(57)【要約】【課題】金属設備の腐食等による減肉の形状と大きさ、位置を、継続的に計測管理できるようにする。【解決手段】監視対象の金属設備に設置された電極あるいは金属設備の近傍に設置された磁界発生用電線に電流を印加する電流印加装置と、金属設備表面の磁界分布を計測する磁界計測装置と、磁界計測装置の計測結果に基づいて、金属設備の腐食等による減肉の形状と大きさ、位置を算出し、減肉後の金属設備に対応した三次元形状を生成する計測管理装置と、を備えた腐食管理システム。【選択図】図１
2017003574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
監視対象の金属設備表面の磁界分布を計測する磁界センサアレイを備える磁界計測装置と、
前記磁界計測装置の計測結果に基づいて、前記金属設備における減肉の形状と大きさ、位置を算出し、前記減肉の形状と大きさ、位置から前記金属設備に対応した三次元形状を生成する計測管理装置と、
を備えることを特徴とする腐食管理システム。
【請求項２】
前記金属設備に設置された電極あるいは前記金属設備の近傍に設置された磁界発生用電線に電流を印加する電流印加装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の腐食管理システム。
【請求項３】
前記計測管理装置は、無線通信を利用して前記磁界計測装置の計測結果を取得することを特徴とする請求項１または２に記載の腐食管理システム。
【請求項４】
前記計測管理装置は、前記金属設備に減肉がない場合に得られる計測結果と、実際の計測結果との差分に基づいて、前記金属設備の減肉の形状と大きさ、位置を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の腐食管理システム。
【請求項５】
前記電流印加装置と、前記磁界計測装置とが独立した装置であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の腐食管理システム。
【請求項６】
前記計測管理装置は、
前記磁気センサアレイを構成する磁気センサと前記金属設備との位置に基づいて、前記磁界計測装置の計測結果を補正することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の腐食管理システム。
【請求項７】
前記電流印加装置は、前記金属設備に設置された電極に電流を印加するものであって、
前記計測管理装置は、
ある磁気センサについて、前記金属設備に印加された異なる周波数の交流電流により得られた磁束密度に基づいて、その磁気センサと前記金属設備との位置を算出することを特徴とする請求項６に記載の腐食管理システム。
【請求項８】
前記計測管理装置は、
ある磁気センサについて計測された磁束密度と、その磁気センサの前記金属設備からの延長上に配置された補助磁気センサで計測された磁束密度に基づいて、その磁気センサと前記金属設備との位置を算出することを特徴とする請求項６に記載の減肉検出システム。
【請求項９】
監視対象の金属設備に設置された電極あるいは前記金属設備の近傍に設置された磁界発生用電線に電流を印加する電流印加ステップと、
前記金属設備表面の磁界分布を計測する磁界計測ステップと、
前記磁界計測装置の計測結果に基づいて、前記金属設備の減肉の形状と大きさ、位置を算出し、前記減肉の形状と大きさ、位置から前記金属設備に対応した三次元形状を生成する計測管理ステップと、
を有することを特徴とする腐食管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属配管等の金属設備の腐食管理を行なう腐食管理システムおよび腐食管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油・石油化学のプラント等では、金属配管、反応装置、蒸留塔等の設備で腐食、特に局部腐食が発生すると、それによって設備に減肉が生じ、結果として漏洩が生じたり、生産効率が低下したりするおそれがある。このため、プラント全体に張り巡らされた金属配管や巨大な反応装置等の設備を対象に、局所的に発生した腐食等によって生じる減肉を検出・計測し、管理するための技術が望まれている。
【０００３】
局所的に発生した腐食等によって生じる減肉を検出・計測し、管理するための技術として、腐食管理システムが提案されている。腐食管理システムは、例えば、腐食等によって生じる減肉の発生を検出する腐食検査装置と、検査結果を管理する腐食検査管理装置とから構成される。
【０００４】
腐食検査装置としては、最も一般的な超音波肉厚計の他、渦電流探傷装置、Ｘ線検査装置、ガイド波検査装置等が用いられている。腐食検査管理装置は、例えば、腐食検査装置より計測結果を取得し、計測点における計測結果を表示する機能を有している。
【０００５】
腐食検査装置として用いられている装置において、超音波肉厚計は、超音波発信素子と受信素子とを用いて、金属内を伝搬する超音波の速度と到達時間とから肉厚を計測する装置であり、原理的に表面上の１点での計測となる。
【０００６】
渦電流探傷装置は、コイル等で配管面等に高い周波数の交流磁界を印加し、その交流磁界により発生する電流によって生じる磁界を計測することで、金属表面の傷を検出する装置である。
【０００７】
Ｘ線検査装置は、金属を透過する強力なＸ線源を用いて、レントゲンの原理で配管等内部を撮影する装置であり、その出力画像から減肉や劣化の有無を読み取るものである。
【０００８】
ガイド波検査装置は、主に配管に対して使用される装置である。配管にガイド波と呼ばれる特殊なモードの弾性波を発生させ、減肉等によって反射したガイド波を計測することで、減肉等による欠損断面の大きさと配管錠の位置とを検出する装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−３２７９２４号公報
【特許文献２】特開２００８−１７５６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
石油・石油化学のプラント等における設備に発生した局部腐食等によって生じる減肉を検出・計測し、管理するためには、高い面分解能で継続的に検査できる腐食検査装置と、前記腐食検査装置で得られた検査結果から減肉の形状と大きさ、位置を把握し、設備の三次元形状にマップすることができる腐食検査管理装置が必須となる。
【００１１】
なぜならば、局部腐食の大きさはプラント等で使用される設備に対して極めて小さいため、局部腐食を検出するためには、設備全面を高い面分解能のセンサで検査する必要があるからである。減肉を継続的に検査することで、検査結果から得られる減肉の形状と大きさの時間変化が得られ、その減肉の形状と大きさの時間変化より腐食の進行度合いの予測が可能となるからである。
【００１２】
また、減肉の形状と大きさ、位置と、それらを設備の三次元形状にマップして可視化することは、腐食管理において重要な腐食メカニズムを分析する上で有効な情報である。さらに、腐食等によって生じる減肉に対する保全活動を行なう上で、設備の三次元形状にマップして可視化された情報から、作業員は対象となる設備・位置を的確に把握できるため、作業の効率化を行なうことができる。
【００１３】
