(57)【要約】パイプライン壁（８）内のクラック様欠陥（１０）の探索のためのパイプライン点検装置であって、この装置が少なくとも１個のパイプライン壁（８）内に超音波エネルギーを伝達するための発信変換器（T)、および少なくとも１個の発信変換器（T)に近接配置された協働する受信変換器（R)を包含し、その配置はパイプライン壁（８）内の与えられた欠陥（１０）のために、パイプライン壁（８）内の超音波エネルギーが欠陥（１０）上に投射され、上記エネルギーの一部が欠陥（１０）により反射されて受信変換器（R)へ第１データ流の形で帰され、かつ上記エネルギーの残部が欠陥（１０）を通過して減じられて第２データ流の形で受信変換器（R)へ帰され、第１および第２データ流の解釈が欠陥（１０）の位置決めを可能としている。
2005502046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイプライン壁（８）内のクラック様欠陥（１０）の探索および／またはサイジングのためのパイプライン点検装置であって、この装置が少なくとも１個のパイプライン壁（８）周りの円周方向に超音波エネルギーを発信するための発信変換器（T)、および少なくとも１個の発信変換器（T)に近接配置された協働する受信変換器（R)により特徴付けられ、その配置はパイプライン壁（８）内の与えられた欠陥（１０）のために、パイプライン壁（８）内を円周方向に移行する超音波エネルギーが欠陥（１０）上に投射され、上記エネルギーの一部が欠陥（１０）により反射されて受信変換器（R)へ第１データ流の形で円周方向に帰され、かつ上記エネルギーの残部が欠陥（１０）を通過して減じられることにより第２データ流の形で受信変換器（R)へ円周方向に移行し、第１および第２データ流の解釈が欠陥（１０）の位置決めおよび／またはサイジングの決定を可能にすることを特徴とする、点検装置。
【請求項２】
発信／受信変換器（T1、R1、T2、R2)の複数対を備え、これらの対が互いに同一面内を占めかつ装置の円周周りに実質的に等間隔である、請求項１内に記載の装置。
【請求項３】
変換器のひとつの対の発信変換器（T1)および隣接変換器対の受信変換器（R2)の間の円周方向間隔が隣接変換器対の発信変換器（T2)および変換器のひとつの対の受信変換器（R1)の間の間隔と相違している、請求項２内に記載の装置。
【請求項４】
両発信変換器（T1、T2)が実質的に同時に発信される、請求項２または３内に記載の装置。
【請求項５】
発信／受信変換器（T、R)の複数のリングを備え、これらのリングが互いに軸方向に間隔を隔てており、これによりパイプライン壁の円周方向に移行するひとつのリングからの超音波エネルギーは隣接リングからの超音波エネルギーと干渉しない、請求項１ないし４の何れかに記載の装置。
【請求項６】
ひとつのリングの発信／受信変換器（T、R)が隣接リングの対応物に関連して角度的に隔てて配置されている、請求項５内に記載の装置。
【請求項７】
請求項１ないし６内に記載のパイプライン点検装置を使用してパイプライン壁（８）内のクラック様欠陥（１０）の探索および／またはサイジングする方法であって、その方法が欠陥（１０）上に衝突させるべくパイプライン壁の円周方向に超音波エネルギーを発信する工程を包含し、これにより上記エネルギーの一部は欠陥（１０）により円周方向に反射して戻りかつエネルギーの残部は欠陥（１０）を通過して減じられた形で円周方向の移行を継続し、受信変換器（R)は反射されたエネルギーを第１データ流としてまた減じられたエネルギーを第２データ流として受信し、第１および第２データ流を欠陥の位置および／またはサイズの決定のために解釈する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパイプライン点検装置に関し、より明確にはパイプラインの構造的完全性が超音波変換器を使用して検出されるような装置、より詳細には、ただし限定的ではないが、装置上に装着され、以下EMATと称される電磁音響変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
