JP3314645B2

JP3314645B2 - 孔食の監視方法

Info

Publication number: JP3314645B2
Application number: JP33207796A
Authority: JP
Inventors: 晶飯村; 真明種子野; 雄壱小野; 昭英平野
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1996-12-12
Filing date: 1996-12-12
Publication date: 2002-08-12
Anticipated expiration: 2016-12-12
Also published as: JPH10170470A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は金属部材の孔食の監
視方法に係り、特に、熱交換器又は配管等の局部腐食に
よる孔食（侵食）深さを、当該設備の運転、通水を休止
することなく、非破壊にて精度良く算出することができ
る孔食の監視方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】配管や熱交換器などにおいて局部腐食が
進行して孔食深さが増し、それが貫通に至るとプラント
の操業停止など不測の事態を生ずることがあるため、局
部腐食、即ち孔食の深さを推定する技術が求められてい
る。

【０００３】従来、熱交換器又は配管の寿命は、当該設
備の運転、通水を休止してその一部をサンプリングし、
サンプルの孔食深さを測定することにより推定してい
た。

【０００４】しかしながら、上記従来の方法では、設備
の運転を休止し、かつその一部をサンプリングするため
に破壊しなければならないことから、工場の操業に影響
を及ぼすという欠点がある。しかも、測定結果が出るま
でに多大の時間、労力、費用がかかるという欠点もあ
る。

【０００５】このような欠点を解決し、金属の局部腐食
の進行速度をモニターすることにより、その孔食深さを
推定することが可能な方法として、水系媒体に接する金
属部材の局部腐食をモニターする方法であって、該水系
媒体と小孔を介して連通する液溜部と、該液溜部内の液
と接するように設けられた前記金属部材と同材質の金属
片とを備え、該金属片の前記液溜部内の液と接する面の
面積が前記小孔の開口面積よりも大きいモニター装置を
用い、該金属片と前記金属部材とを電気的に接触させ
て、両者の間に流れる電流を測定することにより金属部
材の局部腐食をモニタリングする方法がある（特開平２
−３１０４５２号）。

【０００６】以下に、特開平２−３１０４５２号のモニ
タリング方法について図２を参照して説明する。

【０００７】通常、金属部材の局部腐食は酸素濃淡電池
の形成により、金属の溶解部分（アノード）とその周辺
の酸素還元反応の起こる部分（カソード）との電位差が
駆動力となって進行する。

【０００８】特開平２−３１０４５２号の方法では、図
２に示す如く、当該金属部材３０と同一材質の例えば円
柱状の金属片３２を例えば円形凹穴よりなる液溜部３４
内に挿入配置して液溜部３４内に模擬的に局部腐食の状
態を作る。なお、３３は塩化ビニル等の非腐食性の部材
であり、該部材３３の図の上面側に水系媒体が流通され
る。

【０００９】この水系媒体は腐食生成物（錆）４１及び
小孔状の液絡部４０を介して液溜部３４内の水系媒体を
徐々に更新する。

【００１０】カソードとなる金属部材３０とアノードと
なる金属片３２とをリード線３６で電気的に接続し、こ
のリード線に流れる電流を電流計３８で測定し、その電
流値から局部腐食の進行速度及び侵食深さなどを推定す
る。

【００１１】上記特開平２−３１０４５２号の方法によ
れば、設備の運転を休止することなく、非破壊にて孔食
をリアルタイムで推定することが可能とされる。

【００１２】しかしながら、特開平２−３１０４５２号
の方法では、短いテストチューブを用いるモニター装置
により得られたアノード電流から直接に孔食深さを求め
るものであるため、得られた測定値に対して、様々な大
きさの熱交換器や長さの異なる実際の配管では、現実の
孔食深さと大幅に異なることがある。

【００１３】そこで、本発明者は、任意の時点（過去、
現在及び将来）における孔食深さを特開平２−３１０４
５２号の方法よりも正確に算出し得る孔食深さ算出方法
を特開平５−２１５７０７号公報にて提案した。同号公
報の孔食深さ算出方法は、水系媒体に接する熱交換器又
は配管等の金属部材の孔食深さを算出する方法であっ
て、該水系媒体と小孔を介して連通する液溜部と、該液
溜部内の液と接するように設けられた前記金属部材と同
材質の金属片とを備え、該金属片の前記液溜部内の液と
接する面の面積が前記小孔の開口面積よりも大きいモニ
ター装置を用い、該金属片と前記金属部材とを電気的に
接触させて、両者の間に流れる電流を測定して金属部材
の孔食深さを算出する方法において、予め前記金属部材
の腐食反応の抵抗係数を求めておくと共に、前記金属部
材に複数の前記モニター装置を設け、各モニター装置の
電流値及び前記金属部材の腐食反応の抵抗係数に基いて
前記金属部材の腐食生成物の抵抗係数を求め、該腐食反
応の抵抗係数と、腐食生成物の抵抗係数と、前記金属部
材と水系媒体との接触により生じる電位差とに基いて孔
食深さを算出することを特徴とするものである。

