腐食と防護：【毎週のテーマ】(2011.05.16-22)

1、適切な塗装コーティングによる保護の選択 2、外部からの強制電流によるカソード防食 3、犠牲陽極による防食 4、雑散電流の排出による保護 5、PEなどの有機材料製の管の使用

腐食の分類としては、物理的腐食、電気化学的腐食、化学的腐食に分けられます。したがって、対処すべき腐食の種類に応じて、異なる防食技術を用いることができます。防食法は主に以下の3つに分かれます：1.コーティングによる保護、2.電気化学的保護、3.散乱電流の排出による保護

コーティングによる防食とは、錆を除去した金属管の表面に塗料を均一かつ密着して塗布し、さまざまな腐食性物質から保護することで、配管の防食における最も基本的な方法の一つです。1970年代以降、極地や海洋といった過酷な環境でのパイプラインの敷設、また石油の加熱輸送によるパイプラインの温度上昇などにより、コーティングの性能に対する要求が高まってきました。したがって、パイプの防食コーティングには、複合材料や複合構造がますます多く採用されている。これらの材料や構造は、優れた誘電特性、物理的特性、安定した化学的特性、そして広い温度適応範囲などを持つ必要がある。 　　1、外壁防食コーティング：配管の外壁コーティング材料の種類と使用条件。 　　②内壁防食コーティング：管内の腐食を防ぎ、摩擦抵抗を低減し、輸送量を向上させるために管の内壁に塗布される薄膜。一般的に使用される塗料には、アミン硬化型エポキシ樹脂とポリアミドエポキシ樹脂があり、塗膜の厚さは0.038～0.2ミリメートルです。コーティングが管壁にしっかりと密着するためには、管の内面を表面処理する必要がある。1970年代以降、管内面と外面の塗装を同じ材料で行う傾向にあり、これにより管内面と外面の塗装を同時に実施できる。 　　③防食断熱コーティング：中・小口径の熱輸送用原油や燃料油のパイプラインにおいて、パイプラインから土壌への熱損失を減らすため、パイプラインの外側に断熱と防食の両方の機能を持つ複合層が施される。一般的に使用される断熱材は硬質ポリウレタンフォームで、適用温度は－185～95℃です。この材料は柔らかい性質を持っているため、強度を高めるために断熱層の外側に高密度ポリエチレン層を重ねて複合材料構造とし、地下水が断熱層内に浸透するのを防ぐ。金属が周囲の媒質に対して持つ電極電位を変えることで、金属が腐食されるのを防ぐ方法である。長距離パイプラインの電気的防護とは、カソード防食および電食防止法のみを指す。その方法には、①カソード保護、②電食防止法がある