しかしながら、腐食検査装置として最も一般的な超音波肉厚計では、点での計測となるため、局部腐食によって生じる減肉の形状と大きさ、位置を高い面分解能で得るためには、莫大な量の計測を行なわなければならない。そのため、監視対象設備の全面を高い面分解能で検査することが困難である。さらに、超音波肉厚計の計測値は、一般に検査者の技量に左右されるため、高い再現性をもって継続的に計測することは困難である。
【００１４】
また、渦電流探傷装置は、高い周波数の電磁波を用いるため、表皮効果による減衰が大きく、肉厚方向の測定範囲が限定される。このため、肉厚に換算することが困難であり、局部腐食によって生じる減肉の形状と大きさ、位置を得るのには適していない。さらに、渦電流を設備内外に発生させるためにコイルが必要となるため、アレイ化が困難である。そのため、設備全面を高い面分解能で検査することが困難である。
【００１５】
Ｘ線検査装置は、配管等を高い面分解能で捉えることが可能であるが、出力結果は撮像方向に依存したものとなる。このため、配管等全体の局部腐食によって生じる減肉の形状と大きさ、位置を三次元で把握するためには非常に多くの撮像と画像合成が必要となる。また、Ｘ線検査装置では、Ｘ線源の管理が要求されるため導入障壁が高く、継続的な計測はできない。
【００１６】
ガイド波検査装置は、ガイド波を発生させるために非常に大きな電力を必要とするため、プラントの防爆エリアで操業中に使用することが困難であり、仮に使用するのであれば、ガス検知機等によるガス検知が必須となる。また、検査結果の読み取りに専門的な知識が必要となり、出力も基本的には断面欠損率であり、局部腐食によって生じる減肉の形状と大きさ、位置を直接得ることはできない。
【００１７】
石油や石油化学産業で用いられる配管等の設備は、多くが高所にありエネルギ効率の面から断熱材が取り付けられている。前述した検査装置は、検査担当者が現場で操作することを前提にしているため、検査を行う場合、検査人がアクセスするための足場の設置や解体、断熱材の脱着といった付帯工事に多くの工数とコストがかけられている。このことから、石油や石油化学の設備の腐食検査は、最短でも年１回程度の周期でしか行なうことができず、腐食メカニズムを分析する上で重要な運転との相関や、局部腐食の発生と成長の過程を知ることができない。また、腐食の進行度合いを予測することも困難である。
【００１８】
一方、従来の腐食検査管理装置は、腐食検査装置の検査結果を可搬型の記憶装置を介して取得するか、手作業により入力されるのが一般的である。このため、データ入力作業に多大な工数が必要となる。また、集計したデータから腐食メカニズムを分析するためには、腐食専門家の知識が必要となる。
【００１９】
本発明は、このような状況を鑑みてなされてものであり、金属設備の局部腐食等によって生じる減肉の形状と大きさ、位置を、継続的に計測管理できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様である腐食管理システムは、監視対象の金属設備表面の磁界分布を計測する磁気センサアレイを備える磁界計測装置と、前記磁界計測装置の計測結果に基づいて、前記金属設備における減肉の形状と大きさ、位置を算出し、前記減肉の形状と大きさ、位置から前記金属設備に対応した三次元形状を生成する計測管理装置と、を備えることを特徴とする。
ここで、前記金属設備に設置された電極あるいは前記金属設備の近傍に設置された磁界発生用電線に電流を印加する電流印加装置をさらに備えてもよい。
また、前記計測管理装置は、無線通信を利用して前記磁界計測装置の計測結果を取得することができる。
また、前記計測管理装置は、前記金属設備に減肉がない場合に得られる計測結果と、実際の計測結果との差分に基づいて、前記金属設備の減肉の形状と大きさ、位置を算出することができる。
また、前記電流印加装置と、前記磁界計測装置とが独立した装置であってもよい。
また、前記計測管理装置は、前記磁気センサアレイを構成する磁気センサと前記金属設備との位置に基づいて、前記磁界計測装置の計測結果を補正するようにしてもよい。
このとき、前記計測管理装置は、ある磁気センサについて、前記金属設備に印加された異なる周波数の交流電流により得られた磁束密度に基づいて、その磁気センサと前記金属設備との位置を算出することができる。
あるいは、前記計測管理装置は、ある磁気センサについて計測された磁束密度と、その磁気センサの前記金属設備からの延長上に配置された補助磁気センサで計測された磁束密度に基づいて、その磁気センサと前記金属設備との位置を算出することができる。
上記課題を解決するため、本発明の第２の態様である腐食管理方法は、監視対象の金属設備に設置された電極あるいは前記金属設備の近傍に設置された磁界発生用電線に電流を印加する電流印加ステップと、前記金属設備表面の磁界分布を計測する磁界計測ステップと、前記磁界計測装置の計測結果に基づいて、前記金属設備の減肉の形状と大きさ、位置を算出し、前記減肉の形状と大きさ、位置から前記金属設備に対応した三次元形状を生成する計測管理ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、金属設備の局部腐食等によって生じる減肉の形状と大きさ、位置を計測管理し、設備の３次元形状にマップした状態で可視化することが、継続的に行なえるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態に係る腐食管理システムの構成を示すブロック図である。
【図２】減肉状態把握の第１原理を説明する図である。
【図３】減肉状態把握の第２原理を説明する図である。
【図４】電流印加装置の構成例を示すブロック図である。
【図５】磁界計測装置の構成例を示すブロック図である。
【図６】計測管理装置の構成例を示すブロック図である。
【図７】実際の運用に先立つ準備フェーズについて説明するフロー図である。
【図８】腐食管理システムの運用時の動作の概要について説明するフロー図である。
【図９】電流印加装置の動作について説明するフロー図である。
【図１０】磁界計測装置の動作について説明するフロー図である。
【図１１】ノイズ除去第２の方法を説明するフロー図である。
【図１２】計測管理装置の動作について説明するフロー図である。
【図１３】配管を、抵抗を格子状に接続したグラフとみなした図である。
【図１４】配列形式で表された実効値に基づいて行なった三次元マッピングの例を示す図である。
【図１５】監視対象配管と磁気センサとの距離測定手法を説明する図である。
【図１６】監視対象配管と磁気センサとの距離測定手法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る腐食管理システム１０の構成を示すブロック図である。腐食管理システム１０は、プラント１００内に敷設された金属配管（監視対象配管１１０と称する）の腐食管理を行なうシステムである。本実施形態では、金属配管を腐食管理の対象例として説明するが、腐食管理システム１０は、金属配管に限られず、例えば、蒸留塔や反応装置等の金属設備を腐食管理の対象とすることができる。
【００２４】
本図に示すように、腐食管理システム１０は、プラント１００の監視対象配管１１０近傍に配置される電流印加装置１２０、磁界計測装置１３０と、制御用ネットワーク２００に接続された計測管理装置２１０とを備えている。
【００２５】
電流印加装置１２０と磁界計測装置１３０は、無線通信機能を備えている。また、計測管理装置２１０は、制御用ネットワーク２００を介して無線センサネットワークゲートウェイ２２０と接続している。これにより、計測管理装置２１０、電流印加装置１２０、磁界計測装置１３０は、無線センサネットワーク２８０により相互に無線通信を行なえるようになっている。