【００１４】孔食は半球状や円錐状など種々の形態で進
行することが知られているが、以下ではもっとも一般的
な形態として半球状で進行した場合を例にとって特開平
５−２１５７０７号の方法について説明する。

【００１５】この方法は、図３に示した孔食モデルに基
いて孔食の深さを算出する方法である。図３において、
半球状の孔食部５０が生じており、この孔食部５０を均
一厚さの腐食生成物層５１が蓋をする如く覆っている。
孔食部以外の部分では金属部材が保護皮膜で被われてお
り、金属部材と水系媒体とは直接には接していない。

【００１６】孔食部においては、金属部材と水系媒体と
が接することにより両者間に電位差が生じる。この電位
差を、孔食部５０の表面（半球状の表面）における腐食
反応の抵抗と、前記腐食生成物層（錆）５１の抵抗との
合計の抵抗で除算することにより、該孔食部の表面を流
れる電流が算出される。この電流値と時間との積に対し
さらに金属の原子量を乗ずると共に金属の反応関与価電
子数及びファラデー定数で除することにより腐食量が算
出される。このモデルの場合、孔食部を半球状と扱うこ
とにより、総腐食量（即ち孔食部の半球の体積）から孔
食部の半球の半径が算出される。

【００１７】前記孔食部は時々刻々と成長するものであ
るが、特開平５−２１５７０７号の説明では、ある１日
（２４時間）の間は一定の電流が流れて腐食が進行し、
次の１日（２４時間）にはこの通電により拡径した孔食
部に対しその表面積（孔食部の半球の表面積）に見合っ
た定電流が流れるものとして扱っている。

【００１８】そして、前記の腐食反応の抵抗係数と腐食
生成物の抵抗係数とを、後述の如くしてモニター装置に
よって実測された電流値から計算により算出する。

【００１９】１．孔食進行モデル防食被膜を有した金属部材が腐食する場合、何らかの原
因で防食被膜にピンホール状の破壊が生じ、該ピンホー
ルを中心として半球状に凹食（孔食）が図６の如く徐々
に進行する。そして図６に示す如く、錆（腐食生成物）
５１が孔食部分を覆う。

【００２０】金属部材５２の孔食深さを予測するための
モデルにおいては、前述の通り、孔食部分５０は半球で
あるとし、また、錆５１は正確に円盤形状であるとす
る。この半球の半径をｒとし、錆の高さをｈとする。

【００２１】２．孔食抵抗値Ｒｔ防食被膜の破壊によって金属部材の水系媒体（液）との
接液界面に電位差△Ｅが生じ、液と金属部材との間に電
流Ｉｔが流れる。この液と金属部材との間に流れる電流
は、錆の抵抗及び液と金属部材との接液界面の反応抵抗
を受ける。

【００２２】これらの抵抗の和を孔食抵抗値（孔食の全
抵抗）Ｒｔとすると、Ｒｔ＝（反応抵抗）＋（錆抵抗） …（１）である。この反応抵抗は、接液界面の面積（孔食部分５
０の半球の表面積）２πｒ²に反比例する。従って、比
例定数をＫ₁とすると、反応抵抗はＫ₁／２πｒ²と表
わされる。

【００２３】また、錆抵抗は、錆の高さｈに比例する。
錆の高さｈは、（錆の体積）／（錆の底面積）であり、
錆の体積は、孔食された金属の総体積２πｒ³／３（半
球の体積）に金属の密度ｄと錆の密度ｄ’との比を乗じ
て求まる。

【００２４】つまり、錆の高さｈは、ｈ＝（（２／３）πｒ³ｄ／ｄ’）／πｒ² …（２）であり、錆の線抵抗比例係数をＫ₂とすると、錆抵抗は
Ｋ₂・ｈとなる。（なお、このＫ₂値は、水質環境や温
度、流動条件によって変わるが、特開平５−２１５７０
７号の発明ではこれらの環境条件はモニター試験期間
中、常に一定であるとしている。）従って、前記孔食抵抗値（全抵抗）Ｒｔは、Ｒｔ＝（反応抵抗）＋（錆抵抗）＝Ｋ₁／（半球表面積）＋Ｋ₂・ｈ＝Ｋ₁／２πｒ²＋Ｋ₂・（（２／３）πｒ³ｄ／ｄ')
／πｒ² となる。右辺第２項におけるＫ₂／ｄ’をＫ₂’とおく
と、Ｒｔ＝Ｋ₁／２πｒ²＋Ｋ₂’・（２／３）πｒ³ｄ／πｒ² ＝Ｋ₁／２πｒ²＋Ｋ₂’・（２／３）ｒ・ｄ …（３）となる。ただしＫ₁：比例係数すなわち、腐食反応の
抵抗係数（Ω・ｍｍ²⁾ Ｋ₂’：比例係数すなわち錆の抵抗係数（Ω／mm・(mg/
mm³⁾) ｒ：孔食の半径ｄ：鉄などの金属の密度（ｍｇ／ｍｍ³⁾ なお、（３）式の意味は、孔食抵抗値（全抵抗）＝Ｋ₁／（アノード面積）＋Ｋ₂’・（腐食金属量）／（孔食間口面積） …（４）ということになる。

