(57)【要約】【課題】既に確立したガイド波による探傷技術を基盤として、遠隔でかつ必要な時に探傷計測するシステムを構築し、更に、これまでの減肉スピードと金属材料の特質を配慮した減肉速度から将来の減肉予想、また、配管の交換時期を予測することを可能とするものである。【解決手段】超音波信号変換器から出力された超音波信号を配管に入射させ、前記配管中をガイド波として伝播して管壁で反射した反射波を前記超音波信号変換器にて測定することにより前記配管の肉厚を計測する肉厚監視システムにおいて、前記反射波の高さと前記配管の断面減少率との相関関係を予め求め、該相関関係を利用して前記超音波信号変換器にて測定された反射波の高さから前記配管の減肉量を推定し、推定された減肉量が基準値を超えるときには、警告を行うことを特徴とする。【選択図】        図１
2006170754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波信号変換器から出力された超音波信号を配管に入射させ、前記配管中をガイド波として伝播して管壁で反射した反射波を前記超音波信号変換器にて測定することにより前記配管の肉厚を計測する肉厚監視システムにおいて、前記反射波の高さと前記配管の断面減少率との相関関係を予め求め、該相関関係を利用して前記超音波信号変換器にて測定された反射波の高さから前記配管の減肉量を推定し、推定された減肉量が基準値を超えるときには、警告を行うことを特徴とする肉厚監視システム。
【請求項２】
超音波信号変換器から出力された超音波信号を配管に入射させ、前記配管中をガイド波として伝播して管壁で反射した反射波を前記超音波信号変換器にて測定することにより前記配管の肉厚を計測する肉厚監視システムにおいて、前記反射波の高さと前記配管の断面減少率との相関関係を予め求めると共に前記断面減少率の時間的推移を予め求め、該相関関係及び時間的推移を利用して前記超音波信号変換器にて測定された反射波の高さから次の定期検査時における前記配管の肉厚を推定し、推定された前記配管の減肉が許容最小肉厚以下となるときには、停止計画及び対策手配を行うことを特徴とする肉厚監視システム。
【請求項３】
前記配管は火力プラントに配設されることを特徴とする請求項１又は２記載の肉厚監視システム。
【請求項４】
前記超音波信号変換器は、管内の流体温度が３００℃以下の絞り要素において下流で渦を巻く可能性のある箇所に複数設置されることを特徴とする請求項３記載の肉厚監視システム。
【請求項５】
前記超音波信号変換器は、前記火力プラントの復水流量計下流側、高圧給水加熱器ドレンレベル調節弁下流側、給水流量調節弁下流側、給水流量計下流側、 過熱器スプレー制御弁下流側、過熱器スプレー流量計下流側、再熱器スプレー制御弁下流側、再熱器スプレー流量計下流側及び気水分離器ドレン弁下流側の少なくとも何れかに複数設置されることを特徴とする請求項３記載の肉厚監視システム。
【請求項６】
前記超音波信号変換器にて測定された反射波から、前記配管の亀裂を検出することを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載の肉厚監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、肉厚監視システムに関する。詳しくは、ガイド波により肉厚を計測する計測器を利用したシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
配管に超音波信号をガイド波として伝播させることにより、配管の肉厚を計測する計測器（以下、ガイド波計測器）として、図１０に示す探傷技術が知られている（特許文献１参照）。
このガイド波計測器は、図１０に示すように、圧力容器１００内に配管であるサンプル１１０と共に超音波信号変換器１２０を配置し、超音波信号変換器１２０からサンプル１１０に向けて超音波信号Ｓiを出力してサンプル１１０内で超音波信号Ｓrをガイド波として伝播させるものであり、超音波信号Ｓrは管壁で反射して、超音波信号変換器１２０で受信する。
