(57)【要約】【課題】水中にて稼働するポンプのすき間腐食発生を直接モニタリングできる装置及び方法を提供する。【解決手段】すき間腐食検出用電極２１及び電位差計２２を含むすき間腐食検出器２０を具備するポンプであって、すき間腐食検出用電極２１は、ポンプ本体と接触せず、ポンプの稼働時に導電性を有する液体に浸漬される位置に設けられており、ポンプの構成部材同士の合わせ面又は接触面のすき間腐食を検出し、電位差計２２は、すき間腐食検出用電極２１及びポンプ本体に電気的に接続されており、ポンプ本体とポンプの構成部材同士の合わせ面又は接触面との電位差を検出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
すき間腐食検出用電極及び電位差計を含むすき間腐食検出器を具備するポンプであって、
当該すき間腐食検出用電極は、ポンプ本体と接触せず、ポンプの稼働時に導電性を有する液体に浸漬される位置に設けられており、ポンプの構成部材同士の合わせ面又は接触面のすき間腐食を検出し、
当該電位差計は、当該すき間腐食検出用電極及びポンプ本体に電気的に接続されており、ポンプ本体とポンプの構成部材同士の合わせ面又は接触面との電位差を検出する、すき間腐食検出器を具備するポンプ。
【請求項２】
すき間腐食検出用電極及び電位差計を含むすき間腐食検出器を具備するポンプであって、
当該すき間腐食検出用電極は、ポンプの構成部材同士の合わせ面又は接触面を中心として直径３０ｍｍの仮想円領域内に少なくとも電極の先端部が位置し、電極全体はポンプ本体と接触せず、ポンプの稼働時に導電性を有する液体に浸漬される位置に設けられており、
当該電位差計は、当該すき間腐食検出用電極及びポンプ本体に電気的に接続されており、ポンプ本体とポンプの構成部材同士の合わせ面又は接触面との電位差を検出する、すき間腐食検出器を具備するポンプ。
【請求項３】
前記ポンプの構成部材同士の合わせ面又は接触面は、回転体の回転側と固定側との間、座金とフランジとの間、ボルトとナットとの間、座金とナットの間、締結されている両フランジの面の間、シール材とボルトとの間、シール材と座金との間、シール材とフランジとの間、から選択される１種以上の部材間に画定される、請求項１又は２に記載のポンプ。
【請求項４】
前記ポンプの構成部材同士が異種材質である場合には、耐孔食指数（PRE）が相対的に小さい材質の部材を含む領域に、前記すき間腐食検出用電極を位置づける、請求項１〜３のいずれか１に記載のポンプ。
【請求項５】
前記すき間腐食検出用電極は、不溶性電極である、請求項１〜４のいずれか１に記載のポンプ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１に記載のポンプにおいて、前記すき間腐食検出器によりポンプ稼働中のすき間腐食発生の有無をモニタリングする方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１に記載のポンプにおいて、前記すき間腐食検出器によりポンプ稼働中のすき間腐食発生を検知する、ポンプの運転管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプを構成する部材のすき間腐食を検知する技術に関し、特に、すき間腐食検出器を具備するポンプ、当該ポンプにおいてすき間腐食発生をモニタリングする方法、及び当該ポンプの運転管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポンプは水中に浸漬されて使用されるため、水中の塩化物イオンなどによる腐食作用を受ける。特に、ポンプを構成する部材を締結するフランジ及びボルト締結部のすき間には、塩化物イオンが濃縮されやすく、すき間腐食（crevice corrosion）や孔食(pitting corrosion)が発生する。塩化物イオンを多量に含む海水を揚水するポンプでは、構成部材に応力がかかり、すき間腐食や孔食を起点とする応力腐食割れが発生することもある。構成部材の材質の改善により耐食性は向上しているが、すき間腐食や孔食の発生は避けられない。特に、高濃度の塩化物イオンを含む環境や、高温環境、寒暖差の大きな環境など、過酷な環境で使用するポンプでは、すき間腐食や孔食の発生頻度が高い。
【０００３】
