(57)【要約】      （修正有）【課題】実際に構造物の内部で起こっている腐食を検出する腐食判定システムを提供する。【解決手段】海水を蒸発させる蒸発釜Ｂ１、Ｂ２内に設けられ且つ当該蒸発釜内部の海水と当該蒸発釜の内面との電位差を計測する電位センサと、計測された電位差を時系列で蓄積する記憶部と、蓄積された電位差の時間変動に応じて、腐食の有無を判定する判定部３３と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の内部に設けられ且つ当該構造物が浸かっている液体と前記構造物の内面との電位差を計測する電位センサと、
前記計測された電位差を時系列で蓄積する記憶部と、
前記蓄積された電位差の時間変動に応じて、腐食の有無を判定する判定部と、
を備える腐食判定システム。
【請求項２】
前記構造物の内部に設けられ且つ前記計測された電位差を前記構造物の外部に送信する送信部と、
前記構造物の外部に設けられ且つ前記送信部から送信された電位差を受信する受信部と、
を備える請求項１に記載の腐食判定システム。
【請求項３】
前記送信部は、所定の周波数帯の音波を用いて、前記電位差を送信し、
前記受信部は、前記送信部によって送信された音波を受信して電位差を取得する
請求項２に記載の腐食判定システム。
【請求項４】
前記受信部により受信された電位差を通信により送信する第２の送信部と、
前記第２の送信部によって送信された電位差を受信する第２の受信部と、
を備え、
前記判定部は、前記第２の受信部によって受信された電位差の時間変動に基づいて、腐食有無を判定する
請求項２または３に記載の腐食判定システム。
【請求項５】
前記電位センサと前記構造物との間は樹脂でシールされている
請求項１から４のいずれか一項に記載の腐食判定システム。
【請求項６】
前記構造物の内部に前記電位センサが複数設けられており、
複数の前記電位センサは、腐食を検出できる距離に基づく間隔が設けられている
請求項１から５のいずれか一項に記載の腐食判定システム。
【請求項７】
前記判定部は、前記電位差の時間変動が所定の閾値を超えた場合、腐食が有ると判定する
請求項１から６のいずれか一項に記載の腐食判定システム。
【請求項８】
前記電位センサの計測電極は前記構造物の内面に接触しており、
前記電位センサの参照電極は、前記構造物に蓄えられた液体に露出している
請求項１から７のいずれか一項に記載の腐食判定システム。
【請求項９】
前記構造物は、蒸発釜であり、
前記液体は、海水であり、
前記電位センサは、海水を蒸発させる蒸発釜内に設けられ且つ当該蒸発釜の海水と当該蒸発釜の内面との電位差を計測する
請求項１から８のいずれか一項に記載の腐食判定システム。
【請求項１０】
前記構造物は、不動態金属で構成されている
請求項１から９のいずれか一項に記載の腐食判定システム。
【請求項１１】
構造物の内部に設けられ且つ当該構造物が浸かっている液体と前記構造物の内面との電位差を計測する工程と、
前記計測された電位差を時系列で蓄積する工程と、
前記蓄積された電位差の時間変動に基づいて、腐食の有無を判定する工程と、
を有する腐食判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腐食判定システム及び腐食判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステンレス鋼などの不働態金属は、塩化物水溶液中で孔食や隙間腐食を生じることがある。孔食や隙間腐食は、食孔内あるいは腐食隙間内と腐食の生じていない不働態金属表面との間でマクロセルを形成することにより進行することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−９８４７６号公報
