JP2024112375A - 金属構造物の電気防食方法及び電気防食金属構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】施工が容易であり、多量の犠牲陽極を金属構造物に接合できる金属構造物の電気防食方法を提供する。【解決手段】金属構造物２に接合可能な第１金属材３ａと金属構造物２に対して犠牲陽極となる第２金属材３ｂとを接合したクラッド材３を金属構造物２に接合し、金属構造物２を電気防食する。【選択図】図１

Description

本発明は、金属構造物の電気防食方法及び電気防食金属構造物に関する。

石油、ガス、水道等の各種流体を送るため、地中にはパイプラインが埋設される。パイプラインには、炭素鋼鋼管、ステンレス鋼管等の鋼管が使用されることが多い。鋼管をそのままの状態で長時間放置しておくと、腐食し、使用不可能になる。したがって、鋼管を腐食から守る必要がある。海洋鋼構造物、鋼矢板等の鋼構造物等でも同様である。

このような金属構造物を腐食から守る方法として、金属構造物に塗装又は塗覆装を施すと共に、金属構造物を電気防食する方法が知られている。電気防食は、万が一金属構造物に欠陥部が発生した場合、欠陥部からイオン化した金属が電解質である土中等へ流れ出ようとするのを防止する防食方法である。すなわち、金属構造物から電解質へ流れ出ようとする腐食電流に対して、これに打ち勝つだけの電流を、外部から金属構造物に流し込むことにより、金属構造物が腐食するのを防止する。

電気防食の方式には、外部電源方式と流電陽極方式の二つの方式がある。外部電源方式は、直流電源装置から補助陽極を通して金属構造物に防食電流を流入させる方法である。流電陽極方式は、金属のイオン化傾向を利用したものであり、金属構造物よりイオン化傾向の大きい金属（Ｚｎ，Ａｌ，Ｍｇ等）を金属構造物に電気的に接続し、金属構造物がイオン化するのに代わって、イオン化傾向の大きい金属がイオン化することにより金属構造物の腐食を防ぐ方法である。すなわち、防食する金属構造物を陰極にし、金属構造物よりもイオン化傾向の大きい金属を犠牲陽極にした電池をつくり、両極間の電位差によって金属構造物に防食電流を流入させる。

流電陽極方式の電気防食方法として、特許文献１には、Ｚｎ，Ａｌ，Ｍｇ等の犠牲陽極を鋼管から隔離して設置し、犠牲陽極と鋼管を電線により接続した電気防食方法が開示されている。

特開昭６０－３６６８０号公報

しかし、従来の電気防食方法には、電線を鋼管に接続するのに手間がかかるという課題がある。また、設置環境により設置できる犠牲陽極が少ない場合、犠牲陽極が早期に消耗してしまい、長期に亘って金属構造物に防食電流を流入させることができないという課題がある。

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、施工が容易であり、多量の犠牲陽極を金属構造物に接合できる金属構造物の電気防食方法及び電気防食金属構造物を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、金属構造物に接合可能な第１金属材と前記金属構造物に対して犠牲陽極となる第２金属材とを接合したクラッド材を前記金属構造物に接合し、前記金属構造物を電気防食する金属構造物の電気防食方法である。

本発明の他の態様は、金属構造物に接合可能な第１金属材と前記金属構造物に対して犠牲陽極となる第２金属材とを接合したクラッド材を前記金属構造物に接合した電気防食金属構造物である。

本発明によれば、金属構造物にクラッド材を接合すれば金属構造物を電気防食できるので、電気防食の施工が容易である。また、多量の犠牲陽極を金属構造物に接合できるので、長期に亘って金属構造物に防食電流を流入させることができる。

本発明の第１の実施形態の電気防食金属構造物（電気防食塗覆装鋼管）の管軸に沿った断面図である。 本発明の第２の実施形態の電気防食金属構造物（電気防食塗覆装鋼管）の管軸に沿った断面図である（図２（ａ）は電気防食塗覆装鋼管と塗覆装鋼管の接合前の状態を示し、図２（ｂ）は接合後の状態を示す）。 管軸方向から見た電気防食塗覆装鋼管を示す図である（図３（ａ）はリング状のクラッド材を示し、図３（ｂ）は円弧状のクラッド材を示し、図３（ｃ）はＩ字状のクラッド材を示す）。 本発明の第３の実施形態の電気防食金属構造物（電気防食海洋鋼構造物）の模式図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態の金属構造物の電気防食方法及び電気防食金属構造物を説明する。ただし、本発明の金属構造物の電気防食方法及び電気防食金属構造物は、種々の形態で具体化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。
（第１実施形態）

