特許 7470852 防食用外電装置、及び、パイプラインの電気防食方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-10

(45)【発行日】2024-04-18

(54)【発明の名称】防食用外電装置、及び、パイプラインの電気防食方法

(51)【国際特許分類】

   C23F 13/02 20060101AFI20240411BHJP

   C23F 13/04 20060101ALI20240411BHJP

   F16L 58/00 20060101ALI20240411BHJP

【ＦＩ】

C23F13/02 J

C23F13/02 B

C23F13/04

F16L58/00

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2023136655

(22)【出願日】2023-08-24

【審査請求日】2023-08-24

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000220262

【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中村 康朗

【審査官】祢屋 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－２１８７３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２５６４６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１４９９３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０３０４７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｆ １３／０２

Ｃ２３Ｆ １３／０４

Ｆ１６Ｌ ５８／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

特定地点において、地中に埋設されたパイプラインの近傍に設けられ、前記パイプラインに電圧を印加する外部電極と、
前記特定地点において、前記パイプライン周りの管対地電位を検出するための検出電極と、
前記検出電極により検出される前記管対地電位が所定の防食範囲内になるように、前記外部電極での出力電圧を、前記特定地点から離れた遠位地点の過防食及び電食の発生防止用に予め設定された上限出力電圧と下限出力電圧の範囲内で制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記検出電極により検出された前記管対地電位と前記特定地点における前記パイプラインの電食防止用の基準電位差とを比較し、前記管対地電位が前記基準電位差以下であり、且つ、前記外部電極での出力電圧が前記下限出力電圧超の場合に、前記外部電極での出力電圧を小さくし、前記検出電極により検出された前記管対地電位が基準電位差以下であり、且つ、前記外部電極での出力電圧が前記下限出力電圧未満の場合に、前記外部電極での出力電圧を小さくしない、防食用外電装置。

【請求項2】

特定地点において、地中に埋設されたパイプラインの近傍に設けられ、前記パイプラインに電圧を印加する外部電極と、
前記特定地点において、前記パイプライン周りの管対地電位を検出するための検出電極と、
前記検出電極により検出される前記管対地電位が所定の防食範囲内になるように、前記外部電極での出力電圧を、前記特定地点から離れた遠位地点の過防食及び電食の発生防止用に予め設定された上限出力電圧と下限出力電圧の範囲内で制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記検出電極により検出された前記管対地電位と前記特定地点における前記パイプラインの電食防止用の基準電位差とを比較し、前記管対地電位が前記基準電位差よりも大きく、且つ、前記外部電極での出力電圧が前記上限出力電圧未満の場合に、前記外部電極での出力電圧を大きくし、前記検出電極により検出された前記管対地電位が基準電位差よりも大きく、且つ、前記外部電極での出力電圧が前記上限出力電圧超の場合に、前記外部電極での出力電圧を大きくしない、防食用外電装置。

【請求項3】

特定地点において、地中に埋設されたパイプライン周りの管対地電位を検出電極で検出し、
前記特定地点において、前記特定地点から離れた遠位地点の過防食及び電食の発生防止用に予め設定された上限出力電圧と下限出力電圧の範囲内において、前記管対地電位が、所定の防食範囲内になるように、外部電極で前記パイプラインに電圧を印加するパイプラインの電気防食方法であって、
前記検出電極で検出された前記管対地電位と前記特定地点における前記パイプラインの電食防止用の基準電位差とを比較し、
前記管対地電位が前記基準電位差以下であり、且つ、前記外部電極での出力電圧が前記下限出力電圧超の場合に、前記外部電極での出力電圧を小さくし、前記管対地電位が基準電位差以下であり、且つ、前記外部電極での出力電圧が前記下限出力電圧未満の場合に、前記外部電極での出力電圧を小さくしない、
パイプラインの電気防食方法。

