(57)【要約】【課題】圧縮機の設置された現場であっても容易に補修可能とし、メンテナンス作業者の負担を軽減できるコーティング層補修方法を提供する。【解決手段】コーティング層補修方法は、クロムを含む耐食層１１と、耐食層１１を覆うように形成される酸化膜層１２とからなるコーティング層１０の損傷箇所を検出する損傷箇所検出工程と、損傷箇所検出工程により検出された損傷箇所を加熱して、少なくとも損傷箇所に酸化膜１３を形成させる酸化膜再生工程と、を含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロムを含む耐食層と、前記耐食層を覆うように形成される酸化膜層とからなるコーティング層の損傷箇所を検出する損傷箇所検出工程と、
前記損傷箇所検出工程により検出された損傷箇所を加熱して、少なくとも前記損傷箇所に酸化膜を形成させる酸化膜再生工程と、
を含むコーティング層補修方法。
【請求項２】
前記酸化膜再生工程は、
前記損傷箇所を、５００℃から１０００℃で加熱する請求項１に記載のコーティング層補修方法。
【請求項３】
前記損傷箇所は、
前記耐食層が露出している箇所である請求項１又は２に記載のコーティング層補修方法。
【請求項４】
前記酸化膜再生工程は、
プラズマ照射によって前記損傷箇所を加熱する請求項１から３の何れか一項に記載のコーティング層補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コーティング層補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機にあっては、非特許文献１のような海底生産システム（Ｓｕｂｓｅａ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）や、非特許文献２のような浮体式海洋石油貯蔵設備（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｓｔｏｒａｇｅ  ａｎｄ  Ｏｆｆｌｏａｄｉｎｇ、ＦＰＳＯ）に使用されるものが知られている。非特許文献１の海底生産システムに使用される圧縮機は、例えば、海底に設置されて海底から数千ｍの深さまで掘削した生産井から原油や天然ガス等が混在した生産流体を海上に送り出す用途で用いられる。一方で、非特許文献２の浮体式海洋石油貯蔵設備に使用される圧縮機は、船舶等の海上設備に設置される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】三菱重工技報  Ｖｏｌ．３４  Ｎｏ．５  Ｐ３１０−Ｐ３１３
【非特許文献２】Ｔｕｒｂｏｍａｃｈｉｎｅｒｙ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ／Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２０１４  Ｐ１８−Ｐ２４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に用いられる圧縮機の場合、取り扱う流体は精製されている場合が多い。しかし、非特許文献１や非特許文献２で用いる圧縮機の場合、その取り扱う流体は、フィルタ等により前処理がされているものの、十分に固形物の除去がなされていない場合がある。例えば、フィルタ等による前処理としては、１０μｍ以下の固形物を９８％程度分離できるものもあるが、残りの数％が残留してしまう。また、非特許文献１や非特許文献２で取り扱う流体の場合、１０μｍの固形物は、硬質であることが多い。
【０００５】
一方で、非特許文献１や非特許文献２で取り扱う流体には、硫黄などの腐食成分が含まれている。そのため、非特許文献１や非特許文献２で用いる圧縮機には、流体と接する部分に、腐食対策として溶射などの表面処理が施されている。
しかしながら、このような腐食対策の表面処理を施した耐食層では、上述した流体に含まれる残留した固形物によって摩耗や剥離が生じてしまい、腐食の進行を抑制できなくなる場合がある。
そこで、摩耗対策としてクロムの酸化膜（ＣｒＯ３）等を更に形成する場合がある。しかし、この酸化膜でも摩耗を完全に防ぐことはできない。例えば、酸化膜の一部が局所的に剥がれると、大気中では自己補修されるが、腐食流体中では自己補修されずに、その下層の耐食層の摩耗が進行してしまう可能性がある。そのため、圧縮機を現場から工場に輸送して修理を行うなど、メンテナンス作業者の負担が増加してしまう。
【０００６】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、圧縮機の設置された現場であっても容易に補修可能とし、メンテナンス作業者の負担を軽減できるコーティング層補修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】
【０００７】
