腐食をオンラインでモニターするためのシステム及び方法
【課題】圧力容器の腐食をオンラインでモニターするためのシステムと方法が望まれる。
【解決手段】第１及び第２の電極４０は圧力容器１２の壁２８内で互いに絶縁され、圧力容器１２内の腐食性の環境に曝露され得る。また、第１及び第２の電極４０は、これらの電極４０の間に電位差が存在する場合第１の電極４０と第２の電極４０との間に電流が流れるように電気的に結合され得る。そして、これらの電極４０間の電位差及び／又はその間に流れる電流を測定し解析して、圧力容器１２に対する矯正処置をいつ実行するべきかを決定することができる。
【解決手段】第１及び第２の電極４０は圧力容器１２の壁２８内で互いに絶縁され、圧力容器１２内の腐食性の環境に曝露され得る。また、第１及び第２の電極４０は、これらの電極４０の間に電位差が存在する場合第１の電極４０と第２の電極４０との間に電流が流れるように電気的に結合され得る。そして、これらの電極４０間の電位差及び／又はその間に流れる電流を測定し解析して、圧力容器１２に対する矯正処置をいつ実行するべきかを決定することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は、一般に腐食のモニターに関し、特に圧力容器の腐食をオンラインでモニターするためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学的腐食（電食）は、金属原子が酸化され電子を失う過程である。腐食の業界用語で、金属原子が電子を失う場所はアノードと呼ばれ、電子が移される場所はカソードと呼ばれる。母材金属内の局部的腐食には、非腐食性のカソード領域から分離された腐食性の高いアノード領域の創成が伴う。そして、母材金属がアノードで酸化されてアノード領域に点食が形成されると、そこに残された電子はカソードに流れる。この電子の流れは本質的に電気回路を形成する。従って、回路が閉じ、アノードとカソードとの間に電位差が存在すると、アノードとカソードの間に電流が流れる。
【０００３】
ガス化は、石炭のような炭化水素供給原料を合成ガスに変換する部分酸化過程であり、この合成ガスはその後よりクリーンでより環境に優しい発電手段として使用できる。通例、このガス化過程は、ガス化ユニットといわれることが多いガス化機で行われる。ガス化機内で、炭化水素供給原料が高圧加熱下で酸素及び蒸気と混合されると化学反応が起こる。例えば、石炭のような供給原料は、ガス化機内で圧力と熱により化学的に分解され、合成ガスの主成分である水素と一酸化炭素の両方が生成する化学反応が起こり得る。この合成ガスは次いで洗浄され、電気を発生させるために、統合ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電所の複合サイクルタービンシステムのようなタービンシステムに供給することができる。
【０００４】
ガス化過程中、様々な腐食性の作用物質がガス化機内で取り扱われる。例えば、塩化アンモニウム、硫化水素及び塩化水素のような極めて腐食性のガスがガス化過程中に生成することが多い。これらの高温の腐食性ガスはガス化機全体に拡散し、特に、ガス化機の圧力容器の内壁と接触する。多くの場合、圧力容器の材料の制約のために、容器の壁表面温度は腐食性のガスの多くのガス状の塩の露点より低い。その結果、容器の壁と接触する腐食性のガスが凝縮し、壁面から滴下する。これらの凝縮するガス状の塩及びその他の腐食性物質は容器の壁を連続的に被覆し、その結果圧力容器の腐食が起こり得る。
【０００５】
現在のところ、化学反応器の容器のような、高温腐食に曝露される殆どの工業設備をモニターする最良の手段の１つはその設備を停止させ検査することである。ガス化機の場合、休止時間は非常に高価となる可能性がある。さらに、検査には、ガス化機の少なくとも一部分の解体を必要とすることが多く、これにはさらに多くの休止時間と費用がかかる。ガス化機又はＩＧＣＣの技師はガス化機の幾つかの作動パラメーターを調節するといった他の選択肢も利用可能であるかもしれないが、この処置をいつ行うべきか予測するのは非常に困難であることが多い。従って、調節をあまりに頻繁に行っても行わなくても不要な出費がかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７３０９４１４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、圧力容器のような金属部品の腐食をオンラインでモニターするためのシステム及び方法は当該技術で歓迎されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の様々な態様及び利点は、一部は以下の説明で示され、或いは以下の説明から明らかになり得るか、又は本発明の実施により分かるであろう。
【０００９】
１つの態様において、本主題は、圧力容器の腐食をオンラインでモニターする方法を提供する。この方法は一般に、第１の電極及び第２の電極の一部分をその圧力容器内の腐食性の環境に曝露することを含む。これらの第１及び第２の電極は圧力容器の壁に配置され、絶縁材料により互いに絶縁されている。さらに、第１及び第２の電極は電気的に結合されていて、第１の電極と第２の電極との間に電位差が存在するとき、第１の電極と第２の電極との間に電流が流れるようになっている。また、この方法は、第１の電極と第２の電極との間の電位差及び／又はその間に流れる電流を測定し解析して圧力容器の腐食特性を予測することも含んでいる。さらに、この方法は、圧力容器の予測された腐食特性に基づいて、圧力容器に対する矯正処置をいつ実行するべきかを決定することを含んでいる。
【００１０】
別の態様において、本主題は、圧力容器の腐食をオンラインでモニターするためのシステムを提供する。このシステムは、圧力容器内に配置された腐食感知デバイスを含んでいる。この腐食感知デバイスは、一般に、絶縁材料内で互いに絶縁された第１の電極と第２の電極を含んでいる。これらの第１及び第２の電極は、第１及び第２の電極の各々の一部分が圧力容器内の腐食性の環境に曝露されるように、腐食感知デバイス内に配置されている。また、第１及び第２の電極は、これらの第１及び第２の電極間に電位差が存在するとき、第１の電極と第２の電極との間に電流が流れるように、電気的に結合している。このシステムは、第１の電極と第２の電極との間の電位差及び／又はその間に流れる電流を測定し解析するように構成された腐食モニターデバイスも含んでおり、その圧力容器の予測された腐食特性に基づいて、圧力容器に対する矯正処置をいつ実行するべきかを示す。
【００１１】
本発明の上記及びその他の特徴、態様及び利点は、以下の記載及び添付の特許請求の範囲を参照することでより明確に理解されるであろう。本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を示しており、以下の記載と共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００１２】
当業者に向けた、本発明の最良の形態を含む本発明を実施可能にする十分な開示を、添付の図を参照して以下の明細書に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、ガス化機の簡略化した断面図であり、本主題の１つの態様に従って腐食をオンラインでモニターするための１つの実施形態のシステムが設置されている。
【図２】図２は、本主題の１つの態様に従って圧力容器内に設置され、腐食モニターデバイスに結合された腐食感知デバイスの１つの実施形態の部分断面側面図である。
【００１４】
以下、本発明の様々な実施形態を詳細に説明するが、その１以上の例が図面に示されている。各々の例は本発明の説明のために提供するものであって、本発明を限定するものではない。実際、当業者には明らかなように、本発明において、本発明の範囲又は思想から逸脱することなく様々な修正及び変形をなすことができる。例えば、１つの実施形態の一部として例示又は記載されている特徴を別の実施形態と共に使用してさらに別の実施形態に至ることができる。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲及びその均等物に入るものとしてかかる修正及び変形を包含するものである。
【００１５】
一般に、本主題は、腐食をオンラインでモニターするためのシステムと方法を開示する。特に、圧力容器の凝縮性塩環境で腐食を検出しモニターするために腐食感知デバイスと腐食モニターデバイスを利用するシステムが開示される。１つの実施形態において、圧力容器はガス化機の一部であってもよい。そこで、開示されているシステムと方法は、圧力容器に対する損傷を防止するようにガス化機に対してとるべき事前又は応答性の矯正処置を可能にするように、ガス化機容器の腐食の度合に関するリアルタイムの情報をガス化機の技師に提供することができる。
【００１６】
