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図面 (7)

課題

防食物体陰極防食監視するための装置および方法の提供。

解決手段

連続する5つのセグメントを有するプローブ34を含み、被防食物体10に電流印加する電源装置24を有するシステム20によって行われる。陽極22が、電源装置にも接続されるシステムと合わせて含まれる。第3および第5のセグメントは、時間を経てガルバニック腐食して第3および第5のセグメントを電気的に絶縁させる、腐食するコネクタを介して電気的につながっている。第2のセグメント44は永久絶縁体であり、第1のセグメント38と第3のセグメント36との間に設置される。第3のセグメントは被防食物体と選択的に接続され、第3のセグメントが被防食物体から選択的に断線するとき、第3のセグメントと第1のセグメントとの間の電位差を測定することで、IRドロップエラーによる虚空のものである、物体分極に対する値がもたらされる。

概要

背景

陰極防食システムは、金属製物体媒体(土または水等)中に部分的または全体的に沈められ腐食性電解質に曝されることとなる際に、金属製物体の腐食緩和する。例えば、海中に沈められ、または地表面下に埋められたパイプライン上の点および一部は、媒体の特性、またはパイプライン自体の異なる特性のために、パイプラインの他の部分との電位差を経験し得る。腐食は、電位が異なるパイプライン部分の間で電子流が引き起こされるときに発生する。陰極防食は、陽極性材料を、腐食する金属表面と共に共通の電解質内に置き、陽極性材料と腐食金属との間を電気的に接続することを伴う。陽極性材料は、ガルバニック陽極性であるか、あるいは、外部のDC電源装置を使用して陽極性にしたものであってもよい。より陽極性の表面は腐食を経験し、より陽極性でない(またはより陰極性)表面は腐食しない。このとき、パイプライン表面は、以前よりも陰性分極する。鋼鉄は、鋼鉄表面にすでに過剰な電子が存在するとき、Fe+イオンおよび電子に分解しないものである。この状態の鋼鉄表面は陽極材料に対して陰極性である。うまく印加すると、陽極材料の方ですべての腐食が発生する。

電流電力によって供給されて、防食される金属性物体に印加されると、防食される金属製物体を、陽極よりも陰極性(電気的に陰性)にすることがある。陰極防食の有効性監視は、一般に、水または土の中に設置される基準電極に対する、防食される金属製物体の電位の測定によって行われる。電位は、電流が、防食された金属製物体に印加されているときに測定することができ(オン電位と呼ばれる)、または、印加されていないときに測定することができる(オフ電位と呼ばれる)。土または水、および、防食される金属製物体の抵抗は、抵抗による電圧降下に起因する測定エラー(IRエラー)をもたらす。防食される金属製物体への電流供給中断し、即時に、防食される金属製物体と基準電極との間の電位(即時のオフ電位と呼ばれる)を測定すれば、IRエラーによる電位の虚空の値がわかる。

井戸ケーシングおよび長いパイプラインのための陰極防食は、典型的には、印加電流の構成、例えば、外部DC電源装置により行われる。印加電流による陰極防食は、地面に埋められかつ外部DC電源装置の陽性(陽極)端子に電気的に接続される導電性材料(典型的には鋳鉄棒)の導入を伴う。電源の陰性の(陰極)端子は、陰極防食される構造体に接続される。

概要

被防食物体の陰極防食を監視するための装置および方法の提供。連続する5つのセグメントを有するプローブ34を含み、被防食物体10に電流を印加する電源装置24を有するシステム20によって行われる。陽極22が、電源装置にも接続されるシステムと合わせて含まれる。第3および第5のセグメントは、時間を経てガルバニックに腐食して第3および第5のセグメントを電気的に絶縁させる、腐食するコネクタを介して電気的につながっている。第2のセグメント44は永久絶縁体であり、第1のセグメント38と第3のセグメント36との間に設置される。第3のセグメントは被防食物体と選択的に接続され、第3のセグメントが被防食物体から選択的に断線するとき、第3のセグメントと第1のセグメントとの間の電位差を測定することで、IRドロップエラーによる虚空のものである、物体分極に対する値がもたらされる。

