(57)【要約】【課題】  外部環境に覆われた状態の検査対象物の腐食を精度良く検出することが可能な腐食点検システムを提供する。【解決手段】  本発明の腐食検査システム（１００）は、検査対象物（１１）の表面の水分量を測定または予測する水分量測定・予測装置（１３）と、水分量測定・予測装置（１３）で得られた水分量測定値または水分量予測値から腐食量を算出する解析装置（１６）とを備え、解析装置（１６）は、水分量と腐食量との相関と、水分量測定値または水分量予測値とから検査対象物（１１）の腐食量を算出することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物の表面の水分量を測定または予測する水分量測定・予測装置と、
前記水分量測定・予測装置で得られた水分量測定値または水分量予測値から腐食量を算出する解析装置とを備え、
前記解析装置は、水分量と腐食量との相関と、前記水分量測定値または前記水分量予測値とから前記検査対象物の腐食量を算出することを特徴とする腐食検査システム。
【請求項２】
前記解析装置は、前記水分量測定・予測装置を設置している部位以外の部位の水分量を、水分量移動モデルを用いて計算し、
前記水分量測定値または水分量予測値と、前記水分量移動モデルを用いて計算した水分量と、前記水分量および腐食量の相関とから、前記水分量測定・予測装置が設置されていない部位を含む前記検査対象物の水分量を推定し、この推定した水分量から前記検査対象物の腐食量を算出することを特徴とする請求項１に記載の腐食検査システム。
【請求項３】
前記水分量移動モデルは、前記検査対象物によって決定される検査対象物パラメータと、前記検査対象物が置かれる環境によって決定される環境パラメータとに基づいて水分量を予想することを特徴とする請求項２に記載の腐食検査システム。
【請求項４】
前記検査対象物パラメータは、前記検査対象物の形状、材料およびぬれ性を含み、前記環境パラメータは、降水量を含むことを特徴とする請求項３に記載の腐食検査システム。
【請求項５】
前記解析装置は、前記検査対象物の検査対象部位ごとに、前記検査対象物パラメータおよび前記環境パラメータから前記検査対象部位の水分量を予想し、前記腐食量を算出することを特徴とする請求項３に記載の腐食検査システム。
【請求項６】
前記水分量測定・予測装置は、水分センサによって前記検査対象物の水分量を測定することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の腐食検査システム。
【請求項７】
前記水分量測定・予測装置は、水分量検査によって前記検査対象物の水分量を測定することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の腐食検査システム。
【請求項８】
前記水分量測定・予測装置は、カメラによって前記検査対象物の外観を撮影し、前記解析装置は、前記カメラによる撮影で得た画像から水分の侵入点を特定し、水分量を予想することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の腐食検査システム。
【請求項９】
算出された前記腐食量と、腐食量の設計許容値との比較によって腐食リスクを判定することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の腐食検査システム。
【請求項１０】
前記解析装置は、前記検査対象物の濡れ時間および乾燥濃縮を考慮した腐食加速時間を推定し、前記腐食加速時間から最終的な腐食発生リスクを判定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の腐食検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腐食検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラント機器やインフラ機器（例えば、配管）の一部は、保温材や埋設土壌などの外部環境によって覆われており、機器の状態を直接目視確認することができない。そのため、機器点検にはこれらの外部環境を除去する破壊検査を行うか、もしくは、特許文献１のようなセンサを設置し、腐食環境を特定することが必要である。しかし、特許文献１に記載のセンサは、新規に設置する機器に対しては設置が容易であるが、既設の機器では破壊検査と同様、機器を覆う外部環境の撤去が必要となる。
【０００３】
特に既設の老朽機器での腐食に関して、検査やセンサ監視が求められているため、外部環境を撤去せずに簡易に腐食量を予測、検知する技術が求められている。
【０００４】
非破壊で腐食部位を検査する方法として、特許文献２がある。特許文献２は測定時に存在する水分によって変化する熱伝導度および電気伝導度を利用して温度差から腐食発生部位を検出する手法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５９３５７０６号
