プラント配管の局所腐食対策：ケレン等級と補修塗装の塗替え仕様選定基準

プラント配管の局所腐食対策：ケレン等級と補修塗装の塗替え仕様選定基準

プラント配管の局所腐食対策：ケレン等級と補修塗装の塗替え仕様選定基準

プラント配管や大型プラント構造物において、全面的な足場架設と旧塗膜の全剥離（総ケレン）は、莫大なコストと稼働停止（シャットダウン）の時間を伴う。そのため、実現場では腐食発生箇所のみを対象とした「局所補修（パッチリペア）」が選択されるケースが多い。

しかし、局所補修は「新旧塗膜の境界部からのリフティング（縮れ・剥離）」や「残留塩分・サビに起因するフクレ（ブリスター）」といった不具合を誘発しやすい。これらを防ぎ、長期防食性能を担保するためには、JIS/ISO規格に準拠した正確な素地調整等級の選定と、新旧塗膜の化学的・物理的適合性の見極めが不可欠である。

1. 基礎知識・原理：局所腐食のメカニズムと素地調整の冶金学的意味

1.1 プラント配管における腐食形態と環境要因

プラント配管（特に化学プラントや臨海部発電所）で発生する局所腐食の多くは、以下の要因に起因する。

CUI（Corrosion Under Insulation：保温材下腐食）: 保温材の隙間から雨水や結露水が浸入し、炭素鋼配管の外面に発生するフレーク状のサビ。
塩害: 海塩粒子が塗膜表面に付着し、吸湿・乾燥を繰り返すことで塗膜下の電解質濃度が上昇。
異種金属接触腐食: フランジ接続部や支持金物（ステンレスと炭素鋼の接触）におけるガルバニック腐食。

1.2 ブラスト処理（素地調整）がもたらす防食の物理的メカニズム

素地調整の目的は、単に「サビや旧塗膜を落とすこと」ではない。以下の3つの物理的・化学的条件を整えることが、塗膜の密着性（アドヒジョン）を決定づける。

1. 清浄性の確保: 鋼材表面のサビ、ミルスケール、油脂分、水分、および塩分（塩化物イオン：$\text{Cl}^-$）の完全除去。塩分残留量が $50\,\text{mg/m}^2$ を超えると、塗装後の密着不良や osmotic blistering（浸透圧フクレ）が急速に進行する。
2. アンカーパターン（表面粗さ）の形成: 研削材を高速衝突させることで、鋼材表面に微細な凹凸（アンカー効果）を形成する。これにより、塗膜と母材の接触面積が拡大し、機械的結合力が飛躍的に向上する。
3. 加工硬化層の除去: ブラストによる適度な塑性変形は、表面層のエネルギー状態を均一化する。

2. JIS / ISO規格・数値データ：ケレン等級と表面特性の評価基準

素地調整の等級は、JIS Z 0381（鋼材の素地調整における表面処理等級）および ISO 8501-1 / ISO 8503 に厳密に規定されている。現場施工における仕様選定の基準を以下に整理する。

2.1 錆・旧塗膜・ミルスケールの除去等級（JIS Z 0381 / ISO 8501-1）

等級名称（JIS）	ISO 8501-1 等級	適用基準・外観の定義	推奨されるプラント局所補修の適用判断
第1種ケレン	Sa 3	目視で確認できる鋼材表面のミルスケール、サビ、旧塗膜、異物が完全に除去され、金属光沢を呈する。	特殊な超重防食環境（常時化学薬品飛散エリア）以外ではコスト面から非推奨。
第2種ケレン	Sa 2.5	ミルスケール、サビ、旧塗膜がほぼ完全に除去されていること。肉眼で観察して、わずかに点状または条状の影や斑点が残る程度。	プラント配管・設備の重防食補修の標準仕様。厚膜形エポキシ塗料などの下地として必須。
第2種ケレン(手工具)	St 3	動力工具（ニードルガン、ディスクサンダー等）を使用し、浮きサビ、浮き旧塗膜を入念に除去。第2種(Sa2.5)に準ずるが金属光沢は出ない。	ブラスト施工が不可能な狭隘部・火気厳禁エリアでの代替処置。
第3種ケレン	Sa 2	緩いミルスケール、サビ、旧塗膜が除去されていること。	弱度の腐食環境、または軽防食仕様の補修に限定。
第4種ケレン	St 2	手工具（スクレーパー、ワイヤーブラシ）による緩いサビ・旧塗膜の除去。	応急処置レベル。長期防食性能は期待できない。

