JP4326853B2

JP4326853B2 - 腐食測定装置

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Publication number: JP4326853B2
Application number: JP2003190485A
Authority: JP
Inventors: 聖一林; 武之大谷; 健太郎鎗野
Original assignee: Katayama Chemical Works Co Ltd
Current assignee: Katayama Chemical Works Co Ltd
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2023-07-02
Also published as: JP2005024401A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、腐食測定装置に関し、特に、分極抵抗法を利用する腐食の測定に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学プラント、製鉄所などの冷却水循環系または工業用水循環系などでは、配管の腐食がしばしば問題になっている。
特に、熱交換器内部の配管では、冷却水と接する部分が伝熱面となり腐食が起こり易い。
このような腐食を未然に防ぐために、冷却水中における金属の腐食速度あるいは腐食傾向を調査することが必要である。
冷却水中における金属の腐食速度を測定する従来技術としては、次のようなものが知られている。
【０００３】
（１）腐食減法と呼ばれる腐食速度測定方法であって、板状試験片を試験片保持器に取り付け、工業用水の配管中に絶縁して固定し、工業用水によって試験片を腐食させ、試験片の腐食減量を測定して試験期間中における平均的な腐食度（腐食速度）を算出する方法（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
（２）分極抵抗法と呼ばれる腐食速度測定方法であって、試料極としての標準試験片に微少の電流を流し、それによる応答（電位又は電流の変化）を測定して腐食速度を求める方法（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
（３）淡水を使用する開放循環冷却水系の金属伝熱面における水処理剤の腐食及びスケール付着の防止効果を評価するための方法であって、電気ヒータが挿入された試験用伝熱管を熱交換器内に配置し、水処理剤が添加された試験水を熱交換器内に一定の試験期間通水し、試験期間経過後、熱交換器から試験用伝熱管を取り出し、試験用伝熱管の表面に付着した付着物の量や腐食度を測定する評価試験方法（例えば、非特許文献２参照）。
【０００６】
（４）分極抵抗法を利用する腐食測定装置であって、腐食速度を推定する配管と実質的に同一の材料からなる試料極としての配管と、配管の内部に配管の長手方向に沿って設けられる細長い線状の照合極および対照極と、伝熱面の腐食状態を模擬するために配管の外周に設けられるヒータとを備え、試料極、照合極および対照極がポテンショスタットまたはカルバノスタットに接続されてなる腐食測定装置（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【非特許文献１】
ＪＩＳＫ０１００「工業用水腐食性試験方法」
【非特許文献２】
ＪＩＳＧ０５９３「水処理剤の腐食及びスケール防止評価方法」
【特許文献１】
特開平６−３３１４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記（１）の腐食減法は、工業用水で試験片を腐食させた後、配管から試験片を取り出して腐食部分を除去し、重量測定により一定期間の腐食量を測定する。このため、重量測定が可能な腐食量を得るまでに相当の期間を要すると共に、試験片から腐食部分を除去するのに手間を要する。
【０００９】
上記（２）分極抵抗法では試料極として標準試験片が用いられるが、標準試験片は実際の配管と形状や表面状態が全く異なるため、実際の腐食状況とは異なった結果を得る恐れがある。また、最も腐食しやすい熱交換器内部の配管の伝熱面の腐食速度を測定できないという問題もある。
【００１０】
上記（３）の方法では、腐食状態の測定を上記（１）の腐食減法によって行うため、結局、上記（１）の腐食減法と同様に、結果が得られるまでに相当の時間と手間を要する。
【００１１】
