社会・産業基盤を支える
腐食科学・防食工学
酒

.

は じめ

井潤一に

1960 年代に始まった日本の高度成長は 1990 年にはその成長を止め，以来今日まで 20年間に亘り GDP(国内総生産)，GNI (国民総所得)は 500 兆円の規模で推移している．この間，社会・産業資本の新規設置は限られたものであった．人材の観点からみると，高度成長期の技術者は経験を蓄えつつ新たな技術への挑戦を続けてきた．今日，高度成長期に設置された社会・産業資本の多くは当初計画した耐用年数を迎えつつある．圧倒的な知識，経験を持つ団塊世代の技術者が定年退職を迎え始めた時期を「 2007 年問題」と呼び，技術の継続に係わる問題としてその対応が喚起されている．
今や時代は「大量生産・大量消費」から「資源保全・環境負荷低減」，「安心・安全」へと確実に変化しつつある．また，近年，経済成長の低下に伴い多くの産業事故が報告されており，その防止は社会的急務である．さらに，これらの事故の1/3 は腐食に起因している．また，機械装置の故障の大多数は腐食，疲労，摩耗に起因するとも報告されている．事故防止という社会的要望に対し「環境材料学」分野からの可能な

図1

性能劣化と損傷の進展による装置の信頼性低下防止のための要素技術．

貢献のひとつは「社会基盤・産業基盤」の「信頼性向上・長寿命化」である．それを保障するためには，「材料の性能の経時変化」予測技術，材料の腐食や損傷の高精度な検査・モに柔軟に対応し，次々と湧き上がる社会的要請に応え，分野ニタリング技術，欠陥評価技術，データベースの整備，余寿を拡充してきている． D. McLean(1) は弾性論に関する概念

命予測技術，効率的なメンテナンス技術，およびそれらを有 Concepts ，◯
 Theory ，◯ Testing ，の発展プロセスが，◯機的に結びつけ判断するエキスパートの知識が不可欠であ Design ，と推移したと指摘している．一般には，ある得◯る．すなわち，損傷発生予測，損傷進展予測，破損発生予測られた法則を限られた対象に適用して理論が構築されてきてが必要になる．その概念図を図に示す．加えて，事故発生いる(2)．工学的材料はその特性を十分に引き出し，適切に機時の社会的損害評価や責任の所在の判断も重要になる．これ

能化して，上手に使ってこそ価値あるものとなる．環境問らを包括した学術分野は「安全工学」，「信頼性工学」などを題，資源保全が重要課題となっている今日，材料技術者に求も含む「総合設備保全システム工学」などとでも呼ばれるべ

められているのは材料(およびそれを用いた機器，装置など)きであり，「腐食科学・防食工学」あるいは「環境材料学」の創生からその寿命の全うに至るまでの LCA ( Life Cycleを進化させた学術体系として構築されるべき分野であると考Assessment ある製品の創製から廃棄までの間の環境へのえる．

負荷 を総 合的 に評価 する 手法 )や LCC  ( Life Cycle Cost-

永い歴史を顧みると，生き残っている「種」は環境の変化

ingある製品の創製から廃棄までの間の金額を総合的に評早稲田大学教授理工学術院(〒1698555 東京都新宿区大久保 341)
Corrosion Science and Engineering for Social and Industrial Infrastructures; Jun'ichi Sakai(Faculty of Science and Engineering, WasedaUniversity, Tokyo)
Keywords; risk based inspection/maintenance(RBI/RBM), Bayes statistics, maintenance technology, asset management
2011年 3 月16日受理

ま て り あ 第50巻 第 7 号(2011)Materia Japan価する手法)的立場に立った体系化された総合的判断であろう．そのような観点から筆者は，上記の概念の発展プロセス
 Performance ，そして◯ Maintenance が加えらとして，◯れるべきものと考える．

この調査から腐食コスト削減への腐食防食技術の役割のシナリオとして提言されたのは以下の通りである．
 社会基盤技術への展開◯
 資源の有効活用，持続的発展と◯ 腐食コスト最小化戦略の長寿命化による循環型社会の構築◯

