(57)【要約】【課題】保温配管の保温材の厚さや強磁性体の外装板金の影響を低減して、外装板金上から保温材下の配管本体の外面腐食に伴う減肉の発生を検出し、配管本体の肉厚を精度よく評価することができ、点検にかかる期間とコストを大幅に低減することが可能な保温配管探傷装置及び保温配管探傷方法を提供する。【解決手段】保温配管１４の外装板金１３上に載置される励磁コイル１５を備え、励磁コイル１５に直流パルス電流を流すことにより配管本体１１を励磁して渦電流を発生させる励磁部１６と、外装板金１３上に励磁コイル１５の軸方向と同軸に載置される検出コイル１７を備え、渦電流によって生じる磁束の変化を検出コイル１７に生じる電圧の変化として検出する検出部１８とを有し、励磁部１６は、電源２２と、電源２２によって充電されるコンデンサ２３と、コンデンサ２３から励磁コイル１５への放電のオンオフを切り替える電子スイッチ２４とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管本体と、該配管本体の外周を覆う保温材と、該保温材の外周を覆う強磁性体の外装板金とを有する保温配管に対し、前記保温材下の前記配管本体の肉厚を前記外装板金上から測定する保温配管探傷装置であって、
前記外装板金上に載置される励磁コイルを備え、該励磁コイルに直流パルス電流を流すことにより前記配管本体を励磁して渦電流を発生させる励磁部と、
前記外装板金上に前記励磁コイルの軸方向と同軸に載置される検出コイルを備え、前記渦電流によって生じる磁束の変化を前記検出コイルに生じる電圧の変化として検出する検出部とを有し、
前記励磁部は、電源と、前記電源によって充電されるコンデンサと、前記コンデンサから前記励磁コイルへの放電のオンオフを切り替える電子スイッチとを有することを特徴とする保温配管探傷装置。
【請求項２】
請求項１記載の保温配管探傷装置において、前記励磁コイルは、中空部を有する円筒状のコアの外周に配置され、前記検出コイルは、前記コアの前記中空部に内挿されていることを特徴とする保温配管探傷装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の保温配管探傷装置において、前記励磁部は、パルス発生器を有し、前記電子スイッチは、トランジスタであることを特徴とする保温配管探傷装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１記載の保温配管探傷装置において、前記検出部は、前記直流パルス電流の遮断時以降に検出した前記検出コイルの電圧を検出信号として処理するデータ処理部を有することを特徴とする保温配管探傷装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１記載の保温配管探傷装置を用いた保温配管探傷方法であって、前記励磁コイルと前記検出コイルを前記外装板金上に同軸に載置し、前記励磁コイルに前記直流パルス電流を流すことにより前記配管本体を励磁して渦電流を発生させ、前記直流パルス電流の遮断時から前記検出コイルの電圧が予め設定した閾値に達するまでの時間に基づいて前記配管本体の肉厚を評価することを特徴とする保温配管探傷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管本体の外周が保温材（断熱材）及び強磁性体の外装板金で保護された保温配管における配管本体の肉厚を外装板金上から評価（測定）できる保温配管探傷装置及び保温配管探傷方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電プラント、化学プラント、その他の各種施設における流体輸送において、多くの配管が使用されている。これらの配管本体には、主に炭素鋼系材料からなる鋼管が用いられ、その外面は保温材（断熱材）で覆われ、さらにその外側は外装板金で保護されている。
しかし、配管の設置された環境の温度や湿度変化、雨水の浸入等により、保温材下で配管本体の外面腐食（減肉）が発生することが知られている。この現象は、各種施設の運用、管理上の重要な問題であり、各種施設における配管肉厚の定期的な検査は不可欠となっている。
