(57)【要約】  本出願は、原位置侵入型プローブシステムおよび方法に関する。本明細書に説明されるプローブシステムは、パイプライン、容器、または原油、ガスもしくはサワー生成物を運ぶ他の配管システム等の炭化水素含有構造体と面一に設置され得る。プローブシステムは、原子水素がプローブ表面を透過すると、プローブが再結合した水素ガスを捕捉するように、水素誘起割れ（ＨＩＣ）耐性微細構造を含む。結果として生じる水素ガス蓄積の圧力が測定され、そのエリアのＨＩＣ活性に関する予測がなされ得る。
2020507075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属資産内への面一挿入のための侵入型プローブシステムであって、
前記金属資産内に位置する腐食性物質に露出するように構成された露出面によって画定された中実の第１の端部分を有するプローブ本体であって、前記露出面から離れた場所で終わる内部開口を有する、プローブ本体と、
前記プローブの前記内部開口内に配設されたインサートであって、前記インサートと前記プローブ本体の内壁との間に画定された収集キャビティを画定するように配設されている、インサートと、
前記収集キャビティから前記プローブ本体の前記周囲の内壁への前記ガスの通過を防止するために、前記プローブ本体の前記内壁に沿って配置され、かつ前記腐食性物質によって前記収集キャビティ内で発生したガスに対して実質的に不透過性である材料で形成されている、拡散バリアと、
前記腐食性物質によって発生した前記ガスを受容するために、前記収集キャビティと流体連通している導管と、
前記腐食性物質によって発生した前記ガスの圧力を測定するために、前記導管に連結された圧力測定デバイスと、
を備える、プローブシステム。
【請求項２】
前記腐食性物質が、前記金属資産の内側で輸送される液体であり、原子水素が、前記腐食性物質と前記金属資産との間の接触に起因する前記金属資産の腐食の副産物である、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項３】
前記収集キャビティ内の前記腐食性物質によって発生した前記ガスが、分子水素ガスである、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項４】
前記インサートの第１の端が、前記プローブ本体の前記中実の端部分と面一に当接する関係にあり、それによって、前記収集キャビティが、前記インサートの側壁を取り囲むように形成され、かつ前記インサートの第１の端と前記中実の端部分との間の界面から離間している、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項５】
前記インサートが、円筒形状のフィラーロッドを含み、前記収集キャビティが、環形状を有する、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項６】
前記収集キャビティが、前記露出面からある距離まで前記プローブ本体内で長手方向に延在している、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項７】
前記腐食性物質が、前記金属資産の内側で輸送される液体であり、原子水素が、前記金属資産の腐食の副産物であり、前記中実の第１の端部分が、そこを通る原子水素の拡散を許容するがＨＩＣ耐性微細構造を有する材料で形成されている、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項８】
前記露出面を含む前記中実の第１の端部分が、前記金属資産と同一金属等級で形成されている、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項９】
前記拡散バリアが、酸化物層である、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項１０】
前記拡散バリアが、オーステナイト系ステンレス鋼スリーブである、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項１１】
前記内部開口が、止まり穴を含み、前記内部開口の閉端が、前記プローブ本体の前記中実の第１の端部分によって画定されている、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項１２】
前記インサートが、水素拡散特性が低いかまたは水素拡散特性を有していない材料で形成されている、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項１３】
前記インサートが、オーステナイト系ステンレス鋼材料で形成されている、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項１４】
前記中実の第１の端部分の反対側の前記プローブ本体の一端に連結されているプローブキャップと、前記プローブ本体が連結されているアクセス固定具と、前記金属資産内に形成されたアクセス孔内に密封して挿入され、かつ前記アクセス固定具が連結されている連結取付具と、をさらに含む、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項１５】
前記プローブキャップが、前記アクセス固定具内に形成された雌ねじと螺合する雄ねじを含む、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項１６】
前記腐食性物質が、前記金属資産の内側で輸送される液体であり、原子水素が、前記金属資産の腐食の副産物であり、前記収集キャビティが、拡散原子水素が透過し、かつ前記収集キャビティ内で再結合して水素ガスを形成し、前記収集キャビティ内の水素ガス含有量が増加すると、前記収集キャビティ内の前記圧力がそれに対応して上昇し、ＨＩＣプロセスを模倣する、ＨＩＣシミュレーションキャビティを含み、前記圧力測定デバイスが、水素センサを用いて前記収集キャビティ内の前記圧力を監視し、かつ対応する水素蓄積速度を決定する、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項１７】
前記圧力測定デバイスが、前記水素蓄積速度が前記金属資産内のＨＩＣまたは階段状亀裂（ＳＷＣ）の高い可能性を示す閾値に達した時点で、警報を送信するように構成されている、請求項１６に記載のプローブシステム。
【請求項１８】
前記拡散バリアが、ＨＩＣ耐性微細構造を有する、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項１９】
前記インサートの一端と前記中実の端部分との間の界面が、原子水素の通過に対して抵抗性があり、それによって、前記腐食性物質を前記インサートの側壁を取り囲む前記収集キャビティ内に通過させる、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項２０】
前記プローブ本体が、前記腐食性物質が形成する中空パイプを備える前記金属資産の内壁に対して、前記露出面が面一に配置されるように構成されている、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項２１】
金属資産内への面一挿入のための侵入型プローブシステムであって、
前記金属資産内に位置する腐食性物質に露出するように構成された露出面を有するアクセス端部分を有するプローブ本体であって、前記アクセス端部分が、前記露出面の反対側に形成された凹部分を有する、プローブ本体と、
アクセス端および基端を有するインサートであって、液密であり、かつ前記プローブ本体の前記露出面を透過する原子水素を収集するように構成されている収集キャビティを画定するために、前記アクセス端が、前記プローブ本体の凹部分に隣接して配設され、それによって、ガスが原子水素によって前記収集キャビティ内に発生し、前記インサートが、そこを貫通する貫通孔を含み、かつ前記貫通孔が前記収集キャビティと流体連通するように前記アクセス端および基端の両方で開口している、インサートと、
前記収集キャビティ内の前記拡散原子水素によって発生した前記ガスの圧力を測定するために、前記プローブ本体の前記貫通孔と流体連通している圧力測定デバイスと、
を備える、プローブシステム。
【請求項２２】
前記収集キャビティ内の前記拡散原子水素によって発生した前記ガスが、分子水素ガスである、請求項２１に記載のプローブシステム。
【請求項２３】
前記凹部分が、前記露出面の反対側の前記アクセス端の面に沿って形成されている、請求項２１に記載のプローブシステム。
【請求項２４】
前記凹部分が、前記インサートの前記アクセス端が密封して着座する着地部分を含む段付き構造を有する、請求項２１に記載のプローブシステム。
【請求項２５】
前記貫通孔が、前記インサート内の中央に位置している、請求項２１に記載のプローブシステム。
【請求項２６】
前記アクセス端部分が、円筒形状を有する、請求項２１に記載のプローブシステム。
【請求項２７】
前記インサートの前記基端に連結されるプローブキャップをさらに含み、前記プローブキャップが、前記圧力測定デバイスへの導管を画定するために、前記インサート内に形成された前記貫通孔と軸方向に整列する貫通孔を有する、請求項２１に記載のプローブシステム。