一般に本明細書では、本主題のシステムと方法を、ガス化機、特にガス化機の圧力容器に関連して説明する。しかし、本主題の用途はガス化機内で起こる腐食のモニターに限定される必要はないことが分かるであろう。むしろ、開示されているシステムと方法は、一般に、腐食を受ける部品を含み得るあらゆる装置と共に使用するように適合させることができる。例えば、高温の腐食性の塩による腐食は殆どの化学反応器容器内のような様々な工業用途全体で起こる。特に、反応器容器の容器壁はその容器内に含まれる腐食性のガス状の塩に連続的に曝露され得る。例えば、精油分留塔は凝縮性のガス状塩への曝露による腐食を受けることが多い。
【００１７】
腐食は一般に、ガス化機内で、高温の腐食性のガス状の塩がガス化機の比較的に冷たい圧力容器壁上に凝縮し、金属酸化物の表面層を除去及び／又は溶解し、圧力容器の母材金属を酸素のような酸化剤に曝露する際に起こる。かかる酸化剤に曝露されると、母材金属は金属酸化物に変換され、そこに電子が残され、この電子は母材金属の他の部分（すなわちカソード領域）へ流れる。腐食又は酸化が起こっている場所（すなわちアノード領域）で、母材金属の腐食特性に応じて空洞又は点食が母材金属に形成される。本明細書で使用する場合、用語「腐食特性」とは、一般に、ある金属が典型的な場合に腐食にどのように応答するか、例えば、腐食に起因する点食の度合又は点食の深さをいう。一般に、腐食により生成する点食は時間と共に成長し続け、圧力容器の構造的完全性を破壊する可能性がある（その結果容器の亀裂の発生及びさらには故障に至る可能性がある）。
【００１８】
圧力容器の腐食の検出を可能にするために、腐食感知デバイスをその圧力容器に設置することができる。一般に、この腐食感知デバイスは、腐食する圧力容器の母材金属をシミュレートするように構成することができ、例えば、母材金属のアノード及びカソード領域をシミュレートし、圧力容器と同様の腐食特性をもたせることができる。従って、１つの実施形態において、腐食感知デバイスは、腐食する金属のアノード及びカソード領域をシミュレートするために一連の電極を利用する、特に高温の圧力容器内に使用されるように適合させた結合多電極アレイセンサーを含み得る。これらの電極は、電極間に電位差が存在する場合アノード電極とカソード電極との間に電流が流れるように、互いに結合することができる。その際、この電位差及び／又は電流を本主題の腐食モニターデバイスにより測定し解析して、圧力容器の点食の度合及び点食の深さのような腐食特性を予測することにより、圧力容器に対して、又は１つの実施形態においてガス化機自体に対して矯正処置を行うべき時期を決定することができる。
【００１９】
従って、本主題のシステムでは、圧力容器の腐食を連続的にモニターして、検査のために頻繁に運転停止をする必要なく、圧力容器の状態に関するリアルタイムの情報を提供することが可能になり得る。すなわち、このシステムにより、圧力容器に対していつどのような矯正処置を行う必要があるかを決定するために必要な入力を得ることができ、その結果矯正処置の必要性をより正確に予測することができる。例えば、ガス化機技師は、ガス化機容器上で起こっている腐食の程度に基づく１以上の推奨又は所要とされる矯正処置を知ることができる。
【００２０】
図面を参照すると、図１には、炭化水素供給原料を合成ガスに変換するのに使用されるガス化機１０の簡略化した図が示されている。一般に、ガス化機１０は、圧力容器１２、及びレンガ絶縁ライナー１６により画定される内側の反応チャンバー１４を含んでいる。圧力容器１２は一般に、ガス化機１０の外側の殻を画定し、ガス化過程の高圧に耐えるように構成され得る。また、圧力容器１２は、ガス化過程中に生成するガスを維持するように構成され得る。圧力容器１２は、反応チャンバー１４内で起こる高温の反応に耐えるように設計されていない合金鋼のような材料から形成し得る。従って、ガス化機１０のレンガ絶縁ライナー１６は一般に、プロセス中に生じる高温から圧力容器１２を保護するように構成し得る。例えば、温度は、反応チャンバー１４で起こる化学反応により熱が発生するので、絶縁ライナー１６内でカ氏２５００度もの高温に達し得る。従って、レンガ絶縁ライナー１６は一般に、圧力容器１２又はその付近の温度を容器材料が耐えることができるレベルに確実に保たれるように、高温セラミックのような高温絶縁材料からなり得ることが分かるであろう。また、ガス化機１０は、炭化水素供給原料、水（又は蒸気）、及び酸素を受容するための１以上の入口１８、並びにガス化過程で生成した合成ガス及び灰分又はスラグ（すなわち水／灰分混合物）のようなプロセスのあらゆる副生成物を排出するための１以上の出口２０を含み得る。しかし、本明細書に記載し例示するガス化機１０の構造、部品及び／又は特徴は、本主題のシステムと方法を利用し得るガス化機１０の単なる一例として提供されているものと了承されたい。当業者には分かるように、開示されたシステムと方法は、本主題の範囲から逸脱することなく腐食を受け得るあらゆるガス化機と共に広く利用し得る。
【００２１】
ガス化機１０の作動中、特に石炭ガス化過程において、石炭源２１からの石炭は通例粉砕され、水と混ぜられて石炭スラリーを形成する。この石炭スラリーは、酸素源２２からの酸素と共に、１以上の入口１８を介してガス化機１０中に向けられる。少なくとも部分的にガス化機１０内の熱と高圧レベルのため、石炭スラリーと酸素は反応して、合成ガス主成分である水素と一酸化炭素を形成する。この高温の合成ガスは、プロセス中に生成した灰分又はスラグと共に、ガス化機１０の１以上の出口２０を介して排出され得る。例えば、スラグ又は灰分は保持容器２３に向けられ得る。また、１つの実施形態において、合成ガスは、下流の高温の合成ガスを冷却するように構成された合成ガス冷却器２４に向けられ得、例えば、ＩＧＣＣ発電所の下流の配管、合成ガス洗浄デバイスなどのような下流部品２５に向けられ得る。
【００２２】
水素と一酸化炭素に加えて、数多くの他のガスがガス化過程中に生成し得る。特に重要なことに、塩化アンモニウム、硫化水素、塩化水素などのような様々な腐食性のガスが生成し得る。これらのガスはガス化機１０のレンガ絶縁ライナー１６を通って拡散し、圧力容器１２と絶縁ライナー１６との間に画定された空間２６を満たし得る。前述したとおり、圧力容器１２に対する設計上の制約のために、圧力容器１２又はその付近の温度は反応チャンバー１４内の温度よりずっと低い温度に維持される。従って、容器の内壁２８の表面温度は多くの場合圧力容器１２内に含まれる多くの腐食性ガスの露点より低くなり得る。そのため、腐食性のガスは、比較的冷たい容器壁２８と接触すると凝縮し得る。これらの凝縮する高温の腐食性塩は圧力容器１２の壁２８を連続的に被覆し、流れ／滴下し得る。この連続的な高温の塩曝露により、圧力容器１２の母材金属の一部分が腐食性の作用物質の存在下で酸化するので圧力容器１２の腐食が起こる。同様な高温腐食は、多くの化学反応器容器のような様々な工業用途で利用される数多くの他の圧力容器で起こることが容易に分かるであろう。
【００２３】
本主題の１つの態様に従って、図１はまた、圧力容器１２の腐食をオンラインでモニターするシステムの１つの実施形態も示している。このシステムは一般に、少なくとも部分的に圧力容器１２内に配置された腐食感知デバイス３０と、腐食感知デバイス３０に結合された腐食モニターデバイス３２とを含んでいる。モニターデバイス３２は、感知デバイス３０からの出力を測定し解析して、感知デバイス３０が設置されている金属の腐食特性を予測するように構成し得る。その後、この予測された腐食特性に基づいて、モニターデバイス３２は、過度の腐食による損傷を防止するためにガス化機１０又は圧力容器１２に対していつ矯正処置を行うのが推奨又は所要とされるかを示し得る。
【００２４】
図１に示されているように、腐食感知デバイス３０は圧力容器１２の腐食特性を予測するために圧力容器１２の壁２８に配置することができる。しかし、腐食感知デバイス３０は、凝縮する腐食性のガス状塩による腐食を受けやすいあらゆる部品に、又はガス化機１０内のあらゆる場所に設置することができることが分かるであろう。また、図に示されているように、腐食感知デバイス３０はワイヤにより腐食モニターデバイス３２に結合することができる。しかし、代わりの実施形態において、腐食感知デバイス３０は無線周波数トランスミッターのようなワイヤレストランスミッターを介して腐食モニターデバイス３２と連通させることができる。また、複数の腐食感知デバイス３０をガス化機１０内に、例えば圧力容器１２内に配置してガス化機１０内の様々な位置で腐食を検出してもよいことも了解されよう。
【００２５】
図２に、ガス化機１０の圧力容器１２内に一般に配置された腐食感知デバイス３０の断面図を示す。図示したように、腐食感知デバイス３０は、感知デバイス３０の一端が作動中ガス化機１０の腐食性の凝縮性ガス状塩環境に曝露されるように容器１２内に設置するか又は取り付けることができる。反対の端は圧力容器１２の外側に伸び出るようになる。腐食感知デバイス３０はあらゆる適切な手段を用いて圧力容器１２内に取り付けることができることが分かるであろう。図示したように、感知デバイス３０はスエージロック型の圧縮結合部品により圧力容器１２に固定される。しかし、代わりの実施形態において、腐食感知デバイス３０は、ネジ付き結合部品を利用して、溶接することにより、又は当技術分野で公知の他のあらゆる手段により容器１２内に取り付けることができる。
【００２６】
