カソード防食管理方法及びカソード防食管理システム
【課題】流電陽極方式によってカソード防食された防食対象に対して悪化したカソード防食状況を、メタルタッチの解消工事等の大がかりな工事を行うことなく速やかに改善する。
【解決手段】カソード防食管理方法及びカソード防食管理システムの構成において、設置されている流電陽極２をアノードとし防食対象１をカソードとする印加電圧可変の直流電源装置３と、直流電源装置３の電圧印加状態で、防食対象の対電解質電位を計測すると共に、流電陽極発生電流を計測する計測手段４と、計測手段４による計測データを演算処理する演算処理手段５とを備える。管対地電位Ｐ／Ｓは接続部１Ｂに先端が接続された電線Ｗ3を照合電極（飽和硫酸銅電極）６に直流電圧計４Ａを介して接続することによって計測される。
【解決手段】カソード防食管理方法及びカソード防食管理システムの構成において、設置されている流電陽極２をアノードとし防食対象１をカソードとする印加電圧可変の直流電源装置３と、直流電源装置３の電圧印加状態で、防食対象の対電解質電位を計測すると共に、流電陽極発生電流を計測する計測手段４と、計測手段４による計測データを演算処理する演算処理手段５とを備える。管対地電位Ｐ／Ｓは接続部１Ｂに先端が接続された電線Ｗ3を照合電極（飽和硫酸銅電極）６に直流電圧計４Ａを介して接続することによって計測される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カソード防食管理方法及びカソード防食管理システムに関し、特に、流電陽極方式において悪化した防食状況を改善するためのカソード防食管理方法とそれを実行するためのカソード防食管理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
土壌等の電解質中に存在する金属体の腐食を防止するためには、金属体表面と電解質とを隔絶することに加えて、金属体表面に電流（防食電流）を流入させてアノード反応を起こさせないようにする（金属体表面全体にカソード反応を起こさせる）カソード防食法が最も有効な方法であることが知られている。
【０００３】
現在、土壌埋設パイプラインに対して行われているカソード防食法には、流電陽極方式と外部電源方式がある。外部電源方式は、土壌中に設置した電極（アノード）と防食対象（カソード）との間に直流電源装置を接続して電圧を与え、電極から土壌を介して防食対象に直流電流を流入させて腐食を防止する方法であり、特に、高抵抗率塗覆装で表面を覆われたパイプラインのカソード防食に有効である。
【０００４】
一方、流電陽極方式は、防食対象よりも腐食電位がマイナスの金属を、アノード（流電陽極）として、これを防食対象と電線で結び、流電陽極と防食対象間の異種金属電池作用によって流電陽極から発生する電流（流電陽極発生電流）を、防食電流として防食対象へ流入させて腐食を防止する方法である。この流電陽極方式は、経年変化に伴ってパイプラインの表面と電解質とが接触状態になっている歴青質塗覆装（アスファルト塗覆装など）が施されたパイプラインのカソード防食に多く採用されている。一般に、土壌に埋設された鋼製の歴青質塗覆装パイプラインに対しては流電陽極としてＭｇ陽極が用いられることが多い。
【０００５】
この流電陽極方式によるカソード防食方法では、パイプラインの金属体表面と電解質に接触する照合電極によって計測される電位差（管対地電位）を計測し、これが防食電位（例えば、飽和硫酸銅電極（ＣＳＥ）基準で−１２００ｍＶCSE）以下になるように流電陽極発生電流Ｉ0を設定している。そして、材質と質量によって決定される流電陽極の有効電気容量Ｍ（ｍＡ・year）を、設定した流電陽極発生電流Ｉ0と耐用年数Ｙによって、Ｍ＝Ｉ0×Ｙで設定している。
【０００６】
設置された流電陽極は発生電流が生じなくなったところで寿命が尽きることになり交換を余儀なくされるが、流電陽極を設置後に流電陽極発生電流をモニタリングすると共に、このモニタリング値と予め設定されている流電陽極の有効電気容量から流電陽極の消耗度を演算して残存容量を求め、この残存容量から流電陽極の残存機能日数又は時間を演算することができる（下記特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２９４４７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
流電陽極方式によってカソード防食されている電解質中の防食対象に他の金属体が電気的に接触した場合（これをメタルタッチという）、流電陽極からの発生電流は大半が低接地の他の金属体に流入することになって、防食対象の対電解質電位が防食電位よりプラスよりの値になる事態が生じることがある。流電陽極方式によってカソード防食されている防食対象が土壌埋設パイプラインの場合には、パイプライン敷設後の経年変化でパイプラインが沈下等によって他埋設金属構造物とメタルタッチすると、流電陽極発生電流は低接地の他埋設金属構造物に流入するので、防食対象パイプラインの所要防食電流を満足しなくなる防食状況の悪化が生じることがある。
【０００９】
特に、埋設金属構造物が輻輳している都市部に埋設されている歴青質塗覆装パイプラインは、元々水平方向に長いというパイプライン自体の特性の上に、塗覆装に浸透した水によって、塗覆装を介した接触であっても電気的に導通してしまうので、メタルタッチによる防食電流不足リスクが高いものと言える。また、流電陽極方式は、流電陽極と防食対象の対電解質電位差を駆動力として防食対象をカソード防食するものであるから、一旦流電陽極発生電流が所要防食電流を満足しなくなると、防食対象は腐食状態の継続を余儀なくされる。
【００１０】
一方、１年に１回等の定期点検時に、防食対象の対電解質電位が防食電位よりプラスよりの値になっている防食状況の悪化が確認されたとしても、メタルタッチ等の直接的な原因は即座に解消できない場合が多い。特に、土壌埋設パイプラインを防食対象とする場合には、メタルタッチの解消には、メタルタッチ構造物所有者間及び道路管理者との協議、道路掘削後のメタルタッチ解消工事などを伴うため、即座の対応が極めて困難であるか不可能であり、計画的な対応に成らざるを得ない。したがって、即座にメタルタッチの解消工事を行わなくても、悪化した防食状況を改善することができる防食管理方法が必要になる。
【００１１】
流電陽極方式によってカソード防食された防食対象の防食状況を改善する対策としては、流電陽極と防食対象と間に負荷電源を設け、直流電源電圧の印加によって流電陽極発生電流を増大させることが考えられる。
【００１２】
しかしながら、闇雲に電圧を印加しただけでは防食状況を改善するために必要な最小限の印加電圧を求めることができないだけでなく、増大させた流電陽極発生電流でその後流電陽極の残存寿命がどの程度短くなるかも分からない問題がある。更に、既に残存寿命が近い流電陽極の場合には、いくら電圧を印加しても所要防食電流が得られない場合があり、単に従来技術で計算された予測寿命と埋設年数との比較だけでは、現状の流電陽極に改善能力があるか否かが分からない問題がある。また、土壌埋設パイプラインでは、定期点検で防食状況の確認を行うことが一般になされているが、単に防食状況の確認を行うだけの定期点検では、定期点検の現場で防食状況の悪化が確認された場合であっても、現場対応でその後の管理対策を速やかに計画できないという問題がある。
【００１３】
本発明は、このような事情に対処することを課題とするものであって、流電陽極方式によってカソード防食された防食対象に対して悪化したカソード防食状況を、メタルタッチの解消工事等の大がかりな工事を行うことなく速やかに改善すること、その改善に際して、最適な設定条件を速やかに決定できるとともに、決定された条件後の流電陽極残存寿命を速やかに把握できること、現状の設置されている流電陽極に防食状況の改善能力があるか否かの把握を速やかに行うことができること、土壌埋設パイプラインの定期点検時に現場対応でその後の管理対策を速やかに計画することができること、等が本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような目的を達成するための本発明は、以下の特徴を有する。
【００１５】
