JP3120348B2 - 地下又は浸漬金属構造物の保護被覆の偶発的損傷を監視する方法及び装置 - Google Patents

地下又は浸漬金属構造物の保護被覆の偶発的損傷を監視する方法及び装置

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    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F13/00—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection
    • C23F13/02—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection cathodic; Selection of conditions, parameters or procedures for cathodic protection, e.g. of electrical conditions
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    • G01—MEASURING; TESTING
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は湿食にさらされている地下又は浸
漬構造物の保護に関する。
【０００２】工業的実施においては、たとえば地下燃料
貯蔵タンク、海上構造物、水、ガス及び油パイプライン
のような流体輸送パイプライン、及び工業、民生及び軍
事使用のための他の永久基地の如き多くの金属構造物は
この技術的問題に苦しんでいる。
【０００３】本発明は最も困難かつ興味のある適用の１
つを成している地下パイプラインを参照して詳述する
が、この特定の適用に何ら限定されるものではない。
【０００４】ガス、水又は油パイプラインのような液体
又は気体輸送パイプラインは一般に鋼製の金属パイプを
共に溶接することによって形成され、この方法で組み立
てられた連続パイプラインは一般に十分に深い海溝を成
している最終シートに敷設され、次いで現状の環境を作
り直しそしてその更なる使用を妨げなくするため被覆さ
れている。
【０００５】組み立てられた連続パイプラインは、地下
又は浸漬パイプラインを敷設してある環境が鉄の材料に
対して非常に攻撃的であるので、湿食に対する保護を備
えている。
【０００６】全動作寿命時におけるパイプラインの完全
さ及び保存状態は、その高い構築費のためだけでなく、
特にそれらの経済的な局面の理由と危険、汚染又は重大
な障害を生ぜしめることを許してはならない理由とで流
体の漏洩を予防しなければならないためにも非常に重要
なことである。一般に使用されている保護は、パイプラ
インを外界環境から隔離する被覆から成る受動的保護
と、パイプラインの金属をスルーホールを形成するまで
攻撃し続ける電気化学反応を抑制するよう電位を印加す
る陰極防食との相互に協力する２つの異なったタイプの
保護から成っている。
【０００７】受動的保護は一般に適当に清浄にされたパ
イプラインに対し連続した被覆を与えることによって形
成される。この被覆は主に２つのタイプとすることがで
き、第１のタイプは繊維材料の強化材と共に複数の層に
一般に高温で与えられるアスファルト、ビチューメン及
び脂肪のような炭化水素材料の被覆であり、第２のタイ
プは、パイプラインにら旋状にかつ側縁部を重ねるよう
にして巻かれるストリップの形で与えられ又はダイカス
ト法で与えられるポリエチレン、ポリ塩化ビニル及びエ
ポキシ重合体のような合成重合体の被覆である。保護及
び強化材料として、ガラスウール、アスベスト又は他の
非腐食性繊維で作られたウェブ、フェルト又はカードが
使用される。
【０００８】この保護は、地下又は水中のパイプライン
を必要な時間保護するためにはそれ自身十分ではない。
これに関して、以下のことが注目されるべきである。す
なわち、─完全に塗布されていたとしても、多孔性及び
浸透性のない材料はなく、たとえ非常にわずかであって
も、その保護層を通過する場合には腐食攻撃の原因とな
る化学種の或る通路が生じる。─パイプラインの調製、
被覆、吊り上げ、敷設及び埋設に伴う連続操作は与えら
れた被覆に対してその場でわずかな損傷又は欠陥を生ぜ
しめ、これら欠陥は腐食現象の引き金となるものであ
る。─炭化水素又は重合体材料及びそれらの補強材料は
特に温度又は湿度の変化に関して非常に高い化学的安定
度を有しているが絶対的なものではない。─地震、地す
べり又は洪水のような自然現象及び偶発的出来事はパイ
プラインの受動的保護を損傷させることがある。
【０００９】陰極防食は、被覆の多孔性、損傷又は欠陥
が腐食攻撃にさらされている金属表面に残っている地点
にてパイプラインを保護している。
