JP2019143213A - 配管の電気防食装置及び電気防食方法 - Google Patents

Abstract

【課題】面倒な作業を不要とするばかりでなく、架台に支持された配管の防食を確実に行うことが可能な配管の電気防食装置を提供する。【解決手段】配管３と架台２との接触部分４の周囲を覆うように充填可能な流動性に調製されたエアモルタルからなる電気防食用イオン伝導材料からなり、前記接触部分４の周囲を覆った状態で固形化されたブロック体５と、鉄よりもイオン化傾向が大きい金属によって形成され、配管３と導通した状態でブロック体５に埋設された犠牲電極６とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、大気環境中に暴露された状態でプラント等に配置された配管の腐食を防止する電気防食装置及び電気防食方法に関する。

特許文献１には、鋼材料によって形成された配管を電気防食する従来の構造が記載されている。この構造では、配管が地中に埋設された鞘管の内部に挿入されており、この鞘管と配管との間にエアモルタルが充填されている。エアモルタルの中にはプローブが配管と近接した位置に設けられる一方、地中には電極が埋設されている。そして配管、プローブ、電極が導線によって地上の直流電源に接続され、直流電源との通電によって配管の電気防食を行う。

上述した従来の構造では、配管に電流を供給するための直流電源を外部に設ける構造となっている。しかしながらプラントによっては直流電源を設置することができない場合があり、この場合には、従来構造による電気防食ができないものとなる。又、従来の電気防食では、配管が鞘管の内部に配置された構造に対して適用するものであり、架台に支持されて大気中に暴露された配管の架台との接触部分の腐食対策を行うことはできない。
以上のことから、プラント等のように大気中に暴露されて架台に支持された配管に対する従来の腐食対策は、架台から配管を持ち上げて架台と分離してケレン（錆取り）を行い、塗装を施すことにより腐食を抑制している。

特許第５８２０２９６号公報

しかしながら従来の腐食対策では、配管を持ち上げるためにクレーン等の機械を用いたり、作業のための足場を組み付ける必要があり、作業が面倒であるばかりでなく、配管を持ち上げても十分なケレンや塗装を実施できない部位が残る問題がある。
又、従来におけるケレンや塗装では、配管の腐食を一時的に抑制できても、配管の継続的な防食を行うことができないものとなっている。

本発明はこのような従来の問題点を考慮してなされたものであり、面倒な作業を不要とするばかりでなく、架台に支持されたままであっても配管の防食を確実に行うことが可能な配管の電気防食装置及び電気防食方法を提供することを目的とする。

本発明の配管の電気防食装置は、架台に支持された状態で大気環境中に暴露して配置された配管に対し電気防食する装置であって、エアモルタルからなる電気防食用イオン伝導材料からなり、前記配管と架台との接触部分の周囲を覆った状態で固形化されたブロック体と、鉄よりもイオン化傾向が大きい金属によって形成され、前記配管と導通した状態で前記ブロック体に埋設された犠牲電極と、を備えていることを特徴とする。

本発明において、前記電気防食用イオン伝導材料は、前記配管と架台との接触部分の周囲を覆う充填が可能な流動性を有して用いられる。
又、前記犠牲電極は、マグネシウム、マグネシウム合金、亜鉛、亜鉛合金、アルミニウム又はアルミニウム合金のうちのいずれかである。
又、前記エアモルタルは、耐久性向上のためのアクリルエマルジョンが配合されている。

本発明の配管の電気防食方法は、架台に支持された状態で大気環境中に暴露して配置された配管に対して電気防食する方法であって、エアモルタルからなる電気防食用イオン伝導材料を前記配管と架台との接触部分の周囲を覆うように充填可能な流動性を有するように調製する段階と、鉄よりもイオン化傾向が大きい金属からなる犠牲電極を前記配管と導通するように配置する段階と、前記犠牲電極を埋設すると共に前記接触部分の周囲を覆うように前記電気防食用イオン伝導材料を充填して固形化することによりブロック体を形成する段階と、を備えていることを特徴とする。

エアモルタルは強アルカリ性であり、それ自体で鉄等からなる配管の腐食を抑制する作用を有している。これに加えて、本発明では、エアモルタルからなるブロック体に犠牲電極を埋設しており、この犠牲電極から配管の方向に電子が流れて配管が還元されることにより、配管における架台との接触部分の電気防食を行う。これによりエアモルタルの本来の腐食抑制作用以上の腐食防止ができる。このため、配管を架台から持ち上げたり、配管への再塗装を行う必要がなく、腐食対策のための面倒な作業を不要とすることができる。又、固形化したエアモルタルによって周囲が囲まれているため、防食が継続的に行われ、長期間の腐食防止が可能となる。

