JP5345795B2 - 流電陽極方式によるカソード防食システム及びカソード防食方法、流電陽極発生電流安定化装置 - Google Patents

Description

本発明は、流電陽極方式によるカソード防食システム、このシステムを用いたカソード防食方法、また、流電陽極発生電流安定化装置に関するものである。

土壌、海水等の電解質中に存在する金属体の腐食を防止するためには、金属体表面に塗覆装を施すことに加えて、金属体表面に直流電流（防食電流）を流入させてアノード反応を起こさせないようにする（金属体表面にカソード反応を起こさせる）カソード防食法が最も有効な方法であることが知られている。

現在、土壌埋設パイプライン等に対して行われているカソード防食法には、外部電源方式と流電陽極方式がある。外部電源方式は、土壌中に設置した電極（アノード）と防食対象（カソード）との間に直流電源装置を接続して電圧を与え、この電極から土壌を介して防食対象に直流電流を流入させて腐食を防止する方法である。一方、流電陽極方式は、防食対象よりも腐食電位がマイナスの金属をアノード（流電陽極）として、これを防食対象と電線で結び、流電陽極と防食対象間の異種金属電池作用によって流電陽極から発生する電流を、防食電流として防食対象に流入させて腐食を防止するものである。一般に、流電陽極は、鋼製の土壌埋設パイプラインに対してはＭｇ合金陽極が用いられ、鋼管杭や海洋鋼構造物等に対してはＡｌ合金陽極が用いられることが多い。

下記特許文献１に記載のものでは、流電陽極と防食対象間の電線にスイッチを設けて、このスイッチをＯＮ−ＯＦＦ制御することにより、断続的に防食電流を供給することが記載されている。
特開平７−２８６２８８号公報

流電陽極方式では、流電陽極と防食対象の電位差（有効電位差）が発生電流の駆動力となるので、周辺電解質が海水のように低抵抗の場合には十分な防食電流を流すことができるが、周辺電解質が淡水や土壌のように高抵抗の場合には、十分な防食電流を流せない場合がある。また、流電陽極の設置当初は適正な防食設計によって所要防食電流が得られている場合でも、直流電気鉄道車両の通過によって発生するレール漏れ電流のような直流迷走電流の存在や周辺電解質の抵抗の変化などによって状況が変化して、十分な防食電流が得られなくなる場合がある。

更には、流電陽極の設置当初は健全な防食状況であっても、その後に、地盤沈下によるメタルタッチの発生や塗覆装の経時的な劣化等で防食状況が悪化して、防食対象に腐食リスクの高い箇所が生じることがあり、流電陽極の設置当初に設計されていた防食電流では十分な防食状況の改善が得られない場合がある。

前述した従来技術では、流電陽極と防食対象間の電線にスイッチを設けて、このスイッチをＯＮ−ＯＦＦ制御することにより、防食電流を調整することは可能であるが、防食対象に対する流電陽極の設置後、経時的な状況の変化によって流電陽極発生電流が所要防食電流に足りなくなった場合には対応することができない。このような場合に、流電陽極を増設することで対処しようとすると、多大の設備費が掛かり、また即座の対応ができない問題がある。

これに対処するためには、流電陽極と防食対象との間に電圧を印加して流電陽極発生電流を増強させることが考えられる。しかしながら、単純に流電陽極と防食対象との間に電圧を印加しただけでは、周辺電解質に直流迷走電流が存在している状況下や経時的な周辺電解質の抵抗変化が把握できない状況下では、実際に増強した流電陽極発生電流が所要防食電流を満足しているのか否かを把握することができない。仮に、防食対象の電位を計測しながら、防食電位となる電圧印加を行ったとしても、印加電圧を固定すると、その後に経時的な変化が生じて再び流電陽極発生電流が所要防食電流に満たない状況が起こりうる。所要防食電流に安全率を見込んで大きめの電圧を印加することも考えられるが、発生電流を必要以上に生じさせると流電陽極の寿命が短くなって、長期的にみて設備費の増大になると共に資源の無駄遣いになる問題がある。

また、流電陽極設置後の管理は、流電陽極の残存寿命に基づいて行われており、流電陽極の残存寿命は、設置された流電陽極全体の有効電気容量からこれまでの発生電流による消費電気容量を差し引いた残存電気容量を、今後の発生電流によって一年間に消費することが予測される予測消費電気容量で除して求められるが、前述したように直流迷走電流の影響や周辺電解質の抵抗変化等で発生電流が安定化しない状況では、前述した予測消費電気容量の把握が困難になり、正確な残存寿命を予測することができない問題がある。