金属の腐食防止方法として、銅管内に通水されている系において、金属の自然電位をモニタリングしながら、その値が孔食電位未満となるように腐食抑制剤を添加する方法（特許文献１）が提案されている。特許文献１には、孔食電位は金属の種類、金属表面の幾何学的形状、接触している水の性質及び温度などにより左右されるため、予め当該系における孔食電位を求めておくことが必要であること、モニタリングした金属の自然電位と孔食電位とを比較して腐食発生の可能性を判断することが記載されており、実際に腐食が発生しているか否かを判断するものではない。
【０００４】
実機における環境を模擬した条件下でのモニタリング方法として、水系媒体に接する金属と同じ材質の金属片を重ね合わせ、一部同士を溶接し、他の部分に金属片相互間にすきまをあけ、溶接部、すき間部及び伝熱部をあわせ持った腐食モニタリング用センサが提案されている（特許文献２）。特許文献２には、腐食モニタリング用センサをセンサ設置装置内に通水するモニタリング水系の水が外部に漏れ出さないように固定し、センサ設置装置内にモニタリング対象とする水系の水を導入して、鋼管内部の水系環境を模擬することが記載されており、模擬環境下での腐食発生の可能性を判断することはできるが、実際に実機に腐食が発生しているか否かを判断するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−９８４７６号公報
【特許文献２】特開２０００−３０４６８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従前提案されている腐食モニタリング方法は、配管内部の金属表面の腐食、特に孔食の発生の可能性を判断する方法であり、水中ポンプのように装置内部及び外部が共に水中に没している環境下での実機の腐食発生をモニタリングすることはできなかった。
【０００７】
本発明の目的は、水中にて稼働するポンプのすき間腐食発生を直接モニタリングできる装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、水中にて稼働するポンプのすき間腐食発生を直接モニタリングできる装置及び方法が提供される。具体的態様は以下のとおりである。
［１］すき間腐食検出用電極及び電位差計を含むすき間腐食検出器を具備するポンプであって、当該すき間腐食検出用電極は、ポンプ本体と接触せず、ポンプの稼働時に導電性を有する液体に浸漬される位置に設けられており、ポンプの構成部材同士の合わせ面又は接触面のすき間腐食を検出し、当該電位差計は、当該すき間腐食検出用電極及びポンプ本体に電気的に接続されており、ポンプ本体とポンプの構成部材同士の合わせ面又は接触面との電位差を検出する、すき間腐食検出器を具備するポンプ。
［２］すき間腐食検出用電極及び電位差計を含むすき間腐食検出器を具備するポンプであって、当該すき間腐食検出用電極は、ポンプの構成部材同士の合わせ面又は接触面を中心として直径３０ｍｍの仮想円領域内に少なくとも電極の先端部が位置し、電極全体はポンプ本体と接触せず、ポンプの稼働時に導電性を有する液体に浸漬される位置に設けられており、当該電位差計は、当該すき間腐食検出用電極及びポンプ本体に電気的に接続されており、ポンプ本体とポンプの構成部材同士の合わせ面又は接触面との電位差を検出する、すき間腐食検出器を具備するポンプ。
［３］前記ポンプの構成部材同士の合わせ面又は接触面は、回転体の回転側と固定側との間、座金とフランジとの間、ボルトとナットとの間、座金とナットの間、締結されている両フランジの面の間、シール材とボルトとの間、シール材と座金との間、シール材とフランジとの間、から選択される１種以上の部材間に画定される、［１］又は［２］に記載のポンプ。
［４］前記ポンプの構成部材同士が異種材質である場合には、耐孔食指数（PRE）が相対的に小さい材質の部材を含む領域に、前記すき間腐食検出用電極を位置づける、［１］〜［３］のいずれか１に記載のポンプ。
［５］前記すき間腐食検出用電極は、不溶性電極である、［１］〜［４］のいずれか１に記載のポンプ。
［６］前記［１］〜［５］のいずれか１に記載のポンプにおいて、前記すき間腐食検出器によりポンプ稼働中のすき間腐食発生の有無をモニタリングする方法。