【００２５】なお、腐食モニター（図２）においても金
属片３２が金属部材５２と同様に腐食して同様な錆４１
を生じさせている。従って、この腐食モニターにおい
て、Ｒｔは上記（４）式と同様に、アノード面積（即
ち、金属片３２の接液面積Ｓ_a）、孔食間口面積（液絡
部４０の間口面積Ｓ_b）及び金属片３２のｊ日間の腐食
量Ｄ_jにより次のように表わされる。

【００２６】Ｒｔ＝Ｋ₁／Ｓ_a＋Ｋ₂’・Ｄ_j／Ｓ_b …（４．５）３．腐食反応の抵抗及び錆の抵抗係数このＫ₁は直線分
極抵抗法、インピーダンス測定法、定電位分極測定法、
定電流分極測定法などにより求めることができる。

【００２７】Ｋ₂’は局部腐食モニターにより求めるこ
とができる。即ち、孔食電流をＩｔとすると、オーム則
通りΔＥ＝Ｉｔ・Ｒｔであり、ΔＥ、Ｉｔは実測できる
からＲｔが求まる。式（４．５）において右辺の面積Ｓ
_a，Ｓ_bは既知であり、Ｋ₁は上記直線分極抵抗法等の
測定法により測定される。腐食量Ｄ_jは、腐食モニター
の電流計３８に流れた電流値の積算値と金属原子量及び
ファラデー定数より計算される。（この腐食量Ｄ_jの計
算は、次の（５）式のＷ_jの計算と同じ計算方法にな
る）。従って、これらのＳ_a，Ｓ_b，Ｋ₁及びＤ_jを
（４．５）式に代入することにより、該（４．５）式か
らＫ₂’が求まる。

【００２８】このようにして、腐食反応の抵抗係数Ｋ₁
及び腐食生成物（錆）の抵抗係数Ｋ’₂が求まる。

【００２９】４．孔食電圧ΔＥ、ｊ日目の孔食電流Ｉ_j
から孔食量の算出Ｉ_jなる電流が１日間流れたときの孔食量Ｗ_jは次のよ
うにして求められる。Ｗ_j＝Ｉ_j・（３６００・２４）・（Ｍ／Ｚ・Ｆ） …（５）Ｍ：金属部材３２を構成する鉄などの金属の原子量Ｆ：ファラデー定数Ｚ：電価数（鉄の場合は２）孔食が発生した時点から１日目（０〜２４時間の間）は
平均してＩ₁なる電流が流れ、２日目（２４時間〜４８
時間の間）は平均してＩ₂なる電流が流れ、３日目（４
８時間〜７２時間の間）はＩ₃なる電流が流れ、…ｊ日
目にはＩ_jなる電流が流れたものとすると、孔食開始か
らｎ日経過後の腐食総量Ｇ_nは

【００３０】

【数１】

【００３１】となる。

【００３２】このＩ_j即ちＩ₁，Ｉ₂，Ｉ₃………は前
記Ｋ₁，Ｋ₂’に基いて算出できる。

【００３３】このＩ₁，Ｉ₂，…の算出方法を次に順次
に説明する。

【００３４】孔食発生時（時間ｔ＝０）における電
流Ｉ₀ 孔食発生時のアノード面積＝Ａとする。このＡは極々微
小な値（例えば０．０００１ｍｍ²）とする。孔食深さ
ｒ₀＝０とする。なお、このｔ＝０の状態では（アノー
ド面積）＝（孔食間口面積）＝Ａとなる。

【００３５】Ｉ＝ΔＥ／Ｒｔであり、前記式（４）よりＲｔ＝Ｋ₁／（アノード面積）＋Ｋ’₂・（腐食金属
量）／（孔食間口面積）であるから、

【００３６】

【数２】

【００３７】である。このｔ＝０のときには、前記の通
り（アノード面積）＝（孔食間口面積）＝Ａであり、
（腐食金属量）＝０であるから、ｔ＝０のときの電流値
Ｉ₀は次の（８）式の通りとなる。