【特許文献２】特許第３０８８５７１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献２のように水分によって腐食部位を検出する手段では、点検時に水分が存在する部位と腐食が発生した部位とは完全には一致せず、水分の移動によって腐食部位の特定に誤差が出る可能性がある。
【０００７】
本発明の目的は、上記事情に鑑み、外部環境に覆われた状態の被検査物の腐食を精度良く検出することが可能な腐食点検システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の腐食検査システムの一態様は、検査対象物の表面の水分量を測定または予測する水分量測定・予測装置と、水分量測定・予測装置で得られた水分量測定値または水分量予測値から腐食量を算出する解析装置とを備え、解析装置は、水分量と腐食量との相関と、水分量測定値または水分量予測値とから検査対象物の腐食量を算出することを特徴とする。
【０００９】
本発明のより具体的な構成は、特許請求の範囲に記載される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の腐食点検システムによれば、外部環境に覆われた状態の被検査物の腐食を精度良く検出することが可能な腐食点検システムを提供することができる。
【００１１】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１の腐食検査システムの模式図
【図２】実施例１の腐食検査システムで実施する腐食検査の手順を示すフロー
【図３】含水率と腐食電流の経時変化を示すグラフ
【図４】図２の腐食発生リスクの判定（Ｓ２０３）の手順を示すフロー
【図５】実施例２の腐食検査システムの模式図
【図６】実施例２の腐食検査システムで実施する腐食検査の手順を示すフロー
【図７】図６の腐食性環境移動予測モデルによる解析（Ｓ２１２）の手順を示すフロー
【図８】実施例３の腐食検査システムの模式図
【図９】実施例３の腐食検査システムで実施する腐食検査の手順を示すフロー
【図１０】実施例３の累積腐食発生リスクの判定（Ｓ２２３）のフロー
【図１１】実施例４の腐食検査システムの模式図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１４】
以下、図１から図４を用いて、本発明の実施例１の腐食検査システムについて説明する。
【００１５】
図１は実施例１の腐食検査システムの模式図である。図１に示すように、本実施例の腐食検査システム１００は、腐食の検査対象物（被検査物）である配管１１と、配管１１に接続された水分量測定装置１３と、水分量測定装置１３で測定したデータを用いて腐食を判定する解析装置１６とを有する。
【００１６】
本実施例では、検査対象を配管１１とする。配管１１には、配管の表面の水分量を測定する水分量測定装置１３が設けられている。水分量測定装置１３は、例えば熱伝導度や電気伝導度から水分を算出する水分センサを用いることが出来る。また、水分量測定装置１３は、水分検査を実施する装置であってもよい。水分検査とは、中性子や赤外線などを用いた非接触型の水分測定手法を示す。これらの適用により、外部環境１２を除去することなく、環境中の水分を測定することができる。
【００１７】
水分量測定装置１３は、配管の形状が変化し、水が溜まりやすいと考えられる部位（腐食性環境を形成しやすい位置）に設置することが好ましい。図１では、縦置配管とエルボ、その周辺に存在するフランジ部に水分量測定装置１３を設置している。すなわち、エルボの縦置配管では水分が滞留せずに流れることや、滞留した場合には特に重力の影響を受けて地方向に水分が移動し、滞留しやすいことを考慮し、配管１１の図１に示す部位に設置している。
【００１８】
土壌中に設置される配管１１については、降雨の影響を考え、基本的に配管１１の天側の表面に水分量測定装置１３を設置する。地下水脈の存在などで土壌中の水分が高いことが想定される場合には、配管内部からの内部流体流出も考慮し、地側にも水分量測定装置１３を設置する。
【００１９】
保温材が施工されたプラント配管については、配管１１の形状変化だけではなく、外部環境をさえぎる外装板１５や、配管サポートなどの固定具（図示せず）の影響を考慮することが望ましい。外装板１５の継ぎ目や、フランジなどの段違い部では、外装板１５同士に溶接接合している場合であっても空隙の存在や、溶接熱影響による耐食性の低下から、他部位よりも水分の検出可能性が高い。配管サポートについては、サポート同士の間では微小ではあるが保温材がたわみ、配管１１と保温材の間に空隙が形成されることが想定される。この場合、空隙に水が侵入した場合には滞留が発生するため、他部位よりも水分があることが想定される。これらを考慮し、配管１１の水分量測定装置１３の設置位置を決定することが好ましい。
