JP7356684B2

JP7356684B2 - 金属製部材の減肉量の推定装置及びこれを用いた金属製部材の減肉量の推定方法

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Publication number: JP7356684B2
Application number: JP2020048077A
Authority: JP
Inventors: 祝治朝倉; 守道岡本; 佳那関口; 彰藤井; 弘之加藤; 実伊藤; 靖弘小島
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2020-03-18
Filing date: 2020-03-18
Publication date: 2023-10-05
Anticipated expiration: 2040-03-18
Also published as: JP2021148574A

Description

本発明は、金属製部材の減肉量の推定装置及びこれを用いた金属製部材の減肉量の推定方法に関するものである。

製造工場内に配設されている金属製導管は、プラントの安全性や製品の品質を維持するために、金属製導管内の腐食や摩耗の状態を正確に診断し、減肉量を推定することが必要である。特に、製鉄所における焼結鉱製造工程のプラントでは、高炉設備に設置された多数の金属製導管を通して高温の気体や特殊なガスが輸送されるため、より正確な導管内の腐食や摩耗の状態を正確に診断し、減肉量を推定することが重要である。

通常、プラント内に配設された金属製導管内部の状況を把握する方法としては、プラントを停止した上で導管の一部を取り外して状態を把握したり、特殊な管内調査用のカメラを導入して内壁面の状態の検査を行ったりしている。しかしながら、このような従来の検査方式では、検査の度にプラントの稼働を停止して金属製導管内を診断可能な状態にする必要があるため、プラントの稼働率を低下させる原因となっていた。

一方、これまでに金属の腐食量を測定する方法として種々の方法が提案されている。具体的には、例えば、橋梁、港湾、建築物等の鋼構造物や、自動車、列車等の構造体を構成する鉄の腐食量を電気抵抗式の腐食センサを用いて行う測定方法がある（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１６－１９７１０２号公報

この提案によれば、電気抵抗式の腐食センサにより評価対象の金属材料の腐食量を測定できるとしている。しかしながら、この提案は、常温域での雰囲気における長時間に亘る鉄の腐食量の測定を目的とするものであるため、鉄以外の種々の材質からなり、さらに、気体が表面に流れる可能性がある工場内の金属製導管等の金属製部材の腐食や摩耗の状態を正確に診断することはできず、減肉量の正確な測定には適用できないものであった。

本発明は以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、種々の材質からなり気体が表面に流れる金属製部材の減肉量を推定することが可能な金属製部材の減肉量の推定装置及び金属製部材の減肉量の推定方法を提供することを課題としている。

即ち、本発明の金属製部材の減肉量の推定装置及び金属製部材の減肉量の推定方法は以下のことを特徴としている。

第１に、表面を気体が流れる金属製部材の減肉量の推定装置であって、前記金属製部材の減肉量の推定装置は、金属製部材の表面と面一に配置されるプローブを備え、前記プローブは、絶縁体からなる絶縁ベース部と、前記絶縁ベース部に設けられた配設用試験体と、前記絶縁ベース部に設けられた基準用試験体と、前記絶縁ベース部を前記金属製部材の表面に固定する固定部材とを備え、前記配設用試験体は、前記金属製部材と同質の材料で作られ、少なくとも一部が絶縁ベース部の表面に露出するように設けられた金属材であって、前記基準用試験体は、前記金属製部材と同質の材料で作られ、全体が絶縁ベース部の内部に封入された金属材であって、前記基準用試験体と前記配設用試験体は電気的に直列に接続されており、前記絶縁ベース部の表面と前記配設用試験体の表面と前記基準用試験体の表面は、前記固定部材の表面に対して面一になるように設けられていることを特徴とする金属製部材の減肉量の推定装置である。

第２に、前記第１の発明の金属製部材の減肉量の推定装置において、前記配設用試験体と前記基準用試験体の各々に対して、電流を供給可能な電源装置と、該プローブの前記配設用試験体と前記基準用試験体各々の電圧が測定可能に接続された電圧計とを備え、前記プローブの前記配設用試験体が、前記金属材料の表面と面一に配設されることが好ましい。

第３に、前記第１又は第２の発明の金属製部材の減肉量の推定装置において、前記金属製部材が、内面に気体が流れる金属製中空体の内壁面の金属材料であることが好ましい。

第４に、前記第１から第３の発明の金属製部材の減肉量の推定装置において、前記気体の流れに対して、前記基準用試験体が前記配設用試験体の上流側に配設されていることことが好ましい。

