JPH10511766A - 鋼鉄製強化合成パイプの腐食可能性の検出 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本方法および装置は、非導電性材質中に埋め込まれた内側（１０）及び外側（１４）ライニングの間に挟まれた導電性材質（１４）から構成される壁を有するパイプのパイプとは異質の導電性媒体とパイプ壁中に埋め込まれた導電性材質（１４）との接触に起因する腐食可能性を検出する。異質の媒体とパイプ導電性材質との間の電気的ポテンシャルが決定される。そしてポテンシャルの安定性が、確認される。もしポテンシャルがある時間間隔にわたって予め定められた範囲を越えて変化しないならば、ポテンシャルは安定と見做され、異質媒体とパイプ中の導電性材質との間の腐食をもたらす接触を示す。不安定な電圧は電気的接触のないことを示す。

Description

【発明の詳細な説明】 鋼鉄製強化合成パイプの腐食可能性の検出発明の分野 本発明は、パイプと性質を異にする電解質の媒体とパイプの壁に埋め込まれた 鋼鉄との間の接触に起因する鋼鉄製強化合成パイプの腐食可能性の検出技術に関 する。広くは、この技術は、鋼鉄と異質な媒体との間の安定な電位の有無の検出 を含む。発明の背景 オイルおよびガスパイプラインのような高圧導管は、一般に従来型の鋼鉄パイ プで構成されていた。これらのパイプラインは、内圧および外圧の双方を受ける 。内圧は、パイプライン内の液体またはガスを搬送するために必要である。外圧 は、パイプラインが地下に埋設されたとき、もしくは、水中に沈設されたときに 、パイプライン上の土もしくは水の重さによって生成される。 鋼鉄パイプは、内圧および外圧に耐える必要な強度を具備しているけれども、 腐食に対して高い感受性を有する。腐食雰囲気は、内部の異質な媒体（例えば、 パイプラインによって搬送される電解質の液体もしくはガス）と鋼鉄との間の接 触によって、もしくは、外部導電性異質媒体と鋼鉄との間の接触によって助長さ れる。外部導電性異質媒体は、パイプが地下に埋設されたときは土であり、パイ プが海中に沈設されたときは海水であり、パイプが下水道に沿ってはしるとき、 もしくは、雨にさらされるときは水である。腐食はパイプの強度を減少し、圧力 によってパイプの漏洩もしくは破損を惹起するかもしれない。 この欠点を克服するために、鋼鉄製強化合成パイプが開発されている。これら のパイプは、重合体材料によって表面を覆われた鋼鉄の、もしくは、ファイバー ガラス樹脂のようなファイバーで強化された合成物に埋め込まれた鋼鉄の壁面を 有する。被覆もしくは樹脂体は、鋼鉄を異質の媒体とのあらゆる接触から遮断す ることによって鋼鉄を腐食から護る。鋼鉄製強化合成パイプの一例が、その要旨 が参照によって本願に組み込まれるコックス（Cocks）の特許、米国特許第 4,35 1,364号に開示されている。開示されたパイプは、内側および外側のライニング に間に挟まれた構造壁断面を有している。ライニングは、ガラスもしくは他の繊 維で強化された樹脂主体の層である。構造壁断面は、３もしくはそれ以上の構造 エポキシ樹脂でコーティングされた構造鋼鉄強化層である。パイプの各層は、マ ンドレルもしくはパイプ巻き機で順次他の層上に積層される。各ライニング層は 、螺旋巻きの樹脂製の湿った繊維粗糸によって形成されている。各鋼鉄層は、螺 旋巻きの樹脂でコーティングされた鋼鉄ストリップによって形成されている。 パイプラインの多くは埋設もしくは沈設されるので、少なくとも外側表面の目 視検査は、困難かつ高価な計画である。パイプが地中に埋設される場合には、パ イプを埋蔵する土は掘られなければならない。パイプが水中に沈設される場合に は、ダイバーが目視検査をしなければならないであろう。パイプラインの目視検 査は、明らかな困難を引き出す。 目視検査がたとえ可能であったとしても、鋼鉄層はファイバー樹脂体でコーテ ィングもしくは覆われているので、鋼鉄腐食の発生は目視で検出可能なものでは ない。