１つの実施形態において、本主題の腐食感知デバイス３０は、一般に腐食を検出するための結合多電極アレイセンサーからなることができ、そのように構成することができる。従って、腐食感知デバイス３０は絶縁材料３８と複数の電極４０を含むことができる。絶縁材料３８は一般に、感知デバイス３０内で電極４０を電気的に絶縁するように電流の流れに抵抗するあらゆる材料で作成することができる。１つの実施形態において、絶縁材料３８は高温材料からなり得る。例えば、絶縁材料３８は高温材料で被覆された高温セラミック又はその他の適切な電気絶縁体からなり得る。
【００２７】
腐食感知デバイス３０の電極４０は一般に金属又はワイヤの小片からなり得る。一般に、電極４０は、各々の電極４０が絶縁材料３８により他の電極４０から絶縁されるように腐食感知デバイス３０内に配置され得る。また、図２には単一の列の電極４０が示されているが、電極４０は二次元のアレイとして腐食感知デバイス３０内に配置してもよいことが分かるであろう。さらに、隣接する電極４０間の間隔は広く変化し得る。しかし、最適の間隔は通常の実験により確かめることができるものと了解されたい。
【００２８】
また、電極４０は、各々の電極４０の一部分が圧力容器１２内、例えば容器壁２８上に凝縮する腐食性の高温の塩に曝露されるように腐食感知デバイス３０内に配置することができる。例えば、図２に示したように、各電極の端面４２は、腐食性環境に曝露され得、圧力容器１２の内壁２８と実質的に揃えることができる。従って、１つの実施形態において、端面４２は圧力容器１２内に含まれる腐食性の作用物質に直接曝露され得、特に、容器壁上に凝縮する腐食性で高温のガス状の塩に直接曝露され得る。
【００２９】
一般に、腐食感知デバイス３０は圧力容器１２内に起こる腐食を検出するように構成され得る。特に、腐食感知デバイス３０は、電極４０の露出された面４２で起こる電気化学反応に基づく局在化された腐食を検出することができる。例えば、圧力容器１２内の感知デバイス３０の配置のために、電極４０は、容器壁２８上に凝縮する腐食性の塩に曝露され、従って圧力容器１２と同様の腐食を受け得る。統計的に、腐食感知デバイス３０内の電極４０の幾つかは圧力容器１２の母材金属中のアノード部位と類似の性質を有し、幾つかの電極は母材金属のカソード部位と類似の性質を有することになる。従って、電極４０が絶縁材料３８内で互いに電気的に絶縁されているが腐食モニターデバイス３２内のように絶縁材料３８の外部に共に結合されている場合、アノードとして作動可能な電極４０はアノード領域をシミュレートし得、カソードとして作動可能な電極４０は母材金属のカソード領域をシミュレートし得る。その結果、１以上のアノード電極４０で起こる腐食のために電極間に電位差が存在すると、電極４０間に電流が流れる。従って、アノードとして作動可能な電極４０は電子を放出し得、この電子がカソードとして作動可能な電極４０に流れる。そうすると、アノード電極４０とカソード電極４０間の生じた電位差及び／又は電流を腐食モニターデバイス３２により測定し解析して、圧力容器１２上に起こっている腐食の程度を予測することができ、それにより圧力容器１２に対して又はガス化機１２内で矯正処置を行う必要がある時期を決定することができる。
【００３０】
さらに図２を参照して、電極４０は、圧力容器１２を形成するのに用いた材料と同様な腐食特性を有する材料から形成することができるということが分かるであろう。１つの実施形態において、電極４０は圧力容器１２と実質的に同様な腐食特性を有する材料から形成することができる。従って、電極４０は、圧力容器１２と実質的に同様な腐食挙動を示すことができ、より詳細には、ガス化機１０内の腐食の多くを引き起こす原因である腐食性のガス状の塩に対して同様な応答を示すことができる。例えば、電極４０は、圧力容器１２と同じ材料から形成することができる。従って、腐食感知デバイス３０から得られる測定値は、電極４０の腐食特性を示すことができるだけでなく、電極材料を適当に選ぶことにより、圧力容器１２の容器壁２８で起こる腐食の程度を正確に予測するのに使用することもできる。幾つかの実施形態において、電極４０は、腐食感知デバイス３０の信号出力を増大するために、凝縮する腐食性の塩に対して、圧力容器１２を形成するのに用いた材料より感度がいい材料から形成できることが分かるであろう。
【００３１】
さらに、別の実施形態において、実際の（複数の）電極４０を実質的に異なる材料から形成して、単一の腐食感知デバイス３０を用いて複数の部品に対する腐食測定値の取得を可能にしたり、及び／又は圧力容器１２上で起こる腐食に関する追加の情報を集められるようにすることができる。例えば、１つの実施形態において、腐食感知デバイス３０の第１の組の電極４０を圧力容器１２と同じ材料から形成することができ、一方第２の組を異なる部品と同じ材料から形成することができる。こうして、２つ以上の感知デバイス３０を使用する必要なく両方の部品で起こる腐食の程度を予測するために、第１と第２の組の電極４０間の電位差及び／又はその間に流れる電流を測定することができる。もう１つ別の実施形態において、腐食感知デバイス３０の各々の電極４０を異なる金属から形成し、各々の金属が腐食を引き起こす特定のガス状の塩又はガス状の塩の組合せのような特定の腐食性作用物質に応じて異なる腐食特性を示すようにすることができる。かかる実施形態において、異なる材料の電極４０間の電位差及び／又はその間に流れる電流を測定し、特定の伝達関数を構築することで、どのガス状の塩が圧力容器１２上に局在化された腐食を引き起こし得るのかを正確に予測することができる。代わりの実施形態において、少なくとも１つの感知デバイス３０が圧力容器１２と実質的に同様な材料から形成された電極４０を含み、少なくとも１つの他の感知デバイス３０が異なる材料で作製された電極４０を含むようにして、２以上の感知デバイス３０を圧力容器１２内に配置することができる。
【００３２】
前述したとおり、本主題の腐食モニターデバイス３２は一般に、腐食感知デバイスからの出力（例えば、電極４０間の電位差及び／又はその間に流れる電流）を測定し解析するように構成することができる。従って、腐食モニターデバイス３２を利用して圧力容器１２の腐食特性を予測することにより、ある矯正処置がいつ実行されるべきか推奨又は要求されるかを指示することができる。その際、様々な実施形態において、腐食感知デバイス３０の複数の電極４０を腐食モニターデバイス３２内で電気的に結合して、そのモニターデバイス３２が、任意の２つの電極４０間の電位差及び／又はその間に流れる電流又は腐食感知デバイス３０内に配置された複数の電極４０間の電位差及び／又はその間に流れる電流を測定することができるようにすることが分かるであろう。
【００３３】
一般に、腐食モニターデバイス３２は、電極４０間の電位差及び／又はその間に流れる電流を測定し解析することができるあらゆるデバイス又はデバイスの組合せからなり得る。例えば、腐食モニターデバイス３２は、ガス化機制御システムのガス化機コントローラー、ＩＧＣＣ発電所制御システムのＩＧＣＣコントローラー、コンピューター又はその他あらゆる適切な処理装置と連通した電圧計、電流計又はその他任意の適切な電気計測器からなり得る。従って、１つの実施形態において、各電極４０は共通のリード線（図には示してない）に電気的に接続することができ、小さい抵抗器（図には示してない）が各々の電極と共通のリード線との間に接続される。かかる実施形態において、各電極４０からの出力は多重チャンネル電圧計に送ることができ、抵抗器の両端の電位差又は電圧降下を測定することが可能になる。その後、電圧測定値はコンピューターのような何らかの適切な処理装置に送られてその測定値が解析され得る。代わりの実施形態において、腐食モニターデバイス３２は、電極４０間の電位差及び／又は電流を測定し解析することができるように適切な処理装置と連通した多電極腐食モニターを含み得る。適切な市販の多電極腐食モニターはＣＯＲＲ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ（Ｓａｎ Ａｎｔｏｎｉｏ、Ｔｅｘａｓ）のＮＡＮＯＣＯＲＲからなり得る。別の実施形態において、腐食感知デバイス３０は、圧力容器１２の腐食特性を予測するために感知デバイス３０からの出力を測定すると共に解析することができる処理装置に直接結合することができる。本主題のシステムと共に利用されるコンピューター関連設備のような任意の処理装置は、電極４０間の電位差及び／又は電流を解析するための任意の適切な組のソフトウェアの指令を実行するように構成することができるということは理解されるであろう。
【００３４】
前述したとおり、腐食感知デバイス３０は一般に、圧力容器１２の腐食する母材金属をシミュレートするように構成することができる。従って、この腐食モニターデバイス３２を用いて、電極４０間の電流の流れ及び／又はその間の電位差を解析することにより、点食の度合及び深さのような圧力容器１２の腐食特性を予測することができる。適切な伝達関数を構築し腐食モニターデバイス３２にプログラミングして、電極４０間の電位差、その間に流れる電流、又は両者を圧力容器１２の腐食特性に関連付けることができることが了解されるであろう。かかる伝達関数の構築は当業者の能力の範囲内であり、従ってその詳細について本明細書では述べない。しかし、一般に、圧力容器１２の平均腐食又は点食の度合はアノード及びカソード電極４０間の電流の平均に基づいて予測することができ、局在化された腐食の度合は最も速く腐食する電極４０（すなわち、電子が最も高速で失われる最もアノード性の電極）に基づいて予測することができる。また、腐食又は点食の深さは、測定電流を介してアノード電極４０における母材金属の損失を逆に計算することによって予測することができる。
