(57)【要約】【課題】電気回路及び計測装置等を必要とすることなく、腐食、き裂、エロージョン・コロージョン等による監視対象機器の実際の損傷状態を直接的に監視することができ、監視対象機器の安全性を確保することのできる損傷監視センサー及び損傷監視方法を提供する。【解決手段】損傷監視センサー３は、内部が試薬収容部４ｂとされた胴体４と、試薬収容部４ｂ内に収容され、流体又は流体に含まれる物質と反応して変色、発光の少なくとも一方を呈する試薬５と、胴体４の頂部に設けられた監視窓７と、胴体４の底部に形成された開口部４ｃと、開口部４ｃに設けられ、流体の浸入を許容するとともに試薬５を保護する保護膜６とを具備し、監視対象機器の壁部に設けられた挿入穴内に、保護膜６が挿入穴内の底部と対向するように挿入、固定される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
監視対象機器の、流体が収容又は流通される内部と外部とを仕切る壁部の内側の損傷状態を監視するための損傷監視センサーであって、
筒状に形成され、内部が試薬を収容するための試薬収容部とされた胴体と、
前記試薬収容部内に収容され、前記流体又は流体に含まれる物質と反応して変色、発光の少なくとも一方を呈する試薬と、
前記胴体の頂部に設けられ、前記試薬収容部内の前記試薬の状態を監視するための監視窓と、
前記胴体の底部に形成され前記試薬収容部内に前記流体の浸入を許容する開口部と、
前記開口部に設けられ、流体の浸入を許容するとともに前記試薬を保護する保護膜と
を具備し、
前記壁部に外側から設けられた挿入穴内に、前記保護膜が前記挿入穴内の底部と対向するように挿入、固定され、前記壁部の内側が損傷して前記流体が前記試薬収容部内に浸入した際に、前記試薬の変色、発光の少なくとも一方によって当該壁部の内側の損傷を検知可能としたことを特徴とする損傷監視センサー。
【請求項２】
請求項１記載の損傷監視センサーであって、
前記流体が、少なくとも水蒸気又は水を含み、
前記試薬が、水分を吸収する物質として、塩化カルシウム又は塩化リチウムの固体又は粉末を含むことを特徴とする損傷監視センサー。
【請求項３】
請求項１記載の損傷監視センサーであって、
前記流体が、少なくとも水蒸気又は水を含み、
前記試薬が、水分を吸収して変色する物質として、塩化コバルトの固体又は粉末を含むことを特徴とする損傷監視センサー。
【請求項４】
請求項１記載の損傷監視センサーであって、
前記流体が、少なくとも水蒸気又は水を含み、
前記試薬が、水分を吸収して発光する物質として、水酸化ナトリウムと、ルミノールと、酸化剤と、鉄錯体を有する触媒との固体又は粉末を含むことを特徴とする損傷監視センサー。
【請求項５】
請求項４記載の損傷監視センサーであって、
前記酸化剤が、過マンガン酸カリウム、ニクロム酸カリウムの少なくともいずれかであることを特徴とする損傷監視センサー。
【請求項６】
請求項４又は５記載の損傷監視センサーであって、
前記鉄錯体を有する触媒が、ヘモグロビン、ヘミンの少なくともいずれかであることを特徴とする損傷監視センサー。
【請求項７】
請求項１〜６いずれか１項記載の損傷監視センサーであって、
前記保護膜が、通気性を有するカーボン繊維又は多孔質のセラミックス膜によって構成されていることを特徴とする損傷監視センサー。
【請求項８】
請求項１〜７いずれか１項記載の損傷監視センサーであって、
前記胴体は耐食性及び耐熱性を有する金属材料から構成され、前記挿入穴に、ねじ又は溶接によって固定されることを特徴とする損傷監視センサー。
【請求項９】
請求項１〜８いずれか１項記載の損傷監視センサーであって、
前記監視窓が、耐圧性、耐熱性、耐食性を有するガラス又は石英ガラスによって構成されていることを特徴とする損傷監視センサー。
【請求項１０】
請求項１〜９いずれか１項記載の損傷監視センサーを配管に設け、当該配管の損傷状態を監視することを特徴とする損傷監視方法。
【請求項１１】
請求項１〜９いずれか１項記載の損傷監視センサーをタービンケーシングに設け、当該タービンケーシングの損傷状態を監視することを特徴とする損傷監視方法。
【請求項１２】