【００２６】
無線センサネットワーク２８０は、ＩＳＡ１００．１１ａやＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴといった産業用無線センサネットワークや、ＩＥＥＥ８０２．１１やＩＥＥＥ８０２．１５．４のような汎用の無線ネットワークを用いることができる。
【００２７】
本実施形態の腐食管理システム１０では、電流印加装置１２０が印加する電流により発生する磁界分布を磁界計測装置１３０で計測することにより、監視対象配管１１０の減肉状態を把握する。この原理として、例えば、以下に説明する第１原理、第２原理のいずれかを用いることができる。ただし、電流印加装置１２０が印加する電流により発生する磁界分布を磁界計測装置１３０で計測することにより、監視対象配管１１０の減肉状態を把握するのであれば、他の原理を適用してもよい。
【００２８】
図２は、第１原理を説明する図である。第１原理では、本図に示すように、監視対象配管１１０の金属表面に設置された一対の電極１１１を介して、電流印加装置１２０が監視対象配管１１０の金属表面に交流電流を印加する。
【００２９】
この電流は、金属面の持つ抵抗分布にしたがった電流密度で流れ、磁界を発生させる。この際に、監視対象配管１１０に局部腐食等による減肉があれば、その付近の抵抗が変化するため、電流密度分布が変化し、磁界分布も変化する。第１原理では、この磁界分布の変化を磁界計測装置１３０で計測し、減肉の形状と大きさに換算する。ここで、減肉があることを示したセンサから監視対象配管１１０に下した垂線と監視対象配管１１０との交点が減肉のおおよその位置である。より詳細には、減肉があることを示したセンサ近傍のセンサの出力を含めて解析することで、減肉の形状と大きさ、位置に換算する。
【００３０】
図３は、第２原理を説明する図である。第２原理は、監視対象配管１１０が磁性体である場合に適用することができる。第２原理では、本図に示すように、電流印加装置１２０は、監視対象配管１１０の金属表面付近に配置された磁界発生用電線１１２に交流電流を印加し磁界を発生させる。
【００３１】
この磁界の分布は、磁界発生源の周辺における透磁率の分布によって決定される。監視対象配管１１０の金属表面（「金属表面」は、金属配管の内面を含む概念である）の局部腐食等によって生じる減肉などで透磁率の分布が変化した場合、その変化にしたがって磁界の分布も変化する。第２原理では、この磁界分布の変化を磁界計測装置１３０で計測し、減肉の形状と大きさに換算する。ここで、減肉があることを示したセンサから監視対象配管１１０に下した垂線と監視対象配管１１０との交点が減肉の位置である。
【００３２】
一般に磁界の計測は、地磁気をはじめとする環境磁界の影響を受ける。このため、電流印加装置１２０が印加する電流は、例えば、商用周波数の５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの整数倍から離れた周波数や、素数となる周波数等の信号選択性のよい周波数とする。
【００３３】
電流印加装置１２０は、第１原理を採用した場合には、監視対象配管１１０の表面に設けられた電極１１１に交流電流を印加し、第２原理を採用した場合には、監視対象配管１１０近傍に配置された磁界発生用電線１１２に交流電流を印加して、交流磁界を発生させる。いずれの原理を採用した場合でも、磁界計測装置１３０は、監視対象配管１１０近傍に配置され、磁界分布を計測する。
【００３４】
図４は、電流印加装置１２０の構成例を示すブロック図である。本図に示すように、電流印加装置１２０は、演算部１２１、信号発生部１２２、電流制御部１２３、記憶部１２４、磁界計測装置同期部１２５、無線通信部１２６を備えている。
【００３５】
演算部１２１は、計測管理装置２１０から送られる設定情報に基づいて、印加する電流の電流値、周波数等の設定処理等を行なう。信号発生部１２２は、演算部１２１の設定にしたがって印加する電流波形を生成する。電流制御部１２３は、信号発生部１２２が生成した電流波形にしたがって印加電流を制御する。記憶部１２４は、電流の設定値等の設定情報を記憶する。磁界計測装置同期部１２５は、磁界計測装置１３０との同期処理を行なう。無線通信部１２６は、無線センサネットワーク２８０へ接続処理を行なう。
【００３６】
図５は、磁界計測装置１３０の構成例を示すブロック図である。本図に示すように、磁界計測装置１３０は、磁界センサアレイ１３１、演算部１３２、センサ切換部１３３、信号変換部１３４、記憶部１３５、電流印加装置同期部１３６、無線通信部１３７を備えている。
【００３７】
磁界センサアレイ１３１は、磁界センサをアレイ化して構成したものであり、本図に示すように、監視対象配管１１０に取り付ける。これにより、監視対象配管１１０表面の磁界分布を得ることができる。磁界センサは、小型かつ低消費電力なセンサであるため、大面積に対して高密度で実装することができる。そのため、高い面分解能で磁界分布を計測することができる。
【００３８】
磁界センサアレイ１３１は、監視対象配管１１０に常時取り付けておくようにする。これにより、計測毎に監視対象配管１１０に磁界センサを取り付ける手間を省くことができ、継続的に計測することができる。
【００３９】
センサ切換部１３３は、磁界センサアレイ１３１を構成する磁界センサから計測値取得対象の磁界センサを切り換える。すなわち、本実施形態では、各磁界センサから順次計測値を取得するようにしている。計測値の取得方法には、本実施形態のように各磁界センサから順次計測値を取得する方法と、一斉に計測値を取得する方法があるが、一般に腐食による肉厚変化は緩やかであり、回路の部品コストを低減できるため、本実施形態では順次計測値を取得する方法を示した。もちろん、測定時間を短縮するために、各磁界センサから一斉に計測値を取得するようにしてもよい。
【００４０】
信号変換部１３４は、計測値をデジタル信号に変換する。記憶部１３５は、デジタル信号に変換した計測値や計測のための設定情報等を記憶する。演算部１３２は、計測値のノイズ除去や実効値への換算処理、設定情報の処理などを行なう。具体的なノイズ除去手法については後述する。電流印加装置同期部１３６は、電流印加装置１２０との同期処理を行なう。無線通信部１３７は、無線センサネットワーク２８０へ接続処理を行なう。
【００４１】
この構成により、磁界計測装置１３０は、電流印加装置１２０が印加する交流電流により発生した交流磁界を磁界センサアレイ１３１で計測する。そして、計測結果に対して、後述するノイズ除去処理を施してから、実効値への変換処理を行なう。磁界計測装置１３０は、例えば、アレイ化した磁界センサに対応した実効値の配列を、無線センサネットワーク２８０を介して計測管理装置２１０に計測結果として送信する。
【００４２】
本実施形態では、電流印加装置１２０と磁界計測装置１３０とを分離して独立した装置としている。この第１の理由は、石油・石油化学産業等の防爆エリアで動作させることを想定しているためである。電流印加装置１２０は、磁界計測装置１３０に比較して大きな電力を扱う必要があり、装置を分離することで、回路構成を単純化でき、故障時等に考慮すべき回路を限定することができるようになる。
【００４３】