目的

効果

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請求項1

媒体12と接触する金属製物体10を陰極防食するための陰極防食システム20であって、前記金属製物体10と電気的につながり通電されて電流を前記金属製物体10に印加する電源24と、前記電源24と電気的につながるとともに、前記媒体12と接触する陽極と、第1のセグメント38、当該第1のセグメント38の端部に連結された第2のセグメント44、当該第2のセグメント44の端部に連結され、前記第2のセグメント44によって前記第1のセグメント38から電気的に絶縁された第3のセグメント36、当該第3のセグメント36における前記第2のセグメント44とは反対側の端部に連結された第4のセグメント42、および当該第4のセグメント42における前記第3のセグメント36とは反対側の端部に連結された第5のセグメント40を含む前記媒体12中の、プローブアセンブリと、第4のセグメント42は、前記第3のセグメント36と前記第5のセグメント40とを電気的に接続するように導電性材料を含み、且つ、前記媒体12中において、前記第3のセグメント36と前記第5のセグメント40とが電気的に絶縁されるように腐食し、前記第3のセグメント36と前記金属製物体10との間には、選択的に断線可能な電気的接続52があり、電気メータが前記金属製物体10と第1のセグメント38につなげられ、そして、前記金属製物体10の分極値が、電気的接続52を開放した後の前記第3のセグメント36の分極値を測定することにより推定されることができる陰極防食システム20。

請求項2

さらに前記第1のセグメント38が、被防食物体10上のコーティング欠陥関係づけられる既知の寸法および形状を有する表面を備え、電流が前記第1のセグメント38に印加された場合に、前記第3のセグメント36の表面と前記第1のセグメント38との間で測定された電位を用いて、前記金属製物体10のためのコーティングに有害となる、またはコーティングが損傷を受ける陰極防食の最大レベルが評価される、請求項1に記載の陰極防食システム20。

請求項3

媒体12と接触する少なくとも一部分を有する金属製物体10の陰極防食を監視する方法であって、(a)第1のセグメント38、当該第1のセグメント38の端部に連結された第2のセグメント44、当該第2のセグメント44の端部に連結され、前記第2のセグメント44によって前記第1のセグメント38から絶縁された第3のセグメント36、当該第3のセグメント36における前記第2のセグメント44とは反対側の端部に連結され、電気的に腐食する第4のセグメント42、および当該第4のセグメント42における前記第3のセグメント36とは反対側の端部に連結された第5のセグメント40を含むプローブアセンブリ34を準備する過程と、(b)前記プローブアセンブリ34を前記媒体12内に配置し、前記第1のセグメント38および第3のセグメント36が前記媒体12と直接接触するようにする過程と、(c)電流が金属製物体10に印加されている間に、前記第3のセグメント36と金属製物体10との間の電気的接続を提供する過程と、(d)前記第3のセグメント36と金属製物体10との間の電気的接続を遮断する過程と、(e)前記第1のセグメント38および前記第3のセグメント36の間の分極を測定する過程と、(f)前記過程(e)に基づいて、金属製物体10に提供される陰極防食の量を推定する過程とを含む、金属製物体10の陰極防食を監視する方法。

請求項4

前記金属製物体10に印加される電流量を調整する過程を更に特徴とする、請求項3に記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、腐食監視および/または緩和システムとともに使用するための装置および方法に関する。より具体的には、本発明は、陰極防食電力を被防食物体に供給する間に陰極防食を監視するための装置および方法に関する。なお、より具体的には、本発明は、電解質の腐食性および最適な部位特有の陰極防食動作レベルを決定するためのシステムに関する。

背景技術

0002

陰極防食システムは、金属製物体媒体(土または水等)中に部分的または全体的に沈められ腐食性電解質に曝されることとなる際に、金属製物体の腐食を緩和する。例えば、海中に沈められ、または地表面下に埋められたパイプライン上の点および一部は、媒体の特性、またはパイプライン自体の異なる特性のために、パイプラインの他の部分との電位差を経験し得る。腐食は、電位が異なるパイプライン部分の間で電子流が引き起こされるときに発生する。陰極防食は、陽極性材料を、腐食する金属表面と共に共通の電解質内に置き、陽極性材料と腐食金属との間を電気的に接続することを伴う。陽極性材料は、ガルバニック陽極性であるか、あるいは、外部のDC電源装置を使用して陽極性にしたものであってもよい。より陽極性の表面は腐食を経験し、より陽極性でない(またはより陰極性)表面は腐食しない。このとき、パイプライン表面は、以前よりも陰性分極する。鋼鉄は、鋼鉄表面にすでに過剰な電子が存在するとき、Fe+イオンおよび電子に分解しないものである。この状態の鋼鉄表面は陽極材料に対して陰極性である。うまく印加すると、陽極材料の方ですべての腐食が発生する。

0003

電流が電力によって供給されて、防食される金属性物体に印加されると、防食される金属製物体を、陽極よりも陰極性(電気的に陰性)にすることがある。陰極防食の有効性の監視は、一般に、水または土の中に設置される基準電極に対する、防食される金属製物体の電位の測定によって行われる。電位は、電流が、防食された金属製物体に印加されているときに測定することができ(オン電位と呼ばれる)、または、印加されていないときに測定することができる(オフ電位と呼ばれる)。土または水、および、防食される金属製物体の抵抗は、抵抗による電圧降下に起因する測定エラー(IRエラー)をもたらす。防食される金属製物体への電流供給中断し、即時に、防食される金属製物体と基準電極との間の電位(即時のオフ電位と呼ばれる)を測定すれば、IRエラーによる電位の虚空の値がわかる。

