JP5135305B2 - 埋設パイプラインのカソード防食管理システム及びカソード防食管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁継手を介して接続された埋設パイプラインに対するカソード防食管理システム及びカソード防食管理方法に関するものである。

埋設パイプラインの腐食防止を図るために、パイプラインを絶縁継手でブロック化することが行われており、このブロック化によって独立した防食区間を形成して防食対象を明確にしている。特に、防食状況が異なるパイプラインを接続する場合や、管理責任の異なるパイプラインを接続する場合には、絶縁継手を介して２つのパイプラインを接続することで前述したブロック化を行い、防食対象や管理責任を明確化することが必要になる。

埋設パイプラインを絶縁継手でブロック化する場合の一例として、鋳鉄管と鋼管が混在する場合を挙げることができる。鋳鉄管は継手に溶接を必要としないため配管工事が容易であり、長年にわたり我が国及び欧米等で水道，ガス等のパイプラインとして用いられている。この鋳鉄管は低強度材料であるため、埋設箇所の地上環境が変化して、例えば埋設箇所が大きな輪荷重のかかる幹線道路の交差点下や鉄道輸送力の増大した直流電気鉄道軌条下になった場合には、そこに埋設されたパイプラインに強度上の問題が生じる。このような埋設箇所の地上環境変化に対しては、既設の鋳鉄管に換わって延性特性を有し高強度の鋼管を新設することが行われており、この場合には鋳鉄管のパイプラインに部分的に鋼管が接続されることになる。また、既設の鋳鉄管の端部を長い延長距離に亘って敷設された鋼管と接続することもある。

このように既設の鋳鉄管パイプラインに対して新設の鋼管を接続する場合には、既設の鋳鉄管は塗覆装の無いいわゆる裸管であり、鋼管は塗覆装が施されたパイプラインであるから、防食状況が異なるパイプラインが接続されることになる。この場合に、仮に両パイプラインを電気的に接続したとすると、既設の鋳鉄管はその表面に鉄酸化物の生成物が形成されることで管対地電位がプラス側にシフトしており（管対地電位は−０．５Ｖ_CSE（飽和硫酸銅電極ＣＳＥ基準電位）程度）、鋼管の管対地電位（−０．８Ｖ_CSE程度）に比べて高い電位になるので、鋼管の塗覆装に小面積の欠陥部が生じると、既設の鋳鉄管がカソードで鋼管がアノードになり、大きなカソードと小さなアノードの組み合わせになって、鋼管の塗覆装欠陥部で腐食（いわゆる新旧管マクロセル腐食）が進行することになる。

この新旧管マクロセル腐食を防止するためには、鋳鉄管と鋼管との間に絶縁継手を挿入し、更に鋼管の防食を万全なものにするために、鋼管に対してカソード防食を施す。カソード防食の方式としては外部電源方式と流電陽極方式があるが、一般に距離の短い鋼管の両端が絶縁継手になる場合には、流電陽極方式が採用され、延長距離の長い鋼管に対しては外部電源方式が採用される。

絶縁継手を介して防食状況の異なるパイプラインが接続される状況としては、前述したようなカソード防食が施されているパイプラインとカソード防食が施されていないパイプラインとの接続だけでなく、カソード防食レベルの高いパイプラインとカソード防食レベルの低いパイプラインとの接続等がある。ここで、カソード防食が施されているパイプラインとは、外部電源方式や流電陽極方式によって直接カソード防食が施されているパイプラインを指し、カソード防食が施されていないパイプラインとは、外部電源方式や流電陽極方式によってカソード防食が施されていないパイプラインを指す。また、カソード防食レベルの高いパイプラインとカソード防食レベルの低いパイプラインとは、例えば、前者が外部電源方式によってカソード防食されている高抵抗塗覆装パイプラインであり、後者が流電陽極方式によってカソード防食されている歴青質塗覆装パイプラインである場合などを指す。

絶縁継手によって埋設パイプラインをブロック化する場合には、雷害や電力事故等によるサージ（高電圧）が絶縁継手にかからないようにし、絶縁継手の焼損や火花発生、或いは感電事故等が起きないようにすることが必要になる。これに対しては、図１に示すように、絶縁継手Ｊ１を介して接続されるパイプラインＪ２，Ｊ３に、シリコンダイオードＤを逆並列接続することが行われている（下記非特許文献１参照）。

電気学会電食防止研究委員会編「新版 電食・土壌腐食ハンドブック」電気学会，１９７７年５月，ｐ．２６３〜２６４

絶縁継手を介して接続されるパイプラインにシリコンダイオードを逆並列接続する従来技術では、パイプラインが高圧交流送電線や交流電気鉄道輸送路と並行している等して、両パイプラインに大きな交流誘導電圧が発生すると、シリコンダイオードの動作電圧（立ち上がり電圧）以上の交流電圧で両パイプラインに交流電流が流れることになり、一方のパイプラインが塗覆装欠陥部を有する鋼管の場合には交流腐食リスクが高くなる問題がある。