上記（４）の腐食測定装置では、腐食速度を測定するにあたり、冷却水が試料極となる配管内に通水される。
このため、熱交換器のシェル内に配置された多数の配管に冷却水を通水することによりシェル内に流入する被冷却流体を冷却する「管側通水」（すなわち、発熱体が配管の外側に存在する）の腐食状況を模擬することができる。
しかしながら、熱交換器のシェル内に冷却水を通水し、被冷却流体をシェル内の配管に流入させる「シェル側通水」（すなわち、発熱体が配管の内側に存在する）の腐食状況については模擬することができない。
特に「シェル側通水」では、「管側通水」よりも配管の伝熱面にスラッジが堆積しやすく、腐食障害を生じ易いため、「管側通水」よりも厳格な腐食管理が求められる。
【００１２】
この発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、配管の内側に発熱体がある場合の腐食状況を模擬しつつ腐食速度を電気化学的に正確に測定できる腐食測定装置を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明は、水が接触する測定対象の金属製配管と実質的に同一材質の円筒状の内管と、該円筒状の内管の外周を覆う外管からなる２重構造の管で構成し、円筒状の内管を試料極とし、該円筒状の内管の外周を覆う外管の内面に、試料極に近接する形でかつ接触しないように設けられた導電性材料からなる互いに接触しない参照極および対極を配置し、試料極、参照極および対極に測定部を電気的に接続し、試料極である円筒状の内管の内部に加熱手段を設け、内管と外管との間隙に前記水を通水させることを特徴とする腐食測定装置を提供するものである。
【００１４】
つまり、この発明による腐食測定装置は、試料極である円筒状の内管の内部に加熱手段が設けられ、内管と外管との間隙に水が通水されるので、配管の内側に発熱体がある場合の腐食状況を模擬できる。
したがって、熱交換器のシェル内に冷却水を通水し、被冷却流体をシェル内の配管に流入させる「シェル側通水」における腐食速度の推定が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
この発明による腐食測定装置は、水が接触する測定対象の金属製配管と実質的に同一材質の円筒状の内管と、該円筒状の内管の外周を覆う外管からなる２重構造の管で構成し、円筒状の内管を試料極とし、該円筒状の内管の外周を覆う外管の内面に、試料極に近接する形でかつ接触しないように設けられた導電性材料からなる互いに接触しない参照極および対極を配置し、試料極、参照極および対極に測定部を電気的に接続し、試料極である円筒状の内管の内部に加熱手段を設け、内管と外管との間隙に前記水を通水させることを特徴とする。
【００１６】
この発明による腐食測定装置において、内管は試料極として用いられるものであり、水が接触する測定対象の金属製配管と実質的に同一の材料からなる。
つまり、試料極としての内管に、化学プラントや製鉄所などの冷却水循環系または工業用水循環系などに使用される金属製配管と同じもの、あるいは、前記循環系の熱交換器に使用される金属製配管と同じものを用いることにより、これらの金属製配管の腐食速度をより正確に推定できるようになる。
例えば、低炭素鋼、ステンレス鋼、銅などからなる筒状体を内管として用いることができ、その寸法は、例えば、直径約１５〜３０ｍｍ、厚さ約２ｍｍ、長さ約１０〜６００ｍｍ程度とすることができる。
【００１７】
また、この発明による腐食測定装置において、外管は、内管の外周を覆うことができればよく、その形状は特に限定されないが、例えば、円筒状や角筒状などとすることができる。
また、外管の材料としては、耐熱性と、外管と内管との間隙に流入する水に対して耐食性を有するものであればよく、例えば、アクリル樹脂、ガラス、金属などを用いることができる。
【００１８】
また、この発明による腐食測定装置において、外管は透光性を有するか、又は透光性の窓部を有することが好ましい。
これらのような構成によれば、測定中であっても試料極の表面の腐食状況を視認できる。
このため、測定中であっても腐食が全面的なものであるか、あるいは局部的なものであるか等の情報を得ることができ、また、腐食状況を視認するために、腐食測定装置を配管から取り外したり、分解したりする必要もなくなる。
なお、透光性を有する外管、あるいはその窓部は、例えば、ガラスやアクリル樹脂などで構成できるが、加工の容易さという観点からするとアクリル樹脂が好ましい。
【００１９】
また、この発明による腐食測定装置において、参照極および対極は、例えば、白金、金または銀などの導電性材料からなることが好ましい。