【請求項4】

特定地点において、地中に埋設されたパイプライン周りの管対地電位を検出電極で検出し、
前記特定地点において、前記特定地点から離れた遠位地点の過防食及び電食の発生防止用に予め設定された上限出力電圧と下限出力電圧の範囲内において、前記管対地電位が、所定の防食範囲内になるように、外部電極で前記パイプラインに電圧を印加するパイプラインの電気防食方法であって、
前記検出電極で検出された前記管対地電位と前記特定地点における前記パイプラインの電食防止用の基準電位差とを比較し、
前記管対地電位が基準電位差よりも大きく、且つ、前記外部電極での出力電圧が前記上限出力電圧未満の場合に、前記外部電極での出力電圧を大きくし、前記管対地電位が基準電位差よりも大きく、且つ、前記外部電極での出力電圧が前記上限出力電圧超の場合に、前記外部電極での出力電圧を大きくしない、
パイプラインの電気防食方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、防食用外電装置、及び、パイプラインの電気防食方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、埋設パイプラインに対しては、腐食防止のためカソード防食（電気防食）が施されている。カソード防食措置の１つとして外部電源装置を用いたものがある（外部電源カソード防食装置、外電）。これは、地中に埋設した外部電極から防食電流をパイプラインに流す方法である。

【0003】

外部電極からの防食電流の制御方法としては、定電圧制御、定電位制御、プローブ電流密度制御などがある。制御方法は、一般的には、パイプラインの状況にあわせて、１つの制御方法を選択して適用する。

【0004】

定電位制御は、外部電極を設置した地点付近のパイプラインとこれを覆う地中との電位差を基準に、パイプラインと外部電極間の電圧の出力を制御するため、外部電極設置地点で最適な防食状況を保つことができる。特に電鉄近傍などで、電鉄からの漏れ電流の影響でパイプラインに対する地中の電位が大きくプラス側にシフトし、パイプラインから電流が流出するような場合（電食）には、本制御方法が必須となる。一方、外部電極設置地点付近とは相関がない遠方点での電食に対する制御は難しい。さらに、外部電極設置地点で外部電極からの大きな出力が必要な場合には、近年のポリエチレン塗覆装によるパイプラインの高抵抗化もあり、遠方点で過防食が生じることもある。

【0005】

定電圧制御は、一定の電圧を印加するため、外部電極設置地点でのパイプラインに対する地中の電位（管対地電位）とは関係なく、パイプライン全体をある程度防食状況に保つことができる。一方、電鉄からの漏れ電流の影響でパイプラインに対する地中の電位が大きくプラス側にシフトするような箇所では、定電圧制御の外部電極を設置しても、電食を防止することはが困難となる。

【0006】

定電位制御と定電圧制御のメリット／デメリットを踏まえて、制御方法を組み合わせて適用したものとしては、特許文献１がある。特許文献１では、１つの防食用外電装置内に、定電位制御と定電圧制御の２つを組み込んだものである。管対地電位をモニタリングしながら定電位制御を行うとともに、管対地電位が十分に確保されて外部電極から防食電流を出力する必要がなくても、遠方点での防食状況を維持するために、定電圧装置により一定の電圧を印加して防食電流を常時出力している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０００－２３４１８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

近年では、電鉄の回生ブレーキ車両の適用およびその拡大のため、地中に埋設されたパイプラインの周りの状況は変化しており、当初防食懸念箇所として外部電極を設置した箇所以外に、防食懸念箇所（電食、過防食）が複数箇所で確認されるようになってきている。

【0009】

本開示は上記事実を考慮し、複数箇所におけるパイプラインの電気防食を、簡易に行うことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

第１の態様の防食用外電装置は、特定地点において、地中に埋設されたパイプラインの近傍に設けられ、前記パイプラインに電圧を印加する外部電極と、前記特定地点において、前記パイプライン周りの管対地電位を検出するための検出電極と、前記検出電極により検出される前記管対地電位が所定の防食範囲内になるように、前記外部電極での出力電圧を予め設定された上限出力電圧と下限出力電圧の範囲内で制御する制御部と、を備えている。

【0011】

第１の態様の防食用外電装置は、外部電極と検出電極を有している。外部電極は、特定地点において、地中に埋設されたパイプラインの近傍に設けられ、パイプラインに電圧を印加する。検出電極は、特定地点において、パイプライン周りの管対地電位を検出する。そして、制御部で、検出電極により検出される電位差が所定の防食範囲内になるように、外部電極での出力電圧を制御する。外部電極により印加される出力電圧は、予め設定された上限出力電圧と下限出力電圧の範囲内で制御される。