また、両パイプラインに大きな交流電流が流れると、一方又は両方のパイプラインがカソード防食されている場合に、各パイプラインにおける防食電流の影響が交流電流の変化に埋もれてしまい、防食対象のパイプラインが適正なカソード防食状況に有るか否かを把握できなくなる問題が生じる。

また、前述した従来技術によると、シリコンダイオードは順方向に対しては立ち上がり電圧（７００ｍＶ程度）まで電気抵抗が高く、この立ち上がり電圧以上になると順方向電圧が高くなるほど電気抵抗が低くなり、大電流流通時の電圧降下が小さいという特性があるので、平常時はダイオードが動作しておらず、絶縁継手を介して接続されたパイプラインの間に電流の行き来が生じない。

したがって、カソード防食されているパイプラインに非防食のパイプラインが絶縁継手を介して接続されている状況、例えば、カソード防食されている鋼管にカソード防食されていない塗覆装無しの鋳鉄管が絶縁継手を介して接続されている状況に、前述した従来技術を適用すると、両パイプラインの電位差をダイオードの立ち上がり電圧以上にしない限り非防食のパイプラインにカソード防食電流を流入させることができず、非防食のパイプラインは自然腐食状態になってしまう問題が生じる。

また、一般に、絶縁継手を介して防食状況の異なるパイプラインが接続される状況で、その一方がカソード防食されている場合や、カソード防食レベルの高いパイプラインとカソード防食レベルの低いパイプラインとが接続されている場合には、発生する防食電流を有効に利用して両パイプラインの防食状況を適正に管理することが求められる。しかしながら、前述した従来技術のように単に両パイプラインの間にシリコンダイオードを逆並列接続しているだけでは、発生する防食電流を有効に利用できない問題がある。

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、絶縁継手を介して防食状況が異なるパイプラインを接続して、接続される両パイプラインの一方又は両方にカソード防食を施す埋設パイプラインのカソード防食管理システム又はカソード防食管理方法において、両パイプラインに大きな交流誘導電圧が発生した場合に、交流腐食リスクを低減すること、各パイプラインにおける防食電流の影響を明確にして、防食対象のパイプラインが適正なカソード防食状況に有るか否かを把握できるようにすること、絶縁継手を介して防食状況の異なるパイプラインが接続される状況で、その一方がカソード防食されている場合や、カソード防食レベルの高いパイプラインとカソード防食レベルの低いパイプラインとが接続されている場合に、発生する防食電流を有効に利用して、両パイプラインの防食状況を適正に管理できること、併せて、絶縁継手の焼損や火花発生、或いは感電事故等が起きないようにし、更には、カソード防食されていないパイプラインに流入した電流が絶縁継手の手前で流出することによるジャンピング腐食の問題を解消できること、等が本発明の目的である。

このような目的を達成するために、本発明による埋設パイプラインのカソード防食管理システム及びカソード防食管理方法は、以下の各独立請求項に係る構成を少なくとも具備するものである。

［請求項１］絶縁継手を介して防食状況が異なるパイプラインを接続して、接続される両パイプラインの一方又は両方にカソード防食を施す埋設パイプラインのカソード防食管理システムにおいて、増幅率が−１倍になる反転増幅器の入力端子を前記両パイプラインの一方に接続し、該反転増幅器の出力端子を前記両パイプラインの他方に接続して、前記反転増幅器における反転入力端子と前記出力端子との間に、同じ電圧−電流特性を有する一対のダイオードを逆並列接続したことを特徴とする埋設パイプラインのカソード防食管理システム。

［請求項８］絶縁継手を介して防食状況が異なるパイプラインを接続して、接続される両パイプラインの一方又は両方にカソード防食を施す埋設パイプラインのカソード防食管理方法において、増幅率が−１倍になる反転増幅器の入力端子を前記両パイプラインの一方に接続し、該反転増幅器の出力端子を前記両パイプラインの他方に接続して、前記反転増幅器における反転入力端子と前記出力端子との間に、同じ電圧−電流特性を有する一対のダイオードを逆並列接続したことを特徴とする埋設パイプラインのカソード防食管理方法。