第５に、前記第１から第４の発明の金属製部材の減肉量の推定装置において、前記配設用試験体の表面の耐熱温度が４０～４００℃の範囲であることが好ましい。

第６に、前記第１から第５の発明の金属製部材の減肉量の推定装置であって、前記金属製部材の表面温度と、前記基準用試験体及び前記配設用試験体の温度が実質的に同等の温度となるように配設されていることが好ましい。

第７に、前記第１から第６の発明の金属製部材の減肉量の推定装置において、前記配設用試験体及び前記基準用試験体の各々が交換可能に設けられていることが好ましい。

第８に、前記第１から第７の発明の金属製部材の減肉量の推定装置において、前記プローブは、前記配設用試験体及び前記基準用試験体とともに、前記絶縁ベース部に設けられた他の配設用試験体と、前記絶縁ベース部に設けられた他の基準用試験体とを備え、前記他の配設用試験体は、前記金属製部材と異なる材料で作られ、前記絶縁ベース部から少なくとも一部が露出するように設けられた金属材であって、前記他の基準用試験体は、前記金属製部材と異なる材料で作られ、前記絶縁ベース部の内部に全体が封入されている金属材であって、他の配設用試験体と他の基準用試験体とは、同質の材料で作られるとともに、前記配設用試験体及び前記基準用試験体と実質的に同等の条件で配設されていることが好ましい。

第９に、前記第８の発明の金属製部材の減肉量の推定装置において、互いに材質が異なる複数種類の前記他の配設用試験体と、互いに材質が異なる複数種類の前記他の基準用試験体が配設されていることが好ましい。

第１０に、前記第８又は第９の発明の金属製部材の減肉量の推定装置において、前記他の配設用試験体及び前記他の基準用試験体の各々が交換可能に設けられていることが好ましい。

第１１に、前記第１から第７の発明の金属製部材の減肉量の推定装置を用いた金属製部材の減肉量の推定方法であって、前記配設用試験体と前記基準用試験体を実質的に同等の温度及び印加電流の条件下で、前記配設用試験体及び前記基準用試験体各々の電圧を測定し、得られた各々の電圧のデータから前記配設用試験体の厚みを推定することにより、前記金属製部材の表面の減肉量を推定することを特徴とする金属製部材の減肉量の推定方法である。

第１２に、前記第１１の発明の金属製部材の減肉量の推定方法において、前記配設用試験体及び前記基準用試験体とともに、これらとは材質が異なり、かつ同じ材質の他の配設用試験体及び他の基準用試験体を、前記配設用試験体及び前記基準用試験体と実質的に同等の条件で配設し、前記他の配設用試験体及び前記他の基準用試験体各々の電圧を測定し、得られた各々の電圧のデータから前記他の配設用試験体の厚みを推定し、前記他の配設用試験体の表面の減肉量を推定することが好ましい。

本発明によれば、種々の材質からなり、気体が表面に流れる可能性のある金属製部材の減肉量を推定することが可能な金属製部材の減肉量の推定装置及び金属製部材の減肉量の推定方法を提供することができる。

本発明の金属製部材の減肉量の推定装置におけるプローブの一実施形態を示す概略平面図である。本発明の金属製部材の減肉量の推定装置を金属製導管に配設した状態を示す概略断面図である。本発明の金属製部材の減肉量の推定装置によるシステム構成の一実施形態を示す概略図である。図３に示すシステム構成におけるスイッチングボックスの一実施形態を示す概略原理図である。本発明の金属製部材の減肉量の推定装置におけるプローブの他の実施形態を示す概略平面図である。＜検証２＞及び＜検証３＞に用いたプローブの概略断面図である。＜検証３＞における、固定部材の厚さを変化させた場合のプローブ内壁面側表面温度及び、プローブ外面側表面温度の測定結果を示すグラフである。

本発明の金属製部材の減肉量２の推定装置及び推定方法について図面に基づいて以下に詳述する。図１は、本発明の金属製部材の減肉量の推定装置におけるプローブの一実施形態を示す概略平面図であり、図２は、金属製部材の減肉量の推定装置におけるプローブを金属製導管に配設した状態の概略断面図である。また、図３は、本発明の金属製部材の減肉量の推定装置によるシステム構成の一実施形態を示す概略図である。