第２の理由は、それぞれの持つカバレッジの違いである。電流印加装置１２０は、監視対象配管１１０に電流を印加する第１の原理では、基本的に電極１１１を設置した間の領域をカバーすることができる。また第２の原理では、磁界発生用電線１１２を配置した範囲をカバーすることができ、それぞれ比較的大きな領域を容易にカバーすることが可能である。
【００４４】
一方、磁界計測装置１３０は、アレイ化した磁界センサがカバーする範囲の磁界が計測対象となるため、計測領域を拡張するには磁界センサアレイ１３１の磁界センサ数を増やす必要があるため、領域拡張が簡易ではない。
【００４５】
そこで、装置を分離して、１つの電流印加装置１２０と複数の磁界計測装置１３０を動作させることで、電流印加装置１２０を増やすことなく、計測領域を容易に拡張することが可能となる。もちろん、筐体コストや省スペース化のために、電流印加装置１２０と磁界計測装置１３０とが一体となった装置でもよい。
【００４６】
磁界を計測する際には、磁界を計測するタイミングで電流を印加するように、電流印加装置１２０と磁界計測装置１３０とが同期して動作することが必要となる。同期の方法としては、電気回路を分離しているため赤外線のような光による通信でトリガーをかける方法や、無線センサネットワーク２８０を介した同期方法が考えられる。これらの処理を行なうため、電流印加装置１２０には、磁界計測装置同期部１２５が備えられ、磁界計測装置１３０には、電流印加装置同期部１３６が備えられている。
【００４７】
具体的には、一方を主、他方を従として、一方（例えば、磁界計測装置１３０）に開始時刻と動作時間を設定し、それを主として同期させる方法が考えられる。また、計測管理装置２１０が無線センサネットワーク２８０を介して同期させた上で、消費電力を効率化するために局所的に同期部を介して電流印加装置１２０と磁界計測装置１３０とが同期してもよい。本実施形態では、計測管理装置２１０が、電流印加装置１２０と磁界計測装置１３０の両方に、それぞれ開始時刻と動作時間を設定情報として送信する。このため、磁界計測装置同期部１２５、電流印加装置同期部１３６を省いてもよい。
【００４８】
図６は、計測管理装置２１０の構成例を示すブロック図である。本図に示すように計測管理装置２１０は、演算部２１１、通信部２１２、記憶部２１３、入出力部２１４を備えている。
【００４９】
通信部２１２は、制御用ネットワーク２００を介した通信処理を行なう。記憶部２１３は、プラント１００に設置された磁界計測装置１３０と監視対象配管１１０との相対位置や腐食管理システム１０における各種設定、磁界計測装置１３０から無線センサネットワークを介して受信した実効値の配列、演算部２１１の演算結果等を記憶する。
【００５０】
演算部２１１は、磁界計測装置１３０から受信した実効値の配列を監視対象配管１１０に生じている減肉の形状と大きさに換算し、監視対象配管１１０と磁界センサアレイ１３１との相対位置をもとに、減肉を考慮した監視対象配管１１０に対応した三次元形状に変換する処理と、減肉状態に基づいて次回の計測タイミングを電流印加装置１２０と磁界計測装置１３０とに設定する計測設定処理とを行なう。入出力部２１４は、ユーザの操作を受け付けたり、演算部２１１の処理結果である減肉を考慮した監視対象配管１１０に対応した三次元形状を出力する処理を行なう。なお、ここでは、計測管理装置２１０とユーザの操作を受ける入出力部２１４を一体としたが、別途入出力装置を用意し、例えば制御用ネットワーク２００を用いて接続してもよい。
【００５１】
減肉を考慮した監視対象配管１１０に対応した三次元形状への変換処理では、算出された減肉の形状と大きさを監視対象配管１１０の形状にマッピングする。計測設定処理では、減肉の形状と大きさから肉厚方向の深さと、断面欠損率を計算する。そして、前回計測した減肉の深さおよび断面欠損率と比較することで、単位時間あたりの変化率を計算する。さらに、それぞれを最小許容肉厚および最大許容せん断応力と比較することで時間的なマージンを計算し、マージンの小さな方をもとに次の計測タイミングを電流印加装置１２０と磁界計測装置１３０に設定する。
【００５２】
次に、本実施形態の腐食管理システム１０の動作について説明する。まず、実際の運用に先立つ準備フェーズについて図７のフロー図を参照して説明する。なお、設備の三次元形状については、レーザーによる測距技術や設備の３Ｄ−ＣＡＤデータなどから、あらかじめ入力されているものとする。
【００５３】
準備フェーズでは、監視対象配管１１０に磁界センサアレイ１３１を設置するとともに、電極１１１を設置し（第１原理）、あるいは、近傍に磁界発生用電線１１２を設置し（第２原理）、電流印加装置１２０に接続する（Ｓ１０１）。
【００５４】
そして、設置した磁界センサアレイ１３１の各磁界センサ、電極１１１あるいは磁界発生用電線１１２、監視対象配管１１０の相対位置関係を計測して、計測管理装置２１０の記憶部２１３に記録する（Ｓ１０２）。
【００５５】
次に、腐食管理システム１０の運用時の動作の概要について図８のフロー図を参照して説明する。所定の計測タイミングになると（Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、電流印加装置１２０が電流を印加し（Ｓ２０２）、磁界計測装置１３０が磁界分布を計測する（Ｓ２０３）。
【００５６】
磁界計測装置１３０の演算部１３２は、計測値からノイズを除去した上で、実効値を取得する（Ｓ２０４）。実効値は、磁界センサアレイ１３１に対応した配列で表すことができ、これにより、監視対象配管１１０表面の磁界分布を得ることができる。
【００５７】
配列で表された実効値は計測管理装置２１０に送られ、計測管理装置２１０の演算部２１１が、肉厚あるいは減肉の形状と大きさに換算する（Ｓ２０５）。そして、減肉の形状と大きさの変化等に基づいて次回の計測タイミングを設定する（Ｓ２０６）。
【００５８】
また、演算部２１１は、減肉減肉の形状と大きさについて、その減肉の位置情報を元に監視対象配管１１０への三次元マッピングを行なう（Ｓ２０７）。減肉の形状と大きさ、位置や三次元マッピング結果は、記憶部２１３に記録し、必要に応じて表示画面等に出力する（Ｓ２０８）。
【００５９】
次に、各装置の具体的な動作について説明する。まず、電流印加装置１２０の動作について図９のフロー図を参照して説明する。電流印加装置１２０は、起動すると、無線通信部１２６により無線センサネットワーク２８０を介して計測管理装置２１０に設定情報を要求する（Ｓ３０１）。
【００６０】
この応答として計測管理装置２１０から設定情報を受信し（Ｓ３０２）、記憶部１２４に記録する（Ｓ３０３）。設定情報には、印加する交流電流の周波数、電流値、印加開始時刻（周期）、電流印加継続時間等が含まれる。
【００６１】
設定情報で示された電流印加開始時刻になると（Ｓ３０４）、電流の印加を開始する（Ｓ３０５）。このとき、電流印加を開始したことを計測管理装置２１０に通知するようにしてもよい。
【００６２】
設定情報で示された電流印加継続時間が経過すると電流印加を終了する（Ｓ３０６）。このとき、電流印加を終了したことを計測管理装置２１０に通知するようにしてもよい。
【００６３】
電流印加装置１２０は、さらに次の計測タイミングに関する設定情報を計測管理装置２１０から受信し（Ｓ３０７）、次の開始時刻を待つ（Ｓ３０４）。ただし、設定情報が停止指示であれば（Ｓ３０８：Ｙｅｓ）、停止する。
【００６４】
次に、磁界計測装置１３０の動作について図１０のフロー図を参照して説明する。磁界計測装置１３０は、起動すると、無線通信部１３７により無線センサネットワーク２８０を介して計測管理装置２１０に設定情報を要求する（Ｓ４０１）。