【００３５】
腐食モニターデバイス３２はまた、予測された腐食特性及び／又は腐食測定値を操作し、保存し及び／又は表示して、技師又はメンテナンス従事者がかかるデータにアクセスし理解することができるようにすることもできる。例えば、腐食モニターデバイス３２は、圧力容器１２上で起こる腐食の程度の視覚表示を技師に提供するコンピュータースクリーン、ディスプレーパネルその他の適切な画像表示のようなディスプレーデバイス３３を含むことができる。従って、１つの実施形態において、腐食モニターデバイス３２は、圧力容器１２、別のモニターされる部品、又は複数のモニターされる部品に対する予測された点食の深さ及び／又は点食の度合を表す表又はチャートを時間と共に表すディスプレーデバイス３３上に表示するように構成することができる。かかる実施形態において、技師はそこで表示された点食の度合及び／又は点食の深さに応答するためにどのような可能な矯正処置が必要であるかを決定することができる。代わりに、腐食モニターデバイス３２は、例えば、特定の部品の点食の深さ及び／又は点食の度合に対する所定の限界に基づいてある矯正処置が必要かどうかを自動的に決定するように適切なソフトウェア指令をプログラミングすることができる。こうして、腐食モニターデバイス３２は、技師又はメンテナンス従事者が必要な処置をとることができるように、ディスプレーデバイス３３を介して技師又は従事者に自動的に推奨又は要求される矯正処置を通知することができる。
【００３６】
従って、電位差の測定値及び／又は電流の測定値を圧力容器１２の腐食特性と関連付けることによって、腐食モニターデバイス３２を利用して、圧力容器１０又は１つの実施形態においてガス化機１０に対していつ矯正処置を実行するべきかを示すこともできる。これにより、例えば腐食レベルの突然の又は意外な増大に基づいた、圧力容器１２又はガス化機１０の予測／事前のメンテナンスと応答矯正処置の実行との両者が可能になるであろう。とられる矯正処置は一般に、圧力容器１２上で起こる腐食の防止若しくはその量の低下をめざすあらゆる処置又は圧力容器１２の状態のモニター及び／又は検査に関するあらゆる処置であり得る。例えば、１つの実施形態において、矯正処置は、ガス化機１０の停止及びその部品の検査からなり得る。代わりの実施形態において、矯正処置は、ガス化機１０の１以上の作動パラメーターを変更すること、例えば、炭化水素供給原料の供給速度、酸素の供給速度、ガス化機１０内の圧力及び／又はガス化機１０に供給される水の量（例えば、石炭スラリーの含水率を調節することによる）の１以上を調節することからなり得る。様々な他の矯正処置が当業者には明らかであり、従って、可能な矯正処置は上記処置に限られることがないことが分かるであろう。
【００３７】
さらに、とられる特定の矯正処置は圧力容器１２に対して予測される腐食の種類及び／又は程度に依存し得ることが了解されよう。例えば、技師（又は腐食モニターデバイス３２）がどの処置をいつとるべきか決定することができるように、一定の矯正処置又は矯正処置の組合せを特定の腐食条件／度合／状態に関連付けるか及び／又は割り当てるのが望ましいであろう。従って、１つの実施形態において、容器１２に対して予測された点食の度合が所定の点食の度合を越えた場合、矯正処置はガス化機１０のある種の作動パラメーターの変更のようなあらゆる利用可能な軽減方策の実施からなり得る。同様に、容器１２に対して予測された点食の深さが所定の点食の深さを越えた場合、そのガス化機１０を停止し検査して圧力容器１２に対する追加の点食／損傷を防止し得る。さらに、腐食感知デバイス３０から得られた測定値の解析により、圧力容器１２に対して予測された点食の度合が短時間に大きく増大したことが示された場合、矯正処置はかかる増大の何らかの特別な原因の技師による調査を含み得る。
【００３８】
さらに、腐食モニターデバイス３２の測定値を他の利用可能なデータ（例えば圧力容器作動時間、作動温度、など）と組み合わせることにより、その圧力容器１２の作動寿命を予測することもできることが了解されよう。例えば、適切な伝達関数を構築して、腐食モニターデバイス３２により提供された腐食測定値に少なくとも部分的に基づいてその容器の寿命を正確に予測し得ることが了解されよう。
【００３９】
以上の説明では例を用いて、最良の態様を含めて本発明を開示し、当業者が本発明を実施でき、例えばデバイス又はシステムを作り、使用し、また組み込まれたあらゆる方法を実行できるようにした。本発明の特許性のある範囲は特許請求の範囲により定義されており、当業者には自明の他の例も包含し得る。かかる他の例は、これらが特許請求の範囲の文言通りの言語と異ならない構造要素を含むか、又は特許請求の範囲の文言通りの言語と実質的な差をもたない均等の構造要素を含む場合、それらも特許請求の範囲内に入るものとする。
【符号の説明】
【００４０】
１０ ガス化機
１２ 圧力容器
１４ 反応チャンバー
１６ レンガ絶縁ライナー
１８ 入口
２０ 出口
２１ 石炭源
２２ 酸素源
２３ 保持容器
２４ 合成ガス冷却器
２５ 下流部品
２６ 開放空間
２８ 容器壁
３０ 腐食感知デバイス
３２ 腐食モニターデバイス
３８ 絶縁材料
４０ 電極
４２ 露出した端面
【技術分野】
【０００１】
本主題は、一般に腐食のモニターに関し、特に圧力容器の腐食をオンラインでモニターするためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学的腐食（電食）は、金属原子が酸化され電子を失う過程である。腐食の業界用語で、金属原子が電子を失う場所はアノードと呼ばれ、電子が移される場所はカソードと呼ばれる。母材金属内の局部的腐食には、非腐食性のカソード領域から分離された腐食性の高いアノード領域の創成が伴う。そして、母材金属がアノードで酸化されてアノード領域に点食が形成されると、そこに残された電子はカソードに流れる。この電子の流れは本質的に電気回路を形成する。従って、回路が閉じ、アノードとカソードとの間に電位差が存在すると、アノードとカソードの間に電流が流れる。
【０００３】
ガス化は、石炭のような炭化水素供給原料を合成ガスに変換する部分酸化過程であり、この合成ガスはその後よりクリーンでより環境に優しい発電手段として使用できる。通例、このガス化過程は、ガス化ユニットといわれることが多いガス化機で行われる。ガス化機内で、炭化水素供給原料が高圧加熱下で酸素及び蒸気と混合されると化学反応が起こる。例えば、石炭のような供給原料は、ガス化機内で圧力と熱により化学的に分解され、合成ガスの主成分である水素と一酸化炭素の両方が生成する化学反応が起こり得る。この合成ガスは次いで洗浄され、電気を発生させるために、統合ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電所の複合サイクルタービンシステムのようなタービンシステムに供給することができる。
【０００４】
ガス化過程中、様々な腐食性の作用物質がガス化機内で取り扱われる。例えば、塩化アンモニウム、硫化水素及び塩化水素のような極めて腐食性のガスがガス化過程中に生成することが多い。これらの高温の腐食性ガスはガス化機全体に拡散し、特に、ガス化機の圧力容器の内壁と接触する。多くの場合、圧力容器の材料の制約のために、容器の壁表面温度は腐食性のガスの多くのガス状の塩の露点より低い。その結果、容器の壁と接触する腐食性のガスが凝縮し、壁面から滴下する。これらの凝縮するガス状の塩及びその他の腐食性物質は容器の壁を連続的に被覆し、その結果圧力容器の腐食が起こり得る。
【０００５】
現在のところ、化学反応器の容器のような、高温腐食に曝露される殆どの工業設備をモニターする最良の手段の１つはその設備を停止させ検査することである。ガス化機の場合、休止時間は非常に高価となる可能性がある。さらに、検査には、ガス化機の少なくとも一部分の解体を必要とすることが多く、これにはさらに多くの休止時間と費用がかかる。ガス化機又はＩＧＣＣの技師はガス化機の幾つかの作動パラメーターを調節するといった他の選択肢も利用可能であるかもしれないが、この処置をいつ行うべきか予測するのは非常に困難であることが多い。従って、調節をあまりに頻繁に行っても行わなくても不要な出費がかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７３０９４１４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、圧力容器のような金属部品の腐食をオンラインでモニターするためのシステム及び方法は当該技術で歓迎されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の様々な態様及び利点は、一部は以下の説明で示され、或いは以下の説明から明らかになり得るか、又は本発明の実施により分かるであろう。
【０００９】