多くの場合、腐食が保護層に影響を与えるほど進んだときにだけ、腐食が 目視で検出可能となる。腐食が目視で検出可能となるまえに、パイプは漏洩もし くは破損が発 生する可能性がある。従って、腐食の発生を防止するために適宜の行動が取られ るように、鋼鉄の腐食を助長する異質の媒体とのすべての接触を検出することは 必須となる。そのような接触を検出可能な装置は、パイプライン検査の費用を低 減し、パイプラインの破損を低減する。望ましくは、このような装置は、パイプ ラインの動作を阻害することなく機能しなければならない。換言すれば、パイプ 区間が検査されることが必要となるたびに、パイプラインの動作は休止されるべ きではない。そうでなければ、パイプラインの動作の休止に含まれるコストは、 そのような検出装置を経済的に不可能なものとするであろう。先行技術の記述 パイプもしくはタンクの漏洩もしくは腐食の検出のために、各種の装置がすで に開示されているが、いずれも本発明を開示してはいない。キッド（Kidd）の特 許、米国特許第 4,110,739号は、電解質液体で満たされた積層されたタンクもし くはパイプの漏洩を検出するための装置を開示している。タンクもしくはパイプ は、ファイバーガラスで強化された外壁と耐腐食性の熱塑性内壁との間に積層さ れた導電性層を含んでいる。パイプの内側からの液体漏洩の検出は、電気的導電 プローブ、プローブに接続されるバッテリ、バッテリに接続されるアラームおよ びパイプの導電層にアラームを接続する配線の４つの要素を接続した電気的回路 を構成することが予言されている。動作中、その回路は閉じられ、パイプの内壁 の破損が電解質の液体によるプローブの先端とパイプの導電層との間の導電経路 の確立を許容するときのアラームによって漏洩が検出される。このい記載は、パ イプ内壁の保護層を介しての漏洩の検出に限定されている。パイプ外側の保護層 を介しての漏洩の検出方法は、開示され ていない。 オフナー（Offner）の特許、米国特許第 4,101,827号は、電気的に導電性の媒 体（例えば、土）に埋設された電気的に絶縁性の材質で製造されたパイプの漏洩 を位置付ける方法を開示している。パイプは、電気的に導電性の液体（例えば、 水道水）で満たされている。電流は液体を介して流され、パイプ中の液体の長さ に沿って電圧勾配を生じる。電圧勾配は、漏洩の位置を決定するために解析され る。１つの実施例において、電圧計の一方の端子はアースに接続され、他の一方 の端子は電圧勾配を計測するためにパイプを介して引き出される絶縁された導体 の裸の端末に接続される。他の実施例においては、パイプの両側の端点の距離に 対して電圧勾配を発生させるために、パイプの両側の端点に電圧源が接続される 。そして、パイプの一方の端点における液体とアース間の電圧降下が計測され、 その端点から漏洩点までの距離は、これら２つの電圧と距離との間の関係によっ て決定される。この装置は、本発明と異なり、電流源の使用を要求する。 フェンナー（Fenner）の特許、米国特許第5,214,387号は、ファイバーで強化 された合成タンクの壁面を介しての液体の浸透を検出するための検出器を開示し ている。検出器は、電気回路を構成するために接続される少なくとも２つ、多く とも４つの電気的センサを具備している。１つのセンサは、タンクの内側に貫通 することによって、湿った共通基準点の形式をとる。他は、タンクの壁の種々の 深さに埋設された乾いた基準点である。タンクの内部の液体に貫通した電極と乾 いた電極の間の抵抗を測定するために、電流計が使用される。タンク壁中への液 体に浸透は、低抵抗値の計測によって表される。この技術は、センサの位置にお けるタンク壁中への液体に浸透の検出に限られる。もしセンサの位置から異なる 位置で漏洩が 発生すると、それは検出されないであろう。しかしながら、本技術は、パイプの どこであっても合成層を介する漏洩の検出を許容する。