腐食速度が実際よりも小さく算出される原因は、外部電源の信号に混入するノイズにあると言えるが、このノイズは、図５の点線に示されるように、交流の外部電源７２、スイッチング電源７１、腐食センサ基板７５、冷却塔７６、及びグラウンドを経由する電気的なループに起因して発生する。

図２Ａ〜図２Ｈは、実際の冷却塔７６と腐食センサ７８の電極７７との位置関係と、腐食センサ７８からの出力波形のグラフを示す。
図２Ａに示すように、冷却塔７６の貯留水に直接電極７７を浸漬した場合には、ノイズの混入により、図２Ｂに示すように、出力量は−３０００（ｍＶ）〜３０００（ｍＶ）の幅で変動する。一方で、図２Ｃに示すように、冷却塔７６の貯留水の水面よりも上方に鉄板７９を設け、鉄板７９上に、貯留水を汲み取ったビーカ８０を置き、このビーカ８０内の貯留水に電極７７を浸漬した場合には、ノイズが減少し、図２Ｄに示すように、出力量は−２００（ｍＶ）〜２００（ｍＶ）の幅で変動する。図２Ｅに示すように、冷却塔７６の貯留水の水面よりも上方に設けられた鉄板７９に台座８１を設置してから、この台座８１上に貯留水を汲み取ったビーカ８０を置き、このビーカ８０内の貯留水に電極７７を浸漬した場合には、図２Ｆに示すように、ノイズの量は更に減少する。また、図７Ｇに示すように、冷却塔７６外に貯留水を汲み取ったビーカ８０を置き、このビーカ８０内の貯留水に電極７７を浸漬した場合も、図２Ｈに示すように、図２Ｃの場合と同程度にノイズは減少する。
すなわち、上記の電気的なループの形成度が低いほど、外部電源の信号に混入するノイズの量は小さいと言える。

図３Ａ〜図３Ｄは、図２Ａ〜図２Ｈで示された、実際の冷却塔の貯留水に腐食センサの電極を浸漬したケースを、実験室で再現した結果を示す。
図３Ａに示すように、１００Ｖの交流電源である外部電源７２の電圧が、外部のスイッチング電源７１により直流に変換される。また、腐食センサ基板７５は、内部電源として充電電池７４を備える。腐食センサ７８で使用する電源として、外部電源７２と充電電池７４とを切り替えることが可能である。内部の直流電源７３は、スイッチング電源７１で作り出した直流電圧、もしくは、充電電池７４の電圧を、回路の内部で使いやすい値の直流電圧に変換し、変換した電圧を腐食センサ基板７５に供給する。腐食センサ基板７５に接続される電極７７は、ステンレス製のビーカ８２に汲み取られた貯留水に浸漬される。

図３Ｂは、外部電源７２を用いると共に、上記の電気的なループが存在する場合の出力を示す。図３Ｂに示されるように、ノイズの混入により、出力量は−１５０（ｍＶ）〜１５０（ｍＶ）の幅で変動する。
一方で、図３Ｃに示されるように、充電電池７４を用いることにより、電気的なループが切断されている場合には、５ｍｓｅｃ周期で印加している電圧に起因する信号が確認できる。図３Ｄに示されるような、外部電源７２を用いながら、電気的なループが切断されている場合も同様である。

すなわち、例えば、交流の外部電源７２、スイッチング電源７１、腐食センサ基板７５、冷却塔７６、及びグラウンドを経由する電気的なループを切断し、外部電源７２の信号へのノイズの混入を防ぐことにより、腐食速度を精度良く測定することが、本発明の基本となる概念である。

〔発明の構成〕
図４は、本発明に係る腐食測定システム１００の全体構成を示す。

腐食測定システム１００は、腐食センサ１と、絶縁容器３と、スイッチング電源６と、ポンプ８とを備える。

絶縁容器３は、貯水タンク７内に貯留された水を、貯水タンク７から電気的に分離して収容する。
なお、図４において、絶縁容器３は、貯水タンク７内に設置されているが、本実施形態はこれには限定されず、貯水タンク７内に貯留された水を、貯水タンク７から電気的に分離して収容する限りは、絶縁容器３は、任意の位置に設置することが可能である。
また、絶縁容器３には排水口３１が備わり、後述のようにポンプ８を用いて絶縁容器３に汲み上げられる水を、オーバーフローすることが可能である。なお、このオーバーフローは、水滴がつながらないように実施されることにより、上記の電気的なループが切断された状態が維持される。

腐食センサ１は、腐食センサ基板１０と電極２０とを備える。
電極２０は、絶縁容器３に収容される水に浸漬される。腐食センサ基板１０は、この電極２０を用いて測定した溶液抵抗値と腐食反応抵抗値とから、腐食速度を算出する。

スイッチング電源６は接地されており、外部電源５からの交流電力を直流電力に変換して、該直流電力を腐食センサ基板１０に供給する。

ポンプ８は、貯水タンク７から、絶縁容器３に水を汲み上げる。なお、水の汲み上げは、水滴がつながらないように実施されることにより、上記の電気的なループが切断された状態が維持される。

腐食測定システム１００が上記の構成を有することにより、当該腐食測定システム１００を用いた腐食速度の測定時において、交流の外部電源５、スイッチング電源６、腐食センサ基板１０、貯水タンク７、及びグラウンドを経由する電気的なループが切断され、腐食速度を精度良く測定することが可能となる。