【０００３】
サンプル１１０に向けて出力される超音波信号Ｓiがサンプル１１０の法線方向ＮPに対して入射角θiをなすときに、サンプル１１０内に入射した超音波信号Ｓrがサンプル１１０の法線方向ＮPに対して屈折角θrをなすものとし、サンプル１１０の管壁にある垂直割れ１１１を検出するためには、入射角θiのアライメントを行って、屈折角θrが４５゜になるように調整する。また、サンプル１１０の肉厚ｄ2を測定するためには、入射角θｉ＝屈折角θｒ＝０゜となるように調整する。
【０００４】
超音波信号変換器１２０により超音波信号を発生し、受信し、且つその条件設定を行うために、矩形波パルサ１３０、磁気ダイプレクサ回路１４０及び高入力インピーダンス受信機増幅器１５０が使用される。また、超音波信号変換器１２０で受信された信号波形を記録するためにデジタル蓄積オシロスコープ（DSO）１６０及びパーソナルコンピュータ１７０が使用される。また、図中、１８０プリアンプ、１９０はアンプ、２００は並進運動段である。
【特許文献１】特許３０５５３５２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
火力プラントにおける配管の肉厚計測は、プラントを停止し、配管保温を外した後に作業者がプラント内に立ち入り計測機器を取付けて計測するのが一般的である。
しかし、火力プラント内で配管噴破事故が発生することを想定すると、運転中にプラントに立ち入ることが非常に困難となり、遠隔でかつ必要な時に肉厚計測および亀裂計測できることが望まれる。
【０００６】
本発明は、上記探傷技術を利用することにより、上述した問題点を解決することを目的とするものである。
即ち、既に確立したガイド波による探傷技術を基盤として、遠隔でかつ必要な時に探傷計測するシステムを構築するものである。
更に、これまでの減肉スピードと金属材料の特質を配慮した減肉速度から将来の減肉予想、また、配管の交換時期を予測することを可能とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
斯かる目的を達成する本発明の請求項１に係る肉厚監視システムは、超音波信号変換器から出力された超音波信号を配管に入射させ、前記配管中をガイド波として伝播して管壁で反射した反射波を前記超音波信号変換器にて測定することにより前記配管の肉厚を計測する肉厚監視システムにおいて、前記反射波の高さと前記配管の断面減少率との相関関係を予め求め、該相関関係を利用して前記超音波信号変換器にて測定された反射波の高さから前記配管の減肉量を推定し、推定された減肉量が基準値を超えるときには、警告を行うことを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成する本発明の請求項２に係る肉厚監視システムは、超音波信号変換器から出力された超音波信号を配管に入射させ、前記配管中をガイド波として伝播して管壁で反射した反射波を前記超音波信号変換器にて測定することにより前記配管の肉厚を計測する肉厚監視システムにおいて、前記反射波の高さと前記配管の断面減少率との相関関係を予め求めると共に前記断面減少率の時間的推移を予め求め、該相関関係及び時間的推移を利用して前記超音波信号変換器にて測定された反射波の高さから次の定期検査時における前記配管の肉厚を推定し、推定された前記配管の減肉が許容最小肉厚以下となるときには、停止計画及び対策手配を行うことを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成する本発明の請求項３に係る肉厚監視システムは、請求項１又は２記載の肉厚監視システムにおいて、前記配管は火力プラントに配設されることを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成する本発明の請求項４に係る肉厚監視システムは、請求項３記載の肉厚監視システムにおいて、前記超音波信号変換器は、管内の流体温度が３００℃以下の絞り要素において下流で渦を巻く可能性のある箇所に複数設置されることを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成する本発明の請求項５に係る肉厚監視システムは、請求項３記載の肉厚監視システムにおいて、前記超音波信号変換器は、前記火力プラントの復水流量計下流側、高圧給水加熱器ドレンレベル調節弁下流側、給水流量調節弁下流側、給水流量計下流側、 過熱器スプレー制御弁下流側、過熱器スプレー流量計下流側、再熱器スプレー制御弁下流側、再熱器スプレー流量計下流側及び気水分離器ドレン弁下流側の少なくとも何れかに複数設置されることを特徴とする。