【００２０】
水分量測定装置１３の設置間隔は、配管１１の形状が変化し、水分が滞留して腐食性環境を容易に形成すると考えられる部位には設置を必須とするが、配管１１の直線部などの比較的水分が滞留しないと予想される部位であれば、最低１ｍ間隔、最大で１０ｍほどの間隔で設置することが好ましい。
【００２１】
上述した水分量測定装置１３の設置部位は、配管１１とその周囲に水が溜まりやすい部位の一例であり、周囲の設置物や、配管の形状、設置状態などによって水が溜まりやすいと考えられる部位は変化する。これらを考慮して水分量測定装置１３の設置部位を決定することが好ましい。
【００２２】
腐食を検査する測定装置として、水分量測定装置１３に加えて、腐食の検出精度を向上させるため、比抵抗もしくは電気伝導度など環境の電気抵抗成分に関するパラメータを取得する測定装置（センサ）を併用することが望ましい。例えば、塩化物イオンや硫酸イオンなどの腐食を加速する因子を検出できる装置や、カルシウムやシリコンなどの腐食を抑制する可能性がある因子を検出できる装置および酸素量測定装置があると望ましい。イオンの影響については、環境中のリスクを一定として考えるのであれば、腐食検査とは別に得た、外部環境の分析結果を用いることも可能である。
【００２３】
水分量測定装置１３によるデータのサンプリング間隔は可能な限り短いことが望ましいが、環境の腐食の度合いや点検実施の頻度を考えて広げても問題ない。但し、降雨などの影響を捉えるため、最大でも１時間に１回程度のサンプリング間隔とすることが好ましい。これらのデータは解析装置１６に記録され、随時解析の実施および後の分析に利用する。
【００２４】
図２は実施例１の腐食検査装置で実施する腐食検査の手順を示すフローである。図２に示す判定フローによって、配管１１の水分量測定装置１３設置部位の腐食発生を判定する。
【００２５】
図２に示すように、まず配管１１の設計情報（鋼種、外径、材質、表面粗さなど）や、前回点検した時の配管１１の実肉厚などの情報および配管１１に対する塗装などの防食処理をパラメータとして解析装置１６に入力する（Ｓ２０１）。次に、水分量測定装置１３で得た水分量のデータ（センサデータ）を解析装置１６に入力する（Ｓ２０２）。解析装置１６は、入力したパラメータ、センサデータから、腐食発生のリスクを判定し（Ｓ２０３）、配管１１の点検・補修の実施の要否を決定する（Ｓ２０４、Ｓ２０５）。腐食発生判定は、入力情報の内、主に水分量のデータから算出された腐食量に基づいて行われる。解析装置１６には、水分量と腐食速度もしくは腐食量の相関が格納されている。
【００２６】
図３は含水率と腐食電流の経時変化を示すグラフである。図３には、水分と腐食速度もしくは腐食量の相関を示す一例として、配管１１を構成する炭素鋼の純水中における含水率と配管１１を構成する炭素鋼の腐食電流の関係を示した。水分量は、含水率もしくは湿度など、水分の絶対量を示すものを取得する。腐食電流は、例えば炭素鋼をＡＣＭ（Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ  Ｍｏｎｉｔｏｒ）センサ等で測定することができる。
【００２７】
腐食電流からの腐食量の計算は、腐食電流の総和から腐食反応に費やされた電荷量Ｑを算出した後、ファラデーの法則にしたがって、炭素鋼を構成するＦｅの物質量に変換することによって実施する。例えば、年間の腐食量を計算する際には下記の式を用いる：
（炭素鋼の年間腐食量）＝Ｑ／（２＊９６５００）＊５５．８５［ｇ］
腐食速度もしくは腐食量は、上述した腐食電流に限らず、試験片における重量変化、厚さまたは粗さ変化および被検査物（実機構造物）の減肉量なども利用できる。これらと含水率との相関を算出し、水分量測定装置１３で得た水分量のデータ（水分量測定値）と上記相関から腐食量を算出する。
【００２８】
水分量と腐食量との相関は、実データだけでなく、データを統計的に処理した近似式や、ＡＩなどを用いて作成されたデータベースを使用しても良い。
【００２９】
図４は図３の腐食発生リスクの判定（Ｓ２０３）の手順を示すフロー図である。腐食速度データベースＳ３０１は、例えば、上述した水分量と腐食量との相関である。配管１１の点検もしくは交換の指標は、設計上の許容値と総腐食量（腐食予測量）の大小による。総腐食量が許容値を上回った場合には、保温材の剥離や土壌の撤去などの外部環境１２を除去し、配管１１の直接的な配管の点検もしくは部位ごとの補修を実施する（Ｓ２０４）。
【００３０】