というのは、参照極には、試料極の腐食の進行による電位または電流の変化を感度よく測定できる導電性と、水に対する耐食性が求められるからである。また、対極も、参照極と同等の導電性と耐食性を有することが、測定値の信頼性を高めるうえで好ましいからである。
【００２０】
なお、参照極は、腐食により試料極および参照極間に発生する電流や電圧の変化を感度よく測定できるように、試料極に対して所定の間隔で対向するような位置に配置される。試料極と参照極の対向間隔としては、例えば、２〜１０ｍｍ程度とすることができる。
一方、対極は、参照極のような配置位置の制約がなく、外管内の任意の位置に配置される。
【００２１】
また、この発明による腐食測定装置において、参照極および対極は、薄い板状であって、外管の内面に沿って設けられることが好ましい。
というのは、参照極および対極が外管の内面に沿って設けられることにより、内管と外管との間隙に流れる水の流れに及ぼす影響が少なくなり、また、水の流れによる参照極および対極の揺れや振動が防止されるからである。
この結果、流速の速い配管に接続されても正確な測定を行うことができるようになる。
また、腐食測定装置の設置箇所の選定にあたって、接続しようとする配管の流速を考慮する必要がなくなり、設置箇所の自由度も向上する。
【００２２】
また、この発明による腐食測定装置において、内管の内部に設けられる加熱手段としては、内管を加熱することができればよくその構成は特に限定されないが、例えば、電気ヒータ、蒸気ヒータまたは温水ヒータなどを用いることができる。
【００２３】
また、この発明による腐食測定装置は、内管と外管との間隙に前記水を通水させるための給液口と排液口をさらに備え、給液口および排液口は前記水を循環させる流路にそれぞれ接続されてもよい。
【００２４】
また、この発明による腐食測定装置は、測定部によって測定された測定結果に基づいて腐食防止剤の供給量を調節する調整部をさらに備えてもよい。
このような構成によれば、測定部の測定結果を腐食防止剤の供給量の調節という具体的な形で反映させることができ、効果的に配管の腐食防止を図ることができる。
また、腐食防止剤の供給量の適切化が図られるため、腐食防止剤の節約にもなる。
【００２５】
なお、調整部は、制御部と、腐食防止剤を収容するタンクと、制御部の指示によりタンクに収容された腐食防止剤を配管へ供給するポンプとから構成できる。ここで、制御部は、測定部から測定結果を入力するための入力回路、出力調整および量決定のための論理回路、並びに、制御出力回路を含み、測定部によって測定された第１電極の腐食速度に基づいてポンプを制御する。
【００２６】
また、この発明による腐食測定装置は、外管と内管との間隙に流入する水のｐＨ、電気伝導率、腐食防止剤濃度などの腐食因子を測定する腐食因子測定部をさらに備え、調整部は測定部によって測定された測定結果と、腐食因子測定部によって測定された腐食因子の測定値に基づいて腐食防止剤の供給量を調節してもよい。
この場合、上記制御部は、測定部によって測定された測定結果と、腐食因子測定部によって測定された腐食因子の測定値に基づいてポンプを制御することとなる。
【００２７】
また、この発明による腐食測定装置において、測定部はガルバノスタットとポテンショスタットの少なくとも一方からなっていてもよい。
ガルバノスタットまたはポテンショスタットとしては市販のものを用いることができる。
【００２８】
【実施例】
以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳細に説明する。なお、複数の図面において、同じ部材には同じ符号を用いて説明する。
【００２９】
腐食検出器
図１はこの発明の実施例による腐食測定装置の一部を構成する腐食検出器の断面図、図２は図１に示される腐食検出器の要部拡大図である。
図１および図２に示されるように、腐食検出器１は、水が接触する測定対象の金属製配管と実質的に同一材質の円筒状の試料極（内管）６と、該円筒状の内管６の外周を覆う外管４からなる２重構造の管で構成され、試料極６の外周を覆う外管４の内面に導電性材料からなる参照極７および対極８が互いに接触しないように配置され、試料極６の内部に加熱手段としてのヒータ５が設けられている。
【００３０】
外管４は、外管本体９と、外管本体９の両端にそれぞれ設けられた外管保持具１０，１０ａと、各外管保持具１０，１０ａに保持された試料極保持具２０，２０ａとから構成されている。
外管本体９は透明なアクリル樹脂からなり、その寸法は、外径約２５ｍｍ、内径約２０ｍｍ、長さ約３１０ｍｍである。
