埋設管保安高度化技術第1章ガス管の腐食

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れれとくやす
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1 経済産業省委託事業埋設管保安高度化技術保安専門技術者研修テキスト高圧ガス保安協会

2 はじめに埋設管の保安対策については平成 10 年に通商産業省の高圧ガス及び火薬類保安審議会液化石油ガス部会保安高度化分科会において今後の埋設管事故防止対策がまとめられ埋設管維持管理マニュアル : 販売事業者編を作成いたしました平成 11 年度このマニュアルにのっとり耐腐食性の高い管への変換と漏えい検知装置等安全機器の設置促進を図るため埋設管保安専門技術者を育成しこの保安専門技術者による講習会を全国で開き自主的に点検調査をするようLPガス販売事業者等に保安啓発を行ってきました点検調査の進捗にともない次の事柄が明らかとなってきました 1 腐食対策に関する技術や知識が不足している 2 電気的絶縁継手がないものまた白ガス管など耐腐食性の低い埋設管が存在している 3 腐食が著しく進行している埋設管が存在している 4 腐食が進行している埋設管等の対策が十分でないそのため本マニュアルでは腐食対策の知識点検調査の技術改善の方法のポイントを追加する改訂を行いました平成 12 年 12 月の高圧ガス及び火薬類保安審議会液化石油ガス部会における答申において可及的速やかに B 級事故を撲滅するとともに一般消費者等が安心して LP ガスを利用できるシステム構築を内容とする LPガス保安高度化プログラムが示されその実現のための各種の対策が現在進められておりますそのため埋設管保安高度化専門技術者は販売事業者に埋設管の工事方法点検方法管理方法等埋設管事故防止技術をまとめた埋設管維持管理マニュアル改訂版を徹底するための講習会の実施や個別コンサルティングでの腐食調査方法の実技などの高度化指導を行い埋設管の保安高度化を図ることを目的としています本テキストは上記の主旨に基づき埋設管保安高度化技術について中央で行う保安専門技術者研修用として作成したものです

3 目次第 1 章ガス管の腐食 1 1. 腐食の分類 1 2. 自然腐食マクロセル腐食 2 (1) コンクリート / 土壌系マクロセル腐食 3 (2) 通気差マクロセル腐食 4 (3) 異種金属マクロセル腐食ミクロセル腐食 6 (1) バクテリア腐食 6 (2) 酸性土壌腐食 7 (3) 一般土壌腐食 7 3. 電食滴れ電流による電食 8 (1) 帰流型 8 (2) 押出し型干渉による電食埋設ガス管の腐食の起こりやすい場所 11 5.LPガス埋設管の腐食 12 第 2 章腐食の基礎腐食の電気化学的性質アノードで起こる反応カソードで起こる反応カソード反応の速さ水 ( 土壌 ) の中の腐食溶存酸素の作用接触腐食イオン化傾向 -ガルバニ系列標準電極電位基準電極 26

4 11. 参照電極セメンティションガルバニ効果の大きさ分極面積効果金属イオンの濃度差の効果溶存酸素の濃度差の効果カソード防食不動態と表面皮膜アノード防食防食皮膜乾食腐食現象における自由エネルギーの変化ネルンストの式の一般的な形 pH- 電位図混成電位金属の腐食事例 44 (1) 応力腐食割れ 44 (2) 脱成分腐食 46 (3) エロージョンコロージョン金属の腐食量と電流の関係 48 (1) ファラデーの法則 48 (2) 腐食速度の電気化学的表示方法 50 第 3 章防食方法の対策防食の概念防食の基本的考え方防食法の分類各種防食方法 52 (1) 塗覆装による防食方法 52 (2) 電気防食方法 52 (3) 絶縁による防食方法 59 (4) メッキによる防食方法 61