一方、流電陽極方式では、周辺電解質を流れる直流迷走電流が電解質から流電陽極に流入する逆流現象が問題になる。電解質から流電陽極に流入して、流電陽極から防食対象に流入した直流電流は、腐食リスクの高い箇所、例えば埋設金属構造物であれば接地抵抗が低いメタルタッチ箇所や塗覆装欠陥箇所で周辺電解質に流出することになり、その箇所が激しく腐食することになる。

この逆流現象を前述した流電陽極と防食対象間に印加される電圧のみによって阻止しようとしても、不定期に生じ且つ大きさが特定できない直流迷走電流に対して、必要なときだけ必要量の電圧印加を行うことは不可能である。

また、流電陽極と防食対象間の電線に逆流防止用のダイオードを設けることも行われているが、これによると、流電陽極からの発生電流はダイオードの作動特性によって決まり、この作動特性上ダイオードの両端に掛かる電圧が一定の作動電圧を超えない限り電流が順方向に流れない特性になっているので、流電陽極発生電流の駆動電圧がこの作動電圧分だけ差し引かれることになり、ダイオードが無い場合に比べて防食効果が低くなる問題が生じる。更には、流電陽極と防食対象間の有効電位差がダイオードの作動電圧以下の場合にはカソード防食電流が流れない無防食状態になってしまい、ダイオードが無い場合に比べて腐食リスクが高くなる問題がある。

また、ポリエチレンのような高抵抗率のプラスチック塗覆装で防食対象を覆っている場合には、流電陽極の周辺電解質との抵抗は高抵抗率のプラスチック塗覆装で覆われた防食対象のものよりかなり低いので、迷走電流が流電陽極に流入しやすい状態になっている。流入した電流は流入点から離れた塗覆装欠陥箇所で流出し、そこが電流流出集中箇所となって激しく腐食するリスクがあるので、迷走電流の流電陽極への流入阻止を図ることは、高抵抗率のプラスチック塗覆装で覆われた防食対象におけるカソード防食の維持管理上極めて重要である。しかしながら、高抵抗率のプラスチック塗覆装で覆われた防食対象と流電陽極間では流電陽極発生電流の駆動力が殆ど働かないので、ダイオードの逆流防止機能が作用しないことになり、ダイオードの接続では、このような防食対象に対しては効果的に逆流現象を阻止することができない問題があった。

本発明は、このような事情に対処するために提案されたものであって、電解質中の防食対象を流電陽極方式によってカソード防食するに際して、流電陽極設置後の各種状況変化に対しても安定して防食電流を発生させることができること、流電陽極の残存寿命を正確に予測して、設置後の流電陽極の管理を適正に行うことができること、電解質から流電陽極に流入する電流を状況に応じて或いは塗覆装の種類に関係なく適正に阻止することができ、且つ適正な防食状況を維持することができること、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、本発明は、一つには、電解質中の防食対象を流電陽極方式によってカソード防食するカソード防食システムであって、防食対象と流電陽極とを接続する電線間に接続されて前記流電陽極からの発生電流を設定電流値に定電流制御する定電流制御手段を備え、前記定電流制御手段は、定電流発生電源を前記電線間に並列的に接続・非接続制御する制御手段を備えることを特徴とする。

また一つには、電解質中の防食対象を流電陽極方式によってカソード防食するカソード防食方法であって、防食対象と流電陽極とを接続する電線間に、前記流電陽極の側がプラスとなる定電流発生電源を接続・非接続制御して、前記流電陽極からの発生電流を設定電流値に定電流制御する定電流制御手段を接続する工程と、前記定電流発生電源を接続した状態で、前記防食対象の対電解質電位を計測する工程と、計測された前記対電解質電位が防食電位に達したときの前記防食対象と前記流電陽極間の電流値を、前記定電流制御手段の設定電流値に定める工程と、前記流電陽極からの発生電流を前記設定電流値に定電流制御する工程とを有することを特徴とする。