0004

井戸ケーシングおよび長いパイプラインのための陰極防食は、典型的には、印加電流の構成、例えば、外部DC電源装置により行われる。印加電流による陰極防食は、地面に埋められかつ外部DC電源装置の陽性(陽極)端子に電気的に接続される導電性材料(典型的には鋳鉄棒)の導入を伴う。電源の陰性の(陰極)端子は、陰極防食される構造体に接続される。

0005

本発明は、媒体内の物体の陰極防食を監視および評価するための方法および装置を開示する。一実施例において本明細書に開示されるのは、媒体中に沈められ、印加電流によって防食された被防食物体の陰極防食および媒体中に沈められた通電される陽極を測定するためのシステムである。一実施形態において、システムはセグメント分けされたプローブから構成される。実施形態の一例においては、プローブは、第1、第2、および第3のセグメントを有する。第1または第3のセグメントのうちの1つが、選択的に、被防食物体と電気的につながる。第1または第3のセグメントのうちの1つが被防食物体と電気的につながるとき、第1および第3のセグメントは第2のセグメントによって電気的に絶縁され、陰極防食電流が被防食物体に印加される。第1のセグメントと第3のセグメントとの間の分極を測定することで、IRエラーなしで被防食物体の分極が実質的に反映される。別の実施形態においては、第4および第5のセグメントが含まれており、第4のセグメントは、第5のセグメントと第3セグメントとの間のガルバニック腐食接続である。第4のセグメントのガルバニック腐食接続は、ガルバニックに貴な値を有する材料を含み得るものであって、この結果、プローブが非腐食性媒体内にガルバニックに設置されると、第5のセグメントと第3のセグメントとの間の電気的なつながりはガルバニック腐食接続を介して維持され、また、プローブがガルバニック腐食性媒体内に設置されると、ガルバニック腐食接続はガルバニックに腐食し、第5のセグメントは第3のセグメントから電気的に絶縁されることとなる。マルチメータは、被防食物体および導電性のセグメントと電気的につながるシステムと合わせて含まれ得る。第1のセグメントは、様々な代表的電解質内の様々な代表的コーティングに対する陰極剥離特性を確立するために実験室で使用された幾何学的形状に加工される。コーティングされた実験室サンプルを準備したときには、第1のセグメントと同じ幾何学的形状である、工学上の欠陥を伴っていることがあり得る。システムは、印加電流を与えるための電源装置を含み得る。あるいは、制御器が、電源装置、第1のセグメント、および第2のセグメントと電気的につながるシステムと合わせて含まれる。被防食物体と、第1のセグメントまたは第2のセグメントのうちの1つとの間の電気的接続は、導電部材および導電部材内の開閉スイッチにより構成される。被防食物体は、パイプライン、タンク、構造体、鉄筋、または船舶であり得る。媒体は、土、砂、岩、粘土、水、セメント混合材料、またはそれらの組み合わせであり得る。また、本明細書に記載されるのは、電解質中の物体の腐食および陰極防食を監視および評価するための方法および装置であり、電解質の抵抗率およびガルバニック腐食性を(定性的に)測定するためにも使用される。

0006

また、本明細書に記載されるのは、媒体と接触する金属製物体を陰極防食するための陰極防食システムである。本実施形態において、陰極防食システムは金属製物体に連結される電源24を含み、したがって電源24が通電されると、電流が金属製物体に印加される。一実施形態において、陽極は媒体と接触する電源24に接続される。一実施形態においては、媒体と接触するプローブであって、第3のセグメントに物理的に接続されるが非金属製の第2のセグメントによって電気的に絶縁される第1のセグメントにより構成されるプローブが含まれている。第1および第3のセグメントは、互いから、および、配線を介してグラウンドよりも上方で終端する物体から、選択的に断線可能である。任意選択で含まれるのは、金属製物体に連結されるマルチメータ、第1のセグメント、および第2のセグメントである。更に任意選択で含まれるのは、マルチメータおよび電源24に接続される制御器であり、マルチメータが第2のセグメントと金属製物体との間で所定の範囲から外れ分極値を測定すると、制御器は電源装置を調整して陰極防食のレベルを変更することができる。例えば、所定の範囲の分極は、陰極防食の望ましいレベルを示すものである。一実施形態において、第3のセグメントは、第1および第2のセグメントから電気的に絶縁されるプローブと合わせて含まれる。被防食物体とセグメントのうちの1つとの間の電気的接続は、含まれる開/閉スイッチを伴う導電部材であり得る。金属製物体はパイプライン、タンク、構造体、鉄筋、または船舶であり得る。媒体は土、砂、岩、粘土、水、セメント混合材料、またはこれらの組み合わせであり得る。