【請求項２８】
前記インサートが、円筒形状のフィラーロッドを含む、請求項２１に記載のプローブシステム。
【請求項２９】
前記露出面に隣接する前記アクセス端部分に連結されたＯリングをさらに含む、請求項２１に記載のプローブシステム。
【請求項３０】
前記アクセス端部分が、そこを通る原子水素の拡散を許容するがＨＩＣ耐性微細構造を有する材料で形成されている、請求項２１に記載のプローブシステム。
【請求項３１】
前記露出面を含む前記アクセス端部分が、前記金属資産と同一金属等級で形成されている、請求項２１に記載のプローブシステム。
【請求項３２】
前記インサートが、オーステナイト系ステンレス鋼材料で形成されている、請求項２１に記載のプローブシステム。
【請求項３３】
前記インサートの前記基端に連結されているプローブキャップと、前記プローブ本体が連結されているアクセス固定具と、前記金属資産内に形成されたアクセス孔内に密封して挿入され、かつ前記アクセス固定具が連結されている連結取付具と、をさらに含む、請求項２１に記載のプローブシステム。
【請求項３４】
前記腐食性物質が、原子水素を含み、前記収集キャビティが、水素ガスを形成するために拡散原子水素が透過し、かつ再結合する、ＨＩＣシミュレーションキャビティを含み、前記収集キャビティ内の水素ガス含有量が増加するにつれて、前記収集キャビティ内の前記圧力がそれに対応して上昇してＨＩＣプロセスを模倣し、前記圧力測定デバイスが、水素センサを用いて前記収集キャビティ内の前記圧力を監視し、かつ対応する水素蓄積速度を決定する、請求項２１に記載のプローブシステム。
【請求項３５】
前記圧力測定デバイスが、前記水素蓄積速度が前記金属資産内のＨＩＣまたは階段状亀裂（ＳＷＣ）の高い可能性を示す閾値に達した時点で、警報を送信するように構成されている、請求項３４に記載のプローブシステム。
【請求項３６】
金属資産内の水素誘起割れを警告する方法であって、
侵入型プローブシステムを前記金属資産内に面一に挿入することであって、前記侵入型プローブシステムが、前記金属資産の内面に面一に配置されている露出面を有するアクセス端部分を含むプローブ本体を有し、前記アクセス端部分が、そこを通る原子水素の拡散を許容するがＨＩＣ耐性微細構造を有する材料で形成されており、前記プローブ本体が、前記アクセス端部分を通過する前記原子水素を受容するための収集キャビティを有する、挿入することと、
前記原子水素が前記露出面を透過することを可能にすることと、
前記プローブ本体の前記収集キャビティ内に分子水素を発生させることと、
前記収集キャビティ内の前記分子水素の圧力を測定することと、
前記測定された圧力が、前記金属資産内の水素誘起割れの危険性の増大を示す値よりも大きいか否かを決定し、もし大きければ、警報を発生させることと、
を含む、方法。
【請求項３７】
前記測定された水素誘起割れの危険性に従って、高度超音波テストを計画するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３８】
金属資産の内面を監視するためのインライン検査システムであって、
金属資産内への面一挿入のための侵入型プローブデバイスであって、
前記金属資産内に位置する腐食性物質に露出するように構成された露出面によって画定された、中実の第１の端部分を有するプローブ本体であって、前記露出面から離れた場所で終わる内部開口を有する、プローブ本体と、
前記プローブの前記内部開口内に配設されたインサートであって、前記インサートと前記プローブ本体の内壁との間に画定された収集キャビティを画定するように配設されている、インサートと、
前記プローブ本体の前記内壁に沿って配置され、かつ前記腐食性物質によって前記収集キャビティ内で発生したガスに対して実質的に不透過性である材料で形成されて、前記収集キャビティから前記プローブ本体の前記周囲の内壁への前記ガスの通過を防止する、拡散バリアと、
前記腐食性物質によって発生した前記ガスを受容するために前記収集キャビティと流体連通している導管と、
前記腐食性物質によって発生した前記ガスの圧力を測定するために前記導管に連結された圧力測定デバイスと、を備える、侵入型プローブデバイスと、
前記侵入型プローブデバイスと関連付けられている第１の通信モジュールと、
前記金属資産の前記内面に沿って移動するように構成されているＰＩＧデバイスであって、前記ＰＩＧデバイスが、前記侵入型プローブデバイスと前記ＰＩＧデバイスとの間のデータ転送を可能にする前記第１の通信モジュールと通信するように構成されている第２の通信モジュールを含む、ＰＩＧデバイスと、
を備える、インライン検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１７年１月３１日に出願された米国仮特許出願第６２／４５２，４６４号に基礎をなし、かつその優先権を主張するものであり、その内容全体は、あたかもその全体が本明細書に明示的に記載されているかのように、参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、一般に、金属構造体に対する資産の損傷を評価することに関する。より具体的には、本発明は、金属パイプラインに対する水素誘起損傷の評価のためのプローブシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
水素誘起割れ（ＨＩＣ）は、パイプライン、圧力容器、および他の配管システム等の金属（例えば、鋼）構造体、特に、非ＨＩＣ耐性鋼および業務用炭化水素生成物（例えば、サワーガスまたは天然ガス）からなる金属構造体に関して持続的な問題である。ＣＯ２およびＨ２Ｓ等の炭化水素生成物中に天然に存在する酸性ガスは、炭化水素液体生成物の水相に溶解する。これらのプロセスと関連付けられた電気化学反応は、資産の腐食性内壁表面に吸着される、原子水素をもたらす。この吸着された原子水素の大部分は、鋼表面に再結合して分子水素（水素ガス）を形成し、鋼を損傷することなく「発泡する」。しかしながら、Ｈ２Ｓの存在下では、吸着された原子水素の一部が水素ガスに再結合せず、その代わりに鋼表面を透過し、金属格子を通って拡散し、最終的に金属壁厚内の「ボイド」内部で再結合する。これらのボイドは、製鋼プロセス中に形成される冶金学的欠陥（典型的には、硫化マンガン（ＭｎＳ）非金属介在物）と関連付けられる。これらのボイドの内部で発生した水素ガスから結果として生じる圧力は、非常に高い値に達し得る（１２，０００バールまで、すなわち、鋼表面の不動態化がない場合に１，２００ＭＰａ）。これらの非常に高い圧力は、非金属介在物の先端での凝集力の局所的な低下（水素脆化）に寄与し、最終的に、気泡、割れ発生およびそれに続くＨＩＣの成長をもたらす。ＨＩＣ割れはまた、階段状亀裂（ＳＷＣ）と呼ばれる、より重大な厚さ方向の割れをもたらし得る。ＨＩＣおよびＳＷＣと関連付けられた気泡および割れは、経時的に成長し、金属パイプラインの故障を結果としてもたらし得る。
【０００４】
インテグリティエンジニアは、ＨＩＣの影響を受けたエリアを識別および監視するためにパイプラインの定期検査を実施することによってＨＩＣ誘起劣化を管理し、構造体の完全性を維持する。例えば、インテグリティエンジニアは、パイプラインのインライン検査（ＩＬＩ）を実施して、ＨＩＣクラスタを識別し、ＨＩＣクラスタは、その後、高度超音波テスト（ＡＵＴ）による精査のために掘り出される。ＡＵＴは、ＩＬＩの結果を検証し、パイプラインの残りの壁厚を決定し、さらにＳＷＣの存在をチェックするために行われる（ＳＷＣは、磁束漏れおよび従来の超音波テスト等の従来のＩＬＩ技術を使用して検出することができない）。次いで、これらの結果は、運転適合性（ＦＦＳ）の業界標準コード（ＡＰＩ−５７９またはＡＳＭＥ  Ｂ３１Ｇ等）を使用して分析され、完全性の決定がなされる。ＡＵＴ試験は、評価に必要なデータを取得するために、高深刻度の場所で実行される。評価の結果に基づき、ＡＵＴ試験は、より頻繁に実行され、その頻度は、部分的に典型的に、線形ＨＩＣまたは階段状亀裂（ＳＷＣ）の検査に依存する。しかしながら、この手法は、埋設輸送パイプラインについて頻繁なＡＵＴ試験（例えば、半年毎）を行うことの非実用性および費用効率の悪さ、ならびに同一ライン上の複数の影響を受けるライン区分の優先順位付けの困難性に起因してパイプラインに対して実現可能ではない。さらに、ＡＵＴ試験は、検査間に発生し得る高活性のＨＩＣ活性エリアの検査を識別し、優先順位付けする方式を欠いている。
【０００５】
さらに、従来の原位置システムは、測定された透過ガス速度から間接的に腐食速度を計算し、したがってパイプラインに対して非侵入的である、電気化学的方法、圧力ベースの方法、および真空ベースのプローブ方法を実行する。非侵入型電気化学的方法およびプローブ、ならびに圧力ベースおよび真空ベースのプローブは、それらが構造体の内面から構造体の外面に通過する水素蓄積を測定することしかできないため、水素を測定するための感度が制限されている。構造体の内壁から拡散する大部分の水素は、構造体を通ってその外面に完全に拡散せず、むしろ水素は、壁厚の内側に閉じ込められる。この制限は、発生した水素の量を過小評価させ、実際の圧力は、はるかに高くなる可能性があり、それゆえに、腐食速度が水素蓄積の測定に基づくため、腐食速度が誤って計算される可能性がある。さらに、かかるプローブは、埋設ラインに実用的ではなく、資産内に存在する化学液体に関して侵入型のフィールドアプリケーションにとって非実用的である測定化学物質を含み得る。