【0012】

外部電極に電圧を印加して特定地点の管対地電位を確保した場合、外部電極から離れた遠位地点において、過防食、電食の懸念が生じる。そのため、懸念の生じる地点において、過防食、電食が発生しないように、外部電極で印加する電圧の上限出力電圧と下限出力電圧を定めることにより、遠位地点における過防食、電食の発生を避け、適切に防食を行うことができる。

【0013】

また、制御部は、上限出力電圧と下限出力電圧の範囲内で、電位制御を行えばよいので、新たな外部電極を遠位地点に設置する必要がなく、簡易に防食を行うことができる。

【0014】

第２の態様の防食用外電装置は、前記制御部は、前記検出電極により検出された前記管対地電位が基準電位差以下であり、且つ、前記外部電極での出力電圧が前記下限出力電圧以上の場合に、前記外部電極での出力電圧を小さくする。

【0015】

このように制御することで、外部電極での出力電圧を下限出力電圧以上に維持しつつ、パイプライン周りの管対地電位を所定の防食範囲内にすることができる。

【0016】

第３の態様の防食用外電装置は、前記制御部は、前記検出電極により検出された前記管対地位差が基準電位差よりも大きく、且つ、前記外部電極での出力電圧が前記上限出力電圧以下の場合に、前記外部電極での出力電圧を大きくする。

【0017】

このように制御することで、外部電極での出力電圧を上限出力電圧以下に維持しつつ、パイプライン周りの管対地電位を所定の防食範囲内にすることができる。

【0018】

第４の態様のパイプラインの電気防食方法は、予め設定された上限出力電圧と下限出力電圧の範囲内において、地中に埋設されたパイプライン周りの管対地電位が、所定の防食範囲内になるように、前記パイプラインに電圧を印加する。

【0019】

第４の態様のパイプラインの電気防食方法によれば、外部電極から離れた遠位地点で、過防食、電食の懸念が生じる地点において、過防食、電食が発生しないように、外部電極で印加する電圧の上限出力電圧と下限出力電圧を定めることにより、遠位地点における過防食、電食の発生を避け、適切に防食を行うことができる。

【0020】

また、上限出力電圧と下限出力電圧の範囲内で、電位制御を行うことができ、簡易に防食を行うことができる。

【発明の効果】

【0021】

本開示によれば、複数箇所におけるパイプラインの電気防食を、簡易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本実施形態の防食用外電装置の設置状態を示す説明図である。

【図2】本実施形態の防食用外電装置の概略構成を示す説明図である。

【図3】本実施形態の防食用外電装置での防食処理の手順を示すフローチャートである。

【図4】本実施形態の防食用外電装置での防食効果を示すグラフであり、（Ａ)は外部電極からの出力電圧の経時変化を示し、（Ｂ）は、地点Ａにおける電流密度の経時変化を示し、（Ｃ）は、地点Ｂにおける電流密度の経時変化を示す。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本開示に係る防食用外電装置、パイプラインの電気防食方法について説明する。

【0024】

図１に示されるように、防食用外電装置１０は、地中に埋設されたパイプラインＰの電気防食のために設置されるものであり、特定地点Ｕに設けられている。特定地点Ｕは、電気鉄道のレールＲが横断する部分など、パイプラインＰとこれを覆う地中との電位差（管対地電位Ｐ／Ｓ）の変動が大きくなりやすい地点である。

【0025】

図２に示されるように、防食用外電装置１０は、制御装置２０、直流電源装置３０、外部電極３２、及び、検出電極３４を備えている。外部電極３２、及び、検出電極３４は、特定地点Ｕにおける地中パイプラインＰの近傍に配置されている。

【0026】

検出電極３４は、特定地点Ｕにおける管対地電位を検出し、制御装置２０へ当該検出した電位についての電位差信号を送る。直流電源装置３０は、商用電源（不図示）と接続されており、商用電源の電圧を変圧すると共に整流し、制御装置２０からの指示に基づいて、電圧を調整するように構成されている。外部電極３２は、直流電源装置３０により、パイプラインＰとの間に電圧を印加する。