5 第 4 章腐食の測定調査一般の腐食測定方法管対地電位の測定 (P/S) 土壌比抵抗の測定酸化還元電位の測定 phの測定地表面電位勾配 (S/S) 針電極法による欠陥調査電食調査埋設管腐食測定器 69 第 5 章埋設管の腐食対策 77 1.LPガスにおける埋設管とは埋設鋼管の腐食対策 79 (1) 被覆鋼管 79 (2) 絶縁触手 83 (3) 電気防食 86 (4) ガス用ポリエチレン管 94 (5) ガス配管用ステンレス製フレキシブル管調査点検施工方法 98 第 6 章埋設管の損傷対策損傷の基礎 101 (1) 不等沈下 101 (2) 土圧及び車輪荷重埋設管の損傷対策材料 108 (1) 不等沈下対策 108 (2) 埋設管の埋設探さ及び他工事対策調査点検施工方法 115 第 7 章埋設管の維持管理現状把握と対策消費者等への周知 118

6 3. 漏えい検知装置流量検知式漏えい検知装置 125 (1) 流量検知式切替型漏えい検知装置 125 (2) 流量検知式圧力監視型漏えい検知装置圧力検知式漏えい検知装置常時圧力検知式漏えい検知装置 131 追加資料 1. 埋設管事故防止対策の経緯 133 ( 参考 ) 例示基準第 28 節土壌中に拡散したLPガスの除去方法 ( 例 ) 腐食診断測定値の目安 LPガス埋設管の腐食診断測定結果 155

7 第 1 章ガス管の腐食 1. 腐食の分類ガス管の腐食は金属表面と接する外界 ( 環境 ) に関連する現象であるので環境によって腐食を分類すると図 1.1 のようになる図 1.1 環境による腐食の分類 -1-

8 2. 自然腐食土中の埋設配管の腐食は土中の水分を媒介として生ずる電気化学反応が主な原因である鉄の表面の金属結晶単位の微細な部分に発生する電位差による電池作用 ( ミクロセル ) や埋設配管の埋設環境の差異や材質の違いから発生する電池作用 ( マクロセル ) 等で陽極部から陰極部に向って土中の水分等をつたわり電流が流出するこの際鉄の表面から鉄がイオン化して土中に溶け出す現象が発生する表 1.1 マクロセル腐食とミクロセル腐食の違いマクロセル腐食ミクロセル腐食電池形態マクロ電池 ( 巨大電池 ) ミクロ電池 ( 微小電池 ) 局部的な激しい腐食全体的な腐食 ( 白管 ) 腐食急激な進行徐々に進行プラスチック被覆綱管でキズ等プラスチック被覆鋼管ではほとがあればそこに腐食が集中するんど起こらないコンクリート/ 土壌酸性土壌原因異種金属一般土壌通気差バクテリア大気中の腐食 2.1 マクロセル腐食マクロセル腐食とは腐食する部分と腐食しない部分とが位置的にはっきり分かれて見ることのできる腐食で腐食する部分から腐食しない部分へ電解質 ( 土壌など ) を通って電流が流れる大きな電池を形成している状態なので macro + cell の意味からこのように呼ん ( 大きな ) ( 電池 ) でいるマクロセル腐食には次の様な種類があるコンクリート / 土壌系マクロセル腐食通気差マクロセル腐食異種金属マクロセル腐食 -2-

9 (1) コンクリート / 土壌系マクロセル腐食参考第 2 章コンクリートの中は強いアルカリ性のためコンクリート中の鉄は土中の鉄に比べて高い電位 (-250mV) を示すしたがってコンクリート中の鉄筋と埋設管が接触すると土中の埋設管 (-550mV~-750mV) とコンクリート中の鉄筋の間で電位差 (300~500mV) が生じ土中の埋設管が腐食するこれがコンクリート / 土壌系マクロセル腐食でC/S 系マクロセル腐食とも呼ばれている図 1.2 コンクリートと土壌によるマクロセル腐食 -3-