【０００６】
このように、水素圧力上昇活性エリアを識別する警告システムを提供し、金属構造体の最大ＨＩＣ活性エリアを最初に検査するためにＡＵＴ試験を優先する必要性が存在する。侵入型原位置監視プローブに対する必要性がさらに存在している。これらの問題点および他の問題点に関して本発明が提供される。
【発明の概要】
【０００７】
本明細書全体を通して、用語は、明示的に述べられた意味を超えて文脈において示唆または暗示された微妙に異なる意味を有する場合がある。同様に、本明細書に使用される「一実施形態において」という語句は、必ずしも同一実施形態を指すものではなく、本明細書に使用される「別の実施形態において」の語句は、必ずしも異なる実施形態を指すものではない。同様に、本明細書に使用される「１つ以上の実施形態において」という語句は、必ずしも同一実施形態を指すものではなく、本明細書に使用される「少なくとも１つの実施形態において」の語句は、必ずしも異なる実施形態を指すものではない。その意図は、例えば、特許請求の範囲に記載された主題が全体的または部分的に実施形態例の組み合わせを含むことである。
【０００８】
本開示は、水素圧力上昇を監視および測定するために、オイルまたはガス構造体表面（例えば、鋼製パイプライン）に設置する侵入型警告プローブシステムおよび方法を詳述する。プローブシステムを設置するために、孔が、パイプライン表面を貫通して穿孔され、ねじ山付き内面を有する連結取付具が、孔内に着座させられる。次いで、プローブシステムは、アクセス固定具を介して連結取付具に螺合される。具体的には、プローブの設置は、プローブの露出面が構造体の内面に少なくとも実質的に面一（すなわち、「面一の幾何学的形状」）に位置付けられるように配置される。露出したプローブ表面は、プローブおよびオイル／ガス構造体の両方で同一の腐食および水素誘起割れ（ＨＩＣ）プロセスが起こるように、構造体表面と同一材料等級で作製されるが、構造体表面とは異なり、露出したプローブ表面は、ＨＩＣ耐性微細構造を有するように冶金学的に改質されている。このようにして、拡散水素は、プローブシステムに入ることができるが、露出したプローブ表面の内側の冶金学的キャビティ内に閉じ込められることはない。
【０００９】
プローブシステムは、ＨＩＣシミュレーションキャビティ（収集キャビティまたは内部キャビティ）を含み、その中で拡散原子水素（Ｈ）がキャビティまで透過し、かつキャビティ内で再結合して、水素ガス（Ｈ２）を形成する。全ての透過する原子水素がキャビティ内に留まり、オイル／ガス構造体内に漏れて戻らないようにするために、キャビティの１つ以上の表面は、原子水素拡散バリアを含む。キャビティ内の水素ガス含有量が増加すると、それに応じてキャビティ内の圧力が増加し、ＨＩＣプロセスを模倣する。システムは、水素センサ（例えば、デジタル水素計、変換器等）を用いてキャビティ圧力を監視し、対応する水素蓄積速度を決定する。高い水素蓄積速度は、ＨＩＣまたは階段状亀裂（ＳＷＣ）の高い可能性を示し、それによって、どの構造体エリアがエンジニアによる検査を必要とする可能性があるかに関する警告システムを提供する。加えて、シミュレーションキャビティは、市販のプローブよりも著しく小さい容積を有するように有利に設計されており、これは、圧力上昇に対するより高い監視感度を提供する。
【００１０】
一態様において、アクセス端および基端を有するプローブ本体を備えるプローブシステムが本明細書に提供される。アクセス端では、露出面が腐食性物質に露出している。基端には、プローブ本体の基端と連動して係合するねじ山付きキャップがある。１つ以上の実施形態において、プローブ本体は、金属資産内に位置する腐食性物質に露出するように構成された露出面によって画定された中実の第１の端部分を有する。プローブ本体は、露出面から離れた場所で終わる内部開口を有する。フィラーロッド等のインサートが、インサートとプローブ本体の内壁との間に画定された収集キャビティを画定するようにプローブの内部開口（止まり穴）内に配設される。１つ以上の実施形態において、拡散バリアが、プローブ本体の内壁に沿って配置され、かつ腐食性物質によって収集キャビティ内で発生したガスに対して実質的に不透過性である材料で形成されて、収集キャビティからプローブ本体の周囲の内壁へのガスの通過を防止する。導管が、腐食性物質によって発生したガスを受容するために収集キャビティと流体連通している。１つ以上の実施形態において、圧力測定デバイスが、腐食性物質によって発生したガスの圧力を測定するために導管に連結されている。例えば、圧力測定デバイスは、圧力計でも変換器でもよい。
【００１１】
別の態様において、アクセス端および基端を有するプローブ本体を備えるプローブシステムが本明細書に提供される。アクセス端では、露出面が腐食性物質に露出している。基端には、プローブ本体の基端と連動して係合するねじ山付きキャップがある。１つ以上の実施形態において、プローブは、金属資産内に位置する腐食性物質に露出されるように構成された露出面を有するアクセス端部分を含むプローブ本体を有する。アクセス端部分は、露出面の反対側に形成された凹部分を有する。インサートは、アクセス端および基端を有し、アクセス端は、プローブ本体の凹部分に隣接して配設されて、収集キャビティを画定し、収集キャビティは、液密であり、かつプローブ本体の露出面を透過する腐食性物質を収集するように構成され、それによって、ガスが腐食性物質によって収集キャビティ内に発生する。インサートは、そこを貫通する貫通孔を含み、貫通孔が収集キャビティと流体連通するようにアクセス端および基端の両方で開口している。
【００１２】
１つ以上の実施形態において、圧力測定デバイスが、腐食性物質によって発生したガスの圧力を測定するために導管に連結されている。例えば、圧力測定デバイスは、圧力計でも変換器でもよい。
【００１３】
水素誘起割れ（ＨＩＣ）について警告する方法が本明細書に提供される。この方法は、金属構造体内に侵入型プローブシステムを挿入することを含み、侵入型プローブシステムは、金属構造体の内壁と少なくとも実質的に面一である。侵入型プローブシステムは、本明細書に説明されるとおりである。次に、原子水素はプローブシステムの露出面を透過することができる。その後、分子水素がプローブシステムの内部キャビティ内に発生する。次いで、分子水素の圧力が、測定される。次に、この方法によって、測定された圧力が水素誘起割れの危険性を識別したかどうかを決定する。最後に、この方法によって、水素誘起割れの危険性に従って高度超音波テストを計画する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明は、添付図面に図式で説明されるが、例示を意図したものであり、これに限定されない。同様の参照は、同様のまたは対応する部分を指すことを意図している。
【００１５】
【図１Ａ】本発明の１つ以上の実施形態による侵入型プローブシステムを例示する。
【図１Ｂ】図１の侵入型プローブシステムの一部分を大きく拡大した図であり、一実施形態における、約１０ミクロン〜５０ミクロンの幅を有し得る内部キャビティを示す。
【図２Ａ】オイルまたはガス構造体内に取り付けられた際の図１の侵入型プローブシステムを例示する。
【図２Ｂ】オイルまたはガス構造体内に取り付けられ、かつ構造体の内面と面一になるように構成された際の図１の侵入型プローブシステムを例示する。
【図３】本発明の１つ以上の実施形態による侵入型プローブシステムのキャビティ内での原子水素の発生および水素ガスの再結合を例示する。
【図４】本発明の１つ以上の実施形態による代替的な侵入型プローブシステムを例示する。
【図５】オイルまたはガス構造体内に取り付けられ、かつ構造体の内面と面一になるように構成された際の図４の代替的な侵入型プローブシステムを例示する。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本明細書に説明されるように、「構造体」は、オイルまたはガスパイプライン、他のコンテナ、または金属資産を含み得る。例えば、本明細書に説明されるプローブシステムは、鋼製パイプライン構造体で実装され得る。
【００１７】
パイプライン、圧力容器、および配管システム等の鋼製構造体におけるＨＩＣ割れと関連付けられたボイドを模倣する原位置侵入型プローブシステムおよび方法が本明細書に提供される。侵入型プローブシステムは、高度超音波テスト（ＡＵＴ）またはインライン検査（ＩＬＩ）の検査中に検出された既存のＨＩＣ割れにおいて、輸送された炭化水素生成物（原油、ガス、またはサワーディスポーザブル水）によって引き起こされる腐食プロセスから発生する原子水素の再結合から生じる水素圧力上昇をシミュレートする。具体的には、本明細書に説明されるプローブシステムは、構造体の外面に連結し、構造体の内面と少なくとも実質的に面一であるプローブ水素入口表面を提供する。少なくとも実質的に面一の幾何学的形状は、プローブが構造体内壁の残部と同一流体流特性（例えば、流体速度、剪断応力、局所含水量および化学的性質）を受けるように、プローブの露出した入口表面が構造体の内壁に対して液密であることを確実にし、さらに、面一の幾何学的形状は、内部検査手順および／または清掃手順が妨げられないことを確実にする。