パイプラインの構造的完全性は従来は点検装置を使用して決定されており、その装置はパイプライン内を移行しかつパイプ壁の状態を計測し、パイプラインの残留強度は点検装置により見出された金属ロス、クラッキングまたは他の欠陥の有意性の情報から計算されていた。
【０００３】
多くの技術および物理原則が欠陥の検出およびサイズの計測のために提案されまたは使用されてきたが、磁束漏れおよび超音波テストが実際には最も有用な技術として発展してきた。使用領域が顕著にオーバーラップするが、磁束漏れはガスおよび液体製品用パイプラインの双方の壁からの重大なメタルロス（腐食または抉り出し）の計測に最も有用である。これに対して、超音波はその主たる用途をパイプ壁材料内のクラックの計測に有しているが、それは通常液体製品パイプラインに制限され、その理由は、従来の超音波変換器のためには、液体が超音波をパイプ壁内に伝える必要がある。しかしながら、多くのガス製品パイプラインがその中にクラックを有しているので、それらのパイプラインの点検に対して超音波を延ばす顕著な開発活動がなされてきた。
【０００４】
EMAT技術はパイプの壁内に超音波を直接励起するひとつの手段でありかつ変換器からの音波をパイプの壁内に搬送するのに液体を必要としない。EMAT技術は多数の機会に提案され、かつ試験的にパイプライン内のクラック様欠陥の発見を意図した点検装置のために使用されてきた。しかしながら、今までは世界中のどのパイプライン点検会社も商業的使用においての実際的な作業システムを備えていない。
【０００５】
EMAT技術の主たる利点は液体またはガスパイプへの物理的結合を必要とすることなく超音波点検を提供し、かつ各種の特殊な波モードの励起を提供することであり、このモードは点検に有利でありかつ従来型のピエゾ電気変換器では励起不能であった。
【０００６】
不具合点は鉄励磁パイプ内のバークハウゼンノイズ、高電圧を要することおよび同様な点検性能のピエゾ電気式に比べて物理的に大きい変換器となることである。更なる不利益は超音波をプレートまたはパイプ壁の面に対して平行方向に発信するように設計された変換器を操作するときに遭遇する。これらは比較的低い動作周波数を持ち、かつ従って超音波の広い末広ビームを作るので、システムの分析力が減少して欠陥のサイジングおよび識別力が減少する。
【０００７】
フラックス漏れ点検のためには、変換器は失われた金属の形に起因するフラックスの歪を直接的に計測する。そのような変換器はもしそれらが失われた金属の領域にできるだけ接近しているとフラックスに対して最大の感度を提供する。従って、良好な点検は変換器の均一な高密度配列を要し、この配列はパイプの円周周りの近接間隔での計測を達成し、かつこの配列を通過する如何なる欠陥もその欠陥に対して物理的に近傍を通過する少なくとも１個の変換器により検知されることを保証する。
【０００８】
これに対して、クラックの超音波点検のためには、発信変換器が超音波のパルスを１点において一定距離および時間で発射し、このパルスのエネルギーは水中へ落とされた石からの波紋に似た波動で拡散する。この波動はパイプ壁内のクラック様欠陥により分配されて投射波の或る反射および当初方向への移行を継続するときの或る減じられた波動を起こす。これらの反射されかつ減じられた波動は協働する受信変換器により計測されることができ、この受信変換器は発信変換器と同じものかまたはそれに近接配置され得る。代わりに、受信変換器は発信変換器からはるかに離れていることができ、その場合には欠陥が発信および受信変換器の双方から離れており、かつそれらの間の任意の位置を占め得る。後者の配置は磁束漏れ点検に比べて比較的低い密度の変換器を使用してのパイプ点検の達成を許容し、その理由は各変換器が各欠陥に物理的に近接する必要がないからである。
【０００９】