図１は、本発明の第１の実施形態の電気防食金属構造物（電気防食塗覆装鋼管１，１）の管軸に沿った断面図を示す。本実施形態の電気防食塗覆装鋼管１，１は、開削工法により土中に設置され、水道、ガス、石油等の各種流体を送るためのパイプラインとして用いられる。電気防食塗覆装鋼管１は、鋼管２と、クラッド材３と、塗覆装５と、を備える。鋼管２には、予め工場において塗覆装５が塗覆されている。クラッド材３は、鋼管２の塗覆装５が塗覆されていない裸部２ａの外面に溶接される。なお、クラッド材３は、予め工場において裸部２ａの外面に溶接されてもよいし、開削工法の現場において裸部２ａの外面に溶接されてもよい。

鋼管２は、鉄を主成分とする金属であり、炭素鋼鋼管、ステンレス鋼管、合金鋼鋼管等である。塗覆装５は、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリプロピレン、アスファルト、エポキシ樹脂である。鋼管２の端部には、塗覆装５が塗覆されていない裸部２ａが形成される。

クラッド材３は、鋼管２の裸部２ａに接合可能な第１金属材３ａと、鋼管２に対して犠牲陽極となる第２金属材３ｂと、を備える。クラッド材３の第１金属材３ａと第２金属材３ｂは、爆発圧着法、圧延圧着法等により接合される。クラッド材３の第１金属材３ａと第２金属材３ｂの境界面は、金属組織的に接合している。第１金属材３ａが内周側に配置され、第２金属材３ｂが外周側に配置される。

クラッド材３の第１金属材３ａは、鋼管２の裸部２ａの外面に隅肉溶接等により溶接される。管軸方向視におけるクラッド材３の形状は、鋼管２の外面の全周に亘るリング状であっても、鋼管２の外面の一部に沿う円弧状でもよい。なお、クラッド材３をボルト及びナット、ねじ、接着剤等の接合手段を用いて鋼管２の裸部２ａに接合してもよい。

第１金属材３ａの材質は、第２金属材３ｂよりもイオン化傾向が小さい金属であることが必要とされる。また、電気防食塗覆装鋼管１の用途によっては、溶接欠陥が生じないように鋼管２の材質と同種であるのが望ましい。例えば鋼管２が炭素鋼の場合、第１金属材３ａも炭素鋼であるのが望ましい。鋼管２がステンレス鋼の場合、第１金属材３ａもステンレス鋼であるのが望ましい。

クラッド材３の第２金属材３ｂは、鋼管２よりもイオン化し易い金属（言い換えれば鋼管２よりも卑な金属）である。例えば鋼管２が炭素鋼の場合、第２金属材３ｂはＭｇ、Ｍｇ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｚｎ、Ｚｎ合金等である。鋼管２がステンレス鋼の場合、第２金属材３ｂはＭｇ、Ｍｇ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｚｎ、Ｚｎ合金、Ｆｅ、Ｆｅ合金等である。

電気防食塗覆装鋼管１，１の鋼管２，２同士は、溶接、摩擦撹拌接合等により接合される。符号４は溶接金属である。鋼管２，２同士を接合した後、埋め戻しを行い、電気防食塗覆装鋼管１，１を土中に埋設する。
以下に本実施形態の電気防食方法の作用、効果を説明する。

電気防食塗覆装鋼管１，１を電解質である土中に埋設すれば、鋼管２がイオン化（腐食）するのに代わって、鋼管２よりイオン化傾向の大きい第２金属材３ｂがイオン化する。第２金属材３ｂが第１金属材３ａに電気的に接続し、第１金属材３ａが鋼管２に電気的に接続しているので、第２金属材３ｂと鋼管２との電位差によって、第２金属材３ｂから鋼管２に防食電流が流入する。このため、鋼管２を電気防食することができる。

クラッド材３の第１金属材３ａを鋼管２に溶接するので、クラッド材３の第２金属材３ｂが消耗してもクラッド材３が鋼管２に接合した状態を保つことができる。

鋼管２が鉄を主成分とし、クラッド材３の第１金属材３ａが鉄を主成分とするので、溶接欠陥が生じるのを防止できる。
（第２実施形態）

図２は、本発明の第２の実施形態の電気防食金属構造物（電気防食塗覆装鋼管１１及び塗覆装鋼管２０）の管軸に沿った断面図を示す。図２（ａ）は電気防食塗覆装鋼管１１と塗覆装鋼管２０の接合前の状態を示し、図２（ｂ）は接合後の状態を示す。