本稿† では「腐食科学・防食工学」およびそれに携わる者

 知識の啓蒙・教育，資格制度の充実◯
 専門ための指標設定◯がこのような時代の要請に応えるとともに，資源保護，環境家の組織化と知識の活用現場体験のデータベース化，など．

保全の重要性にも配慮し，「社会基盤・産業基盤」の安全性，「材料と環境 2003 ( JSCE )」においてシンポジウム「経年信頼性を高め，寿命の延長を図るべきであることに立脚し，プラントの信頼性維持管理―我々は何をすべきか」が開催さそのための設備診断，モニタリング，Risk Based Inspection ～◯ の指摘事項に対する筆者の考えれた(4)．そこでの下記◯(RBI)/Risk Based Maintenance(RBM)の重要性などについを付記した．
 素材産業の成熟化と空洞化
「いかなる技術・経験」を◯て述べる．

「誰から誰に」伝承することがもっとも重要であることの明. 価 値 と 寿 命

 「知」の構築確化◯「どのような情報」を「誰と誰が共有」し，「いかに使いやすく」整理し，「知識化」していくかの仕
社会資本・産業資本は固有の経済的・社会的価値がある．

 材料技術と設備管理技術の融合技術情報の組みつくり◯

それらの価値は，原価償却，設計寿命，機能低下，社会ニー「設計に反映可能な形での表現」(例ネルソン曲線)および

ズ，損傷破壊などの各種の判断基準に基づきその寿命を終え損傷発生確率の定量化と余寿命予測(材料劣化・環境変化とることになる．腐食や環境脆化などの材料と環境の相互作用

 対策
「総合力」による「継続的発展」のた
損傷進展予測)◯に基づく材料の機能低下は，適切な工学的アプローチを適用めの「場」の設置．

することによりその発現を遅延せしめられ，結果として材料ここで各種の技術開発が要請されているが，たとえば寿命の寿命を延長することが可能となる．すなわち，価値の低減

評価の考え方についてみると，過去の故障データに基づくもに対し，補修費・保全費を投入することにより，その価値ののはリスク評価の対象となるが，その評価は確率論的であ維持が図れることになる．ここで，価値の低減とその維持のり，その信頼度をどの程度であると判断するか母集団の純ためのコストとのトレードオフが問題となる．よりよく管理度をどの程度のものとするかなどの問題がある．RBI/RBM

された費用投入は材料損傷などの未来発現事象の抑制に関すではベイズ統計学(主観的統計学)を用いることによりこれらる先行投資といえる．この概念を図に示す．の点を克服し，信頼性の継続的向上を図っている．

また，「システム」も時と共に劣化し，その価値を失っていくことも認識すべきである．

.

腐食コストから RBI/RBM へ.

リ ス ク 評 価

例えば，化学プラントに特有でかつリスクの主因である損傷現象は，プラント設計時には配慮しきれない(しかし繰り経済活動における腐食コストに関する Uhlig 方式による調返し発現している)各種腐食現象が圧倒的である．劣化損傷査が1974年度以来23年ぶりに1997年度を対象に行われた(3)．

による被害の大きさに加え，さらにその発生確率もあわせて議論するというのがリスクベースの考え方である．リスクの程度を定量的に評価し，リスクが低い損傷を容認した保全の手法を整理・展開させる必要がある．スクラップビルトの時代は終焉を告げ，寿命の延長・分散は廃棄物処分などの別の観点からも重要な課題となっている．
リスクの程度は，
リスク＝(リスク損傷発生確率)×(被害の大きさ)で定義される．リスク評価に当たってはリスクの程度の信頼性が重要である．(被害の大きさ)は装置の個別設置条件に強く依存する．(リスク損傷発生確率)を支配する個別損傷のメカニズムは共通的な現象として議論することが可能である．
損傷発生の遅延を図るには図 1 に示すような各種要因を把握する必要がある．