［７］前記［１］〜［５］のいずれか１に記載のポンプにおいて、前記すき間腐食検出器によりポンプ稼働中のすき間腐食発生を検知する、ポンプの運転管理方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、水中にて稼働するポンプのすき間腐食発生を直接モニタリングできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ポンプケーシングと吸込みカバーとの間を連結するフランジ部にすき間腐食検出器が取り付けられている例を示す概略説明図。
【図２】図１のポンプのすき間腐食検出器が取り付けられている部分の拡大図。
【図３】ポンプケーシングと揚水管との間を連結するフランジ部にすき間腐食検出器が取り付けられている例を示す概略説明図。
【図４】図３のポンプにおいて、ポンプケーシングにすき間腐食検出器が取り付けられている部分の拡大図。
【図５】図３のポンプにおいて、揚水管にすき間腐食検出器が取り付けられている部分の拡大図。
【図６】図３のポンプにおいて、揚水管にすき間腐食検出器が取り付けられている別の態様の拡大図。
【図７】図６のすき間腐食検出器の電極の先端部、及び貫通穴を有する樹脂の部分の拡大図。
【図８】ポンプの主軸又はスリーブと軸受との接触面の電位差を検出するすき間腐食検出器を軸受支えに取り付けた例を示す概略説明図。
【図９】実施例で用いたすき間部電位検出用サンプルの模式図。
【図１０】電位測定実験の装置構成の説明図。
【図１１】０．３５ｗｔ％塩化ナトリウム水溶液における電位分布。
【図１２】３．５ｗｔ%塩化ナトリウム水溶液における電位分布。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明は、すき間腐食検出用電極及び電位差計を含むすき間腐食検出器を具備するポンプであって、当該すき間腐食検出用電極は、ポンプ本体と接触せず、ポンプの稼働時に導電性を有する液体に浸漬される位置に設けられており、ポンプの構成部材同士の合わせ面又は接触面のすき間腐食を検出し、当該電位差計は、当該すき間腐食検出用電極及びポンプ本体に電気的に接続されており、ポンプ本体とポンプの構成部材同士の合わせ面又は接触面との電位差を検出する、すき間腐食検出器を具備するポンプを提供する。
【００１２】
より具体的には、すき間腐食検出用電極及び電位差計を含むすき間腐食検出器を具備するポンプであって、当該すき間腐食検出用電極は、ポンプの構成部材同士の合わせ面又は接触面を中心として直径３０ｍｍ、好ましくは直径２０ｍｍ、より好ましくは直径１０ｍｍの仮想円領域内に少なくとも電極の先端部が位置し、電極全体はポンプ本体と接触せず、ポンプの稼働時に導電性を有する液体に浸漬される位置に設けられており、当該電位差計は、当該すき間腐食検出用電極及びポンプ本体に電気的に接続されており、ポンプ本体とポンプの構成部材同士の合わせ面又は接触面との電位差を検出する、すき間腐食検出器を具備するポンプを提供する。
【００１３】
図１〜６に、立軸斜流ポンプのフランジのボルト締結部を例として、ポンプの構成部材同士が同種材質である場合のすき間腐食検出器を設ける態様の例を示す。
図１は、本発明のすき間腐食検出器を具備するポンプの要部を説明する概略説明図であり、図２は図１のポンプのすき間腐食検出器が取り付けられている部分の拡大図である。
【００１４】
図１に示す立軸斜流ポンプは、回転軸心（立軸心）Ｐを有する主軸１、主軸１の下端部に一体回転可能に取り付けられている羽根車２、羽根車２を囲包するポンプケーシング３、ポンプケーシング３の下側に連結されている吸込みカバー４、ポンプケーシング３の上側に連結されている揚水管５、整流板７を介してポンプケーシング３の内側に一体形成されている軸受ケース６、ポンプケーシング３と吸込みカバー４とを連結するフランジ部１０、フランジ部１０に近接して吸込みカバー４に取り付けられているすき間腐食検出器２０を有する。ポンプケーシング３、吸込みカバー４及び揚水管５の各フランジにはボルト等の締結部材による締結のため、貫通キリ孔やねじ孔がフランジ面周方向に等間隔に設けられている。ポンプケーシング３と吸込みカバー４、あるいはポンプケーシング３と揚水管５は、各フランジがボルトで、あるいはボルト・ナットで接続されている。各フランジの合わせ目には、パッキンなどのシール部材（図示せず）が備えられ、水密状態にシールされている。図１において、ポンプケーシング３、吸込みカバー４、揚水管５は、水中に没した状態で稼働する。