水道、ガス、石油等の各種流体を送るためのパイプラインにおいて、既存パイプラインの更新方法の一つにパイプインパイプがある。パイプインパイプとは、既存管である外管１４の内側に新しいパイプライン（電気防食塗覆装鋼管１１及び塗覆装鋼管２０）を敷設する工法である。外管１４は、鋼管、ステンレス管、鋳鉄管、コンクリート管のいずれでもよい。外管１４は、外面に塗装又は塗覆装が施されてもよいし、施されていなくてもよい。

図２（ａ）の符号２０は、敷設途中の塗覆装鋼管又は敷設済みの塗覆装鋼管である。塗覆装鋼管２０は、鋼管１５と、塗覆装１６と、を備える。符号１７は、塗覆装鋼管２０の引込み作業を容易にするためのパイピングスムーサである。

電気防食塗覆装鋼管１１は、鋼管１２と、鋼管１２の外面の裸部１２ａに溶接されるクラッド材１３と、塗覆装１８と、を備える。クラッド材１３は、鋼管１２に接合可能な第１金属材１３ａと鋼管１２に対して犠牲陽極となる第２金属材１３ｂを備える。クラッド材１３の構成は、第１実施形態の電気防食塗覆装鋼管１のクラッド材３と同一である。クラッド材１３は、鋼管１２の端部に配置されていて、鋼管１２の端部から管軸方向に突出する。

図３（ａ）～（ｃ）は、管軸方向から見た電気防食塗覆装鋼管１１を示す。図３（ａ）に示すように、管軸方向視におけるクラッド材１３は、鋼管１２の外面の全周に亘るリング状であってもよいし、図３（ｂ）に示すように、鋼管１２の外面の一部に沿う円弧状でもよいし、図３（ｃ）に示すように、Ｉ字状でもよい。

クラッド材１３は、鋼管１２に周方向に等配されるのが望ましい。図３（ａ）に示すように、クラッド材１３が１つの場合、リング状のクラッド材１３を鋼管１２の外面の全周に配置する。図３（ｂ）に示すように、クラッド材１３が２つの場合、クラッド材１３を鋼管１２の上下に配置するか、左右に配置する。図３（ｃ）に示すように、クラッド材１３が４つの場合、クラッド材１３を鋼管の１２の上下左右に配置するか斜め方向にクロスするように配置する。なお、クラッド材１３の個数は上記に限定されるものではなく、例えば３つや６つ以上でもよい。

図２（ａ）から図２（ｂ）に示すように、クラッド材１３を有する電気防食塗覆装鋼管１１を塗覆装鋼管２０に押し込むと、クラッド材１３により鋼管１２，１５同士の芯出しが行われる。

鋼管１２，１５同士の芯出しを行った後、鋼管１２，１５同士は、内面側から溶接、摩擦撹拌接合等により接合される。符号１９は溶接金属である。

鋼管１２，１５同士を接合した後、外管１４と電気防食塗覆装鋼管１１及び塗覆装鋼管２０との間は、モルタル、エアモル、水等の電解質である充填材で充填される。
以下に本実施形態の電気防食方法の作用、効果を説明する。

外管１４と電気防食塗覆装鋼管１１及び塗覆装鋼管２０との間を電解質である充填材で充填すれば、鋼管１２，１５がイオン化（腐食）するのに代わって、鋼管１２，１５よりイオン化傾向の大きい第２金属材１３ｂがイオン化する。これにより、第２金属材１３ｂから鋼管１２，１５に防食電流が流れるので、鋼管１２，１５を電気防食することができる。

外管１４が塗覆装や塗装等により電気絶縁性能を有する場合、外管１４の外側に電気防食設備を設置したとしても、外管１４の内側の鋼管１２，１５に防食電流を流入させることはできない。本実施形態の電気防食方法によれば、外管１４が電気絶縁性能を有する場合でも、クラッド材１３により鋼管１２，１５に防食電流を流入させることができる。

他方、外管１４が電気絶縁性能を有しない場合（言い換えれば外管１４が無防食の鋼管、鋳鉄管、コンクリート管等である場合）、外管１４の外側に設置した電気防食設備から外管１４の内側の鋼管１２，１５に防食電流を流すことができる。しかし、外管１４の内面が防食電流の大きさに応じて減肉するので、外管１４を保護管とした強度設計に基づく電気防食塗覆装鋼管１１及び塗覆装鋼管２０の強度不足の懸念が生じる。本実施形態の電気防食方法によれば、クラッド材１３により鋼管１２，１５に防食電流を流入させるので、この懸念を払拭できる。