図2

未来発現現象の抑制を意図した保全概念．

† 本論文は腐食防食協会岡本剛記念講演( 2006 )に加筆したものである．



各部位の懸念される損傷に対するリスクは図(5)に例示するマトリックスに位置づけられ，リスクが査定されることになる．リスクが許容範囲を越えている機器，部位に対して，リスクが許容範囲に入るようにするための検査・計画がミ ニ 特 集と，発生するものは 13 年以内に発生し，その後は発生事例の報告がない．また，一方で，発生する場合は 3 年以内に顕在化したとの報告もある(6)．いずれも一定期間経過の後には SCC の発生はない，としている点に興味がある．このことは考えようによっては， SCC 発生のための環境条件が満たされることが必要で，条件さえ満たされれば速やかに発生に至ることを意味するのかも知れない．即ち，潜伏期間とは環境条件を満たすために要する期間ということになる．SCC一つをとっても，例えば，潜伏期間の推定，潜伏期間の長さ
とき裂進展速度の相関，など工学的な信頼性を高めるためにまだまだ明らかにしていかなければならないことが数多く残されている．

.
図3

リスクマトリックス．

保全技術

従来の保全技術は，損傷による被害の大きさなどをあまり考慮することなく，全部位が破損しないような損傷を容認しない形式で行われてきた．その時，損傷の起きやすさは熟練技術者の勘と経験(K自己のデータベース)，さらには言い伝え( I 他人のデータベース)と度胸( D 確信度・責任感)(これを KID と称す)に依存して行われてきた．これらの背景には永年に亘って培われてきた有形・無形のデータベースが存在するのは間違いのない事実である．しかし，この種の事柄は極めて個人的な情報として管理されてきたものと推察される．このことが，技術の伝承，情報のデータベース化・共有化の要請に繋がったものである．今日，保全の概念は「性能規定」「自主規制」「損傷容認」へと変化しつつあり，

図4

ステンレス鋼製熱交換器の SCC 発生の時間依存性．

RBI/RBM が重要になってきている．

.

テロテクノロジー(TEROTECHNOLOGY)(7)

RBI であり，検査に加えて，補修，改造，更新，などを含'70年代に提案されたテロテクノロジーの考え方は極めてめれば RBM によるメンテナンス計画となる．RBI/RBM の先端的で，興味深いものがある．これは背景としての急激な適用により低リスクの損傷は容認され，保全の効率化，最適工業化に伴う公害，災害，資源・エネルギー問題，あるいはコスト化が図られる．結果として，プラント全体のリスクが生産量・品質・コスト・納期問題の抜本的な対策として登場一定値以下となって，安全で効率的な運転を可能にすることしたものである．さらに，テロテクノロジーは設備診断技になる(5)．また，リスクが始めから許容範囲内にあれば，検術・設備稼働状態のモニタリング技術の開発と活用を焦眉の査の省略が可能となり，コストの削減につながる．

急の重要課題としてあげている．また，資源・エネルギー削減，環境保全，安全衛生・教育訓練などの諸問題も設備管理.

データベースの確立の新しい課題として取り組んでいる．情報のフィードバックに関しては業態を越えて行うことが提案されている．

リスク評価における損傷発生確率の予測は確率論的になさこれらの内容は今日的課題と酷似している．従って，このれるが，基となるデータベースの信頼性を高めることが技術が日本に根付かなかった背景を明らかにすることが，今RBI / RBM の汎用化には不可欠である．腐食損傷の発生そ後の技術発展にとって有益であると考える．のものが確率論的であることが評価を困難にしている．例えば， SCC ( Stress Corrosion Cracking (応力腐食割れ)あ.

近年の産業事故をめぐってる材料に特定の環境下で引張り応力がかかっていると，き裂が発生，進展する現象)の発生は確率的であり，データベー

21 世紀に入り，産業界における事故の多発傾向が顕著にス的に予測することは困難である．しかし，図に示したスなってきた．経済産業省が100件を対象とした事故解析は概テンレス鋼製熱交換器の SCC 発生確率の経年変化を見る

ね前述のシンポジウム(4)の指摘と重複する．報告の特記すべ

ま て り あ 第50巻 第 7 号(2011)Materia Japanきことは「安全」「保安」は「経営判断」そのものである，められている．ここで改めて課題を列挙し，これらをどのよとの指摘である．この点からも RBI / RBM の導入が促されうに「解きほどくか」を検討すべき時期に至った．ている．また，産業界の事故の多さは，単に安全管理に対すであるが，具体的にどこまで精度よく実施できるかる企業の姿勢だけでなく，社会構造的な問題を含んでおり，既存技術と新技術の高度の融合が必要とも指摘している．

リスクの低減のためには検査・モニタリングが不可欠

知的財産であるデータベース，損傷発生確率・被害の程度の重み付けに関する判断基準を組織・業態を越えて.