個人的には、より良い材料を選ぶことに加えて、防食層の塗布やカソード保護といった措置を講じることが重要だと考えます

最も一般的な方法は防食塗料を塗ることで、その他には非金属材料の配管を使用することもできます。

最後に、非金属製のパイプを用いて輸送する。

主な防食対策には、以下のものがあります：1　防食絶縁層の塗布　塗装は、配管の防食において最も基本的であり、必ず実施すべき対策です。配管に防食材を塗布し、硬化させて塗装膜を形成することで、金属表面にしっかりと密着し、金属表面を外部から厳重に遮断します。これにより、金属が外部の物質と化学反応や電気化学反応を起こすのを防ぎ、金属の腐食を抑制します。コーティングは、以下の要件を満たさなければならない：金属との優れた接着性、良好な絶縁性能、防水性、高い化学的安定性、高い機械的強度と靭性、土壌応力に対する優れた耐性、カソード剥離に対する優れた耐性、細菌による腐食への抵抗性、損傷後の容易な修復性、そして施工が容易で低コストであること。最も初期に使用された埋設配管用の外部防食コーティング材料は、石油アスファルトとコールタールであった。現在、環境保護の制限により、石油アスファルト製の防食層は北米やヨーロッパで廃止されています。 2　カソード防食 カソード防食は電気化学的な防食方法であり、一般的に塗装による絶縁防食と組み合わせて使用され、効果が顕著です。カソード防食には、犠牲陽極法と外部電流法の2つの方法があります。 3　犠牲陽極法 保護対象の金属管に、より低い電位を持つ金属または合金を接続し、新たな腐食電池を形成する。電流の必要量が非常に少ない裸管や被覆管の露出部に、カソード保護を施すのに適しています。一般的に使用される犠牲陽極材料には、マグネシウム系合金、アルミニウム系合金、亜鉛系合金の3つのカテゴリーがある。 4　外部電流法 保護対象の配管を外部の直流電源の負極に接続し、もう一方の補助陽極を電源の正極に接続することで、外部電流が配管と補助陽極の間に大きな電位差を生み出す。利点は、大きな保護電流を供給でき、保護距離が長く、電流と電圧の調整が容易で、使用範囲が広いことです。主に長距離パイプラインで使用され、また、スパーク電流によって生じるパイプと地面の電位変化が犠牲アノードの保護能力を超えた場合に用いられます。多くの場合、これら2つの方法が組み合わせて使用されます。外部電流アノードには、黒鉛、高ケイ素鋳鉄、鋳鉄、炭素鋼、磁性酸化鉄、鉛銀合金、または廃鋼材が使用できる。犠牲陽極法と外部電流法のどちらを選ぶかは、干渉の問題や、近隣に工業用電源があるか、土壌の抵抗率、施工の実現可能性、経済性などの要因を考慮する必要があります。コーティングとカソード保護は相互に補完し合うものです。コーティングが良くできているほど、塗装漏れの箇所が少なくなり、カソード保護にかかる費用も低くなります。一方、コーティングの品質が悪いと、塗装漏れの箇所が増え、カソード保護にかかる費用も高くなります。 5　接続線 接続線を用いて漏れ電流を制御することも、腐食防止の別の方法です。送油パイプラインは単独で存在するわけではなく、その周辺にある公共施設や市営の配管、そして近隣のカソード防食システムからの雑散電流が、パイプラインに一定の腐食を引き起こす。したがって、接続線を適切に使用し、電流に対して低抵抗の経路を提供することで、カソード防食された配管を通過する付属構造物や外部の配管における電気化学的腐食を防ぐ必要がある。我が国の「埋設鋼製パイプラインの直流排出保護技術基準」の規定によれば、パイプライン上の任意の点における管地電位（近傍の大地を基準として測定されるパイプラインの地絡電位）が100mV正方向に偏移した場合、またはパイプライン周辺の土壌の電位勾配が2.5mV/mを超えた場合、パイプラインには直ちに直流排出保護またはその他の防護措置を講じる必要がある。いわゆる直流放電保護とは、パイプラインと電力鉄道の変電所にある負極または帰線（レール）を導線で直接接続し、パイプライン内を流れる雑散電流を直接（大地を経由せずに）電力鉄道の帰線（レールなど）へ戻すことです。実際、経済的かつ極めて効果的な防食方法とは、適切な高品質のコーティングを施し、かつカソード保護を行うことである。すべての石油・ガスパイプラインにはコーティングが施され、さらにカソード保護も併用されており、コーティングの欠陥部分からの漏れが起こらないようにしている。さらに、配管と管支持金具の間にはガスケットや絶縁剤などを用いて絶縁し、接触腐食電池の抵抗を高めて低電位金属の溶解を防ぎ、必要な部位には電解が起こらないように接続線を設置する必要がある。