【００１５】
ポンプケーシング３と吸込みカバー４とを連結するフランジ部１０の部分は図２に拡大して示すように、ポンプケーシング３のフランジ部１０ａと吸込みカバー４のフランジ部１０ｂとを締結するボルト１１及びナット１３を有するスタッドボルトの形態であり、ボルト１１とナット１３との合わせ面の間に０．１ｍｍ以下のすき間Ａが形成される。すき間腐食検出器２０は、電極２１、電位差計２２、電極２１と電位差計２２との間の導線２３、及び電位差計２２とポンプ本体の一部である吸込みカバー４との間の導線２４を具備する。すき間腐食検出器２０は、少なくとも電極２１の先端２１ａがすき間Ａを中心とし
て直径３０ｍｍの仮想円内に位置づけられるように取り付けられている。すき間腐食検出器２０は、ポンプ稼働時には水中に没するため、電位差計２２及び導線２３及び２４はケーシング２５内に密封されている。
【００１６】
図３は、ポンプケーシング３と揚水管５とを連結するフランジ部３０に近接する位置にすき間腐食検出器２０が設けられている一例である。ポンプの構成は図１に関して説明したとおりである。
【００１７】
図４に拡大して示すように、ポンプケーシング３のフランジ部３０ａと揚水管５のフランジ部３０ｂとを締結するボルト１１、座金１２、１２’及びナット１３を有する形態であり、フランジ３０ａ及び３０ｂと座金１２、１２’との合わせ面の間にそれぞれすき間が形成される。すき間腐食検出器２０は、電極２１、電位差計２２、電極２１と電位差計２２との間の導線２３、及び電位差計２２とポンプ本体の一部であるポンプケーシング３との間の導線２４を具備する。図示した形態では、すき間腐食検出器２０は、少なくとも電極２１の先端２１ａが、ポンプケーシング３のフランジ部３０ａと座金１２との合わせ面（すき間）Ａを中心として直径３０ｍｍの仮想円領域内に位置づけられるように取り付けられている。
【００１８】
図５及び６は、ポンプケーシング３と揚水管５とを連結するフランジ部３０のフランジ３０ａと３０ｂとの合わせ面に形成されるすき間に近接して、すき間腐食検出器２０が取り付けられている例を示す。すき間腐食検出器２０は、電極２１、電位差計２２、電極２１と電位差計２２との間の導線２３、及び電位差計２２とポンプ本体の一部である揚水管５との間の導線２４を具備する。
【００１９】
図５に示す態様では、すき間腐食検出器２０は、少なくとも電極２１の先端２１ａが、ポンプケーシング３のフランジ部３０ａと揚水管５のフランジ部３０ｂとの合わせ面（すき間）Ａを中心として直径３０ｍｍの仮想円領域内（点線の円で示す範囲）に位置づけられるように取り付けられている。
【００２０】
図６及び図７に示す態様では、すき間腐食検出器２０は、電極２１の少なくとも先端２１ａの周囲を絶縁樹脂２６で囲包し、絶縁樹脂２６内に流体を連通させる貫通穴２７が形成されている構成を有する。貫通穴２７は、電極２１の先端２１ａと、ポンプケーシング３のフランジ部３０ａと揚水管５のフランジ部３０ｂとの合わせ面（すき間）Ａとの間に流体を連通させる。貫通穴２７の先端がポンプケーシング３のフランジ部３０ａと揚水管５のフランジ部３０ｂとの合わせ面（すき間）Ａを中心として直径３０ｍｍの仮想円領域内（点線の円で示す範囲）に位置づけられるように取り付けられている。貫通穴２７は、０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下の内径であることが好ましい。この態様では、貫通穴２７の内面側の先端の電位と、電極２１の先端２１ａの電位は同じ電位になるため、貫通穴２７の先端がフランジ面から直径３０ｍｍの仮想円領域内にあれば、検出された電位差は、ポンプ本体と、ポンプケーシング３のフランジ部３０ａと揚水管５のフランジ部３０ｂとの合わせ面のすき間との電位差とみなすことができる。
【００２１】