【００１２】
上記目的を達成する本発明の請求項６に係る肉厚監視システムは、請求項１，２，３，４又は５記載の肉厚監視システムにおいて、前記超音波信号変換器にて測定された反射波から、前記配管の亀裂を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る肉厚監視システムでは、既に確立したガイド波による探傷技術を基盤として、反射波の高さと前記配管の断面減少率との相関関係を予め求め、これを利用することにより、運転中に立ち入ることが非常に困難な個所において、遠隔でかつ必要な時に肉厚計測が可能となる。
【００１４】
請求項２に係る肉厚監視システムでは、既に確立したガイド波による探傷技術を基盤として、反射波の高さと前記配管の断面減少率との相関関係及び断面減少率の時間的推移を予め求め、これらを利用することにより、運転中に立ち入ることが非常に困難な個所において、遠隔でかつ必要な時に肉厚予測が可能となる。
【００１５】
請求項３に係る肉厚監視システムでは、請求項１又は２の効果を奏する他、運転中に立ち入ることが非常に困難な火力プラントにおいて、遠隔でかつ必要な時に肉厚計測及び予測が可能となる。
【００１６】
請求項４に係る肉厚監視システムでは、請求項３の効果を奏する他、火力プラントにおいて最も減肉が発生しやすい複数の個所を遠隔でかつ必要な時に肉厚計測及び予測が可能となる。
【００１７】
請求項５に係る肉厚監視システムでは、請求項４の効果を奏する他、現在、大型火力プラントで減肉監視を最も必要とする９箇所において、遠隔でかつ必要な時に肉厚計測が可能となる。
【００１８】
請求項６に係る肉厚監視システムでは、請求項１，２，３，４又は５の効果を奏する他、運転中に立ち入ることが非常に困難な個所において、遠隔でかつ必要な時に亀裂計測が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明について、火力プラントのガイド波によるマルチ探傷監視システムに適用した場合の最良の形態について、図１〜９を参照して説明する。
【００２０】
＜減肉量の時間推移予測＞
上述したガイド波計測器（図１０参照）を火力プラントの配管の複数箇所に設置し、ガイド波計測器から出力した超音波信号を配管にガイド波として伝播させ、管壁で反射した反射波をガイド波計測器で受信すると、図２に示す計測結果表示画面が得られる。
図２は、反射波のエコー高さと距離の関係を示すものである。
【００２１】
反射波のエコー高さは、断面積減少率（Ｓ1／Ｓ0）に対して、例えば、図３に示す相関関係があり、このようなデータを予め取得してデータベースに蓄積しておく。
図３は、エコー高さが増大するに従って、多少の変動はあるものの、断面積減少率（Ｓ1／Ｓ0）が増大するような相関関係を示している。
ここで、断面積減少率（Ｓ1／Ｓ0）とは、当初の断面積Ｓ0に対する現在の断面積減少量Ｓ1の割合を言い、図４に示すように、時間の進行に従って増大するように変化するものと推定される。ここで、配管に使用される金属材料の特質を配慮して推定することが望ましい。
【００２２】
また、図６に示す断面積減少量Ｓ1は、下式（１）のように配管１における減肉量ｄと減肉幅Ｗの積として概算できる。
断面積減少量Ｓ1≒ｄ×Ｗ    …（１）
但し、減肉量ｄと減肉幅Ｗとの関係について予め求めてデータベースに蓄積すると、図７に示すように、減肉幅Ｗが増えれば減肉量ｄが増えるように増大する分布となる。