【００３８】

【数３】

【００３９】この（８）式においてＫ₁、△Ｅは既知で
あり、Ａは所定値に設定されているから、この（８）式
からＩ₀が求まる。

【００４０】孔食発生１日後（２４時間後）。この
２４時間は、

【００４１】

【数４】

【００４２】が一定で流れ続け、その結果、孔食部は半
径ｒ₁になったものとする。

【００４３】電流値Ｉ₀から計算されるこの１日の間の
腐食量Ｗ₁は次の（９）式の通りである。

【００４４】Ｗ₁＝Ｉ₀・（3600・２４）・（Ｍ／Ｚ・Ｆ） …（９）（Ｍ：金属の原子量、Ｆ：ファラデー定数）なお、この
１日間の腐食金属量は（２／３）πｒ₁ ³ｄである。た
だし、ｄ：金属の密度である。

【００４５】腐食総量Ｇ₁＝Ｗ₁であり、孔食部は半球
であるから、（孔食深さ）は（半球の半径）に等しい。
即ち、孔食深さｒ₁＝（３Ｇ_1/２πｄ）^1/3＝（３Ｗ_1/２πｄ）^1/3 …（１０）である。

【００４６】この（１０）式のＷ₁に（９）式から計算
されるＷ₁の値を代入することにより、第１日（最初の
２４時間）経過後の孔食深さｒ₁が求まる。

【００４７】孔食発生２日後（４８時間後）この新たな２４時間において、流れる電流Ｉ₁は、その
ときの孔食部の半径がｒ₁になっているため、（７）式
においてｒ＝ｒ₁とおくことにより、次の通りとなる。

【００４８】

【数５】

【００４９】前記（１０）式からｒ₁が求まり、Ｇ
₁（＝Ｗ₁）は（９）式から求まるから、この（１１）
式より電流Ｉ₁が計算される。

【００５０】孔食発生２日目（２４時間〜４８時間の
間）はこのＩ₁が１日間（２４時間）一定で流れ続け
る。この１日間の腐食量Ｗ₂はＷ₂＝Ｉ₁・（３６００
・２４）・（Ｍ／Ｚ・Ｆ）より計算される。そして、Ｇ
₂（＝Ｗ₂＋Ｗ₁）もこれから求まる。

【００５１】一方、２日経過後の腐食総量Ｇ₂はＧ₂＝Ｗ₂＋Ｗ₁＝（２／３）πｒ₂ ³ｄ …（１１．５）であるから、孔食深さｒ₂は次式により求められる。

【００５２】ｒ₂＝（３Ｇ₂／２πｄ）^1/3 …（１２）孔食発生３日目は、同様にして次の電流Ｉ₂が１日
間（２４時間）一定で流れ続け、その２４時間の腐食量
Ｗ₃は次の通りとなる。

【００５３】

【数６】

【００５４】Ｗ₃＝Ｉ₂・（３６００・２４）・（Ｍ／Ｚ・Ｆ） …（１３．５）前記（１２）式からｒ₂が求まり、（１１．５）式から
Ｇ₂も求まるから、（１３）式よりＩ₂が求まる。そし
て、（１３．５）式からＷ₃も求まる。

【００５５】孔食発生３日後の腐食総量Ｇ₃＝Ｗ₃＋Ｗ
₂＋Ｗ₁であるから、Ｇ₃が求まり、孔食深さｒ₃は次
式により求められる。

【００５６】ｒ₃＝（３Ｇ₃／２πｄ）^1/3 …（１４）４日目以降においても、前日までの孔食深さからそ
の当日の電流値が求まる。そして、これにより、その当
日に生じる孔食量が計算される。このように、ｒ₁，ｒ
₂，ｒ₃………及びＩ₀，Ｉ₁，Ｉ₂………を順次に計
算することにより、ｎ日経過後の孔食深さを計算でき
る。

【００５７】なお、環境条件が不変でありそれ故に
Ｋ₂’が一定であるとしているから、ある日の電流Ｉ_m
はその前日までに生じた孔食部の接液面積（２π
ｒ² _m-1）によって決まるものであり、わざわざＩ_mを計
算しなくても、ｒ₁，ｒ₂，ｒ₃……の値だけからｎ日
経過後の孔食深さを計算することができる。

【００５８】これについて次に説明する。

【００５９】孔食発生ｎ日後においては、（ｎ−１）日
目にＩ_n-1なる電流が１日間（２４時間）にわたって一
定に流れ、この１日間で新たにＷ_nなる量だけ腐食が進
行したことによって、腐食総量はＧ_nとなる。Ｗ_n＝Ｉ
_n-1・（３６００・２４）・（Ｍ／Ｚ・Ｆ）であるか
ら、Ｇ_nは次の通りである。