一つには、流電陽極方式によってカソード防食されている防食対象に対して、悪化した防食状況を改善するためのカソード防食管理方法において、設置されている流電陽極をアノードとし防食対象をカソードとする印加電圧可変の直流電源装置を接続する接続工程と、前記直流電源装置の印加電圧を増加させながら、防食対象の対電解質電位のマイナスシフト状態を計測すると共に、流電陽極発生電流のプラスシフト状態を計測する計測工程と、前記計測工程での計測データから、印加電圧の増加に対する防食対象の対電解質電位のマイナスシフト関係式と、印加電圧の増加に対する流電陽極発生電流のプラスシフト関係式とを求め、前記マイナスシフト関係式によって防食対象の対電解質電位が防食電位よりマイナス側になる設定印加電圧を求め、前記プラスシフト関係式によって前記設定印加電圧によって発生する流電陽極発生電流を求める演算工程と、前記演算工程で求めた流電陽極発生電流によって、前記設定印加電圧負荷後の流電陽極残存寿命を予測する残存寿命予測工程と、を有することを特徴とする。
【００１６】
また、流電陽極方式によってカソード防食されている防食対象に対して、悪化した防食状況を改善するためのカソード防食管理システムにおいて、設置されている流電陽極をアノードとし防食対象をカソードとする印加電圧可変の直流電源装置と、前記直流電源装置の電圧印加状態で、防食対象の対電解質電位を計測すると共に、流電陽極発生電流を計測する計測手段と、前記計測手段による計測データを演算処理する演算処理手段と、を備え、前記演算処理手段は、前記直流電源装置による印加電圧の増加に対する防食対象の対電解質電位のマイナスシフト関係式と、印加電圧の増加に対する流電陽極発生電流のプラスシフト関係式とを求める関係式設定手段と、前記マイナスシフト関係式によって防食対象の対電解質電位が防食電位よりマイナス側になる設定印加電圧を求める設定印加電圧演算手段と、前記プラスシフト関係式によって前記設定印加電圧によって発生する流電陽極発生電流を求める流電陽極発生電流演算手段と、前記流電陽極発生電流演算手段によって求められた流電陽極発生電流によって、前記設定印加電圧負荷後の流電陽極残存寿命を予測する残存寿命予測手段と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、前記カソード防食管理方法又はシステムにおいて、下記式（１）によって前記設定印加電圧負荷後の流電陽極残存寿命ＬR（year）を予測することを特徴とする。
【００１８】
【数１】
【００１９】
また、前記カソード防食管理方法又はシステムにおいて、前記計測工程又は前記計測手段での計測データから、印加電圧の増加に対する防食対象の対電解質電位のマイナスシフト勾配と、印加電圧の増加に対する流電陽極発生電流のプラスシフト勾配とを求め、前記マイナスシフト勾配と前記プラスシフト勾配とによって、設置されている流電陽極の防食状況改善能力を判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
このような特徴を有する本発明のカソード防食管理方法又はシステムによると、流電陽極方式によってカソード防食された防食対象に対して悪化したカソード防食状況を、メタルタッチの解消工事等の大がかりな工事を行うことなく速やかに改善することができる。また、その改善に際して、最適な設定条件を速やかに決定できるとともに、決定された条件後の流電陽極残存寿命を速やかに把握できることができる。そして、現状の設置されている流電陽極に防食状況の改善能力があるか否かの把握を速やかに行うことができる。更には、土壌埋設パイプラインの定期点検時に現場対応でその後の管理対策を速やかに計画することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の説明では、防食対象として土壌に埋設されている歴青質塗覆装パイプラインを例に挙げて説明するが、本発明の実施形態における防食対象は、これに限定されるものではなく、土壌，海洋等の全ての電解質中に設置されて流電陽極方式によってカソード防食がなされている全ての防食対象を含むものである。しかしながら、前述したようなメタルタッチ解消工事の困難さ等を考えると、土壌埋設パイプラインを防食対象とする場合に非常に有効な発明であることは言うまでもない。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態に係るカソード防食管理方法及びカソード防食管理システムを説明するための説明図（システム構成図）である。防食対象であるパイプライン１はアスファルト等の歴青質塗覆装１Ａが表面に施されており、このパイプライン１の表面には接続部１Ｂが設けられている。このパイプライン１が流電陽極方式によってカソード防食されている状況というのは、接続部１Ｂに先端が接続された電線Ｗ1とパイプライン１の周辺に設置された流電陽極（例えば、Ｍｇ流電陽極）２に先端が接続された電線Ｗ2がターミナルボックスＴB内に引き出されており、この電線Ｗ1と電線Ｗ2とを接続することで、パイプライン１の対電解質電位と流電陽極２（表面がバックフィル２Ａで覆われている）の対電解質電位との電位差を駆動力として流電陽極２のアノード反応を起こさせ、流電陽極２から発生した電流（流電陽極発生電流）Ｉをパイプライン１の防食電流ＩCとしている状況である。
【００２３】
このように流電陽極方式によってカソード防食されている防食対象に対して、悪化した防食状況を改善するために設けられるカソード防食システムは、設置されている流電陽極２をアノードとし防食対象のパイプライン１をカソードとする印加電圧可変の直流電源装置３と、直流電源装置３の電圧印加状態で、パイプライン１の対電解質電位（管対地電位）を計測すると共に、流電陽極発生電流を計測する計測手段４と、計測手段４による計測データを演算処理する演算処理手段５とを備える。管対地電位Ｐ／Ｓは接続部１Ｂに先端が接続された電線Ｗ3を照合電極（飽和硫酸銅電極）６に直流電圧計４Ａを介して接続することによって計測される。
【００２４】
演算処理手段５は、直流電源装置３による印加電圧Ｅの増加に対する防食対象の対電解質電位のマイナスシフト関係式と、印加電圧Ｅの増加に対する流電陽極発生電流Ｉのプラスシフト関係式とを求める関係式設定手段５Ａと、マイナスシフト関係式によって防食対象の対電解質電位（管対地電位Ｐ／Ｓ）が防食電位よりマイナス側になる設定印加電圧ＥSを求める設定印加電圧演算手段５Ｂと、プラスシフト関係式によって設定印加電圧ＥSによって発生する流電陽極発生電流ＩSを求める流電陽極発生電流演算手段５Ｃと、流電陽極発生電流演算手段５Ｃによって求められた流電陽極発生電流ＩSによって、設定印加電圧負荷後の流電陽極残存寿命ＬRを予測する流電陽極残存寿命予測手段５Ｄを備える。
【００２５】
また、演算処理手段５は、必要に応じて、直流電源装置３による印加電圧Ｅの増加に対する防食対象の対電解質電位（管対地電位Ｐ／Ｓ）のマイナスシフト勾配と、印加電圧Ｅの増加に対する流電陽極発生電流Ｉのプラスシフト勾配とを求め、マイナスシフト勾配Δｍとプラスシフト勾配Δｐとによって、設置されている流電陽極２に防食状況改善能力があるか否かを判定する防食状況改善能力判定手段５Ｅを備える。
【００２６】
直流電源装置３は、直流電池３Ａと可変抵抗３Ｂ或いは交流電源と整流器，変圧器等からなるものを用いることができ、ターミナルボックスＴBに引き込まれた電線Ｗ1の端部に直流電源のマイナス側、電線Ｗ2の端部に直流電源のプラス側を接続し、パイプライン１と流電陽極２間の印加電圧を可変調節することができるものである。演算処理手段５からの制御出力信号によって印加電圧Ｅを可変調節するようにしてもよい。
【００２７】
計測手段４は、ターミナルボックスＴB内に設けられ、照合電極（例えば、飽和硫酸銅電極）６とパイプライン１の接続部１Ｂとに接続された電線Ｗ3に直流電圧計４Ａを設置し、流電陽極２と直流電源装置３とを接続する電線Ｗ2間に直流電流計４Ｂを接続したものである。直流電圧計４Ａ及び直流電流計４Ｂの計測データは演算処理手段５に取り込むことができるようになっている。
【００２８】
演算処理手段５は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の演算処理装置によって構成することができ、その演算処理機能（演算処理プログラム）として、関係式設定手段５Ａ、設定印加電圧演算手段５Ｂ、流電陽極発生電流演算手段５Ｃ、流電陽極残存寿命予測手段５Ｄが組み込まれている。
【００２９】
このようなシステム構成によって実行されるカソード防食管理方法を前述した演算処理手段における各機能の詳細と共に説明する。図２は、本発明の実施形態に係るカソード防食管理方法の概略フローを示した説明図である。本発明の実施形態に係るカソード防食管理方法は、防食対象のパイプライン１に対して、定期点検時に管対地電位Ｐ／Ｓがカソード防食基準に不合格であることが確認され、しかも管対地電位Ｐ／Ｓが防食電位よりプラスよりの値になっている場合に実行される。
【００３０】