つまり、減肉量ｄと減肉幅Ｗの関係を数式化すると、上式（１）のようになるが、その関係に分布の幅を持たせると図７に示す結果となる。
【００２３】
このように、断面積減少率（Ｓ1／Ｓ0）は、図４に示すように、時間の進行に従って増大するように変化し、しかも、図７に示すように、減肉幅Ｗが増えれば減肉量ｄが増える分布となるのであるから、結局、滅肉量ｄは時間の進行に伴い、図５に示すように増大する分布となると推定される。
そこで、本実施の形態では、図５に示すように、減肉量ｄに対して二つの基準値１，２を設定する。
【００２４】
＜基準値の設定＞
本実施の形態では、基準値１及び基準値２としては、以下のように設定する。
基準値１；Ｘ2がＸcrに到達したとき（１％の確率で肉厚＜ｔｓｒ（許容最小肉厚）となる。）
基準値２；Ｘ3がＸcrに到達したとき（５０％の確率で肉厚＜ｔｓｒ（許容最小肉厚）となる。）
【００２５】
上述したように、断面減少量Ｓ1≒ｄ×Ｗであり、また、減肉幅Ｗと減肉量ｄの比（データベース）には一定の分布がある。
ここで、図８に示すように、減肉量ｄに対するその確率密度は左右対称であり、この分布は時間とともに右へ移動する（滅肉の進行）。
図８におけるＸ1，Ｘ2は、下式（２）で示すように、９９％信頼区間の下限と上限である。
ｄ＝Ｘ1〜Ｘ2    …（２）
【００２６】
信頼区間とは、探傷結果から滅肉と判断できる信号の下限値と上限値の間と定義する。
従って、Ｘ1とは信頼区間の下限値であり、これ以上の信号であれば滅肉と判断する値であり、Ｘ2とは信頼区間の上限値であり、これ以下の信号であれば減肉と判断する値である。
Ｘ3とは、Ｘ1とＸ2の平均値を意味する。
Ｘcr＝限界減肉量（ｔｓｒに到達するときの肉厚を言う）
ｔｓｒ（Thickness shell required）とは配管の許容最少肉厚を言う。
【００２７】
＜減肉予測評価フロー＞
火力プラントのガイド波によるマルチ探傷監視システムの減肉予測評価フローを図１に示す。
【００２８】
先ず、火力プラントの設計温度、流速計算、材質、Ｄ０計測結果、Ｆｅイオン計測結果に基づいて、モニタリング個所の選定を行う（ステップＳ１）。
モニタリング個所とは、上述したガイド波計測器を設置して、肉厚を計測する配管の個所をいい、例えば、後述するように、火力プラントの配管のうち、流体温度が300℃以下の絞り要素において下流で渦をまく可能性のある箇所に複数設置すると良い。
【００２９】
次に、上述したガイド波計測器を上記モニタリング個所に設置し、ガイド波によるモニタリングを行う（ステップＳ２）。
即ち、ガイド波計測器から出力した超音波信号を配管中にガイド波として伝播させ、管壁で反射した反射波をガイド波計測器で受信する。
【００３０】
ここで、配管の肉厚を測定するためには、超音波信号の配管の法線方向に対する入射角及び屈折角を、入射角＝屈折角＝０゜となるように調整する。また、管壁にある垂直割れ（亀裂）を検出するためには、入射角のアライメントを行って、屈折角が法線方向に対して４５゜になるように調整する。
このようにガイド波計測器で受信された反射波のエコー高さは、断面積減少率（Ｓ1／Ｓ0）に対して図３に示す相関関係があり、このような相関関係は予め取得してデータベースに蓄積されている。
【００３１】
引き続き、データベースに蓄積された反射波のエコー高さと断面積減少率（Ｓ1／Ｓ0）の間の相関関係と、式（１）に示す断面積減少量Ｓ1≒ｄ×Ｗの関係とを利用し、ガイド波計測器で受信された反射波のエコー高さから減肉量ｄを推定し、推定された減肉量ｄが基準値１を超えるか否か判定する（ステップＳ３）。
ここで、減肉量ｄが基準値１を超えるときとは、９９％信頼区間の下限値Ｘ１がＸcrに到達したとき、つまり、１％の確率で肉厚＜ｔｓｒ（許容最小肉厚）となることを意味する。
【００３２】
そして、推定された減肉量ｄが基準値１を超えないと判定されたときはステップＳ２に戻る一方、推定された減肉量ｄが基準値１を超えると判定されたとき（減肉量＞基準値１）は、アラームによる警告を行う（ステップＳ４）。