また一つには、電解質中の防食対象を流電陽極方式によってカソード防食するために、防食対象と流電陽極とを接続する電線間に介挿接続される流電陽極発生電流安定化装置であって、前記電線が接続される防食対象側端子と流電陽極側端子間を通電する主通電線と、該主通電線内に直列接続されるモニタ抵抗と、前記主通電線にスイッチング素子を介して前記流電陽極の側がプラスとなるように並列接続される定電流発生電源と、前記モニタ抵抗を流れる電流を検出して前記スイッチング素子を開閉制御することで、前記流電陽極からの発生電流を設定電流値に定電流制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明によると、防食対象に対する流電陽極の設置後、経時的な状況の変化によって流電陽極発生電流が所要防食電流に足りなくなった場合に、周辺電解質に迷走電流が存在している状況下や経時的な周辺電解質の抵抗変化が把握できない状況下であっても、設定電流値を所要防食電流にして定電流制御を行うことで、流電陽極発生電流の増強を必要最小限に抑えて、良好な防食状況を確保することができる。これによって、設備費の増大や資源の無駄遣いが無く、流電陽極方式によるカソード防食状況の改善が可能になる。

また、改善後の流電陽極発生電流は定電流に制御されるので、その後の消費電気容量を正確に把握することができ、流電陽極の残存寿命を正確に予測することができる。これによって、流電陽極の交換や増設等の管理を適正に行うことが可能になる。

流電陽極発生電流を定電流制御することで、不定期に発生し大きさが特定できない迷走電流が存在する状況下であるか、或いは周辺電解質の抵抗が経時的に変化する状況下であっても、防食対象の塗覆装の種類に関係なく、流電陽極の発生電流を必要最小限に抑えながら流電陽極に流入する逆流電流を確実に阻止することができる。また、流電陽極からは一定のカソード防食電流が流出されることになるので、防食対象が無防食状態になる腐食リスクを完全に排除することができる。

このように、本発明によると、電解質中の防食対象を流電陽極方式によってカソード防食するに際して、流電陽極設置後の各種状況変化に対しても安定して防食電流を発生させることができる。また、流電陽極の残存寿命を正確に予測して、設置後の流電陽極の管理を適正に行うことができる。更には、電解質から流電陽極に流入する電流を状況に応じて或いは塗覆装の種類に関係なく適正に阻止することができ、且つ適正な防食状況を維持することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ここでは、電解質中の防食対象として、土壌に埋設された金属パイプラインを例にして説明するが、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、海水，淡水等の水中構造物等、あらゆる防食対象に適用できるものである。しかしながら、歴青質塗覆装或いは高抵抗率のプラスチック塗覆装が施された土壌埋設金属パイプラインに対するカソード防食の維持管理において、極めて有効なものである。

図１は、本発明の実施形態に係るカソード防食システムのシステム構成を示す説明図である。電解質中の防食対象である土壌埋設金属パイプライン（以下、単にパイプラインという）Ｐに電線Ｌ（Ｌ１，Ｌ２）を介して流電陽極Ａを接続して、パイプラインＰを流電陽極方式によってカソード防食するシステムを示している。ここでのパイプラインＰはアスファルト等の歴青質塗覆装が施されたものとポリエチレン等の高抵抗率のプラスチック塗覆装が施されたものがある。歴青質塗覆装が施されたパイプラインＰの場合には、地上に設置された照合電極Ｃ（例えば、飽和硫酸銅電極）とパイプラインＰとの電位差（管対地電位）を電圧計Ｖによって計測することで、カソード防食状況を評価することができる。一方、高抵抗率のプラスチック塗覆装が施されたパイプラインＰの場合には、流電陽極Ａから遠方（カソード防食区間の末端）に設置されたプローブ（図示省略）に流入する電流密度（プローブ電流密度）の計測によってカソード防食の状況を評価することができる。

本発明の実施形態に係るカソード防食システムでは、パイプラインＰと流電陽極Ａとを接続する電線Ｌ間に介挿接続されて、流電陽極Ａからの発生電流を設定電流値に定電流制御する定電流制御手段１を備える。

流電陽極Ａからの発生電流を補強・安定化させるには、定電流制御の他に定電圧制御又は定電位制御が考えられるが、パイプラインＰと流電陽極Ａ間の電線ＬのＩＲドロップは小さいので、パイプラインＰと流電陽極Ａ間の電線Ｌにおいて定電圧制御又は定電位制御を行うことは理論的に不可能である。そこで、実際上電圧又は電位を基準にした制御を行うためには、照合電極Ｃを地上に設置して、照合電極を基準にした制御を行うしかない。しかしながら、照合電極Ｃは、そもそも迷走電流が周辺電解質に存在する状況下では、迷走電流による電場によって照合電極の電極電位が変動してしまうので、これによっても安定した制御を行うことは不可能である。

本発明の実施形態では、流電陽極Ａからの発生電流を補強・安定化するために、定電流制御を採用した。これによって、周辺電解質に迷走電流が存在する状況下或いは周辺電解質の抵抗が経時的に変化する状況下であっても、流電陽極の発生電流を安定的に補強することが可能になる。