特にEMAT技術を使用した超音波パルス発射の動作は、変換器直近の反射をマスクする大きい電磁および音響障害を生ずる。従って、点検は変換器から離れたパイプ壁部分のものになるが、その距離は超音波が無効レベルへ衰えるほどは離れていない。EMAT変換器の場合であって、音響信号をパイプ壁と平行に広く、例えばパイプの円周周りに伝達するように設計されている場合は、変換器近傍のパイプ面に沿って点検が不可能な短い距離が生ずる。変換器の円周方向密度の増加は点検特性の自動的改善を生じない。確かに、注意深く間隔を隔てたセンサーの低い密度列はより効果的な点検システムを生ずる。これは磁界漏れシステムの場合とは極めて相違しており、そこでは点検の質はセンサー列の密度の増加およびパイプ壁面に対する接近度により常に改善され得る。特にEMAT技術を採用しかつパイプの円周周りにウエーブを伝達させる典型的な超音波クラック計測装置は、比較的に少ない数のセンサーを備えそれぞれがパイプ壁の比例してより大きい部分を点検することになる。低密度列から超音波パルスを送ることにより各種超音波変換器を動作させるとき、変換器により受信された超音波信号がユニークな方法でパイプ内の欠陥の位置および性質の再構成に使用され得ることを保証するために明らかに注意が払われなければならない。パイプ壁内には異なる変換器からかつ反射または減少の異なる状態で循環する多くの異なる超音波パルスが共存し得るので特別な注意が払われなければならない。これらのパルスは欠陥の重要な計測値を生ずる反響シグナルまたは減少シグナルを起こした後通常しばらくの間伝達し続ける。これらの長引くパルスはすぐに起源および内蔵情報の不確かなにせのパルスとなり、かつそれらが衰えるにつれて多くの変換器によりしばしばにせの検知情報を作る。
【００１０】
超音波変換器を低密度列で動作させるとき有利なのは、受信変換器の数は比較的に少なくかつそれらが重要な情報を変換器の各受信サイクル内で比較的長時間間隔で検知し得ることである。代わりに多くの受信変換器の数と短い有用時間窓を備えると装備がより高価になり、かつ受信電子機器に多くの要求が生じ、それらは‘フロントエンド’要素の多くの複合体またはより複雑な複合能力の何れかを備えなければならない。
【００１１】
この状況において点検の最適で可能な品質は超音波および変換器の数に関する実際的な拘束を必要とする欠陥の間の相互作用に付いてのできるだけ多くの有用な情報の収集により達成される。実際上、これは少なくとも３個の相反する要求の調和を意味している。第１は装置が前進するときに各欠陥のために多数のデータポイントを得るための可能な最大パルス率の採用が望ましいことである。第２は受信変換器により検出されたできるだけ多くのパルスがパイプ壁内に明白な弾道を持ちかつ従ってパルスの振幅および時間の計測が欠陥の幾何学および位置に関して特徴的なことである。第３はこれが比較的経済的な配置で達成され、特にもし超音波を発信するものとは異なり超音波を受信するものが採用されるときに達成される。
【００１２】
本発明はこのタイプのEMAT変換器を含み、超音波変換器により提供されるパイプ円周周りの伝播波の点検の質を改善するために工夫されており、伝達パイプライン内で動作する点検装置の文脈内のものである。
【００１３】
EMAT変換器、または色々なタイプの超音波変換器がパイプラインのような金属板構造体内のクラック様欠陥の計測に使用されるときには、２個の共通使用モードがある。まず、EMAT変換器が超音波エネルギーのビームを起こすと、そのビームはそれがクラック様欠陥または他の地形に達するまで金属構造体を通して移行し、そこでエネルギーの少なくとも幾らかが欠陥により反射されかつこの反射の少なくとも幾らかが発信器近傍に配置されているEMAT受信器へ当初の通路に沿って戻る。実際には発信器および受信器が同じユニットであり得る。受信変換器により作られる信号はクラック様欠陥または他の地形からの反射の量および性質の計測値である。
【００１４】
使用の第２モードにおいて、EMAT発信器は前と同様に超音波のビームを起こすが、受信変換器はビームの方向に沿い発信器から或る距離離れて配置されている。この場合には、受信変換器により作られた信号はクラック様欠陥または他の地形通過の結果としての超音波減少の計測値である。
【００１５】
使用の各モードはクラック様欠陥または他の地形に付いての明確でかつ異なる情報を提供する。
【００１６】