【００１０】パイプラインを被覆している受動的保護の
状態の変化は、本出願人による欧州特許出願公開第０
４１１ ６８９号に記載の方法によって監視することが
できる。
【００１１】この方法によれば、パイプラインに与えら
れる陰極防食電流は方形波によって変調される。方形波
信号の印加によりパイプライン−アース系統の全インピ
ーダンスを成す抵抗成分及び容量成分を分離決定するこ
とができる。
【００１２】被覆の進行的エージング、分布されたマイ
クロ腐食、及びアース導電率に由来する地下パイプライ
ンのオーム抵抗の変化は低値まで降下する連続パターン
を示している。地すべりによって作られる効果は同じパ
ターンに従っている。
【００１３】この方法は修理を行うことなく被覆の状態
を監視することを目的とし、そのほとんどは大きな強さ
の電流を使って陰極防食を増加させてインピーダンスの
連続減少を補償することが行われている。
【００１４】事実、本発明はパイプライン又はどちらか
というとその被覆に損傷を与え得る偶発的出来事、たと
えば地下のパイプラインの場合では、パイプラインのセ
クションに集中して突然の悪化を生ぜしめるような掘削
装置による偶発的衝撃を監視する。
【００１５】水中に浸漬されたパイプラインの場合は、
このような偶発事故はアンカー又はアンカーチェーン、
底引き網漁の漁獲装備、浅水路を運行する船舶、ドラッ
ギッング装備などによって生ぜしめられる。
【００１６】通常の被覆劣化に比して、この突然の集中
的損傷は緊急な局部的修理を必要とし、さもなければパ
イプライン全体の急激な劣化を生ぜしめることになる。
【００１７】図１に示したパイプラインのオーム損失Ｒ
Ｉの変化から、パイプラインに与えられた陰極電流が方
形波により所望電流に関して対称的に亘久変調（線図
Ａ）されるとすれば、パイプライン−アース系統で誘起
される電圧の波形は容量成分の丸い山及び谷と抵抗成分
の垂直レベル差ＲＩとを含んでおり、パイプライン被覆
の状態を反映している。
【００１８】引用した欧州特許出願第０ ４１１ ６８
９号によれば、被覆の状態は、低い変調レベルで、そし
てどんな場合でも１０％以下で、好ましくは０．５％か
ら５％の範囲で陰極防食電流を使用することによって監
視している。変調周波数は１００Ｈｚより小さく、好ま
しくは０．０５から１．０Ｈｚの範囲がよく、２つの半
周期の比が０．００１から１０００までの間で、好まし
くは０．１から１０の間がよい。
【００１９】被覆によって提供される絶縁抵抗（Ｒ）は
引用した特許出願によれば、線図Ｂにより、印加変調電
流（Ｉ*）に相当するオーム損失による電位の変化（Δ
Ｖ*）を記録電圧計で測定することによって決められ
る。ここに、印加変調電流Ｉ*は電流ＩmaxとＩminとの
間の差である。したがって、絶縁抵抗は、 Ｒ＝ΔＶ*／Ｉ* となる。これにより、パイプライン被覆の絶縁抵抗を決
定することができ、これが完全さの測定となる。
【００２０】Ｒの値が判ると、有効保護電位（Ｖｐ）は
その全電位（Ｖａ）が明白ならば計算することができ、
全体の陰極防食電流（Ｉ）は次式 Ｖｐ＝Ｖａ−ＲＩ を使って判明される。
【００２１】図１の線図において、線図の左側に示した
現象の変化は、ここまで述べたように、欧州特許出願第
０ ４１１ ６８９号の監視装置によって監視されたパ
イプラインの被覆の自然劣化に相当する。
【００２２】偶発的な事故がなければ、この自然劣化に
よるＲＩの値はゆっくりと連続的に減少する。
【００２３】図１の線図の中央部分は金属体とパイプラ
インの金属部分との間に偶発的接触が生じたときの変動
を示している。これには、ＲＩの値が突然に降下し、一
方、容量成分に相当する波の山及び谷が実質的に変更の
ないことを示しているのが見られる。このパターンは、
パイプラインの金属部分との接触を成している金属体が
アースへの導体として作用していることを反映してい
る。
【００２４】図１の線図の右側は、金属体とパイプライ
ンとの間の接触がなくなった時の現象の変化を示してい
る。これには、ＲＩの値が突然に上昇するが、接触以前
の値より小さい値になっているのが見られる。この変化
は、金属体はもはや導体として作用しないが、被覆があ
る範囲まで損傷を受けたことを反映している。
【００２５】したがって、この偶発的事故により、被覆
の代表的な自然劣化でない現象、すなわちオーム抵抗が
突然落ち込んだ後、損傷の領域に依存した値まで上昇す
る現象が発生する。
【００２６】本発明の装置及び方法は図１の線図Ｃに示
した電圧信号、特にＲＩの値の突然の降下及び上昇を測
定している。
【００２７】本発明の装置及び方法は、限定されない例
示として、方形波信号をサンプリングする回路を示した
図２及び図１に示したパターンに従ってＲＩ応答信号の
変化を測定する回路を示した図３による代表的な実施例
を参照して詳述される。
【００２８】これらの回路の構成要素は市販の集積回路