このような特徴を有する埋設パイプラインのカソード防食管理システム又はカソード防食管理方法によると、絶縁継手を介して接続された防食状況が異なる両パイプラインに大きな交流誘導電圧が発生した場合に、交流誘導電圧をダイオードの立ち上がり電圧に近いレベルに抑えることができるので、ダイオードの立ち上がり電圧を有効に設定することで交流腐食リスクを低減することができる。また、両パイプラインに流れる交流の影響を低減できるので、各パイプラインにおける防食電流（直流電流）の影響を明確にして、防食対象のパイプラインが適正なカソード防食状況に有るか否かを把握することができる。

絶縁継手を介して防食状況の異なるパイプラインが接続される状況で、その一方がカソード防食されている場合や、カソード防食レベルの高いパイプラインとカソード防食レベルの低いパイプラインとが接続されている場合に、カソード防食電流を有効に利用して、両パイプラインの防食状況を適正に管理することができる。併せて、一対のダイオードにサージ防護素子を並列接続することで、落雷発生時に絶縁継手の焼損や火花発生、或いは感電事故等が起きないようにすることができる。更には、両パイプライン間にダイオードを逆並列接続することで、カソード防食されていないパイプラインに流入した電流が絶縁継手の手前で流出することによるジャンピング腐食の問題を解消することができる。

従来技術の説明図である。 本発明の一実施形態に係る埋設パイプラインのカソード防食管理システム及びカソード防食管理方法を説明するための説明図であり、同図（ａ）がシステム構成の説明図、同図（ｂ）がダイオードの電圧−電流特性を示した説明図である。 本発明の実施形態に係る埋設パイプラインのカソード防食管理システム及びカソード防食管理方法の一例を示した説明図である。 定電流発生装置の具体的な構成を示した説明図である。 本発明の実施形態に係る埋設パイプラインのカソード防食管理システム及びカソード防食管理方法の他の例を示した説明図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図２は本発明の一実施形態に係る埋設パイプラインのカソード防食管理システム及びカソード防食管理方法を説明するための説明図であり、同図（ａ）がシステム構成の説明図、同図（ｂ）がダイオードの電圧−電流特性を示した説明図である。

本発明の実施形態に係る埋設パイプラインのカソード防食管理システム又はカソード防食管理方法においては、絶縁継手１を介して防食状況が異なるパイプラインＬ１，Ｌ２が接続されている。防食状況が異なるパイプラインＬ１，Ｌ２としては、カソード防食が適用されているパイプラインとカソード防食が適用されていないパイプラインが絶縁継手１を介して接続される場合、或いは、カソード防食レベルの高いパイプラインとカソード防食レベルの低いパイプラインが絶縁継手１を介して接続される場合がある。

カソード防食が適用されているというのは、例えば、外部電源方式又は流電陽極方式によってカソード防食されていることを指し、カソード防食が適用されていないというのは、例えば、塗覆装のみの鋼管や塗覆装が施されていない鋳鉄管を指している。カソード防食レベルが高いパイプラインとカソード防食レベルが低いパイプラインとは、例えば、外部電源方式によってカソード防食されているパイプラインと流電陽極方式によってカソード防食されているパイプライン、同じ流電陽極方式でカソード防食されているが、一方が高電気抵抗のプラスチック塗覆装パイプラインで他方が歴青質塗覆装パイプライン等の場合を指している。

本発明の実施形態に係る埋設パイプラインのカソード防食管理システムでは、先ず、増幅率が−１倍になる反転増幅器１０の入力端子１０Ａを両パイプラインＬ１，Ｌ２の一方に接続し、反転増幅器１０の出力端子１０Ｂを両パイプラインＬ１，Ｌ２の他方に接続している。反転増幅器１０は、演算増幅器（オペアンプ）１１の非反転入力端子１１Ａがアースされており、演算増幅器１１の反転入力端子１１Ｂと入力端子１０Ａとの間の抵抗１２の抵抗値Ｒ１を反転入力端子１１Ｂと出力端子１０Ｂとの間の抵抗１３の抵抗値Ｒ２と等しくしている（Ｒ１＝Ｒ２）。

そして、反転増幅器１０における反転入力端子１１Ｂと出力端子１０Ｂとの間に、同じ電圧−電流特性を有する一対のダイオード１４，１５を逆並列接続している。すなわち、ダイオード１４，１５は順方向を互いに逆にして、演算増幅器１１の反転入力端子１１Ｂと入力端子１０Ａとの間の抵抗１２に並列接続されている。更に、必要に応じて、ダイオード１４，１５は雷サージから防護するために、ダイオード１４，１５にサージ防護素子（サージアブソーバ）１６が並列接続されている。

ダイオード（例えばシリコンダイオード）１４，１５の特性は、図２（ｂ）に示すように、設定された立ち上がり電圧Ｖ_F（例えば５００ｍＶ）を有し、同じ特性のダイオードを２つ逆並列接続することで、システムにおけるダイオードの電圧−電流特性は図示のようになる。