0007

なお、本明細書に更に開示されるのは、媒体と接触する金属製物体の陰極防食を監視する方法である。一実施例において、方法は、第1のセグメント(金属製)と、第2のセグメント(非金属製)によって分離される第3のセグメント(金属製)とを有するプローブを与える過程と、プローブを腐食性媒体と接触させる過程とを含み得る。第3のセグメントおよび金属製物体は、電流が金属製物体に印加されている間に接続される。第3のセグメントと金属製物体との間の電気的接続が中断され、第1のセグメントと第3のセグメントとの間の電圧差が測定される。これは、動作中の陰極防食システムからもたらされる金属製物体での分極の大きさを表すものである。推定される分極に基づいて、金属製物体に与えられる陰極防食の量が評価される。金属製物体に印加されている電流の量は、適切な量の陰極防食を確実に与えるように調整される。実施形態の一例においては、プローブの第1のセグメントはパイプ上のコーティングの塗り残しを表すように設計されている。過剰な防食が懸念事項となる領域では、第1のセグメントおよび第3のセグメントの役割は逆になる。正常な動作の下では、第1のセグメントは、通常、物体に接続され、第3の区間は表面に安定した分極化学反応を得るために十分長く接続されるのみである。第1のセグメントが瞬間的に断線されて、第1のセグメントと第3のセグメントとの間で測定される分極の大きさは、ここで実験室データと比較され、電位がコーティングの劣化を引き起こし得るかどうかを決定することができる。別の方法においては、第1のセグメントと金属製物体との間、および第3のセグメントと金属製物体との間に電気的接続を与える過程は、接続が選択的に開閉されるスイッチを有する導電部材(配線)を接続することを伴う。第1のセグメントと金属製物体との間の電気的接続は、スイッチを開放することによって中断される。第3のセグメントと金属製物体との間の電気的接続も、そのスイッチを開放することによって中断される。

図面の簡単な説明

0008

上に詳述された本発明の特徴、態様、および利点、ならびに明らかになる他の事柄が達成され、詳細に理解されるように、本明細書の一部を形成する図面に例示される本発明の実施形態を参照することによって、上に簡潔に要約された本発明のより具体的説明が行われ得る。しかし、添付される図面は本発明の好ましい実施形態を例示するのみであり、したがって本発明が他の同様に有効な実施形態を認め得るのであるから、本発明の範囲の限定と見なされるものではないことが注意されるべきである。

0009

図1は、本発明による陰極防食システムの実施形態の一例の概略図である。

0010

図2Aは、図1の陰極防食システムの別の実施形態である。

0011

図2Bは、ある期間後の図2Aの陰極防食システムの実施形態である。

0012

図3は、図2Bの陰極防食システムの別の実施形態である。

0013

図4は、剥離試験グラフである。
図5は、剥離試験のグラフである。

実施例

0014

図1には、媒体12内に配置された物体10の腐食保護を与える印加電流陰極防食システム20の概略が示されている。全体が媒体12内に存在するように図示されているが、被防食物体10は媒体12中に部分的に沈められていてもよく、または隣接して、しかし媒体12と接触していてもよい。図1の実施形態において、被防食物体10は管状のものとして表されているが、被防食物体10は、代わりに、パイプライン、貯蔵タンク、または構造体であり得る。場合によっては、物体は海洋リグ、鉄筋、または船舶での潜入設備等の海洋構造体であり得る。媒体12は、土、砂、岩、粘土、水、コンクリート、または陰極防食を受けるために被防食物体10を必要とする腐食性電解質を構成する構成要素を有するいずれの物でもあり得る。実施形態の一例においては、媒体12内に存在するのは、腐食の意味で被防食物体10を攻撃する電解質、電解化合物等である。

0015

図1の陰極防食システム20の実施形態では、陽極22(媒体12内に浸されて示される)および配線26、28を介して陽極22および被防食物体10の両方に接続される電源24を有することが示されている。電源24は、直流を供給する蓄電池または交流導電電源線と結合される整流器であり得る。配線28を介する電源24との接続により、被防食物体10に陰極防食電流が印加される。被防食物体10へ印加される陰極防食電流と、埋め込まれた陽極22との組み合わせは、被防食物体10上での電解質の腐食効果を緩和し得る。一実施例において、陰極防食は、被防食物体10が配置される媒体12内で被防食物体10を負に分極することによって達成される。