【００６０】

【数７】

【００６１】この（２２）式にｒ₁，ｒ₂，ｒ₃…の計
算値を代入することによりＧ_nが求まる。

【００６２】ところで、Ｇ_n＝（２／３）πｒ_n ³・ｄ） …（２３）であるから、孔食深さｒ_n＝（３Ｇ_n／２πｄ）^1/3 …（２４）となる。

【００６３】（２２）式よりＧ_nが計算されているか
ら、この（２２）式のＧ_n値を（２４）式に代入すれば
ｒ_nが計算される。

【００６４】なお、ｒ_nを一般式で表わすと、（２４）
式に（２２）式を代入した次の（２５）式の通りとな
る。

【００６５】

【数８】

【００６６】このように、ｒ₁，ｒ₂，ｒ₃…を順次に
計算し、これを式（２５）に代入して計算することによ
り任意のｎ日経過後の孔食深さｒ_nを計算することがで
きる。そして、この孔食深さｒ_nを指標として孔食を監
視することができる。

【００６７】

【発明が解決しようとする課題】この特開平５−２１５
７０７号の方法においては、腐食生成物たる錆５１の抵
抗は一定値であるとして扱っている。

【００６８】ところが、実際の水系では、水質が日々変
動し、錆５１の抵抗も日々変動することが多い。このよ
うな場合、錆５１の抵抗を常に一定値である（具体的に
は、上記の通りＫ₂’が一定であると扱う。）とした
特開平５−２１５７０７号の方法では孔食深さ計算値の
実際の孔食深さからの誤差が大きくなってしまう。

【００６９】本発明は、かかる問題点を解決し、特開平
５−２１５７０７号の方法よりもさらに精度の高い孔食
の監視方法を提供することを目的とするものである。

【００７０】

【課題を解決するための手段】本発明の孔食深さ算出方
法は、特開平５−２１５７０７号の方法において、各モ
ニター装置の電流値を所定時間毎に検出し、この電流値
によって上記腐食生成物の抵抗係数を計算し、この抵抗
係数を指標として孔食を監視するようにしたものであ
る。

【００７１】かかる本発明の孔食深さ算出方法による
と、腐食生成物の抵抗係数の値が実際の値にきわめて近
いものとなるため、孔食の監視の精度が高いものとな
る。

【００７２】

【発明の実施の形態】前記の通り、孔食部においては、
金属部材と水系媒体とが接することにより両者間に電位
差が生じる。この電位差を、孔食部の表面における腐食
反応の抵抗と、前記腐食生成物層（錆）の抵抗との合計
の抵抗で除算することにより、該孔食部の表面を流れる
電流が算出される。この電流値と時間との積に対しさら
に金属の原子量を乗ずると共に金属の反応関与価電子数
及びファラデー定数で除することにより腐食量が算出さ
れる。

【００７３】前記錆は時々刻々と成長するものである
が、以下の説明では、ある１日（２４時間）の間は一定
の電流が流れて腐食が進行するものとして扱っている。

【００７４】本発明では、金属部材（配管）３０の孔食
部で生じる錆の代わりにモニター装置で生じる錆につい
て、その抵抗係数を、該モニター装置の電流計によって
実測された電流値から計算し、この抵抗係数を監視指標
とする。

【００７５】１．モニター装置における腐食進行モデル図１は図２に示したモニター装置２９の要部拡大図であ
る。この実施の形態でも、腐食生成物たる錆４１は、液
絡部４０と同径の円柱状に生成するものと扱う。この錆
４１は、第１日目に形成された第１層４１１と、第２日
目に形成された第２層４１２と、…………第ｎ日目に形
成された第ｎ層４１ｎとからなる。錆４１の高さをｈと
する。

【００７６】２．モニター装置における腐食抵抗金属片３２と水系媒体（液）との接液界面に電位差△Ｅ
が生じ、液と金属片３２との間に電流が流れる。この液
と金属片３２との間に流れる電流は、錆４１の抵抗及び
液と金属片３２との接液界面の反応抵抗を受ける。

【００７７】これらの抵抗の和を孔食抵抗値（全抵抗）
とすると、前記の通り、孔食全抵抗＝（反応抵抗）＋（錆抵抗） …（１）である。この右辺第１項の反応抵抗は、接液界面の面積
Ｓ_aに反比例する。従って、比例定数をＫ₁とすると、
反応抵抗はＫ₁／Ｓ_aと表わされる。