【特許文献２】特開２０００−３０４６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特に隙間腐食は構造上の隙間部で生じるため、機器の運用中において腐食が進行しているかどうかを判定することが困難である。そのため、定期的に大掛かりな分解点検などを実施して、腐食発生の有無を調査し、適宜、補修や部品交換などが行われている。この分解点検には多大な時間と費用を要するのに加え、点検時期を誤ると、腐食が著しく進行してしまい、装置の破損を招く、あるいは補修ができないという事態に至ることがある。
【０００５】
一方、金属の腐食を監視又は予知する方法としては、金属と水とが接触している系において、該金属の自然電位をモニタリングする方法（特許文献１参照）、及び実プラントで腐食が問題となる環境を模擬した条件下でのモニタリングを可能とする方法（特許文献２参照）が提案されている。
【０００６】
しかしながら、これらの方法は、実際の構造物の内部で起こっている現象をモニタリングしているわけではない。このように実際の構造物の内部で起こっている腐食を検出できる方法が望まれている。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、実際に構造物の内部で起こっている腐食を検出することを可能とする腐食判定システム及び腐食判定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様に係る腐食判定システムは、構造物の内部に設けられ且つ当該構造物が浸かっている液体と前記構造物の内面との電位差を計測する電位センサと、前記計測された電位差を時系列で蓄積する記憶部と、前記蓄積された電位差の時間変動に応じて、腐食の有無を判定する判定部と、を備える。
【０００９】
この構成によれば、実際に構造物の内部の電位差に基づいて腐食の有無を判定するので、実際に構造物の内部で起こっている腐食を検出することができる。このため、早期に腐食の進行を抑える手立てを講じたり、あるいは構造物の交換時期を決定したりすることができる。
【００１０】
本発明の第２の態様に係る腐食判定システムは、第１の態様に係る腐食判定システムであって、前記構造物の内部に設けられ且つ前記計測された電位差を前記構造物の外部に送信する送信部と、前記構造物の外部に設けられ且つ前記送信部から送信された電位差を受信する受信部と、を備える。
【００１１】
この構成によれば、構造物の内部で計測された電位差を構造物の外部で受信することができる。
【００１２】
本発明の第３の態様に係る腐食判定システムは、第２の態様に係る腐食判定システムであって、前記送信部は、所定の周波数帯の音波を用いて、前記電位差を送信し、前記受信部は、前記送信部によって送信された音波を受信して電位差を取得する。
【００１３】
この構成によれば、構造物の内部で計測された電位差を蒸発釜外へ無線で伝送することができるので、既存の構造物に穴を開ける必要がないので、既存の構造物に容易に実装することができる。
【００１４】
本発明の第４の態様に係る腐食判定システムは、第２または３の態様に係る腐食判定システムであって、前記受信部により受信された電位差を通信により送信する第２の送信部と、前記第２の送信部によって送信された電位差を受信する第２の受信部と、を備え、前記判定部は、前記第２の受信部によって受信された電位差の時間変動に基づいて、腐食有無を判定する。
【００１５】
この構成によれば、判定部を構造物から離れた位置に配置することができるので、構造物の管理者は、構造物から離れた位置で腐食の有無を把握することができる。
【００１６】
本発明の第５の態様に係る腐食判定システムは、第１から４のいずれかの態様に係る腐食判定システムであって、電位センサと前記構造物との間は樹脂でシールされている。
【００１７】
この構成によれば、電位センサと構造物との間に隙間ができないようにすることができ、電位センサと構造物との間に腐食をできにくくすることができる。
【００１８】