図２、図３に示す実施形態の金属製部材の減肉量の推定装置（以下、減肉量推定装置１００と略称する）は、少なくとも、測定対象となる金属製部材の表面と面一に配置されるプローブ１を備える。プローブ１は、絶縁体からなる絶縁ベース部１２と、絶縁ベース部１２に設けられた配設用試験体１０と、絶縁ベース部１２に設けられた基準用試験体１１と、絶縁ベース部１２を金属製部材の表面に固定する固定部材１６とを備える。配設用試験体１０は、測定対象となる金属製部材と同質の材料で作られ、少なくとも一部が絶縁ベース部の表面に露出するように設けられた金属材をいう。基準用試験体１１は、測定対象となる金属製部材と同質の材料で作られ、全体が絶縁ベース部の内部に封入された金属材をいう。なお、基準用試験体１１と、配設用試験体１０は電気的に直列に接続されている。また、絶縁ベース部１２の表面と、配設用試験体１０の表面と、基準用試験体１１の表面は、固定部材１６の表面に対して面一になるように設けられている。

さらに、本実施形態の減肉量推定装置１００は、電源装置３と、電圧計４とを備えている。また、プローブ１の配設用試験体１０と基準用試験体１１は、各々に対して、電源装置３から供給される電流が実質的に同等に印加されるように、配設用試験体１０と基準用試験体１１が直列に接続され、かつ配設用試験体１０と基準用試験体１１各々の電圧が測定可能に電圧計４に接続されている。

そして、本発明の金属製部材の減肉量の推定方法（以下、減肉量の推定方法と略称する）によれば、プローブ１の配設用試験体１０と基準用試験体１１を実質的に同等の温度及び印加電流の条件下で、配設用試験体１０及び基準用試験体１１各々の電圧を測定し、得られた各々の電圧のデータから配設用試験体１０の厚みを推定することにより、金属製部材の表面の減肉量を推定することを特徴としている。

ここで、本発明において実質的に同等の温度とは、全く同じ温度である必要はなく、電圧の測定値に影響を及ぼさない範囲の温度差は許容される。

本実施形態のプローブ１では、配設用試験体１０と基準用試験体１１を直列に接続した回路において、両端には電流印加用のケーブルが接続され、該ケーブルの他端は金属製部材２の外まで引き出されて安定化電源等の安定した直流電流の供給が可能な電源装置３に接続されており、所定の電流の印加により配設用試験体１０及び基準用試験体１１に等しい電流が流れるようになっている。また、配設用試験体１０と基準用試験体１１の各々には、電圧測定用のケーブルが接続されており、各々のケーブルの他端は金属製部材２の外まで引き出されて電圧計４に接続されている。これにより、配設用試験体１０及び基準用試験体１１を同等の温度及び等しい電流を印加した状態で各々の正確な電圧を逐次測定できるようになっている。なお、配設用試験体１０と基準用試験体１１に接続されるケーブルは、ケーブル自体が抵抗体となるため、電圧計４に接続する位置、ケーブルの材質や長さ、太さ等を同一に設定することが望ましい。

図１に示す本実施形態のプローブ１では、同じ形状、即ち、各々の長さ、幅、厚さが同一の４枚の配設用試験体１０と４枚の基準用試験体１１を備えており、合計８枚の配設用試験体１０及び基準用試験体１１は裏側で直列に接続されている。そして、配設用試験体１０の片面は絶縁体の絶縁ベース部１２の表面に露出しており、基準用試験体１１は絶縁ベース部１２の表面に配設され、かつ絶縁部材１３に被覆されるように封入されている。なお、本発明における基準用試験体１１の絶縁ベース部１２への封入とは、基準用試験体１１全体が絶縁ベース部１２内に封入される場合のほか、上記のように、基準用試験体１１が絶縁ベース部１２の表面に配設され、その表面全体を絶縁部材１３で被覆する場合も含む。

また、図３に示すシステム構成の実施形態では、プローブ１と電源装置３及び電圧計４の間にスイッチングボックス５を設けている。このスイッチングボックス５は、複数組の配設用試験体１０と基準用試験体１１について、個々の組の配設用試験体１０と基準用試験体１１の抵抗を測定することを可能とするものであり、具体的には、例えば、図４に示す実施形態の構成のスイッチングボックス５を例示することができる。本実施形態のスイッチングボックス５は、図１に示すような、配設用試験体１０と基準用試験体１１を４組直列に接続した構成のプローブ１について、４個のスイッチ５０と８個のリレー５１による８チャンネルの仕様であり、手動又は自動で所定の接続を切り替えることができ、接続された電圧計４により抵抗値を算出して集計することができる。