このようなシステム構成によると、出力端子１０Ｂの出力電圧が立ち上がり電圧Ｖ_Fよりも低い場合には、どちらのダイオード１４，１５も電流が流れないので、ダイオード１４，１５は無いも同然であり、両パイプラインＬ１，Ｌ２間には増幅率−１の反転増幅器１０のみが接続されていることになる。抵抗値Ｒ１，Ｒ２（Ｒ１＝Ｒ２）を例えば１０ｋΩと高くすることで、ダイオード１４，１５が動作しないときには、両パイプラインＬ１，Ｌ２間に殆ど電流が流れない状態になり、両パイプラインＬ１，Ｌ２間の絶縁状態を維持することができる。

一方、反転増幅器１０の反転入力端子１１Ｂは仮想接地（０Ｖ）であるから、出力端子１０Ｂの出力電圧はダイオード１４の順方向電圧に等しくなる。そこで、ダイオード１４，１５の特性を立ち上がり電圧Ｖ_Fから急激に立ち上がる特性にすることで、ダイオード１４，１５動作時の出力電圧は常に立ち上がり電圧Ｖ_Fに近いレベルとなる。これによって、パイプラインＬ１，Ｌ２に大きな交流誘導電圧が生じた場合にも、パイプラインＬ１，Ｌ２間の電圧をダイオード１４，１５の立ち上がり電圧Ｖ_Fに近いレベル以下に抑えることができ、この立ち上がり電圧Ｖ_Fを交流腐食リスクの低い電圧値に設定することで、パイプラインＬ１，Ｌ２の交流腐食リスクを低減することが可能になる。パイプラインＬ１が高抵抗塗覆装の施された鋼管であり、パイプラインＬ２が塗覆装無しの鋳鉄管の場合に、ダイオード１４，１５の立ち上がりで電圧Ｖ_Fを５００ｍＶに設定することで、交流腐食リスクの低減が可能になる。

また、パイプラインＬ１，Ｌ２に生じる交流誘導電圧の影響を低減することができるので、パイプラインＬ１，Ｌ２に流入するカソード防食電流（直流電流）の影響を各パイプラインＬ１，Ｌ２で適切に把握することが可能になる。これによって、各パイプラインＬ１，Ｌ２においてカソード防食状況の管理を適正に行うことができる。

パイプラインＬ１，Ｌ２の一方に電流が流入して両パイプラインＬ１，Ｌ２間にダイオード１４，１５の立ち上がり電圧Ｖ_F以上の電圧が生じた場合には、ダイオード１４，１５が動作してダイオード１４，１５を介してパイプラインＬ１，Ｌ２の他方に電流を逃がしてやることができる。これによって、カソード防食レベルの低いパイプライン又はカソード防食が適用されていないパイプラインに電流が流入しても、この流入した電流をダイオード１４，１５を介してカソード防食レベルの高いパイプラインに流すことができ、この機能によって、カソード防食レベルの低いパイプライン又はカソード防食が適用されていないパイプラインに流入した電流によるジャンピング腐食を防止することができる。

そして、本発明の実施形態に係る埋設パイプラインのカソード防食管理システム及びカソード防食管理方法によると、カソード防食レベルの低いパイプライン又はカソード防食が適用されていないパイプラインに、カソード防食電流を適正に供給することが可能になる。

図３は、本発明の実施形態に係る埋設パイプラインのカソード防食管理システム及びカソード防食管理方法の一例を示した説明図である（前述の説明と共通する部分は同一符号を付して重複説明を一部省略する）。この例では、パイプラインＬ１が流電陽極方式でカソード防食された鋼管であり、パイプラインＬ２が塗覆装の無い鋳鉄管である。既設の鋳鉄管の埋設箇所が大きな輪加重のかかる幹線道路交差点下になった場合等に、既設の鋳鉄管（パイプラインＬ２）に対して部分的に高強度の鋼管（パイプラインＬ１）を接続することが行われるが、この場合には鋼管（パイプラインＬ１）の敷設長さは限られるので、流電陽極方式のカソード防食が施される。

カソード防食ラインであるパイプラインＬ１には、流電陽極（例えばＭｇ陽極）２が定電流発生装置２０を介して接続されている。定電流発生装置２０は、流電陽極２からの発生電流を設定電流値に定電流制御するものである。また、絶縁継手１の両側で、パイプラインＬ１，Ｌ２の管対地電位（Ｐ／Ｓ^I，Ｐ／Ｓ^II）をそれぞれ計測可能な管対地電位計測手段３（３Ａ，３Ｂ）が設置されている。管対地電位計測手段３は、パイプラインＬ１又はＬ２と地面Ｇに設置された照合電極（例えば飽和硫酸銅電極）３０とを接続した電線３１，３２間に電圧計３３を接続したものである。