さらに、フェンナー（Fe nner）は漏洩の検出にガルバノメータを使用するが、本発明はミリボルトセンサ を使用して電気的ポテンシャルの安定性に基づいて漏洩を検出する。 先行技術は、本発明を開示していない。先行技術は、パイプあるいはタンクの 壁を介する漏洩を検出するためのある方法および装置を開示するけれども、いづ れも、ミリボルトの電気的ポテンシャルの計測の基づく本発明の方法および装置 を開示していない。発明の概要 方法および装置は、その接触が検出される絶縁された導電媒体の間の電気的ポ テンシャルの安定性を決定することによって、非導電性媒体によって相互に絶縁 された２またはそれ以上の導電性媒体の間の腐食を引き起こすかもしれない接触 を検出するために使用される。ある時間間隔における予め定められた範囲のポテ ンシャルの変動は、絶縁された導電性媒体間の接触が無いことを表す。逆に、安 定な、変動のないポテンシャルは、腐食の可能性をもって電解質が鋼鉄に接触し ていることを示している。図面の簡単な説明 図１は、鋼鉄製強化合成パイプの断面図である。図は無スケールである。 図２は、フィアバーグラス中に鋼鉄が埋め込まれた断面を有する鋼鉄製強化合 成パイプで構成された地下の高圧パイプラインの概略図である。又図は、パイプ 内の鋼鉄とパイプとは異質の媒体との接触を検出するための装置を示す。図は無 スケールである。 詳細な説明 鋼鉄製強化合成パイプは、原油を圧力で搬送するパイプラインに使用される場 合が多い。これらのパイプラインは、普通地中に埋設される。原油あるいは土と 鋼鉄との接触は、腐食を引き起こす。原油は精製油と異なり、塩水のような電解 質を含んでいるため、導電性であり、かつ腐食性である。腐食を引き起こす接触 から鋼鉄を保護するために、これらのパイプは、内部ライニング１０と外部ライ ニングとに挟まれた断面の鋼鉄構造壁を有する。ライニングは、ガラスあるいは 他のファイバーで強化された樹脂主体の層であり、従って非導電性である。構造 壁断面は、構造エポキシ樹脂でコーティングされた３もしくはそれ以上の構造鋼 鉄強化層から構成されている。パイプの個々の層は、マンドリルあるいはパイプ 巻き機で他の層の上に積層される。各ライニング層は、螺旋に巻かれた樹脂の湿 った繊維粗糸によって構成されている。各鋼鉄層は、樹脂でコーティングされた 鋼鉄ストリップを螺旋巻きによって構成されている。 本発明の望ましい実施例は、パイプに埋め込まれた鋼鉄とパイプ内を流れる異 質の電解物質との間の、もしくは、パイプに埋め込まれた鋼鉄とパイプ外側の異 質の媒体との間の電気的ポテンシャルを高感度の電圧計を使用して決定する。 １つのリードはパイプの鋼鉄層に接続され、外側パイプライニング１２を介し て引き出される。この接続を具備するために、様々の技術が使用され得る。１つ の技術によれば、このリードは製造過程においてパイプ鋼鉄層に接続される。他 の技術は、リードを設置するためにパイプの外側層を介して開口を作る。このリ ードは、鋼鉄層に接触するまで、開口に差し込まれる。そして、この開口リード インターフェイスは、密封される。 鋼鉄層１４は、パイプの全長にわたってはいない。さらに、図１ に示すように、それらは短いパイプ端１５で終わる。従って、パイプラインの個 々のパイプの間に連続的な電気経路はない。よって、リード１６はパイプライン の個々の独立した層に接続されなければならない。リードは溝内でパイプライン の外側表面に沿って走り、試験基地１８として表される適当な間隔で表面に出る 。各試験基地において、このリードは電圧計２０の第１の端子に接続される。こ の電圧計は１０メガオーム以上の入力インピーダンスを有するべきであり、そう でなければ、鋼鉄は電圧計によって分極化され、電気的ポテンシャルの計測に影 響を与える。 リード１６とリードが接続されていない鋼鉄層との間の電気経路を確立するた めに、全ての層を接続するワイヤ２２が使用される。保護ライニングを介する漏 洩が発生すると、異質の媒体が外側もしくは内側の層のいずれかに接触する。大 抵の場合、リード１６は最も外側の鋼鉄層に接続されるので、最も外側と最も内 側の層の接続だけで十分である。