ここで、本発明のプローブ１においては、図２に示すように、プローブ１の表面は、絶縁ベース部１２の表面と、配設用試験体１０の表面と、基準用試験体１１の表面によって構成されており、絶縁ベース部１２の表面と配設用試験体１０の表面と基準用試験体１１の表面とは互いに面一となっている。そのため、プローブ１の表面が金属性材料２の表面に対して面一になるように配置すると、絶縁ベース部１２の表面と配設用試験体１０の表面と基準用試験体１１の表面は、金属製部材２の表面と面一になる。これにより、例えば気体が高速で移動する金属製導管内にプローブ１を設置した場合であっても、プローブ１が気体の移動を妨げることなく金属製導管内壁面と同様の物理的状態を保持することができ、より正確な測定が可能となる。なお、本発明のプローブ１は絶縁部材１３を備えている。しかしながら、絶縁部材１３は、後述するように薄手のフィルムやシートであるため、絶縁部材１３によって気体の移動が妨げられることはなく、金属製導管内壁面と同様の物理的状態を保持することができる。そのため、本発明のプローブ１においては、プローブ１の表面は実質的には金属性材料２の表面に対して面一に配置されることになる。

金属製部材２に対して上記の条件で所定の位置にプローブ１を配設した場合、配設用試験体１０の露出した面は気体と接触するため、時間の経過とともに金属製部材２の表面と同様に腐食や摩耗による減肉が進行する。一方、絶縁部材１３により絶縁ベース部１２に封入された基準用試験体１１は、外部から遮断された環境下にあるため腐食や摩耗による減肉は進行しない。絶縁ベース部１２の材質は、高い印加電流に対しても確実に絶縁できるものであり、かつ、金属製部材２の表面を移動する気体による影響を受けないものであれば特に限定されるものではないが、気体が高温であることを考慮して、高い耐熱性を有するものが好ましい。具体的な許容温度としては４０～４００℃の範囲が考慮される。このような条件に適合する絶縁ベース部１２の材質としては、例えば、プラスチック、セラミック、ガラス等を用いることができる。これらの中でも加工性等の観点から耐熱性プラスチックを好適に用いることができる。なお、絶縁ベース部１２は、直接金属製部材２に設置することもできるが、図２に示すように、金属等からなる固定部材１６を介して金属製部材２に設置することもできる。

一方、基準用試験体１１を被覆する絶縁部材１３もまた、その表面が気体と接触するため、金属製部材２の表面を移動する気体による影響を受けないものを選択する必要がある。また、絶縁部材１３に被覆される基準用試験体１１は、可能な限り配設用試験体１０と同温状態とすることが望ましいため、薄型で絶縁性及び４０～４００℃の範囲の耐熱性を有するとともに、熱伝導性を有するものであることが考慮される。このような材質の絶縁部材１３としては、上記絶縁ベース部１２と同じ材質のものを用いることができるほか、ポリテトラフルオロエチレンやマイカからなるフィルムやシートを好適に用いることができる。

また、本発明の減肉量推定装置１００のプローブ１において、基準用試験体１１が金属製部材２の表面の気体の流れに対して上流側に配設され、配設用試験体１０が金属製部材２の表面の気体の流れに対して下流側に配設されるように、プローブ１は金属製部材２に配設されている。このように配設用試験体１０の上流側に基準用試験体１１を配設することによって、配設用試験体１０が腐食や摩耗により表面状態が変化した場合であっても基準用試験体１１の温度変化が影響を受けにくくなる。これは、例えば、配設用試験体１０の下流側に基準用試験体１１を配設すると、配設用試験体１０が腐食や摩耗により表面状態が変化した場合、金属製部材２の表面を移動する気体の流れが変化して、基準用試験体１１の温度変化に影響を及ぼすためである。なお、図１に示すように、基準用試験体１１と配設用試験体１０を気体の流れに対して平行に配置する構成においては上記条件を考慮する必要はない。

本実施形態のプローブ１を配設する時期に関しては、金属製部材２の正確な減肉のシミュレーションを行う観点からは、新規の金属製部材２の配設時に同時に配設するのが望ましい。また、測定開始時の金属製部材２の状態が良好な場合には、既設の金属製部材２に対して所定の位置に配設することもできる。

上記本発明の減肉量推定装置１００を用いた減肉量の推定方法の原理は、金属の腐食や摩耗の進行により電気抵抗値が変化すること、また、電気抵抗値の変化に伴い、一定の印加電流の条件下における電圧値も変化することを基本原理としている。

