JPH0387669A - 金属構造体の安全度を監視する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 造体の保護に関する。

産業上の狩慎では、地下燃料貯蔵タンク、海底構造体、
水、ガス又は浦パイプラインのような流体搬送パイプラ
イン、又は］Ｚ業、民間又は軍用の他のインフラストー
ンクチャ−のように、多くの構造体は解決すべき技術的
課題を有し７ている。

本発明は、最も困難なものの１つであり、かつ限定する
訳ではないが特定の適用例と（７て興味のある地下パイ
プラインを参照して述べられる。

ガス、水又は油パイプラインのように液体又ｉｌｌ気体
流体を搬送するパイプラインは一般にある長さの金属バ
イブ、一般には鋼製のバイブをい＜′−）か合わせで構
成される，、これＩ−７のバイブは組み立てられて連続
（、たパイプラインを戊ずよう共１．７溶接され、最終
着座位置、一般には中介に深い海溝に据ス病れ、そ１，
、て覆い隠され、既存環境が復冗されて、その後の利用
にじゃまにきれない。

組み立てられた連続パイプラインは、地下又は沈下パイ
プラインが設置されＣいる環境が鉄飼料に対し７て非常
に侵食性であるため、湿食に対する保護が与えられてｂ
する。

非常に本要なことは、パイプラインは寿命両全期間にわ
たって完全であり、かつうま、く維持Ｌ．続けることで
ある。これは構築コストが高いというだけでなく、特に
経済的価値のみならず、危険、汚染又は重大な妨害の原
因になることがあるため、流体の漏洩を避けなければな
らないことによる。

一般に採用されている保護は２つの異なったタイプ的保
護の形をしており、住いに協力（７合う。げ−なわちパ
イプラインを周囲の環境から絶縁する被涜から成る消極
防護と、孔があくまでバイブ金属。

をおかずような電気化学反応の進行を電位をかけること
によって抑制する陰極防食とがあり、これらが組み合れ
せられて使用される。

消極防護は一般に適当な清掃されたパイプラインに連続
被覆を与えることによって形成される。

この被覆は主とｔ，７２種類から成り、その１つは多層
の形をしていで繊維物質強化材を有し一般に熱が与えら
れるアスノァルト、ビチューメン及びグリースのような
炭化水素物質の被覆である。第２の揮類は端部を重ね合
わせたパイプラインをら旋状に為くテープの形で与えら
れ、又は型鋳込によって与えられるポリエチレン、ポリ
塩化ビニル及びエポキシ重合体のような合成重合体の被
覆である。広く使用きれている保護及び強化材とし，て
、ガラス繊維テープ、フェルト及びボール紙、アスベス
ト又は他の非腐食性繊維材料がある。

このような保護材はそれ翻身によって地下に敷設され又
は水に浸漬されたパイプラインを悼久的に維持するのに
十一分なものである。

この点において、以下のことを考えな１プればならない
。

ーたとえば完全に与えられたとしても、浸透性及び透過
性のない物質はないので、保護層を介しての侵食攻撃の
原因となる化学種の非常にわずかな通過が必ず起こる。

、−パイプラインの準備、被覆、吊り一ｈげ、敷設及び
埋設を含む一連の操作は与えられた被覆にわずかな損傷
又は不完全さが最初から発生し２、そのような欠陥が将
来、腐食現象の引き金になる。

−炭化水素及び重合物質及びそれらの強化材は非常に高
い化学的物理的安定性をイ４　しているが絶対的なもの
ではない。特に、温度又は湿度の変化が発生する。

地震、地すベり又は洪水のような自然現象及び偶発事件
がパイプラインの消極防護に損傷を与えることがある。

陰極防食は多孔性、損傷又は被覆の不完全な付与が腐食
攻撃にさらされている金属表面にある地点にてパイプラ
インの保護を与えている。

代表的な陰極防食の概要を第１図に示す。

パイプライン１は金属バイブ２及びその被覆３を含んで
いる。パイプライン１は連続性を中断することなく電気
的に分離する絶縁継手４によって別個の部分に分割され
ている。各部分の長さは数キロメートルであるが、この
値は設備及びその環境の重要性に基づいて極めて広範囲
に変え得るものである。

各パイプライン部分の保護しようとする金属部分２はコ
ネクタ５によって直流電流発生器Ｇの負極に接続され、
その正極はスイッチ７及び電流計Ａを備えたコネクタ６
、さらには伝播電極８を介して接地されている。