10 (2) 通気差マクロセル腐食参考第 2 章埋設管が粘土と砂とにまたがって配管されている場合や舗装道と砂利道にまたがって配管されている場合などは土中に通気性の差による酸素濃度の差が生じるこの場合通気性が悪く酸素濃度の低い方が電位が下り酸素濃度の高いところとの間に電位差が生じ通気性の悪い方が腐食を起こすこの様な腐食現象を通気差マクロセル腐食と言っている ( 図 1.3) 図 1.3 通気差 ( 酸素濃度差 ) によるマクロセル腐食 -4-

11 (3) 異種金属マクロセル腐食参考第 2 章自然電位の異なる2 種類の金属たとえば図 1.4のように鉄と銅を電解液の中に入れた場合銅にくらべて鉄の方の電位が300mV 低いので電解液中では鉄がイオンとなって溶け出すと同時に鉄から銅の方に向って電流が流れるさらに電解液外では電線を伝って銅から鉄に向って電流が流れるこのようにして銅と鉄の間に電池が形成され鉄はイオンとなって溶液中に溶け出していく現象を異種金属マクロセル腐食と言っている土中の鋼管ラインに銅合金のバルブを設けるとその接続部付近の鋼管が腐食を起すのは異種金属マクロセル腐食である ( 図 1.5) 図 1.4 異種金属による腐食図 1.5 異種金属によるマクロセル腐食 -5-

12 2.2 ミクロセル腐食ミクロセル腐食は白ガス管などで起る腐食で全面が徐々に錆びていく腐食であるミクロセルという言葉は電流の流れ出るところと入るところが区別できないような微小な電池を形成するため micro + cell の意味からきたものである ( 図 1.6) ( 小さな ) ( 電池 ) 図 1.6 ミクロセル腐食のイメージミクロセル腐食には次の様な種類があるバクテリア腐食酸性土壌腐食一般土壌腐食 (1) バクテリア腐食細菌は土壌中における鋼材の腐食にかなり大きな影響を与えとくに嫌気性硫酸塩還元細菌の繁殖する環境では腐食性が大であることはよく知られているが定量的に腐食度と細菌数の関係などについて発表されたものはないようである硫酸塩還元細菌による土壌の腐食性を知るには土壌の酸化還元電位を計測する方法が行われている酸化還元電位が 100mV 以下のときは細菌腐食は激しく 100~200mV のときは中程度の腐食牲を示す 400mV 以上では細菌腐食はほとんど起こらない細菌活動は管の表面の硫酸塩還元能力と腐食反応における水素消費能力である具体的にはCaSO4を還元してH2Sまたは硫化物を生ずるかつ腐食電池で流れる電流を限定する絶縁性分極水素被膜をこわす作用をするこの二つの理由で管路のFeは急速に侵食される -6-

13 (2) 酸性土壌腐食参考第 2 章 25 酸性の強い土壌 (ph4 以下 ) は金属に激しい腐食を引き起こすこのような酸性土壌は一般に少なく多くの土壌はpH5.0~8.0の範囲にあるしたがって土壌腐食はpHよりも他の腐食因子に支配されやすい植物類の ( 分解腐葉土 ) によって生ずるフミン酸のような有機酸を含む土壌ではpHが中性に近くても酸性度が高いので比較的腐食性が大きいこのような土壌ではpHよりも酸度 ( 酸性物質の含有量を表す値 ) が腐食性を表す指標となる表 1.2 ph と腐食性 ph 腐食牲 < 4 非常に腐食性 4~10 普通 (ph 値に依存せず ) >10 非腐食性 (3) 一般土壌腐食参考第 2 章土壌は本質的には自然水に似ているすなわち一般には中性であって水分の多少が腐食反応の因子となり酸素がおもなカソード反応物質であるがしかし腐食反応の速度を考えるとき土壌は水に比べ種々の複雑な因子を含んでいる平均腐食度は一般にはあまり大きなものではない米国の National Bureau of Standards (NBS) は試験材を用いて多数の土壌中で長期埋設試験を行なっているが例えば 3 インチの鋼の短管を米国内の 44 種の土壌中で 12 年間試験した結果に基づいて計算してみると平均腐食度は全土壌の平均で0.02mm/y 最小 mm/yとなっているこの試験の結果土壌の有孔度湿分排水性などが平均腐食度に影響している 3. 電食電食は電気鉄道や防食設備 ( 外部電源装置排流器 ) のような人為的電気設備からの直流電流に起因して発生する腐食である電食はこのような人為的直流源から土壌中に流出した直流電流の一部が埋設ガス管の表面から流入し流入した電流が再び土壌中に流出する部分で陽極反応を促進して激しい腐食をもたらす電食には直流電気鉄道のレールからの漏れ電流による電食と電気防食設備の防食電流に起因する干渉による電食との2つのタイプがある -7-