図８は、回転体の回転側（主軸１又はスリーブ１ａ）と固定側（軸受６ａ）との接触面に形成されるすき間Ａを中心として直径３０ｍｍの仮想円領域内（点線の円で示す範囲）にある軸受支えに、図７に示すすき間腐食検出器２０が取り付けられている例を示す。この例において、ポンプ稼働時には回転体の回転側（主軸１又はスリーブ１ａ）と固定側（軸受６ａ）との間の摺動面にはクリアランスが形成されるが、ポンプ停止中には回転体の回転側（主軸１又はスリーブ１ａ）と固定側（軸受６ａ）との間は接触し、接触部周囲には０．１ｍｍ以下のすき間が形成される。固定側（軸受６ａ）は、ポンプ本体に対してボルトもしくは嵌め合いで固定されており、固定側（軸受６ａ）とポンプ本体とは電気的に
導通状態となっている。このため、すき間腐食検出器２０により検出される電位は、ポンプ本体と、回転体の回転側（主軸１又はスリーブ１ａ）と固定側（軸受６ａ）との接触面との電位差とみなすことができる。
【００２２】
合わせ面を形成するポンプの構成部材同士が異種材質である場合には、耐孔食指数（ＰＲＥＮ）が小さい材質の構成部材に近接した位置に電極を設置することが好ましい。耐孔食指数（ＰＲＥＮ）とは、耐食ステンレスの耐孔食性の指標であり、一般には下記式で示される。
［数１］ＰＲＥＮ＝Ｃｒ％＋３．３×Ｍｏ％＋１６×Ｎ％
ＰＲＥＮが大きいほど耐食性に優れことが知られており、すき間腐食の検出には耐食性が低いＰＲＥＮの低い材質の構成部材に近接して設けることが好ましい。
【００２３】
電極としては、不溶性電極を好ましく用いることができる。不溶性電極とは、化学的にも電気化学的にも溶解しないかあるいは溶解が少ない電極であり、例えば、白金、カーボン、グラファイト、酸化鉄、酸化クロム、貴金属系酸化物でコーティングした電極などが挙げられる。
【実施例】
【００２４】
図９に示すすき間部電位検出用サンプルを用いて、図１０に示す電位測定実験を行った。
まず、横５５ｍｍ×縦４０ｍｍ×厚み５ｍｍのステンレススチール（SUS304）板に、横１５ｍｍ×縦４０ｍｍ×厚み５ｍｍのステンレススチール（SUS304）板を重ねて、両者の合わせ面間にすき間部を形成させて、すき間部電位検出用サンプルを作成した。
【００２５】
次に、すき間部電位検出用サンプルを試験液（０．３５ｗｔ％又は３．５ｗｔ％の塩化ナトリウム水溶液）に浸漬し、合わせ面周囲の金属の電位分布を測定した。電位の測定は、対照極（RE）及び作用極（WE）の検出電極（SSE）として飽和銀−塩化銀電極を用いて、対照極（RE）はキャピラリを通して吸い上げた試験液中に浸漬し、作用極（WE）はすき間部電位検出用サンプルのすき間部の端辺に接続させ、対極（CE）はすき間部電位検出用サンプルの合わせ面ではない金属板の上の所定位置に接続させた。まず、検出電極（SSE）に対して０．３Vの定電位（海水中にステンレスを浸漬した場合に示す電位が０．３Vである）を印加しながら、電位センサをすき間部に沿って（X軸方向）移動させて電位を測定し、最も電位の低い位置を決定し、すき間腐食発生箇所を特定した。次に、すき間部電位検出用サンプルのすき間部と直交する方向（Y軸方向）に沿って、電位センサをすき間腐食発生箇所から離隔するように移動させて電位を測定し、すき間部電位検出用サンプルのすき間部からの離隔距離に対する電位分布を作成した。０．３５ｗｔ％の塩化ナトリウム水溶液の場合の電位分布図を図１１に、３．５ｗｔ％の塩化ナトリウム水溶液の場合の電位分布図を図１２に、それぞれ示す。
【００２６】
図１１及び１２から、塩化ナトリウム水溶液の濃度によらず、すき間腐食発生箇所から１５ｍｍ離隔した位置まで電位に変動があることが確認でき、１５ｍｍよりも離隔した位置では電位の変動が観察されなかった、ことがわかる。この結果から、すき間腐食が発生している場合には、すき間腐食発生箇所を中心として直径３０ｍｍ（半径１５ｍｍ）の仮想円領域内の電位に変動があるといえる。したがって、すき間から直径３０ｍｍの仮想円領域内の電位変動を検出することで、すき間腐食の発生の有無を確認することができる。
【符号の説明】
【００２７】
A：すき間
２０：すき間腐食検出器
２１：電極
２２：電位差計
２３：電極と電位差計との間の導線
２４：電位差計とポンプ本体との間の導線
【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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【図１２】
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