本発明の一実施形態の電気防食装置を示す断面図である。 シリンダーフロー試験を説明する説明図である。 マグネシウムを犠牲電極としたときの電位特性図である。 亜鉛を犠牲電極としたときの電位特性図である。 アルミニウムを犠牲電極としたときの電位特性図である。 第２実施例の構造を示す断面図である。 第２実施例の結果を示す写真である。

図１は、本発明をプラントに配置されている配管に適用する場合の電気防食装置１を示す。
電気防食装置１では、架台２上に鋼等の鉄材料からなる配管３が支持されている。架台２は鉄骨や鉄筋コンクリート或いは煉瓦等の耐火材によって形成されている。この架台２に対し、配管３は架台２に臨む底面部分が架台２と接触した接触部分４となっている。この接触部分４の周囲をブロック体５が覆っている。ブロック体５には、平板状の犠牲電極６が複数埋設されている。各犠牲電極６と配管３とはブロック体５内に設けた導線７によって接続される。これにより配管３と犠牲電極６とが導通状態となる。なお、導線７の接続に際しては、配管３における接続部分の塗装膜を予め除去する。
本発明においては、犠牲電極６を配管３の外面に接触するように配置して導通させることも可能である。これは、例えば犠牲電極６を配管３の外面に半田付けしたり、ねじ止めすることにより可能となる。犠牲電極６を配管３に接触して配置する構造とすることにより、導線７が不要となるため、部品点数が減じて組み付けを簡素化できる。

ブロック体５は電気防食用イオン伝導材料を固化することにより形成される。電気防食用イオン伝導材料としてはエアモルタルが用いられる。エアモルタルは強アルカリ性材料であり、ブロック体５が強アルカリ性のエアモルタルによって形成されることによりエアモルタル自体が有する腐食抑制力も配管３に同時に作用させることができる。
エアモルタルは液状となっているときに、配管３の架台２との接触部分４の周囲を覆うように充填され、その後、固化することによりブロック体５となる。液状のエアモルタルを配管３の接触部分の周囲に充填するため、型枠８が用いられる。

型枠８は配管３の接触部分４の周囲だけなく、犠牲電極６及び導線７の配置部分の周囲を囲むように枠組みされる。この型枠８内に液状のエアモルタルを充填して固化することによりブロック体５を形成する。このことによりエアモルタルからなるブロック体５は配管３の架台２との接触部分４の周囲を覆うと共に犠牲電極６及び導線７を埋設した状態となる。又、ブロック体５を形成することにより配管３を架台２に固定した状態とすることができる。型枠８はブロック体５の固化の後、取り外しても良く、そのまま残置しても良い。

犠牲電極６は極力、配管３に近づけて配置される。なお、犠牲電極６を配管３に接触させる場合には、犠牲電極６を配管３の外面に半田付けしたり、ねじ止めすることによって可能である。
犠牲電極６としては、配管３の材料である鉄よりもイオン化傾向が大きい金属が使用される。鉄よりもイオン化傾向が大きい金属と鉄とが接続されることにより鉄の方へ電子が移動して鉄が還元される。このため鉄を材料とした配管３への防食が可能となる。鉄よりもイオン化傾向が大きい金属としては、亜鉛、マンガン、アルミニウム、マグネシウム、ナトリウム、カルシウム、カリウムが存在するが、安定性、反応性、取り扱い性、供給量安定性の観点から犠牲電極６としては、マグネシウム、亜鉛、アルミニウムのいずれかを用いることが好ましい。又、これらの合金であるマグネシウム合金、亜鉛合金、アルミニウム合金のいずれかを用いることもできる。

電気防食用イオン伝導材料として用いられるエアモルタルは、固化材としてのセメント、混和材としての細骨材、起泡剤としての界面活性剤及びポリマー混和剤を水に混錬することにより作製される。ポリマー混和剤は屋外での使用に対する場合の耐久性を付与するために使用される。ポリマー混和剤としては、アクリルエマルジョンを用いることができる。このような材料によって形成されたエアモルタルは、コンクリートと同様にイオン伝導体である。