【００１８】
本明細書に説明される侵入型プローブシステムおよび方法によって実施されるような、水素圧力上昇の原位置での、または「その場での」測定および監視は、１つ以上の実施形態において、（１）対象となる構造（例えば、オイルまたはガスパイプライン）の既存のＩＬＩマップをレビューし、ＨＩＣクラスタの場所または最大腐食速度の場所を識別するステップと、（２）その識別された場所の近傍内の構造体壁内にアクセス点を穿孔するステップと、（３）アクセス点に連結取付具を取り付けるステップと、（４）アクセス固定具を通してプローブシステムにねじ山を付与し、プローブ表面が構造体の内面と面一になるまでアクセス固定具を連結取付具に螺合させるステップと、（５）原子水素がプローブシステムを透過し、プローブ内のキャビティ内で水素に再結合する際、圧力検知デバイス（例えば、デジタル水素計、変換器等）を用いてプローブシステムでの水素圧力上昇を監視するステップと、（６）優先度に基づいて最大ＨＩＣ活性エリア（すなわち、最大水素圧力上昇速度を示すエリア）でＡＵＴ試験を実施するステップと、を含む。測定された水素圧力データが第一原理方程式から確立されるか、あるいは実験作業および／または広範囲の現場経験から決定される（すなわち、連続的ＩＬＩの実行から決定された圧力上昇速度とＨＩＣ成長速度との間の実験的相関関係）、ＨＩＣ成長速度と相関されるため、ＡＵＴ試験が優先され得る。水素圧力データは、データロガー等のリアルタイムオンライン監視またはオフライン監視によって収集される。１つ以上の実施形態において、本明細書に説明されるプローブシステムは、プローブシステムと遠隔制御エリアとの間で通信するための当該技術分野で既知であるような無線通信システムを含む。
【００１９】
このようにして、本明細書に説明される侵入型プローブシステムおよび方法は、掘削調査およびＡＵＴ検査を最適化および優先順位付けすることにより検査リソースを最適化して、プロセスの混乱を監視し、鋼を透過する水素に添加された化学物質（例えば、ＤＲＡ、反応抑制剤）の影響を研究するための機構を提供する。さらに、収集されたデータは、より正確なＨＩＣ／ＳＷＣ予測モデルを構築するために使用され得る。
【００２０】
ここで図１を参照すると、１つ以上の実施形態による侵入型プローブシステム１００が提供されている。プローブ１００は、アクセス端１０７および基端１０９を有するプローブ本体１０５を含み、アクセス端１０７が金属構造体（例えば、図２Ａの構造体２０５）と面一であり、かつ原子水素が生成される液体または気体に露出するように、位置付けられて構成されている。図１に示されるように、プローブ本体１０５は、内部キャビティを画定するようにその中に形成された開口（孔）を有するように形成可能で、アクセス端１０７は、プローブ本体１０５の閉端であり、一方で基端１０９は、プローブ本体１０５内の開口がアクセス可能な開端である。
【００２１】
プローブ本体１０５のアクセス端１０７は、露出（外）面１１０を含む。露出面１１０は、監視される構造体と同一金属（例えば、鋼）等級で作製されるが、ＨＩＣ耐性微細構造を有する。この配置は、以下に説明されるように、原子水素がプローブ１００内を通過することを許容して、周囲の構造体と同一機構および同一速度で水素ガスを形成するが、アクセス端１０７のＨＩＣ耐性微細構造は、水素ガスが冶金学的キャビティ内に閉じ込められることを防止する。言い換えると、閉端（アクセス端１０７）において、分子水素が形成されず、代わりに、原子水素が、以下に説明されるように、この材料を通ってキャビティ（ＨＩＣ割れと関連付けられたボイドを模倣する）まで自由に通過する。分子水素が依然としてアクセス端１０７の露出面に沿って形成されて発泡するが、透過する水素の一部分が、アクセス端１０７が水素を閉じ込める冶金学的欠陥を有しないＨＩＣ耐性鋼で作製されていることに起因して、アクセス端１０７で本体の内側に閉じ込められないことが理解されよう。さらに、（プローブ本体１０５の）ＨＩＣ耐性微細構造は、プローブシステム１００自体の中のＨＩＣ／ＳＷＣ割れの発達を抑制する。１つ以上の実施形態において、プローブ１００のアクセス端１０７は、１つ以上のＯリング１１５を含む。Ｏリング１１５は、アクセス端部１０７に隣接してプローブ本体１０５の外面の周りに配置されて、液体がプローブと構造体壁との間に入らないように液密な幾何学的形状を確保する。
【００２２】
上述のように、プローブ本体１０５は、プローブ１００のアクセス端１０７を通る経路を有する拡散水素ガスを収集する内部キャビティ１２９（中空空間）（図１Ｂ参照）を含む。内部キャビティ１２９は、少なくとも部分的に、本体１０５内に形成された閉端開口によって画定され、１つ以上の実施形態において、内部キャビティ１２９はまた、プローブ本体１０５内に形成された開口内に挿入されるフィラーロッド（インサート）１２０によって画定される。言い換えると、内部キャビティ１２９は、図１Ｂに最良に示されるように、フィラーロッド１２０と中空プローブ本体１０５の内壁との間に形成される。フィラーロッド１２０は、第１の（アクセス）端を有し、第２または（基端）端が、内部キャビティ内に挿入され、それによって、アクセス（閉）端１０７から原子水素を受容する内部キャビティ１２９を作成し、かつ画定する。キャビティ１２９が孔内へのフィラーロッドの密な嵌合の結果であることが理解されよう。密な嵌合は、環を残すことになる（環の空間は、フィラーロッド１２０の表面粗さおよび中空プローブ本体１０５の内壁の表面粗さによって決定されることになる）。環空間（キャビティ１２９）の幅は約１０ミクロン〜５０ミクロンとすることができると理解されよう。しかしながら、これらの値が限定ではなく、この範囲外の寸法も等しく可能であり得ることが本発明の範囲内であることが理解されよう。
【００２３】
図１に示される例示的な実施形態において、フィラーロッド１２０は、プローブ本体１０５の基端からアクセス端１０７に向かって長手方向に延在する。したがって、フィラーロッド１２０の第１の端は、プローブ本体１０５のアクセス端１０７に近い方の端として識別され、フィラーロッド１２０の第２の端は、プローブ本体１０５の基端１０９に近い方の端として識別される。
【００２４】
フィラーロッド１２０の第１の端は、プローブ本体１０５のアクセス端１０７と当接する関係（すなわち、密着して）に配置可能で、それによって、内部キャビティ１２９（水素収集用）をフィラーロッド１２０の側壁の外面とプローブ本体１０５の内壁との間にあるように画定し、内部キャビティ１２９がプローブ本体１０５内に形成された開口を画定する。フィラーロッド１２０が円筒形状を有し、プローブ本体１０５の開口が円形状を有する実施形態において、内部キャビティ１２９は、環（リング）形状を有する。環形状キャビティ１２９の一端は、プローブ本体１０５のアクセス端１０７に当接し、それゆえに、アクセス端１０７を通過する原子水素は、この端で環形状キャビティ１２９内に入る。以下に説明されるように、フィラーロッド１２０は、水素拡散性に対して伝導力を有していない材料で形成され、それゆえに、原子水素は、プローブ本体１０５のアクセス端１０７からフィラーロッド１２０内に移動することができない。代わりに、原子水素は、フィラーロッド１２０を取り囲む環形状キャビティ内に導かれる。フィラーロッド１２０の第１の端は、任意のいくつかの従来の技術を使用して、アクセス端１０７（すなわち、プローブ本体１０５内に形成された開口を画定する端壁）に接合され得る。
【００２５】
プローブ本体１０５内に形成された開口（孔）のサイズおよびフィラーロッド１２０のサイズが、原子水素を受容する内部キャビティ１２９のサイズを決定することが理解されよう。これらの部分に対する慎重な制御は、プローブ１００内の水素ガス蓄積を測定するためにプローブ１００の向上した感度を提供する内部空間（環形状キャビティ）を作り出すことを可能にする。オイルまたはガス構造体内に存在する原子水素は、露出面１１０を通って環形状内部キャビティ１２９まで拡散し、そこで再結合して水素ガス（分子水素）を形成し得る。
【００２６】
上述されたように、１つ以上の実施形態において、フィラーロッド１２０は、水素拡散性が低いかまたはそれを有していない材料で作製される。例えば、フィラーロッド１２０は、オーステナイト系ステンレス鋼、酸化炭素鋼またはガラスで作製され得る。フィラーロッド１２０用のこのタイプの材料を選択すると、プローブ１００のアクセス端１０７を通過する原子水素は、フィラーロッド１２０自体に入って通過することとは対照的に、フィラーロッド１２０を取り囲む環形状キャビティに誘導される。
【００２７】
１つ以上の実施形態において、フィラーロッド１２０の端と露出面１１０との間の材料は、露出面と同一金属等級で作製され、かつ同一ＨＩＣ耐性微細構造を有し得る。言い換えると、アクセス端１０７（すなわち、本体１０５の閉端）は、露出面１１０が事実上、アクセス端１０７の外面であるため、露出面１１０を画定する同一材料で形成される。
【００２８】