2.2 表面粗さ（アンカーパターン）の数値規定（ISO 8503-1 / JIS Z 0383）

ブラスト処理によって形成される表面粗さ（$Rz$ または $Ry$）は、使用する塗膜の「膜厚」に比例して大きくする必要がある。

薄膜系塗料（総膜厚 $100\,\mu\text{m}$ 未満）: $Rz = 30 \sim 50\,\mu\text{m}$
中厚膜系塗料（エポキシ等 $100 \sim 300\,\mu\text{m}$）: $Rz = 50 \sim 75\,\mu\text{m}$
厚膜系塗料・ガラスフレークエポキシ（$300\,\mu\text{m}$ 超）: $Rz = 75 \sim 100\,\mu\text{m}$
*注意:* 粗さが小さすぎると密着不良（剥離）の原因になり、大きすぎると「山」の頂点部分に塗膜が薄く乗る（ピンホールや早期発錆）原因となる。

2.3 表面清浄度の管理基準（塩分・ダスト）

重防食塗装における隠れた不良原因のナンバーワンは「可溶性塩類の残留」である。

塩化物イオン濃度（表面塩分量）: 国際規格（ISO 8502-6 / -9 抽出法）において、$30\,\text{mg/m}^2$ 以下（重防食・プラント環境ではより厳しく $20\,\text{mg/m}^2$ 以下）を目標とする。
ダスト等級（ISO 8502-3）: ブラスト後の表面に残る粉塵の量は、等級 2 以下（粒子サイズ Class 2 以下、密度 Quantity 2 以下）に抑える。これを超えると、塗膜と素地の間に粉塵層（デラミネーション層）が形成され、塗膜ごと剥離する。

3. 現場での実践・トラブル対策：部分補修における塗替え仕様の選定基準

全剥離が困難な現場（プラント稼働中のオフサイト配管、高所配管、複雑なサポート部）では、「旧塗膜の健全性の見極め」と「新旧境界部の処理」が成否を分ける。

3.1 旧塗膜と新塗料の適合性マトリクス（ケミカルマッチング）

補修塗装において、既存の塗膜の種類を特定せずに上塗りを行うと、リフティング（旧塗膜が新塗料の溶剤に侵されて縮れ・浮き上がる現象）が発生する。

既存塗膜 \ 新規塗料	ターペン可溶型アルキド	一般エポキシ樹脂	厚膜エポキシ / ガラスフレーク	ポリウレタン樹脂
フッ素樹脂塗膜	❌（密着不良）	⚠️（要ケレン・プライマー）	⚠️（要ケレン・プライマー）	⚠️（要ケレン・プライマー）
シリコン樹脂塗膜	❌（密着不良）	❌（密着不良）	❌（密着不良）	❌（密着不良）
エポキシ樹脂塗膜	◯	◯	◯	◯
塩化ゴム / ビニル	⚠️（溶剤アタック注意）	❌（リフティング発生）	❌（リフティング発生）	❌（リフティング発生）
アルキド樹脂塗膜	◯	❌（リフティング発生）	❌（リフティング発生）	❌（リフティング発生）

*凡例: ◯＝直接施工可, ⚠️＝専用タイトプライマー（バインダー）が必要または要密着テスト, ❌＝施工不可（全面剥離または特殊シーラー必須）*

3.2 局所補修（パッチリペア）の施工ステップと現場ノウハウ

# Step 1: 劣化部の切除と段差処理（フェザリング）

1. 腐食部、およびフクレ・ワレが発生している旧塗膜を、スクレーパーやディスクサンダーで完全に除去する。
2. フェザリング（羽状加工）: 健全な旧塗膜と素地の露出部の境界を、サンドペーパー等でなだらかな傾斜（角度 $1/10$〜$1/20$ 程度）にする。直角の段差を残すと、そのエッジ部分から塗膜が薄くなり、最初に破断・剥離が起きる。