プローブ１の表面を金属材料２の表面と面一に配置することにより、金属製部材２の表面と実質的に同一の材質の配設用試験体１０を金属製部材２の表面に対して面一に配設される。そのため、配設用試験体１０表面の腐食及び摩耗による減肉が金属製部材２の表面の腐食及び摩耗による減肉と符合することを前提として、定期的或いは連続的に配設用試験体１０の電気抵抗、即ち電圧を測定するとともに、腐食や摩耗、即ち、減肉しない状態に置いた配設用試験体１０と同じ材質、同じ形状の基準用試験体１１の電気抵抗、即ち電圧を配設用試験体１０と同じ条件下で測定して、各々の電圧から配設用試験体１０の厚みを推定する。これにより、配設用試験体１０の厚み減少量（減肉量）を腐食量及び摩耗量と推定し、また、その経時的変化から金属製部材２の表面の腐食及び摩耗による減肉の進行を推定することが可能となる。そこで、この厚み減少量のデータをもとに金属製部材２の表面の腐食及び摩耗による減肉量を推定するとともに、腐食や摩耗による減肉の進行を推定することが可能となる。

本発明の減肉量の推定方法は、表面を気体が流れる金属製部材２であれば限定されることなく適用が可能である。表面を気体が流れる金属材料としては、一般的に工場内等に配設されている基材が導電性を有する金属製部材２等があり、具体的には、高温ガスが内壁面を移動する、断面円形や角型の金属製導管、金属製タンク類、溶融炉等の金属製中空体を挙げることができる。また、適用可能な材質としては、例えば、鋼、鋳鉄、銅、亜鉛、アルミニウム及びこれらを含む合金、また、金属製部材２の外装にポリエチレンスリーブが設けられたり、基材に塗装等の表面処理がなされたりした金属又は合金、複合材料等からなる金属製部材２に対しても適用が可能である。これらの中でも、鋳鉄製構造物や炭素鋼製構造物が好適な評価対象として挙げられる。

本実施形態の減肉量の推定方法では、まず、金属製部材２に対して所定の位置にプローブ１の表面が金属製部材の２の表面と面一になるようにプローブ１を配設する。また、このプローブ１の配設用試験体１０と基準用試験体１１は金属製部材２の内壁面の材質と実質的に同一のものとする。なお、金属製部材２の表面に塗装等の被覆や、表面処理等がなされたもの、また、金属製部材２が複数の材質による複合材料である場合には、その構成と同じ材質構成の配設用試験体１０及び基準用試験体１１を用いる。

配設用試験体１０の配設場所は、例えば、金属製部材２が金属製導管の場合、この金属製導管が直線状に配設されている場所のほか、気体が複雑に流れるカーブ部分や、金属製導管の径が変化するフランジ部分等、如何なる場所にも設置が可能である。

また、金属製部材２と、配設用試験体１０及び基準用試験体１１を電気的に接続することが好ましい。これにより各々が同じ電位となり、より正確な金属製部材２の減肉量の推定を行うことができる。例えば、金属製部材２に電気防食が施されている場合には、配設用試験体１０及び基準用試験体１１を電気的に接続されていると電気防食の有効性を判断することもできる。

配設用試験体１０及び基準用試験体１１の電圧の測定においては、各々を同条件で行うことができれば特に限定されるものではないが、配設用試験体１０と基準用試験体１１の各々に同じ値の電流を印加した状態で、各々の所定の間隔における電圧を測定する必要がある。

配設用試験体１０と基準用試験体１１に印加する電流の大きさは、配設用試験体１０及び基準用試験体１１の大きさや材質、測定環境に応じて適宜決定することができるが、通常、１～１０Ａ、好ましくは２～５Ａ、より好ましくは３Ａである。印加電流を上記条件とすることにより、安全かつ正確に電圧を測定することができる。また、電流を印加した状態で測定する電圧については、配設用試験体１０と基準用試験体１１各々について所定の同一間隔で測定すること、また、電圧、即ち電気抵抗値が測定時の温度によって変化することから、上記のとおり同一温度条件下で測定することが重要である。

また、本発明の減肉量推定装置１００のプローブ１においては、図５に示すように、配設用試験体１０及び基準用試験体１１とともに、他の配設用試験体１４及び他の基準用試験体１５を配設用試験体１０及び基準用試験体１１と同じ条件で配設することもできる。他の配設用試験体１４とは、測定対象となる金属製部材と異なる材料で作られ、絶縁ベース部から少なくとも一部が露出している金属材をいう。また、他の基準用試験体１５とは、測定対象となる金属製部材と異なる材料で作られ、絶縁ベース部の内部に全体が封入されている金属材をいう。また、他の配設用試験体１４と他の基準用試験体１５とは、同質の材料で作られている。

