(57)【要約】【課題】容易に短時間で配管内表面の広い範囲にわたる水蒸気酸化スケールの付着形態を検査することができる配管の非破壊検査方法を提供する。【解決手段】電磁超音波検査装置１により、ボイラ鋼管などの配管２の外側から配管２と非接触で配管２を配管周方向及び配管長手方向に走査して、配管２の内表面２ａに付着している水蒸気酸化スケール３の厚さ、剥離及び浮き上がりを検査する。また、電磁超音波検査装置１による検査結果に基づき、配管内表面２ａを周方向に展開した状態で水蒸気酸化スケール３の付着形態を色分けして表示する。また、水蒸気酸化スケール３の厚さも、厚さに応じて色の階調を変えて表示してもよい。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管の内表面に付着している水蒸気酸化スケールの付着形態を検査する配管の非破壊検査方法であって、
電磁超音波検査装置により、前記配管の外側から前記配管と非接触で前記配管を配管周方向及び配管長手方向に走査して、前記水蒸気酸化スケールの厚さ、剥離及び浮き上がりを検査することを特徴とする配管の非破壊検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載する配管の非破壊検査方法において、
前記電磁超音波検査装置による検査結果に基づき、前記配管の内表面を周方向に展開した状態で前記水蒸気酸化スケールの付着形態を色分けして表示することを特徴とする配管の非破壊検査方法。
【請求項３】
請求項２に記載する配管の非破壊検査方法において、
前記水蒸気酸化スケールの厚さを厚さごとに色の階調を変えて表示することを特徴とする非破壊検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は配管の非破壊検査方法に関し、ボイラ鋼管などの高温蒸気系の配管の内表面に付着している水蒸気酸化スケールの付着形態を把握する場合に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラ鋼管などの高温蒸気系の配管の内表面には水蒸気酸化スケールが付着するが、この水蒸気酸化スケールは長時間の使用により厚く成長し、ある時点で剥離する。このため、水蒸気酸化スケールの剥離片の飛散や堆積により、高温機器（配管や後流のタービンブレードなど）のトラブルが生じる可能性がある。また、水蒸気酸化スケールに浮き上がりが生じると、配管内を流れる水蒸気への熱伝達が悪くなるため、配管の外側からの熱負荷によって管母材が加熱されるために管材料の寿命が短くなる。このため、水蒸気酸化スケールの剥離時期や付着形態を把握することは高温機器の保全の観点から非常に重要である。
【０００３】
これに対し、従来は圧電素子を用いた超音波検査装置によって配管の超音波検査（非破壊検査）が行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の圧電素子を用いた超音波検査装置による超音波検査では配管内表面に付着した水蒸気酸化スケールの厚みを測定することはできたが、水蒸気酸化スケールの部分的な剥離や浮き上がりなどの付着形態を把握することはできなかった。
【０００５】
従来の圧電素子を用いた超音波検査装置ではプローブを配管の外表面に接触させる必要があるため、検査にあたっては事前に配管外表面を平滑にした後清浄して配管外表面にグリセリンペーストや油などの接触媒質を塗る必要があるが、この作業は非常に煩雑であった。このため、従来の圧電素子を用いた超音波検査装置では局所的な水蒸気酸化スケールの厚みを測定することはできたが、配管内表面の広い範囲にわたって水蒸気酸化スケールの付着形態を測定することは検査に長時間を要するため不可能であった。
【０００６】
従って本発明は上記の事情に鑑み、容易に短時間で配管内表面の広い範囲にわたる水蒸気酸化スケールの付着形態を検査することができる配管の非破壊検査方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第１発明の配管の非破壊検査方法は、配管の内表面に付着している水蒸気酸化スケールの付着形態を検査する配管の非破壊検査方法であって、
電磁超音波検査装置により、前記配管の外側から前記配管と非接触で前記配管を配管周方向及び配管長手方向に走査して、前記水蒸気酸化スケールの厚さ、剥離及び浮き上がりを検査することを特徴とする。
【０００８】
また、第２発明の配管の非破壊検査方法は、第１発明の配管の非破壊検査方法において、
前記電磁超音波検査装置による検査結果に基づき、前記配管の内表面を周方向に展開した状態で前記水蒸気酸化スケールの付着形態を色分けして表示することを特徴とする。
【０００９】
また、第３発明の配管の非破壊検査方法は、第２発明の配管の非破壊検査方法において、
