(57)【要約】      （修正有）【課題】熱交換器伝熱管の渦流探傷検査において、センサーにフィルム状コイルを使用することでステンレス鋼やチタンなどの導電率の小さい薄肉厚の管材料の管端部においても実用的Ｓ／Ｎ比が得られる渦流探傷プローグを提供する。【解決手段】円筒状の筐体にフィルム状のごく薄いコイル８ａ，８ｂを円周方向等間隔に複数個、それを筐体長手方向前後２列に近接して同じ数のコイルを貼り付け配置する。管端部の拡管や管板などの不用信号を抑制するため、筐体長手方向前側１個のコイルは円周方向に隣り合った後側のコイルにつながれ、筐体長手方向後側１個のコイルは円周方向に隣り合った前側のコイルにつながれ、このように交互に配線し２組の同数のコイル群、Ａ系、Ｂ系をつくり、渦流探傷器に差動接続される方式で、管内面とコイル間の距離（リフトオフ）が小さくなるように配置した。【選択図】図４
0003165804.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器伝熱管の渦流探傷試験法を用いた管端部検査用内挿プローブコイルで，円筒状の筐体にフィルム状のごく薄いコイルを円周方向等間隔に複数個，それを前後２列に貼り付け配置し，管端部の拡管や管板の不用信号を抑制するため交互に配線し，渦流探傷器に差動接続される方式の管端部検査用渦流探傷プローブ。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本考案は熱交換器等の管を検査する際に使用する渦流探傷器のプローブのうち，試験周波数が比較的高周波で使用できる管端部検査用プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】  熱交換器伝熱管は，熱，振動，腐食，浸食などの影響により管の肉厚が減少し，最終的には漏洩事故に至る可能性があり，それが起こった場合は装置全体が本来の機能を果たせない状況になる。その状況を未然に防ぐため，管の渦流探傷検査が定期的に行われており，漏洩に至る可能性があると判断される管は閉止処置や管の交換処置が行われる。【０００３】  図１に渦流探傷器の一般的な回路構成のフロー図を示す。図中のプローブは１個または複数のコイルで構成され，管内を通過する際に管に存在する割れ，腐食などによる減肉厚部，さらには導電率や透磁率変化部などに対しインピーダンス変化として応答し，センサーとして働くものである。管材質が非磁性金属の場合は，ほとんどの場合導電率や透磁率は変化しないものとし，割れ，腐食などによる減肉厚部を検査対象として扱える。【０００４】  通常使われる一般的なプローブの形式を図２に示す。このプローブを管内に挿入し，引き抜き時に伝熱管の検査を実施する。２つのコイル１ａ，１ｂは円周方向（タンジェンシャル）に巻いてあり，渦流探傷器のブリッジに接続され，また，発信器から交流電流が供給される。この交流電流を流したコイルはコイル近傍の管に渦電流を誘起する。さらに管に生じたこの渦電流は，電磁的にコイルと結合状態にある。
プローブが管内を走査すること（探傷）により，管に割れ，腐食などによる減肉厚部が存在すればそれらの近傍の渦電流の分布が変化し，２つのコイル１ａ，１ｂのインピーダンスも変化する。その結果，渦流探傷器により，２つのコイル１ａ，１ｂのそれぞれのインピーダンス変化に応じた差動分の出力が得られる。この出力は，あらかじめ調べてある各種人工きずの応答と比較され，きずの存在を判断し，さらにきず深さも判定できるようになっている。【０００５】  一方，熱交換器の伝熱管は１器あたり数本から数万本が装着されており，個々の管の管端部は一般的に図３に示すように，管板４の穴に管径を広げて（拡管して）固定している。この部分は，管がとぎれていること（管端末），断面急変部（拡管部）があること，管の外側に管板が存在することにより，図２のようなプローブではコイルのインピーダンスが大きく変化し，渦流探傷器の出力も大きくなり，この近傍ではきずが存在しても検出できない不感帯の状態となる。すなわち，図２のコイルを使って，熱交換器伝熱管の１本のうち，きずの存在を判断し，さらにきず深さも判定できる範囲は，上記不感帯を除いた範囲となる。この不感帯部を検査する方法として，特許文献１に示す形式のプローブが使われる。このプローブで図３の管端部を走査すると，管がとぎれていること，断面急変部（拡管部）があること，管の外側に管板が存在することなどの，管全周からおよぼされる影響を相殺し，局部きずの信号を取り出すことができる。【０００６】  一方，図２や特許文献１で示すプローブのコイルが誘起する渦電流は，管の円周方向に沿って流れる。もし，きずが円周方向に延びた断面積の小さい割れの場合には，割れの向きと渦電流の流れる方向が同じになり，渦電流の流れを遮り渦電流の分布を変化させる状態とはならないため，コイルのインピーダンス変化につながらないので，このようなきずの検出性は小さくなる。このようなきずも検出できるプローブとして，特許文献２に示すプローブが使われる。形式的には特許文献１と同じであるが，個々のコイルをタンジェンシャル巻きから，ボビンに銅線を巻き（パンケーキ形），その中心線を管内面の法線方向に向けて配置するものに変えている。渦電流が流れる向きは，タンジェンシャル巻きコイルでは管周方向であるのに対し，パンケーキ形では管面に対し渦巻き状に流れるようになっている。この結果，きずがどの方向に向いていても渦電流の流れを妨げることになり，きず指示を検出できる。且つ図３のような管端部でも適用が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】  特開昭６３−２３３３６４