先ずは、電線Ｗ1，Ｗ2に直流電源装置３を接続する（Ｓ１：接続工程）。そして、直流電源装置３の印加電圧Ｅを逐次増加させながら、パイプライン１の管対地電位Ｐ／Ｓを直流電圧計４Ａで計測し、流電陽極発生電流Ｉを直流電流計４Ｂで計測する（Ｓ２：計測工程）。この際、印加電圧Ｅの増加によって、管対地電位Ｐ／Ｓはマイナス側にシフトし、流電陽極発生電流Ｉはプラス側にシフトするので、逐次調節した印加電圧Ｅn1，Ｅn2，Ｅn3，…に対応して計測された管対地電位Ｐ／Ｓn1，Ｐ／Ｓn2，Ｐ／Ｓn3，…と流電陽極発生電流ＩＩn1，Ｉn2，Ｉn3，…とにより、管対地電位Ｐ／Ｓのマイナスシフト状態と流電陽極発生電流Ｉのプラスシフト状態が計測されることになる。
【００３１】
計測データ（Ｐ／Ｓn1，Ｐ／Ｓn2，Ｐ／Ｓn3，…），（Ｉn1，Ｉn2，Ｉn3，…）は演算処理手段５に送られ、調節された印加電圧Ｅn1，Ｅn2，Ｅn3，…と共に演算処理が行われる（Ｓ３：演算処理工程）。
【００３２】
ここでは、先ず、（Ｅn1，Ｅn2，Ｅn3，…）と（Ｐ／Ｓn1，Ｐ／Ｓn2，Ｐ／Ｓn3，…）とから回帰直線：｛Ｐ／Ｓ｝＝ａ1・｛Ｅ｝＋ｂ1を求め（ａ1は回帰係数、ｂ1は定数項）、これを印加電圧Ｅの増加に対する管対地電位Ｐ／Ｓのマイナスシフト関係式とする。更に、（Ｅn1，Ｅn2，Ｅn3，…）と（Ｉn1，Ｉn2，Ｉn3，…）とから回帰直線：｛Ｉ｝＝ａ2・｛Ｅ｝＋ｂ2を求め（ａ2は回帰係数、ｂ2は定数項）、これを印加電圧Ｅの増加に対する流電陽極発生電流Ｉのプラスシフト関係式とする。印加電圧Ｅと管対地電位Ｐ／Ｓとの関係、印加電圧Ｅと流電陽極発生電流Ｉとの関係は、理論上直線関係にあるので、高い相関係数の回帰直線を得ることができる。
【００３３】
そして、管対地電位Ｐ／Ｓのマイナスシフト関係式｛Ｐ／Ｓ｝＝ａ1・｛Ｅ｝＋ｂ1にα・Ｐ／ＳC（Ｐ／ＳC：防食電位，α：安全係数）を代入し、設定電圧ＥSを、ＥS＝（α・Ｐ／ＳC−ｂ1）／ａ1によって求める。更に、印加電圧Ｅの増加に対する流電陽極発生電流Ｉのプラスシフト関係式｛Ｉ｝＝ａ2・｛Ｅ｝＋ｂ2に、求めた設定電圧ＥSを代入して、設定印加電圧ＥSに対する流電陽極発生電流ＩSを、ＩS＝ａ2・ＥS＋ｂ2によって求める。
【００３４】
この際、設定印加電圧ＥS及び設定印加電圧ＥSに対する流電陽極発生電流ＩSを求める前に、計測データ（Ｐ／Ｓn1，Ｐ／Ｓn2，Ｐ／Ｓn3，…），（Ｉn1，Ｉn2，Ｉn3，…）によって、設置されている流電陽極２に防食状況改善能力があるか否かの判定を行うことができる（Ｓ５：防食状況改善能力判定工程）。
【００３５】
計測データ（Ｐ／Ｓn1，Ｐ／Ｓn2，Ｐ／Ｓn3，…），（Ｉn1，Ｉn2，Ｉn3，…）から求めた回帰直線：｛Ｐ／Ｓ｝＝ａ1・｛Ｅ｝＋ｂ1及び｛Ｉ｝＝ａ2・｛Ｅ｝＋ｂ2の各回帰係数ａ1，ａ2は、それぞれ、印加電圧Ｅの増加に対する管対地電位Ｐ／Ｓのマイナスシフト勾配Δｍと、印加電圧Ｅの増加に対する流電陽極発生電流Ｉのプラスシフト勾配Δｐになる。このマイナスシフト勾配Δｍとプラスシフト勾配Δｐが最低基準値Δｍmin，Δｐminより大きいか否かによって、設置されている流電陽極２に防食状況改善能力があるか否か、すなわち、印加電圧Ｅを増加させた場合に管対地電位Ｐ／Ｓを防食電位以下にし、流電陽極発生電流Ｉを所要防食電流以上にすることができるか否かを判定することができる。
【００３６】
ここでの最低基準値Δｍmin，Δｐminは、印加電圧Ｅ負荷前の管対地電位Ｐ／Ｓ1，印加電圧Ｅ負荷前の平均流電陽極発生電流Ｉ1，防食電位Ｐ／ＳC，印加電圧調整可能範囲Ｆ等によって設定することができる。
【００３７】
最後に、演算工程Ｓ３で求めた流電陽極発生電流ＩSによって、設定印加電圧負荷後の流電陽極残存寿命ＬR（year）を予測する（Ｓ４：流電陽極残存寿命予測工程）。この流電陽極残存寿命ＬRは下記式（１）による。
【００３８】
【数１】
【００３９】
設定印加電圧ＥSの負荷後に式（１）によって流電陽極残存寿命ＬRが予測可能な理由は、パイプライン１の表面は化学的に安定しており、設定印加電圧ＥSの負荷後にカソード分極が大きく進行することがないからである。歴青質塗覆装のパイプライン１は、錆び層を含む酸化層の影響で酸化還元反応が起こり難い状態になっており、印加電圧付加後に管対地電位Ｐ／Ｓが大きく低下することがない。よって、流電陽極発生電流ＩSがほぼ一定値で継続するものと考えて、式（１）により簡易に流電陽極残存寿命ＬRを求めることができる。
【００４０】
このようなカソード防食管理システム及びカソード防食管理方法によると、定期点検等の現場において、防食対象であるパイプライン１のカソード防食状況が悪化していることが確認された場合には、接続工程Ｓ１，計測工程Ｓ２を実行し、得られた計測データに基づいて演算工程Ｓ３を実行することで、簡易且つ速やかに悪化した防食状況を改善できる設定印加電圧ＥSを求めることができる。したがって、即座にメタルタッチ解消工事等の大がかりな工事を行うことなく、確実に悪化した防食状況を改善することができる。
【００４１】
また、設定印加電圧ＥSを負荷することで、流電陽極発生電流の増大によって設置されている流電陽極２の寿命は当初予測寿命より短くなるが、その際の流電陽極残存寿命ＬRを流電陽極残存寿命予測工程Ｓ４によって速やかに求めることができるので、流電陽極２の寿命に応じたその後の対応を速やかに計画することが可能になる。
【００４２】
更には、当初予測した流電陽極の寿命と埋設年数から既に寿命が近い流電陽極２の場合には、いくら印加電圧Ｅを増大させても所要防食電流が得られず、管対地電位Ｐ／Ｓを防食電位よりマイナスよりの値にシフトできない場合があり、単に従来技術の予測寿命と埋設年数との比較だけでは、現状の流電陽極に改善能力があるか否かが分からない場合があるが、防食状況改善能力判定工程Ｓ５を実行することによって、改善能力があるか否かを定量的に知ることができ、設置された流電陽極２を無駄なく有効利用することができる。また、改善能力が無いと判断された場合には速やかに取り替え等の対策を計画することができる。この際、改善能力が無いと判断された場合に、流電陽極２の接地抵抗を別途計測し、例えば１ｋΩ以上であれば、流電陽極はその機能を発揮できないものと判断する。
【００４３】
印加電圧Ｅの増加に対する管対地電位Ｐ／Ｓのマイナスシフト勾配Δｍと、印加電圧Ｅの増加に対する流電陽極発生電流Ｉのプラスシフト勾配Δｐによる改善能力の判定は、既設の流電陽極２が十分に機能を発揮できるものであることを定量的に把握することができるので、異なる設置箇所の流電陽極２の能力を定量的に比較することができることになり、異なる設置箇所の流電陽極２に対しての対策優先順位付けが可能になる。
【実施例】
【００４４】
以下に、本発明の実施例を説明する。図３は実施例の説明図であって、前述した印加電圧Ｅの増加に対する管対地電位Ｐ／Ｓのマイナスシフト関係式と、印加電圧Ｅの増加に対する流電陽極発生電流Ｉのプラスシフト関係式の具体例を示したグラフである。
【００４５】
流電陽極方式によりカソード防食されたパイプラインが、埋設２４年経過時点で管対地電位が防食電位（ここでは、−１２００ｍＶCSEとする、なお、以下電位は飽和硫酸銅電極（ＣＳＥ）基準で示す）以下にならなくなり、カソード防食基準に不合格となった場合を示している。なお、このパイプラインは直流干渉リスク及び交流腐食リスクがないことを別途確認している。
【００４６】
［実施例条件］
パイプ口径：３００ｍｍ
塗覆装：アスファルトジュート
埋設年数：２４年
流電陽極：有効電気容量２７６０ｍＡ・yearのＭｇ陽極１本
【００４７】
［埋設２４年経過時点の計測結果］
管対地電位：−６５０ｍＶCSE
Ｍｇ陽極発生電流：３０ｍＡ
Ｍｇ陽極対地電位：−１５００ｍＶCSE
防食対象パイプラインの接地抵抗：０．８Ω
Ｍｇ陽極の接地抵抗：２０．０Ω
【００４８】
埋設２４年経過時点においては、管対地電位が−６５０ｍＶCSEと防食電位である−１２００ｍＶCSEに５５０ｍＶカソード分極量が不足していた。そこで、前述した直流電源装置によって印加電圧Ｅを増加させて計測工程，演算工程を実行し、印加電圧Ｅの増加に対する管対地電位Ｐ／Ｓのマイナスシフト関係式と、印加電圧Ｅの増加に対する流電陽極発生電流Ｉのプラスシフト関係式を図３に示すように求めた。
【００４９】
図示のように、印加電圧Ｅと管対地電位Ｐ／Ｓとの関係は、相関係数−０．９９９の高い負相関が得られ、印加電圧ＥとＭｇ陽極発生電流Ｉとの関係は、相関係数１．０００と理論を裏付ける結果が得られた。管対地電位Ｐ／Ｓが防食電位Ｐ／ＳCである−１２００ｍＶCSEになる設定印加電圧ＥSは５．８Ｖとなる。この設定印加電圧ＥS負荷時のＭｇ陽極発生電流は２３８ｍＡとなる。
【００５０】
この結果から、式（１）によって流電陽極残存寿命ＬRを予測すると、下記式のとおりになる。
【００５１】
【数２】
【００５２】