上記構成のプローブ１によれば、配設用試験体１０と基準用試験体１１及び、他の配設用試験体１４と他の基準用試験体１５を同じ温度及び印加電流の条件下で各々の電圧を測定し、得られた各々の電圧のデータから配設用試験体１０及び他の配設用試験体１４の厚みを推定することができる。これによって、金属製部材２の表面の減肉量を推定するとともに、気体に対する金属製部材２の材質の適合評価を行うことができる。即ち、金属製部材２の表面を流れる気体の特性に対して、如何なる材質が好ましいかを評価することが可能となる。なお、本発明において適合評価とは、金属製部材２の表面を流れる気体に対して金属製部材２の材質が耐性を有するか否かを評価することを意味する。

上記の観点から、上記実施形態のプローブ１においては、複数種類の材質の他の配設用試験体１４及び他の基準用試験体１５を配設することも可能である。これにより、複数種の金属製部材２の材質の中から最適な材質を評価して決定することができる。なお、本実施形態のプローブ１においても、プローブ１の表面を金属製部材２の表面と面一に配設すること、また、金属製部材２の表面の気体の流れに対して、基準用試験体１１を配設用試験体１０の上流側に配設し、かつ他の基準用試験体１５を他の配設用試験体１４の上流側に配設すること、さらに、金属製部材２の表面温度と、他の基準用試験体１５及び他の配設用試験体１４の温度が同じ温度となるように配設することも測定精度の観点から好ましい。

また、本発明の減肉量推定装置１００のプローブ１においては、配設用試験体１０、基準用試験体１１、他の配設用試験体１４、他の基準用試験体１５の各々を交換可能に設けることもできる。例えば、基準用試験体１１や他の基準用試験体１５をメンテナンス等のために交換することができる。

また、他の配設用試験体１４及び他の基準用試験体１５について、測定途中で他の配設用試験体１４の腐食や摩耗による減肉が急速に進行してしまった場合や、他の材質のものについて試験したい場合など、配設用試験体１０及び基準用試験体１１はそのままの状態で、他の配設用試験体１４のみを、また、他の配設用試験体１４と他の基準用試験体１５を同時に他の材質のものなどに交換することができる。これにより、種々の材質について柔軟に適合評価の試験を行うことが可能となる。

さらに、上記本実施形態のプローブ１を用いた減肉量の推定方法においては、配設用試験体１０及び基準用試験体１１について得られた電圧データをデータ送信装置により無線で送信し、データ受信装置により受信した電圧データを蓄積し、蓄積した電圧データから得られる推定した配設用試験体１０と基準用試験体１１の厚みを比較することができる。

具体的には、例えば、配設用試験体１０と基準用試験体１１の各々に接続された電圧測定用のケーブルの他端をデータ送信可能な送信装置が内蔵された電圧計４に接続し、測定した電圧データを送信して、受信可能な受信装置によりデータを受信、蓄積、解析することにより実現することができる。送信装置としては、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の短距離間データ通信用機器や無線ＬＡＮ用の通信機器等を例示することができる。また、受信装置としては、パーソナルコンピュータやスマートフォン、タブレット等のモバイル機器を例示することができる。このように、測定した電圧データを送信可能にすることにより、複数の測定箇所のデータを離れた場所で一括して受信でき、効率的に解析することが可能となる。また、電源装置３及び送信装置にタイマー機能を設けることにより、自動でデータの送信、蓄積を可能とすることができ、より効率的に解析することが可能となる。

本実施形態の減肉量推定装置１００を用いた減肉量の推定方法では、プローブ１を用いて得られた電圧データから、仮想的な配設用試験体１０の推定厚みを算出して基準用試験体１１の厚みと比較する。そして、その配設用試験体１０の推定厚み減少量を腐食や摩耗による減肉量と推定する。具体的には、各時間毎のプローブ１における配設用試験体１０と基準用試験体１１の測定電圧及び配設用試験体１０の初期の厚みを下記式（１）に代入することにより、各時間経過後毎の配設用試験体１０の厚みを推定することができる。

