JP4632434B2

JP4632434B2 - 配管診断装置

Info

Publication number: JP4632434B2
Application number: JP2005135565A
Authority: JP
Inventors: 和広大石; 健近藤; 三男難波
Original assignee: High Pressure Gas Safety Institute of Japan
Current assignee: High Pressure Gas Safety Institute of Japan
Priority date: 2005-05-09
Filing date: 2005-05-09
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2025-05-09
Also published as: JP2006313098A

Description

本発明は、土中や水中、海中の配管の腐食、損傷等による欠陥の有無の診断、その欠陥位置の特定、また酸化、腐食、損傷の状態の推定を行う配管診断装置に関するものである。

ガス配管は、例えばＬＰガスボンベから家屋内のガス機器までの間で、土壌中に埋設されている場合がある。このため、土壌中で腐食や損傷が発生していても、外部からは観察できず、ガス漏れ等の原因となっていた。

この埋設管の腐食、損傷の状態は、土を埋設管まで掘削することで直接観察することができるが、それでは費用と労力を要するため、掘削せずに観察する方法が、例えば下記の特許文献１で提案されている。
特開平５−１２８９７３号公報

この特許文献１では、土壌中に埋設されたガス管の近傍に試験片を埋設しておき、試験片のＡＣインピーダンスの測定結果から瞬時に解析して測定時における平均腐食速度を得、埋設ガス管の管理を行うようにしている。

しかし、上記従来技術では、確かに掘削することなく腐食の管理を行うことができるが、測定対象は埋設ガス管ではなく、試験片であるため、埋設ガス管が腐食していても、その腐食が必ず試験片で観察できるとは限らず、埋設ガス管の腐食を確実に直接的に把握することができないという問題点を有していた。

また、試験片の測定であるため、埋設ガス管に腐食が発生してもその位置を特定するには至らず、埋設ガス管の管理を十分に行うことができないという問題点も有していた。

さらに、ガス管を埋設する際に、同時に試験片も埋設しなければならず、またその試験片と測定回路とを接続するケーブルも予め地表まで延出しておかなければならないという手間を要し、この点で労力を要していた。

そして、上記のガス配管（埋設ガス管）に対して言えることは、水中や海中の外部からは直視できない種々の配管に対しても同様であり、それらの維持管理も困難であった。

この発明は上記に鑑み提案されたもので、外部からは直視できない配管の腐食や損傷等の欠陥の発生、およびその発生位置を確実に直接的に把握して、その配管の管理を十分に行うことができ、また測定も労力を要さず簡単に行うことができる配管診断装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、土中や水中、海中の、プラスチック被覆鋼ガス管あるいは防食テープ巻白ガス管の何れかからなる配管の腐食、損傷等による欠陥の有無を診断する配管診断装置において、上記配管の２カ所に配置する、それぞれ先端に電極端子を有する２本のケーブルと、上記２本のケーブルの電極端子間に交流電圧を印加し電極端子間のインピーダンスを計測するインピーダンス計測手段と、上記インピーダンス計測手段の計測結果から配管の腐食、損傷等による欠陥の有無を推定する欠陥有無推定手段と、を備え、上記インピーダンス計測手段は、配管のインピーダンス周波数特性を求め、上記欠陥有無推定手段は、そのインピーダンス周波数特性に基づいて、周波数が１〜１００Ｈｚの間でインピーダンス絶対値が１０ ^６ Ω以上であれば、埋設管に欠陥は存在しないと判定し、インピーダンス絶対値が１０ ^６ Ω以下であれば、埋設管に欠陥が存在すると判定し、上記欠陥有無推定手段により配管に欠陥があると判定されたとき、２本のケーブルの電極端子の内、一方の電極端子の位置を固定し、他方の電極端子を配管に沿って移動させつつインピーダンスを計測し、インピーダンスが最小となるときの他方の電極端子の位置に配管の欠陥があると推定する、ことを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明は、上記した請求項１に記載の発明の構成に加えて、上記２本のケーブルは、双方とも配管の近傍に配置するか、双方とも配管に接触させて配置するか、一方は配管に接触させ他方は配管の近傍に配置するかのいずれかである、ことを特徴としている。

この発明の配管診断装置では、配管の２カ所に配置したケーブルの電極端子間に交流電圧を印加し電極端子間のインピーダンスを計測し、その計測結果から配管の腐食、損傷等による欠陥の有無を推定するようにしたので、配管の腐食や損傷の発生を確実に直接的に把握することができ、その配管の管理を十分に行うことができ、また測定も労力を要さず簡単に行うことができる。