その伝播電極は一般にたとえば１以上の大型円筒状黒鉛
要素のようなもので構成され、発生される電界がパイプ
ライン部分全体に沿って正確に分布されるのを確実にす
るようかなりの深さ及び間隔に位置決めされる。パイプ
ラインに電流が供給されることによって、パイプライン
はその周囲の環境に比して負の電位を帯びる。

この電位はコネクタ９によって金属バイブ２に、そして
コネクタ１０によって被覆３の外部付近に位置された基
準電極１１に接続された電圧計Ｖによって測定される。

明らかなように、パイプラインを取り囲む環境に関して
金属バイブ２をある電位に維持するのに必要な直流電流
発生器Ｇの電流量は被覆３によって与えられる絶縁性に
逆比例し、被覆の欠陥又は浸透性が電気化学接触を与え
て腐食を引き起こす程度に正比例する。

陰極防食の電位は１ボルト程度の大きさであり、有効な
被覆を使うことによって、アースに関してそのような電
位差を維持するのに必要な電流は大きくない。与えられ
た電流と基準電極に関してパイプラインに確立される電
位差との比からの絶縁の直接の測定は被覆の劣化が補修
できないほどに達している場合にのみ有用である。

これに関し、注目すべきは、被覆の１ｍｍ”７ｍ”程度
の露出領域は侵食面から重要であるが、これは測定によ
って部分的に目立たなくなる電位に変化することである
（与えられた電流に等しくなるため）。

被覆３によって提供される絶縁をα１定する多くの方法
が従来より提案されているが、そのほとんどは実験室で
、又は、せ−いぜい、海溝にパイプラインを敷設する前
の段階で有効に使用できるだけであり、したがって運用
中のパイプラインの有用な現場確認というよりはサンプ
リングによる予備検査に適している。

一般にこの確認のため唯一の方法は、金属バイブに発生
器Ｇによって供給される電流が遮断された時の電位差の
変化を測定することに基づいている。これは、第２図に
示しである。

第工図に示した陰極防食回路が作動しており、発生器Ｇ
は陰極防食に必要な予定の負の電位ΔＶｒｅｇを示すた
めにバイブ２に必要とされる電流Ｉｒｅｇを供給してい
る。

第２図（Ａ）に示したように、時間ｔ、では、スイッチ
７が開いて電流路が断たれる。測定が行われる時、供給
される電流１ｒｅｇは破線に従って回復される。

給電遮断のため電位差は値ΔＶｒｅｇから急速に小さく
なる。電位降下の第１の部分ΔＶｏｈｍは電流の遮断と
ほぼ同じで、被覆３によって与えられた抵抗によるオー
ミック電位降下に相当するものである。電位降下の第２
の部分ΔＶｒｅａｔは漸近的降下に従ってゆっくりであ
り、回路の応答成分によるものである。記録計ＲＥＧを
備えた第１図の電圧計Ｖは第２図（Ｂ）に示したパター
ンを測定する。電位降下は電位差の２つの成分に分がれ
た異なった接触変動の点によって明確に区別され、これ
が被覆３の絶縁度に比例したΔＶｏｈｍの信頼性ある測
定を可能にし、これによって安全度又はその欠陥を表す
ことになる。

実際に、上述の方法は測定を行うために防食電流を遮断
する必要性から生じる問題がかなりある。

防食作用が終わる時間ｔ、では、瞬時電流はパイプライ
ンに沿って局部的な電気化学反応から生じた異なった電
位差点のためにパイプライン中で循環し始める。これら
の電流は電位ΔＶｅｃを生起させる。そのパターンは第
２図（Ｃ）に示し、１である。

このため、実際には、電圧Ｊｆ■は第２図（Ｂ）及び（
Ｃ）の和によりで定められる電位値で、第２図（Ｉ））
に示したような値を測定することになる。この第２図（
Ｄ）σ）パターンは、電位差のオーミック及び反応期間
を分けようとする変化が発！Ｌする地点にて縦線値を定
めることが非常に困難となるものである。

前記瞬時電流は絶縁抵抗の測定において大きな誤差の原
因となる。−Ｉ芋えられた防食電流は遮断時に瞬間的に
無効にきれるが、正確には、電気化学電流を発生するこ
の遮断は系を乱し２て第２図（Ｄ）に示したタイプの電
位図の妨害バクーンを４じさせる。