点検性能に影響する他の主たるファクターは各欠陥位置に対する超音波パルス発射の繰返し率である。パイプラインの点検中に、点検装置は継続的に前進しており、従って連続パルスの各々は欠陥に付いての情報を軸方向配置の観点から与える。パルスが多くなればなる程、欠陥がパイプに沿ってどのように変わるかに付いてのデータが多くなる。最大繰返し率を決定する主たるファクターは超音波が１個のパルス発射から低レベルになるまでの時間であり、上記低レベルは次のパルスにより作られた情報をマスクしないレベルである。一例として、ひとつの特別なケースのために典型的な数を使用して、円周周りに伝播するねじれ波を使用して直径９００ｍｍのスチールパイプの点検を考えてみよう。このパイプ壁内における超音波の速度は約３ｍｍ／μ秒であり、パイプの外周は約３０００ｍｍである。従って超音波がパイプの全周をカバーするには約１ミリ秒かかり、かつ、もし装置が２．０M/秒で移行すると、それはその時間内に２．０ｍｍだけ前進するであろう。超音波ねじれ波の或る共通の、有用なモードにとっては、超音波が減衰するのにこのパイプの円周の２周と３周の間を要し、上記の減衰は有用なデータをマスクすることが無くなる減衰であり、かつ、その期間内に、装置は約５ｍｍだけ前進させられるであろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
パイプライン点検装置の提供されることが望まれており、この装置は上述の要望最適化による品質点検可能な超音波変換器システムと組み合わされている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明のひとつの形態によると、パイプライン壁内のクラック様欠陥の探索および／またはサイジングのためのパイプライン点検装置が提供されており、この装置が少なくとも１個のパイプライン壁周りの円周方向に超音波エネルギーを発信するための発信変換器、および少なくとも１個の発信変換器に近接配置された協働する受信変換器を包含しており、その配置はパイプライン壁内の与えられた欠陥のために、パイプライン壁内を円周方向に移行する超音波エネルギーが欠陥上に投射され、上記エネルギーの一部が欠陥により反射されて受信変換器へ第１データ流の形で円周方向に帰され、かつ上記エネルギーの残部が欠陥を通過して減じられることにより第２データ流の形で受信変換器へ円周方向に移行し、第１および第２データ流の解釈が欠陥の位置決めおよび／またはサイジングの決定を可能にしている。
【００１９】
エネルギーの各流れは欠陥に付いての明確なかつ異なる情報を組み合わせ、２個の組合せはサイズ（深さおよび表面上の広がりの双方）、パイプライン壁構造体内における位置、およびクラック様欠陥および他の地形の間の識別に付いて得られるべき正確な画像を提供し、上記の地形は超音波の乱れを創生するが構造的完全性に対しては良好なものである。
【００２０】
装置は点検されるパイプラインのサイズにより１対より多い発信／受信変換器の対を備え得る。例えば直径５００ｍｍのパイプラインは好ましくは実質的に互いに直径上で対向する発信／受信変換器の２対を包含した点検装置を使用するのに対して、直径９００ｍｍのパイプラインは発信／受信変換器の３対を包含し、これらの対は互いに同一面内を占めかつ装置の円周周りに実質的に等しい間隔を隔てている。
【００２１】
各場合において、変換器のひとつの対の発信変換器および隣接変換器対の受信変換器の間の円周方向間隔が隣接変換器対の発信変換器および変換器のひとつの対の受信変換器の間の間隔と相違していることが好ましい。これは各受信変換器により受信されたデータ流が互いに明確に識別され得ることを保証する。
【００２２】
好ましくはこれらの発信変換器は実質的に同時に発信される。
【００２３】
好ましいパイプライン装置は発信／受信変換器の複数のリングを備え、これらのリングは互いに軸方向に間隔を隔てており、これによりひとつのリングからの超音波エネルギーが隣接リングからのエネルギーとは干渉せず、一方、更に好ましくはひとつのリングの発信／受信変換器が隣接リングの対応物に関連して角度的に隔てて配置されており、これによりパイプ壁の改良されたカバーを提供する。
【００２４】