すなわち、電解質中の防食対象を流電陽極方式によってカソード防食するに際して、流電陽極設置後の各種状況変化に対しても安定して防食電流を発生させることができる。また、定電流制御した流電陽極発生電流から流電陽極の残存寿命を正確に予測して、設置後の流電陽極の管理を適正に行うことができる。更には、流電陽極発生電流を安定的に維持することで、電解質から流電陽極に流入する電流を状況に応じて或いは塗覆装の種類に関係なく適正に阻止することができ、適正な防食状況を維持することができる。

定電流制御を実現するためには、防食対象が接地抵抗の低い歴青質塗覆装パイプラインである場合には、定電流制御手段１にパイプラインＰの接地抵抗より非常に高い抵抗体を内蔵することで、下記式に示す定電流Ｉ_Ｃを得ることができる。

Ｉ_Ｃ＝Ｅ／（Ｒ_ｐｉｐｅ＋Ｒ_{ｉｎｔｅｒ}）≒Ｅ／Ｒ_{ｉｎｔｅｒ} （∵Ｒ_{ｉｎｔｅｒ}≫Ｒ_ｐｉｐｅ）
ここで、Ｉ_Ｃ：設定される定電流値（ｍＡ），Ｅ：定電流発生電源の電圧（Ｖ），Ｒ_ｐｉｐｅ：パイプラインの接地抵抗（ｍΩ），Ｒ_{ｉｎｔｅｒ}：制御手段の内蔵抵抗値（ｍΩ）

このように実行可能な定電流制御によると、防食対象が歴青質塗覆装パイプラインである場合には、パイプラインＰに強制的なカソード防食電流が常時流入することになるので、パイプラインＰは経時的にカソード分極することになる。すなわち、パイプラインＰの管対地電位は、流電陽極の対地電位に近づいていき、その結果パイプラインＰは良好なカソード防食を維持することになる。

一方、高抵抗率のプラスチック塗覆装が施されたパイプラインＰの場合には、流電陽極Ａから強制的に発生電流が常時安定して流出することになるので、周辺電解質に迷走電流が存在する状況下であっても、流電陽極への迷走電流の流入を確実に阻止することができ、流入した電流が塗覆装欠陥箇所で流出し、そこで激しく腐食するリスクを回避することができる。

定電流制御手段１と定電流設定手段について更に説明する。定電流制御手段１は、基本的には、定電流発生電源１０を電線Ｌ１，Ｌ２間に接続・非接続制御するものである。これに対して、定電流設定手段は、定電流発生源１０を電線Ｌ１，Ｌ２間に接続状態にして、パイプラインＰと流電陽極Ａ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。定電流設定手段としては、定電流制御手段１内の機能として設けることもできるし、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）２をケーブル（例えば、ＵＳＢケーブル）３で定電流制御手段１に接続して、この演算処理装置２によって機能させることもできる。演算処理装置２を接続する場合には、この演算処理装置２をデータ回収等の他の機能として用いることもできる。

このような定電流制御手段１と定電流設定手段を具備することで、定電流制御を行うための設定電流値を防食対象の敷設状況に応じて任意に設定することができる。また、定電流制御手段１を電線Ｌ１，Ｌ２間に接続した後に、簡易に定電流制御を行うための設定電流値を状況に応じて設定し、その後直ちに、定電流制御を実行しながら流電陽極方式のカソード防食を継続することができる。

特に、歴青質塗覆装が施されたパイプラインＰの場合には、定電流発生電源１０を接続した状態で、パイプラインＰと流電陽極Ａ間を流れる電流をモニタしながら、図１に示す電圧計Ｖで計測された管対地電位（防食対象の対電解質電位）が防食電位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ことができる。これによると、流電陽極Ａからの発生電流が常に所要防食電流になるように定電流制御を行うことになり、周辺電解質に迷走電流が存在している状況下や経時的な周辺電解質の抵抗変化が把握できない状況下であっても、カソード防食管理上適正な状態を維持することができる。

定電流制御手段１の構成例を更に具体的に説明する。定電流制御手段１は、電線Ｌ１が接続される防食対象側端子１１と電線Ｌ２が接続される流電陽極側端子１２との間を通電する主通電線１３と、主通電線１３内に直列接続されるモニタ抵抗１４とを備え、定電流発生電源１０は、主通電線１３にスイッチング素子１５を介して流電陽極Ａ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１０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。