これらの電気化学電流の挿類及び大きさは地面の異質状
態に関係し、史には異なる溶存酸素濃度、ｐＨ変化、地
球全体の異なるイオン濃度、パイプラインに沿って異な
る欠陥分布など、中に存在する活性の腐食生成化学種に
関係する。

このような条件Ｆでは、陰極防食電流をゼロにした時の
電位降下はＢＥしく定められた形を９することはなく、
十分な再現性をもって値ΔＶｏｈｍ苓測定するこたはで
きず、その変化点は高度な記録電圧計をもってしＴ。も
正しく認識することはできない。

この現象に対し５、前述の方法により、実際のスイッチ
によって作られる電流ゼＵはしば１、ば瞬時でなく、た
とえそれがすばや＜　ｔｉわれたとしても進行性のもの
であり、オーミック降−トも又、垂直というよりは傾斜
したパターンをｈし、変化点（Ｄ縦線を十分正確に見積
もることはより一層困難にしているということも加味さ
れる。

他に重要な問題は、測定時に、バイブ２はもはや陰極防
食はされず、侵食にさらされることである。実際に、こ
の方法は臨時の検査し、か使用されておらず、長期間、
パイプラインの被覆の状態をチエツクするものではない
。いずれにしても、この方法は、試験も含めた全時間が
パイプラインを陰極防食（７ていない期間でかなりの時
間を古めるため、被覆の連続監視には不適当である。し
たがって、必要な作業を行うのに十分な時間での偶発的
なタイプの損傷を力＼すことはできない。

これに対し、本発明による方法は、陰極防食電流の遮断
に基づく方法の上述の問題点を発生することなく、パイ
プラインの被覆状態を連続的に測定することをｉ’Ｔ能
にするものである。

本発明による方法は第３図及び第４図を参照して述べる
が、これらは代表的実施例を示したものであってこれら
に限定されるものではない。

本発明による方法は、パイプライン１に陰極電流を！ｊ
えるが、所望の電流に関して対称パターンで、好ましく
はとんな場合にも１０％以下の低い変調レベルの方形波
を使って、陰極電流を恒久的に（第４図（Ｅ）に従って
）変調、するようにし５ており、その好ましい変調範囲
は０５％〜５％としている。

変調周波数は１ｏ０１１ｚ以下で、好ましい範囲は０．
０５−１．ＯＨｚ、　２つの半周期の比は０．００１−
１０００、好ましくは０１〜１０の範囲である。

被覆３の絶縁抵抗Ｒは、本発明に従って第４図（Ｆ）に
よりオーミック降下による電位変動Δｖ１を測定するこ
とによって定められ、その電位変動は圧力計Ｖによって
測定きれ、電流ＸｍａｘとＩＩＩＩｉｎとの差である印
加変調電流ドに相当する。したがって、Ｒ−ΔＶ”／Ｉ
＠となる。

これにより、パイプラインの被覆の絶縁抵抗の測定及び
その安全度の決定が可能となる。

Ｒ０値がわかれば、そこに現われるアース電位Ｖａ及び
全陰極防食電流１を知ることζＪより、Ｖｐ＝Ｖａ−Ｒ
Ｘなる式から有効防食電位Ｖｐを計算することができる
。

本発明による方法は、信頼性、融通性及びｉＩ確さをチ
エツクするため、実験室及び現場の両方にて実験的に試
験し２て来た。

米国特許第４２５５２４２号の例のような従来技術では
、保護被覆の存在を無視して、陰極性又は陽極性防食材
料に関する有極電位及びオーミック降ドを定めることを
提案している。このような処置によれば、方形でなく、
正弦波を種々にクリップさせた波形を使用している。こ
のような場合、挿々の誘起電位の検出は印加電流の値に
相関をとることができず、更に、上述のように、完全に
異なった役割を果たすオーミック効果または容量効果（
又は誘導効果）に属する値を分離することはできない。

Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ、　ｖｏｌ
、１８．　Ｎｏ、３　、　ｐ２１−２５　（１９７９）
のＫａｓａｈａｒａ等による論文には、導管の被覆に似
た被覆が与えられかつそれに平行に接続された試料に印
加の電流パルスと相関させて、試料に誘起された電流を
測定することによって、被覆導管の防食電位のシミュレ
ーション決定を行う方法が述べられている。