この配管肉厚を検査する方法として、超音波検査法や放射線透過法がある。しかし、超音波検査法は、探触子を直接、配管本体（鋼管）の表面に接触させるため、保温材と外装板金を撤去する必要があり、検査後には再び保温材と外装板金を取り付けなければならないので、これらの撤去及び再施工の手間と時間がかかり、検査時間が長くなってコストも増大するという問題がある。また、放射線透過法では、保温材や外装板金を撤去する必要はないが、放射線の管理が必要であり、使用場所が限られ、安全性に欠けるという問題がある。
そこで、配管外部から非接触で安全に検査できる検査手法として、渦電流探傷法が提案されている。この渦電流探傷法を用いたものとして、例えば、特許文献１には、交流電流を印加可能な励磁コイルと、励磁コイルの両端部近傍の各位置に、励磁コイルの軸方向と略直交する軸方向となるように各々略等方向に配置された２個の検出コイルと、から構成された検出センサーを含む磁気探傷装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２８８６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、配管本体が磁性と導電性を有する金属管等からなる保温配管に対して特許文献１の磁気探傷装置を適用した場合、渦電流の遮蔽効果のため、励磁交番磁界が配管内部に浸透し難いという問題がある。特に、保温配管の配管本体として好適に用いられる炭素鋼鋼管は、強磁性体であるため、周波数の影響を強く受け、周波数が高くなるにつれ減衰が極めて大きくなり、励磁交番磁界が極端に浸透し難く、ノイズも発生し易くなるという問題がある。
また、配管本体が厚い保温材で覆われている場合、配管本体とセンサー間の距離、即ちリフトオフが大きくなり、渦電流密度が低下して、検出信号の出力が極端に小さくなるという問題がある。
更に、保温材の外側を覆う外装板金は、センサーの直近に配置されることとなり、その渦電流の影響を強く受けることとなる。特に、外装板金として好適に用いられるガルバリウム鋼板（登録商標）は、強磁性体であるため、その影響が極めて大きく、磁束の遮蔽及びノイズが発生し易く、検査不能範囲が多く存在し、精度よく腐食状況を把握することや肉厚を測定することが困難であるという問題がある。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、保温配管の保温材の厚さや強磁性体の外装板金の影響を低減して、外装板金上から保温材下の配管本体の外面腐食に伴う減肉の発生を検出し、配管本体の肉厚を精度よく評価することができ、点検にかかる期間とコストを大幅に低減することが可能な保温配管探傷装置及び保温配管探傷方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的に沿う第１の発明に係る保温配管探傷装置は、配管本体と、該配管本体の外周を覆う保温材と、該保温材の外周を覆う強磁性体の外装板金とを有する保温配管に対し、前記保温材下の前記配管本体の肉厚を前記外装板金上から測定する保温配管探傷装置であって、
前記外装板金上に載置される励磁コイルを備え、該励磁コイルに直流パルス電流を流すことにより前記配管本体を励磁して渦電流を発生させる励磁部と、
前記外装板金上に前記励磁コイルの軸方向と同軸に載置される検出コイルを備え、前記渦電流によって生じる磁束の変化を前記検出コイルに生じる電圧の変化として検出する検出部とを有し、
前記励磁部は、電源と、前記電源によって充電されるコンデンサと、前記コンデンサから前記励磁コイルへの放電のオンオフを切り替える電子スイッチとを有する。
【０００６】
第１の発明に係る保温配管探傷装置において、前記励磁コイルは、中空部を有する円筒状のコアの外周に配置され、前記検出コイルは、前記コアの前記中空部に内挿されていることが好ましい。
【０００７】
第１の発明に係る保温配管探傷装置において、前記励磁部は、パルス発生器を有し、前記電子スイッチは、トランジスタであることが好ましい。
【０００８】