コックス（Cocks）の特許に開示されている鋼 鉄強化合成パイプにおけるワイヤー２２を使用した接続は、必要ではない。コッ クス（Cocks）形パイプにおける鋼鉄層は、樹脂の層でコーティングされている 場合においても、相互に電気的に接触していることが見出されている。これは、 樹脂コーティングを薄く、明らかに不均一に塗布する間に、鋼鉄層間の接触を許 容する開口が形成されるからであろう。 パイプによって搬送されるべき被搬送液体（電解物質）２４がパイプの内部鋼 鉄層と接触したかを決定するために、電圧計の第２の端子は電極２６もしくはパ イプ中で移動する液体中に浸された金属に接続される。金属片は、例えば、液体 とは接触するが、パイプ壁中の鋼鉄とは接触しないバルブあるいは他のフィティ ングであってもよい。臨時の電極は、パイプに沿って全てにに必要とされる。異 質媒体が適度に導電性である限り、個々のパイプに対して電極を有することは必 要ではない。 液体が最も内側の鋼鉄層と接触するならば、完全な回路が形成され、安定なミ リボルト級の電気的ポテンシャルが電圧計に記憶される。反対に、内側の非導電 性層が無傷であり、パイプ中の液体とパイプの壁に埋め込まれた鋼鉄との間に電 気的接触がなければ、この２つの間の電気的ポテンシャルは、不安定である。内 側層を介しての漏洩は、確実に鋼鉄を液体に短絡し、電気的ポテンシャルを安定 化する。ポテンシャルは電解作用によってゼロであるかもしれないし、そうでな いかもしれないが、少なくとも短時間間隔の間は安定を維持する。電圧の安定性 は、液体と鋼鉄との間の測定可能な電流に関わらず観測され得る。 パイプラインを埋設している土がパイプの最外層と接触しているか否かを決定 するために、電圧計の第２の端子は電極３０もしくは周辺の土に沈設された金属 片に接続される。金属は、どんな導電性構造、例えば、近傍の鋼鉄パイプライン 、亜鉛メッキされた連鎖フェンスポスト、バルブ、もしくは土中で駆動される鋼 鉄棒であってもよい。もし土が最外層と電気的に接触しているならば、完全な回 路が形成され、安定なミリボルト級電気ポテンシャルが電流計に記憶される。不 安定なポテンシャルは、電気的接触の欠如を示している。試験は、電圧計の一方 の端子が周囲の水に沈められた金属に接続された沈設されたパイプラインに対し ても同様である。 ここで、第２の電圧計端子の接続に応じて、安定なポテンシャルの読み取りは 、腐食の可能性を示す土もしくは搬送される液体とパイプ壁中の鋼鉄層との接触 を示すものである。安定なポテンシャルは、予め定められた時間間隔にわたる１ ミリボルト以上変化しないことである。この特別なパイプの形式に対しては、推 奨される適当 な時間間隔はほぼ１０秒以下であり、１秒で十分である。 電気的ポテンシャルの安定性は、１ミリボルト以下の変化がディジタル電圧計 に示される、および１ミリボルトがフルスケールのアナログ的な明らかな振れで あるアナログメータで観測される高インピーダンス（例えば１０メガオーム）電 圧計でたやすく視覚的に観測され得る。電気的接触があれば、読み値（もしくは 針）は変化しない。ライニングが完全で電気的接触がなければ、電圧読み値の変 化が容易に観察される。安定な電圧と不安定な電圧との間の区別に対しては数秒 のみで十分である。 この技術は、それらがパイプラインに組み込まれる前にパイプを検査する、あ るいはそれらがパイプラインに組み込まれた後であって運用状態となる前にパイ プを検査するために使用され得る。さらに、動作中の定期的な保守プログラムの 一部として検査を実行するために使用され得る。これは、中央基地から全パイプ ラインを遠隔的に監視する自動化された装置の一部でありうる。各試験基地の電 圧計は、その基地に割り当てられる各パイプのポテンシャルを検出し得る。そし て、各パイプに対する計測されたポテンシャルの安定性を評価し、腐食を助長す る鋼鉄層の土もしくは搬送される液体との接触の有無を決定する計算機に計測値 が移送される。