絶縁継手１を介して接続されるパイプラインＬ１，Ｌ２には、前述した反転増幅器１０の入力端子１０Ａと出力端子１０Ｂがそれぞれ接続されており、反転増幅器１０の抵抗１３にダイオード１４，１５を逆並列接続し、更にサージ防護素子１６をダイオード１４，１５に並列接続している。

このようなシステム構成において、管対地電位計測手段３（３Ａ，３Ｂ）で計測される絶縁継手１の両側での管対地電位（Ｐ／Ｓ^I，Ｐ／Ｓ^II）の差（Δ（Ｐ／Ｓ）＝Ｐ／Ｓ^II−Ｐ／Ｓ^I）がダイオード１５の動作電位になるように定電流発生装置２０を定電流制御する。すなわち、ダイオード１４，１５が順方向に５００ｍＶの電圧が印加されたときに動作して電流を流し出すとすると、Δ（Ｐ／Ｓ）＝Ｐ／Ｓ^II−Ｐ／Ｓ^Iを５００ｍＶより大きくなるように、流電陽極２からの発生電流を制御して、その電流を設定値とした定電流制御を行う。

これによるとＭｇ陽極などの接地抵抗の低い流電陽極２をパイプラインＬ１に接続しているにも拘わらず、流電陽極２からは常時設定された定電流が流出しているので、流電陽極２から直流迷走電流がパイプラインＬ１に流入することを実質的に防止することができる。

更には、Δ（Ｐ／Ｓ）の付加によってパイプラインＬ２からパイプラインＬ１に向かう電流方向を順方向とするダイオード１５が常時動作状態になるので、低接地体である塗覆装無しの鋳鉄管であるパイプラインＬ２にカソード防食電流を流入させ、流入した電流をパイプラインＬ１側に逃がして、流電陽極２から設定された定電流の発生電流を流出させることができる。これによって、パイプラインＬ２の絶縁継手１近傍で生じるジャンピング腐食を効果的に防止することができると共に、塗覆装無しの鋳鉄管であるパイプラインＬ２を効果的カソード防食することができる。

パイプラインＬ１，Ｌ２の管対地電位Ｐ／Ｓ^I，Ｐ／Ｓ^IIを如何に設定するかの具体例を説明すると、カソード防食ラインであるパイプラインＬ１が鋼管であり、パイプラインＬ２が塗覆装無しの鋳鉄管である場合には、パイプラインＬ２の管対地電位Ｐ／Ｓ^IIを自然電位から設定電位だけマイナス側にシフトさせた値にする。土壌中での鋳鉄管の自然電位が例えば−５００ｍＶ_CSE（飽和硫酸銅電極ＣＳＥ基準）であるとすると、最小１００ｍＶカソード分極を指標としたカソード防食基準を採用して、鋳鉄管の管対地電位が自然電位から少なくとも１００ｍＶマイナス側にシフトするように発生電流の制御を行う。すなわち、管対地電位Ｐ／Ｓ^IIの目標値は−５００−１００＝−６００ｍＶ_CSEとなる。これによって、パイプラインＬ２の腐食速度を自然腐食速度よりも１桁小さいレベルにすることができる。

そして、カソード防食ラインであるパイプラインＬ１の管対地電位Ｐ／Ｓ^Iは、パイプラインＬ２の管対地電位Ｐ／Ｓ^IIよりダイオード１５の動作電位だけマイナス側にシフトした値で且つカソード防食基準に合格する値になるように目標値を設定する。ダイオード１５の動作電位が５００ｍＶであるとすると、Ｐ／Ｓ^I＝Ｐ／Ｓ^II−５００＝−６００−５００＝−１１００ｍＶ_CSEとする。この値は、カソード防食設計の防食電位の一例である−１０００ｍＶ_CSE（日本ガス協会編「ガス導管防食ハンドブック」，１９９３年４月，ｐ．８９）に合格する値になっている。

このような管対地電位Ｐ／Ｓ^I，Ｐ／Ｓ^IIの値になるように、流電陽極２の発生電流を制御する。具体的には、詳細に後述する定電流発生装置２０の設定電流を徐々に高めていき、管対地電位Ｐ／Ｓ^I，Ｐ／Ｓ^IIが前述した目標値に達したところで、定電流制御を行う。流電陽極２からの発生電流を定電流制御することで、パイプラインＬ１，Ｌ２の管対地電位Ｐ／Ｓ^I，Ｐ／Ｓ^IIの値が経時的に維持されることになり、ダイオード１５は常時動作状態が保持されることになる。