前記水蒸気酸化スケールの厚さを厚さごとに色の階調を変えて表示することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明の実施の形態に係る配管の非破壊検査方法を実施する様子を示す図である。同図に示すように、本実施の形態では電磁超音波検査装置１を用いてボイラ鋼管などの高温蒸気系の配管２の超音波検査（非破壊検査）を行うことにより、配管２の内表面２ａに付着した水蒸気酸化スケール３の付着状態を把握する。
【００１２】
電磁超音波検査装置は金属の表面に電磁的に発生させた渦電流と磁界との間に生じる相互作用によって超音波を送信及び受信するものであり、金属に対し非接触で超音波の送受信が可能である。図示例の電磁超音波検査装置１はパーソナルコンピュータを用いたコントローラ４と、発振器５と、プローブ６とを備えており、プローブ６には電磁超音波を送信するためのトランスミッタ６ａと、電磁超音波を受信するためのレシーバ６ｂとが設けれている。コントローラ４では電磁超音波の送受信タイミングや、発信する超音波の種類や方向のコントロールなどを行い、また、液晶などの表示画面４ａに検査結果の色分け表示などを行う（詳細後述）。発振器５ではコントローラ４からのコントロール信号に基づき、プローブ６を介して電磁超音波の送受信を行う。
【００１３】
そして、この電磁超音波検査装置１を用いて配管２の非破壊検査（超音波検査）を行う際には、図示しない移動装置でプローブ６を配管周方向（矢印Ａ方向）及び配管長手方向（矢印Ｂ方向）に移動させることにより、或いは、図示しない移動装置で配管２を配管周方向及び配管長手方向に移動させることにより、配管２の外側から配管２を非接触で配管周方向及び配管長手方向に走査する。このことにより、配管内表面２ａの全体にわたって水蒸気酸化スケール３の厚さ、剥離及び浮き上がりが検査される。
【００１４】
ここで図２、図３及び図４に基づき、検査の具体例について説明する。図２は水蒸気酸化スケールが健全な場合の検査状況を示す図、図３は水蒸気酸化スケールが剥離している場合の検査状況を示す図、図４は水蒸気酸化スケールが浮き上がっている場合の検査状況を示す図である。なお、これらの図には電磁超音波及びその反射波（反射エコー）を点線の矢印で模式的に示している。
【００１５】
水蒸気酸化スケールが健全な場合（剥離も浮き上がりも生じていない場合）には図２に示すような反射エコーが得られる。即ち、図２に示すようにトランスミッタ６ａから電磁超音波が発信されると、その反射波としてレシーバ６ｂでは配管外表面２ｂからの反射エコーａと、水蒸気酸化スケール３の内表面３ａからの反射エコーｂと、配管内表面２ａ（配管と水蒸気酸化スケールとの境界面）からの反射エコーｃとが受信される。従って、コントローラ６では、このときの反射エコーｂと反射エコーｃの配管外表面２ｂからの距離の差から、水蒸気酸化スケール３の厚さを求めることができる。
【００１６】
水蒸気酸化スケールが剥離している場合には図３に示すような反射エコーが得られる。即ち、図３に示すように例えばＰ１位置においてトランスミッタ６ａから電磁超音波が発信されると、その反射波としてレシーバ６ｂでは配管外表面２ｂからの反射エコーａと、水蒸気酸化スケール３の内表面３ａからの反射エコーｂと、配管内表面２ａからの反射エコーｃとが受信される。このＰ１位置では水蒸気酸化スケール３が剥離していないため、図２の場合と同様の結果が得られる。
【００１７】
そして、図３に示すように例えば水蒸気酸化スケール３が剥離しているＰ２位置においてトランスミッタ６ａから電磁超音波が発信されると、その反射波としてレシーバ６ｂでは配管外表面２ｂからの反射エコーａと、水蒸気酸化スケール３の剥離面３ｂからの反射エコーｄと、配管内表面２ａからの反射エコーｃとが受信される。
【００１８】
従って、コントローラ６では、このときの反射エコーｄと健全位置（例えばＰ１位置）での反射エコーｂとの配管外表面２ｂからの距離の違いから、Ｐ２位置では水蒸気酸化スケール３が剥離していると判断することができる。また、反射エコーｄと反射エコーｃの配管外表面２ｂからの距離の差から、剥離して薄くなった水蒸気酸化スケール３の厚さを求めることもできる。
【００１９】
次に、水蒸気酸化スケールが浮き上がっている場合には図４に示すような反射エコーが得られる。即ち、図４に示すようにＰ３位置においてトランスミッタ６ａから電磁超音波が発信されると、その反射波としてレシーバ６ｂでは配管外表面２ｂからの反射エコーａと、水蒸気酸化スケール３の内層スケール表面３ａからの反射エコーｂと、配管内表面２ａからの反射エコーｃとが受信される。このＰ３位置では水蒸気酸化スケール３が剥離していないため、図２の場合と同様の結果が得られる。
【００２０】