そして、定電流発生電源１０を接続・非接続制御する制御手段１６は、モニタ抵抗１４を流れる電流を検出し、検出された検出電流値と前述した定電流設定手段で定められた設定電流値とを比較して、検出電流値が設定電流値より低い場合にスイッチング素子１５を閉状態にする制御を行うものである。

これによると、流電陽極発生電流が設定電流値を超えている場合には、スイッチング素子が開状態になって定電流発生電源１０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１０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。

図２は、定電流制御手段１を具体的に構成する流電陽極発生電流安定化装置１Ａの構成例を示す説明図である（図１と共通する部分には同一符号を付して重複説明を一部省略する）。前述した制御手段１６は、データ信号の入出力部と演算処理部とを備えており、演算処理部は、モニタ抵抗１４を流れる電流を検出する電流検出手段１６Ａ、防食対象側端子１１と流電陽極側端子１２間の電圧を検出する電圧検出手段１６Ｂ、電流検出手段１６Ａで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も低い場合にスイッチング素子１５を閉状態にするスイッチング素子作動手段１６Ｃ、電流検出手段１６Ａと電圧検出手段１６Ｂによって検出された検出電流値を記憶するデータ記憶手段１６Ｄを制御処理機能として備えている。データ記憶手段１６Ｄは前述した検出電流値をフラッシュメモリ１７に読み出し可能に記憶するものである。

電流検出手段１６Ａは、定電流制御を行うための検出電流値を得ると共に流電陽極発生電流をモニタするための機能を有する。電圧検出手段１６Ｂは、流電陽極発生電流の駆動力をモニタするための機能を有する。スイッチング素子作動手段１６Ｃは設定電流値に定電流制御するための作動部となる機能を有する。データ記憶手段１６Ｄは、検出電流値のデータ記憶によってカソード防食状況を定期点検時等に把握するための機能を有する。

電流検出手段１６Ａの検出とスイッチング素子作動手段の作動のタイミングは、高速の直流迷走電流による状況変化に追従することができ、更には交流誘導電流の影響を制御から排除できるように設定する。例えば、このタイミングを４ｍｓｅｃ間隔にすることで、商用周波数５０Ｈｚの１周期（２０ｍｓｅｃ）分の平均値（５点の平均値）を取って直流電流の検出電流値とすることができ、また、高速直流電気鉄道車両の通過によるレール漏れ電流等の高速現象に対しても十分に追従した制御を行うことができる。

また、主通電線１３中（図示の例では、モニタ抵抗１４より流電陽極側）に防食対象側端子１１から流電陽極側端子１２に向かう方向を順方向とするショットキーダイオード１８を設けることができる。ショットキーダイオード１８は、電解質を流れる迷走電流が流電陽極Ａに流入するのを阻止することができると共に、パイプラインＰから主通電線１３を通って確実に定電流が流れるようにしている。定電流制御によってショットキーダイオード１８には必要な作動電圧が常に印加されることになるので、ショットキーダイオード１８自体は非常な低抵抗体になる。したがって、ショットキーダイオード１８によるＩＲドロップは無視することができる。また、モニタ抵抗１４の抵抗値を０．２Ω程度に設計すれば、これによるＩＲドロップも小さくすることができ（１００ｍＡの電流が流れても２０ｍＶ）、これも無視することができる。

図３は、本発明の実施形態に係るカソード防食システムの敷設状態を示した説明図である（図１，２と共通する部分には同一符号を付して重複説明を一部省略する）。ここでは、地中に埋設されたパイプラインＰの延長方向に沿って所定間隔毎に設置されているターミナルボックスＴＢを利用してシステムを構築している。

すなわち、パイプラインＰに一端が接続された電線Ｌ１の他端と流電陽極Ａ（Ａ１：バックフィル）に一端が接続された電線Ｌ２の他端がターミナルボックスＴＢ内に引き込まれており、それぞれが、流電陽極発生電流安定化装置１Ａの防食対象側端子１１，流電陽極側端子１２に接続されている。また、ターミナルボックスＴＢ内に引き込まれた電線Ｌ１には管対地電位を計測するための電流計Ｖと照合電極Ｃが接続されている。そして、図示のように、流電陽極発生電流安定化装置１Ａは、ターミナルボックスＴＢ内に収容可能な外形寸法（例えば、外径Φ１２０ｍｍ×長さ４００ｍｍ）を有する筐体を備えおり、この筐体内に前述した構成部品が配備されている。