このような決定は、導管の被覆の条件に関して信頼性の
ある情報を得るのに使用することはできない。試料があ
る瞬間の導管の状態を忠実にシミュレートして誘起電位
の十分に正しい値を与えるであろうとしても、このデー
タは内包する技術的問題の解を与えるものではなく、方
形波による電流変調及び時間経過に伴うその方向に対す
る応答（誘起電位のオーミック成分のみと関係）に基づ
いているにすぎない。

無効成分は完全に異なった意味を有しており、これも有
用ではあるが単独成分としてだけである。

分離は方形波変調のみによって可能になる。

誘起電位（第４図の下方の図）のくぼんだところの斜め
の部分の傾斜は導管とアースとの間の無効容量に直接相
関させることができる。このような傾斜は導管の長さを
通じてばらばらに分布されている欠陥集中を最後まで表
している。この傾斜は基準電極から最も遠い欠陥で最小
になる。したがって、ＤＶ”の値は、これが相補の応答
を与えるので、単に問題の解ではなくプロットの形状を
与えている。

実施例１ カーボンブラックで充填した厚さ２　ｍＩＩのポリエチ
レンを型鋳造で被覆した長さｌｏｏｃｍ、直径２０ｃｍ
（８インチ）の鋼管を、室温で１００．ｃｔｓ／ｃｍの
導電率を有する生水の中に浸漬した。

絶縁抵抗の測定は、約１．８％の強さ変調をＩｍａｘ値
がＩ　ｗｉｎ値の３倍長い時間保持された半周期比３の
方形波を有する０、０８Ｈｚの周波数で行なった。

欠陥は試験中の鋼管に短絡された既知の表面積を有する
鋼板によってシミュレートされた。

第１表 パイプ表面積に対す名欠陥表面積の比を関数としたｗ！
韓低抵抗報告データら、小さな欠陥でさえも被覆の全絶
縁抵抗の正味低下となること、及び本発明の方法がこの
低下を忠実に追従できることを見ることができる。

実施例２ 現場試験として、ビチューメン被覆の直径３０．５ｃｍ
（１２インチ）、長さ１３ｋｍのパイプラインを使用し
、欠陥は試験パイプラインと短絡した既知の表面積の鋼
板の形でシミュレートされ、陰極防食の状態下で行った
。

その被覆において、パイプラインはその長さに沿ってラ
ンダムに分布された既存の欠陥も有している。

陰極防食直流電流発生器を方形波変調直流電流発生器に
置換するが、既存の分散及び基準電極は使用される。

パイプラインの絶縁抵抗は、前述の場合のように半周期
比３の方形波を有する０、１Ｈｚの周波数にて１．２％
の変調深さで動作させることによって測定される。

以下の表はその測定の結果を示している。

第２表 バイブ表面積に対する欠陥表面積の比を関数とした実際
のパイプラインの被覆のオーミック抵抗Ｌ２　　２９７
の　　　２．４　　１／３．８ＸＩｉ！４　５．１！４
　　２２４３１！２、Ｉｌａ 注：パイプライン部の表面積は［６８＋ｍ２である。

実験室及び現場で行われた実験試験を以下に示す。

絶縁抵抗の測定は１０−３Ω・ｍ２〜１０”Ω・ｍ２の
範囲内で行うことができる。被覆材料はどのようなタイ
プのものでもよいが、唯一条件は導電性でないことであ
る。

この方法の感度は欠陥が１：１０’程度の表面積比で検
出され得るくらいのものである。

得ることができるデータはパイプライン絶縁性の測定及
びラインに沿った有極性電位の測定に関する。

本発明による方法の利点を以下に述べる。

本方法はパイプラインの陰極防食における遮断を必要と
せず、したがって連続して行うことができる。又、非常
に正確かつ信頼性をもった測定を行うことができ、これ
は陰極防食が中断された時に生じる電気化学反応による
重大な妨害がなくなることによる。電流遮断が瞬時でな
いことによる不確定の源もなくなる。

更に有利な点は、被覆の状態の経時変化に従って変調レ
ベルを変えることにより測定精度を十分に保持すること
ができることである。

この変調変化はしかし、ΔＶｐの値が常に陰極防食に必
要な負の電位以下に保持されているようでなければなら
ない。

本発明の既存パイプラインへの適用は既存設備の電流電
流発生器を変調電流発生器に置換することが必要なだけ
であり、あるいは既存の発生器によってすでに作られて
いる直流電流を変調する装置を用意するだけでよい。