第１の発明に係る保温配管探傷装置において、前記検出部は、前記直流パルス電流の遮断時以降に検出した前記検出コイルの電圧を検出信号として処理するデータ処理部を有することが好ましい。
【０００９】
前記目的に沿う第２の発明に係る保温配管探傷方法は、第１の発明に係る保温配管探傷装置を用いた保温配管探傷方法であって、前記励磁コイルと前記検出コイルを前記外装板金上に同軸に載置し、前記励磁コイルに前記直流パルス電流を流すことにより前記配管本体を励磁して渦電流を発生させ、前記直流パルス電流の遮断時から前記検出コイルの電圧が予め設定した閾値に達するまでの時間に基づいて前記配管本体の肉厚を評価する。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明に係る保温配管探傷装置は、充電したコンデンサから大きな電流を流すことができるので、平均電力を低減して励磁コイルの発熱を小さく抑えながら瞬間的に強い磁界を形成して大きな励磁力を得ることができる。また、直流パルス電流を用いることにより、同じ電流値の交流電流に比べて渦電流の浸透深さが深くなる。これにより、外装板金による磁束の遮蔽、ノイズの発生の影響を受け難く、また、保温材の厚さ（リフトオフ）の影響による渦電流密度の低下も抑えることができるので、外装板金上から、保温材下の配管本体の減肉を検出することができ、肉厚を精度よく評価することができる。
励磁コイルが中空部を有する円筒状のコアの外周に配置され、検出コイルがコアの中空部に内挿されている場合、励磁コイルと検出コイルが一体化された相互誘導形上置コイルとして取り扱い性を向上させ、直下の配管本体の肉厚を検出することができる。
電流供給部がパルス発生器を有し、電子スイッチがトランジスタある場合、直流パルス電流を瞬時に遮断することができ、電圧降下も少なく、励磁電流を大きくして検出性能を高めることができる。
第２の発明に係る保温配管探傷方法は、励磁コイルに流す直流パルス電流の遮断時から検出コイルの電圧が予め設定した閾値に達するまでの時間を、配管本体の肉厚が既知の保温配管での測定データと比較することにより、配管本体の肉厚を精度よく評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る保温配管探傷装置の構成を示す説明図である。
【図２】同保温配管探傷装置の励磁コイル及び検出コイルを示す要部正断面図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同保温配管探傷装置を用いた保温配管探傷方法による評価結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
本発明の一実施の形態に係る保温配管探傷装置１０は、図１に示すように、配管本体１１の外周がケイ酸カルシウム等の保温材１２で覆われ、さらにその外周がガルバリウム鋼板（登録商標）等の強磁性体の外装板金１３で覆われた屋外高温配管等の保温配管１４に対し、保温材１２下の配管本体１１の肉厚を外装板金１３上から測定するものである。
保温配管探傷装置１０は、外装板金１３上に載置される励磁コイル１５に直流パルス電流（励磁電流）を流すことにより、配管本体１１を励磁して渦電流を発生させる励磁部１６と、渦電流によって生じる磁束の変化を外装板金１３上に励磁コイル１５の軸方向と同軸に載置される検出コイル１７に生じる電圧の変化として検出する検出部１８とを有している。
ここで、励磁コイル１５は、図２に示すように、炭素鋼（ＳＳ）等の鋼製で中空部２０を有する円筒状のコア２１の外周に配置されており、検出コイル１７は、コア２１の中空部２０に内挿されている。これにより、励磁コイル１５と検出コイル１７が一体化された相互誘導形上置コイルとして取り扱うことができる。なお、検出コイル１７としてはパンケーキコイルが好適に用いられる。
【００１３】
次に、励磁部１６の詳細について説明する。