図示の状態で管対地電位を計測しながら定電流制御のための設定電流値を設定し、電流値設定後は照合電極Ｃの接続を外して、ターミナルボックスＴＢ内に流電陽極発生電流安定化装置１Ａを収容して外蓋１Ａ１を閉じる。これによると既設のターミナルボックスＴＢを利用して、その中に流電陽極発生電流安定化装置１Ａを収容するので、装置を長期間接続しておく場合にも、装置が通行等の邪魔にならない。また、ターミナルボックスＴＢ内で装置が完全に保護されるので、接続が外れてパイプラインＰが無防食状態になる等の不具合を確実に排除することができる。

図４は、前述したカソード防食システムを用いたカソード防食方法を説明する説明図である。同図は、防食対象が歴青質塗覆装パイプラインの場合と高抵抗率のプラスチック塗覆装パイプラインの場合を共に示している。

防食対象が歴青質塗覆装パイプラインの場合は、図１又は図２に示すシステム構成によって、パイプラインＰに対するカソード防食を行う。先ず、接続工程Ｓ１では、防食対象であるパイプラインＰと流電陽極Ａとを接続する電線Ｌ（Ｌ１，Ｌ２）間に定電流制御手段１を接続する。カソード防食状態計測工程Ｓ２では、定電流制御手段１における定電流発生電源１０を接続した状態で、パイプラインＰの管対地電位（防食対象の対電解質電位）を計測する。管対地電位が防食電位よりプラスよりにある場合には定電流発生電源１０の接続によってパイプラインＰのカソード分極が進み、管対地電位がマイナスよりに移行する。

電流値設定工程Ｓ３では、モニタ手段を有する演算処理装置（ＰＣ又はＰＤＡ等）２をケーブル（例えば、ＵＳＢケーブル）３で定電流制御手段１に接続して、この演算処理装置２で構成する定電流設定手段を実行し、管対地電位のマイナス方向への移行を確認しながら、モニタ手段でパイプラインＰと流電陽極Ａ間を流れる電流値を確認する。この際、演算処理装置２は、制御手段１６で検出されたモニタ抵抗１４を流れる電流値データを取り込み、モニタ手段に表示する。そして、計測された管対地電位が防食電位に達したときのパイプラインＰと流電陽極Ａ間を流れる電流値を定電流制御の設定電流値とする。

定電流制御実行工程Ｓ４では、設定電流値に基づいて定電流制御手段１を実行し、流電陽極Ａからの発生電流を設定電流値に定電流制御する。このような定電流制御は、接地抵抗の低い歴青質塗覆装パイプラインでは制御が容易に可能となる。この定電流制御を実行すると、強制的にパイプラインＰにカソード防食電流を流入させることになるので、経時的にパイプラインＰはカソード分極し、所要防食電流は経時的に小さくなる。これに応じて、所定の点検期間毎（例えば、１年に１回の定期点検時）に定電流制御の設定電流値の見直しを行うと、流電陽極発生電流の定電流発生電源１０による補強分の電流は小さくなり、定電流発生電源１０の消耗が少なくなる。

定電流制御実行工程Ｓ４での定電流制御手段１の作動状況は随時データ記憶手段に記憶され、その後のデータ処理で流電陽極Ａの残存寿命を即座に求めることができると共に、流電陽極Ａへ流入する迷走電流の発生源を特定することができる。

すなわち、例えば、図２に示したシステム構成では、電流検出手段１６Ａによって検出されるモニタ抵抗１４を流れる電流の検出電流値と、電圧検出手段１６Ｂによって検出される防食対象側端子１１と流電陽極側端子１２間の検出電圧値が、データ記憶手段１６Ｄによってフラッシュメモリ１７に記憶される。演算処理手段２を接続してフラッシュメモリ１７に記憶されたデータを取り込んでデータ処理を行い、例えば、前述した検出電流値の１０分間平均値を図積分することで、簡単且つ正確に流電陽極の消費電気容量を求めることができ、予め入力されている流電陽極Ａの元の電気容量と本数から正確に流電陽極Ａの残存寿命を求めることができる。また、例えば、検出電流値の最大値とその出現時刻を保存することで、流電陽極Ａへ流入する迷走電流の発生源を特定することが可能になる。

一方、防食対象がポリエチレン等の高抵抗率のプラスチック塗覆装が施されたパイプラインの場合には、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Ｐは、塗覆装欠陥がなければ鋼／電解質界面が存在しないので、管対地電位の計測は不可能である。流電陽極Ａは、所定距離範囲のカソード防食区間全体でパイプラインＰに所要防食電流となるカソード防食電流を供給するために、常時パイプラインＰと電気的に接続される。