【００６５】
この応答として計測管理装置２１０から設定情報を受信し（Ｓ４０２）、記憶部１３５に記録する（Ｓ４０３）。設定情報には、計測開始時刻（周期）、１センサあたりの計測時間、電流印加装置１２０が印加する交流電流の周波数等が含まれる。
【００６６】
設定情報で示された計測開始時刻になると（Ｓ４０４）、計測を行なうセンサを切り換えて（Ｓ４０５）、磁界を計測する（Ｓ４０６）。このとき、磁界計測を開始したことを計測管理装置２１０に通知するようにしてもよい。
【００６７】
設定情報で示された１センサあたりの計測時間が計測すると、そのセンサでの計測を終了し、演算部１３２が、ノイズ除去、実効値算出処理を行なう（Ｓ４０７）。この処理を、未計測のセンサがあれば（Ｓ４０８：Ｎｏ）、センサを切り換えて（Ｓ４０５）、計測処理を繰り返す。
【００６８】
すべてのセンサでの計測が終了すると（Ｓ４０８：Ｙｅｓ）、実効値を磁界センサアレイ１３１に対応した配列形式で計測管理装置２１０に送信する（Ｓ４０９）。
【００６９】
磁界計測装置１３０は、さらに次の計測タイミングに関する設定情報を計測管理装置２１０から受信し（Ｓ４１０）、次の開始時刻を待つ（Ｓ４０４）。ただし、設定情報が停止指示であれば（Ｓ４１１：Ｙｅｓ）、停止する。
【００７０】
ここで、磁界計測装置１３０の演算部１３２が（Ｓ４０７）で行なうノイズ除去処理について説明する。磁界計測装置１３０が計測する交流磁界信号には一般にノイズが含まれることから、ノイズを除去した上で実効値とすることが必要となる。ノイズ除去の方法としては、次のような４つの方法が考えられる。
【００７１】
ノイズ除去第１の方法：計測した交流信号を離散フーリエ変換やＺ変換により周波数空間に変換し、その上で電流印加装置１２０が印加した周波数を切り出す方法である。
【００７２】
ノイズ除去第２の方法：計測した交流信号を離散フーリエ変換やＺ変換により周波数空間に変換するとともに、高次のノイズを打ち消すために平滑化を行い、［数１］にしたがって回帰し、回帰パラメータｋ０のみを取り出す方法である。本方法は、ノイズを除去したい信号列の瞬時値を用いるため、信号をメモリ上に保持する必要がなく、記憶部１３５のＲＡＭの使用量を削減することが可能となる。
【数１】
2017003574.tif 000003
より具体的に説明すると、ノイズ除去第２の方法は、離散フーリエ変換を利用したノイズ除去第１の方法を本発明の目的に沿うように改良したものである。改良のポイントは次の２点である。
【００７３】
・周波数分解能が良い。
【００７４】
・指定した周波数成分しか取り出せず、それ以外の周波数に関する情報は一切得られない。
【００７５】
ノイズ除去第１の方法では、切り出す周波数の分解能を高くするためには測定時間を長くせざるを得ないが、腐食管理システム１０では、電流印加装置１２０や磁界計測装置１３０の消費電力の観点から測定時間を長くすることは好ましくない。逆に特定の周波数成分だけを計算すればよく、それ以外の周波数成分を算出する必要はない。ノイズ除去第２の方法は、周波数分解能と測定時間が両立するように、ノイズ除去第１の方法を改良したものである。
【００７６】
ノイズ除去第２の方法の原理について説明する。角周波数ω０付近にだけ周波数成分を持つ信号ｆ（ｔ）は、［数２］と記述できる。ただし、ωｉ≒ω０とする。
【数２】
2017003574.tif 000004
このとき、求めたい値は角振動数ω０に対応する振幅ｗ０である。信号ｆ（ｔ）の区間０≦ｔ≦Ｔにおけるフーリエ積分は、［数３］で計算することができる。
【数３】
2017003574.tif 000005
Ｆ［ｆ］（ω０）はＴ→∞の極限においてω０に収束する。ノイズ除去第１の方法はこの積分値を算出する手法である。しかし上式が、［数４］と展開できることに注意すれば、
【数４】
2017003574.tif 000006
次の２つの手順により、Ｔ→∞の極限を取ることなく、Ｆ［ｆ］（ω０）をω０に収束させることができる。
【００７７】
・平均化を施すことで振動項をキャンセルする。
【００７８】
・回帰式［数１］を用いて回帰し、パラメータｋ０のみを取り出す。
【００７９】
この手順をフローチャート化したものが図１１である。すなわち、磁界計測結果のデジタル値を取得し（Ｓ５０１）、フーリエ積分を行なう（Ｓ５０２）。そして、平滑化を行なって（Ｓ５０３）、回帰演算を行ない（Ｓ５０４）、回帰結果を出力する（Ｓ５０５）。なお、前提とした条件ωｉ≒ω０が満たされない場合は、角振動数ω０に対応する成分は０に等しいことを意味するから、平滑化や回帰を行うまでもなく、ω０＝０が得られる。
【００８０】
ノイズ除去第３の方法：ノイズの主成分は、磁界計測装置１３０の回路が発生するノイズであることから、ノイズを正規分布と仮定し、カルマンフィルタを適用する方法である。
【００８１】
ノイズ除去第４の方法：ノイズの主成分は、磁界計測装置１３０の回路が発生するノイズであることから、対象とする系を線形と仮定し、粒子フィルタ（パーティクルフィルタ）を適用する方法である。
【００８２】
磁界計測装置１３０は、磁界センサアレイ１３１の各磁界センサが計測した交流信号に対して、上記のいずれかのノイズ除去を行なった上で交流信号の実効値を計算し、無線センサネットワーク２８０を介して計測管理装置２１０に送信する。ただし、他のノイズ除去方法を採用してもよい。
【００８３】
次に、計測管理装置２１０の動作について図１２のフロー図を参照して説明する。計測管理装置２１０は、起動すると、端子対象配管１１０に設置した電極１１１あるいは近傍に設置した磁界発生用電線１１２、磁界センサアレイ１３１の各磁界センサそれぞれの相対位置関係と端子対象配管１１０の形状を装置配置情報として記憶部２１３に記録する（Ｓ６０１）。
【００８４】
他装置から設定情報の要求を受信すると（Ｓ６０２）、あらかじめ記憶部２１３に記録しておいた設定情報を送信する（Ｓ６０３）。具体的には、電流印加装置１２０から設定情報の要求を受信した場合には、印加する交流電流の周波数、電流値、印加開始時刻（周期）、電流印加継続時間等を設定情報として送信し、磁界計測装置１３０から設定情報の要求を受信した場合には、計測開始時刻（周期）、１センサあたりの計測時間、電流印加装置１２０が印加する交流電流の周波数等を設定情報として送信する。
【００８５】
設定情報で示した計測開始時刻になると（Ｓ６０４：Ｙｅｓ）、電流印加装置１２０、磁界計測装置１３０から開始通知を受信する（Ｓ６０５）。また、磁界計測装置１３０から測定結果である実効値を配列形式で受信する（Ｓ６０６）。
【００８６】
計測管理装置２１０は、磁界計測装置１３０から受信した実効値の配列を履歴として記憶部２１３に格納するとともに、演算部２１１が、交流磁界の実効値の配列を減肉の形状と大きさに換算する（Ｓ６０７）。
【００８７】
ここで、交流磁界の実効値の配列を減肉の形状と大きさに換算する方法について説明する。実効値を減肉の形状と大きさに換算する方法としては、例えば、減肉なしの状態において計測した磁界やシミュレーション結果といった基準となる磁界分布における各磁界センサの実効値と、計測した実効値との差分を計算し、差分をもとに減肉の形状と大きさに換算する方法と、計測した実効値を物理モデルにあてはめ、磁界分布や電流分布、抵抗分布を計算し、抵抗分布から金属の肉厚を計算する方法とが考えられる。以下に、第１の原理に対応した換算方法（１〜４）と第２の原理に対応した換算方法（５〜８）とを示す。