本発明の第６の態様に係る腐食判定システムは、第１から５のいずれかの態様に係る腐食判定システムであって、前記構造物の内部に前記電位センサが複数設けられており、複数の前記電位センサは、腐食を検出できる距離に基づく間隔が設けられている。
【００１９】
この構成によれば、複数の電位センサの間にできた腐食を検知することができる。
【００２０】
本発明の第７の態様に係る腐食判定システムは、第１から６のいずれかの態様に係る腐食判定システムであって、前記判定部は、前記電位差の時間変動が所定の閾値を超えた場合、腐食が有ると判定する。
【００２１】
この構成によれば、進行性の腐食を検出することができる。
【００２２】
本発明の第８の態様に係る腐食判定システムは、第１から７のいずれかの態様に係る腐食判定システムであって、前記電位センサの計測電極は前記構造物の内面に接触しており、前記電位センサの参照電極は、前記構造物に蓄えられた液体に露出している。
【００２３】
この構成により、蒸発釜で腐食した箇所は、アノードとなり金属イオンが液体中に溶け出す。腐食部周囲の蒸発釜の健全な部分はカソードとなり還元反応が進行する。腐食部と健全な部分の間でマクロセルを形成するため、腐食に伴う溶解電流値と液体の電気抵抗に応じた電位勾配が生じ、カソード部に比べてアノード部の電位は低くなる。マクロセル内（蒸発釜内の液体中）に参照電極を配置することにより、腐食による電位降下を検出することができる。
【００２４】
本発明の第９の態様に係る腐食判定システムは、第１から８のいずれかの態様に係る腐食判定システムであって、前記構造物は、蒸発釜であり、前記液体は、海水であり、前記電位センサは、海水を蒸発させる蒸発釜内に設けられ且つ当該蒸発釜の海水と当該蒸発釜の内面との電位差を計測する。
【００２５】
この構成により、実際に蒸発釜の内部の電位差に基づいて腐食の有無を判定するので、実際に蒸発釜の内部で起こっている腐食を検出することができる。
【００２６】
本発明の第１０の態様に係る腐食判定システムは、第１から９のいずれかの態様に係る腐食判定システムであって、前記構造物は、不動態金属で構成されている。
【００２７】
この構成により、不動態金属で構成された蒸発釜の内部で起こっている腐食を実際に検出することができる。
【００２８】
本発明の第１１の態様に係る腐食判定方法は、構造物の内部に設けられ且つ当該構造物が浸かっている液体と前記構造物の内面との電位差を計測する工程と、前記計測された電位差を時系列で蓄積する工程と、前記蓄積された電位差の時間変動に基づいて、腐食の有無を判定する工程と、を有する。
【００２９】
この構成によれば、実際に構造物の内部の電位差に基づいて腐食の有無を判定するので、実際に構造物の内部で起こっている腐食を検出することができる。このため、早期に腐食の進行を抑える手立てを講じたり、あるいは構造物の交換時期を決定したりすることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、実際に構造物の内部の電位差に基づいて腐食の有無を判定するので、実際に構造物の内部で起こっている腐食を検出することができる。このため、早期に腐食の進行を抑える手立てを講じたり、あるいは構造物の交換時期を決定したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本実施形態に係る腐食判定システム１０の概略構成図である。
【図２】計測装置１−１及び記録装置２−１の構成を示す概略構成図である。
【図３】電位センサ１１の概略断面図である。
【図４】電位センサによって計測された電位差の時間変化を示す模式図である。
【図５】複数の電位センサが配置された場合の概略模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、各実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態では一例として構造物が不導態金属で構成されているものとして説明する。また本実施形態では、構造物の一例として蒸発釜を例に説明する。腐食は、金属が水溶液との化学反応によって表面から浸食される現象である。本実施形態に係る腐食は、孔食及び隙間腐食を含むものとして説明する。ここで孔食とは，金属内部に向かって孔状に進行する局部腐食である。