【００７８】また、右辺第２項の錆抵抗は、錆の高さｈ
に比例する。錆の高さｈは、（錆の体積）／（錆の底面
積）であり、錆の体積は、孔食された金属片３２のｊ日
間の腐食総重量Ｇ_jに金属の密度ｄと錆の密度ｄ’との
比を乗じて求まる。

【００７９】つまり、錆の高さｈは、ｈ＝Ｇ_j・ｄ／ｄ’ …（２６）であり、錆の線抵抗比例係数をＫ₂とすると、錆抵抗は
Ｋ₂・ｈとなる。このＫ ₂値は、水質環境や温度、流動
条件によって変わる。

【００８０】この実施の形態ではＫ₂が毎日変動するも
のとして扱う。即ち、第１日目のＫ₂（第１層４１１の
Ｋ₂）をＫ₂₁、第２日目のＫ₂（第１層４１１と第２層
４１２との積層物のＫ₂）をＫ₂₂、………第ｎ日目のＫ
₂（第１層、第２層……及び第ｎ層の積層物のＫ₂）を
Ｋ_2nとしている。なお、錆の密度ｄ’も実際には変化す
る。そこで、第ｊ日目の錆の線抵抗比例係数Ｋ_2jをその
日の錆４１_jの全体の密度ｄ_j’で除した値Ｋ_2j／
ｄ_j’をＫ_2j’とおくことにする。

【００８１】このＫ_2j’を用いることにより、第ｊ日目
におけるモニター装置の全抵抗は前記（１）式と同じ
く、（モニター装置の全抵抗）＝（反応抵抗）＋（錆抵抗）＝Ｋ₁／Ｓ_a＋Ｋ_2j・ｈ＝Ｋ₁／Ｓ_a＋Ｋ_2j・Ｇ_j・ｄ／ｄ_j’ ＝Ｋ₁／Ｓ_a＋Ｋ_2j’・Ｇ_j・ｄ …（２７）となる。ただしＫ₁：比例係数すなわち、腐食反応の
抵抗係数（Ω・ｍｍ²⁾ Ｋ_2j’：第ｊ日目における錆４１の比例係数すなわち錆
の抵抗係数（Ω／mm・(mg/mm³⁾) ｄ：鉄などの金属の密度（ｍｇ／ｍｍ³⁾ この（２７）式の（モニター装置の全抵抗）は、図２の
局部腐食モニター装置における第ｊ日目の電流計３８の
検出電流をＩ_jとすると、オーム則の通り△Ｅ＝Ｉ
_j（全抵抗）であるから、（モニター装置の全抵抗）＝
△Ｅ／Ｉ_jとして求まる。

【００８２】このＫ₁は直線分極抵抗法、インピーダン
ス測定法、定電位分極測定法、定電流分極測定法などに
より予め求めておき、この値を全試験期間中一定として
扱う。このＫ₁は測定する試験水の水質によって異なっ
た値をとるので、連続通水試験をする水を用いて測定す
る。水が冷却水の場合には、Ｋ₁は通常１０〜３０ＫΩ
・ｍｍの値をとる。

【００８３】腐食反応の抵抗係数Ｋ₁は、例えば定電位
分極測定法により、（１）の機器、（２）の試験水を用
い、（３）の手順に従って求める。

【００８４】（１）腐食反応の抵抗係数Ｋ₁の測定用機
器（ａ）１Ｌビーカー（ｂ）孔食センサー（アノード部のみ）（ｃ）ＳＴＢ−３５半割りチューブ（カソードとして使
用）（ｄ）銀／塩化銀電極（照合極として仕様）（ｅ）ポテンショスタット（ｆ）電流計（ｇ）マグネチックスターラー（２）試験水：通水試験で用いた水を試験水とする。（３）手順：１Ｌビーカーに試験水を入れ、上記（ｂ），（ｃ），
（ｄ）を浸漬する。マグネッチクスターラーを用い撹拌する。上記（ｅ）を用いて（ｂ），（ｃ）間に５０，１０
０，１５０，２００ｍＶの電位差を作る。（ｆ）により（ｂ），（ｃ）間に流れる電流を測定す
る。横軸に電位差、縦軸に電流値としてグラフを作成す
る。このグラフの傾きが抵抗であるから、グラフの傾きを
求めて抵抗を求める。なお、アノード電極面積＝７．０
７ｍｍ²のため、抵抗をアノード面積で割り、「単位面
積あたりのアノード反応抵抗＝Ｋ１」とする。Ｇ_jは、
ｊ日目にＩ_jなる電流が１日間流れたときの１日当りの
金属片３２の腐食量Ｗ_jの総和即ちＧ_j＝Ｗ₁＋Ｗ₂＋
…………＋Ｗ_jとして求められる。このＷ_jは前記
（５）式を用いて次のようにして求められる。