0016

マルチメータ30が線32を介して被防食物体10に結合されているのが模式的に示されている。また、マルチメータ30が、セグメント分けされたプローブ34と電気的につながっているのも示されている。実施形態の一例においては、マルチメータ30は電位および/または抵抗を測定するためのメータであり得る。場合によっては、マルチメータ30は複数のメータを表し得、それぞれのメータは単一の条件、すなわち電位または抵抗を測定する。図1の実施例において、プローブ34は、電極である第1のセグメント38、絶縁体である第2のセグメント44、および、電極である第3のセグメント36を含む。マルチメータ30からの配線46、48は、それぞれ電極36、38と接続する。採用された実施例においては、およそ30日後に、高すぎる、または、低すぎる防食レベルに関する懸念が存在するかどうかに応じて、2つの電極36、38のうちの1つが被防食物体10から断線される。陰極防食の適用のために発生する、電極36、38の電極の周辺および表面での媒体の化学反応の変化が生じるためには、約30日が必要とされる。一度電極36、38および電極36、38の分極薄膜の周辺での媒体12の化学反応が安定化すると、物体10から断線されるはずである。この段階のそれが、物体の脱分極状態を表している。マルチメータ30は、一実施形態においては、市販の電圧計であり得、ここでは2つの電極36と38との間で接続される。接続されたそのままでの読取りでは、IRドロップエラーに加えて、物体10の分極の大きさが測定される。更に、物体10から電極36、38を断線することで、測定される瞬時の電圧は物体10のみの分極の大きさを表すことになる。本明細書で開示されるシステム30の利点は、CPシステム(複数可)の動作を中断することなく、携帯可能な基準電極の必要なく、また、携帯可能な基準電極の位置の、よくある変化によって生じる不一致なく、電圧測定が行われ得るという点にある。

0017

図2Aに模式的に例示される陰極防食システム20の別の実施形態において、プローブ34は、合計5つのセグメントから構成されるように2つのセグメントをさらに含んでおり、第4のセグメント42は脆弱な電極であり、第5のセグメント40は電極である。実施形態の一例においては、第4および第5のセグメント42、40は、実質的に他のセグメント36、38、44より細い。更に図2Aの実施例においては、脆弱な接続42は、第3のセグメント36と第5のセグメント38との間に電気的接続を与えるものである。別の実施形態においては、脆弱な接続42は電極36、38に対して陽極性であり、ガルバニックにはより貴ではない。電解質がガルバニック腐食性であり、電極36、38に不十分な陰極防食が行われているとき、脆弱なガルバニ電極42は腐食して、電極36と38との間に電気的絶縁をもたらす。この効果はMegger型計器で測定される。脆弱な接続を形成する際に使用する例示的な材料としては、マグネシウム亜鉛、鋼鉄、アルミニウム、これらの合金、およびこれらの組み合わせが挙げられる。脆弱な接続42で使用する材料の選択は、脆弱な接続42のガルバニック腐食(したがって断線)にとって望ましい速度またはタイムフレームに依存する可能性がある。例えば、マグネシウムは亜鉛より速くガルバニック腐食し、鋼鉄は亜鉛より遅くガルバニック腐食する。更に、土の腐食性および脆弱な接続42の寸法もガルバニック腐食の時間および速度に影響するであろう。ガルバニック腐食の時間および/または速度は、陰極防食状態の検査時間的頻度に依存する可能性がある。例えば2〜3ヶ月程度等のかなり頻繁な検査のためには、より速くガルバニック腐食する材料が好ましいものであり得る。一方、年ベース、または、より長いベースで行われるような、より頻繁でない検査のためには、かなり遅くガルバニック腐食する材料が要求され得る。例えば、脆弱な接続42のための合金は、埋め込まれ、または浸される構造体、ならびに電極36、38のための最低の分極された電位条件にガルバニックに相当するように選択される。脆弱な接続42の寸法は、対応する陰極防食システムが、与えられた期間の間遮断されるときに、腐食(および断線)が発生するように決められる。特定の例においては、脆弱な接続42は、陰極防食システムがオフであるとき、2000ohm−cmの土の中で1年後に断線し、陰極防食システムがオンであるとき、無期限に維持される。脆弱な接続42のための適切な材料および組成を決定することは当業者技能内のことである。接続44が電極38と40との間に示されており、接続44は、電極38を電極40から電気的に絶縁する絶縁接続である。実施形態の一例においては、接続44は誘電体である。