【0027】

制御装置２０は、定電位制御比較演算回路２２、下限電圧制御比較演算回路２４、上限電圧制御比較演算回路２６を備えている。定電位制御比較演算回路２２は、検出電極３４、パイプラインＰ、及び直流電源装置３０と接続されている。下限電圧制御比較演算回路２４、上限電圧制御比較演算回路２６は、各々、外部電極３２、パイプラインＰ、及び直流電源装置３０と接続されている。

【0028】

定電位制御比較演算回路２２は、パイプラインＰと検出電極３４の電位差、すなわち、特定地点Ｕにおける管対地電位Ｐ／Ｓを取得する。また、定電位制御比較演算回路２２には、予め設定された基準電位差Ｅ０が記憶されている。基準電位差Ｅ０は、特定地点Ｕにおいて、パイプラインＰの電食を防止するために設定される管対地電位Ｐ／Ｓであり、直流電源装置３０は、管対地電位Ｐ／Ｓが基準電位差Ｅ０に近づくように電流を出力し、外部電極３２の出力電圧を制御する。定電位制御比較演算回路２２は、管対地電位Ｐ／Ｓと基準電位差Ｅ０を比較し、比較結果として、管対地電位Ｐ／Ｓが基準電位差Ｅ０よりも大きいか否かを出力する。

【0029】

下限電圧制御比較演算回路２４は、直流電源装置３０から、外部電極３２で印加されている出力電圧Ｅの値を取得する。また、下限電圧制御比較演算回路２４には、下限出力電圧Ｅｍｉｎが記憶されている。下限出力電圧Ｅｍｉｎは、外部電極３２での出力電圧Ｅに対して許容される最低の値である。下限出力電圧Ｅｍｉｎは、特定地点Ｕから離れた遠位地点で、特定地点Ｕにおける出力電圧Ｅが低下しすぎることにより電食の懸念が生じる地点Ａにおいて、電食が発生しないような数値に設定されている。下限電圧制御比較演算回路２４は、出力電圧Ｅと下限出力電圧Ｅｍｉｎを比較し、比較結果として、出力電圧Ｅが下限出力電圧Ｅｍｉｎよりも低いか否かを出力する。

【0030】

上限電圧制御比較演算回路２６は、直流電源装置３０から、外部電極３２で印加されている出力電圧Ｅの値を取得する。また、上限電圧制御比較演算回路２６には、上限出力電圧Ｅｍａｘが記憶されている。上限出力電圧Ｅｍａｘは、直流電源装置３０の出力電圧Ｅに対して許容される最高の値である。上限出力電圧Ｅｍａｘは、特定地点Ｕから離れた遠位地点で、特定地点Ｕにおける出力電圧Ｅが上昇しすぎることにより過防食の懸念が生じる地点Ｂにおいて、過防食が発生しないような数値に設定されている。上限電圧制御比較演算回路２６は、出力電圧Ｅと上限出力電圧Ｅｍａｘを比較し、比較結果として、出力電圧Ｅが上限出力電圧Ｅｍａｘよりも高いか否かを出力する。

【0031】

次に、本実施形態の防食用外電装置１０の作用について説明する。

【0032】

防食用外電装置１０が作動状態の時には、制御装置２０及び直流電源装置３０においてにおいて、図３に示す防食処理が実行されている。

【0033】

ステップＳ１０で、検出電極３４で検出された管対地電位Ｐ／Ｓ、直流電源装置３０の出力電圧Ｅ、基準電位差Ｅ０、下限出力電圧Ｅｍｉｎ、上限出力電圧Ｅｍａｘを読み出し、ステップＳ１２で、管対地電位Ｐ／Ｓが基準電位差Ｅ０よりも大きいかどうかを判断する。管対地電位Ｐ／Ｓが基準電位差Ｅ０よりも大きい場合には、ステップＳ１４で、出力電圧Ｅが上限出力電圧Ｅｍａｘよりも大きいかどうかを判断する。出力電圧Ｅが上限出力電圧Ｅｍａｘよりも大きくないと判断された場合には、ステップＳ１６で、出力電圧Ｅを上昇させる処理を実行する。具体的には、直流電源装置３０からの出力電圧Ｅを上昇させる。