上述した本実施例の腐食検査システム１００によれば、土壌や保温材の除去をすることなく、非破壊方式で腐食部位を特定することができる。これにより、不要な土壌や保温材の撤去や、点検時に必要な足場組みや土壌崩落防止などのコスト、設置期間を短縮し、腐食検出率を向上できるため、効率よく点検を実施することが可能となる。さらに、本実施例の腐食検査システム１００によれば、測定した水分量から腐食部位を特定するのみならず、水分量と腐食量との相関から腐食量を算出することができる。このため、腐食リスクの判定をより高精度に行うことができる。
【実施例２】
【００３１】
図５は実施例２の腐食検査システムの模式図である。実施例２の腐食検査システム１０１では、配管１１の水分量測定装置１３を設置した部位のみならず、測定や点検の対象となっていない部位の腐食の発生を予測することができる。
【００３２】
図５に示すように、水分量測定装置１３は、実施例１の図１と同じく、腐食性環境を形成しやすい部位に設置にする。
【００３３】
センサデータのサンプリング間隔は、実施例１と同じく、可能な限り短いことを推奨するが、連続的なデータとして１時間に１点程度のサンプリング間隔を最大とする。
【００３４】
水分量測定装置１３の設置間隔は形状が変化し、腐食性環境１４を容易に形成する場合は設置を必須とするが、実施例１とは異なり、腐食性環境が変化しない直線部位などではセンサの設置間隔を数百ｍにまで広げてもよい。この間隔は、例えば点検用マンホールの間隔など、既存の設備を改修せずにセンサの設置が可能な間隔とする。
【００３５】
本実施例の腐食検査は、図５に示した腐食判定部位間隔ごとに対して実施することができる。この間隔は、水分量測定装置１３の設置位置を基準として、隣接する水分量測定装置１３までの距離を分割して実施する。間隔は短いことが望ましいが、腐食性環境１４が変わらないと想定できる場合には、実施距離を長くしてもよい。
【００３６】
図６は実施例２の腐食検査システムで実施する腐食検査の手順を示すフローである。腐食リスクの判定は、解析装置１６において、図６に示した判定フローによって実施する。実施例１との違いは、配管１１の水分量測定装置１３を設置していない部位や、水分量測定装置１３における測定を実施していない時の腐食の進行を予測するための腐食性環境移動予測モデルによる解析（Ｓ２１２）を有している点にある。
【００３７】
図７は図６の腐食性環境移動予測モデルによる解析（Ｓ２１２）の手順を示すフローである。腐食性環境移動予測モデル（Ｓ２１２）は、例えば水分であれば、水分量測定装置１３間の水分の移動を予測し、水分量がどの程度移動するかを予想し、配管１１全体の水分の分布を予想するものである。水分の移動予測には、例えばリチャーズ式のような計算式か、計算式によって求められた水分保持曲線もしくは試験結果などを数学的に処理した水分移動モデルを用いて実施する。水分以外の腐食性環境に対しても、同様に有効な計算方法や計算モデルを用いて移動モデルを作成する。
【００３８】
これらの計算を随時実施すると時間がかかるため、特定の配管形状について各々計算した結果をデータベース化していることが望ましい。例えば、エルボ、レデューサ、ノズル付き配管、バルブ、フランジなどの部位ごとの径を変えた場合の水の流れる量、確率などを計算し、データベース化しておく。
【００３９】
これらのデータを利用して腐食性環境１４の移動を予測するが、流速や外部環境の不均一性（天気など）によって移動が計算どおり発生していないことも考えられる。そのため、移動は計算結果に対し、実測値を利用した統計的解析によるゆらぎの考慮により補正されることが望ましい。これは、腐食性環境移動の確率計算データベースから算出する（Ｓ３０７）。このデータベースには、例えば配管１１の形状、ぬれ性、拡散係数など検査対象物パラメータや、降水量などの環境パラメータのデータが格納されている。
【００４０】
上記の課程により腐食性環境となる配管周辺の腐食性環境１４の分布が可視化されたため、これを図３のような水分量と腐食量の相関から、腐食リスクを判定する。腐食リスクの判定は実施例１と同様の判定とする。
【００４１】
本実施例では、実施例１の構成の効果に加えて、水分量測定装置１３を直接設置していない部位を含む配管１１全体の水分量を予想し、予想された各部位の腐食量を予想し、腐食リスクを評価することができる。
【実施例３】
【００４２】
図８は実施例３の腐食検査システムの模式図である。本実施例の腐食検査システム１０２は、実施例１〜２のように、水分量測定装置１３を設置せず、配管１１の外観をカメラ（検査対象物観察装置）３１で撮影した画像を用いて水分の侵入点を検出し、この点を腐食発生部位と予想して腐食量を算出する構成を有するものである。
【００４３】
図８から図１０を用いて本発明の実施例３の水分（腐食性環境）侵入点の推定と水分センサもしくは水分量測定から水分の移動履歴を推定し、過去に発生した腐食位置を予測する検査装置およびシステム１０２を説明する。
【００４４】