0018

図2Aおよび2Bに図示されるプローブ34の実施例は、実質的に円筒形部材として示されている。実施形態の一例においては、プローブ34は、約100ミリメートル〜約200ミリメートルの長さ、および、約5ミリメートル〜約15ミリメートルの直径を有する。一実施形態においては、プローブ34は約150ミリメートルの長さ、および、約10ミリメートルの直径を有する。さらに別の実施例においては、電極36は約10ミリメートルの長さ、および、約12ミリメートルの直径を有し、電極38は、約10ミリメートルの長さ、および、約12ミリメートルの直径を有し、第3の電極44は、およそ3ミリメートルの長さ、および、およそ12ミリメートルの直径を有する。実施形態の一例においては、脆弱な接続42は、およそ5ミリメートルの長さ、および、およそ12ミリメートルの直径を有する。実施形態の一例においては、接続44は、およそ5ミリメートルの長さ、および、およそ12ミリメートルの直径を有する。電極40が、特定の媒体と接触し、特定の媒体内に埋め込まれ、または浸される、被防食物体または被防食物体の一部分の上のコーティング欠陥を表すディスク形状を有しているのが示されている。電極36、38、40、およびマルチメータ30の間に電気的なつながりをそれぞれ与える配線46、48、50が示されている。

0019

また、図2Aおよび2Bには、配線48を被防食物体10と電気的に接続する電気的つながり52が示されている。したがって、電極38は接続52を介して被防食物体10と電気的につながっている。電極38と被防食物体10との間の電気的導通を選択的に制御することを模式的に表すスイッチ54が示されている。スイッチ54は、リンクバー法、または、試験位置内の共通のスタッドボルトまたはバスバーを介した電気的接続を用いることを示している。採用した実施例においては、セグメント38、36はプローブ34の取付け後の約30日等の短い期間の間、共に接続される。長期的に動作する条件下で、最小限の防食レベルが検査される場合には、セグメント38はいずれにも接続されないが、グラウンドの上方に終端する試験配線を有する。正常な長期的動作条件下で、最小限の防食レベルの達成が検査されると、セグメント36は、スイッチまたは端末ラグ等の中断可能な電気的接続を介して物体10に接続される。測定中、セグメント36は一時的に断線され、次いで測定の完了後に再接続される。

0020

ここで図2Bを参照すると、図2Aのプローブ34の一実施例が与えられおり、接続42は、開放回路を形成するように時間を経て腐食し、それによって電極36を電極40から電気的に絶縁している。電気的接続52のスイッチ54は閉じられたままであり、それによって電極36と被防食物体10との間の電気的つながりを維持する。したがって、この実施形態の一例においては、電極36は、最初は、被防食物体10および電極40と同じ電位に分極する。しかし、脆弱な要素42が腐食し断線すると、電極40は、被防食物体10および電極36との電気的導通を失い、電位は電極38に対応するレベルに低下する。導通喪失がMegger計器で測定された場合には、陰極防食がもし測定時に十分であるならば、測定前にかなりの期間中、不十分であったことを示すことになる。

0021

ここで図3を参照すると、被防食物体10に結合される陰極防食システム20の略図が示され、スイッチ54は開位置にある。この構成において、電極36の電位は、スイッチ54を図1、2A、および2Bの閉位置から開位置へと動かすことによって、被防食物体10のそれから瞬時に減少する。したがって、スイッチ54を開放した後に電極36内の電位を測定すること(または電極36を被防食物体10から電気的に絶縁するその他の方法)は、被防食物体10の瞬時のオフ電位を与える。実施形態の一例においては、電位は、電極36および被防食物体10が断線された後、直ちにまたは即時に測定される。本明細書に記載される方法において、瞬時のオフ電位は、被防食物体10の陰極防食の電流の流れを中断することなく得られることに注目するべきである。更に、物体10の分極の量の値は、スイッチ54を開放した後、電極36と38との間の電圧差を測定することによって得られ得るものであり、また、この測定で入手可能なのは、陰極防食がある期間の間、被防食物体10から除去されると発生するであろう分極腐食である。なお、図3を参照すると、電極40は電極38から電気的に絶縁され、媒体12内に配置され、したがって電極36では、電位および/または分極を電極36と実質的に同じものと考えられる。

0022

戻って図1を参照すると、本明細書に記載されている陰極防食システム20の動作の一実施例において、セグメント分けされたプローブ34は、被防食物体10が接触する同じ媒体12と接触して配置される。上で議論したように、接触は完全もしくは部分的にその中に沈められてもよく、または媒体12に隣接し、かつ接触していてもよい。電源24との接続等によって、電流を被防食物体10に印加する間に、電極36は被防食物体10と電気的につながることとなる。電極36と被防食物体10との間の電気的導通は、電極36と被防食物体10との間の電位を実質的に同等化する。ここで図2Bを参照すると、実施形態の一例においては、接続42がガルバニック腐食する材料から形成されるとき、接続42はガルバニック腐食し、電極36を電極40から電気的に絶縁する。図2Bに示される実施形態において、電気的接続は、電気的接続52を介して、かつ閉じられたスイッチ54によって電極36と被防食物体10との間で維持される。したがって、電極40は電極36(および被防食物体10)に対して脱分極するが、時間を経て、同じ媒体12内に定置された基準電極に対して電極38と実質的に同じ分極レベルを達成することとなる。