時間t=0における配設用試験体の測定電圧：V₁(t=0)
時間tにおける配設用試験体の測定電圧：V₁(t)
時間t=0における基準用試験体の測定電圧：V_r(t=0)
時間tにおける基準用試験体の測定電圧：V_r(t)
時間t=0における配設用試験体の厚み：δ(t=0)
時間tにおける配設用試験体の厚み：δ(t)

＜検証＞
本発明の減肉量推定装置１００を設置する場合に懸念される事項として、測定する金属製部材２の設置温度環境が挙げられる。例えば、金属製部材２としての金属製導管内部の気体は高温となるが、外面側は大気環境であるため、時期によっては極端な低温になることが想定される。その場合、プローブ１の絶縁ベース部１２やこれらを固定する固定部材１６の材質特性の影響によって、プローブ１の温度と金属製導管の内壁面側の温度に差が生じ、適切な評価が行えない可能性が懸念される。そこで、以下に、本実施形態のプローブ１における絶縁ベース部１２及び固定部材１６の材質特性について検証した。

＜検証１＞
まず、金属製部材２のみの場合の熱伝導について検証を行った。なお、検証にあたり、想定される金属製部材２として、金属製導管で、材質が炭素鋼製、厚みが１２ｍｍのものを用いて検証を行った。検証条件及び検証結果を表１に示す。なお、熱流束ｑは下記（１）式を、外面側表面温度Ｔ_２は下記（２）式を、内壁面側表面温度Ｔ_１は下記（３）式を用いて算出した。なお、下記式（１）～（３）の各記号は、表１に示す項目の記号を意味している。

検証１の結果、内壁面側表面温度Ｔ_１及び外面側表面温度Ｔ_２はともに９０℃であり、温度差は殆ど生じないことが確認された。

＜検証２＞
次に、図６に示す断面構造の実施形態のプローブ１における絶縁ベース部１２の熱伝達について検証を行った。検証条件を表２に、結果を表３に示す。なお、検証にあたり、絶縁ベース部１２の材質をポリテトラフルオロエチレンシートとし、プローブ１の厚みを金属製導管の厚み１２ｍｍと同じにした。ここで、プローブ１の厚みとは、配設用試験体１０が配設された位置におけるプローブ１の厚みを言い、具体的には、配設用試験体１０の厚さＬ_１と、配設用試験体１０が配設された位置における絶縁ベース部１２の厚さＬ_２と、固定部材１６の厚さＬ_３と、を加算した値である。また、熱流束ｑの算出には（４）式を、外面側表面温度Ｔ_２の算出には（５）式を、内壁面側表面温度Ｔ_１の算出には（６）式を用いた。

（式中、Ｌ_１～Ｌ₃はそれぞれ配設用試験体の厚さ、絶縁ベース部の厚さ、固定部材の厚さを意味し、κ_１～κ₃はそれぞれ配設用試験体の熱伝導率、絶縁ベース部の熱伝導率、固定部材の熱伝導率を意味する。）

検証の結果、内壁面側表面温度Ｔ_１は９１℃、外面側表面温度Ｔ_２は８９℃であり、温度差はほとんど生じないことが確認された。

＜検証３＞
上記で確認した＜検証１＞及び＜検証２＞の結果から、プローブ１の厚みが金属製導管の厚みによらず、内壁面の表面温度はほぼ同じとなることが確認された。一方、絶縁ベース部１２を固定する固定部材１６の厚さが変化した場合、配設用試験体１０の表面温度が、金属製導管２のみの場合と比較して異なる可能性がある。そこで、検証３では、固定部材１６の厚さを変化させた場合の表面温度について検証を行った。

固定部材１６の厚さは表２に示す厚さとして、固定部材１６の厚さを変化させた場合のプローブ１内壁面側表面温度及び、プローブ１外面側表面温度を測定した。その測定結果を図７のグラフに示す。このグラフから、固定部材１６の厚さが２０ｍｍまでの範囲においてどのような固定部材１６の厚さでも表面温度に大きな影響を与えないことがわかった。

上記の検証から、検査対象の金属製導管に設置した本発明の減肉量推定装置１００のプローブによれば、配設用試験体の表面温度が金属製導管の表面温度とほぼ同じ温度に維持することができる。そのため、金属製導管の内面の腐食や摩耗の状態を正確に診断し、減肉量を正確に推定することが確認された。

１プローブ
１０配設用試験体
１１基準用試験体
１２絶縁ベース部
１３絶縁部材
１４他の配設用試験体
１５他の基準用試験体
１６固定部材
２金属製部材
３電源装置
４電圧計
５スイッチングボックス
５０スイッチ
５１リレー
１００減肉量推定装置