本方法は自動化に、及び集収センターへのデータの遠隔
伝送に適している。

本発明を実施する装置は以下のユニットから構成される
。すなわち、 一直流電源、 一方形波発生器、 一方形波／直流電流変調器、 一電流変調によって誘起された電圧を記録する測定装置
、 これらに、好ましくは −記録データ用プロセッサ、 一制御センターへの遠隔伝送 が含まれる。

第５図は本発明による監視装置を例示している。

陰極防食電流は、端子に直流電流を与える系統供給ポテ
ンシオスタットである発生器Ｇによって発生される。変
調器Ｍはポテンシオスタットに変調パルスを与えて、交
互に２つの電流Ｉ　ｒｎａｘ及びＩ　ｍｉｎを発生させ
、これによって方形波の陰極防食電流を発生させる。

電圧計■は電子メータ、すなわち高インピーダンス電圧
計であり、何ら内部信号に減衰を与えないで非常に正確
な測定を与えるものである。

この回路において、発生器Ｇの負極とパイプライン２と
の間に既知の抵抗Ｒｒｉｆがあり、この目的は変調に比
例した振動電圧降下を生じさせて同じ電子メータＶで■
６及びΔＶ゛の両方の測定を可能にさせることである。

Δｖ０は直接測定され、■１は ■″＝ΔＶｒｉｆ／Ｒｒｉｆ の関係式から計算される。

切換スイッチＣＴ　１　／　Ｃ７０の目的は変調電流及
び相当する電圧変動を読取り可能にすることであり、こ
れらＲｒｉｆの両端及びパイプライン２と基準電極との
間にてそれぞれ測定される。

電子メータによって行われる測定は記録機によって紙に
記録されるか、又はオシロスコープによって記録するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は代表的な陰極防食の概要を示す構成
図及び要部波形説明図、第３図は本発明を陰極防食に適
用した概要図、第４図は本発明方法の波形説明図、第５
図は本発明方法を実施する装置の回路図である。 １・・パイプライン、２・・金属パイプ、３・・被覆、
８・・電極、Ｇ・・発生器、Ｍ・・変調器、■・・電圧
計。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　流体輸送パイプラインのような陰極防食を受けてい
   る地下又は浸漬金属構造体の保護被覆の安全度を、この
   被覆によって与えられる電気抵抗を測定することで監視
   する方法において、構造体に与えられる陰極防食電流を
   実質的に方形の波で変調し、与えらた変調電流Ｉ＾＊に
   よって構造体に誘起されるオーミック降下ＤＶ＾＊によ
   る電位変動を測定し、被覆によって与えられる抵抗を Ｒ＝ΔＶ＾＊／Ｉ＾＊ の関係式から決定する、金属構造体の保護被覆の安全度
   を監視する方法。 ２　請求項１記載の方法において、監視は構造体に与え
   る陰極防食電流を常時変調するごとによって連続的に行
   われる、金属構造体の保護被覆の安全度を監視する方法
   。 ３　請求項１又は２記載の方法において、電流変調は１
   ０％以下、好ましくは０．５％〜５％の間の低い変調レ
   ベルで対称に行われる、金属構造体の保護被覆の安全度
   を監視する方法。 ４　請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法において
   、変調周波数は１００Ｈｚ以下、好ましくは０．０５Ｈ
   ｚ〜１Ｈｚの間であり、２つの半周期の比を０．００１
   〜１０００の間、好ましくは０．１〜１０の間である、
   金属構造体の保護被覆の安全度を監視する方法。 ５　請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法において
   、被覆の状態が経時変化しても、印加する陰極防食電流
   の変調レベルを変化させることによって測定精度を実質
   的に一定に保持するようにした、金属構造体の保護被覆
   の安全度を監視する方法。 ６　請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法によって
   金属構造体の保護被覆の安全度を監視する装置において
   、電気回路中に既知の抵抗Ｒｒｉｆを包含させ、変調電
   流Ｉ＾＊はＩ＾＊＝ΔＶｒｉｆ／Ｒｒｉｆの関係式を基
   にして電圧測定法によって測定される、金属構造体の保
   護被覆の安全度を監視する装置。 ７　請求項６記載の装置において、Ｉ＾＊及びΔＶ＾＊
   の両値は、切換スイッチＣＴ１／ＣＴ２によってＲｒｉ
   ｆの両端又はパイプライン２と基準電極１１との間の電
   圧差を測定するように切換えて同じ電子メータＶによっ
   て測定される、金属構造体の保護被覆の安全度を監視す
   る装置。