0023

別の実施形態においては、電極40は、電極36と電気的につながるものである。この実施形態において、電極36は、十分な陰極防食が行われているかを決定して陰極防食レベルを測定する目的で使用される。最初の分極期間の後、電極38は、電極36、40の両方から電気的に絶縁される。電気的に絶縁されたときに、電極36、38は、瞬時の脱分極の大きさを評価するために使用される。実施形態の一例においては、最初の脱分極の大きさは少なくとも約100mVであるべきである。

0024

戻って図3を参照すると、スイッチ54は開位置に置かれ、それによって接続52を通って被防食物体10から電極36への印加電流の流れを防止する。スイッチ54が開放した直後に電極36の分極値を瞬時に測定することで(即時のオフ電位または瞬時のオフ)、被防食物体10の分極値が与えられる。本明細書に記載される方法によって与えられる利点は、印加電流等からIRエラーなしで被防食物体10の分極測定値が得られる点である。上述したように、被防食物体10の測定された電位または分極は、被防食物体10が受ける陰極防食のレベルを示しており、分極腐食は電極36と38との間の電圧差によって測定される。したがって、スイッチ54が開位置にあるときに電極36、38の電位を測定することは、被防食物体10の陰極防食を評価する、エラーのない方法となり得る。上記の2つの測定により、オペレータは、(1)オフ瞬時の測定 — Cu/CuSO4電極に対して−850mVの業界標準の最小基準、および、(2)分極腐食 — 100mVの業界標準の最小基準、の2つの判断基準に対する測定を行うことができる。一実施例においては、電極36、38の電位はマルチメータ30によって測定される。

0025

不十分または過剰なレベルの陰極防食が被防食物体10に対して行われる状況において、制御器56は、より多い、または、より少ない電圧を供給するために通信リンク60等を介して、望ましくない陰極防食の状況を認識して電源装置24を調節するように構成されてもよい。同様に電源装置24を調整することは、被防食物体10に加えられる印加電流のレベルに影響し得る。本明細書に記載されるシステムおよび方法の別の利点は、被防食物体10に対する代表的「瞬時のオフ」読取り値が、配線28を介して電源装置24から供給される電力を断線または中断することをせずに取られ得ることである。電極36、38は、被防食物体10に隣接する土または水等の媒体の抵抗率を測定するためにも使用される。

0026

上述したように、電極38はコーティングの欠陥を反映するものであり、電極38にわたって電位を監視することは、陰極防食のレベルがコーティングに有害であるかどうかを示すことになる。特定のコーティング欠陥、与えられたコーティングに相当する寸法、電極38からの読取り値、に対する受入れ可能な最大の陰極防食電位を知ることで、最大の陰極防食レベルを確実に超えないように監視することができる。被防食物体に対する陰極防食レベルが上昇すると、物体のコーティング欠陥の領域が、それに対応して概ね線形に増加することが観察されるが、いくつかの点では、欠陥は、増加する陰極防食レベルに対して非線形に増加し始める。したがって、実施形態の一例においては、陰極防食の最大量は、陰極防食のレベルが被防食物体でのコーティング欠陥の領域を非線形状に増加させる数値付近に設定される。例えば、被防食物体に対する陰極防食電位をまず印加し、次いで増加させることによって、コーティングが被る陰極性剥離の量が、印加される電流で変動することが観察される。最初は、コーティングの陰極性剥離は低〜中等の陰極防食の電流密度では減少する。しかし、いくつかの点で、剥離の量は、陰極防食の電流密度が増加すると、増加し始める。これらの変化が生じる電位は、具体的なコーティングおよび電解質特性に依存する。これらの変化は、プローブ22の電極38を使用して実験室のシミュレーションで決定され、現場での測定に対応付けられる。このようにして、構造体の電位を、カスタマイズされた判断基準未満に維持するように陰極防食システムを調整することによって、与えられた電解質での与えられたコーティングへの損傷を修復させる高電位レベルが回避される。

0027

電極36と40との間の接続性を監視することで、陰極防食が必要であり得るかどうかを評価できる。例えば、電極36と40との間の導通が監視されているということは、
接続42がガルバニック腐食されていないことを示すものである。接続42が特定の媒体に浸され、または別途、特定の媒体に接触した後、ある期間を経てそのままに維持された場合には、陰極防食は、同じ特定の媒体内の被防食物体10に対しては、おそらく必要とされないであろう。場合によっては、被防食物体がすでに陰極防食を受けている状況では、陰極防食が十分であることは、接続42が無傷のままでいられるかによって確認されてもよい。すなわち、陽極22は、媒体12内の潜在的に腐食性の電解質の効果をうまく相殺している。更に、電極36と40との間の時間を経た導通を監視することで、接続42の抵抗の増加によって決定される累積するガルバニック腐食が、定性的に得られる。
[実施例]