１つの態様において、本主題は、圧力容器の腐食をオンラインでモニターする方法を提供する。この方法は一般に、第１の電極及び第２の電極の一部分をその圧力容器内の腐食性の環境に曝露することを含む。これらの第１及び第２の電極は圧力容器の壁に配置され、絶縁材料により互いに絶縁されている。さらに、第１及び第２の電極は電気的に結合されていて、第１の電極と第２の電極との間に電位差が存在するとき、第１の電極と第２の電極との間に電流が流れるようになっている。また、この方法は、第１の電極と第２の電極との間の電位差及び／又はその間に流れる電流を測定し解析して圧力容器の腐食特性を予測することも含んでいる。さらに、この方法は、圧力容器の予測された腐食特性に基づいて、圧力容器に対する矯正処置をいつ実行するべきかを決定することを含んでいる。
【００１０】
別の態様において、本主題は、圧力容器の腐食をオンラインでモニターするためのシステムを提供する。このシステムは、圧力容器内に配置された腐食感知デバイスを含んでいる。この腐食感知デバイスは、一般に、絶縁材料内で互いに絶縁された第１の電極と第２の電極を含んでいる。これらの第１及び第２の電極は、第１及び第２の電極の各々の一部分が圧力容器内の腐食性の環境に曝露されるように、腐食感知デバイス内に配置されている。また、第１及び第２の電極は、これらの第１及び第２の電極間に電位差が存在するとき、第１の電極と第２の電極との間に電流が流れるように、電気的に結合している。このシステムは、第１の電極と第２の電極との間の電位差及び／又はその間に流れる電流を測定し解析するように構成された腐食モニターデバイスも含んでおり、その圧力容器の予測された腐食特性に基づいて、圧力容器に対する矯正処置をいつ実行するべきかを示す。
【００１１】
本発明の上記及びその他の特徴、態様及び利点は、以下の記載及び添付の特許請求の範囲を参照することでより明確に理解されるであろう。本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を示しており、以下の記載と共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００１２】
当業者に向けた、本発明の最良の形態を含む本発明を実施可能にする十分な開示を、添付の図を参照して以下の明細書に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、ガス化機の簡略化した断面図であり、本主題の１つの態様に従って腐食をオンラインでモニターするための１つの実施形態のシステムが設置されている。
【図２】図２は、本主題の１つの態様に従って圧力容器内に設置され、腐食モニターデバイスに結合された腐食感知デバイスの１つの実施形態の部分断面側面図である。
【００１４】
以下、本発明の様々な実施形態を詳細に説明するが、その１以上の例が図面に示されている。各々の例は本発明の説明のために提供するものであって、本発明を限定するものではない。実際、当業者には明らかなように、本発明において、本発明の範囲又は思想から逸脱することなく様々な修正及び変形をなすことができる。例えば、１つの実施形態の一部として例示又は記載されている特徴を別の実施形態と共に使用してさらに別の実施形態に至ることができる。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲及びその均等物に入るものとしてかかる修正及び変形を包含するものである。
【００１５】
一般に、本主題は、腐食をオンラインでモニターするためのシステムと方法を開示する。特に、圧力容器の凝縮性塩環境で腐食を検出しモニターするために腐食感知デバイスと腐食モニターデバイスを利用するシステムが開示される。１つの実施形態において、圧力容器はガス化機の一部であってもよい。そこで、開示されているシステムと方法は、圧力容器に対する損傷を防止するようにガス化機に対してとるべき事前又は応答性の矯正処置を可能にするように、ガス化機容器の腐食の度合に関するリアルタイムの情報をガス化機の技師に提供することができる。
【００１６】
一般に本明細書では、本主題のシステムと方法を、ガス化機、特にガス化機の圧力容器に関連して説明する。しかし、本主題の用途はガス化機内で起こる腐食のモニターに限定される必要はないことが分かるであろう。むしろ、開示されているシステムと方法は、一般に、腐食を受ける部品を含み得るあらゆる装置と共に使用するように適合させることができる。例えば、高温の腐食性の塩による腐食は殆どの化学反応器容器内のような様々な工業用途全体で起こる。特に、反応器容器の容器壁はその容器内に含まれる腐食性のガス状の塩に連続的に曝露され得る。例えば、精油分留塔は凝縮性のガス状塩への曝露による腐食を受けることが多い。
【００１７】
腐食は一般に、ガス化機内で、高温の腐食性のガス状の塩がガス化機の比較的に冷たい圧力容器壁上に凝縮し、金属酸化物の表面層を除去及び／又は溶解し、圧力容器の母材金属を酸素のような酸化剤に曝露する際に起こる。かかる酸化剤に曝露されると、母材金属は金属酸化物に変換され、そこに電子が残され、この電子は母材金属の他の部分（すなわちカソード領域）へ流れる。腐食又は酸化が起こっている場所（すなわちアノード領域）で、母材金属の腐食特性に応じて空洞又は点食が母材金属に形成される。本明細書で使用する場合、用語「腐食特性」とは、一般に、ある金属が典型的な場合に腐食にどのように応答するか、例えば、腐食に起因する点食の度合又は点食の深さをいう。一般に、腐食により生成する点食は時間と共に成長し続け、圧力容器の構造的完全性を破壊する可能性がある（その結果容器の亀裂の発生及びさらには故障に至る可能性がある）。
【００１８】
圧力容器の腐食の検出を可能にするために、腐食感知デバイスをその圧力容器に設置することができる。一般に、この腐食感知デバイスは、腐食する圧力容器の母材金属をシミュレートするように構成することができ、例えば、母材金属のアノード及びカソード領域をシミュレートし、圧力容器と同様の腐食特性をもたせることができる。従って、１つの実施形態において、腐食感知デバイスは、腐食する金属のアノード及びカソード領域をシミュレートするために一連の電極を利用する、特に高温の圧力容器内に使用されるように適合させた結合多電極アレイセンサーを含み得る。これらの電極は、電極間に電位差が存在する場合アノード電極とカソード電極との間に電流が流れるように、互いに結合することができる。その際、この電位差及び／又は電流を本主題の腐食モニターデバイスにより測定し解析して、圧力容器の点食の度合及び点食の深さのような腐食特性を予測することにより、圧力容器に対して、又は１つの実施形態においてガス化機自体に対して矯正処置を行うべき時期を決定することができる。
【００１９】
従って、本主題のシステムでは、圧力容器の腐食を連続的にモニターして、検査のために頻繁に運転停止をする必要なく、圧力容器の状態に関するリアルタイムの情報を提供することが可能になり得る。すなわち、このシステムにより、圧力容器に対していつどのような矯正処置を行う必要があるかを決定するために必要な入力を得ることができ、その結果矯正処置の必要性をより正確に予測することができる。例えば、ガス化機技師は、ガス化機容器上で起こっている腐食の程度に基づく１以上の推奨又は所要とされる矯正処置を知ることができる。
【００２０】
図面を参照すると、図１には、炭化水素供給原料を合成ガスに変換するのに使用されるガス化機１０の簡略化した図が示されている。一般に、ガス化機１０は、圧力容器１２、及びレンガ絶縁ライナー１６により画定される内側の反応チャンバー１４を含んでいる。圧力容器１２は一般に、ガス化機１０の外側の殻を画定し、ガス化過程の高圧に耐えるように構成され得る。また、圧力容器１２は、ガス化過程中に生成するガスを維持するように構成され得る。圧力容器１２は、反応チャンバー１４内で起こる高温の反応に耐えるように設計されていない合金鋼のような材料から形成し得る。従って、ガス化機１０のレンガ絶縁ライナー１６は一般に、プロセス中に生じる高温から圧力容器１２を保護するように構成し得る。例えば、温度は、反応チャンバー１４で起こる化学反応により熱が発生するので、絶縁ライナー１６内でカ氏２５００度もの高温に達し得る。従って、レンガ絶縁ライナー１６は一般に、圧力容器１２又はその付近の温度を容器材料が耐えることができるレベルに確実に保たれるように、高温セラミックのような高温絶縁材料からなり得ることが分かるであろう。また、ガス化機１０は、炭化水素供給原料、水（又は蒸気）、及び酸素を受容するための１以上の入口１８、並びにガス化過程で生成した合成ガス及び灰分又はスラグ（すなわち水／灰分混合物）のようなプロセスのあらゆる副生成物を排出するための１以上の出口２０を含み得る。しかし、本明細書に記載し例示するガス化機１０の構造、部品及び／又は特徴は、本主題のシステムと方法を利用し得るガス化機１０の単なる一例として提供されているものと了承されたい。当業者には分かるように、開示されたシステムと方法は、本主題の範囲から逸脱することなく腐食を受け得るあらゆるガス化機と共に広く利用し得る。
【００２１】