励磁部１６は、電源２２と、電源によって充電される大容量（例えば１３２０ｍＦ）のコンデンサ２３と、コンデンサ２３から励磁コイル１５への放電のオンオフを切り替える電子スイッチとしてＮＰＮ型のトランジスタ（バイポーラトランジスタ）２４を有している。このとき、励磁コイル１５の一端側にコンデンサ２３が接続され、励磁コイル１５の他端側にトランジスタ２４のコレクタ端子が接続されている。そして、トランジスタ２４のベース端子にはパルス発生器２５が接続されている。このパルス発生器２５からトランジスタ２４に駆動用のパルス信号が入力されることにより、トランジスタ２４がスイッチとして動作し、コンデンサ２３から励磁コイル１５に大電流（例えば、励磁電圧３６Ｖ、励磁電流１２０Ａ、励磁時間３０ｍｓｅｃ）の直流パルス電流を流すことができる。
【００１４】
次に、検出部１８の詳細について説明する。検出部１８は、配管本体１１に発生して渦電流によって生じる磁束に伴って検出コイル１７に発生する電圧を増幅する増幅器２６と、増幅器２６で増幅されたアナログの電圧波形をデジタルの電圧データに変換するＡ／Ｄ変換器２７と、Ａ／Ｄ変換器２７で得られた電圧データを処理するデータ処理部２８とを有している。なお、Ａ／Ｄ変換器２７からデータ処理部２８への電圧データの送信は、ＬＡＮやＵＳＢケーブルにより行う。データ処理部２８には、ＲＡＭ、ＣＰＵ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏ、及びこれらの要素を接続するバスを備えた従来公知の演算器（即ち、コンピュータ）が好適に用いられる。また、データ処理の結果を表示するモニタも有している。このデータ処理部２８は、Ａ／Ｄ変換器２７から送信される電圧データの内、励磁コイル１５に流された直流パルス電流の遮断時以降の電圧データを検出信号として処理する。具体的には、検出信号（電圧データＶ）の対数値（ｌｏｇ（Ｖ）：信号強度）を求め、その時間変化を表示するものが好適に用いられる。
【００１５】
以上のように構成された保温配管探傷装置１０を用いた保温配管探傷方法について説明する。
まず、配管本体の減肉が発生していない保温配管（配管本体の肉厚が既知の保温配管）に対して、上記の要領で検出信号の信号強度（ｌｏｇ（Ｖ））の時間変化を測定し、配管本体の肉厚（既知）と、信号強度の減衰（時間変化）との関係を求めておく。この信号強度（ｌｏｇ（Ｖ））の減衰には、配管本体の肉厚によって差異が見られ、肉厚が薄い程、早く減衰することがわかっている。
よって、評価対象の保温配管（配管本体の肉厚が未知の保温配管）に対して同様の測定を行い、その信号強度が予め設定した閾値に達するまでの時間を、配管本体の肉厚が既知の場合の測定データと比較することにより、その配管本体の肉厚（未知）を評価（測定）することができる。なお、データ処理部２８での処理は、ＣＰＵが所定のプログラムを実行することで実現される。
【００１６】
実際の評価（測定）においては、励磁コイル１５及び検出コイル１７を評価対象の保温配管１４の外装板金１３上に載置してデータを取得する際に、１カ所につき複数回（例えば３〜５回）データを取得し、その平均値を用いて評価することにより測定誤差を低減でき、好ましい。また、励磁コイル１５及び検出コイル１７の載置場所を保温配管１４の円周方向に所定ピッチ（例えば４５度）で変えてデータを取得することにより、配管本体１１の肉厚を全周にわたって評価（測定）することができる。
なお、励磁コイル及び検出コイルの巻数や励磁コイルに流す直流パルス電流の大きさ等は、配管本体の外径、初期の肉厚、保温材及び外装板金の材質や厚さ等に応じて適宜、選択することができる。そして、これらを適正に設定することにより、例えば保温材厚さ１０〜５０ｍｍ、配管本体の肉厚１５〜２０ｍｍ程度まで本発明を適用して±１〜±３ｍｍ程度の精度で肉厚を評価することができる。
【実施例】
【００１７】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
（実施例１）
ここでは、上記の保温配管探傷装置１０（図１、図２参照）を用いて実施したが、その仕様は以下の通りである。
励磁コイル１５は導線径２．３ｍｍ、導線巻数１５０ターン、コイル外径１００ｍｍ、コイル内径３６ｍｍ、コイル高さ３３ｍｍ、コア用鉄芯径１００ｍｍ、コア用鉄芯高さ３３ｍｍとし、検出コイル１７はインダクタンス３３０ｍＨとした。また、励磁コイル１５に直流パルス電流（励磁電流）を通電するためのコンデンサ２３は容量１３２０ｍＦとし、このときの励磁電流は１２０Ａ、励磁電圧は３６Ｖ、励磁時間は３０ｍｓｅｃであった。