管材と土壌環境（媒体）との間で起こる化学的、物理化学的、電気化学的な反応により、管材が局部的または全体的に損傷を受ける。パイプラインの材料としては、主に金属（鋳鉄、鋼、鉄筋）やコンクリートなどがあり、特に鋼材は電気化学的腐食を受けやすく、一方コンクリートは化学的・物理化学的腐食を受ける。石油やガスを輸送するパイプラインはほとんどが複雑な土壌環境に置かれており、輸送される媒体も多くが腐食性を持つため、パイプラインの内面と外面の両方が腐食を受ける可能性がある。 防食方法：1.コーティングによる防食：①外壁用防食コーティング　②内壁用防食コーティング　③防食断熱コーティング　2.電気的防護：①カソード防食：保護したい金属をカソードに極性化させて金属の腐食を防ぐ方法。外部から電流を流し、電解液中の保護対象金属表面全体を陰極分極させることで、腐食は起こらない。パイプラインがカソード保護の基準を満たしているかを判断する指標は2つあります。一つ目は最小保護電位で、これは金属が電解液中で陰極分極され、腐食過程が停止する時の電位です；その値は環境などの要因に関連しており、一般的に用いられる数値は－850ミリボルトである（銅－硫酸銅基準電極を用いて測定した場合、以下同じ）。二つ目は最大保護電位、すなわち保護対象の金属表面が到達できる最高の電位値です。カソード分極が過度に強くなると、管表面とコーティングの間で水素が析出し、コーティングがカソード剥離を起こすため、コーティングが損傷しないように、集電点の電位を許容範囲内に制御する必要がある。この値はコーティングの性質に関連しており、一般的には－1.20から－2.0ボルトの間です。地下パイプラインのカソード防食を実現する方法には、外部電流法と犠牲陽極法の2種類があります。 外部電流法とは、直流電源を利用し、負極を保護対象の配管に接続し、正極をアノード床に接続する方法です。回路が接続されると、管は陰極分極される。配管の対地電位が最小保護電位に達すると、完全なカソード防食が得られる。一般的な直流電源であればどれでも使用可能で、中でも整流器が多く用いられる。直流出力は一般的に60ボルト、30アンペア以下です。新しいタイプの直流電源には、温度差発電機や太陽電池などがあり、電力不足の地域でよく利用されています。アノードグラウンドとは、直流電源の正極に接続され、大地と良好な電気的接触を持つ導体であり、アノード接地装置とも呼ばれる；よく使われる材料には、炭素鋼、高ケイ素鉄、黒鉛、磁性酸化鉄などがあります。アノードマットは、土壌の抵抗率が低く、保護電流が均等に流れやすく、かつ周辺の地下構造物に干渉しない場所に設置される。アノードは配管の埋設位置に応じて、浅埋め遠距離アノードと深層アノードの2種類がある。カソード防食のパラメータを測定し、配管のカソード防食効果を評価するために、配管に沿って検出点およびチェックプレートを設置する必要がある。併用される検出計器には、高抵抗ボルトメーター、アンペーメーター、硫酸銅電極などがある。1970年代以降、パイプラインの航空巡視と組み合わせたカソード保護パラメータの遠隔測定システムが導入され、コンピュータを用いて測定データが処理されるようになった。外部電流によるカソード保護では、1つの施設で保護できる距離は通常数十キロメートルに達し、長距離パイプラインのカソード保護にはこの方法が多く用いられる。犠牲陽極法とは、保護対象の金属の電位よりも負の電位を持つ金属を保護対象の金属に接続し、両者が電解液中で原電池を形成する方法です。電位が負の金属（マグネシウム、亜鉛、アルミニウムおよびその合金など）はアノードとなり、電流を出力する過程で徐々に消耗していきます。一方、保護される配管の金属はカソードとなって腐食を免れるため、電位が負の金属を犠牲アノードと呼びます。 地下パイプラインは犠牲陽極保護が用いられ、その決定要因としては陽極での電流発生、陽極の数、および保護長などがある。アノードの種類が決まると、上記のパラメータに影響を与えるのは、アノードの接地抵抗と、そのアノード保護管区間の漏れ抵抗です。前者は土壌の抵抗率に依存し、後者は配管コーティングの抵抗とコーティングの施工品質に依存する。犠牲アノードの使用寿命は重量に関連しており、必要に応じて数年から数十年まで使用できる。犠牲アノードは、投資コストが低く、管理が簡単で、外部電源が不要であり、干渉腐食を防ぐ効果が高いという利点があるため、地下金属配管の防食に広く利用されています。②電食防止法：一つ目は、雑散電流源に関連する設備に対して措置を講じ、漏れ電流を最小限に抑えることです；二つ目は、配管を敷設する際にはできるだけ雑散電流の多い地域を避けるか、干渉を受けやすい管区間の絶縁防食層の品質を向上させ、シールドの使用や絶縁フランジの取り付けといった対策を講じることです；三つ目は、干渉を受ける配管に対して排出保護を施すことであり、すなわち不要な電流を干渉を受ける配管から、漏れ電流が発生している送電網へと戻し、不要な電流による配管の腐食を防ぐのである。適用範囲と排出装置の性能に応じて、直接排出、極性排出、強制排出の3種類に分けられる。交流干渉電圧からの保護については、多くの**で技術規定が定められており、主に安全距離の確保や配管の放電という2つの方法によって、配管が損傷を受けないようにしている。