請求項１〜９いずれか１項記載の損傷監視センサーを熱交換器の胴体に設け、当該熱交換器の胴体の損傷状態を監視することを特徴とする損傷監視方法。
【請求項１３】
請求項１〜９いずれか１項記載の損傷監視センサーを圧力容器に設け、当該圧力容器の損傷状態を監視することを特徴とする損傷監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、監視対象機器の腐食、き裂、エロージョン・コロージョン等による損傷状態を監視するための損傷監視センサー及び損傷監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内部に収容又は流通される流体の作用により、腐食、き裂、エロージョン・コロージョン等が発生する可能性を有する機器、例えば、内部に水蒸気又は水等を流通させる配管等においては、腐食、き裂、エロージョン・コロージョン等によって配管の内側にどの程度の損傷が発生しているか、例えば、配管管壁の減肉がどの程度発生しているかを監視することが望ましい。
【０００３】
このような損傷監視方法の１つとして、ボイラの火炉内に試料を設け、この試料に電流を流して試料両端の電圧を測定し、その電気抵抗の変化から腐食の発生、腐食量、腐食速度を検知する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、他の損傷監視方法として、高温構造物の表面に、超音波センサーのセンサーヘッド先端面を、軟質緩衝金属板を介して当接配置した後、センサーヘッドを高温構造物の表面へ向けて押し付けることにより、軟質緩衝金属板を塑性変形させ密着させた状態として、超音波センサーを取付け、超音波のエコーを監視することによって減肉、亀裂の発生等を監視する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、他の損傷監視方法として、セラミックス焼結体の内部又は表面に導電回路を設け、該導電回路の抵抗値変化に基づいて焼結体の寿命を予測する方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
また、他の損傷監視方法として、少なくともその一部が金属材料で構成される移動体の１以上の部位に、成分および／または組成が異なる２種以上の金属電極を設け、腐食環境において電極が電気的に短絡することによる電極間の電流または電位差を連続的に又は断続的に計測する方法が知られている（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平６−１４７４０４号公報
【特許文献２】特開平１１−３０４７７７号公報
【特許文献３】特開平６−１０２２２３号公報
【特許文献４】特開２００５−１３４１６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来の方法のうち、ボイラの火炉内に試料を設け、この試料の電気抵抗の変化から腐食の発生、腐食量、腐食速度を検知する方法では、試料の電気抵抗の変化から、間接的にボイラ配管の腐食量を評価しているため、実配管の腐食減肉量等は分からないという問題がある。また、試料の電気抵抗を計測するため、電気回路および計測装置が必要となる。
【０００８】
また、上述した超音波センサーを用いて超音波のエコーを監視する方法では、超音波探傷に不可欠の接触媒質として軟質緩衝金属板を採用し、長期間高温で使用しようとしている。しかし、超音波透過性の良い媒質は水やゼリーのような物質であり、軟質緩衝金属板を採用することによって超音波探傷の検出感度がかなり低下することが予想される。また、超音波のエコーを監視する場合、母材の表面に付着する錆の皮膜を母材と誤認して検出する危険性がある。また、この方法では、超音波センサーと、計測装置と、これらの間を接続する電気回路が必要となる。
【０００９】
また、上述したセラミックス焼結体の内部又は表面に導電回路を設け、該導電回路の抵抗値変化に基づいて焼結体の寿命を予測する方法では、予めセラミックス焼結体の内部又は表面に導電回路を設けておく必要があり、また、導電回路の抵抗値変化を計測するための電気回路及び計測装置が必要となる。
【００１０】