【００８８】
換算方法１：例えば配管新設時などに、減肉なしの状態で電流印加装置１２０から交流電流を印加し、表面周辺の交流磁界の磁界分布の実効値を磁界計測装置１３０で計測する。そして、無線センサネットワーク２８０を介して計測管理装置２１０に送信し、計測管理装置２１０の記憶部２１３に格納する。
【００８９】
次に、一定期間経過後の同じ配管の表面周辺の交流磁界の磁界分布の実効値を同様に計測し、計測管理装置２１０に送信する。計測管理装置２１０は、新たに計測された実効値と記憶部２１３に格納した基準となる実効値との差分を計算し、記憶部２１３に格納した配管の形状や材質、電流印加装置１２０や磁界計測装置１３０と配管との相対位置を取得し、実効値の差分計算結果と、これらの情報をもとに、配管に発生した腐食が半楕円球をモデルとして、実効値の差分結果にフィッティングし、最も適した結果を減肉の大きさ、位置と推定し、計測管理装置２１０の記憶部２１３に記憶した配管の形状と合わせ設備の３次元形状にマップされた減肉の形状と大きさ、位置を計算する。
【００９０】
なお、配管が比較的単純なトポロジーで曲率が低い場合は、配管を平面と仮定してフィッティングを行ってもよい。局部腐食の三次元形状を得るためには、フィッティングによる平面の凹凸を算出し、記憶部２１３に記憶した形状にマッピングすればよい。
【００９１】
換算方法２：換算方法１に準じる方法であるが、基準となる配管表面周辺の交流磁界の磁界分布の実効値を磁界シミュレーションによって獲得する方法である。また、シミュレーション結果と実際の磁界分布との誤差を修正するためにシミュレーション結果に一定の係数をかけて基準となる実効値とする。
【００９２】
換算方法３：換算方法２に準じる方法であるが、基準となる状態の肉厚分布を超音波肉厚計のような他の装置で計測し、その肉厚分布をもとにシミュレーションを行ない、その結果を基準となる配管表面周辺の交流磁界の磁界分布の実効値とする方法である。
【００９３】
換算方法４：換算方法１に準じる方法であるが、計測管理装置２１０の記憶部２１３に格納された任意の時刻で、磁界計測装置１２０が計測した交流磁界の磁界分布の実効値から、抵抗分布を推定する。抵抗分布推定の拘束条件は、計測した磁界の実効値と配管表面上の電極の位置、配管の仕様（例えば、材質、外径、肉厚）、印加電流量である。一般に、抵抗分布推定問題は良設定問題にならないため、電流分布や抵抗分布の大きさを正規化項として用いる。
【００９４】
具体的には、配管を図１３（ａ）に示すような抵抗を格子状に接続したグラフとみなす。そして、測定された磁場から各抵抗に流れる電流を推定し、各抵抗に流れる電流から抵抗値（金属の減肉率）を推定する。配管に流れる電流は、一方の電極から他方の電極へ向かう方向（図の左右方向）に流れる電流が支配的であり、それと直交する方向（図の上下方向）にはほとんど電流は流れない。
【００９５】
そのため、配管は近似的に図１３（ｂ）に示すようなグラフとみなすこともできる。図１３（ｂ）に示すグラフは、図１３（ａ）に示すグラフと比較して、算出するべき電流量の数が半減しており、計算時間が大幅に短縮できるというメリットがある。
【００９６】
換算方法５：監視対象配管１１０が磁性体金属の場合において、例えば、配管新設時などに、減肉なしの状態で電流印加装置１２０から交流電流を印加し、表面周辺の交流磁界の磁界分布の実効値を磁界計測装置１３０で計測する。そして、無線センサネットワーク２８０を介して計測管理装置２１０に送信し、計測管理装置２１０の記憶部２１３に格納する。
【００９７】
次に、一定期間経過後の同じ配管の表面周辺の交流磁界の磁界分布の実効値を同様に計測し、計測管理装置２１０に送信する。計測管理装置２１０は、新たに計測された実効値と記憶部２１３に格納した基準となる実効値との差分を計算し、記憶部２１３に格納した配管の形状や材質、電流印加装置１２０や磁界計測装置１３０と配管との相対位置を取得し、実効値の差分計算結果と、これらの情報をもとに、配管に発生した腐食が半楕円球をモデルとして、実効値の差分結果にフィッティングし、最も適した結果を減肉の大きさと位置を推定し、計測管理装置２１０の記憶部２１３に記憶した配管の形状と合わせ設備の３次元形状にマップされた減肉の形状と大きさ、位置を計算する。
【００９８】
換算方法６：換算方法５に準じる方法であるが、基準となる配管表面周辺の交流磁界の磁界分布の実効値を磁界シミュレーションによって獲得する方法である。また、シミュレーション結果と実際の磁界分布との誤差を修正するためにシミュレーション結果に一定の係数をかけて基準となる実効値とする。
【００９９】
換算方法７：換算方法２に準じる方法であるが、基準となる状態の肉厚分布を超音波肉厚計のような他の装置で計測し、その肉厚分布をもとにシミュレーションを行ない、その結果を基準となる配管表面周辺の交流磁界の磁界分布の実効値とする方法である。
【０１００】
換算方法８：換算方法４に準じる方法であるが、計測管理装置２１０の記憶部２１３に格納された任意の時刻で、磁界計測装置１２０が計測した交流磁界の磁界分布の実効値から、抵抗分布を推定し、磁性体金属と空気や水など雰囲気の透磁率の違いと磁界分布の推定値とから、磁性体金属である配管の減肉を推定する逆問題を解く。このときの拘束条件は、計測した磁界の実効値と配管表面上の電極の位置、配管の仕様（例えば、材質、外径、肉厚）、印加電流量である。一般に、抵抗分布推定問題は良設定問題にならないため、電流分布や抵抗分布の大きさを正規化項として用いる。
【０１０１】
本実施形態の腐食管理システム１０では、計測した磁界分布を減肉の形状と大きさに換算する上記の方法の制約から、設置時や脱着時に監視対象配管１１０と磁界計測装置１３０の磁界センサアレイ１３１、電流印加装置１２０の電極１１１や磁界発生用電線１１２の位置を管理し、相対的な位置を管理する必要がある。なぜなら、磁界は発生源から計測点までの距離に比例して変化し、これが換算時に誤差として現れるためである。磁界センサアレイ１３１の脱着が行われる状況としては、磁界センサアレイ１３１が設置されている監視対象配管１１０を別の手段（例えば、超音波肉厚計）で検査する場合や、磁界センサアレイ１３１が故障し、交換を行なう状況等が考えられる。
【０１０２】
換算方法１や換算方法５のように、金属配管表面に減肉がない状態で金属配管表面周辺の交流磁界の計測（ここでは初期計測と呼ぶ）を行なって、減肉がある状態との差分から減肉の形状と大きさを求める方式では、初期計測時の位置から誤差なく磁界センサアレイ１３１と電流印加装置１２０の電極１１１または磁界発生用電線１１２を設置または脱着する必要がある。このような要求を満たす方法として初期計測時に金属配管表面に基準となる治具を取り付ける方法がある。また、電極１１１や磁界発生用電線１１２が金属設備表面上または付近に残されている場合、これらを用いて磁界計測装置１３０で磁界を計測し、その情報から位置を補正する方法がある。
【０１０３】
換算方法２や換算方法６の場合、シミュレーション結果を初期計測結果の代わりとして用いる。このため、シミュレーション上のモデルと実際に金属配管表面に設置された磁界センサアレイ１３１や電流印加装置１２０の電極１１１あるいは磁界発生用電線１１２の相対位置の管理が求められる。
【０１０４】