かかるエアモルタルは、狭隘部分となっている配管３の架台２との接触部分４及びその周囲に対して充填される。このためエアモルタルは充填可能な流動性を有した状態で用いられる。
表１はエアモルタルを作成するための配合例を示す。表１は、１ｍ^３当たりの材料の使用量である。

エアモルタルは配管３と架台４との接触部分４及びその周囲へ充填可能な流動性を有するように調整される。かかる流動性としては、例えばシリンダーフロー試験による数値によって規定することができる。シリンダー−フロー試験によって規定する場合、フロー値１００ｍｍ以上３００ｍｍ以下の範囲とすることが好ましい。フロー値が１００ｍｍ未満では流動性が小さく、３００ｍｍを超える場合には、流動性が大きいため好ましくない。

図２はシリンダーフロー試験の一例を示す。（Ａ）で示すように、平板１０上に上下面が開口している直径８０ｍｍ、高さ８０ｍｍの円筒状のシリンダー筒１１を静止させ、内部に試料１２をシリンダー筒１１の天端まで入れた後、シリンダー筒１１を垂直方向に引き上げる。このとき、試料１２が平板１０上で広がるため、（Ｂ）で示すように、試料１２の円形の広がりを直径で測定し、この測定値をフロー値とする。

以上の流動性に加えて、エアモルタルは軽量であることが好ましい。架台２に充填したときにおける架台２への負荷を極力、軽減するためである。このためのエアモルタルの密度としては、１００ｋｇ／ｍ^３以上１０００ｋｇ／ｍ^３以下の範囲であることが好ましい。

次に、配管３に対する電気防食の手順を説明する。配管３は架台２に支持された状態で大気環境中に暴露して配置されており、以下の段階ａ〜段階ｃの手順を行う。
段階ａ：エアモルタルからなる電気防食用イオン伝導材料を配管３と架台２との接触部分４の周囲を覆うように充填可能な流動性を有するように調製する。
段階ｂ：鉄よりもイオン化傾向が大きい金属からなる犠牲電極６を配管３と導線７を介して接続する。
段階ｃ：前記犠牲電極６を埋設すると共に前記接触部分４の周囲を覆うようにエアモルタルからなる電気防食用イオン伝導材料を充填して固形化することによりブロック体５を形成する。

段階ａでは、セメントと、混和材と、起泡剤と、ポリマー混和剤とを水の中に投入して混錬することにより、１００ｍｍ以上３００ｍｍ以下の範囲のフロー値となるようにエアモルタルを調製して電気防食用イオン伝導材料とする。なお、調整にあっては、起泡剤と水とをプレフォーム法によって気泡を形成し、これをセメント及び混和材に添加しスラリー状のエアモルタルとする。この場合、屋外での耐久性向上のためにポリマー混和剤を添加することができる。
以上のエアモルタルは配管３及び架台２が存在する現場で配合調製することができるため場所を取らない調整が容易となる。このエアモルタルを型枠８内に流し込むことにより、特に養生することなく使用することができる。

段階ｂでは、マグネシウム、マグネシウム合金、亜鉛、亜鉛合金、アルミニウム又はアルミニウム合金のうちのいずれかの金属を犠牲電極６として選択し、この犠牲電極６を配管３の近辺に配置した後、導線７によって犠牲電極６と配管３とを接続する。なお、配管３の表面に塗料の塗膜がある場合は、塗膜を除去して接続を行う。

段階ｃでは、配管３の架台２との接触部分４及び犠牲電極６の周囲を覆うようにスラリー状のエアモルタルを充填し、その後、エアモルタルを固形化してブロック体５を形成する。エアモルタルの充填では、型枠８を用いることが好ましく、型枠８と架台２との間にコーキング（目地材）を施すことが良好である。
エアモルタルの固形化により犠牲電極６がブロック体５に埋設されると共に配管３が導線７を介して犠牲電極６と接続された導通状態でブロック体５に固定される。これにより配管３を架台２に固定状態で取り付けることができる。

このような配管の電気防食装置では、配管３と、鉄よりもイオン化傾向が大きい金属からなる犠牲電極６とを導通させ、この状態で犠牲電極６を埋設すると共に配管３と架台２との接触部分４の周囲を覆うようにエアモルタルからなる電気防食用イオン伝導材料を充填してエアモルタルを固形化した構造となっている。
このような構造では、犠牲電極６から配管３の方向に電子が流れて配管３が還元されるため、配管３における架台２との接触部分４の電気防食を行うことができる。このため、配管３を架台２から持ち上げたり、配管３に対して再塗装を行う必要がなく、腐食対策のための面倒な作業を不要とすることができる。さらに、固形化したエアモルタルによって周囲が囲まれているため、防食が継続的に行われ、長期間の腐食防止が可能となる。