ガス化機１０の作動中、特に石炭ガス化過程において、石炭源２１からの石炭は通例粉砕され、水と混ぜられて石炭スラリーを形成する。この石炭スラリーは、酸素源２２からの酸素と共に、１以上の入口１８を介してガス化機１０中に向けられる。少なくとも部分的にガス化機１０内の熱と高圧レベルのため、石炭スラリーと酸素は反応して、合成ガス主成分である水素と一酸化炭素を形成する。この高温の合成ガスは、プロセス中に生成した灰分又はスラグと共に、ガス化機１０の１以上の出口２０を介して排出され得る。例えば、スラグ又は灰分は保持容器２３に向けられ得る。また、１つの実施形態において、合成ガスは、下流の高温の合成ガスを冷却するように構成された合成ガス冷却器２４に向けられ得、例えば、ＩＧＣＣ発電所の下流の配管、合成ガス洗浄デバイスなどのような下流部品２５に向けられ得る。
【００２２】
水素と一酸化炭素に加えて、数多くの他のガスがガス化過程中に生成し得る。特に重要なことに、塩化アンモニウム、硫化水素、塩化水素などのような様々な腐食性のガスが生成し得る。これらのガスはガス化機１０のレンガ絶縁ライナー１６を通って拡散し、圧力容器１２と絶縁ライナー１６との間に画定された空間２６を満たし得る。前述したとおり、圧力容器１２に対する設計上の制約のために、圧力容器１２又はその付近の温度は反応チャンバー１４内の温度よりずっと低い温度に維持される。従って、容器の内壁２８の表面温度は多くの場合圧力容器１２内に含まれる多くの腐食性ガスの露点より低くなり得る。そのため、腐食性のガスは、比較的冷たい容器壁２８と接触すると凝縮し得る。これらの凝縮する高温の腐食性塩は圧力容器１２の壁２８を連続的に被覆し、流れ／滴下し得る。この連続的な高温の塩曝露により、圧力容器１２の母材金属の一部分が腐食性の作用物質の存在下で酸化するので圧力容器１２の腐食が起こる。同様な高温腐食は、多くの化学反応器容器のような様々な工業用途で利用される数多くの他の圧力容器で起こることが容易に分かるであろう。
【００２３】
本主題の１つの態様に従って、図１はまた、圧力容器１２の腐食をオンラインでモニターするシステムの１つの実施形態も示している。このシステムは一般に、少なくとも部分的に圧力容器１２内に配置された腐食感知デバイス３０と、腐食感知デバイス３０に結合された腐食モニターデバイス３２とを含んでいる。モニターデバイス３２は、感知デバイス３０からの出力を測定し解析して、感知デバイス３０が設置されている金属の腐食特性を予測するように構成し得る。その後、この予測された腐食特性に基づいて、モニターデバイス３２は、過度の腐食による損傷を防止するためにガス化機１０又は圧力容器１２に対していつ矯正処置を行うのが推奨又は所要とされるかを示し得る。
【００２４】
図１に示されているように、腐食感知デバイス３０は圧力容器１２の腐食特性を予測するために圧力容器１２の壁２８に配置することができる。しかし、腐食感知デバイス３０は、凝縮する腐食性のガス状塩による腐食を受けやすいあらゆる部品に、又はガス化機１０内のあらゆる場所に設置することができることが分かるであろう。また、図に示されているように、腐食感知デバイス３０はワイヤにより腐食モニターデバイス３２に結合することができる。しかし、代わりの実施形態において、腐食感知デバイス３０は無線周波数トランスミッターのようなワイヤレストランスミッターを介して腐食モニターデバイス３２と連通させることができる。また、複数の腐食感知デバイス３０をガス化機１０内に、例えば圧力容器１２内に配置してガス化機１０内の様々な位置で腐食を検出してもよいことも了解されよう。
【００２５】
図２に、ガス化機１０の圧力容器１２内に一般に配置された腐食感知デバイス３０の断面図を示す。図示したように、腐食感知デバイス３０は、感知デバイス３０の一端が作動中ガス化機１０の腐食性の凝縮性ガス状塩環境に曝露されるように容器１２内に設置するか又は取り付けることができる。反対の端は圧力容器１２の外側に伸び出るようになる。腐食感知デバイス３０はあらゆる適切な手段を用いて圧力容器１２内に取り付けることができることが分かるであろう。図示したように、感知デバイス３０はスエージロック型の圧縮結合部品により圧力容器１２に固定される。しかし、代わりの実施形態において、腐食感知デバイス３０は、ネジ付き結合部品を利用して、溶接することにより、又は当技術分野で公知の他のあらゆる手段により容器１２内に取り付けることができる。
【００２６】
１つの実施形態において、本主題の腐食感知デバイス３０は、一般に腐食を検出するための結合多電極アレイセンサーからなることができ、そのように構成することができる。従って、腐食感知デバイス３０は絶縁材料３８と複数の電極４０を含むことができる。絶縁材料３８は一般に、感知デバイス３０内で電極４０を電気的に絶縁するように電流の流れに抵抗するあらゆる材料で作成することができる。１つの実施形態において、絶縁材料３８は高温材料からなり得る。例えば、絶縁材料３８は高温材料で被覆された高温セラミック又はその他の適切な電気絶縁体からなり得る。
【００２７】
腐食感知デバイス３０の電極４０は一般に金属又はワイヤの小片からなり得る。一般に、電極４０は、各々の電極４０が絶縁材料３８により他の電極４０から絶縁されるように腐食感知デバイス３０内に配置され得る。また、図２には単一の列の電極４０が示されているが、電極４０は二次元のアレイとして腐食感知デバイス３０内に配置してもよいことが分かるであろう。さらに、隣接する電極４０間の間隔は広く変化し得る。しかし、最適の間隔は通常の実験により確かめることができるものと了解されたい。
【００２８】
また、電極４０は、各々の電極４０の一部分が圧力容器１２内、例えば容器壁２８上に凝縮する腐食性の高温の塩に曝露されるように腐食感知デバイス３０内に配置することができる。例えば、図２に示したように、各電極の端面４２は、腐食性環境に曝露され得、圧力容器１２の内壁２８と実質的に揃えることができる。従って、１つの実施形態において、端面４２は圧力容器１２内に含まれる腐食性の作用物質に直接曝露され得、特に、容器壁上に凝縮する腐食性で高温のガス状の塩に直接曝露され得る。
【００２９】
一般に、腐食感知デバイス３０は圧力容器１２内に起こる腐食を検出するように構成され得る。特に、腐食感知デバイス３０は、電極４０の露出された面４２で起こる電気化学反応に基づく局在化された腐食を検出することができる。例えば、圧力容器１２内の感知デバイス３０の配置のために、電極４０は、容器壁２８上に凝縮する腐食性の塩に曝露され、従って圧力容器１２と同様の腐食を受け得る。統計的に、腐食感知デバイス３０内の電極４０の幾つかは圧力容器１２の母材金属中のアノード部位と類似の性質を有し、幾つかの電極は母材金属のカソード部位と類似の性質を有することになる。従って、電極４０が絶縁材料３８内で互いに電気的に絶縁されているが腐食モニターデバイス３２内のように絶縁材料３８の外部に共に結合されている場合、アノードとして作動可能な電極４０はアノード領域をシミュレートし得、カソードとして作動可能な電極４０は母材金属のカソード領域をシミュレートし得る。その結果、１以上のアノード電極４０で起こる腐食のために電極間に電位差が存在すると、電極４０間に電流が流れる。従って、アノードとして作動可能な電極４０は電子を放出し得、この電子がカソードとして作動可能な電極４０に流れる。そうすると、アノード電極４０とカソード電極４０間の生じた電位差及び／又は電流を腐食モニターデバイス３２により測定し解析して、圧力容器１２上に起こっている腐食の程度を予測することができ、それにより圧力容器１２に対して又はガス化機１２内で矯正処置を行う必要がある時期を決定することができる。
【００３０】
さらに図２を参照して、電極４０は、圧力容器１２を形成するのに用いた材料と同様な腐食特性を有する材料から形成することができるということが分かるであろう。１つの実施形態において、電極４０は圧力容器１２と実質的に同様な腐食特性を有する材料から形成することができる。従って、電極４０は、圧力容器１２と実質的に同様な腐食挙動を示すことができ、より詳細には、ガス化機１０内の腐食の多くを引き起こす原因である腐食性のガス状の塩に対して同様な応答を示すことができる。例えば、電極４０は、圧力容器１２と同じ材料から形成することができる。従って、腐食感知デバイス３０から得られる測定値は、電極４０の腐食特性を示すことができるだけでなく、電極材料を適当に選ぶことにより、圧力容器１２の容器壁２８で起こる腐食の程度を正確に予測するのに使用することもできる。幾つかの実施形態において、電極４０は、腐食感知デバイス３０の信号出力を増大するために、凝縮する腐食性の塩に対して、圧力容器１２を形成するのに用いた材料より感度がいい材料から形成できることが分かるであろう。
【００３１】