ここでのアラームによる警告は、１％の確率で肉厚が許容最小肉厚ｔｓｒとなることを考慮し、注意を喚起する軽度のものとする。
【００３３】
更に、減肉量ｄが時間の経過と共に増大する図５に示す関係を利用し、次の定期検査のときまでの平均肉厚を推定し、推定された平均肉厚がｔｓｒ（許容最小肉厚）を超えるか否か余寿命評価を行う（ステップＳ５）。
そして、推定された平均肉厚がｔｓｒ（許容最小肉厚）より小さくなると余寿命評価したときには、プラント停止計画を実行し（ステップＳ６）、対策手配を行う（ステップＳ７）。
【００３４】
ここでのプラント停止計画とは、次の定期点検までの間にプラントを停止する計画であり、また、そのときの対策手配とは配管の交換時期を早める手配とする。
一方、推定された平均肉厚がｔｓｒ（許容最小肉厚）以上であると余寿命評価したときは、モニタリングを継続する（ステップＳ８）。
【００３５】
その後、データベースに蓄積された反射波のエコー高さと断面積減少率（Ｓ1／Ｓ0）の間の相関関係と、式（１）に示す断面積減少量Ｓ1≒ｄ×Ｗの関係とを利用し、ガイド波計測器で受信された反射波のエコー高さから減肉量ｄを推定し、推定された減肉量ｄが基準値２を超えるか否か判定する（ステップＳ９）。
ここで、減肉量ｄが基準値２を超えるときとは、９９％信頼区間の上限値Ｘ２がＸcrに到達したとき、つまり、５０％の確率で肉厚＜ｔｓｒ（許容最小肉厚）となることを意味する。
【００３６】
そして、推定された減肉量ｄが基準値２を超えないと判定されたときはステップＳ８に戻る。
一方、推定された減肉量ｄが基準値２を超えると判定されたとき（減肉量＞基準値２）は、アラームによる警告を行い（ステップＳ１０）、プラント停止計画を実行し（ステップＳ１１）、対策手配を行う（ステップＳ１２）。
ここでのアラームによる警告は、５０％の確率で肉厚が許容最小肉厚ｔｓｒとなることを考慮し、警戒させる重度のものとする。
また、ここでのプラント停止計画とは、速やかにプラントを停止する計画であり、また、そのときの対策手配とは速やかに配管を交換する手配とする。
【００３７】
なお、図１に示すフローチャートでは省略したが、ガイド波計測器により配管に垂直割れ（亀裂）が検出されたときには、減肉量ｄが基準値１，２を超えたときと同様に、その程度に応じて、アラームによる警告、プラント停止計画及び対策手配を行う。
更に、図１に示すフローチャートに付随して、ガイド波による肉厚監視システム設置工事、上記システムを利用した探傷計測業務、配管減肉した場合の配管更新工事なども行う。
【実施例１】
【００３８】
＜ガイド波によるマルチ探傷監視システムの機能仕様＞
火力プラントの配管減肉計測および亀裂計測を目的として設置する複数のセンサ（ガイド波計測器）からの信号を入力する「マルチ探傷検査システム」の機能仕様について以下に記載する。
【００３９】
(1)検出点は50点まで可能
現在、大型火力プラントで減肉監視を必要とする箇所は、図９の系統図に示す通り９箇所が考えられる。
しかしながら、複数系統が存在するプラントがあることと将来の拡張性を配慮して５０点まで可能とする。
【００４０】
(2)常時監視を行うことによるシステム健全性維持
常時監視を行っていることで常にシステムの健全性が確認できているために、いざ監視が必要な際に確実に探傷計測を行うことが出来る。
また、異常時にはアラームを出すことで早期復旧を行える。
このことにより人間が現場に立ち入ることなく監視が可能になる。
【００４１】
(3)所定のインターバルでスキャン
配管の減肉速度から考えると短時間のスキャンタイムを必要としない。
スキャンタイムは任意に設定できるものとする。例えば、１回／１日、１回／１週、１回／１月などとする。
【００４２】
(4)入力されたデータの表示方法
現在値、過去のデータとの比較などを表形式で表示しても良いし、トレンド形式で傾向を監視する方法でも良い。
【００４３】
(5)アラーム表示
予め設定したしきい値（基準値１，２）を超えた場合にはアラームを発信する。
【００４４】
(6)減肉予測機能