14 3.1 漏れ電流による電食現在の電気鉄道は架空単線式を採用しレールを電車電流の帰線として使用しているレールは大地に対してある程度の接地抵抗を持ってはいるが絶縁されていないのでレールを流れる電流の一部は漏れ電流として地中に流出するこのとき付近に埋設金属が存在すると漏れ電流は埋設金属体に流入し流入した電流が再び土壌中に流出する部分で非常に激しい腐食をもたらす漏れ電流による電食は埋設ガス管に流入した漏れ電流の流出しかたにより帰流型と押出し型の2 種類に分類できる (1) 帰流型埋設ガス管に流入した漏れ電流が図 1.7 に示すように電鉄の変電所付近で流出してレールに帰流し電流が流出する部分のガス導管表面に腐食が発生することを帰流型電食といい非常に激しい腐食を引き起こすことが多い図 1.7 帰流型電食 -8-

15 (2) 押出し型線路と交差あるいは接近する埋設ガス管に漏れ電流が流入しこれが線路から離れた場所で流出して腐食が発生することを押出し型電食という図 1.8 押出し型電食 -9-

16 3.2 干渉による電食埋設金属に外部電源装置選択排流器または強制排流器による電気防食を実施したときこれに近接する他の埋設金属体に防食電流の一部が流入し流出部において腐食を引き起こすことがあるこれを干渉による電食という図 1.9 干渉による電食また電気防食を実施している埋設管が絶縁継手を介して非防食埋設管と接続している場合に同様な干渉による電食が非防食埋設管側に生ずることがあるこれを特にジャンピング腐食と呼ぶ図 1.10において防食側と非防食側の電位差が大きいと防食電流の一部が非防食側の管路に分流し絶縁継手近傍から土壌を通じて防食側管路へ帰流するため流出点で腐食が引き起こされる図 1.10 ジャンピング腐食 -10-

17 ４埋設ガス管の腐食の起こりやすい場所埋設されるガス管は様々な環境に設置されているためその腐食形態は一様ではなく置かれる環境場所等に左右される埋設ガス管の腐食の起こりやすい場所と原因の概念を図1.11に示す図1 11 埋設ガス管の腐食の起こりやすい場所と原因の概念図 11

18 5.LPガス埋設管の腐食 LPガスの腐食によるガス漏れと埋設年数の関係は図 1.12のように早いものでは1 年以内に 8 年をピークに20 年ぐらいまで発生がみられた LPガス設備の場合圧倒的にC/Sマクロセルによる腐食が多かった汚水溝の漏水箇所などに通気差マクロセル腐食が発生したとの報告も多く聞くがこのような箇所も詳細な測定調査の結果 C/Sマクロセルが腐食の主原因であることが多かった LPガス埋設管の腐食は埋設されている配管の長さが比較的短く問題となる腐食は大部分がC/Sマクロセルと考えられるただし C/Sマクロセル腐食が単独で発生するわけではなく通気差マクロセルの環境があれば C/Ss 合わせ通気差によるマクロセル腐食も同時に発生する実際はいろいろな腐食が埋設管上で発生することになるが腐食の大きさから C/Sマクロセルが主体となった腐食になっている図 1.12 腐食によるガス漏れと埋設年数 -12-