１つ以上の実施形態において、拡散バリア１３０が、プローブ本体１０５によって捕捉された水素ガス（すなわち、環形状キャビティ内に位置する水素ガス）が周囲環境（すなわち、パイプラインまたは外部環境）に漏れることを防止するために提供され、環形状キャビティ内に位置する。より具体的には、拡散バリア１３０は、その中に形成された開口を画定するプローブ本体１０５の内側壁に沿って形成可能で、それゆえに、環形状（水素収集）キャビティが、フィラーロッド１２０の側壁と拡散バリア１３０との間に形成される（図１Ｂ参照）。上述されたように、フィラーロッド１２０は、低水素拡散性または非水素拡散性の材料で形成されており、それゆえに、拡散バリア１３０と組み合わされて、収集キャビティ１２９を画定する内壁および外壁の両方が、そこを通る水素の漏れを防止するように設計されている収集キャビティを画定する。
【００２９】
拡散バリア１３０は、水素拡散を防止する限り、任意のいくつかの適切な材料で形成可能で、例えば、酸素を豊富に含む雰囲気中でキャビティを熱処理することによってキャビティ壁（すなわち、外側キャビティ壁）に沿って形成される、酸化物層（例えば、酸化鉄）または他のコーティング（例えば、オーステナイト系ステンレス鋼層、Ｓｉ３Ｎ４等のセラミック層）とすることができる。このようにして、捕捉された水素の量は、原子水素または水素ガスが周囲構造体内に拡散せずに（例えば、拡散バリア１３０を取り囲む本体１０５の側壁内に拡散することによって）、確実に測定され得る。
【００３０】
引き続き図１を参照すると、キャップ１３５がプローブ本体１０５の基端１０９に連結されている。１つ以上の実施形態において、キャップ１３５は、プローブ本体１０５の基端１０９と連動して係合するようにねじ山付きである。他の実施形態において、キャップ１３５は、ねじ、接着剤、締結具等の他の手段によってプローブ本体１０５に連結される。キャップ１３５は、金属またはプラスチック等の任意の適切な材料で作製され得る。Ｏリング１３７は、以下に説明されるように、キャップ１３５と隣接して当接する構造体との間の密封嵌合を確実にするために提供され得る。図に示されるように、収集キャビティ１２９は、フィラーロッド１２０の一端がキャップ１２９内に配設され、かつ収集キャビティ１２９がフィラーロッド１２０の周りに形成されるため、キャップ１３５によって少なくとも部分的に画定される。
【００３１】
導管１４０が、フィラーロッド１２０の基端にさらに連結されている。導管１４０は、環形状キャビティ（収集キャビティまたはチャンバ）内で結合された水素ガスを捕捉するように設計されている経路、パイプまたはチューブとすることができる（いくらかの原子水素が導管１４０内で結合して、水素ガスを形成し得ることも理解されよう）。導管１４０は、圧力測定デバイス１４０にさらに連結されている。導管１４０は、環形状キャビティ１２９内の水素ガスが導管１４０内に流入するように環形状キャビティ１２９と流体連通しており、次いで、水素ガスが導管１４０を通過すると、圧力測定デバイス１４５が、水素蓄積によって生じた圧力を測定し、次に、構造体（例えば、パイプ壁）における原位置での水素蓄積の推定を提供する。したがって、水素ガスは、導管１４０にアクセスするために、環形状キャビティ１２９に沿って、かつフィラーロッド１２０の下端の下に流れることになる。圧力測定デバイス１４５は、圧力計、変換器または他の適切なデバイスとすることができる。
【００３２】
ここで図２Ａ〜２Ｂを参照すると、構造体２０５へのプローブシステム１００の設置が例示されている。構造体２０５は、パイプライン、圧力容器、またはオイルもしくはガスを輸送する他の配管システム等の、炭化水素生成物を輸送する金属（例えば、鋼）構造体であり得る。プローブシステム１００を構造体２０５に連結するために、プローブシステムは、まずアクセス固定具２１０に連結される。１つ以上の実施形態において、アクセス固定具２１０は、キャップ１３５またはプローブ本体１０５の他の部分と連結するようにサイズおよび形状決めされている、ねじ山付きの金属またはプラスチック構成要素である。他の実施形態において、アクセス固定具２１０は、ねじ、接着剤、締結具等によってプローブ本体に連結される。アクセス固定具２１０およびキャップ１３５は、水素ガスが漏れることを防止するために気密シールを形成するように連結する。孔が、構造体２０５の壁を貫通して穿孔され、プローブシステム１００を受容するようにサイズおよび形状決めされている。特定の実施形態において、連結取付具２１５は、アクセス固定具２１０を受容するために構造体２０５内に穿孔された孔に固設される。例えば、連結取付具２１５は、アクセス固定具２１０と嵌合するようにサイズおよび形状決めされている、ねじ山付きの金属またはプラスチック構成要素とすることができる。
【００３３】
図２Ａに示されるように、プローブシステム１００は、アクセス固定具２１０内に固設され、アクセス固定具は、構造体２０５への入口２２０がプローブシステムの露出面１１０と同一または類似サイズになるように、連結取付具２１５に連結されている。次いで、図２Ｂに示されるように、プローブシステム１００は、露出面１１０が構造体２０５の内壁と面一になるように定位置で連結される。プローブシステム１００は、露出面１１０が構造体２０５の内壁を実質的に越えて延在せず、かつ構造体２０５の内壁に対して凹んでいない（例えば、構造２０５の内壁から約１ｍｍ未満である）ように設置されている場合、「面一」であるとみなされる。プローブシステム１００は、「パッチプローブ」のように、構造体２０５の外壁に設置されているだけの場合、面一であるとみなされない。原子水素がパッチプローブに到達する前に構造体壁内で再結合するパッチプローブとは異なり、面一構成において、プローブシステム１００は、構造体２０５の境界で拡散原子水素を捕捉し、拡散原子水素は、構造体自体内ではなくプローブのキャビティ内で分子水素に再結合する。この配置は、ＨＩＣ発生をより良好に模倣し、パッチプローブを用いるよりも向上した、より正確な水素フラックス測定を可能にする。加えて、プローブシステム１００の面一配置は、完全な侵入型プローブタイプ（すなわち、プローブが内壁を越えて構造体内、典型的には炭化水素生成物中に延在する、例えば、Ｒｏｈｒｂａｃｋ  Ｃｏｓａｓｃｏによって製造されたＭｏｄｅｌ  ６４００水素プローブ）を上回る利点を提供し、それらのタイプの場合、水は、プローブと構造体表面との間の空間に蓄積し、プローブの周囲の局所的ｐＨを変化させ、腐食速度および水素透過速度に影響を及ぼす。したがって、完全な侵入型プローブを用いると、測定された圧力上昇は、構造体部分におけるプローブへの真の水素侵入を反映しない。さらに、プローブシステム１００の面一幾何学的形状は、パイプライン操作（例えば、清掃および検査操作）を妨げず、液体または気体が構造体２０５から漏れることを許容しない。
【００３４】
ここで図３を参照すると、本発明の１つ以上の実施形態による侵入型プローブシステムのキャビティ内での原子水素の発生および水素ガスの再結合が例示されている。例えば、プローブシステム１００は、上記のように、構造体２０５と少なくとも実質的に面一に設置され得る。構造体２０５は、原子水素３１０を生成する液体または気体の形態内に液体または気体の炭化水素生成物３０５を含有する。原子水素３１０は、構造体２０５の内面に移動し、そこで構造体２０５の表面を透過し、水素ガスに再結合する。図３に示されるように、いくらかの原子水素３１０は、上述のように、面一配向に設置されているプローブシステム１００の露出面１１０を透過する。上述のように、プローブ本体１０５のアクセス端１０７を通過した後、原子水素は、上記のように、水素収集キャビティ１２９内に流れ込み、そこで水素ガスに結合する。水素ガスは、導管１４０に進み、そこで収集され、圧力が圧力測定デバイス１４０によって測定される。
【００３５】
ここで図４を参照すると、本発明の１つ以上の実施形態による代替的な侵入型プローブシステム４００が提供されている。プローブシステム４００は、アクセス端４０７および基端４０９を有するプローブ本体４０５を含み、プローブシステム４００は、アクセス端４０７が金属構造体（例えば、パイプライン）と面一であり、かつ原子水素が生成される液体または気体に露出するように、位置付けられて構成されている。このようにして、プローブシステム４００は、プローブシステム１００と同一の面一幾何学的形状を有するように構成される。プローブ本体４０５のアクセス端４０７は、露出面４１０を含む。露出面１１０と同様に、露出面４１０は、監視される構造体と同一金属（例えば、鋼）等級で作製されるが、ＨＩＣ耐性微細構造を有する。１つ以上の実施形態において、プローブ４００のアクセス端４０７は、１つ以上のＯリング４１５を含む。Ｏリング４１５は、プローブシステム４００が設置されたときに、液体がプローブと構造体壁との間に入らないように、液密幾何学的形状を確保するためにプローブ本体４０５の外面の周りに配置される。
【００３６】