図４は、定電流発生装置２０の具体的な構成を示した説明図である。定電流発生装置２０は、パイプラインＬ１に一端が接続される電線２０Ａの他端がカソード防食ライン側端子２１Ａに接続され、流電陽極２に一端が接続される電線２０Ｂの他端が流電陽極側端子２１Ｂに接続されており、カソード防食ライン側端子２１Ａと流電陽極側端子２１Ｂとの間を通電する主通電線２１Ｄと、主通電線２１Ｄ内に直列接続されるモニタ抵抗２１Ｅと、定電流発生電源２１Ｃを備え、定電流発生電源２１Ｃは、主通電線２１Ｄにスイッチング素子２１Ｆを介して流電陽極２の側がプラスとなるように並列接続されている。定電流発生電源２１Ｃの具体例としては、１．５Ｖの乾電池を複数個並列接続するものを用いることができる。

定電流発生電源２１Ｃを接続・非接続制御する制御手段２１Ｇは、モニタ抵抗２１Ｅを流れる電流を設定時間毎に検出し、検出された検出電流値と設定電流値とを比較して、検出電流値が設定電流値より小さい場合にスイッチング素子２１Ｆを閉状態にする制御を行うものである。

この際の設定時間は、流電陽極２から直流迷走電流が流入してこれがダイオード１４を通ってパイプラインＬ２側に流入した場合にも腐食リスクが問題にならないように設定される。この設定時間を例えば４ｍｓｅｃとした場合、流電陽極２に流入する直流迷走電流が４ｍｓｅｃ間で１０Ａ（直流電気鉄道車両の負荷電流を１０００Ａとしてその１％がレール漏れ電流になった場合を仮定）だとすると、鉄の腐食量はファラデーの法則により１１．５６μｇとなり、この微小値が裸の鋳鉄管の表面から大地に分散して流出することになるが、この程度の値では鋳鉄管の維持管理上問題が無いと言える。

この定電流発生装置２０によると、流電陽極発生電流が設定電流値を超えている場合には、スイッチング素子２１Ｆが開状態になって定電流発生電源２１Ｃの接続は完全に遮断された状態になる。これによって、定電流発生電源２１Ｃを乾電池で形成した場合であっても電池寿命を無駄に費やすことが無く、電池交換の頻度を最小限に抑えることが可能になる。

定電流発生装置２０内には、モニタ抵抗２１Ｅを流れる電流を時系列的に記憶する記憶手段（フラッシュメモリ）を設けることができる。この記憶手段の記憶内容を定期的に確認することで、システム全体の正常動作を確認することが可能になる。

前述した設定電流値は、定電流設定手段２２によって設定される。すなわち、定電流設定手段２２は、定電流発生源２１Ｃを電線２０Ａ，２０Ｂ間に接続状態にして、パイプラインＬ１と流電陽極２間を流れる電流をモニタしながら、定電流制御のための設定電流値を所望の値に定めるものである。定電流設定手段２２としては、図示のように、モニタ手段を有する演算処理装置（ＰＣ又はＰＤＡ等）２２Ａをケーブル（例えば、ＵＳＢケーブル）２３で定電流発生装置２０に接続して、この演算処理装置に２２Ａよって機能させることができる。

この定電流設定手段２２は、パイプラインＬ１と流電陽極２間を流れる電流をモニタしながら、管対地電位計測手段３の電圧計３３で計測された管対地電位Ｐ／Ｓ^I，Ｐ／Ｓ^IIが前述した目標値に達したときのモニタ電流を定電流制御のための設定電流値に定める。

なお、この実施形態では、定電流発生装置２０の定電流値を適正に定めることで、流電陽極２からパイプラインＬ２に向けて流れる電流を阻止している。これに加えて、パイプラインＬ１と流電陽極２との間に逆流防止器を接続することで、流電陽極２からパイプラインＬ１に向かって流れる電流をより確実に防止することができる。

図５は、本発明の実施形態に係る埋設パイプラインのカソード防食管理システム及びカソード防食管理方法の他の例を示した説明図である（前述の説明と共通する部分は同一符号を付して重複説明を一部省略する）。この例では、パイプラインＬ１が外部電源方式でカソード防食された鋼管であり、パイプラインＬ２が塗覆装の無い鋳鉄管である。既設の鋳鉄管（パイプラインＬ２）の末端に鋼管（パイプラインＬ１）を接続する場合等では、鋼管（パイプラインＬ１）の敷設長さは長くなる。このような敷設長さの長い鋼管に対しては外部電源方式によるカソード防食が施される。