とすることができる。
【００２９】図２の左側のブロック図は、その右側に対
応付けられて発生される信号の波形を時間に対して示し
てあるが、以下の構成要素を包含している。すなわち、
─パイプラインに供給される陰極防食用の方形波電流に
相当する信号ａを受けて信号ｂを発生する、非誘導抵抗
から成る電圧／電流変換器１と、─信号ｂを微分して信
号ｂの波形縁部にて正負のパルスを発生し、整流器では
負のピークを消去し、信号ｂの立上り前縁に関するピー
クのみを保存し、そして同期パルスｃを発生する微分／
整流器２と、─信号ｃによって制御されて持続時間Ｔ、
たとえば２００マイクロ秒の方形波信号ｄを発生する単
安定マルチバイブレータ３と、─パイプラインと地面に
挿入した基準電極との間で取った電圧信号ｅを与えて信
号ｄのピークのみを通過させ、パイプラインのオーム抵
抗に直接関係した振幅を有し、応答及び極性成分を除い
た信号ｆを出力として発生する、たとえばＭＯＳＦＥＴ
アナログスイッチとする電子スイッチ４とを包含してい
る。
【００３０】図３の左側のブロック図は、その右側に対
応付けられて発生される信号の波形を示したあるが、以
下の構成要素を包含している。すなわち、─同期パルス
ｃによってリセットされるもので、信号ｆのピーク値を
測定して信号ｇを与えるピーク電圧計５と、─信号ｇを
適時に平均化して信号ｃに相当する急勾配の波形を除去
し、信号ｈを与える、適当な時定数をもった電子的ロー
パスフィルタ６と、─信号ｈから引き出し得るオーム抵
抗の突然の上昇を確認して信号ｉを発生する、適当な時
定数（たとえば数秒）をもった微分器７と、─信号ｈの
正の微分値に相当する信号の急激な立上り変化によって
作動され、リセットされるまで作動し続ける音、光又は
他のタイプのものとすることができる信号ｌを発生する
固定シュミットトリガ８とを包含している。
【００３１】
【例】テストパイプラインは、メタンパイプラインで通
常使用されているような、カーボンブラックを充填した
ポリエチレンによって被覆されている１０メートル長の
８インチ鋼製パイプによってシミュレートされる。アー
スと直接接触している金属表面を有するシミュレートさ
れた欠陥は被覆の表面に導かれる。
【００３２】このパイプは部分的に埋設され、それに
１．０ないし１．５ボルトの間の電位で一定電流の陰極
防食が与えられる。供給される直流電流（１．５ｍＡ／
ｍ2）は図４の略図に従って、１ないし５％の変調深
さ、０．５ないし１０Ｈｚの間の周波数の方形波で変調
される。
【００３３】図４において、参照符号１０は埋設された
パイプライン、１１は分散器、１２は基準電極、１３は
陰極防食電流発生器、そして１４は方形波発生器を略示
している。
【００３４】接触は摺動接触条件下のパイプラインを地
面と直接接触している掘削バケットによって打つことに
より作られ、数平方センチメートルの表面損傷が生じ
る。
【００３５】表は測定値を示すもので、Ｒはパイプの抵
抗、ＲＩはパイプラインとアースとの間のオーム損失を
示し、いずれの値も表面の１平方メートルに関してのも
のである。
【００３６】
【表１】 １パイプ当り 接触前 接触中 接触後 の欠陥面積比 R(Ohm) RI(mV) R(Ohm) RI(mV) R(Ohm) RI(mV) 10-3 1600 2400 530 795 800 1200 10-4 4410 6610 680 1000 1170 1755 10-5 11750 17625 750 1125 1410 2115 10-6 20890 31335 775 1165 1490 2235 欠陥なし 109 測定不能 800 1200 1600 2400
【００３７】バケットとパイプラインとの間での分離の
瞬間におけるオーム損失の増加はすべてのテストケース
にて警報をトリガするのに十分なものであることがわか
った。
【００３８】本発明の方法及び装置は浸食又は周囲から
の他の進行的劣化現象によって生ぜしめられる被覆の絶
縁又は抵抗の変化によって作動されないが、電源機械と
の接触のように金属体との突然の接触にのみ反応するの
である。
【００３９】たとえば幹線電圧の不安定さにより、陰極
防食装置の電気発生器へ供給された電圧の突然の変動で
も、パイプライン／アース境界面の容量が非常に大きく
てそのような出来事を非常にゆっくりとした電位変動に
変えるため、本発明による警報装置を干渉させることが
できない。
【００４０】全測定及び警報装置は領土を越えて分配さ
れたパイプライン系統の遠隔送信及び無人監視に適して
いる。
【図面の簡単な説明】
【図１】パイプラインに陰極防食を適用したときの各種
波形を示す図である。
【図２】方形波信号をサンプリングする回路及びその要
部波形を示す図である。
【図３】ＲＩ応答信号の変化を測定する回路及びその要
部波形を示す図である。
【図４】パイプラインの保護被覆の偶発的損傷を監視す