本発明の更なる形態によると、上に記載のパイプライン点検装置を使用してパイプライン壁内のクラック様欠陥の探索および／またはサイジングの方法が提供されており、その方法は欠陥上に衝突させるべくパイプライン壁の円周方向に超音波エネルギーを発信する工程を包含し、これにより上記エネルギーの一部は欠陥により円周方向に反射して戻りかつエネルギーの残部は欠陥を通過して減じられた形で円周方向の移行を継続し、受信変換器は反射されたエネルギーを第１データ流としてまた減じられたエネルギーを第２データ流として受信し、第１および第２データ流を欠陥の位置および／またはサイズの決定のために解釈する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１において、そこには比較的に従来型の点検装置が示されており、その点検装置は一般に２で表示されている中央ボデー部分を包含しており、そのボデー部分から３個の同形の支持アセンブリー４が放射状に突出し、各アセンブリーの外面上にはEMAT変換器システムが装着されており、このシステムは発信器Tおよび受信器Rを備え、全ての発信器Tおよび受信器Rは同一平面上を占めている。
【００２６】
図示の配置において、各発信器／受信器の対は例えばEPO７７５９１０から知られているようにノイズ減少目的のために１対の協働するバイアスマグネット６の間に配置されている。
【００２７】
図２および図３から明らかなように、発信器Tおよび受信器Rは、装置の使用中には、パイプ壁８の内側で密接に隣接しており、発信器Tは、起動時に、超音波エネルギーのパルスを壁８内に発射するように配置され、このパルスは波として壁８周りを円周方向に移行する。
【００２８】
図２において、そこには第１対を形成する第１発信器T１および協働する隣接した第１受信器R１、および第１対から角度的に隔たりかつそれと同一面内を占める第２対を形成する第２発信器T２および協働する隣接した第２受信器R２が示されている。パイプ壁８内の欠陥は１０で示されている。
【００２９】
要素T1、R１の第１対を考えると、発信器T1の起動により壁８内に創生された超音波エネルギーのパルスは１２で表示されかつ壁８内を円周方向に移行する。欠陥１０側へ流れるエネルギーは欠陥上に衝突し、上記エネルギーの一部１４は欠陥１０により受信器R2側へ円周方向逆に反射され、エネルギーの減じられた残部１６は壁８内を円周方向に継続して流れてついに受信器R１へ帰る。受信器R1による検出と同時に、この２個のエネルギーの流れは反射エネルギーおよび減じられたエネルギーの量および性質をそれぞれ表示しており、かつそのように受信された流れデータは協働する電子機器により解釈されて情報を提供し、この情報から欠陥１０の位置および性質が決定され得る。
【００３０】
この解釈は第２発信器／受信器対T2R2を同様に使用することにより顕著に改善され得る。発信器T2はT１と同時に起動され、これにより超音波エネルギーの第２パルス１８が発信器T2により創生されて壁８周りを円周方向に移行する。このパルス１８は、パルス１２と同様に、欠陥１０の所から一部が反射されかつ一部は減じられた形で前進移行され、これにより更なる円周方向のエネルギーの流れが壁８内に創生され、これは発信器T1により創生されたエネルギーからの流れと共に受信器R1およびR2の双方により解釈され得る。
【００３１】
より詳細には、発射直後のT1からの超音波パルスのために、隣接発射によりR1に可聴的かつ電磁的な過負荷がかかる。これは一定時間継続し、その間に受信器R1はパイプ壁内の欠陥からの反射を聞く。R2も同様にT1からの通過伝達信号を聞き、これは介在するパイプ壁内の欠陥の影響により減じられる。最後に、一定期間内において受信器R1がR1T1対から最も離れたパイプ部分の欠陥により起こされるT1シグナルの反射を聞く。同時に、明確化のために示されていないが、T2からのエネルギーパルスが欠陥と同様に相互作用する。各受信器のために、上述の信号は反射されかつ貫通した伝達データの双方を与える単一のデータ流として表れ、従って欠陥を検出し、識別しかつ寸法表示する強化された能力を提供する。各欠陥は反射されかつ貫通した伝達データの両側から見得る。もし２個の伝達パルスが正確に同時でない場合であっても同じ原理が適用され得ることは明らかである。更に、リング内の両発信器が同時またはほぼ同時に発射されるので、それから全ての超音波は共に（直列よりもむしろ並列に）減じられ、従って次の発射の前に可能な最も短い時間を与える。これは可能な最も速いパルス繰返し率を来たす。