さらに、上述した２種以上の金属電極間の電流または電位差を連続的に又は断続的に計測する方法においても、金属電極間の電流または電位差を計測するための電気回路及び計測装置が必要となる。
【００１１】
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、電気回路及び計測装置等を必要とすることなく、腐食、き裂、エロージョン・コロージョン等による監視対象機器の実際の損傷状態を直接的に監視することができ、監視対象機器の安全性を確保することのできる損傷監視センサー及び損傷監視方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る損傷監視センサーは、監視対象機器の、流体が収容又は流通される内部と外部とを仕切る壁部の内側の損傷状態を監視するための損傷監視センサーであって、筒状に形成され、内部が試薬を収容するための試薬収容部とされた胴体と、前記試薬収容部内に収容され、前記流体又は流体に含まれる物質と反応して変色、発光の少なくとも一方を呈する試薬と、前記胴体の頂部に設けられ、前記試薬収容部内の前記試薬の状態を監視するための監視窓と、前記胴体の底部に形成され前記試薬収容部内に前記流体の浸入を許容する開口部と、  前記開口部に設けられ、流体の浸入を許容するとともに前記試薬を保護する保護膜とを具備し、前記壁部に外側から設けられた挿入穴内に、前記保護膜が前記挿入穴内の底部と対向するように挿入、固定され、前記壁部の内側が損傷して前記流体が前記試薬収容部内に浸入した際に、前記試薬の変色、発光の少なくとも一方によって当該壁部の内側の損傷を検知可能としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電気回路及び計測装置等を必要とすることなく、腐食、き裂、エロージョン・コロージョン等による監視対象機器の実際の損傷状態を直接的に監視することができ、監視対象機器の安全性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の損傷監視センサー及び損傷監視方法の詳細を、図面を参照して実施形態について説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態における損傷監視方法を説明するためのフロー図であり、図１において、１は、腐食、き裂、エロージョン・コロージョン等が発生する監視対象機器の壁部を示している。図１（ａ）において、壁部１の上側が流体が収容又は流通される監視対象機器内部であり、下側が外部となっている。すなわち、壁部１は、流体が収容又は流通される監視対象機器の内部と、外部とを仕切るものである。
【００１６】
図１（ｂ）に示すように、上記監視対象機器の壁部１に、外側（図１（ｂ）中下側）から監視対象機器が構造上問題となる厚さ以上の予め定めた厚さに対応する所定深さの装入穴２を設け、図１（ｃ）に示すように、この装入穴２に、損傷監視センサー３を装入し、固定する。なお、本実施形態において、装入穴２内の側面にはねじ２ａが形成されている。
【００１７】
本実施形態において、上記の損傷監視センサー３は、図２に示すように構成されている。すなわち、損傷監視センサー３は、耐食性、耐熱性の良い金属材料（例えば：純鉄、純銅、Ｃｒ合金、Ｎｉ合金、Ｃｏ合金、Ｃｕ合金等）からなり、外形略円筒状とされた胴体４を具備している。この胴体４の外側面には、ねじ４ａが形成されており、図１に示した装入穴２内側面のねじ２ａとこのねじ４ａを螺合させることにより、装入穴２に損傷監視センサー３を固定可能となっている。なお、装入穴２に対する損傷監視センサー３の固定は、溶接によって行っても良い。
【００１８】
上記胴体４の内部には空間が形成されており、この空間が試薬収容部４ｂとなっている。そして、この試薬収容部４ｂ内に固体または粉末の試薬５が収容されている。また、胴体４の底部（図２中上側）には、開口４ｃが形成されており、この開口４ｃは保護膜６によって閉塞されている。この保護膜６は、監視対象機器内に収容又は流通される流体の試薬収容部４ｂ内への浸入を許容するとともに、試薬５を保護する作用を有する。