Claims

表面を気体が流れる金属製部材の減肉量の推定装置であって、
前記金属製部材の減肉量の推定装置は、金属製部材の表面と面一に配置されるプローブを備え、
前記プローブは、絶縁体からなる絶縁ベース部と、前記絶縁ベース部に設けられた配設用試験体と、前記絶縁ベース部に設けられた基準用試験体と、前記絶縁ベース部を前記金属製部材の表面に固定する固定部材とを備え、
前記配設用試験体は、前記金属製部材と同質の材料で作られ、少なくとも一部が絶縁ベース部の表面に露出するように設けられた金属材であって、
前記基準用試験体は、前記金属製部材と同質の材料で作られ、全体が絶縁ベース部の内部に絶縁部材によって封入された金属材であって、
前記基準用試験体と前記配設用試験体は電気的に直列に接続されており、
前記絶縁ベース部の表面と前記配設用試験体の表面と前記基準用試験体上の前記絶縁部材の表面は、前記金属製部材の表面に対して実質的に面一になるように設けられていることを特徴とする金属製部材の減肉量の推定装置。
前記配設用試験体と前記基準用試験体の各々に対して、電流を供給可能な電源装置と、
該プローブの前記配設用試験体と前記基準用試験体各々の電圧が測定可能に接続された電圧計とを備え、
前記プローブの前記配設用試験体が、前記金属製部材の表面と面一に配設されることを特徴とする請求項１に記載の金属製部材の減肉量の推定装置。
前記金属製部材が、内面に気体が流れる金属製中空体の内壁面の金属材料であることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属製部材の減肉量の推定装置。
前記気体の流れに対して、前記基準用試験体が前記配設用試験体の上流側に配設されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の金属製部材の減肉量の推定装置。
前記配設用試験体の表面の耐熱温度が４０～４００℃の範囲であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の金属製部材の減肉量の推定装置。
前記金属製部材の表面温度と、前記基準用試験体及び前記配設用試験体の温度が実質的に同等の温度となるように配設されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の金属製部材の減肉量の推定装置。
前記配設用試験体及び前記基準用試験体の各々が交換可能に設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の金属製部材の減肉量の推定装置。
前記プローブは、
前記配設用試験体及び前記基準用試験体とともに、前記絶縁ベース部に設けられた他の配設用試験体と、前記絶縁ベース部に設けられた他の基準用試験体とを備え、
前記他の配設用試験体は、前記金属製部材と異なる材料で作られ、前記絶縁ベース部から少なくとも一部が露出するように設けられた金属材であって、
前記他の基準用試験体は、前記金属製部材と異なる材料で作られ、前記絶縁ベース部の内部に全体が封入されている金属材であって、
他の配設用試験体と他の基準用試験体とは、同質の材料で作られるとともに、前記配設用試験体及び前記基準用試験体と実質的に同等の条件で配設されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の金属製部材の減肉量の推定装置。
互いに材質が異なる複数種類の前記他の配設用試験体と、互いに材質が異なる複数種類の前記他の基準用試験体が配設されていることを特徴とする請求項８に記載の金属製部材の減肉量の推定装置。
前記他の配設用試験体及び前記他の基準用試験体の各々が交換可能に設けられていることを特徴とする請求項８又は９に記載の金属製部材の減肉量の推定装置。
請求項１から７のいずれかに記載の金属製部材の減肉量の推定装置を用いた金属製部材の減肉量の推定方法であって、
前記配設用試験体と前記基準用試験体を実質的に同等の温度及び印加電流の条件下で、前記配設用試験体及び前記基準用試験体各々の電圧を測定し、得られた各々の電圧のデータから前記配設用試験体の厚みを推定することにより、前記金属製部材の表面の減肉量を推定することを特徴とする金属製部材の減肉量の推定方法。
前記配設用試験体及び前記基準用試験体とともに、これらとは材質が異なり、かつ同じ材質の他の配設用試験体及び他の基準用試験体を、前記配設用試験体及び前記基準用試験体と実質的に同等の条件で配設し、前記他の配設用試験体及び前記他の基準用試験体各々の電圧を測定し、得られた各々の電圧のデータから前記他の配設用試験体の厚みを推定し、前記他の配設用試験体の表面の減肉量を推定することにより、前記気体に対する前記金属製部材の材質の適合評価を行うことを特徴とする請求項１１に記載の金属製部材の減肉量の推定方法。