19 LPガス埋設管の腐食環境の測定結果を表 1.3と表 1.4に示す防食措置のない白ガス管 15 件のうち11 件が建物の鉄筋等と接触していた防食テープ巻白ガス管及びプラスチック被覆鋼管 ( 被覆鋼管 ) を使用していた10 件中 9 件が建物と接触し危険性があるものが多い建屋なら約 1m 離れた箇所で埋設管を切断し接地抵抗 ( 通電変化幅 ) を測定したところボンベ側の埋設管設置抵抗が大きくなり C/Sマクロセル腐食の回路が切断されたことが判るしかし大型建築物が多く建屋に入る埋設管が幾つもあり一カ所の切断では改善が見られないものもある腐食要因の調査に管対地電位が簡便でよく利用されているがこの調査の管対地電位と最大腐食深さと比較した結果を図 1.13に示すが管対地電位と腐食の危険性とはあまり相関が見られず管対地電位だけで腐食判断を行うのは好ましくない実際の埋設環境ではいろいろな影響を受けた管対地電位となるためと考えられる図 1.13 管対地電位と最大腐食速度 -13-

20 表 1.3 LP ガスの白ガス管 ( 防食なし ) の測定結果埋設配管建屋側管内通電変化幅 mv/ma 管対地電位電流建屋最大腐食最大腐食施設名称種別管径塗装経過年数 * l 管切断前管切断後深さ速度接触実測値実測値 yr -mv ma 建屋側建屋側ボンベ庫側 1 社宅 K 鉄筋 32A 白管 ~ 有社宅 A 鉄筋 50A 白管 ~ 有公務員住宅 P 鉄筋 40A 白管 ~ 有マンション Y 鉄筋 50A 白管 ~ 有ビル T 鉄骨 25A 白管 ~ 有社宅 T 鉄筋 50A 白管 ~ 無ホテル H 鉄筋 32A 白管 ~ 有ビル S 鉄筋 32A 白管 ~ 有公務員住宅 T 鉄筋 15A 白管 ~ 無学校 S 鉄筋 15A 白管 ~ 無社宅 O 鉄筋 20A 白管 ~ 有住宅 M 木造 20A 白管 ~ 有住宅 Y 木造 20A 白管 ~ 無学校 K 鉄筋 80A 白管 ~ 有マンション K 鉄筋 50A 白管 ~ 有 *l 電気の方向 +; ボンベ気管へ -; 建屋側へ表 1.4 防食テープ巻き白ガス管及び被覆鋼管の測定結果埋設配管建屋側管内通電変化幅 mv/ma 管対地電位電流建屋最大腐食最大腐食施設名称種別管径塗装経過年数 * l 管切断前管切断後深さ速度接触実測値実測値 yr -mv ma 建屋側建屋側ボンベ庫側 14 マンション G 鉄筋 50A 被覆管 ~ 有マンション S 鉄筋 32A テープ ~ 無学校 T 鉄筋 25A テープ ~ 有マンション D 鉄筋 50A テープ ~ 有公務員住宅 F 鉄筋 20A 被覆管 ~ 有マンション N 鉄筋 80A テープ ~ 有社宅 N 鉄骨 50A テープ ~ 有公務員住宅 K 鉄筋 40A 被覆管 ~ 有マンション NT 鉄筋 50A テープ 8 182~ 有マンション C 鉄筋 40A テープ ~ 有 *l 電気の方向 +; ボンベ気管へ -; 建屋側へ -14-

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Microsoft PowerPoint プレゼン資料（基礎）Rev.1.ppt [互換モード] プレゼン資料腐食と電気防食本資料は当社独自の技術情報を含みますが公開できる範囲としていますより詳細な内容をご希望される場合はお問い合わせよりご連絡願います腐食とは何か? 金属材料は金や白金などの一部の貴金属を除き, 自然界にそのままの状態で存在するものではありません多くは酸化物や硫化物の形で存在する鉱石から製造して得られるものです鉄の場合は鉄鉱石を原料として精錬することにより製造されます

埋設管保安高度化技術 第1章 ガス管の腐食

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