【００１９】
また、胴体４の頂部（図２中下側）には、監視窓７が設けられており、この監視窓７を介して外部から試薬収容部４ｂ内の試薬５の状態を観察できるようになっている。この監視窓７は、耐熱性、耐圧性、耐食性に優れた強化ガラスや石英ガラスによって構成することが好ましい。
【００２０】
また、試薬５は、保護膜６を介して試薬収容部４ｂ内に監視対象機器内に収容又は流通される流体が浸入した際に、この流体又は流体に含まれる物質と反応して、変色、発光の少なくとも一方を呈するようになっている。本実施形態では、監視対象機器内に収容又は流通される流体が、水蒸気、水、水溶液等の少なくとも水分を含むものであり、試薬５は、水と反応する物質を含んでいる。以下に試薬５が含む物質の具体例を示す。
【００２１】
水分を吸収するための物質、例えば、塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）の固体又は粉末。水分を吸収して変色するための物質、例えば、塩化コバルト（ＣｏＣｌ2）の固体又は粉末。水分を吸収して発光するための物質、例えば、水酸化ナトリウム、ルミノール、酸化剤（例えば：過マンガン酸カリウム、ニクロム酸カリウム）、鉄錯体を有する触媒（例えば：ヘモグロビン、ヘミン）の固体又は粉末等、である。
【００２２】
例えば、試薬５に含まれる塩化カルシウムの粉末は、環境中の水蒸気や水および水を含む溶液を吸収し、下記の反応式によって潮解し、液体化する。
ＣａＣｌ2（粉末）＋２Ｈ2Ｏ→ＣａＣｌ2・２Ｈ2Ｏ（潮解）
【００２３】
また、例えば、試薬５に含まれる塩化コバルトの固体または粉末は環境中の水蒸気や水および水を含む溶液を吸収し、下記の反応式によって潮解し、液体化し、変色する。
ＣｏＣｌ2（青色）＋２Ｈ2Ｏ→ＣｏＣｌ2・２Ｈ2Ｏ（ピンクまたは赤色）
【００２４】
また、例えば、試薬５に含まれる水酸化ナトリウム、ルミノール、酸化剤（例えば：過マンガン酸カリウム、ニクロム酸カリウム）、鉄錯体を有する触媒（例えば：ヘモグロビン、ヘミン）の固体または粉末は水溶液の中で、下記の反応式によって発光する。
【００２５】
【化１】
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【００２６】
上記構成の本実施形態の損傷監視センサー３は、図１（ｂ）に示す装入穴２に内に、保護膜６が装入穴２の底部と対向するように固定される。そして、図１（ｄ）に示すように、腐食、き裂、エロージョン・コロージョン等の発生によって監視対象機器の壁部１の肉厚が、損傷監視センサー３の位置まで減肉すると、損傷監視センサー３の試薬収容部４ｂ内に保護膜６を介して監視対象機器の内部の水蒸気、水溶液および水を含んだ溶液が浸入し、これを試薬５が吸収して変色するとともに発光する。図１（ｄ）の上部の円形の領域内に模式的に示すように、この時の発光した光等は、監視窓７を介して外部に導出され、外部から確認することができ、監視対象機器の壁部１の減肉が所定レベル、例えば交換等のメンテナンスが必要なレベルに至ったことを知ることができる。
【００２７】
上記のように、本実施形態によれば、損傷監視センサー３は、監視対象機器の壁部１から漏洩した水蒸気や水および水を含む溶液を吸収するだけで変色・発光し、実際の監視対象機器の壁部１に発生している減肉を直接的に検知して、外部に知らせることができ、監視対象機器の安全性を確保することができる。また、従来の腐食センサー等に不可欠な電極や電気回路、計測機器等は不要とすることができ、電気的な故障等による誤検知も発生することがない。
【００２８】
なお、監視対象機器の壁部１の肉厚や設計安全基準に合わせて、壁部１に必要最小限の大きさの装入穴２を開けることが好ましい。このため、装入穴２の直径及び装入穴２に挿入される部分の損傷監視センサー３の胴体４の直径は、例えば、１００μｍ〜５０ｃｍ程度とすることが好ましい。さらに、監視対象機器の壁部１の肉厚や設計安全基準に合わせて腐食監視センサー３の装入穴２の深さを設定する。
【００２９】