例示された実施形態において、プローブ本体４０５は、組み立てられたプローブ本体４０５を形成するために共に連結された複数の部品で形成されている。より具体的には、プローブ本体４０５は、アクセス端部材４１１と、アクセス端部材４１１内に受容されるフィラーロッド４２０とを含む。アクセス端部材４１１は、その１つの面に沿って露出面４１０を含み、露出面４１０の反対側の面は、フィラーロッド４２０の第１の端（アクセス端）が受容される凹部分４１３を含む。アクセス端部材４１１内に形成された凹部分４１３は、フィラーロッド４２０の第１の端を受容するのみならず、フィラーロッド４２０の第１の端と水素収集キャビティ４２５の底との間に画定される水素収集キャビティ４２５を画定するように機能する。図のように、凹部分４１３は、段付き構造を有することができ、そこに画定された着地部は、フィラーロッド４２０の第１の端が着座する表面を提供する。アクセス端部材４１１は、フィラーロッド４２０がその内部に受容されるため、フィラーロッド４２０よりも大きい幅を有する。
【００３７】
フィラーロッド４２０の第１の端は、締結具、結合剤、接着剤等の使用を含む、任意のいくつかの従来技術を使用してアクセス端部材４１１に連結される。例示された実施形態において、フィラーロッド４２０の第１の端は、図のように溶接によってアクセス端部材４１１に連結されている。
【００３８】
フィラーロッド４２０は、キャップ４３０（例えば、キャップ１３５と同一または類似）に連結されている第２の端（基端）を有する。Ｏリング４３７は、キャップ４３０と他の当接する構造体との間の密封嵌合を確実にするために、キャップ４３０上に提供され得る。１つ以上の実施形態において、フィラーロッド４２０は、水素拡散性が低いかまたはそれを有していない金属ロッドである。例えば、フィラーロッド４２０は、オーステナイト系ステンレス鋼または本明細書に開示されている他の材料で作製され得る。
【００３９】
図示のように、プローブシステム１００とは異なり、プローブシステム４００のフィラーロッド４２０は、再結合された水素ガスを収集するためのプローブ本体内に形成された開口内に挿入されず、代わりに、アクセス端部材４１１の凹部分内に挿入される。
【００４０】
代わりに、１つ以上の実施形態において、水素収集キャビティ４２５は、ＨＩＣボイドの作成を模倣する調整可能キャビティ４２５である。より具体的には、キャビティ４２５のサイズ（容積）は、異なる特定の用途に合わせて調整され得る。凹部分の寸法が選択され得るという点で製造レベルで調整可能である。特に、凹キャビティ４２５は、より大きな容積のキャビティを作成するためにより深く形成されてもよく、一方で凹キャビティ４２５は、より小さい容積のキャビティを作成するためにより浅く形成されてもよい。加えて、フィラーロッド４２０の第１の端を受容する着地部の場所は、キャビティ４２５の容積を変えるように変更され得る。したがって、調整可能キャビティ４２５の容積は、構造体の異なる厚さ、深さで生じるＨＩＣをシミュレートするように変化され得る。調整可能キャビティ４２５の容積が減少すると、圧力上昇に対するプローブシステム４００の感度が増加する。特定の実施形態において、調整可能キャビティ４２５の容積は、２〜３ｃｍ３、１〜２ｃｍ３または０．０３１４ｃｍ３〜０．６２８ｃｍ３である（キャビティサイズが小さいほど、より高い感度が得られる）。より小さいサイズのキャビティについて、観察される圧力速度が高いため、結果として、ユーザが、より多くの頻度で環内に閉じ込められた水素ガスを放出しなければならないこともまた理解されよう。言い換えると、より高い感度は、より頻繁なプローブの再初期化を結果としてもたらす。
【００４１】
特定の実施形態において、露出面４１０からの調整可能キャビティ４２５の深さは、１ｃｍ未満である。特定の実施形態において、露出面４１０からの調整可能キャビティ４２５の深さは、約０．５ｃｍ未満である。
【００４２】
原子水素が露出面４１０を透過すると、それは、アクセス端部材４１１を通過して調整可能キャビティ４２５に入り、調整可能キャビティ４２５内で水素ガスに再結合する。
【００４３】
導管４３５が、フィラーロッド４２０内に形成され、より具体的には、導管４３５は、フィラーロッド４２０の長さに沿って延在し、かつフィラーロッド４２０の第１および第２の端の両方で開口する長手方向経路であり得る。導管４３５はまた、調整可能キャビティ４２５と流体連通であると共に、圧力測定デバイス４４０とも流体連通するようにキャップ４３０を通過する。言い換えると、導管４３５は、プローブ本体４０５、キャップ４３０、および圧力測定デバイス４４０の少なくとも一部分を貫通する連続経路と考えられ得る。導管１４０と同様に、水素ガスは、調節可能キャビティ４２５内に蓄積し、次いで、導管４３５を通って流れることによって圧力測定デバイス４４０に通過する。圧力測定デバイス４４０は、任意の水素圧力計または変換器とすることができる。
【００４４】
上記の実施形態と同様に、アクセス端部材４１１は、ＨＩＣ耐性であるが、キャビティ内での再結合のために水素収集キャビティ４２５への原子水素の通過（拡散）を許容する材料で形成される。これに対し、フィラーロッド４２０は、フィラーロッド１２０と同様、水素拡散特性が低いかまたはそれを有していない、それゆえに、キャビティ４２５内に形成された水素ガスは、フィラーロッド４２０内に形成された導管４３５に流れ込み、フィラーロッド４２０自体の中に拡散しない。結果として、形成された水素ガスは、プローブ４００を通過し、圧力測定デバイス４４０に流れ、圧力測定デバイス４４０は、原子水素の透過の結果としての水素ガス蓄積を、周囲構造体への著しい損失なしとして測定するように構成されている。
【００４５】
ここで図５を参照すると、構造体５０５へのプローブシステム４００の設置が例示されている。構造体５０５は、パイプライン、圧力容器、またはオイルもしくはガスを輸送する他の配管システム等の炭化水素生成物を輸送する鋼製構造体であり得る。他の実施形態と同様に、プローブシステム４００は、アクセス固定具５１０に連結されており、次に、連結取付具５１５に連結されている。図５に示されるように、プローブシステム４００のアクセス端部材４１１は、連結取付具５１５の内壁と面一に設置され、露出面４１０は、構造体５０５の内面と少なくとも実質的に面一に設置される。この配置において、構造体５０５内の炭化水素生成物は、露出面４１０を通過することなくプローブ本体４０５内に入ることができない。Ｏリング４１５もまた、プローブ４００（すなわち、そのアクセス端部材４１１）と連結取付具５１５との間に液密および気密シールを形成するために提供されることが好ましい。
【００４６】
例示された実施形態において、アクセス固定具５１０は、プローブ本体を受容する中央開口を有する開端構造体であり得る。図のように、アクセス固定具５１０の中央開口の少なくとも一部分は、ねじ山付き（雌ねじ）とすることができ、キャップ４３０は、プローブ４００をアクセス固定具５１０に連結するために雌ねじと嵌合する雄ねじを含む。ねじ山付き配置が、アクセス固定具５１０に対するプローブ４００の調整を可能にし、特に、アクセス固定具５１０の遠位端を越えて延在するプローブ４００の長さが、少なくとも１つの実施形態において、２部品間のねじ山付き配置によって変化され得ることが理解されよう。別の実施形態において、プローブ４００とアクセス固定具５１０との間に固定位置（配向）が存在する。
【００４７】
本明細書に説明されるようなプローブシステムは、構造体の区分内で起こりうるＨＩＣ損傷に関する警告システムを提供するように実装され得る。水素圧力が一定の閾値を超えて上昇する場合、それは、検査（例えば、ＡＵＴ）が実施されるべきであることを示す。加えて、プローブシステムが、特定の区分でＨＩＣまたはＳＷＣ割れの可能性が高いことを示す場合、構造体の近傍区分もまた、検査が計画され得る。
【００４８】
したがって、水素誘起割れについて警告する方法が本明細書に提供される。この方法において、プローブシステム１００またはプローブシステム４００等の侵入型プローブシステムは、構造体（例えば、鋼製パイプライン、圧力容器、配管システム）に設置される。設置は、本明細書に説明されるように、キャップ１３５、アクセス固定具２１０および連結取付具２１５等の連結構成要素を実装すること等によって、実施され得る。次に、原子水素が構造体内で天然炭化水素プロセスによって生成される。原子水素は、構造体およびプローブシステムの露出面（例えば、露出面１１０、露出面４１０）を透過する。原子水素は、キャビティに移動し、そこで再結合して水素ガスを形成する。キャビティは、フィラーロッドで充填されてもよく、または調整可能キャビティ４２５のように調整可能であってもよい。この方法は、キャビティ内の分子水素の圧力が測定されるという点で継続する。かかる測定は、圧力計、変換器、または他の適切な水素圧力デバイスによって行われ得る。圧力が特定の閾値よりも高い場合、ＨＩＣまたはＳＷＣの危険性が存在する。次いで、この方法は、測定された圧力がかかる危険性を提示するか否かを決定する。かかる決定を行うための複数の方法が存在する。例えば、第１の方法は、第一原理計算を使用する（その全体が参照によって本明細書に組み込まれる、ＴｒａｉｄｉａらのＩＪＨＥ  ２０１２を参照されたい）。第２の方法は、圧力上昇速度と測定された亀裂成長速度（ＡＵＴ）との間の（実験室での実験で展開された）実験的相関関係を使用する。
【００４９】