【００３３】
図１は、本実施形態に係る腐食判定システム１０の概略構成図である。図１に示すように海水を用いて塩を作る製塩システムは、蒸発釜Ｂ１と蒸発釜Ｂ２を備える。図１に示すように蒸発釜Ｂ１に配管Ｈ１を通って海水が流入する。蒸発釜Ｂ１は流入した海水を加熱する。図１に示すように蒸発釜Ｂ１はポンプＰ１と配管Ｈ１１及び配管Ｈ１２を介して接続されている。ポンプＰ１は、配管Ｈ１１を介して蒸発釜Ｂ１から流入した海水を汲み上げ、配管Ｈ１２を介して蒸発釜Ｂ１に吐き出す。
【００３４】
また、蒸発釜Ｂ１と蒸発釜Ｂ２は配管Ｈ２を介して接続されている。これにより、蒸発釜Ｂ１は流出した海水が配管Ｈ２を通して蒸発釜Ｂ２に供給される。蒸発釜Ｂ２はポンプＰ２と配管Ｈ２１及び配管Ｈ２２を介して接続されている。ポンプＰ２は、配管Ｈ２１を介して蒸発釜Ｂ２から流入した海水を汲み上げ、配管Ｈ２２を介して蒸発釜Ｂ２に吐き出す。蒸発釜Ｂ１と蒸発釜Ｂ２は不働態金属（本実施形態では一例としてステンレス鋼）で構成されている。
【００３５】
蒸発缶Ｂ１では、イオン交換膜等を使用して濃縮した海水（母液）の蒸発・結晶生成を行う。ポンプで母液を熱交換器に送り、再び蒸発釜Ｂ１へ母液を戻す。加熱は蒸気を使用しており、一次蒸気により蒸発釜Ｂ１の母液を加熱するが、蒸発釜Ｂ２の母液の加熱には蒸発釜Ｂ１で発生する蒸気を利用することで、プロセス全体の熱効率を高めている。
【００３６】
図１に示すように、腐食判定システム１０は、蒸発釜Ｂ１の内側に設けられた計測装置１−１と、蒸発釜Ｂ１の外側に設けられた記録装置２−１を備える。更に、腐食判定システム１０は、蒸発釜Ｂ２の内側に設けられた計測装置１−２と、蒸発釜Ｂ２の外側に設けられた記録装置２−２を備える。計測装置１−２は計測装置１−１と同様の構成であり、記録装置２−２は記録装置２−１と同様であるので、代表して計測装置１−１及び記録装置２−１の構成について説明する。
【００３７】
更に腐食判定システム１０は、情報処理装置３を備える。情報処理装置３は、記録装置２−１及び記録装置２−２と通信可能である。ここでは一例として情報処理装置３は、記録装置２−１及び記録装置２−２と無線で通信するものとして、以下説明する。
【００３８】
図２は、計測装置１−１及び記録装置２−１の構成を示す概略構成図である。図２に示すように、蒸発釜Ｂ１のハウジングＨＳを境にして、計測装置１−１と記録装置２−１が設けられている。
【００３９】
計測装置１−１は、電位センサ１１と、送信部１２とを備える。電位センサ１１は、海水を蒸発させる蒸発釜Ｂ１内に設けられ且つ当該蒸発釜Ｂ１の海水と当該蒸発釜Ｂ１の内面との電位差を計測する。送信部１２は、蒸発釜Ｂ１内に設けられ且つ計測された電位差を蒸発釜Ｂ１外に送信する。例えば送信部１２は、所定の周波数帯の音波（超音波）を用いて、電位差を送信する。
【００４０】
記録装置２−１は、受信部２１と、記憶部２２と、第２の送信部２３と、第２の送信部２３に接続されたアンテナ２４と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２５とを備える。ＣＰＵ２５は、バスを介して受信部２１と、記憶部２２と、第２の送信部２３に接続されており、受信部２１と、記憶部２２と、第２の送信部２３を制御する。
【００４１】
受信部２１は、蒸発釜Ｂ１外に設けられ且つ送信部１２から送信された電位差を受信する。これにより、蒸発釜Ｂ１内で計測された電位差を蒸発釜Ｂ１外で受信することができる。例えば受信部２１は、送信部１２によって送信された音波を受信して電位差を取得する。これにより、蒸発釜Ｂ１内で計測された電位差を蒸発釜Ｂ１外へ無線で伝送することができるので、既存の蒸発釜に穴を開ける必要がないので、既存の蒸発釜に容易に実装することができる。