よって、Ｍｇ陽極の残存寿命は約８年であることが分かった。８年以内にメタルタッチ等の詳細調査を行い、改善対策を講じることになる。改善対策を講じるまでは、直流電源装置によりＭｇ陽極発生電流を増加させ、カソード防食基準に合格の状態を維持するようにする。なお、ここでは、Ｍｇ陽極が直流電源装置により所要防食電流を満足し、この状態において流電陽極がある程度の残存寿命を有していることを前提としている。直流電源装置の内蔵電池は、定期点検の周期（例えば１回／年）のタイミングで交換する設計を考える。
【００５３】
図４は、パイプラインの定期点検から本発明のカソード防食管理方法を実行するための具体的な対処フロー図である。
【００５４】
先ず、定期点検時に管対地電位Ｐ／Ｓを計測し（Ｓ１０）、この管対地電位Ｐ／Ｓがカソード防食基準に合格しているか否かの判定を行う（Ｓ１１）。これがカソード防食基準に合格していれば、対策措置は不要であるから、引き続き定期点検の実施を継続する（Ｓ１１Ａ）。
【００５５】
前述の判定で、カソード防食基準に合格していない場合には、パイプラインルートの管対地電位Ｐ／Ｓのプロフィールにプラスよりのシフトがあるか否かの判定を行う（Ｓ１２）。この判定でシフトが無い場合には、カソード防食基準に合格しない理由を究明するために詳細調査を行い、その調査結果に基づいて改善工事を行う（Ｓ１２Ａ）。
【００５６】
管対地電位のプロフィールにプラスよりのシフトがあるか否かの判定でシフトがある場合には、前述の接続工程Ｓ１，計測工程Ｓ２，演算工程Ｓ３を実行し、前述した印加電圧Ｅの増加に対する管対地電位Ｐ／Ｓのマイナスシフト関係式と、印加電圧Ｅの増加に対する流電陽極発生電流Ｉのプラスシフト関係式とを求める（Ｓ１３）。
【００５７】
そして、印加電圧Ｅ負荷によって管対地電位Ｐ／Ｓが防食電位を達成したか、Ｍｇ陽極発生電流Ｉが所要防食電流に達したかを確認し（Ｓ１４）、これらが達成しない場合は、流電陽極に改善能力が無いと見なして、他の改善工事を実施し（Ｓ１４Ａ）、これらが共に達成された場合には、設定印加電圧ＥSを決定すると共に、Ｍｇ陽極残存寿命の予測を行う（Ｓ１５）。その後は、引き続き定期点検時に管対地電位を計測し、カソード防食基準との照査を行う。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態に係るカソード防食管理方法及びカソード防食管理システムを説明するための説明図（システム構成図）である。
【図２】本発明の実施形態に係るカソード防食管理方法を説明するための説明図（概略工程フロー）である。
【図３】本発明の実施例の説明図であって、前述した印加電圧Ｅの増加に対する管対地電位Ｐ／Ｓのマイナスシフト関係式と、印加電圧Ｅの増加に対する流電陽極発生電流Ｉのプラスシフト関係式の具体例を示したグラフである。
【図４】パイプラインの定期点検から本発明のカソード防食管理方法を実行するための具体的な対処フロー図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ パイプライン
１Ａ 歴青質塗覆装
２ 流電陽極
２Ａ バックフィル
３ 直流電源装置
３Ａ 直流電池
３Ｂ 可変抵抗
４ 計測手段
４Ａ 直流電圧計
４Ｂ 直流電流計
５ 演算処理手段
５Ａ 関係式設定手段
５Ｂ 設定印加電圧演算手段
５Ｃ 流電陽極発生電流演算手段
５Ｄ 流電陽極残存寿命予測手段
５Ｅ 防食状況改善能力判定手段
６ 照合電極（飽和硫酸銅電極）
Ｗ1，Ｗ2，Ｗ3 電線
Ｉ 流電陽極発生電流
ＩC 防食電流
ＴB ターミナルボックス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カソード防食管理方法及びカソード防食管理システムに関し、特に、流電陽極方式において悪化した防食状況を改善するためのカソード防食管理方法とそれを実行するためのカソード防食管理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
土壌等の電解質中に存在する金属体の腐食を防止するためには、金属体表面と電解質とを隔絶することに加えて、金属体表面に電流（防食電流）を流入させてアノード反応を起こさせないようにする（金属体表面全体にカソード反応を起こさせる）カソード防食法が最も有効な方法であることが知られている。
【０００３】
現在、土壌埋設パイプラインに対して行われているカソード防食法には、流電陽極方式と外部電源方式がある。外部電源方式は、土壌中に設置した電極（アノード）と防食対象（カソード）との間に直流電源装置を接続して電圧を与え、電極から土壌を介して防食対象に直流電流を流入させて腐食を防止する方法であり、特に、高抵抗率塗覆装で表面を覆われたパイプラインのカソード防食に有効である。
【０００４】
一方、流電陽極方式は、防食対象よりも腐食電位がマイナスの金属を、アノード（流電陽極）として、これを防食対象と電線で結び、流電陽極と防食対象間の異種金属電池作用によって流電陽極から発生する電流（流電陽極発生電流）を、防食電流として防食対象へ流入させて腐食を防止する方法である。この流電陽極方式は、経年変化に伴ってパイプラインの表面と電解質とが接触状態になっている歴青質塗覆装（アスファルト塗覆装など）が施されたパイプラインのカソード防食に多く採用されている。一般に、土壌に埋設された鋼製の歴青質塗覆装パイプラインに対しては流電陽極としてＭｇ陽極が用いられることが多い。
【０００５】
この流電陽極方式によるカソード防食方法では、パイプラインの金属体表面と電解質に接触する照合電極によって計測される電位差（管対地電位）を計測し、これが防食電位（例えば、飽和硫酸銅電極（ＣＳＥ）基準で−１２００ｍＶCSE）以下になるように流電陽極発生電流Ｉ0を設定している。そして、材質と質量によって決定される流電陽極の有効電気容量Ｍ（ｍＡ・year）を、設定した流電陽極発生電流Ｉ0と耐用年数Ｙによって、Ｍ＝Ｉ0×Ｙで設定している。
【０００６】
設置された流電陽極は発生電流が生じなくなったところで寿命が尽きることになり交換を余儀なくされるが、流電陽極を設置後に流電陽極発生電流をモニタリングすると共に、このモニタリング値と予め設定されている流電陽極の有効電気容量から流電陽極の消耗度を演算して残存容量を求め、この残存容量から流電陽極の残存機能日数又は時間を演算することができる（下記特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２９４４７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
流電陽極方式によってカソード防食されている電解質中の防食対象に他の金属体が電気的に接触した場合（これをメタルタッチという）、流電陽極からの発生電流は大半が低接地の他の金属体に流入することになって、防食対象の対電解質電位が防食電位よりプラスよりの値になる事態が生じることがある。流電陽極方式によってカソード防食されている防食対象が土壌埋設パイプラインの場合には、パイプライン敷設後の経年変化でパイプラインが沈下等によって他埋設金属構造物とメタルタッチすると、流電陽極発生電流は低接地の他埋設金属構造物に流入するので、防食対象パイプラインの所要防食電流を満足しなくなる防食状況の悪化が生じることがある。
【０００９】
特に、埋設金属構造物が輻輳している都市部に埋設されている歴青質塗覆装パイプラインは、元々水平方向に長いというパイプライン自体の特性の上に、塗覆装に浸透した水によって、塗覆装を介した接触であっても電気的に導通してしまうので、メタルタッチによる防食電流不足リスクが高いものと言える。また、流電陽極方式は、流電陽極と防食対象の対電解質電位差を駆動力として防食対象をカソード防食するものであるから、一旦流電陽極発生電流が所要防食電流を満足しなくなると、防食対象は腐食状態の継続を余儀なくされる。
【００１０】
一方、１年に１回等の定期点検時に、防食対象の対電解質電位が防食電位よりプラスよりの値になっている防食状況の悪化が確認されたとしても、メタルタッチ等の直接的な原因は即座に解消できない場合が多い。特に、土壌埋設パイプラインを防食対象とする場合には、メタルタッチの解消には、メタルタッチ構造物所有者間及び道路管理者との協議、道路掘削後のメタルタッチ解消工事などを伴うため、即座の対応が極めて困難であるか不可能であり、計画的な対応に成らざるを得ない。したがって、即座にメタルタッチの解消工事を行わなくても、悪化した防食状況を改善することができる防食管理方法が必要になる。
【００１１】
流電陽極方式によってカソード防食された防食対象の防食状況を改善する対策としては、流電陽極と防食対象と間に負荷電源を設け、直流電源電圧の印加によって流電陽極発生電流を増大させることが考えられる。
