(57)【要約】【課題】石油・化学プラントや製紙プラント等で使われている熱交換器やボイラ等の熱交換チューブは長時間使われることによって腐食減肉が発生することがある。そのため、従来からチューブ内面に水を満たし管内挿入式超音波検査装置を用いて、熱交換チューブの内面から超音波検査が行われているが、曲管部において高速で詳細に肉厚データが採取可能な装置は存在しなかった。【解決手段】超音波検査の回転式反射ミラーでチューブ内から検査を行う場合において、曲管部においても高速に検査を可能とすることを目的として、常にチューブ内表面に対して法線上に超音波が入射するため、回転子と反射ミラーで構成される回転走査ユニットの前後に中心保持機構を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波検査の回転式反射ミラーでチューブ内から検査を行う場合において、常にチューブ内表面に対して法線上に超音波が入射するため、回転子と反射ミラーで構成される回転走査ユニットの前後に中心保持機構を設けることを特徴とする全面走査機構をもつチューブの超音波検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波検査装置において、前記回転走査ユニットに接続されたフレキシブルシャフトにより、回転走査ユニットが回転することを特徴とするチューブの超音波検査装置。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波検査装置において、前記回転走査ユニットに接続されたモーターにより、回転走査ユニットが回転することを特徴とするチューブの超音波検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
超音波検査方法による化学プラントや石油プラントや製紙プラントなどにおける、熱交換器チューブやボイラチューブ等の曲がりを有するチューブの腐食深さ及び減肉深さ及び残肉厚さの検査において、管内に挿入して詳細な検査を実施する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器チューブやボイラチューブ等の熱交換チューブは長時間使われることによって腐食減肉が発生することがある。そのため定期的に腐食の有無や肉厚測定を実施し、健全性を確認する必要がある。一般的に熱交換チューブは密集して組み立てられており外面から肉眼で確認することや肉厚を測定することは困難である。そのため、従来から内挿入式超音波検査装置を用いて、熱交換チューブの内面から超音波検査が行われている。例えば特許文献１には、内径４０ｍｍ程度のボイラチューブにおいて超音波による検査を行う装置が示されている。特許文献１に記載の装置の特徴は、水などの流体の流れを利用して検査装置を挿入する装置である。しかしながら、超音波探触子と中心保持のためのブラシがワイヤーで接続されているため、曲管部で超音波が管の内表面に対して法線上に入射するべきであるが、入射角に傾きが発生し安定した検査ができない。また、流水を利用しているため、内径２０ｍｍ程度のチューブでは、ブラシを利用した場合に気泡が発生し、超音波による検査を阻害してしまう。特許文献２には、内径２０ｍｍ程度のチューブを検査する装置が示されている。しかしながら、アレー探触子を使用しており、高価なフェーズドアレー探傷器が必要になる。フェーズドアレー探傷器を使用するため、検査条件の設定が複雑になる。特許文献３には、内径２０ｍｍ程度までのチューブを検査可能な装置が提案されているが、探触子の両側からチューブの中心に保持する機構がないため、安定した検査ができない。
【０００３】
従来の技術では、内挿入式超音波検査装置で最小内径２０ｍｍの曲管チューブにおいて高速で詳細に肉厚データが採取可能な装置は存在しなかった。
【０００４】
従来から曲管部における検査装置としては、複数のセンサーを円周状に配置しては分解能の劣る装置又は内径の大きなチューブのみに検査可能な低速な装置しか存在しておらず、高速で詳細に肉厚データが採取可能な装置は存在しなかった。
【０００５】
本発明によれば、熱交換器の曲管チューブ全面の肉厚を高速で詳細にかつ連続的に測定し、肉厚分布図及び任意の直交断面の断面図を表示することが可能となった。
【特許文献１】特開２００３−１７２７３２号公報
【特許文献２】特開平３−１８３９４４号公報
【特許文献３】特開平７−２０９２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
石油・化学プラントや製紙プラント等で使われている熱交換器やボイラ等の熱交換チューブは長時間使われることによって腐食減肉が発生することがある。そのため定期的に腐食の有無や肉厚測定を実施し、健全性を確認する必要がある。一般的に熱交換チューブは密集して組み立てられており外面から肉眼で確認することや肉厚を測定することは困難である。そのため、従来からチューブ内面に水を満たし管内挿入式超音波検査装置を用いて、熱交換チューブの内面から超音波検査が行われている。従来の技術では、図９の直管部２１で示されるような、直管部における内挿入式超音波検査装置では高速に検査することが可能な装置は存在したが、最小内径２０ｍｍの熱交換チューブの曲管部において高速で詳細に肉厚データが採取可能な装置は存在しなかった。曲管部においても高速に全面を走査する検査を可能とするため、超音波探触子をチューブの中心に配置し、４５度の角度を持った反射ミラーを高速で回転させながら移動させ、スパイラル状にチューブ内面全面を走査しチューブの肉厚および内面の腐食深さやチューブの内径を測定する。しかし図９の曲管部２２で示されるように、接触媒質に水を用いることで、超音波が水からチューブに入射するとき水と金属との音速の違いによって主ビームが屈折する物理現象（スネルの法則）が発生する、そのためわずか３度の傾きがチューブ内に入るときには１３度の傾きになり、チューブ外表面で反射して返ってきた超音波主ビームが超音波探触子から外れ、図１０で例示されるように検査不能となってしまう。