る方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 電圧／電流変換器 ２ 微分／整流器 ３ 単安定マルチバイブレータ ４ 電子スイッチ ５ ピーク電圧計 ６ ローパスフィルタ ７ 微分器 ８ シュミットトリガ ９ 警報器 １０ パイプライン １１ 分散器 １２ 基準電極 １３ 陰極防食電流発生器 １４ 方形波発生器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−209349（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−147247（ＪＰ，Ａ) 国際公開84／4166（ＷＯ，Ａ１) 欧州特許出願公開411689（ＥＰ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23F 13/00 - 13/22 G01N 27/26 351

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】陰極防食を受ける流体輸送パイプラインの
    ような地下又は浸漬金属構造物の偶発的損傷を監視する
    方法であって、前記監視は変調された陰極防食電流Ｉに
    対し被覆によって提供された電気抵抗を測定することに
    基づいており、与えられた変調電流Ｉ*によって構造物
    に誘起されたオーム損失による電位の変化ΔＶ*をも測
    定し、次いで被覆によって提供された抵抗Ｒを関係Ｒ＝
    ΔＶ*／Ｉ*によって求めるようにするものにおいて、損
    傷はＲＩの測定値の突然の降下及び上昇によって示さ
    れ、その値の上昇時に警報器を作動させることを特徴と
    する地下又は浸漬金属構造物の保護被覆の偶発的損傷を
    監視する方法。
  2. 【請求項２】請求項１記載の方法において、監視は構造
    物に供給される陰極防食電流を亘久的に変調することに
    よって連続的に行われることを特徴とする地下又は浸漬
    金属構造物の保護被覆の偶発的損傷を監視する方法。
  3. 【請求項３】請求項１又は２記載の方法において、電流
    の変調は好ましくは方形波で、１０％以下、好ましくは
    ０．５ないし５％の間の低い変調レベルで、対称に行わ
    れることを特徴とする地下又は浸漬金属構造物の保護被
    覆の偶発的損傷を監視する方法。
  4. 【請求項４】請求項１ないし３のいずれか１項に記載の
    方法によって地下又は浸漬金属構造物の保護被覆の偶発
    的損傷を監視する装置において、方形波信号をサンプリ
    ングする回路と構造物のオーム抵抗の突然の降下及び上
    昇を検出する回路とから成ることを特徴とする地下又は
    浸漬金属構造物の保護被覆の偶発的損傷を監視する装
    置。
  5. 【請求項５】請求項４記載の装置において、方形波信号
    をサンプリングする回路は─信号（ｂ）発生させる電圧
    ／電流変換器（１）と、─信号（ｂ）を微分してその信
    号（ｂ）の波形縁部にて正及び負のパルスを発生させ、
    負のパルスを除去する一方正のパルスを通過させて同期
    信号（ｃ）を発生させる微分／整流器（２）と、─信号
    （ｃ）により制御されて方形波信号（ｄ）を発生させる
    単安定マルチバイブレータ（３）と、─パイプラインと
    地面に挿入した基準電極との間より取った電圧信号
    （ｅ）を信号（ｄ）のピーク値にのみ通過させて出力信
    号（ｆ）を発生させる電子スイッチ（４）とを包含する
    ことを特徴とする地下又は浸漬金属構造物の保護被覆の
    偶発的損傷を監視する装置。
  6. 【請求項６】請求項４記載の装置において、オーム抵抗
    の突然の降下及び上昇を検出する回路は─ピーク値を測
    定するピーク電圧計（５）と、 ─信号（ｇ）を適時に平均化して信号（ｃ）に相当する
    急勾配の波形を除去する電子的ローパスフィルタ（６）
    と、 ─信号（ｈ）から取り出し得るオーム抵抗の突然の上昇
    を確認して信号（ｉ）を発生させる微分器（７）と、 ─信号（ｉ）の急激な立上り変化によって作動されて損
    傷を指示する警報器（９）を作動させる固定シュミット
    トリガ（８）とを包含することを特徴とする地下又は浸
    漬金属構造物の保護被覆の偶発的損傷を監視する装置。
JP03351907A 1990-12-14 1991-12-13 地下又は浸漬金属構造物の保護被覆の偶発的損傷を監視する方法及び装置 Expired - Fee Related JP3120348B2 (ja)

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