【００３２】
図３はパイプ壁周りに（図１内のと同様に）角度を隔てて配置された同一平面上の発信器／受信器の３対を示しており、これは欠陥の検出、識別およびサイジングの能力を強化している。受信器が各種発信器から受信した信号を識別し得ることは重要であり、かつこれは各種発信器および受信器の位置決めにより達成され、その位置決めは第１対の受信器および第２対の発信器の間の円周方向通路の長さが第１対の受信器および第３対の発信器の間の長さと異なり−即ち、矢印I-IIにより表示された通路が矢印I-IIIで表示された通路よりも短い。このようにして、受信器R1は発信器T2およびT3からの貫通伝達信号を異なる時期に検知する。減じられた信号は受信器R1のどちら側が欠陥を備えているかを知らせる。
【００３３】
このようにして点検装置が提供され、この点検装置は少なくとも１対、より好ましくは２個またはそれより多い変換器（発信器／受信器）の対付きの同一面内の変換器のリングを組み合わせている。リング内の全ての発信器は同時または非常に近接して発射してパイプラインの壁の円周方向に移行するエネルギーのパルスを創生しかつこの発射を或る率で繰り返し、この率は点検に好適であるが可聴リングダウン率のみにより制限される。各種の軸方向に隔たった変換器のリングを軸方向に充分なスペースを隔てて一連に組み合わせることができ、そのようにすると１個のリングからの可聴エネルギーが隣接リングからのエネルギーと干渉しなくなる。このスペース設置が各種リングの同時の発射を許容して、最高の精査率を提供する。１個のリングを他のリングと角度を隔てて配置するとパイプ壁の全体のカバーを提供し得るようになる。
【００３４】
本発明が提供するシステムは超音波変換器のまばらに配置された円周方向の列を備えており、受信変換器の少数のそれぞれがデータシステム流を提供し、これが同じ流れ内に反射および発信データの双方を備えている。この配置は変換器ハードウエヤーおよび支持電子機器には経済的であり、しかも欠陥または特徴に付いての良い情報を提供し、点検性能を向上させる。このシステムは更に採用され得るパルス繰返し率最高化の利点を備えており、かつこれにより装置がパイプを移行する際の欠陥の計測数を最高化する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明によるパイプライン点検装置の斜視図である。
【図２】超音波エネルギーの通路を示すパイプ断面部分の略図である。
【図３】本発明による装置の発信および受信変換器の配置を示すパイプ断面図である。
【国際公開パンフレット】
2005502046.tif 000003
2005502046.tif 000004
2005502046.tif 000005
2005502046.tif 000006
2005502046.tif 000007
2005502046.tif 000008
2005502046.tif 000009
2005502046.tif 000010
2005502046.tif 000011
2005502046.tif 000012
2005502046.tif 000013
2005502046.tif 000014
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2005502046.tif 000017
2005502046.tif 000018
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2005502046.tif 000024
2005502046.tif 000025
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005502046.tif 000026
2005502046.tif 000027
【国際調査報告】
2005502046.tif 000028
2005502046.tif 000029
2005502046.tif 000030