【０００７】
また、図１１のように反射ミラー中心の前後に中心保持機構を設け、常にチューブ内表面に対して法線上に超音波が入射するようにすると、移動時の押付け圧力等の中心保持機構の抵抗のため大きな回転トルクが必要であり、内径２０ｍｍ以下の小口径管で前述手法を実現することは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
曲管部においても高速に検査を可能とするため、超音波探触子をチューブの中心に配置し、４５度の角度を持った反射ミラーを高速で回転させてチューブの肉厚および内面の腐食深さやチューブの内径を測定する。そのとき常にチューブ内表面に対して法線上に超音波が入射するよう反射ミラーを含む回転子の前後、特に反射ミラーの中心から等距離の位置に中心保持機構を設け、厳密な中心保持機構と移動時の押付け圧力及び曲率による圧力等による回転抵抗の下でも十分な回転トルクと高速回転が得られるように、外部からフレキシブルシャフトで回転動力を伝えることで高速にかつ詳細な検査が可能となった。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によって、小口径管の熱交換器チューブの曲管部全面の肉厚を連続的に測定し、肉厚分布図及び任意の直交断面の断面図を表示することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
発明の詳細について図を用いて説明する。まず内挿入式超音波検査について簡単に説明すると、図１１に示すように、探触子１２より直進して出される超音波の主ビームは超音波反射ミラー３によって９０度の方向に反射し被検体の内表面に垂直にあたり一部は角度を変えず被検体の内部に伝達し、一部は反射し向きを変えて再び超音波反射ミラー３によって９０度方向に反射し探触子１２に戻り、探触子１２から反射ミラー３までの距離と反射ミラー３から被検体内表面までの往復の距離から伝達媒質である水の音速で除した時間後に図１６で示す内表面からのＳエコー２７が現れる。また被検体内部に伝達した超音波の主ビームも被検体の外表面で反射し、内表面で伝達媒質である水に伝達し前述の内表面で反射した場合と同様に探触子１２に戻り、内表面からのＳエコー２７より被検体内表面から外表面までの往復の距離から被検体の材質である鋼の音速で除した時間後に第１底面Ｂ１エコー２９が現れる。ここで第１底面Ｂ１エコー２９と内表面からのＳエコー２７の時間差と鋼の音速とを乗ずると往復の距離つまり肉厚の2倍が求められる。ここで内表面に減肉が存在する場合は図１７で示すように内表面からのＳエコー２７より遅れて内面減肉時の内表面からのＳ‘エコーが現れ、外表面に減肉が存在する場合は図１７に示すように第１底面Ｂ１エコー２９に先立って外面減肉時の第１底面Ｂ１エコー３０が現れる。これらの時間差にそれぞれの音速を乗じ更に半分にすることで、腐食深さや肉厚値が得られ、超音波反射ミラー３を回転させながら移動させることで内面全体のデータを計算機に取り込み図表化して表す。
【００１１】
これを小径曲管部に適用するよう作られた装置が図２および図３である。ここでは超音波反射ミラー３を組み込んだ回転子４をベアリングで両端を保持し滑らかに安定して回転可能な状態とし、超音波反射ミラー３の中心から等距離に１対の中心保持機構５を取付け、超音波反射ミラー３が常にチューブの中心にあり、超音波の主ビームが被検体の内表面に垂直にあたるように設計されている。探触子１２からは超音波信号ケーブル保護ホース１の中を通った超音波信号ケーブル１１で外部の探傷装置と信号の送受信を行っている。浮遊子２により超音波信号ケーブル保護ホース１は被検体内表面との摩擦抵抗を軽減している。また超音波信号ケーブル保護ホース１を用いて水を送り回転子４より噴出させ回転子４及び被検体に付着した気泡をパージすることでノイズを低減させている。ベアリング１３により回転子４を回転できるようにして、その外側に取付けられた中心保持機構５で超音波反射ミラー３を中心に保持する。回転子４にはフレキシブルシャフト６が接続されており、カップリング・変速機７でフレキシブルシャフト保護ホース８と連結されて外部のモーターから高回転で高トルクな動力を伝達する。超音波反射ミラー３自体の円周方向の位置に付いては回転検知用ピン９又は回転センサー１０によって１回転を検知し、１回転する間に採取されたデータを円周上に均等分割し１周のデータとする。
【００１２】
実際の適用例として小径厚肉管の曲管部に挿入し検査する場合について図１を用いて説明する。中心保持機構５は小径管の場合ブラシ又はマジックテープ等を用いる。動力源のモーターは被検体の外部に配置する。なおカップリング・変速機７に付いては小径管であるため、超音波の繰返し速度も比較的高速となるため、変速機内に減速ギアを用いず１：１で作動させている。超音波の繰返し速度とは１秒間に何回計測するかを表し、１秒を探触子より出た音波が被検体外表面より反射して返って来るまでの時間で除した回数をいう、減衰の少ない場合は何回か超音波が内部で往復するため、誤測定を防ぐため２〜３往復分の時間で除した回数に設定する。