流電陽極設置前には、予め流電陽極Ａが設置される近傍で高抵抗率のプラスチック塗覆装に欠陥が無いことを確認しておく。これは、図１のシステムで管対地電位が計測されない、或いは計測されたとしても流電陽極Ａの対地電位と殆ど差が無いことで確認できる。仮に、流電陽極Ａを設ける箇所の近傍で高抵抗率のプラスチック塗覆装に欠陥があると、流電陽極Ａから発生したカソード防食電流は流電陽極Ａ近傍に流入し、カソード防食電流が遠方まで到達しないことになるので、カソード防食区間が短くなってしまう。流電陽極Ａが設置される近傍に塗覆装欠陥がなければ、流電陽極Ａからその近傍のパイプラインＰに直流電流が流入することはない。

先ず、接続工程Ｓ１では、前述と同様に、防食対象であるパイプラインＰと流電陽極Ａとを接続する電線Ｌ（Ｌ１，Ｌ２）間に定電流制御手段１を接続する。この場合の定電流制御手段１は、カソード防食電流である流電陽極発生電流に影響を与えず、迷走電流が流電陽極Ａへ流入するのを阻止することを目的にしている。

カソード防食状態計測工程Ｓ２では、パイプラインＰの防食状態を計測する。この場合には管対地電位は計測できないので、流電陽極Ａの設置位置を中心にしたカソード防食区間の両端でパイプラインＰに接続したプローブを設置し、プローブ電流密度の計測を行う。プローブに流入する直流電流密度は、プローブ電流密度を指標としたカソード防食基準のプローブ流入直流電流密度の最小値である０．１Ａ／ｍ^２で十分である。定電流制御手段１における定電流発生電源１０を接続しない状態でプローブ電流密度を計測し、０．１Ａ／ｍ^２に足りない場合は定電流発生電源１０を接続した状態で計測する。

電流値設定工程Ｓ３では、定電流制御を行うための設定電流値を定めるが、防食対象が高抵抗率のプラスチック塗覆装パイプラインの場合には、流電陽極Ａに流入する迷走電流を阻止するのに必要十分な電流値が設定される。例えば、設定電流値を０．１ｍＡにする。この設定電流値は、プローブ表面積が１０ｃｍ^２である場合には、プローブ電流密度を指標としたカソード防食基準のプローブ流入直流電流密度の最小値である０．１Ａ／ｍ^２の電流値０．１ｍＡと同じ値になるが、通常、流電陽極発生電流は、定電流発生電源１０を接続しなくても０．１ｍＡより大きい値になるので、カソード防食電流である流電陽極発生電流に影響を与えることなく、迷走電流の流電陽極への流入を阻止でき、且つ必要にして最小の定電流発生電源１０の消耗で対応できることになる。

以上説明したように、このような実施形態によると、電解質中の防食対象を流電陽極方式によってカソード防食するに際して、流電陽極設置後の各種状況変化に対しても安定して防食電流を発生させることができる。また、流電陽極の残存寿命を正確に予測して、設置後の流電陽極の管理を適正に行うことができる。更には、電解質から流電陽極に流入する電流を状況に応じて或いは塗覆装の種類に関係なく適正に阻止することができ、且つ適正な防食状況を維持することができる。

本発明の実施形態に係るカソード防食システムのシステム構成を示す説明図である。 本発明の実施形態における定電流制御手段を具体的に構成する流電陽極発生電流安定化装置１Ａの具体的な構成例を示す説明図である。 本発明の実施形態に係るカソード防食システムの敷設状態を示した説明図である。 本発明の実施形態に係るカソード防食システムを用いたカソード防食方法を説明する説明図である。

符号の説明

１：定電流制御手段，１Ａ：流電陽極発生電流安定化装置，
２：演算処理装置（定電流設定手段），
３：ケーブル，
１０：定電流発生電源，
１１：防食対象側端子，
１２：流電陽極側端子，
１３：主通電線，
１４：モニタ抵抗，
１５：スイッチング素子，
１６：制御手段，
１６Ａ：電流検出手段，
１６Ｂ：電圧検出手段，
１６Ｃ：スイッチング素子作動手段，
１６Ｄ：データ記憶手段，
１７：フラッシュメモリ，
１８：ショットキーダイオード，
Ａ：流電陽極，Ｐ：パイプライン，Ｌ（Ｌ１，Ｌ２）：電線，
Ｖ：電圧計，Ｃ：照合電極，ＴＢ：ターミナルボックス

Claims (12)