さらに、別の実施形態において、実際の（複数の）電極４０を実質的に異なる材料から形成して、単一の腐食感知デバイス３０を用いて複数の部品に対する腐食測定値の取得を可能にしたり、及び／又は圧力容器１２上で起こる腐食に関する追加の情報を集められるようにすることができる。例えば、１つの実施形態において、腐食感知デバイス３０の第１の組の電極４０を圧力容器１２と同じ材料から形成することができ、一方第２の組を異なる部品と同じ材料から形成することができる。こうして、２つ以上の感知デバイス３０を使用する必要なく両方の部品で起こる腐食の程度を予測するために、第１と第２の組の電極４０間の電位差及び／又はその間に流れる電流を測定することができる。もう１つ別の実施形態において、腐食感知デバイス３０の各々の電極４０を異なる金属から形成し、各々の金属が腐食を引き起こす特定のガス状の塩又はガス状の塩の組合せのような特定の腐食性作用物質に応じて異なる腐食特性を示すようにすることができる。かかる実施形態において、異なる材料の電極４０間の電位差及び／又はその間に流れる電流を測定し、特定の伝達関数を構築することで、どのガス状の塩が圧力容器１２上に局在化された腐食を引き起こし得るのかを正確に予測することができる。代わりの実施形態において、少なくとも１つの感知デバイス３０が圧力容器１２と実質的に同様な材料から形成された電極４０を含み、少なくとも１つの他の感知デバイス３０が異なる材料で作製された電極４０を含むようにして、２以上の感知デバイス３０を圧力容器１２内に配置することができる。
【００３２】
前述したとおり、本主題の腐食モニターデバイス３２は一般に、腐食感知デバイスからの出力（例えば、電極４０間の電位差及び／又はその間に流れる電流）を測定し解析するように構成することができる。従って、腐食モニターデバイス３２を利用して圧力容器１２の腐食特性を予測することにより、ある矯正処置がいつ実行されるべきか推奨又は要求されるかを指示することができる。その際、様々な実施形態において、腐食感知デバイス３０の複数の電極４０を腐食モニターデバイス３２内で電気的に結合して、そのモニターデバイス３２が、任意の２つの電極４０間の電位差及び／又はその間に流れる電流又は腐食感知デバイス３０内に配置された複数の電極４０間の電位差及び／又はその間に流れる電流を測定することができるようにすることが分かるであろう。
【００３３】
一般に、腐食モニターデバイス３２は、電極４０間の電位差及び／又はその間に流れる電流を測定し解析することができるあらゆるデバイス又はデバイスの組合せからなり得る。例えば、腐食モニターデバイス３２は、ガス化機制御システムのガス化機コントローラー、ＩＧＣＣ発電所制御システムのＩＧＣＣコントローラー、コンピューター又はその他あらゆる適切な処理装置と連通した電圧計、電流計又はその他任意の適切な電気計測器からなり得る。従って、１つの実施形態において、各電極４０は共通のリード線（図には示してない）に電気的に接続することができ、小さい抵抗器（図には示してない）が各々の電極と共通のリード線との間に接続される。かかる実施形態において、各電極４０からの出力は多重チャンネル電圧計に送ることができ、抵抗器の両端の電位差又は電圧降下を測定することが可能になる。その後、電圧測定値はコンピューターのような何らかの適切な処理装置に送られてその測定値が解析され得る。代わりの実施形態において、腐食モニターデバイス３２は、電極４０間の電位差及び／又は電流を測定し解析することができるように適切な処理装置と連通した多電極腐食モニターを含み得る。適切な市販の多電極腐食モニターはＣＯＲＲ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ（Ｓａｎ Ａｎｔｏｎｉｏ、Ｔｅｘａｓ）のＮＡＮＯＣＯＲＲからなり得る。別の実施形態において、腐食感知デバイス３０は、圧力容器１２の腐食特性を予測するために感知デバイス３０からの出力を測定すると共に解析することができる処理装置に直接結合することができる。本主題のシステムと共に利用されるコンピューター関連設備のような任意の処理装置は、電極４０間の電位差及び／又は電流を解析するための任意の適切な組のソフトウェアの指令を実行するように構成することができるということは理解されるであろう。
【００３４】
前述したとおり、腐食感知デバイス３０は一般に、圧力容器１２の腐食する母材金属をシミュレートするように構成することができる。従って、この腐食モニターデバイス３２を用いて、電極４０間の電流の流れ及び／又はその間の電位差を解析することにより、点食の度合及び深さのような圧力容器１２の腐食特性を予測することができる。適切な伝達関数を構築し腐食モニターデバイス３２にプログラミングして、電極４０間の電位差、その間に流れる電流、又は両者を圧力容器１２の腐食特性に関連付けることができることが了解されるであろう。かかる伝達関数の構築は当業者の能力の範囲内であり、従ってその詳細について本明細書では述べない。しかし、一般に、圧力容器１２の平均腐食又は点食の度合はアノード及びカソード電極４０間の電流の平均に基づいて予測することができ、局在化された腐食の度合は最も速く腐食する電極４０（すなわち、電子が最も高速で失われる最もアノード性の電極）に基づいて予測することができる。また、腐食又は点食の深さは、測定電流を介してアノード電極４０における母材金属の損失を逆に計算することによって予測することができる。
【００３５】
腐食モニターデバイス３２はまた、予測された腐食特性及び／又は腐食測定値を操作し、保存し及び／又は表示して、技師又はメンテナンス従事者がかかるデータにアクセスし理解することができるようにすることもできる。例えば、腐食モニターデバイス３２は、圧力容器１２上で起こる腐食の程度の視覚表示を技師に提供するコンピュータースクリーン、ディスプレーパネルその他の適切な画像表示のようなディスプレーデバイス３３を含むことができる。従って、１つの実施形態において、腐食モニターデバイス３２は、圧力容器１２、別のモニターされる部品、又は複数のモニターされる部品に対する予測された点食の深さ及び／又は点食の度合を表す表又はチャートを時間と共に表すディスプレーデバイス３３上に表示するように構成することができる。かかる実施形態において、技師はそこで表示された点食の度合及び／又は点食の深さに応答するためにどのような可能な矯正処置が必要であるかを決定することができる。代わりに、腐食モニターデバイス３２は、例えば、特定の部品の点食の深さ及び／又は点食の度合に対する所定の限界に基づいてある矯正処置が必要かどうかを自動的に決定するように適切なソフトウェア指令をプログラミングすることができる。こうして、腐食モニターデバイス３２は、技師又はメンテナンス従事者が必要な処置をとることができるように、ディスプレーデバイス３３を介して技師又は従事者に自動的に推奨又は要求される矯正処置を通知することができる。
【００３６】
従って、電位差の測定値及び／又は電流の測定値を圧力容器１２の腐食特性と関連付けることによって、腐食モニターデバイス３２を利用して、圧力容器１０又は１つの実施形態においてガス化機１０に対していつ矯正処置を実行するべきかを示すこともできる。これにより、例えば腐食レベルの突然の又は意外な増大に基づいた、圧力容器１２又はガス化機１０の予測／事前のメンテナンスと応答矯正処置の実行との両者が可能になるであろう。とられる矯正処置は一般に、圧力容器１２上で起こる腐食の防止若しくはその量の低下をめざすあらゆる処置又は圧力容器１２の状態のモニター及び／又は検査に関するあらゆる処置であり得る。例えば、１つの実施形態において、矯正処置は、ガス化機１０の停止及びその部品の検査からなり得る。代わりの実施形態において、矯正処置は、ガス化機１０の１以上の作動パラメーターを変更すること、例えば、炭化水素供給原料の供給速度、酸素の供給速度、ガス化機１０内の圧力及び／又はガス化機１０に供給される水の量（例えば、石炭スラリーの含水率を調節することによる）の１以上を調節することからなり得る。様々な他の矯正処置が当業者には明らかであり、従って、可能な矯正処置は上記処置に限られることがないことが分かるであろう。
【００３７】
さらに、とられる特定の矯正処置は圧力容器１２に対して予測される腐食の種類及び／又は程度に依存し得ることが了解されよう。例えば、技師（又は腐食モニターデバイス３２）がどの処置をいつとるべきか決定することができるように、一定の矯正処置又は矯正処置の組合せを特定の腐食条件／度合／状態に関連付けるか及び／又は割り当てるのが望ましいであろう。従って、１つの実施形態において、容器１２に対して予測された点食の度合が所定の点食の度合を越えた場合、矯正処置はガス化機１０のある種の作動パラメーターの変更のようなあらゆる利用可能な軽減方策の実施からなり得る。同様に、容器１２に対して予測された点食の深さが所定の点食の深さを越えた場合、そのガス化機１０を停止し検査して圧力容器１２に対する追加の点食／損傷を防止し得る。さらに、腐食感知デバイス３０から得られた測定値の解析により、圧力容器１２に対して予測された点食の度合が短時間に大きく増大したことが示された場合、矯正処置はかかる増大の何らかの特別な原因の技師による調査を含み得る。
【００３８】
さらに、腐食モニターデバイス３２の測定値を他の利用可能なデータ（例えば圧力容器作動時間、作動温度、など）と組み合わせることにより、その圧力容器１２の作動寿命を予測することもできることが了解されよう。例えば、適切な伝達関数を構築して、腐食モニターデバイス３２により提供された腐食測定値に少なくとも部分的に基づいてその容器の寿命を正確に予測し得ることが了解されよう。
【００３９】
以上の説明では例を用いて、最良の態様を含めて本発明を開示し、当業者が本発明を実施でき、例えばデバイス又はシステムを作り、使用し、また組み込まれたあらゆる方法を実行できるようにした。本発明の特許性のある範囲は特許請求の範囲により定義されており、当業者には自明の他の例も包含し得る。かかる他の例は、これらが特許請求の範囲の文言通りの言語と異ならない構造要素を含むか、又は特許請求の範囲の文言通りの言語と実質的な差をもたない均等の構造要素を含む場合、それらも特許請求の範囲内に入るものとする。