ＨＩＣまたはＳＷＣの危険性が識別された場合、この方法は、次いで、ユーザに警告し、構造体のそのエリアでのＡＵＴ検査を計画し得る。計画作成は、プロセッサが適切なソフトウェアを使用して検査を計画する処理を行うための特定の圧力を測定した後、プロセッサに信号を送信する圧力デバイスの通信デバイスを含むこと等によって、自動的に行われ得る。
【００５０】
一実施形態において、ＩＬＩ検査を実行するために使用されるデバイス（ＰＩＧ）は、パイプライン内側を移動しながら（例えば、Ｚｉｇｂｅｅ技術または関連技術を使用して）プローブから無線で測定値を取り出し得る。当業界で既知であるように、ＰＩＧは、腐食の検出および測定等の、パイプラインの状態を検出するために使用されるインライン検査（ＩＬＩ）ツールとしてのデバイスである。プローブからの測定値は、次いで、ＩＬＩレポートに直接統合され、結果を解釈することを助け、掘削検証および／または修理に向かうか否かの決定を行う。したがって、本発明のプローブは、ＰＩＧ内のモジュールと通信してそれらの間でのデータ転送および通信を可能にする通信モジュール（例えば、無線モジュールまたは他の通信プロトコル（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）））を含み得る。ＰＩＧとプローブとの間の通信は、ＰＩＧがパイプラインの内面に沿って動く際にＰＩＧによるデータ収集を可能にし、それゆえに、単一レポートが、収集されたデータから生成され得る。
【００５１】
本発明のプローブ構造は、露出面上にサワー腐食を誘起する流体を運ぶパイプライン内のボイドをシミュレートした条件下で、一定期間の収集キャビティ内の水素圧力上昇を監視した、いくつかの実験において試験された。結果としては、水素圧力上昇が、シミュレートされたボイド内に数日間にわたって観察され、それによって、本発明のプローブ構造が、パイプライン内のＨＩＣまたはＳＷＣ形成および成長を示すパイプライン内の状態を監視および検出することに有効であることを示している。
【００５２】
図１〜図５は、本発明の説明を可能にする概念的例示である。当業者は、本発明の実施形態の様々な態様がハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせで実装され得ることを理解するはずである。かかる実施形態において、様々な構成要素および／またはステップが、本発明の機能を実施するためにハードウェア、ファームウェア、および／またはソフトウェアで実装されることになる。つまり、ハードウェア、ファームウェア、またはソフトウェアのモジュールの同一部分が、例示されたブロック（例えば、構成要素またはステップ）のうちの１つ以上を実施し得る。
【００５３】
ソフトウェアの実施形態において、コンピュータソフトウェア（例えば、プログラムまたは他の命令）および／またはデータは、コンピュータプログラム製品の一部として機械可読媒体に記憶され、リムーバブル記憶ドライブ、ハードドライブ、または通信インターフェースを介してコンピュータシステムまたは他のデバイスもしくは機械に読み込まれる。コンピュータプログラム（コンピュータ制御論理またはコンピュータ可読プログラムコードとも呼ばれる）は、メインおよび／または二次メモリに記憶され、１つ以上のプロセッサ（コントローラ等）によって実装されて、１つ以上のプロセッサに、本明細書に説明される発明の機能を実施させる。本明細書において、「機械可読媒体」、「コンピュータプログラム媒体」および「コンピュータ使用可能媒体」という用語は、一般に、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、リムーバブル記憶ユニット（例えば、磁気または光ディスク、フラッシュメモリデバイス等）、ハードディスク等のような媒体を指して使用される。
【００５４】
特に、上記の図および例は、本発明の範囲を単一の実施形態に限定することを意図するものではなく、同様に他の実施形態は、説明または例示された要素の一部または全部を置き換えることによって可能になる。さらに、本発明のいくつかの要素が既知の構成要素を使用して部分的または完全に実施され得る場合、本発明の理解に必要であるかかる既知の構成要素のそれらの部分のみが説明され、かかる既知の構成要素の他の部分の詳細な説明は、本発明を曖昧にしないように省略されている。本明細書において、単一の構成要素を示す実施形態は、本明細書に別途明示的に記載されていない限り、複数の同一構成要素を含む他の実施形態に必ずしも限定されるべきではなく、逆もまた同様である。さらに、出願人は、本明細書または特許請求の範囲におけるいかなる用語が、一般的ではない、または特別な意味に帰されることを、そのように明示的に述べられていない限り、意図しない。さらに、本発明は、例示として本明細書に参照された既知の構成要素に対する現在および将来の既知の等価物を包含する。
【００５５】
上記の特定の実施形態の説明は、他者が、関連技術分野の技術の範囲内の知識（本明細書の参照によって引用され組み込まれた文書の内容を含む）を適用することによって、過度の実験なしで、本発明の一般的な概念から逸脱せずに、かかる特定の実施形態を様々な用途に対して容易に修正および／または適合し得る、本発明の一般的な性質を十分に明らかにすることになる。それゆえに、かかる適合および修正は、本明細書に提示された教示および指針に基づいて、開示された実施形態の等価物の意味および範囲内にあることを意図している。本明細書の表現法または用語法が、説明の目的のためであり、かつ限定されるものではなく、それにより、本明細書の用語法および表現法が、当業者の知識との組み合わせにおいて、本明細書に提示された教示および指針に照らして当業者によって解釈されるものであることが理解されるべきである。
【００５６】
本発明の様々な実施形態が上記に説明されたが、それらが例として提示されていて、これに限定されないことが理解されるべきである。当業者には、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに、形態および詳細における様々な変更がその中で行われ得ることが明らかであろう。したがって、本発明は、上記の例示的な実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、以下の特許請求の範囲およびその等価物に従ってのみ定義されるべきである。
【図１Ａ】
2020507075.tif 000003
【図１Ｂ】
2020507075.tif 000004
【図２Ａ】
2020507075.tif 000005
【図２Ｂ】
2020507075.tif 000006
【図３】
2020507075.tif 000007
【図４】
2020507075.tif 000008
【図５】
2020507075.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成30年11月30日(2018.11.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属資産内への面一挿入のための侵入型プローブシステムであって、
前記金属資産内に位置する腐食性物質に露出するように構成された露出面によって画定された、中実の第１の端部分を有するプローブ本体であって、前記露出面から離れた場所で終わる内部開口を有する、プローブ本体と、
前記プローブの前記内部開口内に配設されたインサートであって、前記インサートと前記プローブ本体の内壁との間に画定された収集キャビティを画定するように配設されている、インサートと、
前記収集キャビティから前記プローブ本体の前記周囲の内壁への前記ガスの通過を防止するために、前記プローブ本体の前記内壁に沿って配置され、かつ前記腐食性物質によって前記収集キャビティ内で発生したガスに対して不透過性である材料で形成されている、拡散バリアと、
前記腐食性物質によって発生した前記ガスを受容するために、前記収集キャビティと流体連通している導管と、
前記腐食性物質によって発生した前記ガスの圧力を測定するために、前記導管に連結された圧力測定デバイスと、
を備える、プローブシステム。
【請求項２】
前記インサートの第１の端が、前記プローブ本体の前記中実の端部分と面一に当接する関係にあり、それによって、前記収集キャビティが、前記インサートの側壁を取り囲むように形成され、かつ前記インサートの第１の端と前記中実の端部分との間の界面から離間している、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項３】
前記インサートが、円筒形状のフィラーロッドを含み、前記収集キャビティが、環形状を有する、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項４】
前記収集キャビティが、前記露出面からある距離まで前記プローブ本体内で長手方向に延在している、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項５】
前記中実の第１の端部分が、そこを通る原子水素の拡散を許容する材料で形成されている、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項６】