このような接触があれば、救済行動がとられ得るように影響を受 けるパイプを識別するコードが中央基地に伝送される。代案として、中央計算機 がパイプライン中の各パイプから読み値を評価し、腐食の可能性のある接触が発 生したことを決定する中央基地に、電圧計の全ての読み値が直接伝送されてもよ い。これらのパイプラインは長さにおいて典型的には数マイルであるので、試験 基地から中央基地の情報を発する衛星に情報を発することも利益のあることであ る。 いったん腐食の可能性が検出されると、影響を受けたパイプは修 繕もしくは交換が成され得る。影響を受けたパイプの修繕もしくは交換のタイミ ングは、腐食の開始から腐食による破損までの間の時間間隔に依存する。コック ス（Cocks）の特許によって開示されるパイプは、破損前の腐食の構成の少なく とも１年に耐えるように設計される。換言すれば、腐食の発生から、このパイプ は腐食雰囲気において１年間安全に運用可能である。従って、腐食の発生が直ち に検出されるならば、パイプの修繕もしくは交換の行動は１年間必要とされない 。さらに、この腐食の発生と破損の間の臨界的な時間間隔は、検査間隔を設定す るために使用され得る。例えば、パイプが１年の臨界的な時間間隔を有すれば、 パイプは１年に１回検査（腐食のポテンシャルに対する監視）され得る。しかし ながら、１年に１回監視されるならば、腐食発生の実際の時間は未知であるので パイプは直ちに修繕もしくは交換されるべきである。 望ましい実施例は鋼鉄製強化合成パイプに特定されているけれども、非導電性 材質中に埋め込まれた導電性層もしくは材質で形成されたいかなるパイプもしく はタンクに、この方法は容易に適用され得る。 この明細書中で使用される「導電性材質」および「導電性媒体」は、ある程度 の伝導性を有する材質もしくは媒体（例えば、半導体）を意味する。原油のよう な非常に低い伝導性材質であっても、鋼鉄を短絡し、安定な電圧を発生するのに 十分である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９６年８月３０日 【補正内容】 請求の範囲 １．時間の関数として絶縁された導電性媒体間の電気的ポテンシャルを決定す る段階と、 ある時間間隔にわたるポテンシャルの変動が所定範囲以上か否かを確認し、該 所定範囲より少ない変動が潜在的な腐食を引き起こす接触を示す段階と、を具備 する相互に非導電媒体によって絶縁された２またはそれ以上の導電媒体の間の潜 在的腐食発生を検出するための方法。 ２．導電性媒体の１つがファイバーで強化された合成パイプ壁に埋め込まれた 鋼鉄であり、第２の導電媒体がパイプもしくは鋼鉄と異質の媒体であり、ファイ バーで強化された合成物が非導電媒体であって、さらに、 パイプ壁に埋め込まれた鋼鉄と導電性異質媒体との間の電気的ポテンシャルを 時間の関数として計測するための計測手段の接続段階と、 パイプ壁に埋め込まれた鋼鉄と導電性異質媒体との間の電気的ポテンシャルを 時間の関数として計測する段階と、を具備する請求項１に記載の方法。 ３．電気的ポテンシャルの変動の設定範囲が、１ミリボルトより小である請求 項２に記載の方法。 ４．前記計測手段の接続段階が、 高入力インピーダンス電圧計の第１の端子をパイプ中の鋼鉄に接続する段階と 、 電圧計の第２の端子を異質の媒体に接続する段階と、を具備する請求項２に記 載の方法。 ５．異質媒体に第２の端子を接続する段階が、 パイプによって運搬される電解性液体に晒されるがパイプ壁には晒されない電 極、バルブもしくは他の導電性侵入物、又はパイプ内の鋼鉄とは電気的に接触し ない土中に埋設された、全ての異質の金属的ないしは他の導電性構造物を第２の 端子に接続する段階から構成される請求項４に記載の方法。 ６．絶縁された導電性媒体間の電気的ポテンシャルを決定する手段と、 ある時間間隔の間ポテンシャルの変動が所定範囲以上か否かを確認し、該所定 範囲より少ない変動が潜在的な腐食を引き起こす接触を示す手段と、を具備する 相互に非導電媒体によって絶縁された２またはそれ以上の導電媒体の間の潜在的 腐食発生を検出するための装置。 ７．導電性媒体の１つがファイバーで強化された合成パイプ壁に埋め込まれた 鋼鉄であり、第２の導電媒体がパイプもしくは鋼鉄と異質の媒体である請求項６ に記載の装置。 ８．電気的ポテンシャルを決定する手段が高入力インピーダンス電圧計であり 、さらに、 パイプ内の鋼鉄に電圧計の第１の端子を接続する手段と、 異質の媒体に電圧計の第２の端子を接続する手段と、を具備する請求項７に記 載の装置。 ９．電圧計が、１ミリボルトより小の電圧変化を検出する請求項８に記載の装 置。 １０．異質の媒体がパイプによって運搬される電解性液体もしくはパイプが埋 設される土であり、さらに、 パイプによって運搬される電解性液体に晒されるがパイプ壁には晒されない電 極、バルブもしくは他の導電性侵入物、又はパイプ内の鋼鉄とは電気的に接触し ない土中に埋設された、全ての異質の金 属的ないしは他の導電性構造物を第２の端子に接続する手段から構成される請求 項８に記載の方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．時間の関数として絶縁された導電性媒体間の電気的ポテンシャルを決定す る段階と、 ある時間間隔にわたるポテンシャルの変動が所定範囲以上か否かを確認する段 階と、を具備する相互に非導電媒体によって絶縁された２またはそれ以上の導電 媒体の間の潜在的腐食発生を検出するための方法。 ２．導電性媒体の１つがファイバーで強化された合成パイプ壁に埋め込まれた 鋼鉄であり、第２の導電媒体がパイプもしくは鋼鉄と異質の媒体であり、ファイ バーで強化された合成物が非導電媒体であって、さらに、 パイプ壁に埋め込まれた鋼鉄と導電性異質媒体との間の電気的ポテンシャルを 時間の関数として計測するための計測手段の接続段階と、 パイプ壁に埋め込まれた鋼鉄と導電性異質媒体との間の電気的ポテンシャルを 時間の関数として計測する段階と、を具備する請求項１に記載の方法。 ３．電気的ポテンシャルの変動の設定範囲が、１ミリボルトより小である請求 項２に記載の方法。 ４．前記計測手段の接続段階が、 高入力インピーダンス電圧計の第１の端子をパイプ中の鋼鉄に接続する段階と 、 電圧計の第２の端子を異質の媒体に接続する段階と、を具備する請求項２に記 載の方法。 ５．異質媒体に第２の端子を接続する段階が、 パイプによって運搬される電解性液体に晒されるがパイプ壁には 晒されない電極、バルブもしくは他の導電性侵入物、又はパイプ内の鋼鉄とは電 気的に接触しない土中に埋設された、全ての異質の金属的ないしは他の導電性構 造物を第２の端子に接続する段階から構成される請求項４に記載の方法。 ６．絶縁された導電性媒体間の電気的ポテンシャルを決定する手段と、 ある時間間隔の間ポテンシャルの変動が所定範囲以上か否かを確認する手段と 、を具備する相互に非導電媒体によって絶縁された２またはそれ以上の導電媒体 の間の潜在的腐食発生を検出するための装置。 ７．導電性媒体の１つがファイバーで強化された合成パイプ壁に埋め込まれた 鋼鉄であり、第２の導電媒体がパイプもしくは鋼鉄と異質の媒体である請求項６ に記載の装置。 ８．電気的ポテンシャルを決定する手段が高入力インピーダンス電圧計であり 、さらに、 パイプ内の鋼鉄に電圧計の第１の端子を接続する手段と、 異質の媒体に電圧計の第２の端子を接続する手段と、を具備する請求項７に記 載の装置。 ９．電圧計が、１ミリボルトより小の電圧変化を検出する請求項８に記載の装 置。 １０．異質の媒体がパイプによって運搬される電解性液体もしくはパイプが埋 設される土であり、さらに、 パイプによって運搬される電解性液体に晒されるがパイプ壁には晒されない電 極、バルブもしくは他の導電性侵入物、又はパイプ内の鋼鉄とは電気的に接触し ない土中に埋設された、全ての異質の金属的ないしは他の導電性構造物を第２の 端子に接続する手段から構成される請求項８に記載の方法。