また、図３に示すように、損傷監視センサー３を監視対象機器の壁部１の装入穴２に取り付けた後、監視対象機器の壁部１と損傷監視センサー３とが接している部分に、溶接シール８を施工することが好ましい。これによって、損傷監視センサー３の脱落を防止することができるとともに、装入穴２から監視対象機器の内部の気体及び液体等が漏れることを確実に防止することができる。
【００３０】
また、損傷監視センサー３の試薬５を保護するための保護膜６は、例えば、通気性の良いカーボン繊維や多孔質のセラミックス膜によって構成する。この保護膜６は、図４（ａ）に示すように、試薬５への水分の浸透を容易にすると同時に、図４（ｂ）に示すように、試薬５から水分の流出を防ぐ機能を有する。また、この保護膜６は、図４（ａ）に示すように、試薬５内への一定の大きさ以上（例えば、直径５μｍ以上）の異物の混入を防ぐ機能を有する。
【００３１】
次に、図５〜図７に参照して、上記した損傷監視センサー３による損傷監視の実施形態について説明する。
【００３２】
図５は、損傷監視センサー３を、腐食、き裂、エロージョン・コロージョン等が発生する工業用、民用および発電用の配管１０に適用した場合を示している。この場合、より具体的には、例えば、発電プラントの主蒸気配管、化学プラントの輸送配管、石油や石油ガス輸送パイプ、等が損傷監視センサー３の監視対象となる。
【００３３】
図６は、損傷監視センサー３を、腐食、き裂、エロージョン・コロージョン等が発生する発電用のタービン２０のケーシング２１に適用した場合を示している。この場合、より具体的には、例えば、発電プラントの蒸気タービン、ガスタービンおよび地熱タービンのケーシング２１が損傷監視センサー３の監視対象となる。
【００３４】
図７は、損傷監視センサー３を、腐食、き裂、エロージョン・コロージョン等が発生する工業用、民用および発電用の熱交換器３０の胴体３１に適用した場合を示している。この場合、より具体的には、例えば、発電プラントの蒸気発生器、脱気器、復水器等が損傷監視センサー３の監視対象となる。
【００３５】
図８は、損傷監視センサー３を、腐食、き裂、エロージョン・コロージョン等が発生する工業用、民用および発電用の圧力容器４０に適用した場合を示している。この場合、より具体的には、例えば、化学プラントの化学液貯蔵タンク、石油貯蔵タンク、核燃料貯蔵タンク等が損傷監視センサー３の監視対象となる。
【００３６】
以上説明したとおり、本実施形態によれば、電気回路及び計測装置等を使用することなく、損傷監視センサーの内部に充填されている試薬の変色・発光によって、監視対象機器の実際の損傷の状態を直接的に監視することができる。したがって、電気回路のメンテナンスや誤作動等のリスクを回避することができ、また、監視対象機器の肉厚の管理所定位置に損傷監視センサーを挿入することによって、監視対象機器の損傷具合を精確に監視することができる。これにより、監視対象機器の安全運転を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態における損傷監視方法を説明するためのフロー図。
【図２】本発明の一実施形態における損傷監視センサーの構成を模式的に示す図であり、（ａ）は底面図、（ｂ）は縦断面図。
【図３】本発明の一実施形態における損傷監視センサーの取り付け状態を模式的に示す断面図。
【図４】本発明の一実施形態における保護膜の作用を模式的に示す断面図。
【図５】本発明を配管の監視に適用した実施形態を模式的に示す斜視図。
【図６】本発明をタービンケーシングの監視に適用した実施形態を模式的に示す断面図。
【図７】本発明を熱交換器の胴体の監視に適用した実施形態を模式的に示す断面図。
【図８】本発明を圧力容器の監視に適用した実施形態を模式的に示す側面図。
【符号の説明】
【００３８】
１……監視対象機器の壁部、２……装入穴、３……損傷監視センサー、４……胴体、５……試薬、６……保護膜、７……監視窓、８……溶接シール、１０……配管、２０……タービン、２１……タービンケーシング、３０……熱交換器、３１……熱交換器胴体、４０……圧力容器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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