また、配管に欠陥があると推定されたとき、２本のケーブルの電極端子の内、一方の位置を固定し、他方を配管に沿って移動させつつインピーダンスを計測し、インピーダンスが最小となるときの他方の電極端子位置に配管の欠陥があると推定するようにしたので、配管の欠陥位置を特定することができ、欠陥位置の特定を簡単に行うことができるとともに、その修復工事等も的確に行うことができる。

また、この発明の配管診断装置では、配管の２カ所に配置したケーブルの電極端子間に交流電圧を印加し電極端子間のインピーダンスを計測し、その計測結果から配管の腐食、損傷の状態を推定するようにしたので、配管の腐食や損傷の発生を確実に直接的に把握することができ、配管の管理を十分に行うことができ、また測定も労力を要さず簡単に行うことができる。

以下にこの発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１はこの発明の配管診断装置による測定の説明図である。この発明の配管診断装置１００は、土中や水中、海中の配管２０の腐食、損傷等による欠陥部２１の有無を診断する装置であり、２本のケーブル１，２と装置本体３とを有している。なお、ここでは、配管２０は、土中に埋設されたガス供給用配管（埋設管）であるとする。

埋設管２０は、プラスチック被覆鋼ガス管あるいは防食テープ巻白ガス管であり、例えば高圧ガス容器９１とガスメータ９２との間の土中に設けられ、高圧ガス容器９１およびガスメータ９２の近傍では地表に露出して配管されている。

２本のケーブル１，２は、各一端側が上記の装置本体３に電気的に接続され、また各他端側の電極端子１ａ，２ａは埋設管２０の２カ所に配置されている。ケーブル１の電極端子１ａは、埋設管２０のガスメータ９２側の地表露出部分２２に接触して固定され、ケーブル２の電極端子２ａは、土中の埋設管２０の近傍に配置されている。

装置本体３は、２本のケーブル１，２の電極端子１ａ，２ａ間に交流電圧を印加し電極端子１ａ，２ａ間のインピーダンスを計測するインピーダンス計測手段３１と、このインピーダンス計測手段３１の計測結果から埋設管２０の腐食、損傷等による欠陥部２１の有無を推定する欠陥有無推定手段３２とを備えている。

このインピーダンス計測手段３１および欠陥有無推定手段３２は、例えばマイコンを中心に構築され、メモリに格納された本発明に係るソフトウェアに従ってＣＰＵが動作する機能を含めて構成されている。

図２は配管診断装置によるインピーダンス計測結果を示す図である。配管診断装置３のインピーダンス計測手段３１は、上記のように、２本のケーブル１，２の電極端子１ａ，２ａ間に印加された交流電圧に基づいて、電極端子１ａ，２ａ間のインピーダンスを計測し、図２に示すような、交流電圧の周波数を変化させたときのインピーダンス周波数特性を求める。図２の横軸は周波数、縦軸はインピーダンス絶対値である。

このインピーダンス周波数特性において、埋設管２０に欠陥がなく正常な場合は、図２の計測線Ａに示すように、傾きが略「−１」の左上がりの直線に近い軌跡を描くようになる。一方、埋設管２０に腐食、損傷等による欠陥があれば、図２の計測線Ｂ，Ｃに示すように、周波数の低い領域でフラットに近い軌跡を描くようになる。このような軌跡を描くのは概略次のような理由によるものである。

図３は埋設管の等価回路を示す図、図４はインピーダンス周波数特性計測の概念を説明するための図である。ここで、埋設管２０がプラスチック被覆鋼ガス管であり欠陥を有しているとすると、この埋設管２０の等価回路は、浮遊容量（配管診断装置３と埋設管２０との間の電気容量）、直列体Ｍ、および直列体Ｎの並列回路となる。ここで、直列体Ｍは、欠陥がない場合のプラスチック被覆の電気容量Ｃ_H、および電極端子２ａから埋設管２０までの最短距離における土壌抵抗Ｒ_S1が直列に接続されて構成されている。また、直列体Ｎは、欠陥がある場合のその欠陥部２１での分極抵抗Ｒ_Pと欠陥部２１の電気容量Ｃ_Pとが並列に接続された並列体Ｎ１と、電極端子２ａから埋設管２０の欠陥部２１までの最短距離における土壌抵抗Ｒ_S2とが直列に接続されて構成されている。