1. 電解質中の防食対象を流電陽極方式によってカソード防食するカソード防食システムであって、
   防食対象と流電陽極とを接続する電線間に接続されて前記流電陽極からの発生電流を設定電流値に定電流制御する定電流制御手段を備え、
   前記定電流制御手段は、定電流発生電源を前記電線間に並列的に接続・非接続制御する制御手段を備えることを特徴とする流電陽極方式によるカソード防食システム。
2. 前記定電流制御手段は、
   前記定電流発生電源を並列接続状態にして、前記防食対象と前記流電陽極間を流れる電流をモニタしながら、所望の値に前記設定電流値を定める定電流設定手段を備えることを特徴とする請求項１に記載された流電陽極方式によるカソード防食システム。
3. 前記定電流制御手段は、前記電線が接続される防食対象側端子と流電陽極側端子との間を通電する主通電線と、該主通電線内に直列接続されるモニタ抵抗とを備え、
   前記定電流発生電源は、前記主通電線にスイッチング素子を介して前記流電陽極の側がプラスとなるように並列接続され、
   前記制御手段は、
   前記モニタ抵抗を流れる電流を検出する電流検出手段と、
   該電流検出手段で検出された検出電流値と前記設定電流値とを比較して、前記検出電流値が前記設定電流値より低い場合に前記スイッチング素子を閉状態にするスイッチング素子作動手段を備えることを特徴とする請求項２に記載された流電陽極方式によるカソード防食システム。
4. 前記制御手段は、
   前記防食対象側端子と前記流電陽極側端子間の電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電流検出手段と前記電圧検出手段によって検出された検出電流値を記憶するデータ記憶手段とを備えることを特徴とする請求項３に記載された流電陽極方式によるカソード防食システム。
5. 前記電流検出手段の検出と前記スイッチング素子作動手段の作動タイミングが４ｍｓｅｃ毎に行われるように設定されていることを特徴とする請求項３に記載された流電陽極方式によるカソード防食システム。
6. 前記主通電線中に前記防食対象側端子から前記流電陽極側端子に向かう方向を順方向とするショットキーダイオードを設けることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載された流電陽極方式によるカソード防食システム。
7. 電解質中の防食対象を流電陽極方式によってカソード防食するカソード防食方法であって、
   防食対象と流電陽極とを接続する電線間に、前記流電陽極の側がプラスとなる定電流発生電源を並列的に接続・非接続制御して、前記流電陽極からの発生電流を設定電流値に定電流制御する定電流制御手段を接続する工程と、
   前記定電流発生電源を接続した状態で、前記防食対象の対電解質電位を計測する工程と、
   計測された前記対電解質電位が防食電位に達したときの前記防食対象と前記流電陽極間の電流値を、前記定電流制御手段の設定電流値に定める工程と、
   前記流電陽極からの発生電流を前記設定電流値に定電流制御する工程とを有することを特徴とする流電陽極方式によるカソード防食方法。
8. 電解質中の防食対象を流電陽極方式によってカソード防食するために、防食対象と流電陽極とを接続する電線間に介挿接続される流電陽極発生電流安定化装置であって、
   前記電線が接続される防食対象側端子と流電陽極側端子間を通電する主通電線と、
   該主通電線内に直列接続されるモニタ抵抗と、
   前記主通電線にスイッチング素子を介して前記流電陽極の側がプラスとなるように並列接続される定電流発生電源と、
   前記モニタ抵抗を流れる電流を検出して前記スイッチング素子を開閉制御することで、前記流電陽極からの発生電流を設定電流値に定電流制御する制御手段とを備えることを特徴とする流電陽極発生電流安定化装置。
9. 前記制御手段は、
   前記モニタ抵抗を流れる電流を検出する電流検出手段と、
   該電流検出手段で検出された検出電流値と前記設定電流値とを比較して、前記検出電流値が前記設定電流値より低い場合に前記スイッチング素子を閉状態にするスイッチング素子作動手段を備えることを特徴とする請求項８に記載された流電陽極発生電流安定化装置。
10. 前記制御手段は、
    前記防食対象側端子と前記流電陽極側端子間の電圧を検出する電圧検出手段と、
    前記電流検出手段と前記電圧検出手段によって検出された検出電流値を記憶するデータ記憶手段を備えることを特徴とする請求項９に記載された流電陽極発生電流安定化装置。
11. 前記主通電線中に前記防食対象側端子から前記流電陽極側端子に向かう方向を順方向とするショットキーダイオードを設けることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載された流電陽極発生電流安定化装置。
12. 埋設パイプラインに沿って設置されるターミナルボックス内に収容可能な外形寸法を有する筐体を備え、
    該筐体内に、構成部品を配備したことを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載された流電陽極発生電流安定化装置。

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