この発明の第一態様によれば、コーティング層補修方法は、クロムを含む耐食層と、前記耐食層を覆うように形成される酸化膜層とからなるコーティング層の損傷箇所を検出する損傷箇所検出工程と、前記損傷箇所検出工程により検出された損傷箇所を加熱して、少なくとも前記損傷箇所に酸化膜を形成させる酸化膜再生工程と、を含む。
このように構成することで、検出されたコーティング層の損傷箇所に酸化膜層が十分に形成されていなくても、この損傷箇所に対して加熱するだけで、損傷箇所に酸化クロムの酸化膜層を形成することができる。その結果、圧縮機の設置された現場であっても容易に補修可能とし、メンテナンス作業者の負担を軽減することができる。
【０００８】
この発明の第二態様によれば、コーティング層補修方法は、第一態様のコーティング層補修方法における酸化膜再生工程は、前記損傷箇所を、５００℃から１０００℃で加熱するようにしてもよい。
このように構成することで、十分な厚さの酸化膜を形成できるとともに、過熱による酸化膜の蒸発等を抑制できる。さらに、コーティング層で覆われる母材に対する熱の影響を抑制できる。
【０００９】
この発明の第三態様によれば、コーティング層補修方法は、第一又は第二態様の前記損傷箇所が、前記耐食層が露出している箇所であってもよい。
このようにすることで、耐食層に含まれるクロムによって酸化クロム層を効率よく形成することができる。
【００１０】
この発明の第四態様によれば、コーティング層補修方法は、第一から第三態様の何れか一つの態様における前記酸化膜再生工程が、プラズマ照射によって前記損傷箇所を加熱するようにしてもよい。
このように構成することで、損傷箇所を適切な温度で容易に加熱できる。
【発明の効果】
【００１１】
上記コーティング層補修方法によれば、圧縮機の設置された現場であっても容易に補修可能とし、メンテナンス作業者の負担を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施形態における圧縮機の概略構成図である。
【図２】この発明の実施形態におけるインペラ５の表面の拡大断面図である。
【図３】この発明の実施形態における耐摩耗層が損傷した状態を示す図である。
【図４】この発明の実施形態における露出した耐食層に加熱処理を行っている状態を示す図である。
【図５】この発明の実施形態におけるコーティング層の補修が完了した状態を示す図である。
【図６】この発明の実施形態におけるコーティング層補修方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、この発明の実施形態に係るコーティング層補修方法を図面に基づき説明する。
この実施形態のコーティング層補修方法は、油やガスなどを圧送する圧縮機１の内部に形成されるコーティング層の補修方法である。
この実施形態の圧縮機１は、例えば、海底数百から数千ｍに存在する油ガス田の生産井から採取された油・ガス等の生産流体を圧送する。この圧縮機１は、例えば、海洋油ガス田開発方式の一つである海底生産システム（Ｓｕｂｓｅａ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）に使用されて海底に設けられたり、浮体式海洋石油貯蔵設備（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｓｔｏｒａｇｅ  ａｎｄ  Ｏｆｆｌｏａｄｉｎｇ、ＦＰＳＯ）に使用されて海上に設けられたりする。この圧縮機１が取り扱う流体には、硫黄等の金属を腐食させる腐食成分が含まれるとともに、フィルタ（図示せず）により除去できなかった１０μｍ以下の固形物が数％含まれている。
【００１４】
図１は、この発明の実施形態における圧縮機の概略構成図である。
図１に示すように、圧縮機１は、ケーシング２と、回転軸３と、軸受部４と、インペラ５と、を備えている。この実施形態の説明において、圧縮機１として遠心圧縮機を例示しているが、軸流圧縮機であっても良い。
【００１５】
ケーシング２は、その内部に回転軸３、軸受部４、インペラ５をそれぞれ収容している。このケーシング２は、インペラ５とともに、圧縮する流体が流れる流路（図示せず）を形成する。
【００１６】
回転軸３は、軸受部４を介して軸線Ｏ回りに回転可能に支持されている。この回転軸３には、モータ等の回転動力源（図示せず）が連係される。つまり、回転動力源を駆動することで、回転軸３が回転可能となっている。
【００１７】
軸受部４は、ジャーナル軸受４１と、スラスト軸受４２と備えている。この実施形態の軸受部４は、２つのジャーナル軸受４１と、１つのスラスト軸受４２とをそれぞれ備えている。ジャーナル軸受４１は、回転軸３に対して軸線Ｏを基準とする径方向に作用する荷重を支持する。一方で、スラスト軸受４２は、回転軸３から径方向外側に突出するスラストカラー３ａを介して、回転軸３に対して軸線Ｏ方向に作用する荷重を支持する。
【００１８】