【００８５】Ｗ_j＝Ｉ_j・（３６００・２４）・（Ｍ／Ｚ・Ｆ） …（５）Ｍ：金属片３２を構成する鉄などの金属の原子量Ｆ：ファラデー定数Ｚ：電価数（鉄の場合は２）モニター装置を設置した時点から１日目（０〜２４時間
の間）は平均してＩ₁なる電流が流れ、２日目（２４時
間〜４８時間の間）は平均してＩ₂なる電流が流れ、３
日目（４８時間〜７２時間の間）はＩ₃なる電流が流
れ、…ｊ日目にはＩ_jなる電流が流れたものとすると、
孔食開始からｊ日経過後の腐食総量Ｇ_jは前記の通り

【００８６】

【数９】

【００８７】となる。

【００８８】（２７）式よりＫ_2j’＝［（モニター装置の全抵抗）−Ｋ₁・Ｓ_a］／Ｇ_j・ｄ …（２８）であるから、Ｋ_2j’は次のようにして計算される。

【００８９】

【数１０】

【００９０】このようにして求められたＫ_2j’を指標と
して監視し、Ｋ_2j’が基準値よりも低下したときには、
孔食の進行を遅らせるための水処理を行う。

【００９１】本発明では、Ｋ_2j’の代りにＫ_2j’の対数
値を指標としても良い。

【００９２】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明
する。

【００９３】。

【００９４】実施例１図４に示す試験装置を用いて配管の孔食を監視した。な
お、図６にこの試験装置におけるモニター装置付近の断
面図を示す。

【００９５】タンク１０内の水が合成樹脂チューブ１１
と金属（ＳＴＢ−３５）チューブ１２とからなる循環水
路をポンプ１３，１４によって流通される。各金属チュ
ーブ１２に近接してモニター装置２９が設置されてい
る。

【００９６】このモニター装置２９の構成は図２と同一
のものであり、同一部分は同一符号が付されている。な
お、３本のチューブ１２を直列につなげた水路，が
２系統並列に設けられている。ポンプ１３，１４の吐出
流量を異ならせ、各系統に異なった流速で液を流通させ
ている。１５は流量計、１６は補給水タンクを示す。主
な試験条件は次の通りである。金属（ＳＴＢ−３５）パイプ３００ｍｍ長×１９ｍｍ内径系統の流速１ｍ／ｓｅｃ系統の流速０．３ｍ／ｓｅｃ水質ｐＨ８．５カルシウム硬度２５０ｍｇ／ＬＭアルカリ度２５０ｍｇ／Ｌマグネシウム硬度１００ｍｇ／Ｌシリカ１００ｍｇ／Ｌ防食剤クリゼットS112 ７０ｍｇ／Ｌ（クリゼットS112は栗田工業株式会社の登録商標）水温２０〜２５℃ 試験期間３０日間モニター装置液絡部４０の直径２ｍｍ金属片３２の接液面積Ｓ_a７．１ｍｍ² 接液による電位差 △Ｅ０．１５ＶＳＴＢ−３５の原子量Ｍ５５８６０ｍｇ／ｍｏｌＳＴＢ−３５の電価数Ｚ２腐食反応の抵抗係数Ｋ₁ ２４ＫΩ・ｍｍ上記条件で得られたＫ_2j’（Ｋ_2j／ｄ’）の対数を孔食
抑制指数と定義し、図５に示した。

【００９７】図５の通り、液流速の大きい系統の方が
Ｋ_2jが大きい。なお、３０日間通水後、各金属チューブ
１２に生じた孔食深さの平均値は次の通りであり、系統
の方が小さい。

【００９８】系統の孔食平均深さ０．９９ｍｍ系統の孔食平均深さ１．８４ｍｍ実施例２図７に示す実機装置を用いて試験を行なった。

【００９９】１０６５本の伝熱チューブを有する熱交換
器２０の冷却水の流入口と流出口が配管２１，２２によ
って冷却塔２３に接続されている。

【０１００】この配管２１，２２からそれぞれ分取用配
管２４，２５を分岐させ、該分取用配管２４，２５にそ
れぞれＳＴＢ−３５製チューブ２６を５本直列に接続し
た。各チューブ２６は熱交換器２０内に設置された。

【０１０１】伝熱チューブと同材質、同径（外径１９ｍ
ｍ）、同肉厚（１．６ｍｍ）及び同長さ（５００ｍｍ
Ｌ）のものであり、各チューブ２６へは該伝熱管と同一
流速にて通水が行なわれる。各チューブ２６の出口側の
端部に前記図６と同様にして局部腐食モニター装置２９
が設置されている。