【特許文献２】  特開平０９−４３２０４
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００８】  特許文献１や特許文献２の形式のコイルは外面きずの検出性が，図２のプローブより劣っている。
図２のコイルは管内面全周に面しており，コイルが誘起する渦電流は管周方向に閉回路をなして流れるのに対し，特許文献１や特許文献２のプローブの個々のコイルは管内周面の一部のみの誘起に留まっており，渦電流が管外面まで到達する面積がごく小さいことが原因と考えられる。
この外面きずの検出性を補うため，探傷器からコイルに流す試験周波数を２周波数以上同時に適用し，例えば内面きず信号消去や搬送振動信号消去などの信号演算（重ね合わせ）処理をするが，このとき一方の周波数が探傷器とのインピーダンス整合が取れていても，もう一方の試験周波数は整合が取れなくなりきずに対する応答効率が低下し，結果Ｓ／Ｎが低下する。この現象は特に検査対象物が，導電率が小さいもの，肉厚が薄いものなど，試験周波数が１００ｋＨｚ以上におよぶ高い周波数を使用する場合に顕著である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  課題を解決するために図４のプローブを考案した。特許文献２で使われたパンケーキ形コイルに代わって，円筒状の筐体にフィルム状のごく薄いコイルを円周方向等間隔に複数個，それを前後２列に貼り付け配置し，管端部の拡管や管板などの不用信号を抑制するため図５に示すように交互に配線し，渦流探傷器に差動接続される方式で，管内面とコイル間の距離（リフトオフ）が小さくなるように配置した。
【考案の効果】
【００１０】  従来のパンケーキ形コイルを使用したプローブは図６に示すように，円筒状の筐体にボビンに銅線を巻いてパンケーキ状の形状を持つコイルをボビンごと埋め込んで製作するが，考案したプローブは図７のように円筒状の筐体の外周にフィルム状のごく薄いコイルを貼り付けるだけであるので，リフトオフが小さくなり，きずの応答効率が向上する。また，プリント（印刷）コイルや，フィルムコイルなどのごく薄いものを使用しているため，パンケーキ形コイルのように深さ方向に厚いものより励磁電流をほぼ平面に集中させることができ，きずの応答効率が向上する。
以上の結果，複数の試験周波数を適用する探傷でも良好なＳ／Ｎを確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】渦流探傷器回路構成のフロー図。
【図２】通常使われる一般的なプローブの外観図。
【図３】熱交換器伝熱管の管端部の断面図。
【図４】考案したプローブの構造の外観図。
【図５】考案したプローブの配線を示した展開図。
【図６】パンケーキ形プローブのコイルと管内面との距離（リフトオフ）を示した断面図。
【図７】考案したプローブのコイルと管内面との距離（リフトオフ）を示した断面図。
【図８】考案したプローブによる管端部不用信号抑制状況を示した表。
【図９】考案したプローブによる各種きずの検出状況を示した表。
【実施例】
【００１２】  図６および図７は，図４および特許文献２の個々のコイル部を拡大し，管内面との距離（リフトオフ）を示した図である。例えば管内径３０．３５ｍｍの管の場合はパンケーキ形コイルのリフトオフはプローブの中心軸が管の中心軸と重なっていると仮定すると，Ｄ＝３．７ｍｍに対し，考案したプローブではコイルのリフトオフはＤ＝０．９５ｍｍとなり，大幅にリフトオフが改善された。【００１３】  図４および特許文献２のプローブを用いて，図３の管の一部にφ２ｍｍドリル穴を加工して探傷走査してみたところ，探傷器のＹ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ），Ｘ（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）出力共に２Ｖ出力させるためのゲイン表示はパンケーキ形プローブでは６９ｄＢ，考案したフィルムコイル形プローブでは５８ｄＢとなり，２倍弱の感度の余裕が確保できた。【００１４】  図４では考案したプローブのコイル数は円周方向片側４個の配置となっているが，特に管の内径が大きくなると円周方向に隣り合ったコイル間にきず検出性が低下する領域が生ずるため，円周方向のコイル数を必要に応じ２個〜８個程度まで調整する。