【００１３】
この装置を用いて実際の小径厚肉管を肉厚測定した結果を図１３に示す。
【００１４】
内径が大きい場合には図８で示すようなスプリング付きアームや傘骨にローラーを付けた中心保持機構や図６の大径ブラシを用いる。
【実施例１】
【００１５】
これをボイラチューブへの適用するよう作られた装置が図５であり、ボイラチューブに適用した例が図４である。前述したように本発明を用いることで、ボイラチューブの曲管部の詳細な腐食検査が高速で可能となった。検査可能な曲率半径は内径に反比例しており、内径が大きな管では小さな曲率半径でも検査可能である。
【００１６】
内径が大きい場合は、図４フレキシブルシャフト６に水中モーター１９を連結することも可能であり、その場合、片側からのアクセスが可能である。
【００１７】
このとき、モーターの電源としてバッテリーを使用する他に、回転子４部において供給用DCケーブル２０を回転検知ピン９として使用し、超音波信号ケーブル１１とともに超音波信号ケーブル保護ホース１内を通す方法も選択可能である。
【００１８】
図４のような曲がり部は従来の方法で不感帯となり検査例図１４でＢスコープ上では３３、Ｃスコープ上では３４で示されるようにデータ欠損となる。
【００１９】
この発明を適用した検査で得られたデータ例を図１５に示す。Ｂスコープ上では３５、Ｃスコープ上では３６で示されるように肉厚データが得られている。
【００２０】
周方向回転位置検出に関しても付加機構の不要な回転検知ピン方式以外に光学式又は磁気式等の回転センサー１０を用いることで、検査適用範囲を拡大することが可能となる。
【実施例２】
【００２１】
本発明で更に曲率半径の小さい曲管に適用するため改良した装置が図7で、その適用例が図６である。
【００２２】
回転は外部からの6フレキシブルシャフトで伝達し、超音波信号ケーブル１１をフレキシブルシャフト保護ホース８に添わせ、回転子４部において超音波信号ケーブル１１を回転検知ピン９の代用として使用することも可能であり、そのためこの装置も片側からのアクセスが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
以上説明したように本発明を用いることで、熱交換器の曲管部の詳細な腐食検査が高速で可能となった。検査可能な曲率半径は内径に反比例しており、内径が大きな管では小さな曲率でも検査可能となっている
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の小径管曲管部への適用例
【図２】本発明の説明図
【図３】回転子と反射ミラーで構成される回転走査ユニットと探触子の断面図
【図４】本発明のボイラチューブへの適用例
【図５】本発明のモーター内蔵式での説明図
【図６】本発明の曲率の大きな管への適用例
【図７】超音波信号ケーブルをフレキシブルシャフトに添わせた説明図
【図８】内径が大きい場合の中心保持機構の説明図
【図９】従来の検査手法の説明図
【図１０】従来の検査手法では解決出来なかった例
【図１１】本発明での検査手法の説明図
【図１２】本発明で解決出来た例
【図１３】本発明を用いて実際に検査した例
【図１４】ボイラチューブを従来の検査手法で検査し解決出来なかった例
【図１５】ボイラチューブを本発明で解決出来た例
【図１６】探傷波形の説明図
【図１７】内面減肉があった場合の探傷波形の説明図
【図１８】外面減肉があった場合の探傷波形の説明図
【符号の説明】
【００２５】
1 超音波信号ケーブル保護ホース
2 浮遊子
3 超音波反射ミラー
4 回転子
5 中心保持機構
6 フレキシブルシャフト
7 カップリング・変速機
8 フレキシブルシャフト保護ホース
9 回転検知用ピン
10回転センサー
11超音波信号ケーブル
12超音波探触子
13ベアリング
14熱交換器チューブ（被検体）
15ローラー
16アーム
17ばね
18フレキシブルシャフト保護管
19水中モーター
20モーター用DC電源ケーブル
21直管部（従来の手法で検査可能な部位）
22曲管部（従来の手法では解決できない部位）
23超音波の屈折のため外表面からエコーが返ってこない現象
24超音波の内表面の傾きのため内表面からエコーが返ってこない現象
25実際のチューブで腐食減肉した部位のＣスコープ画像
26実際のチューブで腐食減肉した部位のＢスコープ画像
27内表面からのＳエコー
28内面減肉時の内表面からのＳ‘エコー
29第１底面B1エコー
30外面減肉時の第１底面Ｂ‘１エコー
31内面減肉時の内表面からＳの時間差
32外面減肉時の外表面からＢ１の時間差
33従来方法で測定した直管部と曲管部の接続部のＢスコープ画像
34従来方法で測定した直管部と曲管部の接続部のＣスコープ画像
35本発明で測定した直管部と曲管部の接続部のＢスコープ画像
36本発明で測定した直管部と曲管部の接続部のＣスコープ画像
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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