【００３１】
外管保持具１０，１０ａはＴ字状の三方ジョイントであり、第１の開口１１，１１ａに外管本体９が挿入され、対向する第２の開口１２，１２ａに試料極保持具２０，２０ａが挿入され、第３の開口１３，１３ａは給液口２または排液口３として用いられる。
【００３２】
外管保持具１０，１０ａの第１の開口１１，１１ａに外管本体９を挿入し、袋ナット１４，１４ａを締め込むことによりリング状のパッキング１５，１５ａが外管本体９の外周面を均一に押圧し、外管本体９と外管保持具１０，１０ａが液密的に接続・固定される。
【００３３】
同様に、外管保持具１０，１０ａの第２の開口１２，１２ａに試料極保持具２０，２０ａを挿入し、袋ナット１６，１６ａを締め込むことにより、パッキング１７，１７ａを介して試料極保持具２０，２０ａと外管保持具１０，１０ａが液密的に接続・固定される。
【００３４】
試料極保持具２０，２０ａは、外管４に挿通された試料極６を外管４と同芯に保持するためのもので、試料極６を保持した状態において試料極６と接触するため、絶縁樹脂から構成される。
外管４に試料極６が挿通された状態で試料極保持具２０，２０ａの袋ナット２１，２１ａを締め込むことにより、リング状のパッキング２２，２２ａが試料極６の外周面を均一に押圧し、試料極６と試料極保持具２０，２０ａが液密的に接続・固定される。
【００３５】
なお、外管保持具１０，１０ａおよび試料極保持具２０，２０ａに用いられるパッキング１５，１５ａ，１７，１７ａ，２２，２２ａには、水によって膨潤しない弾性高分子体、例えば、天然ゴム、アクリルゴム、シリコンゴムなどが用いられる。
【００３６】
試料極６は、外径約１０ｍｍ、内径約６ｍｍ、長さ約７３０ｍｍのステンレス鋼製配管であり、内部にヒータ５が挿入されている。ヒータ５は表面が絶縁処理された電気ヒータ（シーズヒータ）である。また、外管４から突出する試料極６の一端には銀線３０が蝋付けされている。
【００３７】
参照極７は白金からなり、１０ｍｍ×２０ｍｍの方形で厚さ０．１ｍｍの薄板状である。
参照極７は、外管本体９の内壁に露出して設置されるように、絶縁樹脂で形成されたアタッチメント４０の表面にエポキシ樹脂によって接着されたうえで、外管本体９の中央に形成された開口９ａにアタッチメント４０と共に嵌め込まれている。
【００３８】
アタッチメント４０は貫通孔４１を有し、参照極７の裏面側に蝋付けされた銀線３０が貫通孔４１を介して外管本体９の外側に引き出されている。
外管本体９に嵌め込まれたアタッチメント４０は、外管本体９の外壁側からエポキシ樹脂４２で覆われることにより開口９ａに固定され、開口９ａとアタッチメント４０との隙間、並びに、貫通孔４１が同樹脂によって埋められ、それによってアタッチメント４０は密封されている。
アタッチメント４０が開口９ａに嵌め込まれた状態において、試料極６と参照極７との対向間隔は約５ｍｍである。
【００３９】
対照極８も参照極７と同様に白金からなり、その形状は１０ｍｍ×２０ｍｍの方形で厚さ０．１ｍｍの薄板状である。
対照極８は参照極７に接触せず、かつ、試料極６を介して参照極７と対向する位置に参照極７と同様にアタッチメント４０ａを利用して設置されている。
また、参照極７と同様に、対照極８の裏面に蝋付けされた銀線３０は貫通孔４１ａを介して外管本体９の外側に引き出され、アタッチメント４０ａは外管本体９の外壁側からエポキシ樹脂４２で覆われ密封されている。
【００４０】
腐食測定装置
図３に示されるように、実施例による腐食測定装置５０は、図１に示される腐食検出器１と、測定部としてのポテンショスタット５１と、調整部５２とから構成されている。
ポテンショスタット５１は、腐食検出器１の試料極６、参照極７および対照極８から引き出された銀線３０とそれぞれ接続され、試料極６の腐食速度を分極抵抗法により測定する。
【００４１】
調整部５２は、制御部５３と、制御部５３により駆動制御されるポンプ５４と、腐食防止剤を収容する薬剤タンク５５とから構成され、ポテンショスタット５１によって測定された試料極６の腐食速度に基づいて腐食防止剤の供給量の調整を行う。
制御部５３はマイクロコンピュータと、ポンプ５４およびヒータ５を駆動するドライバー回路とから構成されている。
【００４２】
腐食検出器１の給液口２には熱交換器（図示せず）へ冷却水を循環供給する供給配管６０から分岐した第１分岐配管６１が接続され、排液口３には供給配管６０へ冷却水を戻す第２分岐配管６２が接続される。
【００４３】
ポテンショスタット５１および制御部５３の電源をそれぞれオンにし、第１分岐配管６１から給液口２を介して外管４へ冷却水を流入させると、ヒータ５によって加熱された試料極６の周囲に沿って冷却水が流れ、試料極６の表面に腐食が始まる。