また，考案のプローブのコイル形状は丸形であるが，矩形コイルを使用しても同じ効果が得られる。【００１５】  図７に，図２で示したプローブ（通常プローブ）と考案したプローブを図３の伝熱管管端部（管板厚さ４０ｍｍ）に適用した結果を探傷器のＹ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ），Ｘ（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）出力で示す。通常プローブでは拡管や管板信号が大きく出力されているのに対し，考案プローブでは，端末信号が若干認められる他，拡管や管板信号が抑制されているのがわかる。
図８は，考案したプローブによる各種きず形態に対する応答を示す。Ａチャンネルは，基本試験周波数による結果，Σで示されるチャンネルは２つの試験周波数による搬送振動（ガタ）信号除去の演算処理をおこなった結果である。複数の試験周波数を適用しているが，Ｓ／Ｎの良好な信号が得られている。
【産業上の利用可能性】
【００１６】  発電設備や石油精製，石油化学などのプラントにおける熱交換器伝熱管の渦流探傷試験を用いた保守検査では黄銅管などの一般的な管材質に対しては通常図２に示すタイプのプローブで管の内側から検査を行う。しかし，前述の通りこの方法では管端部は不感帯となり，その部分の検査は，必要に応じて特許文献１や特許文献２の方法などにより行われている。
一方，特に管材質がチタンやステンレスなどの導電率が小さい薄肉の材料の場合は試験周波数が１００ｋＨｚ以上を使用することになり，図２に示すプローブでの検査を実施するほか，管端部の不感帯領域は，特許文献１や特許文献２のプローブでの高い試験周波数における探傷はＳ／Ｎが小さく適用が困難であったが，本考案のプローブを適用することにより良好な検出性が得られ，図２のプローブでの探傷技術と合わせ，管全長を検査対象とすることができるようになる。
【符号の説明】
【００１７】１      コイル
２      ボビン
３      信号ケーブル
４      管板
５      伝熱管
８      本考案のフィルムコイル群
１１    管内面
１２    パンケーキ形コイルの管内面最短距離面
１３    フィルムコイルの管内面最短距離面
１４    パンケーキ形コイル
１５    フィルムコイル
【図１】
0003165804.tif 000003
【図２】
0003165804.tif 000004
【図３】
0003165804.tif 000005
【図４】
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【図５】
0003165804.tif 000007
【図６】
0003165804.tif 000008
【図７】
0003165804.tif 000009
【図８】
0003165804.tif 000010
【図９】
0003165804.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成22年11月10日(2010.11.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
熱交換器伝熱管の渦流探傷試験法を用いた管端部検査用内挿プローブで，円筒状の筐体にフィルム状のごく薄いコイルを円周方向等間隔に複数個，それを筐体長手方向前後２列に近接して同じ数のコイルを貼り付け配置し，筐体長手方向前側１個のコイルは円周方向に隣り合った後側のコイルにつながれ，筐体長手方向後側１個のコイルは円周方向に隣り合った前側のコイルにつながれ，このように交互に配線し２組の同数のコイル群をつくり，渦流探傷器に差動接続される方式で，フィルム状のごく薄いコイルを用いるためリフトオフが小さくなり，管端部の拡管や管板などの不用信号を抑制するように配置したプローブ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】  課題を解決するために図４のプローブを考案した。特許文献２で使われたパンケーキ形コイルに代わって，円筒状の筐体にフィルム状のごく薄いコイルを円周方向等間隔に複数個（図４では４個），それを筐体長手方向前後２列に近接して同じ数のコイルを貼り付け配置し，管端部の拡管や管板などの不用信号を抑制するため図５に示すように，筐体長手方向前側１個のコイルは円周方向に隣り合った後側のコイルにつながれ，筐体長手方向後側１個のコイルは円周方向に隣り合った前側のコイルにつながれ，このように交互に配線し２組の同数のコイル群，Ａ系，Ｂ系をつくり，渦流探傷器に差動接続される方式で，管内面とコイル間の距離（リフトオフ）が小さくなるように配置した。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】  図４および図５示す考案したプローブのコイルは片側円周方向４個（全８個）の配置となっているが，管の内径が大きくなると円周方向に隣り合ったコイル間にきず検出性が低下する領域が生じ，このときは円周方向のコイル数を必要に応じ６個（全１２個）や８個（全１６個）と偶数個で増やしても同じ効果が得られる。
また，考案のプローブのコイル形状は丸形であるが，矩形コイルを使用しても同じ効果が得られる。