【００１２】
しかしながら、闇雲に電圧を印加しただけでは防食状況を改善するために必要な最小限の印加電圧を求めることができないだけでなく、増大させた流電陽極発生電流でその後流電陽極の残存寿命がどの程度短くなるかも分からない問題がある。更に、既に残存寿命が近い流電陽極の場合には、いくら電圧を印加しても所要防食電流が得られない場合があり、単に従来技術で計算された予測寿命と埋設年数との比較だけでは、現状の流電陽極に改善能力があるか否かが分からない問題がある。また、土壌埋設パイプラインでは、定期点検で防食状況の確認を行うことが一般になされているが、単に防食状況の確認を行うだけの定期点検では、定期点検の現場で防食状況の悪化が確認された場合であっても、現場対応でその後の管理対策を速やかに計画できないという問題がある。
【００１３】
本発明は、このような事情に対処することを課題とするものであって、流電陽極方式によってカソード防食された防食対象に対して悪化したカソード防食状況を、メタルタッチの解消工事等の大がかりな工事を行うことなく速やかに改善すること、その改善に際して、最適な設定条件を速やかに決定できるとともに、決定された条件後の流電陽極残存寿命を速やかに把握できること、現状の設置されている流電陽極に防食状況の改善能力があるか否かの把握を速やかに行うことができること、土壌埋設パイプラインの定期点検時に現場対応でその後の管理対策を速やかに計画することができること、等が本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような目的を達成するための本発明は、以下の特徴を有する。
【００１５】
一つには、流電陽極方式によってカソード防食されている防食対象に対して、悪化した防食状況を改善するためのカソード防食管理方法において、設置されている流電陽極をアノードとし防食対象をカソードとする印加電圧可変の直流電源装置を接続する接続工程と、前記直流電源装置の印加電圧を増加させながら、防食対象の対電解質電位のマイナスシフト状態を計測すると共に、流電陽極発生電流のプラスシフト状態を計測する計測工程と、前記計測工程での計測データから、印加電圧の増加に対する防食対象の対電解質電位のマイナスシフト関係式と、印加電圧の増加に対する流電陽極発生電流のプラスシフト関係式とを求め、前記マイナスシフト関係式によって防食対象の対電解質電位が防食電位よりマイナス側になる設定印加電圧を求め、前記プラスシフト関係式によって前記設定印加電圧によって発生する流電陽極発生電流を求める演算工程と、前記演算工程で求めた流電陽極発生電流によって、前記設定印加電圧負荷後の流電陽極残存寿命を予測する残存寿命予測工程と、を有することを特徴とする。
【００１６】
また、流電陽極方式によってカソード防食されている防食対象に対して、悪化した防食状況を改善するためのカソード防食管理システムにおいて、設置されている流電陽極をアノードとし防食対象をカソードとする印加電圧可変の直流電源装置と、前記直流電源装置の電圧印加状態で、防食対象の対電解質電位を計測すると共に、流電陽極発生電流を計測する計測手段と、前記計測手段による計測データを演算処理する演算処理手段と、を備え、前記演算処理手段は、前記直流電源装置による印加電圧の増加に対する防食対象の対電解質電位のマイナスシフト関係式と、印加電圧の増加に対する流電陽極発生電流のプラスシフト関係式とを求める関係式設定手段と、前記マイナスシフト関係式によって防食対象の対電解質電位が防食電位よりマイナス側になる設定印加電圧を求める設定印加電圧演算手段と、前記プラスシフト関係式によって前記設定印加電圧によって発生する流電陽極発生電流を求める流電陽極発生電流演算手段と、前記流電陽極発生電流演算手段によって求められた流電陽極発生電流によって、前記設定印加電圧負荷後の流電陽極残存寿命を予測する残存寿命予測手段と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、前記カソード防食管理方法又はシステムにおいて、下記式（１）によって前記設定印加電圧負荷後の流電陽極残存寿命ＬR（year）を予測することを特徴とする。
【００１８】
【数１】
【００１９】
また、前記カソード防食管理方法又はシステムにおいて、前記計測工程又は前記計測手段での計測データから、印加電圧の増加に対する防食対象の対電解質電位のマイナスシフト勾配と、印加電圧の増加に対する流電陽極発生電流のプラスシフト勾配とを求め、前記マイナスシフト勾配と前記プラスシフト勾配とによって、設置されている流電陽極の防食状況改善能力を判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
このような特徴を有する本発明のカソード防食管理方法又はシステムによると、流電陽極方式によってカソード防食された防食対象に対して悪化したカソード防食状況を、メタルタッチの解消工事等の大がかりな工事を行うことなく速やかに改善することができる。また、その改善に際して、最適な設定条件を速やかに決定できるとともに、決定された条件後の流電陽極残存寿命を速やかに把握できることができる。そして、現状の設置されている流電陽極に防食状況の改善能力があるか否かの把握を速やかに行うことができる。更には、土壌埋設パイプラインの定期点検時に現場対応でその後の管理対策を速やかに計画することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の説明では、防食対象として土壌に埋設されている歴青質塗覆装パイプラインを例に挙げて説明するが、本発明の実施形態における防食対象は、これに限定されるものではなく、土壌，海洋等の全ての電解質中に設置されて流電陽極方式によってカソード防食がなされている全ての防食対象を含むものである。しかしながら、前述したようなメタルタッチ解消工事の困難さ等を考えると、土壌埋設パイプラインを防食対象とする場合に非常に有効な発明であることは言うまでもない。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態に係るカソード防食管理方法及びカソード防食管理システムを説明するための説明図（システム構成図）である。防食対象であるパイプライン１はアスファルト等の歴青質塗覆装１Ａが表面に施されており、このパイプライン１の表面には接続部１Ｂが設けられている。このパイプライン１が流電陽極方式によってカソード防食されている状況というのは、接続部１Ｂに先端が接続された電線Ｗ1とパイプライン１の周辺に設置された流電陽極（例えば、Ｍｇ流電陽極）２に先端が接続された電線Ｗ2がターミナルボックスＴB内に引き出されており、この電線Ｗ1と電線Ｗ2とを接続することで、パイプライン１の対電解質電位と流電陽極２（表面がバックフィル２Ａで覆われている）の対電解質電位との電位差を駆動力として流電陽極２のアノード反応を起こさせ、流電陽極２から発生した電流（流電陽極発生電流）Ｉをパイプライン１の防食電流ＩCとしている状況である。
【００２３】
このように流電陽極方式によってカソード防食されている防食対象に対して、悪化した防食状況を改善するために設けられるカソード防食システムは、設置されている流電陽極２をアノードとし防食対象のパイプライン１をカソードとする印加電圧可変の直流電源装置３と、直流電源装置３の電圧印加状態で、パイプライン１の対電解質電位（管対地電位）を計測すると共に、流電陽極発生電流を計測する計測手段４と、計測手段４による計測データを演算処理する演算処理手段５とを備える。管対地電位Ｐ／Ｓは接続部１Ｂに先端が接続された電線Ｗ3を照合電極（飽和硫酸銅電極）６に直流電圧計４Ａを介して接続することによって計測される。
【００２４】
演算処理手段５は、直流電源装置３による印加電圧Ｅの増加に対する防食対象の対電解質電位のマイナスシフト関係式と、印加電圧Ｅの増加に対する流電陽極発生電流Ｉのプラスシフト関係式とを求める関係式設定手段５Ａと、マイナスシフト関係式によって防食対象の対電解質電位（管対地電位Ｐ／Ｓ）が防食電位よりマイナス側になる設定印加電圧ＥSを求める設定印加電圧演算手段５Ｂと、プラスシフト関係式によって設定印加電圧ＥSによって発生する流電陽極発生電流ＩSを求める流電陽極発生電流演算手段５Ｃと、流電陽極発生電流演算手段５Ｃによって求められた流電陽極発生電流ＩSによって、設定印加電圧負荷後の流電陽極残存寿命ＬRを予測する流電陽極残存寿命予測手段５Ｄを備える。
【００２５】
また、演算処理手段５は、必要に応じて、直流電源装置３による印加電圧Ｅの増加に対する防食対象の対電解質電位（管対地電位Ｐ／Ｓ）のマイナスシフト勾配と、印加電圧Ｅの増加に対する流電陽極発生電流Ｉのプラスシフト勾配とを求め、マイナスシフト勾配Δｍとプラスシフト勾配Δｐとによって、設置されている流電陽極２に防食状況改善能力があるか否かを判定する防食状況改善能力判定手段５Ｅを備える。