【符号の説明】
【００４０】
１０ ガス化機
１２ 圧力容器
１４ 反応チャンバー
１６ レンガ絶縁ライナー
１８ 入口
２０ 出口
２１ 石炭源
２２ 酸素源
２３ 保持容器
２４ 合成ガス冷却器
２５ 下流部品
２６ 開放空間
２８ 容器壁
３０ 腐食感知デバイス
３２ 腐食モニターデバイス
３８ 絶縁材料
４０ 電極
４２ 露出した端面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力容器（１２）の腐食をオンラインでモニターするための方法であって、
第１の電極（４０）及び第２の電極（４０）の一部分を圧力容器（１２）内の腐食性の環境に曝露すること、ここで、前記第１の電極（４０）及び前記第２の電極（４０）は、前記圧力容器（１２）の壁（２８）上に配置され、絶縁材料（３８）により互いに電気的に絶縁され、前記第１及び第２の電極（４０）は、前記第１の電極（４０）と前記第２の電極（４０）との間に電位差が存在するとき、前記第１の電極（４０）と前記第２の電極（４０）との間で電流が流れるように電気的に結合されており、前記第１の電極（４０）と前記第２の電極（４０）との間の電位差は少なくとも部分的に前記第１の電極（４０）又は前記第２の電極（４０）における腐食に基づいている、
前記第１の電極（４０）と前記第２の電極（４０）との間の電位差及びその間に流れる電流の少なくとも１つを測定すること、
測定された電位差及び測定された電流の少なくとも１つを解析して前記圧力容器（１２）の腐食特性を予測すること、
前記圧力容器（１２）の予測された腐食特性に基づいて前記圧力容器（１２）に対する矯正処置をいつ実行するべきかを決定すること
を含んでなる、前記方法。
【請求項２】
前記圧力容器（１２）に対する矯正処置を実行することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記圧力容器（１２）がガス化機（１０）の一部を形成する、請求項２記載の方法。
【請求項４】
矯正処置が前記ガス化機（１０）を停止し検査することを含む、請求項２記載の方法。
【請求項５】
矯正処置が前記ガス化機（１０）の１以上の作動パラメーターを調節することを含む、請求項２記載の方法。
【請求項６】
前記圧力容器（１２）の予測された腐食特性を視覚的に表示することを含む、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
腐食性環境が、前記圧力容器（１２）の前記壁（２８）上に凝縮する腐食性のガス状塩に少なくとも部分的に起因する、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記圧力容器（１２）の腐食特性が点食の深さ及び点食の度合の少なくとも１つを含む、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記第１及び第２の電極（４０）が前記圧力容器（１２）と同様な腐食特性を有する材料から形成される、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
圧力容器（１２）の腐食をオンラインでモニターするためのシステムであって、
圧力容器（１２）の壁（２８）内に配置されており、絶縁材料（３８）内で互いに絶縁された第１の電極（４０）及び第２の電極（４０）を含む腐食感知デバイス（３０）であり、前記第１及び第２の電極（４０）は、前記第１及び第２の電極（４０）の各々の一部分が前記圧力容器（１２）内の腐食性環境に曝露されるように配置されており、前記第１及び第２の電極（４０）は、前記第１の電極（４０）と前記第２の電極（４０）との間に電位差が存在するとき、前記第１の電極（４０）と前記第２の電極（４０）との間で電流が流れるように電気的に結合されており、前記第１の電極（４０）と前記第２の電極（４０）との間の電位差が少なくとも部分的に前記第１の電極（４０）又は前記第２の電極（４０）における腐食に基づいている、前記腐食感知デバイス（３０）、並びに
前記第１の電極（４０）と前記第２の電極（４０）との間の電位差及びその間に流れる電流の少なくとも１つを測定し解析して、前記圧力容器（１２）の予測された腐食特性に基づいて前記圧力容器（１２）に対する矯正処置をいつ実行するべきかを示すように構成された腐食モニターデバイス（３２）
を含んでなる、前記システム。
【請求項１】
圧力容器（１２）の腐食をオンラインでモニターするための方法であって、
第１の電極（４０）及び第２の電極（４０）の一部分を圧力容器（１２）内の腐食性の環境に曝露すること、ここで、前記第１の電極（４０）及び前記第２の電極（４０）は、前記圧力容器（１２）の壁（２８）上に配置され、絶縁材料（３８）により互いに電気的に絶縁され、前記第１及び第２の電極（４０）は、前記第１の電極（４０）と前記第２の電極（４０）との間に電位差が存在するとき、前記第１の電極（４０）と前記第２の電極（４０）との間で電流が流れるように電気的に結合されており、前記第１の電極（４０）と前記第２の電極（４０）との間の電位差は少なくとも部分的に前記第１の電極（４０）又は前記第２の電極（４０）における腐食に基づいている、
前記第１の電極（４０）と前記第２の電極（４０）との間の電位差及びその間に流れる電流の少なくとも１つを測定すること、
測定された電位差及び測定された電流の少なくとも１つを解析して前記圧力容器（１２）の腐食特性を予測すること、
前記圧力容器（１２）の予測された腐食特性に基づいて前記圧力容器（１２）に対する矯正処置をいつ実行するべきかを決定すること
を含んでなる、前記方法。
【請求項２】
前記圧力容器（１２）に対する矯正処置を実行することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記圧力容器（１２）がガス化機（１０）の一部を形成する、請求項２記載の方法。
【請求項４】
矯正処置が前記ガス化機（１０）を停止し検査することを含む、請求項２記載の方法。
【請求項５】
矯正処置が前記ガス化機（１０）の１以上の作動パラメーターを調節することを含む、請求項２記載の方法。
【請求項６】
前記圧力容器（１２）の予測された腐食特性を視覚的に表示することを含む、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
腐食性環境が、前記圧力容器（１２）の前記壁（２８）上に凝縮する腐食性のガス状塩に少なくとも部分的に起因する、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記圧力容器（１２）の腐食特性が点食の深さ及び点食の度合の少なくとも１つを含む、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記第１及び第２の電極（４０）が前記圧力容器（１２）と同様な腐食特性を有する材料から形成される、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
圧力容器（１２）の腐食をオンラインでモニターするためのシステムであって、
圧力容器（１２）の壁（２８）内に配置されており、絶縁材料（３８）内で互いに絶縁された第１の電極（４０）及び第２の電極（４０）を含む腐食感知デバイス（３０）であり、前記第１及び第２の電極（４０）は、前記第１及び第２の電極（４０）の各々の一部分が前記圧力容器（１２）内の腐食性環境に曝露されるように配置されており、前記第１及び第２の電極（４０）は、前記第１の電極（４０）と前記第２の電極（４０）との間に電位差が存在するとき、前記第１の電極（４０）と前記第２の電極（４０）との間で電流が流れるように電気的に結合されており、前記第１の電極（４０）と前記第２の電極（４０）との間の電位差が少なくとも部分的に前記第１の電極（４０）又は前記第２の電極（４０）における腐食に基づいている、前記腐食感知デバイス（３０）、並びに
前記第１の電極（４０）と前記第２の電極（４０）との間の電位差及びその間に流れる電流の少なくとも１つを測定し解析して、前記圧力容器（１２）の予測された腐食特性に基づいて前記圧力容器（１２）に対する矯正処置をいつ実行するべきかを示すように構成された腐食モニターデバイス（３２）
を含んでなる、前記システム。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−２１９１７３（Ｐ２０１１−２１９１７３Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−６５３２０（Ｐ２０１１−６５３２０）
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６５３２０（Ｐ２０１１−６５３２０）
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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