インペラ５は、回転軸３に固定され、回転軸３とともに高速回転する。これにより、インペラ５は、吸込み口（図示せず）からケーシング２の内部に流入した流体Ｇを圧縮して、吐出口（図示せず）から圧縮流体Ｇｃとして吐出する。この実施形態におけるインペラ５は、軸線Ｏ方向に複数設けられ、流体Ｇは、各インペラ５によって段階的に圧縮されて圧縮流体Ｇｃとなる。
【００１９】
図２は、この発明の実施形態におけるインペラ５の表面の拡大断面図である。
図２に示すように、インペラ５は、その母材９の表面にコーティング層１０を有している。母材９は、例えば、ステンレス鋼で形成される。コーティング層１０は、母材９の耐食性、および、耐摩耗性を担保する。このコーティング層１０は、耐食層１１と、耐摩耗層１２と、をそれぞれ備えている。
【００２０】
耐食層１１は、母材９の表面を覆うようにして層状に形成される。この耐食層１１は、クロム（Ｃｒ）を含むニッケル基合金、クロム（Ｃｒ）を含むコバルト基合金、および、クロムを含有する各種のステンレス鋼等の各種材料により形成されている。ここで、耐食層１１としてニッケル基合金、および、コバルト基合金を用いる場合は、その粉末を母材９の表面に溶射により吹き付けて形成することができる。
【００２１】
ニッケル基合金としては、例えば、Ｎｉ−２０Ｃｒ、Ｎｉ−５０Ｃｒ、ハステロイＸ（登録商標：Ｎｉ−２２Ｃｒ−１．５Ｃｏ−９Ｍｏ−０．６Ｗ−１８．５Ｆｅ）、および、インコネル６２５（登録商標：Ｎｉ−２１．５Ｃｒ−９Ｍｏ−３．６Ｎｂ−０．２Ａｌ−０．２Ｔｉ−２．５Ｆｅ）などを用いることができる。
【００２２】
コバルト基合金としては、例えば、Ｈａｙｎｅｓ  ａｌｌｏｙ  １８８（登録商標：Ｃｏ−２２Ｃｒ−１４Ｗ−３Ｆｅ），ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ（Ｃｏ−３２Ｎｉ−２１Ｃｒ−８Ａｌ−０．５Ｙ）や，ＣｏＣｒＡｌＹ（Ｃｏ−２９Ｃｒ−６Ａｌ−０．８Ｙ）等を用いることができる。
【００２３】
耐食層１１の厚さは、例えば、２０μｍ〜１ｍｍ程度とされる。上述した溶射の方法としては、例えば、低圧プラズマ溶射、大気圧中におけるプラズマ溶射、および、超高速溶射等、種々の溶射方法を採用できる。
【００２４】
耐摩耗層１２は、耐食層１１の表面に形成される。この耐摩耗層１２は、耐食層１１の表面に形成される不動態である酸化膜からなる。この実施形態の耐摩耗層１２は、例えば、酸素を含む雰囲気で耐食層１１を形成した直後に、耐食層１１に含まれるクロムが酸化した酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）で形成される。さらに、この耐摩耗層１２は、例えば、耐食層１１の表面を熱処理炉等で加熱処理することでも形成できる。この耐食層１１の厚さは、例えば、１０〜３０Å程度に形成される。
【００２５】
次に、上述したコーティング層１０の補修方法について図面を参照しながら説明する。
図３は、この発明の実施形態における耐摩耗層が損傷した状態を示す図である。図４は、この発明の実施形態における露出した耐食層に加熱処理を行っている状態を示す図である。図５は、この発明の実施形態におけるコーティング層の補修が完了した状態を示す図である。図６は、この発明の実施形態におけるコーティング層補修方法のフロー図である。
【００２６】
このコーティング層１０の補修方法は、圧縮機１を休止状態とし、更に圧縮機１の内部の流路に残存する腐食性の流体を排出する。更にこのコーティング層１０の補修方法は、流体を圧縮機１の内部から排出した後、必要に応じて内部流路を洗浄した後に、圧縮機１のケーシング２を開けて実施する。
【００２７】
図３、図６に示すように、まず、コーティング層１０の表面に、耐摩耗層１２の損傷箇所を探す（ステップＳ０１；損傷箇所検出工程）。ここで、耐摩耗層１２の損傷箇所は、作業者による目視や、可搬型の蛍光Ｘ線分析装置などによって検出することができる。ここで、この実施形態において補修対象となる損傷は、少なくとも耐摩耗層１２の外面から耐食層１１に至っている損傷である。言い換えれば、損傷により耐食層１１が外部に露出している箇所を損傷箇所として検出する。損傷の種類としては、耐摩耗層１２の摩耗、割れ、および、剥離などが例示できる。
【００２８】
次いで、図４、図６に示すように、検出された損傷箇所を加熱する（ステップＳ０２；酸化膜再生工程）。より具体的には、損傷箇所をプラズマ照射などで加熱する。この加熱条件は、露出した耐食層１１の表面温度を５００℃〜１０００℃の範囲内にすることができればよい。耐食層１１の温度が５００℃を下回ると、十分な厚さの酸化クロムの層を形成できない可能性がある。一方で、耐食層１１の温度が１０００℃を上回ると、酸化クロムの層が分解、蒸発する可能性がある。
【００２９】