パイプラインＬ１には、外部電源装置４が接続されており、外部電源装置４のアノード４Ａから出力されるカソード防食電流をパイプラインＬ１，Ｌ２に供給している。この例では、塗覆装無しの鋳鉄管であるパイプラインＬ２の管対地電位が自然電位から少なくとも１００ｍＶマイナス側にシフトするように外部電源装置４の出力が制御される。

前述した例と同様に、土壌中での鋳鉄管の自然電位が例えば−５００ｍＶ_CSE（飽和硫酸銅電極ＣＳＥ基準）であるとすると、鋳鉄管の管対地電位が自然電位から少なくとも１００ｍＶマイナス側にシフトするように出力電流の制御を行う。すなわち、管対地電位Ｐ／Ｓ^IIの目標値は−５００−１００＝−６００ｍＶ_CSEとなる。

そして、前述した例と同様に、パイプラインＬ１の管対地電位Ｐ／Ｓ^Iは、パイプラインＬ２の管対地電位Ｐ／Ｓ^IIよりダイオード１５の動作電位だけマイナス側にシフトした値で且つカソード防食基準に合格する値になるように目標値を設定する。ダイオード１５の動作電位が５００ｍＶであるとすると、Ｐ／Ｓ^I＝Ｐ／Ｓ^II−５００＝−６００−５００＝−１１００ｍＶ_CSEとする。この値は、カソード防食設計の防食電位の一例である−１０００ｍＶ_CSE（日本ガス協会編「ガス導管防食ハンドブック」，１９９３年４月，ｐ．８９）に合格する値になっている。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る埋設パイプラインのカソード防食管理システム及びカソード防食管理方法によると、交流誘導電圧等によって、絶縁継手１の両側のパイプラインＬ１，Ｌ２にダイオード１４，１５の立ち上がり電圧Ｖ_Fを超える電圧がかかった場合、パイプラインＬ１，Ｌ２の一方から他方に電流を流すことで、電圧を問題の無いレベルまで抑制することが可能になる。また、パイプラインＬ１，Ｌ２間にかかる電圧がダイオード１４，１５の立ち上がり電圧Ｖ_F以下の場合には、ダイオード１４，１５は無いものと同然になって、両パイプラインＬ１，Ｌ２間の絶縁状態が維持される。

絶縁継手１を介してカソード防食が適用されているパイプラインＬ１とカソード防食が適用されていないパイプラインＬ２が接続されている場合、接地抵抗の低い非防食ライン（パイプラインＬ２）に防食電流が流入し、これが絶縁継手１の手前で流出するジャンピング腐食が問題になるが、本発明の実施形態によると、パイプラインＬ２に電流が流入してパイプラインＬ１，Ｌ２間がダイオード１４の動作電圧（立ち上がり電圧Ｖ_F）以上の電圧になると、パイプラインＬ２からパイプラインＬ１にダイオード１４を介して電流が流れて電圧を問題のないレベルに抑制するので、前述したジャンピング腐食の問題は生じない。

また、絶縁継手１を介して接続されるパイプラインＬ１，Ｌ２には、増幅率−１の反転増幅器１０の入力端子１０Ａと出力端子１０Ｂがそれぞれ接続されており、その反転増幅器１０の反転入力端子１１Ｂと出力端子１０Ｂには同じ電圧−電流特性を有する一対のダイオード１４，１５が逆並列接続されているので、絶縁継手１の両側のパイプラインＬ１，Ｌ２に高い交流誘導電圧が印加された場合であっても、交流電圧を交流腐食リスクが問題とならないレベルまで抑制することができる。これは交流腐食リスクを低減させるだけでなく、交流電圧の印加でパイプラインＬ１，Ｌ２間を行き来する交流電流によって各パイプラインＬ１，Ｌ２のカソード防食状況が把握できなくなる不都合を解消している。これはカソード防食状況を管理する上で非常に有効な機能である。

そして、前述した各例に示すように、カソード防食電流を適宜に設定することで、防食状況が異なる両パイプラインＬ１，Ｌ２に対して適正にカソード防食電流を供給することができる。特に、カソード防食ラインと非防食ラインの接続においては、カソード防食電流を適正に非防食ラインに流入させ、非防食ラインから防食ラインに流れる電流のバイパス流路を形成し、防食ラインに流れ込んだ電流を再びカソード防食電流として出力することができるので、防食状況が異なる両パイプラインＬ１，Ｌ２の防食管理状況を適正に維持することができる。

１：絶縁継手，
２：流電陽極，
３（３Ａ，３Ｂ）：管対地電位計測手段，
４：外部電源装置，４Ａ：アノード，
１０：反転増幅器，１０Ａ：入力端子，１０Ｂ：出力端子，
１１：演算増幅器，１１Ａ：非反転入力端子，１１Ｂ：反転入力端子，
１２，１３：抵抗，１４，１５：ダイオード，
１６：サージ防護素子（サージアブソーバ），
２０：定電流発生装置，
３０：照合電極（飽和硫酸銅電極）
３１，３２：電線，３３：電圧計，
Ｌ１，Ｌ２：パイプライン