そして、インピーダンス周波数特性の計測において、周波数が高い領域では、等価回路の電気容量Ｃ_Hおよび土壌抵抗Ｒ_S1からなるインピーダンス［｛１／（ωＣ_H）｝＋Ｒ_S1］が測定され、周波数が低く、（Ｒ_S2）＞［｛１／（ωＣ_H）｝＋Ｒ_S1］が成立する領域では、欠陥部２１に起因する直列体Ｎによるインピーダンスが測定され、その結果、インピーダンス周波数特性は、図２の計測線Ｂ，Ｃに示すように、周波数の低い領域でフラットに近い軌跡を描くようになる。

上記の欠陥有無推定手段３２は、計測して得られたインピーダンス周波数特性において、周波数が低い領域、例えば１〜１００Ｈｚの間で、インピーダンス絶対値が１０⁶Ω以上であれば、埋設管２０に欠陥は存在しないと判定し、インピーダンス絶対値が１０⁶Ω以下であれば、埋設管２０に欠陥が存在すると判定する。

埋設管２０に腐食、損傷等による欠陥部２１が存在すると判定されたとき、その欠陥部２１の位置は次のようにして特定する。

図５は埋設管の欠陥部位置を特定する場合の説明図である。図の横軸は埋設管の長さ方向での位置を示し、縦軸はインピーダンス絶対値である。埋設管２０に欠陥部２１が存在すると判定されたとき、図１において、電極端子２ａを埋設管２０の長さ方向（管路）に沿って、所定間隔（例えば１ｍ間隔や２ｍ間隔）で移動させ、それぞれの位置でインピーダンスを測定する。この場合の周波数は低い値、例えば１〜１００Ｈｚの間の一定の値に設定しておく。欠陥部２１が存在する場合、低い周波数で測定すると、インピーダンスは電極端子２ａと欠陥部２１との間の土壌抵抗Ｒ_S2に支配され、欠陥部２１の存在する位置の真上付近に電極端子２ａが移動してきたときに、その土壌抵抗Ｒ_S2は最小となる。したがって、電極端子２ａを埋設管２０の管路に沿って移動させつつインピーダンスを測定したときに、そのインピーダンス絶対値が最小となる位置（図５のＰ点）に、欠陥部２１が存在していることになる。

以上述べたように、この発明の配管診断装置１００では、埋設管２０の２カ所に配置したケーブル１，２の電極端子１ａ，２ａ間に交流電圧を印加し電極端子１ａ，２ａ間のインピーダンスを計測し、その計測結果から埋設管２０の腐食、損傷等による欠陥の有無を推定するようにしたので、埋設管２０の腐食や損傷の発生を確実に直接的に把握することができ、その埋設管２０の管理を十分に行うことができ、また測定も労力を要さず簡単に行うことができる。

また、埋設管２０に欠陥があると推定されたとき、２本のケーブル１，２の電極端子１ａ，２ａの内、一方の電極端子１ａの位置を固定し、他方の電極端子２ａを埋設管２０に沿って移動させつつインピーダンスを計測し、インピーダンス絶対値が最小となるときの他方の電極端子２ａの位置に埋設管２０の欠陥があると推定するようにしたので、埋設管２０の欠陥位置を特定することができ、欠陥位置の特定を簡単に行うことができるとともに、その修復工事等も的確に行うことができる。

次にこの発明の配管診断装置の第２の実施形態を図６および図７を用いて説明する。

図６はこの発明の配管診断装置の第２の実施形態による測定の説明図である。図において、上記の第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。

この第２の実施形態における配管診断装置１００Ａは、白ガス管あるいは亜鉛メッキを施した白ガス管からなる埋設管２０の酸化、腐食、損傷の状態を診断する装置であり、この点において、上記の第１の実施形態と相違している。装置本体３Ａは、２本のケーブル１，２の電極端子１ａ，２ａ間に交流電圧を印加し電極端子１ａ，２ａ間のインピーダンスを計測するインピーダンス計測手段３１Ａと、そのインピーダンス計測手段３１Ａの計測結果から埋設管２０の酸化、腐食、損傷の状態を推定する状態推定手段３２Ａと、を備えている。

この状態推定手段３２Ａは、計測して得られたインピーダンスからインピーダンス複素数線図を求め、そのインピーダンス複素数線図に基づいて埋設管の酸化、腐食、損傷の状態を推定する。

このインピーダンス計測手段３１Ａおよび状態推定手段３２Ａは、例えばマイコンを中心に構築され、メモリに格納された本発明に係るソフトウェアに従ってＣＰＵが動作する機能を含めて構成されている。