ここで、上述したプラズマ照射は、プラズマ溶射装置２０を用いて実施できる。この場合、プラズマ溶射装置２０に溶射材を供給しないようにして使用する。このプラズマ溶射装置２０としては、大気圧プラズマ溶射を行うスルザーメテコ社製溶射ガン（Ｆ４ガン）を使用することができる。この溶射ガンを用いた場合、例えば、溶射電流：６００（Ａ）、溶射距離：１５０（ｍｍ）、Ａｒ／Ｈ２Ｏ：３５／７．４（ｌ／ｍｉｎ）とすればよい。損傷箇所の加熱は、上述したプラズマ照射に限られない。プラズマ照射以外の加熱方法としては、例えば、高周波加熱や、ヒーターによる加熱が挙げることができる。これら、高周波加熱やヒーターによる加熱は、損傷箇所以外も加熱することとなるが、プラズマ照射の場合、ピンポイントで表面の温度だけを上昇させることができるため、例えば、母材９への熱の影響を最小限に抑えることができる等の点で有利となる。
【００３０】
図５に示すように、耐食層１１が加熱されて５００℃〜１０００℃（例えば、７００℃程度）になると、耐食層１１の露出表面に酸化クロムの層（被膜）１３が形成される。この酸化クロムの層１３は、厚さｔ１が１００Å程度で形成される。この際、損傷個所の加熱により、耐食層１１が露出している箇所の周囲の耐摩耗層１２も加熱される。この加熱により酸化クロムが生成されて、実質的に耐摩耗層１２の厚さｔ２が１００Å程度増加する。つまり、損傷箇所の周囲の実質的な耐摩耗層１２の厚さｔ２が１１０〜１３０Å程度となる。これにより、損傷箇所の周囲の耐摩耗層１２の耐摩耗性が向上する。
【００３１】
したがって、上述したコーティング層１０の補修方法によれば、検出されたコーティング層１０の損傷箇所に耐摩耗層１２が十分に形成されていなくても、この損傷箇所に対して加熱するだけで、損傷箇所に酸化クロムの酸化膜層を形成することができる。その結果、圧縮機１の設置された現場であっても損傷箇所を容易に補修可能とし、メンテナンス作業者の負担を軽減することができる。
【００３２】
さらに、損傷箇所を、５００℃から１０００℃の範囲で加熱するようにしたことで、十分な厚さの酸化クロムの被膜を形成することができる。この際、過熱による酸化クロムの被膜が蒸発することも抑制できる。さらに、コーティング層１０で覆われる母材９に対する熱の影響も抑制できる。
【００３３】
さらに、耐食層１１が露出している箇所を加熱することで、耐食層１１に含まれるクロムを効率よく加熱して酸化クロムの層を容易に形成することができる。
さらに、プラズマ照射により加熱することで、損傷箇所を適切な温度で容易に加熱することができる。そのため、熟練を要さず、作業者の負荷を軽減できる。
【００３４】
この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
【００３５】
例えば、上述した実施形態においては、コーティング層１０がインペラ５の表面に形成される場合について説明した。しかし、コーティング層１０を形成する箇所は、流体が流れる箇所であれば良く、インペラ５の表面に限られない。例えば、コーティング層１０を、流体が流れる流路の内壁に形成するようにしても良い。また、コーティング層１０は、圧縮機１が軸流圧縮機の場合には、動翼、および、静翼等の表面に形成される。
【００３６】
さらに、上述した実施形態においては、耐食層１１が外部に露出している損傷箇所を補修する場合について説明した。しかし、この発明のコーティング層補修方法は、母材９が露出するような状況でなければよい。損傷が耐食層１１に至っていない箇所にこの発明を適用した場合、耐摩耗層１２の厚さを増加させて、耐摩耗性を向上させることができる。
【００３７】
さらに、上述した実施形態においては、耐摩耗層１２が酸化クロムから形成される場合について説明したが、耐摩耗層１２はクロム以外の酸化物から形成されても良い。この場合、損傷箇所を加熱する際に、クロム以外の酸化物からなる耐摩耗層１２と母材９との間に、酸化クロムの層が形成されることとなる。
【００３８】
さらに、上述した実施形態においては、インペラ５が３つ並んで設けられる場合について説明したが、これに限られない。例えば、インペラ５を２つ以下備える圧縮機や４つ以上備える圧縮機にも適用できる。
【００３９】
さらに、上述した実施形態における圧縮機１は、海底生産システム、浮体式海洋石油貯蔵設備に使用される場合を例示した。しかし、この発明は、これら海底生産システム、浮体式海洋石油貯蔵設備で用いられる圧縮機に限られない。
【符号の説明】
【００４０】
１  圧縮機
２  ケーシング
３  回転軸
３ａ  スラストカラー
４  軸受部
５  インペラ
９  母材
１０  コーティング層
１１  耐食層
１２  耐摩耗層
１３  酸化クロムの層
２０  プラズマ溶射装置
４１  ジャーナル軸受
４２  スラスト軸受
Ｇ  流体
Ｇｃ  圧縮流体
【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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