【００４２】
記憶部２２は、計測された電位差を時系列で蓄積する。第２の送信部２３は、受信部２１により受信された電位差を通信により送信する。
【００４３】
図１に示すように、情報処理装置３は、アンテナ３１と、第２の受信部３２と、判定部３３とを備える。
第２の受信部３２はアンテナ３１を介して、第２の送信部２３によって送信された電位差を受信する。判定部３３は、第２の受信部３２によって受信された電位差の時間変動に基づいて、腐食の有無を判定する。判定部３３を蒸発釜Ｂ１から離れた位置に配置することができるので、蒸発釜Ｂ１の管理者は、蒸発釜Ｂ１から離れた位置で腐食の有無を把握することができる。このように、判定部３３は、記憶部２２により蓄積された電位差の時間変動に応じて、腐食の有無を判定する。
【００４４】
図３は、電位センサ１１の概略断面図である。図３に示すように、電位センサ１１は、計測電極１１１と、参照電極１１２と、計測電極１１１及び参照電極１１２が連結しているセンサ本体１１３とを備える。計測電極１１１は、蒸発釜Ｂ１のハウジングＨＳの内面に接触している。一方、参照電極１１２は、蒸発釜Ｂ１に蓄えられた海水に露出している。この構成により、蒸発釜Ｂ１で腐食部位では金属が溶け出すので、蒸発釜Ｂ１と海水との界面で生じた電子が腐食部位に多く発生するので腐食近傍の電位が下がる。それによって腐食近傍のハウジングＨＳの電位が降下するので、計測電極１１１で計測される電位も降下する。このため、腐食Ｇ１が急速に進行すると、計測電極１１１の電位が急速に下がり、電位センサ１１によって計測された電位差が急速に下がる。これによって、単位時間あたりに電位差が閾値を超えて下がった場合に、腐食を検出することができる。参照電極１１２は例えば、銀−塩化銀電極である。
【００４５】
図３に示すように、計測装置１−１と蒸発釜Ｂ１のハウジングＨＳとの間は樹脂Ｓでシールされている。すなわち、電位センサ１１と蒸発釜Ｂ１との間は樹脂Ｓでシールされている。これにより、電位センサ１１と蒸発釜Ｂ１との間に隙間ができないようにすることができ、電位センサ１１と蒸発釜Ｂ１との間に腐食をできにくくすることができる。
【００４６】
続いて、図３を用いて、腐食Ｇ１が急速に進行すると電位センサ１１によって計測された電位差が急速に下がる機構について説明する。上述したように腐食は、金属が水溶液との化学反応によって表面から浸食される現象である。金属が水溶液中へイオンとして溶出するには、その価数に相当する数の電子（ｅ-）を水溶液中の他の物質に渡す必要がある。例えば、鉄（Ｆｅ）が二値の陽イオン（Ｆｅ2+）として溶出するためには、その過程で生じた電子を同じ水溶液中に存在する他の化学成分に受け取ってもらう必要がある。この電子を受け取る化学成分を酸化剤と呼ぶ。本実施形態では水溶液が海水であるため、海水に溶解している酸素（溶存酸素）がこの反応の酸化剤となる。鉄の溶出による電子の放出と溶存酸素とを酸化剤とした電子の消費反応を化学式で表すと下記の通りとなる。
【００４７】
Ｆｅ→Ｆｅ2+＋２ｅ-                  (１）
１／２Ｏ2＋Ｈ2０＋２ｅ-→２ＯＨ-     (２）
【００４８】
式（１）の反応から式（２）の反応への電子の受け渡しは、金属と水溶液の界面すなわち蒸発釜Ｂ１と海水との界面で行われる。腐食Ｇ１が急速に進行した場合、蒸発釜Ｂ１の腐食部はアノードとなり式（１）の反応により、金属イオンが液体中に溶け出す。腐食部周囲の蒸発釜の健全な部分はＨＳカソードとなり式（２）の還元反応が進行する。腐食部と健全な部分の間でマクロセルを形成するため、腐食に伴う溶解電流値と液体の電気抵抗に応じた電位勾配が生じ、カソード部に比べてアノード部の電位は低くなる。マクロセル内に参照電極１１１を配置することにより、腐食による電位降下を検出することができる。このため、腐食Ｇ１が急速に進行すると、参照電極１１１の電位が急速に下がり、電位センサ１１によって計測された電位差が急速に下がる。