前記露出面を含む前記中実の第１の端部分が、金属で形成されている、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項７】
前記拡散バリアが、酸化物層である、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項８】
前記拡散バリアが、オーステナイト系ステンレス鋼スリーブである、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項９】
前記内部開口が、止まり穴を含み、前記内部開口の閉端が、前記プローブ本体の前記中実の第１の端部分によって画定されている、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項１０】
前記インサートが、水素拡散特性を有していない材料で形成されている、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項１１】
前記インサートが、オーステナイト系ステンレス鋼材料で形成されている、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項１２】
前記中実の第１の端部分の反対側の前記プローブ本体の一端に連結されているプローブキャップと、前記プローブ本体が連結されているアクセス固定具と、前記金属資産内に形成されたアクセス孔内に密封して挿入され、かつ前記アクセス固定具が連結されている連結取付具と、をさらに含み、前記アクセス固定具が、第１のねじ山を含み、前記連結取付具が、第２のねじ山を含み、前記第１および第２のねじ山が、前記アクセス固定具および前記連結取付具が共に嵌合したときに、前記露出面の前記端が前記金属資産の内面と面一関係に配置され得るように配向されている、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項１３】
前記プローブキャップが、前記アクセス固定具内に形成された雌ねじと螺合する雄ねじを含む、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項１４】
前記圧力測定デバイスが、前記水素蓄積速度が前記金属資産内のＨＩＣまたは階段状亀裂（ＳＷＣ）の高い可能性を示す閾値に達した時点で、警報を送信するように構成されている、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項１５】
前記拡散バリアが、ＨＩＣ耐性微細構造を有する、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項１６】
前記インサートの一端と前記中実の端部分との間の界面が、原子水素の通過に対して抵抗性があり、それによって、前記腐食性物質を前記インサートの側壁を取り囲む前記収集キャビティ内に通過させる、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項１７】
前記プローブ本体が、前記金属資産の内壁に対して前記露出面が面一に配置されるように構成されている、請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項１８】
金属資産内への面一挿入のための侵入型プローブシステムであって、
前記金属資産内に位置する腐食性物質に露出するように構成された露出面を有するアクセス端部分を有するプローブ本体であって、前記アクセス端部分が、前記露出面の反対側に形成された凹部分を有する、プローブ本体と、
前記露出面に近接する前記アクセス端部分の外面に連結され、かつそれを取り囲むシール部材と、
アクセス端および基端を有するインサートであって、液密であり、かつ前記プローブ本体の前記露出面を透過する原子水素を収集するように構成されている収集キャビティを画定するように、前記アクセス端が、前記プローブ本体の凹部分に隣接して配設され、それによって、ガスが原子水素によって前記収集キャビティ内に発生し、前記インサートが、そこを貫通する貫通孔を含み、かつ前記貫通孔が前記収集キャビティと流体連通するように前記アクセス端および基端の両方で開口している、インサートと、
前記収集キャビティ内の前記拡散原子水素によって発生した前記ガスの圧力を測定するために、前記プローブ本体の前記貫通孔と流体連通している圧力測定デバイスと、
を備える、プローブシステム。
【請求項１９】
前記収集キャビティ内の前記拡散原子水素によって発生した前記ガスが、分子水素ガスである、請求項１８に記載のプローブシステム。
【請求項２０】
前記凹部分が、前記露出面の反対側の前記アクセス端の面に沿って形成されている、請求項１８に記載のプローブシステム。
【請求項２１】
前記凹部分が、前記インサートの前記アクセス端が密封して着座する着地部分を含む段付き構造を有する、請求項１８に記載のプローブシステム。
【請求項２２】
前記貫通孔が、前記インサート内の中央に位置している、請求項１８に記載のプローブシステム。
【請求項２３】
前記アクセス端部分が、円筒形状を有する、請求項１８に記載のプローブシステム。
【請求項２４】
前記インサートの前記基端に連結されるプローブキャップをさらに含み、前記プローブキャップが、前記圧力測定デバイスへの導管を画定するために、前記インサート内に形成された前記貫通孔と軸方向に整列する貫通孔を有する、請求項１８に記載のプローブシステム。
【請求項２５】
前記インサートが、円筒形状のフィラーロッドを含む、請求項１８に記載のプローブシステム。
【請求項２６】
前記露出面に隣接する前記アクセス端部分に連結されたＯリングをさらに含む、請求項１８に記載のプローブシステム。
【請求項２７】
前記アクセス端部分が、そこを通る原子水素の拡散を許容するが、ＨＩＣ耐性微細構造を有する材料で形成されている、請求項１８に記載のプローブシステム。
【請求項２８】
前記露出面を含む前記アクセス端部分が、前記金属資産と同一金属等級で形成されている、請求項１８に記載のプローブシステム。
【請求項２９】
前記インサートが、オーステナイト系ステンレス鋼材料で形成されている、請求項１８に記載のプローブシステム。
【請求項３０】
前記インサートの前記基端に連結されているプローブキャップと、前記プローブ本体が連結されているアクセス固定具と、前記金属資産内に形成されたアクセス孔内に密封して挿入され、かつ前記アクセス固定具が連結されている連結取付具と、をさらに含む、請求項１８に記載のプローブシステム。
【請求項３１】
前記腐食性物質が、原子水素を含み、前記収集キャビティが、水素ガスを形成するために拡散原子水素が透過し、かつ再結合する、ＨＩＣシミュレーションキャビティを含み、前記収集キャビティ内の水素ガス含有量が増加するにつれて、前記収集キャビティ内の前記圧力がそれに対応して上昇してＨＩＣプロセスを模倣し、前記圧力測定デバイスが、水素センサを用いて前記収集キャビティ内の前記圧力を監視し、かつ対応する水素蓄積速度を決定する、請求項１８に記載のプローブシステム。
【請求項３２】
前記圧力測定デバイスが、前記水素蓄積速度が前記金属資産内のＨＩＣまたは階段状亀裂（ＳＷＣ）の高い可能性を示す閾値に達した時点で、警報を送信するように構成されている、請求項３１に記載のプローブシステム。
【請求項３３】
金属資産内の水素誘起割れを警告する方法であって、
侵入型プローブシステムを前記金属資産内に面一に挿入することであって、前記侵入型プローブシステムが、前記金属資産の内面に面一に配置されている露出面を有するアクセス端部分を含むプローブ本体を有し、前記アクセス端部分が、そこを通る原子水素の拡散を許容するがＨＩＣ耐性微細構造を有する材料で形成されており、前記プローブ本体が、前記アクセス端部分を通過する前記原子水素を受容するための収集キャビティを有する、挿入することと、
前記原子水素が前記露出面を透過することを可能にすることと、
前記プローブ本体の前記収集キャビティ内に分子水素を発生させることと、
前記収集キャビティ内の前記分子水素の圧力を測定することと、
前記測定された圧力が、前記金属資産内の水素誘起割れの危険性の増大を示す値よりも大きいか否かを決定し、もし大きければ、警報を発生させることと、
を含む、方法。
【請求項３４】
前記測定された水素誘起割れの危険性に従って、高度超音波テストを計画するステップをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
金属資産の内面を監視するためのインライン検査システムであって、
請求項１に記載の前記侵入型プローブデバイスと、
前記侵入型プローブデバイスと関連付けられている第１の通信モジュールと、
前記金属資産の前記内面に沿って移動するように構成されている検査デバイスであって、前記検査デバイスが、前記侵入型プローブデバイスと前記検査デバイスとの間のデータ転送を可能にするために、前記第１の通信モジュールと通信するように構成されている第２の通信モジュールを含む、検査デバイスと、
を備える、インライン検査システム。
【国際調査報告】
2020507075.tif 000010
2020507075.tif 000011
2020507075.tif 000012
2020507075.tif 000013
2020507075.tif 000014