【０１０２】すべての局部腐食モニター装置２９の出力
は監視用コンピュータ（図示略）に入力されている。

【０１０３】これらの冷却塔２３及び、熱交換器２０を
循環する冷却水の水質は次の間で変動する。

【０１０４】温度３．３〜１７度ｐＨ８．３〜８．９Ｍアルカリ度＝１４７〜２０６ｍｇ・ＣａＣＯ₃／１カルシウム硬度＝２００〜２７０ｍｇ・ＣａＣＯ₃／１塩化物イオン＝１０６〜１３５ｍｇ・ＣＬ^-／１ＦＦＺ＝１．０〜１．７ｍｇ・Ｚｎ／１全りん酸＝５．５〜８．８ｍｇ・ＰＯ₄ ^3-／１ＳｉＯ₂濃度＝７６〜１００ｍｇ／１このようにして各局部腐食モニターのリード線２５を流
れるアノード電流をそれぞれ電流計２６で３６１日間に
わたり測定した。そして、１時間に１回電流計２６の検
出値に基づいてＫ_2j’を計算した。このＫ_2j’の対数ｌ
ｏｇＫ_2j’を孔食監視指標とし、このｌｏｇＫ_2j’値が
常に５．５以下になることを目標として腐食防止剤を注
入した。

【０１０５】試験結果の一部を図８に示す。

【０１０６】１９９４年５月頃に孔食抑制指数が５．５
以下になった。残留塩素濃度は０．１ｍｇ／Ｌを下回っ
ており、スライムの影響による孔食の促進と考えられ
た。そこで、残留塩素濃度を０．２ｍｇ／Ｌ以上になる
ように除菌剤の注入量を増加したところ孔食抑制指数は
５．５以上に上昇した。

【０１０７】試験開始１年後に、熱交換器より１２本の
チューブを抜管し、２０ｃｍ毎の最大孔食深さを測定し
たところ、最大孔食深さは０．３０ｍｍであった。一般
に、軟鋼の孔食深さは時間に対し３分の１乗で進行する
と考えられているため、１０年後の最大孔食深さを算出
すると０．６５ｍｍになる。

【０１０８】この熱交換器では肉厚１．６ｍｍのチュー
ブを使用しているため孔食抑制指数５．５以上を保て
ば、１０年間の孔食深さを肉厚の半分以下に抑えること
が可能である。

【０１０９】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の孔食監視方
法によれば、熱交換器や配管の運転、通水を休止するこ
となく、非破壊にて、該熱交換器や配管の局部腐食によ
る任意の時点における孔食を、精度良く監視することが
可能とされる。

【０１１０】本発明の方法によれば、各種プラントの安
全かつ安定な操業、及び金属装置部材の寿命の延長を図
ることが可能とされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】モニター装置の要部を示す断面図である。

【図２】従来のモニタリング方法を示す断面図である。

【図３】孔食モデルを示す断面図である。

【図４】通水試験装置の系統図である。

【図５】図４の通水試験装置の試験結果を示すグラフで
ある。

【図６】図４の装置の要部拡大図である。

【図７】通水試験を行った実機の系統図である。

【図８】孔食試験結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１２，２６ＳＴＢ−３５製チューブ２３冷却塔２９局部腐食モニター３２金属片３４液溜部３６リード線３８電流計４０液絡部（小孔）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平野昭英東京都新宿区西新宿３丁目４番７号栗田工業株式会社内 (56)参考文献特開平５−215707（ＪＰ，Ａ) 特開平２−310452（ＪＰ，Ａ) 特開平10−170469（ＪＰ，Ａ) 特開平４−28888（ＪＰ，Ａ) 特開平４−66859（ＪＰ，Ａ) 特開平５−142140（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 27/26 351 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】水系媒体に接する熱交換器又は配管等の
金属部材の孔食を監視する方法であって、該水系媒体と小孔を介して連通する液溜部と、該液溜部
内の液と接するように設けられた前記金属部材と同材質
の金属片とを備え、該金属片の前記液溜部内の液と接す
る面の面積が前記小孔の開口面積よりも大きいモニター
装置を用い、該金属片と前記金属部材とを電気的に接触させて、両者
の間に流れる電流を測定して金属部材の孔食深さを監視
する方法において、予め前記金属部材の腐食反応の抵抗係数と、前記金属部
材と水系媒体との接触により生じる電位差とを求めてお
くと共に、前記金属部材に複数の前記モニター装置を設け、各モニ
ター装置の電流値を所定時間毎に検出し、この電流値
と、前記金属部材の腐食反応の抵抗係数とに基いて前記
金属部材の腐食生成物の抵抗係数を所定時間毎に求め、この抵抗係数を指標として孔食を監視することを特徴と
する孔食の監視方法。