Claims (14)

1. 絶縁継手を介して防食状況が異なるパイプラインを接続して、接続される両パイプラインの一方又は両方にカソード防食を施す埋設パイプラインのカソード防食管理システムにおいて、
   増幅率が−１倍になる反転増幅器の入力端子を前記両パイプラインの一方に接続し、該反転増幅器の出力端子を前記両パイプラインの他方に接続して、
   前記反転増幅器における反転入力端子と前記出力端子との間に、同じ電圧−電流特性を有する一対のダイオードを逆並列接続したことを特徴とする埋設パイプラインのカソード防食管理システム。
2. 前記一対のダイオードにサージ防護素子を並列接続したことを特徴とする請求項１に記載された埋設パイプラインのカソード防食管理システム。
3. 前記ダイオードの順方向立ち上がり電圧が５００ｍＶであることを特徴とする請求項１又は２に記載された埋設パイプラインのカソード防食管理システム。
4. 前記両パイプラインの一方がカソード防食され且つ塗覆装が施された鋼管であり、前記両パイプラインの他方がカソード防食されていない塗覆装無しの鋳鉄管であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載された埋設パイプラインのカソード防食管理システム。
5. 前記鋼管は流電陽極方式でカソード防食され、前記鋼管と流電陽極とは該流電陽極からの発生電流を設定電流値に定電流制御しうる定電流発生装置を介して接続されており、前記定電流発生装置は、前記鋳鉄管の管対地電位が自然電位から少なくとも１００ｍＶマイナス側にシフトするように前記発生電流の制御がなされることを特徴とする請求項４に記載された埋設パイプラインのカソード防食管理システム。
6. 前記鋼管と前記流電陽極との間には、該流電陽極から前記鋼管に向かって導線を流れる電流を防止する逆流防止器が接続されていることを特徴とする請求項５に記載された埋設パイプラインのカソード防食管理システム。
7. 前記鋼管は外部電源方式でカソード防食されており、前記鋼管に接続される外部電源装置は、前記鋳鉄管の管対地電位が自然電位から少なくとも１００ｍＶマイナス側にシフトするように出力の制御がなされることを特徴とする請求項４に記載された埋設パイプラインのカソード防食管理システム。
8. 絶縁継手を介して防食状況が異なるパイプラインを接続して、接続される両パイプラインの一方又は両方にカソード防食を施す埋設パイプラインのカソード防食管理方法において、
   増幅率が−１倍になる反転増幅器の入力端子を前記両パイプラインの一方に接続し、該反転増幅器の出力端子を前記両パイプラインの他方に接続して、
   前記反転増幅器における反転入力端子と前記出力端子との間に、同じ電圧−電流特性を有する一対のダイオードを逆並列接続したことを特徴とする埋設パイプラインのカソード防食管理方法。
9. 前記一対のダイオードにサージ防護素子を並列接続したことを特徴とする請求項８に記載された埋設パイプラインのカソード防食管理方法。
10. 前記ダイオードの順方向立ち上がり電圧が５００ｍＶであることを特徴とする請求項８又は９に記載された埋設パイプラインのカソード防食管理方法。
11. 前記両パイプラインの一方がカソード防食され且つ塗覆装が施された鋼管であり、前記両パイプラインの他方がカソード防食されず、且つ塗覆装のない鋳鉄管であることを特徴とする請求項８〜１０の何れかに記載された埋設パイプラインのカソード防食管理方法。
12. 前記鋼管は流電陽極方式でカソード防食されており、前記鋼管と流電陽極とは該流電陽極からの発生電流を設定電流値に定電流制御しうる定電流発生装置を介して接続されており、前記定電流発生装置は、前記鋳鉄管の管対地電位が自然電位から少なくとも１００ｍＶマイナス側にシフトするように前記発生電流の制御がなされることを特徴とする請求項１１に記載された埋設パイプラインのカソード防食管理方法。
13. 前記鋼管と前記流電陽極との間には、該流電陽極から前記鋼管に向かって導線を流れる電流を防止する逆流防止器が接続されていることを特徴とする請求項１２に記載された埋設パイプラインのカソード防食管理方法。
14. 前記鋼管は外部電源方式でカソード防食されており、前記鋼管に接続される外部電源装置は、前記鋳鉄管の管対地電位が自然電位から少なくとも１００ｍＶマイナス側にシフトするように出力の制御がなされることを特徴とする請求項１２に記載された埋設パイプラインのカソード防食管理方法。

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