【００２６】
直流電源装置３は、直流電池３Ａと可変抵抗３Ｂ或いは交流電源と整流器，変圧器等からなるものを用いることができ、ターミナルボックスＴBに引き込まれた電線Ｗ1の端部に直流電源のマイナス側、電線Ｗ2の端部に直流電源のプラス側を接続し、パイプライン１と流電陽極２間の印加電圧を可変調節することができるものである。演算処理手段５からの制御出力信号によって印加電圧Ｅを可変調節するようにしてもよい。
【００２７】
計測手段４は、ターミナルボックスＴB内に設けられ、照合電極（例えば、飽和硫酸銅電極）６とパイプライン１の接続部１Ｂとに接続された電線Ｗ3に直流電圧計４Ａを設置し、流電陽極２と直流電源装置３とを接続する電線Ｗ2間に直流電流計４Ｂを接続したものである。直流電圧計４Ａ及び直流電流計４Ｂの計測データは演算処理手段５に取り込むことができるようになっている。
【００２８】
演算処理手段５は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の演算処理装置によって構成することができ、その演算処理機能（演算処理プログラム）として、関係式設定手段５Ａ、設定印加電圧演算手段５Ｂ、流電陽極発生電流演算手段５Ｃ、流電陽極残存寿命予測手段５Ｄが組み込まれている。
【００２９】
このようなシステム構成によって実行されるカソード防食管理方法を前述した演算処理手段における各機能の詳細と共に説明する。図２は、本発明の実施形態に係るカソード防食管理方法の概略フローを示した説明図である。本発明の実施形態に係るカソード防食管理方法は、防食対象のパイプライン１に対して、定期点検時に管対地電位Ｐ／Ｓがカソード防食基準に不合格であることが確認され、しかも管対地電位Ｐ／Ｓが防食電位よりプラスよりの値になっている場合に実行される。
【００３０】
先ずは、電線Ｗ1，Ｗ2に直流電源装置３を接続する（Ｓ１：接続工程）。そして、直流電源装置３の印加電圧Ｅを逐次増加させながら、パイプライン１の管対地電位Ｐ／Ｓを直流電圧計４Ａで計測し、流電陽極発生電流Ｉを直流電流計４Ｂで計測する（Ｓ２：計測工程）。この際、印加電圧Ｅの増加によって、管対地電位Ｐ／Ｓはマイナス側にシフトし、流電陽極発生電流Ｉはプラス側にシフトするので、逐次調節した印加電圧Ｅn1，Ｅn2，Ｅn3，…に対応して計測された管対地電位Ｐ／Ｓn1，Ｐ／Ｓn2，Ｐ／Ｓn3，…と流電陽極発生電流ＩＩn1，Ｉn2，Ｉn3，…とにより、管対地電位Ｐ／Ｓのマイナスシフト状態と流電陽極発生電流Ｉのプラスシフト状態が計測されることになる。
【００３１】
計測データ（Ｐ／Ｓn1，Ｐ／Ｓn2，Ｐ／Ｓn3，…），（Ｉn1，Ｉn2，Ｉn3，…）は演算処理手段５に送られ、調節された印加電圧Ｅn1，Ｅn2，Ｅn3，…と共に演算処理が行われる（Ｓ３：演算処理工程）。
【００３２】
ここでは、先ず、（Ｅn1，Ｅn2，Ｅn3，…）と（Ｐ／Ｓn1，Ｐ／Ｓn2，Ｐ／Ｓn3，…）とから回帰直線：｛Ｐ／Ｓ｝＝ａ1・｛Ｅ｝＋ｂ1を求め（ａ1は回帰係数、ｂ1は定数項）、これを印加電圧Ｅの増加に対する管対地電位Ｐ／Ｓのマイナスシフト関係式とする。更に、（Ｅn1，Ｅn2，Ｅn3，…）と（Ｉn1，Ｉn2，Ｉn3，…）とから回帰直線：｛Ｉ｝＝ａ2・｛Ｅ｝＋ｂ2を求め（ａ2は回帰係数、ｂ2は定数項）、これを印加電圧Ｅの増加に対する流電陽極発生電流Ｉのプラスシフト関係式とする。印加電圧Ｅと管対地電位Ｐ／Ｓとの関係、印加電圧Ｅと流電陽極発生電流Ｉとの関係は、理論上直線関係にあるので、高い相関係数の回帰直線を得ることができる。
【００３３】
そして、管対地電位Ｐ／Ｓのマイナスシフト関係式｛Ｐ／Ｓ｝＝ａ1・｛Ｅ｝＋ｂ1にα・Ｐ／ＳC（Ｐ／ＳC：防食電位，α：安全係数）を代入し、設定電圧ＥSを、ＥS＝（α・Ｐ／ＳC−ｂ1）／ａ1によって求める。更に、印加電圧Ｅの増加に対する流電陽極発生電流Ｉのプラスシフト関係式｛Ｉ｝＝ａ2・｛Ｅ｝＋ｂ2に、求めた設定電圧ＥSを代入して、設定印加電圧ＥSに対する流電陽極発生電流ＩSを、ＩS＝ａ2・ＥS＋ｂ2によって求める。
【００３４】
この際、設定印加電圧ＥS及び設定印加電圧ＥSに対する流電陽極発生電流ＩSを求める前に、計測データ（Ｐ／Ｓn1，Ｐ／Ｓn2，Ｐ／Ｓn3，…），（Ｉn1，Ｉn2，Ｉn3，…）によって、設置されている流電陽極２に防食状況改善能力があるか否かの判定を行うことができる（Ｓ５：防食状況改善能力判定工程）。
【００３５】
計測データ（Ｐ／Ｓn1，Ｐ／Ｓn2，Ｐ／Ｓn3，…），（Ｉn1，Ｉn2，Ｉn3，…）から求めた回帰直線：｛Ｐ／Ｓ｝＝ａ1・｛Ｅ｝＋ｂ1及び｛Ｉ｝＝ａ2・｛Ｅ｝＋ｂ2の各回帰係数ａ1，ａ2は、それぞれ、印加電圧Ｅの増加に対する管対地電位Ｐ／Ｓのマイナスシフト勾配Δｍと、印加電圧Ｅの増加に対する流電陽極発生電流Ｉのプラスシフト勾配Δｐになる。このマイナスシフト勾配Δｍとプラスシフト勾配Δｐが最低基準値Δｍmin，Δｐminより大きいか否かによって、設置されている流電陽極２に防食状況改善能力があるか否か、すなわち、印加電圧Ｅを増加させた場合に管対地電位Ｐ／Ｓを防食電位以下にし、流電陽極発生電流Ｉを所要防食電流以上にすることができるか否かを判定することができる。
【００３６】
ここでの最低基準値Δｍmin，Δｐminは、印加電圧Ｅ負荷前の管対地電位Ｐ／Ｓ1，印加電圧Ｅ負荷前の平均流電陽極発生電流Ｉ1，防食電位Ｐ／ＳC，印加電圧調整可能範囲Ｆ等によって設定することができる。
【００３７】
最後に、演算工程Ｓ３で求めた流電陽極発生電流ＩSによって、設定印加電圧負荷後の流電陽極残存寿命ＬR（year）を予測する（Ｓ４：流電陽極残存寿命予測工程）。この流電陽極残存寿命ＬRは下記式（１）による。
【００３８】
【数１】
【００３９】
設定印加電圧ＥSの負荷後に式（１）によって流電陽極残存寿命ＬRが予測可能な理由は、パイプライン１の表面は化学的に安定しており、設定印加電圧ＥSの負荷後にカソード分極が大きく進行することがないからである。歴青質塗覆装のパイプライン１は、錆び層を含む酸化層の影響で酸化還元反応が起こり難い状態になっており、印加電圧付加後に管対地電位Ｐ／Ｓが大きく低下することがない。よって、流電陽極発生電流ＩSがほぼ一定値で継続するものと考えて、式（１）により簡易に流電陽極残存寿命ＬRを求めることができる。
【００４０】
このようなカソード防食管理システム及びカソード防食管理方法によると、定期点検等の現場において、防食対象であるパイプライン１のカソード防食状況が悪化していることが確認された場合には、接続工程Ｓ１，計測工程Ｓ２を実行し、得られた計測データに基づいて演算工程Ｓ３を実行することで、簡易且つ速やかに悪化した防食状況を改善できる設定印加電圧ＥSを求めることができる。したがって、即座にメタルタッチ解消工事等の大がかりな工事を行うことなく、確実に悪化した防食状況を改善することができる。
【００４１】
また、設定印加電圧ＥSを負荷することで、流電陽極発生電流の増大によって設置されている流電陽極２の寿命は当初予測寿命より短くなるが、その際の流電陽極残存寿命ＬRを流電陽極残存寿命予測工程Ｓ４によって速やかに求めることができるので、流電陽極２の寿命に応じたその後の対応を速やかに計画することが可能になる。
【００４２】
更には、当初予測した流電陽極の寿命と埋設年数から既に寿命が近い流電陽極２の場合には、いくら印加電圧Ｅを増大させても所要防食電流が得られず、管対地電位Ｐ／Ｓを防食電位よりマイナスよりの値にシフトできない場合があり、単に従来技術の予測寿命と埋設年数との比較だけでは、現状の流電陽極に改善能力があるか否かが分からない場合があるが、防食状況改善能力判定工程Ｓ５を実行することによって、改善能力があるか否かを定量的に知ることができ、設置された流電陽極２を無駄なく有効利用することができる。また、改善能力が無いと判断された場合には速やかに取り替え等の対策を計画することができる。この際、改善能力が無いと判断された場合に、流電陽極２の接地抵抗を別途計測し、例えば１ｋΩ以上であれば、流電陽極はその機能を発揮できないものと判断する。
【００４３】
印加電圧Ｅの増加に対する管対地電位Ｐ／Ｓのマイナスシフト勾配Δｍと、印加電圧Ｅの増加に対する流電陽極発生電流Ｉのプラスシフト勾配Δｐによる改善能力の判定は、既設の流電陽極２が十分に機能を発揮できるものであることを定量的に把握することができるので、異なる設置箇所の流電陽極２の能力を定量的に比較することができることになり、異なる設置箇所の流電陽極２に対しての対策優先順位付けが可能になる。
【実施例】