【００４９】
図４は、電位センサによって計測された電位差の時間変化を示す模式図である。電位センサによって計測された電位差は、時間経過とともにある程度変化するが、図４に示すように、急激に電位が低下し、単位時間Δｔあたりの電位差の変動ΔＶが所定の閾値を超える場合、進行性の腐食が発生したとみなすことができる。このため、判定部３３は、電位差の時間変動が所定の閾値を超えた場合、腐食が有ると判定する。これにより、進行性の腐食を検出することができる。
【００５０】
なお、判定部３３は、電位差の時間変動が所定の閾値を超えた場合に限らず、参照電極１１１の電位が所定の閾値以下になったことを判定基準とすることもできる。また、参照電極１１１の電位が所定の閾値以下になった回数や、継続時間を判定基準に加えてもよいし、それらの組み合わせを判定条件としてもよい。
【００５１】
図５に示すように、蒸発釜Ｂ１またはＢ２内に電位センサ１１が複数設けられていてもよい。図５は、複数の電位センサが配置された場合の概略模式図である。その場合、複数の電位センサ１１は、腐食を検出できる距離に基づく間隔が設けられている。例えば、電位センサ１１−１の腐食を検出できる距離Ｌ１が、例えば１０ｍｍで、電位センサ１１−２の腐食を検出できる距離Ｌ２が１０ｍｍの場合、電位センサ１１−１と電位センサ１１−２との間の距離Ｌは２０ｍｍであってもよい。これにより、電位センサ１１−１と電位センサ１１−２との間にできた腐食を検知することができる。なお、電位センサ１１は、蒸発釜の内壁の中でも、特に腐食しやすいと推測される部位の近傍に設置するのが望ましく、例えば、予め蒸発釜の構造に対して電位分布の数値解析を行うことで腐食しやすい部位を推測してもよい。
【００５２】
以上、本実施形態に腐食判定システム１０は、海水を蒸発させる蒸発釜Ｂ１内に設けられ且つ当該蒸発釜Ｂ１の海水と当該蒸発釜Ｂ１の内面との電位差を計測する電位センサ１１と、計測された電位差を時系列で蓄積する記憶部２１と、蓄積された電位差の時間変動に応じて、腐食の有無を判定する判定部３３と、を備える。
【００５３】
この構成により、実際に蒸発釜Ｂ１内の電位差に基づいて腐食の有無を判定するので、実際に蒸発釜Ｂ１内で起こっている腐食を検出することができる。このため、早期に腐食の進行を抑える手立てを講じたり、あるいは蒸発釜Ｂ１の交換時期を決定したりすることができる。
【００５４】
なお、腐食の有無を判定する対象が蒸発釜ではなく他の構造物の場合には、電位センサ１１は、当該構造物の内部に設けられ且つ当該構造物が浸かっている液体と当該構造物の内面との電位差を計測すればよい。
【００５５】
また、上記実施形態では、送信部１２と受信部２１との間を音波（超音波）を用いた無線通信で接続しているが、構造物への加工が許されるなら、送信部１２と受信部２１との間を信号線で接続してもよい。その場合、送信部１２と受信部２１とを省略することもできる。
【００５６】
以上、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１−１、１−２  計測装置
１０  腐食判定システム
１１  電位センサ
１１１  計測電極
１１２  参照電極
１１３  センサ本体
１２  送信部
２−１、２−２  記録装置
２１  受信部
２２  記憶部
２３  第２の送信部
２４  アンテナ
２５  ＣＰＵ
３  情報処理装置
３１  アンテナ
３２  第２の受信部
３３  判定部
Ｂ１、Ｂ２  蒸発釜
ＨＳ  ハウジング
Ｐ１、Ｐ２  ポンプ
Ｓ  樹脂
【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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