図３（Ａ）は、高温配管用炭素鋼管からなる肉厚の異なる３種類の配管本体につき、外周を厚さ３０ｍｍの保温材のみで覆った状態（外装板金無し）で、保温配管探傷装置１０を用いて配管本体の肉厚評価を行った結果である。横軸は励磁コイル１５に流した直流パルス電流の遮断時からの経過時間を示し、縦軸は検出コイル１７で検出した電圧データ（検出信号）から求められた信号強度（ｌｏｇ（Ｖ））を示している。なお、３種類の配管本体は減肉が発生しておらず、その公称配管径は３００Ａ（外径３１９．５ｍｍ）で、それぞれの公称肉厚はＳｃｈ４０（１０．３ｍｍ）、Ｓｃｈ８０（１７．４ｍｍ）、Ｓｃｈ１２０（２５．４ｍｍ）である。
【００１８】
図３（Ａ）において、直流パルス電流の通電遮断直後（０〜１ｍｓｅｃ）は、３種類の配管本体の肉厚の違いに関わらず、信号強度の減衰には、差異が認められない。しかし、２ｍｓｅｃ経過以降は、肉厚が薄い程、信号強度が早く減衰し、その差が徐々に拡大する傾向が見られ、信号強度が−２を超えてから急激に信号強度が減衰することがわかった。
よって、例えば信号強度ｌｏｇ（Ｖ）＝−２を閾値に設定し、配管本体の肉厚と、直流パルス電流の遮断時から信号強度が閾値に達するまでの時間との関係を求めておくことにより、肉厚が未知の配管本体を評価することが可能になる。なお、検出コイル１７で検出した電圧データ（検出信号）をそのままリニアスケールで比較すると肉厚の違いを評価し難いが、対数スケールで比較することにより、肉厚の違いを判別し易くなる。
【００１９】
（実施例２）
使用した保温配管探傷装置１０の仕様は実施例１と同様なので、説明を省略する。
図３（Ｂ）は、高温配管用炭素鋼管からなる肉厚の異なる３種類の配管本体につき、外周を厚さ３０ｍｍの保温材で覆い、さらにその外周を厚さ０．４ｍｍのガルバリウム鋼板（登録商標）からなる外装板金で覆った状態で、保温配管探傷装置１０を用いて配管本体の肉厚評価を行った結果である。横軸は励磁コイル１５に流した直流パルス電流の遮断時からの経過時間を示し、縦軸は検出コイル１７で検出した電圧データ（検出信号）から求められた信号強度（ｌｏｇ（Ｖ））を示している。なお、３種類の配管本体は、公称配管径が３００Ａ（外径３１９．５ｍｍ）で、それぞれの肉厚を７．８ｍｍ、４．９ｍｍ、２．４ｍｍにフライス加工したものである。
【００２０】
図３（Ｂ）において、外装板金の影響によるノイズの増加と、信号強度の減衰度合の低下が見られるが、実施例１と同様に、肉厚が薄い程、信号強度が早く減衰し、その差が徐々に拡大する傾向になることがわかった。
以上の結果から、本発明の保温配管探傷装置及び保温配管探傷方法を採用して予め配管本体の肉厚が既知の保温配管を用いて測定を行い、配管本体の肉厚と、信号強度の減衰（時間変化）との関係を求めておけば、配管本体の外周が保温材と外装板金で覆われ、その肉厚が未知の実機保温配管（評価対象）につき、同様にして測定を行い、その信号強度が予め設定した閾値に達するまでの時間を求めることにより、減肉の検出及び肉厚評価が可能となることが確認された。
【００２１】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
例えば、電子スイッチはコンデンサから励磁コイルへの放電のオンオフを切り替えることができればよく、ＮＰＮ型のトランジスタ（バイポーラトランジスタ）に限らず、ＰＮＰ型のトランジスタその他を用いることができる。
【符号の説明】
【００２２】
１０：保温配管探傷装置、１１：配管本体、１２：保温材、１３：外装板金、１４：保温配管、１５：励磁コイル、１６：励磁部、１７：検出コイル、１８：検出部、２０：中空部、２１：コア、２２：電源、２３：コンデンサ、２４：トランジスタ（電子スイッチ）、２５：パルス発生器、２６：増幅器、２７：Ａ／Ｄ変換器、２８：データ処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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