また、パイプインパイプを施工する場合、電気防食塗覆装鋼管１１と塗覆装鋼管２０の流送性能を高めるために、電気防食塗覆装鋼管１１と塗覆装鋼管２０のサイズを外管１４のサイズに近づけることが多い。この場合、鋼管１２，１５の裸部１２ａ，１５ａを塗装したり、裸部１２ａ，１５ａを熱収縮チューブにより塗覆したりすることが困難になる。本実施形態の電気防食方法によれば、クラッド材１３により鋼管１２，１５の裸部１２ａ，１５ａに防食電流を流入させるので、鋼管１２，１５の裸部１２ａ，１５ａを塗覆できなくても、裸部１２ａ，１５ａの腐食リスクを低減できる。

電気防食塗覆装鋼管１１と塗覆装鋼管２０の鋼管１２，１５同士を内面側から接合するので、外管１４と電気防食塗覆装鋼管１１及び塗覆装鋼管２０との隙間が小さくても鋼管１２，１５同士を接合することができる。また、クラッド材１３の外周側の第２金属材１３ｂへの熱影響を少なくすることができる。

クラッド材１３を鋼管１２の端部に配置するので、クラッド材１３に芯出しの機能を持たせることができる。

クラッド材１３を鋼管１２に周方向に等配するので、鋼管１２を周方向に均等に電気防食することができる。
（第３実施形態）

図４は、本発明の第３の実施形態の電気防食金属構造物（電気防食海洋鋼構造物）を示す。電気防食海洋鋼構造物は、海洋鋼構造物２１と、クラッド材２３と、を備える。符号２２は海水である。

クラッド材２３は、第１金属材２３ａと第２金属材２３ｂを備える。海洋鋼構造物２１は、炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼等の鉄を主成分とする金属である。クラッド材２３の第１金属材２３ａは、炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼等の鉄を主成分とする金属である。クラッド材２３の第１金属材２３ａは、海洋鋼構造物２１に溶接される。クラッド材２３の第２金属材２３ｂは、海洋鋼構造物２１よりもイオン化し易いＭｇ、Ｍｇ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｚｎ、Ｚｎ合金等の金属である。

海洋鋼構造物２１を電解質である海水２２中に配置すれば、海洋鋼構造物２１がイオン化（腐食）するのに代わって、海洋鋼構造物２１よりイオン化傾向の大きいクラッド材２３の第２金属材２３ｂがイオン化する。これにより、クラッド材２３の第２金属材２３ｂから海洋鋼構造物２１に防食電流が流れるので、海洋鋼構造物２１を防食することができる。なお、これらは河川等に設置する鋼構造物においても同様である。

１，１１…電気防食塗覆装鋼管（電気防食金属構造物）
２，１２，１５…鋼管（金属構造物）
３，１３…クラッド材
３ａ，１３ａ…第１金属材
３ｂ，１３ｂ…第２金属材
１４…外管
２１…海洋鋼構造物（金属構造物）
２３…クラッド材
２３ａ…第１金属材
２３ｂ…第２金属材

Claims (9)

1. 金属構造物に接合可能な第１金属材と前記金属構造物に対して犠牲陽極となる第２金属材とを接合したクラッド材を前記金属構造物に接合し、前記金属構造物を電気防食する金属構造物の電気防食方法。
2. 前記クラッド材の前記第１金属材を前記金属構造物に溶接することを特徴とする請求項１に記載の金属構造物の電気防食方法。
3. 前記金属構造物が鉄を主成分とする金属であり、
   前記第１金属材が鉄を主成分とする金属であることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属構造物の電気防食方法。
4. 前記金属構造物が鋼管であり、
   前記クラッド材を前記鋼管の外面に接合することを特徴とする請求項１又は２に記載の金属構造物の電気防食方法。
5. 前記クラッド材を前記鋼管の端部に配置し、前記クラッド材により鋼管同士の芯出しを行うことを特徴とする請求項４に記載の金属構造物の電気防食方法。
6. 前記クラッド材が接合された前記鋼管を外管に挿入し、鋼管同士を接合し、前記外管と前記鋼管同士との間に電解質を充填することを特徴とする請求項４に記載の金属構造物の電気防食方法。
7. 前記鋼管同士を内面側から接合することを特徴とする請求項６に記載の金属構造物の電気防食方法。
8. 前記クラッド材を前記鋼管に周方向に等配することを特徴とする請求項４に記載の金属構造物の電気防食方法。
9. 金属構造物に接合可能な第１金属材と前記金属構造物に対して犠牲陽極となる第２金属材とを接合したクラッド材を前記金属構造物に接合した電気防食金属構造物。

Images