# Step 2: 周辺旧塗膜の目荒らし（サンディング）

1. 健全に残す旧塗膜の表面を、#120〜#180のサンドペーパーやスコッチブライトで入念に目荒らし（ケミカルアンカーの代わりとなる物理的足場作り）を行う。
2. ツルツルした表面にそのまま塗料を重ねると、界面剥離の致命傷となる。

# Step 3: 素地調整（ブラストまたは動力工具）

1. 露出した素地部分は、原則として第2種ケレン（Sa 2.5）を目指す。
2. 配管周りでブラスト（開放式）が不可能な場合は、閉回路式循環型ブラストまたはニードルガン＋ディスクサンダー（St 3相当）を駆使する。ただし、動力工具ではアンカーパターンが不十分になるため、エポキシ系でも「表面浸透型のサビ止めプライマー」を選定する必要がある。

# Step 4: 脱脂・除塵と環境条件の確認

1. 脱脂剤（シンナー等）による油分・汚れの拭き取りを行う（※シンナーが揮発する前にウエスで拭き取る）。
2. 環境条件の厳守:

気象条件: 気温 $5^\circ\text{C}$ 以上、相対湿度 $85\%\text{以下}$。
露点温度: 鋼材表面温度が、周囲の露点温度より $3^\circ\text{C}$ 以上高いことを確認する（結露している鋼材への塗装は、100%密着不良を引き起こす）。

4. 補修仕様の具体例（プラント配管標準スペック）

過酷なプラント環境（CUI対策・臨海部）において実証されている代表的な「局所補修塗装仕様」の組み合わせを以下に示す。

【仕様A】重防食・高耐久エポキシ系システム（ブラスト施工可能箇所）

素地調整: ISO 8501-1 Sa 2.5（第2種ケレン）、表面粗さ $Rz = 50 \sim 75\,\mu\text{m}$
1層目（下塗）: 厚膜型エポキシ樹脂塗料（錆止め）膜厚 $100\,\mu\text{m}$（エアレススプレーまたはハケ塗り）
2層目（中塗）: 厚膜型エポキシ樹脂塗料膜厚 $100\,\mu\text{m}$
3層目（上塗）: 耐候性・耐薬品性 2液ポリウレタン樹脂塗料またはシリコン樹脂塗料膜厚 $50\,\mu\text{m}$
総膜厚: $250\,\mu\text{m}$ 以上

【仕様B】動力工具ケレン仕様（火気・ブラスト不可の狭隘部）

素地調整: ISO 8501-1 St 3（電動工具によるサビ・黒皮完全除去、旧塗膜端部フェザリング）
1層目（下塗）: 変性エポキシ樹脂プライマー（サビ面浸透型・湿気硬化型など） 膜厚 $40\,\mu\text{m}$
*技術的ポイント:* 動力工具では落としきれない微量のサビや旧塗膜に浸透し、基材を固化させる性能を持つプライマーを選定する。
2層目（中塗）: エポキシ樹脂塗料膜厚 $100\,\mu\text{m}$
3層目（上塗）: ポリウレタン樹脂塗料膜厚 $50\,\mu\text{m}$
総膜厚: $190\,\mu\text{m}$ 以上

5. 品質検査と施工管理データ

補修塗装の施工後、品質を担保するために以下の検査を実施し、記録を残すことがプラントの保全データとして極めて重要である。

1. 素地調整検査:

目視によるビジュアルスタンダード（ISO 8501-1）の合致確認。
表面粗さ測定（テスターまたは表面粗さ計による $Rz$ 測定）。
塩分濃度測定（必要に応じてテストパッチ法による残留塩分検査）。

2. 塗装作業中の環境記録:

施工時の「気温」「相対湿度」「鋼材表面温度」「露点温度」の測定記録（作業日誌への記載）。

3. 膜厚検査（SSPC-PA2 / JIS K 5600-1-7に準拠）:

電磁式膜厚計を使用し、規定の総膜厚に達していることを確認。局所補修部および新旧境界部においても、指定膜厚の $90\%$ 以上を確保すること。

4. ピンホール検査（ホリバー試験 / 探傷器）:

特に耐食性が求められるプラント配管の液送部や腐食環境では、高電圧ピンホール探傷器を使用し、塗膜の欠陥（ピンホール・抜け）がないかを全数または抜取検査する。