0028

限定するものではない一実施例において、融着エポキシ(FBE)がパイプの外側表面に塗布された。この試験は、実験室で試験されるパイプのコーティングされた部品円形にされた円錐形状に設計されたゴージで行われた。基準データは、6mmドリルビットを使用するコーティングで試験の欠陥または塗り残しを形成することによって収集された。1つの試験において、6つの欠陥が、パイプの軸と実質的に平行な経路に沿って同じように離間配置された位置に形成された。絶縁された陰極防食(CP)電池がそれぞれの欠陥について作られ、60日間、6つの異なる陰極防食レベル(Cu/CuSO4電極に参照される電位)で通電された。0.0電池電流および−780mVの開始電位で、30日後、3.2cm2の剥離表面領域が形成された。5×10−6ampの電池電流および−1000mVの電位で、30日後、1.6cm2剥離表面領域が形成、すなわち、コーティング損傷が低減された。この媒体のこのタイプのコーティングのために、電極40の分極された電位は−1100mV未満に保たれた。コーティングへもたらされる損傷が測定され、最大の陰極防食の基準(Cu/CuSO4電極に対して)がそれぞれの環境でのFBEに対して決定された。実際の現場の土壌多様性を表すように、電池内の異なる電解質について試験が数回繰り返された。別のやり方として、上記の試験的な欠陥の幾何学形状および寸法に近い幾何学形状および寸法で関係づけられる電極が形成されてもよい。評価は、関係づけられる電極の測定値を基準データの測定された電位と比較する過程を含んでもよい。したがって、本明細書に記載されているように、陰極防食の評価プローブと共に使用するために関係づけられる電極を取付け、電極で電位を測定すれば、供給される陰極防食がコーティングに有害であり得るかどうかや、どの位コーティングが損傷を受ける場合があるかを評価するのに有用となり得る。実施形態の一例においては、電極38は、関係づけられた電極である。陰極防食レベルがコーティングに対して有害ではないと決定された場合には、陰極防食のレベルを増加できる。また、陰極防食レベルが有害であると決定された場合には、レベルが低減され、追加の陰極防食ユニットが、パイプラインの長さに渡ってより均一な電位レベルを与えるように取付けられてもよい。現場の土壌の状態は、本来の場所の土壌の抵抗率を、関係づけられた電極で、あるいは、その電極と別の電極を組み合わせて、測定し、その測定された抵抗率を基準データに関係づけることによって推定することもできる。

0029

小から中レベルのCP(電位に対して)で、FBE剥離は、CPがないときと比べて低減される。換言すると、あるレベルのCPまでは、CPはコーティングの損傷を低減する。このレベルを越えると、コーティングの損傷の量は、図4および5に示されるように増加する。これらの図は、上の実施例で得られた試験データから生成されたプロットを有するグラフを含んでいる。プロットは、物体に塗布される陰極防食のレベルを評価するために使用される。剥離(cm2)および電流(micro−amp)の値は、図4グラグの横座標に沿う。縦座標の値は、塗り残しで測定されたミリボルトの電位を表す。図4のプロット62は、電位に対する剥離を表し、プロット64は、電位に対する電流を表す。剥離(cm2)、および、Cu/CuSO4基準に対するミリボルトの電位の値は、図5のグラフの横座標に沿う。図5のグラフの縦座標の値は、塗り残しで測定された電流(micro−amp)を表す。図5のプロット66は電流に対する電位を表し、プロット68は電流に対する剥離を表す。上の2つの実施例は、剥離によるコーティング損傷の著しい増加が、分極された電位が1000mVを超えるときに生じることを示す。この情報を、与えられたパイプラインに基づく動作条件に関係づけるために、電極38が正常の動作状態中、試験位置を介してパイプラインと接続される。そして、電極38は、パイプラインから断線し、携帯可能な基準電極に対するオフ瞬時の読取り値が測定される。オフ瞬時の電位が1000mVを超えると、陰極防食の電源装置の出力を低減するのが望ましい。

0030

上の発明を説明すると、技術、手順、材料、機器の様々な改変形態が当業者には明らかであろう。様々な実施形態が示され、記載される一方で、様々な改変形態および代用がこれに対して行われてもよい。したがって、本発明が限定によってではなく、例示(複数可)によって記載されていることが理解されるべきである。本発明の範囲および趣旨内のすべてのそのような変形が添付される特許請求の範囲内に含まれることが意図される。

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