換算方法１、２、３、５、６、７において、磁界アレイセンサ１３１を配管に取り付け測定を行なった後に、（超音波肉厚系などによって）詳細な肉厚検査を行ない、その後、引き続き磁界アレイセンサ１３１で測定を行うという状況が考えられる。そのような場合、換算のための腐食モデルを、半楕円球ではなく、詳細検査によって得られた減肉の形状にすることによって、より精度の高い換算結果を得ることができる。
【０１０５】
この管理を行う方法としては、例えば、先に金属配管表面や磁界センサアレイ１３１、電極１１１あるいは磁界発生用電線１１２の相対位置をモデル化し、シミュレーションを行なった上で、モデルに合わせて、これらを設置する方法が考えられる。
【０１０６】
あるいは、先に磁界センサアレイ１３１、電極１１１あるいは磁界発生用電線１１２を設置し、これらの位置を計測した上で、シミュレーションモデルを作成し、シミュレーションを行う方法が考えられる。なお、これらの方法では、金属配管表面は減肉がないものとして扱う。
【０１０７】
換算方法３や換算方法７の場合は、上記シミュレーションを用いる方法に準じるが、別の手段（たとえば超音波肉厚計）で計測した金属配管の肉厚をシミュレーションのモデルに加える。このため、別の手段で計測を行った位置をモデル上の位置として管理する必要がある。
【０１０８】
換算方法４や換算方法８では、初期計測状態を必要としないため、上記に示したような初期状態との相対位置の誤差を管理する必要はない。ただし、金属配管表面をモデル化して得られる磁界分布から金属配管の肉厚を推定するという逆問題を解くため、シミュレーションの場合と同様に、設置した際に、これらの相対位置を管理する必要がある。
【０１０９】
図１２の説明に戻って、計測管理装置２１０の演算部２１１は、配列形式の実効値を減肉の形状と大きさに換算すると（Ｓ６０７）、減肉の形状と大きさの変化等に基づいて次回の計測タイミングを設定する（Ｓ６０８）。具体的には、減肉の形状と大きさから肉厚方向の深さと、断面欠損率を計算する。そして、前回計測した減肉の深さおよび断面欠損率と比較することで、単位時間あたりの変化率を計算する。さらに、それぞれを最小許容肉厚および最大許容せん断応力と比較することで時間的なマージンを計算し、マージンの小さな方をもとに次の計測タイミングを電流印加装置１２０と磁界計測装置１３０に設定する。
【０１１０】
さらに、演算部２１１は、配列形式で表された実効値に基づいて監視対象配管１１０への三次元マッピングを行なう（Ｓ６１０）。図１４は、配列形式で表された実効値に基づいて行なった三次元マッピングの例を示している。
【０１１１】
減肉の形状と大きさ、位置や三次元マッピング結果は、記憶部２１３に記録し、必要に応じて表示画面等に出力する（Ｓ６１１）。停止指示がなければ（Ｓ６１２：Ｎｏ）、次の開始時刻を待ち（Ｓ６０４）、停止指示があれば（Ｓ６１２：Ｙｅｓ）、停止する。このとき、電流印加装置１２０、磁界計測装置１３０に停止の設定情報を送信する。
【０１１２】
以上、本発明の実施形態である腐食管理システム１０について説明した。本実施形態の腐食管理システム１０によれば、例えば、以下のような効果を得ることができる。
【０１１３】
効果１：金属配管のような金属設備表面に発生する局部腐食を再現性良く継続的に三次元で計測し、管理することが可能となる。
【０１１４】
効果２：一旦、腐食管理システム１０を導入してしまえば、継続的に腐食等によって生じる減肉を計測できることから、金属設備に人がアクセスするための付帯工事が不要となり、工数・コストを削減できる。これにより、計測周期を短縮することが可能となる。また、計測周期を任意の周期で設定できる。
【０１１５】
効果３：電流印加装置１２０と磁界計測装置１３０とを分離し、防爆に対応した狭帯域の無線センサネットワーク２８０に対応可能なため、磁界計測装置１３０で交流磁界測定値のノイズ除去した後、実効値として出力・送信することで、防爆エリアへの対応が可能となり、操業中の防爆エリアで減肉を計測することが可能となる。
【０１１６】
効果４：計測結果を無線センサネットワーク２８０で送受信し、計測管理装置２１０で管理することで、検査結果を手作業で管理する必要がなくなる。
【０１１７】
効果５：計測結果は、減肉の形状と大きさが設備の三次元形状にマップされた情報として可視化されることから、特に専門的な知識がなくても結果を把握することが可能となる。
【０１１８】
なお、本発明は、上述の実施形態に限られず種々の変形が可能である。例えば、上述の腐食管理システム１０に配管等の金属設備表面の温度を計測する温度センサと湿度センサ等の別のセンサを付加してもよい。一組の温度センサ、湿度センサを磁界センサアレイ１３１付近に設置し、他の温度センサ、湿度センサの組を他の場所に複数設置することが望ましい。
【０１１９】
これらの温度センサ、湿度センサのデータを、腐食管理システム１０の計測管理装置２１０で読み込むことができるものとする。具体的には、無線センサネットワーク２８０を介して計測管理装置２１０が直接読み込む方法と、プロセス制御システムなどを介して間接的に読み込む方法が考えられる。
【０１２０】
このようにした上で、計測管理装置２１０は、磁界センサアレイ１３１が設置され実際に局部腐食が発生している箇所の温度、湿度データやその履歴と金属設備の形状やレイアウトの類似性をもとに、別の組の温度センサ・湿度センサが設置されているが磁界センサアレイ１３１は設置されていない場所において局部腐食を外挿する。
【０１２１】
これによって磁界センサアレイ１３１を設置しておらず局部腐食を計測できない位置を含め、より広いエリアを仮想的に管理することが可能となる。なお、本例は、温度センサ、湿度センサを用いたが、ひずみセンサなど他のセンサと組み合わせてもよい。また、これらのデータをセンサではなく、設備の管理作業者が取得し、計測管理装置２１０に入力してもよい。
【０１２２】
あるいは、上述の腐食管理システム１０に、配管等の金属設備の内部のデータを入力するセンサ、例えば、圧力センサや温度センサ、流速センサ、ｐＨセンサ、ＥＲ腐食センサや電気化学的な腐食センサ等を付加してもよい。これらは、無線センサネットワーク２８０を介して、直接腐食管理システム１０と接続してもよく、またプロセス制御システムを介して接続してもよい。
【０１２３】
計測管理装置２１０は、磁界センサアレイ１３１が設置され実際に腐食している箇所の金属設備の内部を計測するセンサのデータとそれらの履歴・金属設備の形状や、金属設備内部の流体等の類似性をもとに、磁界センサアレイ１３１が設置されていない金属設備内部の他の場所における局部腐食を外挿する。
【０１２４】
これによって、磁界センサアレイ１３１を設定しておらず局部腐食を計測できない位置を含め、より広いエリアを仮想的に管理することが可能となる。
【０１２５】
ところで、配管等の金属設備内面の局部腐食は、内面の環境（圧力や温度、流速等）のアンバランスによってしばしば引き起こされる。そこで、プロセス制御システムの持つセンサデータの履歴を入力として、対象とする設備に流体シミュレーションを行なうことで、局所的な内面環境の履歴を、磁界センサアレイ１３１が設置され局部腐食の三次元形状が計測できている箇所について計算してもよい。この場合、次に、同様の計算を金属設備内面の他の場所で行ない、局所的な内面環境の履歴と金属設備の形状や内部流体の類似性をもとに、磁界センサアレイ１３１が設置されていない金属設備内部の他の場所における局部腐食を外挿する。
【０１２６】
これによって、磁界センサアレイ１３１を設定しておらず局部腐食を計測できない位置を含め、より広いエリアを仮想的に管理することが可能となる。