【0034】

ステップＳ１２で、管対地電位Ｐ／Ｓが基準電位差Ｅ０よりも大きくないと判断された場合には、ステップＳ１８で、出力電圧Ｅが下限出力電圧Ｅｍｉｎよりも小さいかどうかを判断する。出力電圧Ｅが下限出力電圧Ｅｍｉｎよりも小さくないと判断された場合には、ステップＳ２０で、出力電圧Ｅを下降させる処理を実行する。具体的には、直流電源装置３０からの出力電圧Ｅを下降させる。

【0035】

ステップＳ１４で、出力電圧Ｅが上限出力電圧Ｅｍａｘよりも大きいと判断された場合、ステップＳ１８で、出力電圧Ｅが下限出力電圧Ｅｍｉｎよりも小さいと判断された場合、ステップＳ１０へ戻り、上記の処理を繰り返す。

【0036】

図４（Ａ）～（Ｃ）には、一例として、下限出力電圧Ｅｍｉｎを５Ｖ、上限出力電圧Ｅｍａｘを９Ｖ、とした場合の、時間経過に伴う、特定地点Ｕにおける出力電圧Ｅ（図４（Ａ））、地点Ａにおける電流密度（図４（Ｂ））、地点Ｂにおける電流密度（図４（Ｃ））の変化を示すグラフが示されている。電流密度が７ｍＡ／ｃｍ^２未満であれば、過防食が抑制され、電流密度が０ｍＡ／ｃｍ^２より大きければ、電食が抑制されるものとする。

【0037】

特定地点Ｕにおいて、３分付近で出力電圧Ｅを上昇させるが、上限出力電圧Ｅｍａｘの９Ｖまでに抑えている。このとき、地点Ｂでは、電流密度が上昇するが、６ｍＡ／ｃｍ^２程度に抑制されている。地点Ｂにおいて、過防食が抑制されている。

【0038】

また、特定地点Ｕにおいて、７－８分付近で出力電圧Ｅを下降させるが、下限出力電圧Ｅｍｉｎの５Ｖまでに抑えている。このとき、地点Ａでは、電流密度が下降するが、０ｍＡ／ｃｍ^２よりも大きな値を保持している。地点Ａにおいて、電食が抑制されている。

【0039】

本実施形態の防食用外電装置１０は、検出電極３４により検出される電位差が基準電位差Ｅ０に近づくように外部電極３２での出力電圧を制御する。また、外部電極３２により印加される出力電圧Ｅを、予め設定された上限出力電圧Ｅｍａｘと下限出力電圧Ｅｍｉｎの範囲内で制御する。これにより、検出電極３４により検出される電位差を所定の防食範囲内にすることができる。電食、過防食の懸念が生じる地点Ａ、Ｂにおいて、電食、過防食が発生しないように、外部電極３２で印加する電圧の下限出力電圧と上限出力電圧を定めることにより、新たな防食用外電装置を遠位地点に設けることなく、１つの防食用外電装置１０を用いて、簡易に、パイプラインＰの複数箇所における防食を行うことができる。

【符号の説明】

【0040】

１０ 防食用外電装置
２０ 制御装置（制御部）
３２ 外部電極
３４ 検出電極
Ｅ０ 基準電位差
Ｅ 出力電圧
Ｅｍａｘ 上限出力電圧
Ｅｍｉｎ 下限出力電圧
Ｐ パイプライン
Ｐ／Ｓ 管対地電位
Ｕ 特定地点

【要約】

【課題】複数箇所におけるパイプラインの電気防食を、簡易に行う。
【解決手段】防食用外電装置１０は、特定地点Ｕにおいて、地中に埋設されたパイプラインＰの近傍に設けられ、パイプラインＰに電圧を印加する外部電極３２と、特定地点Ｕにおいて、パイプラインＰとこれを覆う地中との電位差を検出する検出電極３４と、検出電極３４により検出される電位差が所定の防食範囲内になるように、外部電極３２での出力電圧Ｅを予め設定された上限出力電圧と下限出力電圧の範囲内で制御する制御装置２０と、を備えている。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】