＜減肉予想評価フロー図＞、＜減肉量の時間推移予想＞、＜基準値の設定＞に基づいて、入力されたデータの変化から減肉スピードを計算することで減肉予想を行う。
【００４５】
(7)メンテナンスガイダンス
上記(6)減肉予測結果から、配管修理などのメンテナンスガイダンスを行う。
【００４６】
＜ガイド波によるマルチ探傷監視システムのガイド波計測器設置箇所＞
火力プラントにおいて、以下(a) 〜(i)に示すような流体温度が300℃以下の絞り要素において下流で渦をまく可能性のある箇所に複数設置する。
【００４７】
(a) 復水流量計下流側
復水流量計は復水系統に適正な流量が確保できているかを確認するために必要で設置している。
【００４８】
(b) 高圧給水加熱器ドレンレベル調節弁下流側
高圧給水加熱器レベルコントロールを行うものがドレンベレル調節弁で、熱交換を適正に行うために調節弁は必要である。
【００４９】
(c) 給水流量調節弁下流側
ボイラに必要な給水量を制御するために調節弁は必要である。
【００５０】
(d) 給水流量計下流側
給水流量を適正量に制御するために給水流量計は必要である。
【００５１】
(e) 過熱器（SH;superheater）スプレー制御弁下流側
過熱器出口の蒸気温度を適正な温度に制御するために過熱器スプレー制御弁は必要である。但し、変圧貫流ボイラでは300℃を超えるので対象外とする。
【００５２】
(f) 過熱器スプレー流量計下流側
過熱器スプレー量が適正であるかを監視するために流量計は必要である。但し、変圧貫流ボイラでは300℃を超えるので対象外とする。
【００５３】
(g) 再熱器（RH;reheater）スプレー制御弁下流側
再熱器出口の蒸気温度を適正な温度に制御するために再熱器スプレー制御弁は必要である。
【００５４】
(h) 再熱器スプレー流量計下流側
再熱器スプレー量が適正であるかを監視するために流量計は必要である。
【００５５】
(i) 気水分離器ドレン弁下流側
気水分離器を適正なレベルに制御するものがドレン弁であり必要な弁である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、火力プラントにおける複数箇所の配管の肉厚を監視するマルチ肉厚監視システムとして利用できるものであるが、火力プラントに限らず、運転中に立ち入ることが非常に困難な個所において、遠隔でかつ必要な時に肉厚計測及び肉厚予測を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】減肉予測評価を示すフローチャートである。
【図２】計測結果表示画面を示す説明図である。
【図３】エコー高さと断面減少率との関係を示すグラフである。
【図４】断面減少率の時間的変化を示すグラフである。
【図５】減肉量の時間的変化を示すグラフである。
【図６】配管の減肉量及び減肉幅を示す説明図である。
【図７】減肉量と減肉幅との関係を示すグラフである。
【図８】確率密度と減肉幅との関係を示すグラフである。
【図９】ガイド波計測器設置箇所を付した火力プラント系統図である。
【図１０】従来のガイド波計測器を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  配管
１２０  超音波信号変換器
１３０  パルサ
１４０  ダイプレクサ
１５０  アンプ
１６０  オシロスコープ
１７０  パーソナルコンピュータ
１８０  プリアンプ
１９０  アンプ
２００  並進運動段
ｄ  減肉量
Ｗ  減肉幅
【図１】
2006170754.tif 000003
【図２】
2006170754.tif 000004
【図３】
2006170754.tif 000005
【図４】
2006170754.tif 000006
【図５】
2006170754.tif 000007
【図６】
2006170754.tif 000008
【図７】
2006170754.tif 000009
【図８】
2006170754.tif 000010
【図９】
2006170754.tif 000011
【図１０】
2006170754.tif 000012