試料極６の周囲に沿って流れた冷却水は排液口３から排出され、第２分岐配管６２を通って供給配管６０に戻される。
【００４４】
試料極６の表面に腐食が始まると、ポテンショスタット５１が分極抵抗法によって試料極６の腐食速度を測定し、測定された腐食速度は制御部５３へ伝達される。
制御部５３はポテンショスタット５１から伝達されてきた試料極６の腐食速度に基づいてポンプ５４を駆動制御し、駆動制御されたポンプ５４により腐食防止剤が供給配管６０へ注入される。
【００４５】
測定結果
図３に示す腐食測定装置５０を使用し、腐食検出器１に流入させる循環冷却水の流速を０．５ｍ／ｓｅｃ．とし、７〜３０日の範囲で分極抵抗の測定を行った。熱負荷は最大６００００ｋｃａｌとした。
【００４６】
図４は、実施例の腐食測定装置５０によって測定された分極抵抗と、上記ＪＩＳＫ−０１００の質量減法によって求めた腐食速度との相関を示すグラフ図である。
図４に示すグラフ図において、縦軸は、上記ＪＩＳＫ−０１００の質量減法に基づいて、試料極６の試験前後の質量差を測定して求めた試料極６の腐食速度（ＭＤＤ：ｍｇ／ｄｍ²・ｄａｙ）である。
横軸は、実施例の腐食測定装置５０によって測定された分極抵抗（Ω・ｃｍ²）である。
図４から分かるように、腐食速度と分極抵抗は極めて良い相関を示している。このことから、試料極６に熱負荷をかけても分極抵抗の測定には支障がなく、また、測定された分極抵抗に基づいて腐食速度を精度よく求めることが可能であることを確認できた。
【００４７】
【発明の効果】
この発明によれば、試料極である円筒状の内管の内部に加熱手段が設けられ、内管と外管との間隙に水が通水されるので、配管の内側に発熱体がある場合の腐食状況を模擬でき、この結果、熱交換器のシェル内に冷却水を通水し、被冷却流体をシェル内の配管に流入させる「シェル側通水」における腐食速度の推定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例による腐食検出器の概略的な構成を示す説明図である。
【図２】図１に示される腐食検出器の要部拡大図である。
【図３】この発明の実施例による腐食測定装置の概略的な構成を示す構成図である。
【図４】実施例による腐食測定装置を用いて測定した分極抵抗と、ＪＩＳＫ−０１００に規定される質量減法によって測定した腐食速度との相関を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１・・・腐食検出器
２・・・給液口
３・・・排液口
４・・・外管
５・・・ヒータ
６・・・試料極
７・・・参照極
８・・・対照極
９・・・外管本体
９ａ，９ｂ・・・開口
１０，１０ａ・・・外管保持具
１１，１１ａ・・・第１の開口
１２，１２ａ・・・第２の開口
１３，１３ａ・・・第３の開口
１４，１４ａ，１６，１６ａ・・・袋ナット
１５，１５ａ，１７，１７ａ，２２，２２ａ・・・パッキング
２０，２０ａ・・・試料極保持具
３０・・・銀線
４０，４０ａ・・・アタッチメント
４１，４１ａ・・・貫通孔
４２・・・エポキシ樹脂
５０・・・腐食測定装置
５１・・・ポテンショスタット
５２・・・調整部
５３・・・制御部
５４・・・ポンプ
５５・・・薬剤タンク
６０・・・供給配管
６１・・・第１分岐配管
６２・・・第２分岐配管

Claims

水が接触する測定対象の金属製配管と実質的に同一材質の円筒状の内管と、該円筒状の内管の外周を覆う外管からなる２重構造の管で構成し、円筒状の内管を試料極とし、該円筒状の内管の外周を覆う外管の内面に、試料極に近接する形でかつ接触しないように設けられた導電性材料からなる互いに接触しない参照極および対極を配置し、試料極、参照極および対極に測定部を電気的に接続し、試料極である円筒状の内管の内部に加熱手段を設け、内管と外管との間隙に前記水を通水させることを特徴とする腐食測定装置。
外管は透光性を有する請求項１に記載の腐食測定装置。
外管は透光性の窓部を有する請求項１に記載の腐食測定装置。
内管と外管との間隙に前記水を通水させるための給液口と排液口をさらに備え、給液口および排液口は前記水を循環させる流路にそれぞれ接続される請求項１〜３のいずれか１つに記載の腐食測定装置。
測定部の測定結果に基づいて腐食防止剤の供給量を調節する調整部をさらに備える請求項１〜４のいずれか１つに記載の腐食測定装置。
測定部はガルバノスタットとポテンショスタットの少なくとも一方からなる請求項１〜５のいずれか１つに記載の腐食測定装置。