リスクベース保全技術の要請活用できる論理・システムの構築をいかにするか

これまで述べてきた産業事故防止に係わる提言・解析を総合してみると，時代の要請に合致した保全に関する仕組みつ

保全技術の体系を構築するためのグランドデザインの確立くりが不可欠であることが明らかである．
国内における RBI の適用状況調査(8) によれば， RBI 適用

損傷事象ごとのデータベースの精査と追補されるべきデータの明確化・汎用化・知識化

未来事象にかかわるメンテナンス工学の構築へ向けてにあたっての阻害要因は，当初，「リスク」と言う言葉へのの知の集積のための学問的討議の場の構築，学問体系の違和感であった．現時点では，公的機関による RBI 手法の整備・新しい学問分野の創成(11)認 知 が 最 大 の 関 心 事 に な っ て い る ． そ の た め に も RBI /RBM の利用者を含めた，過去の検査実績，検査結果と実際（追記福島原子力発電所の事故の報を聞きながら，将の損傷・劣化データ収集と整理を進め， RBI / RBM の適用

来の安全への期待を込めて．）の効果の明確化(9)，即ち，多様な損傷様式に対してより合理

文的で納得性のある発生確率評価の方法が確立できるよう努力献する(10)ことが必要である．
リスクは基本的に不確実性を包括した意思決定パラメターである(5)．したがって，リスク許容行為とは，将来の結果を確実に知ることはできなくても，すでに行った意思決定から生じるある結果に賭けることを意味する．リスク管理に基づ
く意思決定の過程は以下のとおりである(5)．
◯

問題の意味を明確にする

◯

解決可能な金額を評価する

◯

最適の解決方法を選択し，実行する

◯

解決の過程を監視する
近年，リスクの考え方が各方面に浸透してきたが，背景となる確率と将来の費用が必ずしも明確でない．重要なことはリスクの程度を決定するための判断基準とともに，それを決( 1 ) D. McLean: Mater. Sci. Eng., 26(1976), 141152.
( 2 ) 宮 健三らフォーラム保全学，1(2003), 7175.
( 3 ) 腐食コスト調査委員会材料と環境，50(2001), 490512.
( 4 ) 腐 食 防 食 協 会  材 料 と 環 境 2003 講 演 集 ， A ･ 310 A ･ 312,
(2003)東京．
( 5 ) 木原重光らリスク評価によるメンテナンス， RBI/ RBM 入門，日本プラントメンテナンス協会，(2002).
( 6 ) 化 学 工 学 会  塩 化 物 SCC 対 策 鋼 使 用 実 績 デ ー タ 集 ， 34 ，(1997).
( 7 ) 中島清一テロテクノロジー，設備の総合工学，日本プラン
トエンジニアリング協会，(1975).
( 8 ) 柴崎敏和，福田隆文化学工学，69(2005), 631
633.
( 9 ) 石丸 裕化学工学，69(2005), 634
637.
(10) 宮澤正純，昆野哲哉，木村雄二，山本勝美化学工学， 69(2005), 642645.
(11) 酒井潤一，久保内昌敏化学工学，69(2005), 629630.

定する汎用化されたシステムの確立である．そこには損害発★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

生確率に対する「検出のばらつき」，「評価のばらつき」など

1970年 早稲田大学大学院理工学研究科修士課程修了
株 技術開発本部
日本鋼管
1978年 Rensselaer Polytechnic Institute, MS
1995年 博士(工学)東京大学
2000年 現職，早稲田大学教授
専門分野ステンレス鋼の局部腐食， Ti 及
び鉄鋼材料の水素脆性，電子材料の微小腐食，CUI(保温材下腐食)，設備保全システム，耐食材料開発が内包される．

.

解決されるべき課題

これまで述べてきたように，リスクベース保全技術は時代の要請に基づくものであり，大いなる発展，活用が望まれて

酒井潤一★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

いる．事実，いろいろな分野で試行錯誤，方法論の策定が進ミ ニ 特 集