【００４４】
以下に、本発明の実施例を説明する。図３は実施例の説明図であって、前述した印加電圧Ｅの増加に対する管対地電位Ｐ／Ｓのマイナスシフト関係式と、印加電圧Ｅの増加に対する流電陽極発生電流Ｉのプラスシフト関係式の具体例を示したグラフである。
【００４５】
流電陽極方式によりカソード防食されたパイプラインが、埋設２４年経過時点で管対地電位が防食電位（ここでは、−１２００ｍＶCSEとする、なお、以下電位は飽和硫酸銅電極（ＣＳＥ）基準で示す）以下にならなくなり、カソード防食基準に不合格となった場合を示している。なお、このパイプラインは直流干渉リスク及び交流腐食リスクがないことを別途確認している。
【００４６】
［実施例条件］
パイプ口径：３００ｍｍ
塗覆装：アスファルトジュート
埋設年数：２４年
流電陽極：有効電気容量２７６０ｍＡ・yearのＭｇ陽極１本
【００４７】
［埋設２４年経過時点の計測結果］
管対地電位：−６５０ｍＶCSE
Ｍｇ陽極発生電流：３０ｍＡ
Ｍｇ陽極対地電位：−１５００ｍＶCSE
防食対象パイプラインの接地抵抗：０．８Ω
Ｍｇ陽極の接地抵抗：２０．０Ω
【００４８】
埋設２４年経過時点においては、管対地電位が−６５０ｍＶCSEと防食電位である−１２００ｍＶCSEに５５０ｍＶカソード分極量が不足していた。そこで、前述した直流電源装置によって印加電圧Ｅを増加させて計測工程，演算工程を実行し、印加電圧Ｅの増加に対する管対地電位Ｐ／Ｓのマイナスシフト関係式と、印加電圧Ｅの増加に対する流電陽極発生電流Ｉのプラスシフト関係式を図３に示すように求めた。
【００４９】
図示のように、印加電圧Ｅと管対地電位Ｐ／Ｓとの関係は、相関係数−０．９９９の高い負相関が得られ、印加電圧ＥとＭｇ陽極発生電流Ｉとの関係は、相関係数１．０００と理論を裏付ける結果が得られた。管対地電位Ｐ／Ｓが防食電位Ｐ／ＳCである−１２００ｍＶCSEになる設定印加電圧ＥSは５．８Ｖとなる。この設定印加電圧ＥS負荷時のＭｇ陽極発生電流は２３８ｍＡとなる。
【００５０】
この結果から、式（１）によって流電陽極残存寿命ＬRを予測すると、下記式のとおりになる。
【００５１】
【数２】
【００５２】
よって、Ｍｇ陽極の残存寿命は約８年であることが分かった。８年以内にメタルタッチ等の詳細調査を行い、改善対策を講じることになる。改善対策を講じるまでは、直流電源装置によりＭｇ陽極発生電流を増加させ、カソード防食基準に合格の状態を維持するようにする。なお、ここでは、Ｍｇ陽極が直流電源装置により所要防食電流を満足し、この状態において流電陽極がある程度の残存寿命を有していることを前提としている。直流電源装置の内蔵電池は、定期点検の周期（例えば１回／年）のタイミングで交換する設計を考える。
【００５３】
図４は、パイプラインの定期点検から本発明のカソード防食管理方法を実行するための具体的な対処フロー図である。
【００５４】
先ず、定期点検時に管対地電位Ｐ／Ｓを計測し（Ｓ１０）、この管対地電位Ｐ／Ｓがカソード防食基準に合格しているか否かの判定を行う（Ｓ１１）。これがカソード防食基準に合格していれば、対策措置は不要であるから、引き続き定期点検の実施を継続する（Ｓ１１Ａ）。
【００５５】
前述の判定で、カソード防食基準に合格していない場合には、パイプラインルートの管対地電位Ｐ／Ｓのプロフィールにプラスよりのシフトがあるか否かの判定を行う（Ｓ１２）。この判定でシフトが無い場合には、カソード防食基準に合格しない理由を究明するために詳細調査を行い、その調査結果に基づいて改善工事を行う（Ｓ１２Ａ）。
【００５６】
管対地電位のプロフィールにプラスよりのシフトがあるか否かの判定でシフトがある場合には、前述の接続工程Ｓ１，計測工程Ｓ２，演算工程Ｓ３を実行し、前述した印加電圧Ｅの増加に対する管対地電位Ｐ／Ｓのマイナスシフト関係式と、印加電圧Ｅの増加に対する流電陽極発生電流Ｉのプラスシフト関係式とを求める（Ｓ１３）。
【００５７】
そして、印加電圧Ｅ負荷によって管対地電位Ｐ／Ｓが防食電位を達成したか、Ｍｇ陽極発生電流Ｉが所要防食電流に達したかを確認し（Ｓ１４）、これらが達成しない場合は、流電陽極に改善能力が無いと見なして、他の改善工事を実施し（Ｓ１４Ａ）、これらが共に達成された場合には、設定印加電圧ＥSを決定すると共に、Ｍｇ陽極残存寿命の予測を行う（Ｓ１５）。その後は、引き続き定期点検時に管対地電位を計測し、カソード防食基準との照査を行う。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態に係るカソード防食管理方法及びカソード防食管理システムを説明するための説明図（システム構成図）である。
【図２】本発明の実施形態に係るカソード防食管理方法を説明するための説明図（概略工程フロー）である。
【図３】本発明の実施例の説明図であって、前述した印加電圧Ｅの増加に対する管対地電位Ｐ／Ｓのマイナスシフト関係式と、印加電圧Ｅの増加に対する流電陽極発生電流Ｉのプラスシフト関係式の具体例を示したグラフである。
【図４】パイプラインの定期点検から本発明のカソード防食管理方法を実行するための具体的な対処フロー図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ パイプライン
１Ａ 歴青質塗覆装
２ 流電陽極
２Ａ バックフィル
３ 直流電源装置
３Ａ 直流電池
３Ｂ 可変抵抗
４ 計測手段
４Ａ 直流電圧計
４Ｂ 直流電流計
５ 演算処理手段
５Ａ 関係式設定手段
５Ｂ 設定印加電圧演算手段
５Ｃ 流電陽極発生電流演算手段
５Ｄ 流電陽極残存寿命予測手段
５Ｅ 防食状況改善能力判定手段
６ 照合電極（飽和硫酸銅電極）
Ｗ1，Ｗ2，Ｗ3 電線
Ｉ 流電陽極発生電流
ＩC 防食電流
ＴB ターミナルボックス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流電陽極方式によってカソード防食されている防食対象に対して、悪化した防食状況を改善するためのカソード防食管理方法において、
設置されている流電陽極をアノードとし防食対象をカソードとする印加電圧可変の直流電源装置を接続する接続工程と、
前記直流電源装置の印加電圧を増加させながら、防食対象の対電解質電位のマイナスシフト状態を計測すると共に、流電陽極発生電流のプラスシフト状態を計測する計測工程と、
前記計測工程での計測データから、印加電圧の増加に対する防食対象の対電解質電位のマイナスシフト関係式と、印加電圧の増加に対する流電陽極発生電流のプラスシフト関係式とを求め、前記マイナスシフト関係式によって防食対象の対電解質電位が防食電位よりマイナス側になる設定印加電圧を求め、前記プラスシフト関係式によって前記設定印加電圧によって発生する流電陽極発生電流を求める演算工程と、
前記演算工程で求めた流電陽極発生電流によって、前記設定印加電圧負荷後の流電陽極残存寿命を予測する残存寿命予測工程と、
を有することを特徴とするカソード防食管理方法。
【請求項２】
前記残存寿命予測工程では、下記式（１）によって前記設定印加電圧負荷後の流電陽極残存寿命ＬR（year）を予測することを特徴とする請求項１に記載のカソード防食管理方法。
ＬR＝（Ｍａ−Ｉ1・ＹE）／ＩS …（１）
ここで、Ｍａ：流電陽極の有効電気容量（ｍＡ・year）
Ｉ1：印加電圧負荷前の平均流電陽極発生電流（ｍＡ）
ＹE：流電陽極設置年数（year）
ＩS：設定印加電圧によって発生する流電陽極発生電流（ｍＡ）
【請求項３】
前記計測工程での計測データから、印加電圧の増加に対する防食対象の対電解質電位のマイナスシフト勾配と、印加電圧の増加に対する流電陽極発生電流のプラスシフト勾配とを求め、前記マイナスシフト勾配と前記プラスシフト勾配とによって、設置されている流電陽極の防食状況改善能力を判定する判定工程を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のカソード防食管理方法。
【請求項４】
前記防食対象は、土壌に埋設された歴青質塗覆装パイプラインであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカソード防食管理方法。
【請求項５】
流電陽極方式によってカソード防食されている防食対象に対して、悪化した防食状況を改善するためのカソード防食管理方法において、
設置されている流電陽極をアノードとし防食対象をカソードとする印加電圧可変の直流電源装置を接続する接続工程と、
前記直流電源装置の印加電圧を増加させながら、防食対象の対電解質電位のマイナスシフト状態を計測すると共に、流電陽極発生電流のプラスシフト状態を計測する計測工程と、