（第１実施例）
５０×４０ｍｍのサイズのＳＰＣＣからなる鋼板と同サイズの板状の犠牲電極とを１０ｍｍ程度離隔して対向させ、これらを導線で接続し、周囲を表２に示す各配合例Ａ〜Ｄのエアモルタルで覆った。そして、導線に電流計を接続して電位を継時的に測定した。表３は配合例Ａ〜Ｄの特性値（実測値）を示す。
図３は犠牲電極としてマグネシウムを用いた場合の０〜８０日間の電位変化グラフ、図４は犠牲電極として亜鉛を用いた場合の０〜８０日間の電位変化グラフ、図５は犠牲電極としてアルミニウムを用いた場合の０〜８０日間の電位変化グラフである。
各図における特性曲線Ａ〜Ｄは表２に示す配合例Ａ〜Ｄに対応している。これらの図において、電位が−０．８ｖを下回る場合に鋼板の防食が可能となる。図３〜図５に示すように、犠牲電極がマグネシウムの場合が最も強力な防食が可能となっている。

（第２実施例）
図６に示すように、肉厚２ｍｍ、径３ｉｎｃｈ、長さ１５０ｍｍの鋼鉄製の管材６１を配管とし、この管材６１を架台としての鋼鉄製の平板６２に載置し、管材６１の底面部分を平板６２との接触状態とした。表４に示す配合比によってエアモルタル６３を作成し、このエアモルタル５８０ｍｌを管材６１と平板６２の接触部分を覆うように接触部分の周囲に充填した。表４におけるポリマー混和剤としては、アクリルエマルジョンを使用した。次に、犠牲電極として図６に示すように、サイズ４０×５０ｍｍ、厚さ２ｍｍのマグネシウム板６３を管材６１の両側に位置するようにエアモルタル６３に立てて差し入れ、マグネシウム板６３と管材６１とを導線６５によって接続し、エアモルタル６３を固化してブロック体とした後、屋外に設置した
比較例として、上述と同様の管材を上述と同様の平板上に載置し、テープで組み付けを固定したものを横並び状に屋外に設置した。
屋外で１年間、大気中に暴露した後の性状を図７に示し、Ｓ１が比較例、Ｓ２がこの実施例である。比較例Ｓ１においては、管材に穴が開いているのに対し、実施例Ｓ２は穴が開くこともないと共に管材６１の表面は素肌そのままであり、防食が良好に行われていることが判る。

１‥電気防食装置、２‥架台、３‥配管、４‥接触部分、５‥ブロック体、６‥犠牲電極、７‥導線、８‥型枠

Claims (5)

1. 架台に支持された状態で大気環境中に暴露して配置された配管に対し電気防食する装置であって、
   エアモルタルからなる電気防食用イオン伝導材料からなり、前記配管と架台との接触部分の周囲を覆った状態で固形化されたブロック体と、
   鉄よりもイオン化傾向が大きい金属によって形成され、前記配管と導通した状態で前記ブロック体に埋設された犠牲電極と、を備えていることを特徴とする配管の電気防食装置。
2. 前記電気防食用イオン伝導材料は、前記配管と架台との接触部分の周囲を覆う充填が可能な流動性を有して用いられることを特徴とする請求項１記載の電気防食装置。
3. 前記犠牲電極は、マグネシウム、マグネシウム合金、亜鉛、亜鉛合金、アルミニウム又はアルミニウム合金のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の配管の電気防食装置。
4. 前記エアモルタルは、耐久性向上のためのアクリルエマルジョンが配合されていることを特徴とする請求項１記載の配管の電気防食装置。
5. 架台に支持された状態で大気環境中に暴露して配置された配管に対して電気防食する方法であって、
   エアモルタルからなる電気防食用イオン伝導材料を前記配管と架台との接触部分の周囲を覆うように充填可能な流動性を有するように調製する段階と、
   鉄よりもイオン化傾向が大きい金属からなる犠牲電極を前記配管と導通するように配置する段階と、
   前記犠牲電極を埋設すると共に前記接触部分の周囲を覆うように前記電気防食用イオン伝導材料を充填して固形化することによりブロック体を形成する段階と、を備えていることを特徴とする配管の電気防食方法。

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