【０１２７】
このようにして得られた局所的な内面状態と外挿した局部腐食との関係をモデル化した上で、今後行う生産計画にしたがいプロセス状態のシミュレーションを行ない、さらのそのシミュレーション結果をもとに流体シミュレーションを行ない、未来における局所的な内面環境の履歴を作成してもよい。この場合、この未来における内面環境の履歴と金属設備の形状な内部流体の類似性と上述の関係モデルをもとに、将来的な局部腐食の発生や進展を外挿する。
【０１２８】
これによって、今後の運転計画や保全計画、運転条件の限界値をより精緻に立案・設定することが可能となる。
【０１２９】
計測管理装置２１０では、局部腐食の単位時間あたりの変化率が算出される。その変化率から減肉量を算出し、減肉量と時間の関係を表す近似曲線を求め、その近似曲線から局部腐食の進行度合いを予測することも可能である。
【０１３０】
ところで、本実施形態の腐食管理システム１０では、計測した磁界分布を減肉分布に換算する手法の特性から、設置時や脱着時に監視対象配管１１０と磁界計測装置１３０の磁気センサアレイ１３１の位置を管理し、相対的な位置を管理する必要がある。なぜなら、磁束密度は発生源から計測点までの距離に応じて変化し、これが換算時に誤差として現れるためである。
【０１３１】
このため、磁気センサアレイ１３１の監視対象配管１１０への取り付けに際しては、監視対象配管１１０の形状に対応した取り付け部材を作成する。例えば、監視対象配管１１０を、３Ｄスキャナを用いて計測した場合には、監視対象配管１１０の歪み等にも対応した取り付け部材を作成することができる。
【０１３２】
なお、取り付け部材は、異金属接触による監視対象配管１１０への影響を避けるため、脚等を用いた点接触で取り付ける形態が好ましいが、磁気センサと監視対象配管１１０との位置関係が長期間変化しないような堅牢性を備えさせるものとする。
【０１３３】
しかしながら、設備の経時変化により、磁気センサアレイ１３１と監視対象配管１１０との相対位置がずれたり、また、実際に取り付けられた場所がシステム計算上の位置からずれている場合もある。このようなずれが生じた場合には、磁気センサアレイ１３１を構成する各磁気センサの計測値をずれ量に応じて補正することで、誤差の発生を防ぐことができる。
【０１３４】
補正の方法は、例えば、ｘ軸方向、ｙ軸方向（監視対象配管１１０の表面と平行な面）のずれであれば、本来の磁気センサの位置と、実際の磁気センサの位置とのずれ量に応じて、隣接する磁気センサの測定値を利用した線形補完やバイキュービック補完等の既存技術を用いて各磁気センサの測定値を補正することが考えられる。
【０１３５】
また、ｚ軸方向（監視対象配管１１０の表面と垂直方向）のずれであれば、測定値は距離の２乗に反比例するため、例えば、実際の磁気センサが本来の位置よりも１．５倍離れていれば、測定値を１．５の２乗倍することで補正を行なうことができる。
【０１３６】
磁気センサの実際の位置を取得する方法としては、３Ｄスキャナを用いる方法が考えられるが、ｚ軸方向の位置であれば、磁気センサの測定値を用いて取得することもできる。
【０１３７】
これは、導体に流れる交流電流は周波数の増加と共に導体表面に集中し、内部の電流密度が減るという表皮効果を利用するものである。一般に、電流密度が導体表面の１／ｅ倍になる距離を表皮深さと呼び、周波数が定まればその導体における表皮深さを特定することができる。
【０１３８】
具体的には、図１５（ａ）に示すように、周波数ｆ１の交流電流を監視対象配管１１０に流したときに磁気センサ１３１ａで測定される磁束密度をＨ１とする。このときの表皮深さδ１は既知である。次に、図１５（ｂ）に示すように、周波数ｆ１よりも高い周波数ｆ２の交流電流を監視対象配管１１０に流したときに磁気センサ１３１ａで測定される磁束密度をＨ２とする。このときの表皮深さδ２は既知であり、表皮深さδ１よりも浅くなる。なお、減肉発生時であっても表皮深さが減肉部分に達しない程度の表皮深さδ１となるように、周波数ｆ１を選択する。
【０１３９】
ここで、監視対象配管１１０と磁気センサ１３１ａとの距離をｄとすると、［数５］が成り立つ。ただし、ｋは、印加した電流や監視対象配管１１０等によって決まる定数である。
【数５】
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［数５］をｄについて整理すると、ｋが消去された［数６］を得ることができるため、これにより磁気センサ１３１ａの監視対象配管１１０に対するｚ軸方向の位置を取得することができる。
【数６】
2017003574.tif 000008
あるいは、図１６に示すように、磁気センサ１３１ａの上方に補助磁気センサ１３１ｂを配置することで、磁気センサ１３１ａの監視対象配管１１０に対するｚ軸方向の位置を取得することもできる。ここで、磁気センサ１３１ａと補助磁気センサ１３１ｂとの距離をｒとし、この距離ｒは取り付け部材等により強固に保たれ、変化しないものとする。また、監視対象配管１１０の肉厚をｔとする。
【０１４０】
監視対象配管１１０に交流電流を流し（表皮効果は考慮しなくてよい）、磁気センサ１３１ａで測定される磁束密度をＨ１とし、補助磁気センサ１３１ｂで測定される磁束密度をＨ２とすると、［数７］が成り立つ。ただし、ｋは、印加した電流や監視対象配管１１０等によって決まる定数である。
【数７】
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［数７］をｄについて整理すると、ｋが消去された［数８］を得ることができるため、これにより磁気センサ１３１ａの監視対象配管１１０に対するｚ軸方向の位置を取得することができる。
【数８】
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このようにして得られた距離ｄが本来の距離と異なっていれば、その差に応じた補正を測定値に対して行なうことで、減肉状態推定の精度低下を防ぐことができる。
【０１４１】
ここでは配管とセンサの相対位置や補正係数の導出に、電流中心という概念を利用して近似的に計算を行ったため、［数５］や［数７］、補正係数はすべて距離の２乗の反比例という形になっている。これを、電流中心という概念を用いずに、例えば電流分布の精密な計算や数値シミュレーションなどを援用することで、より現実に即した補正式を導くことも可能である。
【符号の説明】
【０１４２】
１０…腐食管理システム、１００…プラント、１１０…監視対象配管、１１１…電極、１１２…磁界発生用電線、１２０…電流印加装置、１２０…磁界計測装置、１２０…電流印加装置、１２０…磁界計測装置、１２０…電流印加装置、１２１…演算部、１２２…信号発生部、１２３…電流制御部、１２４…記憶部、１２５…磁界計測装置同期部、１２６…無線通信部、１３０…磁界計測装置、１３１…磁界センサアレイ、１３２…演算部、１３３…センサ切換部、１３４…信号変換部、１３５…記憶部、１３６…電流印加装置同期部、１３７…無線通信部、２００…制御用ネットワーク、２１０…計測管理装置、２１１…演算部、２１２…通信部、２１３…記憶部、２１４…入出力部、２２０…無線センサネットワークゲートウェイ、２８０…無線センサネットワーク
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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