〔実施形態の効果〕
上述した腐食測定システム１００によれば、例えば、以下のような効果が奏される。
本発明の腐食測定システム１００は、絶縁容器３と、腐食センサ１と、スイッチング電源６とを備え、絶縁容器３は、貯水タンク７の水を、貯水タンク７の水から電気的に分離して収容し、腐食センサ１は、絶縁容器３に収容される水に浸漬される電極２０と、電極２０を用いて測定した溶液抵抗値と腐食反応抵抗値とから、腐食速度を算出する腐食センサ基板１０とを備える。

そのため、腐食センサによる腐食速度の測定時に、電極２０を浸漬した絶縁容器３内の水と、貯水タンク７の水との間の接続を切断することにより、電極２０、腐食センサ基板１０、グラウンドに渡る、電気的なループを遮断して、外部電源からのノイズの影響を除去し、腐食速度を精度良く測定することができる。

また、腐食測定システム１００は、貯水タンク７から、絶縁容器３に水を汲み上げるポンプ８を更に備える。

そのため、絶縁容器３に水を汲み上げる際、ポンプ８を用いることにより、汲み上げ作業を自動化することができる。

また、本発明の腐食測定方法は、絶縁容器３が、貯水タンク７の水を、貯水タンク７の水から分離して収容するステップと、接地されたスイッチング電源６が、外部電源５からの交流電力を直流電力に変換して、該直流電力を、腐食センサ１の腐食センサ基板１０に供給するステップと、腐食センサ１において、腐食センサ基板１０が、絶縁容器３に収容される水に浸漬される電極２０を用いて測定した溶液抵抗値と腐食反応抵抗値とから、腐食速度を算出するステップと、を有する。

〔変形例〕
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。

例えば、上記の実施形態においては、絶縁容器３が、貯水タンク７の水を、貯水タンク７から分離して収容し、腐食センサ基板１０が、絶縁容器３に収容される水に浸漬される電極２０を用いて測定した溶液抵抗値と腐食反応抵抗値とから、接地された貯水タンクに収容される水の腐食速度を算出するが、これには限られない。例えば、絶縁容器３は、貯水タンク７の水の代わりに、或いは、貯水タンク７の水に加えて、配管の水を、配管の水から分離して収容し、腐食センサ基板１０が、この絶縁容器に収容される水に浸漬される電極を用いて測定した溶液抵抗値と腐食反応抵抗値とから、配管を流通する水の腐食速度を算出してもよい。

また、例えば、腐食測定システム１００を用いて、分極抵抗法により、検査対象水の溶液抵抗値と腐食反応抵抗値とから腐食速度を算出し、この溶液抵抗値が閾値を超えた場合には、公知のクーロスタット法により計測した腐食反応抵抗値を用いて、腐食速度を算出してもよい。
ここで、クーロスタット法とは、ある決まった電荷を電極間に与えた時の、電気の変化を測定することにより、腐食速度を算出する方法である。すなわち、動的な現象を測定するために、電気回路の応答を遅らせてノイズ対策をするという方法は採用できない。この点、本発明の方法を用いたノイズ対策を実施した上で、クーロスタット法により腐食速度を算出することにより、精度良く腐食速度を算出することが可能となる。

１：腐食センサ３：絶縁容器５：外部電源６：スイッチング電源
７：貯水タンク８：ポンプ１０：腐食センサ基板
２０：電極３１：排水口
５１：貯水タンク５２Ａ５２Ｂ：電極５３：電源５４：電流計
５５：電圧計６１：腐食反応抵抗６２：電気二重層６３：溶液抵抗
７１：スイッチング電源７２：外部電源７３：スイッチング電源
７４：充電電池７５：腐食センサ基板７６：冷却塔７７：電極
７８：腐食センサ７９：鉄板８０：ビーカ８１：台座８２：ビーカ
１００：腐食測定システム

Claims

接地された貯水タンクに収容される、及び／又は、接地された配管を流通する水の腐食を測定する腐食測定システムであって、
絶縁容器と、腐食センサと、スイッチング電源とを備え、
前記絶縁容器は、前記貯水タンク及び／又は前記配管の水を、前記貯水タンク及び／又は前記配管の水から電気的に分離して収容し、
前記腐食センサは、前記絶縁容器に収容される水に浸漬される電極と、前記電極を用いて測定した溶液抵抗値と腐食反応抵抗値とから、腐食速度を算出する腐食センサ基板とを備え、
前記スイッチング電源は接地されており、外部電源からの交流電力を直流電力に変換して、該直流電力を前記腐食センサ基板に供給する、腐食測定システム。
前記貯水タンク及び／又は前記配管から、前記絶縁容器に水を汲み上げるポンプを更に備える、請求項１に記載の腐食測定システム。
接地された貯水タンクに収容される、及び／又は、接地された配管を流通する水の腐食を測定する腐食測定方法であって、
絶縁容器が、前記貯水タンク及び／又は前記配管の水を、前記貯水タンク及び／又は前記配管の水から分離して収容するステップと、
接地されたスイッチング電源が、外部電源からの交流電力を直流電力に変換して、該直流電力を、腐食センサの腐食センサ基板に供給するステップと、
前記腐食センサにおいて、前記腐食センサ基板が、前記絶縁容器に収容される水に浸漬される電極を用いて測定した溶液抵抗値と腐食反応抵抗値とから、腐食速度を算出するステップと、
を有する腐食測定方法。
請求項３に記載の腐食測定方法であって、
前記腐食センサが測定した前記溶液抵抗値が閾値を超えた場合には、クーロスタット法により計測した腐食反応抵抗値を用いて、腐食速度を算出するステップを更に有する腐食測定方法。