図７は第２の実施形態の配管診断装置によるインピーダンス計測結果を示す図である。配管診断装置３Ａのインピーダンス計測手段３１Ａは、上記のように、２本のケーブル１，２の電極端子１ａ，２ａ間に印加された交流電圧に基づいて、電極端子１ａ，２ａ間のインピーダンスを計測し、図７に示すような、交流電圧の値を変化させたときのインピーダンス複素数線図を求める。図７の横軸はインピーダンス実数部、縦軸はインピーダンス虚数部である。

このインピーダンス複素数線図において、埋設管２０に酸化、腐食、損傷等の欠陥がなく正常な場合は、図７の計測線Ｘに示すように、緩やかに上昇し緩やかに下降する曲線を描くようになる。一方、埋設管２０に酸化が発生していれば、図７の計測線Ｙに示すように、右肩上がりの略直線の軌跡を描くようになる。また、埋設管２０に腐食が発生していれば、図７の計測線Ｚに示すように、一旦上昇した後急な勾配で下降する軌跡を描き、インピーダンス実数部、インピーダンス虚数部が双方ともに小さな値に留まる結果となる。このように、埋設管２０のインピーダンス複素数線図は、埋設管の酸化等の状態に応じて特徴ある軌跡を描く。

以上述べたように、この発明の第２の実施形態における配管診断装置１００Ａでは、埋設管２０の２カ所に配置したケーブル１，２の電極端子１ａ，２ａ間に交流電圧を印加し電極端子１ａ，２ａ間のインピーダンスを計測し、その計測結果から埋設管２０の酸化、腐食、損傷の状態を推定するようにしたので、埋設管２０の酸化や腐食、損傷の発生を確実に直接的に把握することができ、埋設管の管理を十分に行うことができ、また測定も労力を要さず簡単に行うことができる。

なお、上記の説明では配管を土中に埋設されたガス配管であるとしたが、本発明は、ガス配管だけでなく、水中や海中の種々の配管に対しても同様に適用することができる。水中や海水中の場合は、土壌抵抗を水や海水の抵抗値に置換することで、同様の結果が得られた。

また、ガス配管だけでなく、灯油タンクやガソリンタンク、水タンク等から延出され埋設された配管に対しても、同様に本発明を適用することができる。

この発明の配管診断装置による測定の説明図である。配管診断装置によるインピーダンス計測結果を示す図である。埋設管の等価回路を示す図である。インピーダンス周波数特性計測の概念を説明するための図である。図５は埋設管の欠陥部位置を特定する場合の説明図である。この発明の配管診断装置の第２の実施形態による測定の説明図である。第２の実施形態の配管診断装置によるインピーダンス計測結果を示す図である。

符号の説明

１ケーブル
１ａ電極端子
２ケーブル
２ａ電極端子
３装置本体
３Ａ装置本体
２０埋設管
２１欠陥部
２２地表露出部分
３１インピーダンス計測手段
３１Ａインピーダンス計測手段
３２欠陥有無推定手段
３２Ａ状態推定手段
９１高圧ガス容器
９２ガスメータ
１００配管診断装置
１００Ａ配管診断装置

Claims

土中や水中、海中の、プラスチック被覆鋼ガス管あるいは防食テープ巻白ガス管の何れかからなる配管の腐食、損傷等による欠陥の有無を診断する配管診断装置において、
上記配管の２カ所に配置する、それぞれ先端に電極端子を有する２本のケーブルと、
上記２本のケーブルの電極端子間に交流電圧を印加し電極端子間のインピーダンスを計測するインピーダンス計測手段と、
上記インピーダンス計測手段の計測結果から配管の腐食、損傷等による欠陥の有無を推定する欠陥有無推定手段と、を備え、
上記インピーダンス計測手段は、配管のインピーダンス周波数特性を求め、上記欠陥有無推定手段は、そのインピーダンス周波数特性に基づいて、周波数が１〜１００Ｈｚの間でインピーダンス絶対値が１０ ^６ Ω以上であれば、埋設管に欠陥は存在しないと判定し、インピーダンス絶対値が１０ ^６ Ω以下であれば、埋設管に欠陥が存在すると判定し、
上記欠陥有無推定手段により配管に欠陥があると判定されたとき、２本のケーブルの電極端子の内、一方の電極端子の位置を固定し、他方の電極端子を配管に沿って移動させつつインピーダンスを計測し、インピーダンスが最小となるときの他方の電極端子の位置に配管の欠陥があると推定する、
ことを特徴とする配管診断装置。
上記２本のケーブルは、双方とも配管の近傍に配置するか、双方とも配管に接触させて配置するか、一方は配管に接触させ他方は配管の近傍に配置するかのいずれかである、請求項１に記載の配管診断装置。