まず、図８における水分侵入点３２および測定位置について説明する。水分侵入点３２は、例えば土壌であればコンクリート舗装のひび割れや水溜りなど、保温材であれば外装板の継ぎ目や保温材が腐食劣化して変色した部位などの外装板が変形、破損した部位および保温材の継ぎ目やクラックが入った部位などになる。基本的に土壌や外装板など、外部目視点検などで簡易的に確認できるものとする。Ｘ線などを用いた詳細な欠陥検出技術を用いることも可能である。
【００４５】
配管１１の点検部位の設定は、実施例１および実施例２と同じ位置や間隔とする。特にプラント機器については、屋外に設置された機器を重点的に監視もしくは点検するような設定が望ましい。
【００４６】
本実施例では、降水量データなどの外部環境における腐食進行パラメータからの対象機器における腐食性環境の推定と、より詳細に腐食性環境１４を推定するために水分侵入点３２を検出するための画像を取得する観察装置は、定点カメラであってもよいし、航空機（ドローン）などに搭載したカメラであってもよい。
【００４７】
図９は腐食検査システムで実施する腐食検査の手順を示すフローである。図９に示すように、まず、検査対象物１１の基本的な情報を３Ｄ−ＣＡＤやカメラ画像から取得する。画像から取得できない検査対象物１１や外部環境１２に関する情報は、別途パラメータ入力モジュールに入力する。本フローの腐食発生予測では、まず、カメラ３１において、腐食性環境の侵入点として考えられる部位３２を検出する。侵入点３２が形成された後、降雨などによって腐食性環境１４が外部環境１２に発生する。その際に形成される腐食性環境１４の量や移動などは、実施例１で説明した水分移動モデルと同様の腐食性環境移動分布予測モジュールによって推定される。この時、雨滴の向きや速度なども考慮できるような処理をしていると精度の向上が期待できる。
【００４８】
図１０は実施例３の累積腐食発生リスクの判定（Ｓ２２３）のフローを示す図である。図１０を用いて配管１１の腐食環境の存在履歴をどのように累積腐食発生リスクに取り込むかを説明する。腐食性環境１４の分布を計算した後、その腐食性環境の保持時間（例えば、降雨による濡れ時間）を算出する（Ｓ２２２）。この保持時間に応じた腐食の発生量を算出する。この後、次の腐食性環境１４の付与まで保持時間が続くようであれば（Ｓ３０９→「ＹＥＳ」）再度侵入点から入り込んだ腐食性環境１４の影響による腐食量の算出を実施する（Ｓ３１１）。
【００４９】
次の腐食性環境１４の付与までに腐食性環境１４が途絶える場合には、腐食性環境１４の濃縮が考えられるため、パラメータ入力モジュールに入力された値から腐食性環境１４の加速率を算出し、腐食量を計算する（Ｓ３１０）。これらの累積によって累積の腐食量を計算し、腐食リスクを算出する。
【００５０】
腐食リスクの判定は、上記で腐食量予想ブロックで計算された腐食の累積値を利用して、腐食リスク判定ブロックで実施する（Ｓ２０３）。腐食リスク判定ブロックの構成は実施例１および２と同様のものである。
【００５１】
本実施例によれば、実施例１〜２のように、水分量測定装置１３を設けなくても、腐食量を算出し、腐食発生リスクを判定することができる。
【実施例４】
【００５２】
図１１は実施例４の腐食検査システムの模式図である。図１１に示す腐食検査システム１０３は、実施例３の腐食検査システム１０２の構成に水分量測定装置１３をさらに設けたものである。上述した通り、カメラ３１によって配管１１に侵入する水分量を予想することができるが、本実施例のように水分量測定装置１３を併用すれば、さらに腐食検査の精度を高めることができる。
【００５３】
以上、説明したように、本発明の腐食検査システムによれば、外部環境に覆われた状態の被検査物の腐食を精度良く検出することが可能な腐食点検システムを提供できることが示された。
【００５４】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施例は本発明を分かりやすく説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
【００５５】
例えば、検査対象物として、上述した実施例では配管を例にしたが、その他の腐食を検出すべきインフラ施設やプラント施設を構成する機器も検査対象とすることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１００，１０１，１０２，１０３…腐食検査システム、１１…検査対象物、１２…外部環境、１３…水分量測定装置、１４…腐食性環境、１５…外装板、１６…解析装置、３１…検査対象物観察装置、３２…腐食性環境侵入点。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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