前記計測工程での計測データから、印加電圧の増加に対する防食対象の対電解質電位のマイナスシフト勾配と、印加電圧の増加に対する流電陽極発生電流のプラスシフト勾配とを求め、前記マイナスシフト勾配と前記プラスシフト勾配とによって、設置されている流電陽極の防食状況改善能力を判定する判定工程と、
を有することを特徴とするカソード防食管理方法。
【請求項６】
流電陽極方式によってカソード防食されている防食対象に対して、悪化した防食状況を改善するためのカソード防食管理システムにおいて、
設置されている流電陽極をアノードとし防食対象をカソードとする印加電圧可変の直流電源装置と、
前記直流電源装置の電圧印加状態で、防食対象の対電解質電位を計測すると共に、流電陽極発生電流を計測する計測手段と、
前記計測手段による計測データを演算処理する演算処理手段と、を備え、
前記演算処理手段は、
前記直流電源装置による印加電圧の増加に対する防食対象の対電解質電位のマイナスシフト関係式と、印加電圧の増加に対する流電陽極発生電流のプラスシフト関係式とを求める関係式設定手段と、
前記マイナスシフト関係式によって防食対象の対電解質電位が防食電位よりマイナス側になる設定印加電圧を求める設定印加電圧演算手段と、
前記プラスシフト関係式によって前記設定印加電圧によって発生する流電陽極発生電流を求める流電陽極発生電流演算手段と、
前記流電陽極発生電流演算手段によって求められた流電陽極発生電流によって、前記設定印加電圧負荷後の流電陽極残存寿命を予測する残存寿命予測手段と、を備えることを特徴とするカソード防食管理システム。
【請求項７】
前記残存寿命予測手段では、下記式（１）によって前記設定印加電圧負荷後の流電陽極残存寿命ＬR（year）を予測することを特徴とする請求項６に記載のカソード防食管理システム。
ＬR＝（Ｍａ−Ｉ1・ＹE）／ＩS …（１）
ここで、Ｍａ：流電陽極の有効電気容量（ｍＡ・year）
Ｉ1：印加電圧負荷前の平均流電陽極発生電流（ｍＡ）
ＹE：流電陽極設置年数（year）
ＩS：設定印加電圧によって発生する流電陽極発生電流（ｍＡ）
【請求項８】
前記演算処理手段は、
前記直流電源装置による印加電圧の増加に対する防食対象の対電解質電位のマイナスシフト勾配と、印加電圧の増加に対する流電陽極発生電流のプラスシフト勾配とを求め、前記マイナスシフト勾配と前記プラスシフト勾配とによって、設置されている流電陽極の防食状況改善能力を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする請求項６又は７に記載のカソード防食管理システム。
【請求項１】
流電陽極方式によってカソード防食されている防食対象に対して、悪化した防食状況を改善するためのカソード防食管理方法において、
設置されている流電陽極をアノードとし防食対象をカソードとする印加電圧可変の直流電源装置を接続する接続工程と、
前記直流電源装置の印加電圧を増加させながら、防食対象の対電解質電位のマイナスシフト状態を計測すると共に、流電陽極発生電流のプラスシフト状態を計測する計測工程と、
前記計測工程での計測データから、印加電圧の増加に対する防食対象の対電解質電位のマイナスシフト関係式と、印加電圧の増加に対する流電陽極発生電流のプラスシフト関係式とを求め、前記マイナスシフト関係式によって防食対象の対電解質電位が防食電位よりマイナス側になる設定印加電圧を求め、前記プラスシフト関係式によって前記設定印加電圧によって発生する流電陽極発生電流を求める演算工程と、
前記演算工程で求めた流電陽極発生電流によって、前記設定印加電圧負荷後の流電陽極残存寿命を予測する残存寿命予測工程と、
を有することを特徴とするカソード防食管理方法。
【請求項２】
前記残存寿命予測工程では、下記式（１）によって前記設定印加電圧負荷後の流電陽極残存寿命ＬR（year）を予測することを特徴とする請求項１に記載のカソード防食管理方法。
ＬR＝（Ｍａ−Ｉ1・ＹE）／ＩS …（１）
ここで、Ｍａ：流電陽極の有効電気容量（ｍＡ・year）
Ｉ1：印加電圧負荷前の平均流電陽極発生電流（ｍＡ）
ＹE：流電陽極設置年数（year）
ＩS：設定印加電圧によって発生する流電陽極発生電流（ｍＡ）
【請求項３】
前記計測工程での計測データから、印加電圧の増加に対する防食対象の対電解質電位のマイナスシフト勾配と、印加電圧の増加に対する流電陽極発生電流のプラスシフト勾配とを求め、前記マイナスシフト勾配と前記プラスシフト勾配とによって、設置されている流電陽極の防食状況改善能力を判定する判定工程を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のカソード防食管理方法。
【請求項４】
前記防食対象は、土壌に埋設された歴青質塗覆装パイプラインであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカソード防食管理方法。
【請求項５】
流電陽極方式によってカソード防食されている防食対象に対して、悪化した防食状況を改善するためのカソード防食管理方法において、
設置されている流電陽極をアノードとし防食対象をカソードとする印加電圧可変の直流電源装置を接続する接続工程と、
前記直流電源装置の印加電圧を増加させながら、防食対象の対電解質電位のマイナスシフト状態を計測すると共に、流電陽極発生電流のプラスシフト状態を計測する計測工程と、
前記計測工程での計測データから、印加電圧の増加に対する防食対象の対電解質電位のマイナスシフト勾配と、印加電圧の増加に対する流電陽極発生電流のプラスシフト勾配とを求め、前記マイナスシフト勾配と前記プラスシフト勾配とによって、設置されている流電陽極の防食状況改善能力を判定する判定工程と、
を有することを特徴とするカソード防食管理方法。
【請求項６】
流電陽極方式によってカソード防食されている防食対象に対して、悪化した防食状況を改善するためのカソード防食管理システムにおいて、
設置されている流電陽極をアノードとし防食対象をカソードとする印加電圧可変の直流電源装置と、
前記直流電源装置の電圧印加状態で、防食対象の対電解質電位を計測すると共に、流電陽極発生電流を計測する計測手段と、
前記計測手段による計測データを演算処理する演算処理手段と、を備え、
前記演算処理手段は、
前記直流電源装置による印加電圧の増加に対する防食対象の対電解質電位のマイナスシフト関係式と、印加電圧の増加に対する流電陽極発生電流のプラスシフト関係式とを求める関係式設定手段と、
前記マイナスシフト関係式によって防食対象の対電解質電位が防食電位よりマイナス側になる設定印加電圧を求める設定印加電圧演算手段と、
前記プラスシフト関係式によって前記設定印加電圧によって発生する流電陽極発生電流を求める流電陽極発生電流演算手段と、
前記流電陽極発生電流演算手段によって求められた流電陽極発生電流によって、前記設定印加電圧負荷後の流電陽極残存寿命を予測する残存寿命予測手段と、を備えることを特徴とするカソード防食管理システム。
【請求項７】
前記残存寿命予測手段では、下記式（１）によって前記設定印加電圧負荷後の流電陽極残存寿命ＬR（year）を予測することを特徴とする請求項６に記載のカソード防食管理システム。
ＬR＝（Ｍａ−Ｉ1・ＹE）／ＩS …（１）
ここで、Ｍａ：流電陽極の有効電気容量（ｍＡ・year）
Ｉ1：印加電圧負荷前の平均流電陽極発生電流（ｍＡ）
ＹE：流電陽極設置年数（year）
ＩS：設定印加電圧によって発生する流電陽極発生電流（ｍＡ）
【請求項８】
前記演算処理手段は、
前記直流電源装置による印加電圧の増加に対する防食対象の対電解質電位のマイナスシフト勾配と、印加電圧の増加に対する流電陽極発生電流のプラスシフト勾配とを求め、前記マイナスシフト勾配と前記プラスシフト勾配とによって、設置されている流電陽極の防食状況改善能力を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする請求項６又は７に記載のカソード防食管理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−１５１６９６（Ｐ２００８−１５１６９６Ａ）
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４１１６３（Ｐ２００６−３４１１６３）
【出願日】平成１８年１２月１９日（２００６．１２．１９）
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１９日（２００６．１２．１９）
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【Ｆターム（参考）】
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