そして、図４に示すように水蒸気酸化スケール３の浮き上がり部分と健全部分との境界位置であるＰ４位置においてトランスミッタ６ａから電磁超音波が発信されると、その反射波としてレシーバ６ｂでは配管外表面２ｂからの反射エコーａと、水蒸気酸化スケール３の内層スケール表面３ａからの反射エコーｂと、配管内表面２ａからの反射エコーｃとが受信される。しかも、電磁超音波にはある程度の広がりがあるため、Ｐ４位置（境界位置）での超音波検査では反射エコーｂだけでなく、反射エコーｂの近傍に反射エコーのノイズｅも得られる。
【００２１】
従って、コントローラ６では、このように反射エコーｂの近傍に反射エコーのノイズｅが得られたときには水蒸気酸化スケール３の浮き上がりが生じていると判断することができる。また、反射エコーｂと反射エコーｃの配管外表面２ｂからの距離の差から、水蒸気酸化スケール３の厚さを求めることもできる。
【００２２】
更に、例えば水蒸気酸化スケール３の浮き上がり位置であるＰ５位置においてトランスミッタ６ａから電磁超音波が発信されると、その反射波としてレシーバ６ｂでは配管２の外表面２ｂからの反射エコーａと、水蒸気酸化スケール３の外層スケール浮き上がり面３ｃからの反射エコーｆと、配管２の内表面２ａからの反射エコーｃとが受信される。
【００２３】
従って、コントローラ６では、このときの反射エコーｆと健全位置（例えばＰ３位置）での反射エコーｂ或いは浮き上がり開始位置（Ｐ４位置）での反射エコーｂとの配管外表面２ｂからの距離の違いから、Ｐ５位置では水蒸気酸化スケール３が浮き上がっていると判断することができ、また、反射エコーｆと反射エコーｃの配管外表面２ｂからの距離の差から、浮き上がって薄くなった水蒸気酸化スケール３の厚さを求めることもできる。
【００２４】
また、図５に示すようにコントローラ４では、これらの検査結果に基づき、配管内表面２ａ全体の水蒸気酸化スケール付着形態を色分けして表示画面４ａに表示する。
【００２５】
即ち、図５に示すように配管２の内表面２ａを周方向に展開（０°〜３６０°）して表示画面４ａに表示する。そして、図５（ｂ）に示すように配管内表面２ａ全体の水蒸気酸化スケールが健全な状態の場合には、全体を例えば茶色で表示する。なお、このとき配管内表面２ａにおいて水蒸気酸化スケールが付着していない部分があれば、この部分を例えば黄色で表示して水蒸気酸化スケールが付着している部分を茶色で表示することにより色分けしてもよい。
【００２６】
また、図５（ｃ）に示すように配管内表面２ａの一部分において水蒸気酸化スケールが剥離している場合には、当該剥離部分ｇを例えば灰色で表示し、その他の健全部分ｈを茶色で表示する。図５（ｄ）に示すように配管内表面２ａの一部分において水蒸気酸化スケールが浮き上がっている場合には、当該浮き上がり部分ｉを例えば灰色で表示し、且つ、この浮き上がり部分ｉのまわりｊを例えば水色で表示して剥離部分との区別をし、その他の健全部分ｈは茶色で表示する。なお、浮き上がり部分全体を灰色以外の色（例えば水色）にすることによって剥離部分との区別をしてもよい。
【００２７】
なお、配管周方向の走査は必ずしも配管周方向全体（０°〜３６０°）に限らず、配管周方向の一部（例えば０°〜１８０°）であってもよく、この場合には配管周方向の一部を展開して水蒸気酸化スケール付着形態の色分け表示をすることになる。つまり、配管２を現場から抜き取ってきて検査する場合には配管周方向全体をプローブ６で走査することは容易であるが、例えば配管２を現場で検査するような場合には周囲の機器などが邪魔になって配管周方向の一部しかプローブ６で走査することができない場合もあるが、このような場合には配管周方向の一部（例えば０°〜１８０°）を走査し、この検査結果に基づき、配管周方向の一部を展開して水蒸気酸化スケールの付着形態を色分け表示してもよい。
【００２８】
以上のように、本実施の形態によれば、電磁超音波検査装置１により、配管２の外側から配管２と非接触で配管２を配管周方向及び配管長手方向に走査して、配管２の内表面２ａに付着している水蒸気酸化スケール３の厚さ、剥離及び浮き上がりを検査するため、容易に短時間で配管内表面２ａの広い範囲にわたる水蒸気酸化スケール３の付着形態を検査することができる。
【００２９】
更には、このような電磁超音波検査装置１による検査データを蓄積することにより、例えば図６，図７及び図８に示すような関係を求めて機器（配管や後流のタービンブレードなど）の余寿命評価や配管寿命評価を行うこともできる。即ち、図６に示すような水蒸気酸化スケール厚さと水蒸気酸化スケール剥離面積率（図示のような配管内表面２ａ全体の面積に対する水蒸気酸化スケール剥離部分Ｃの面積の比率）との関係を求め、更に図７に示すような水蒸気酸化スケール剥離面積率と水蒸気酸化スケール飛散・堆積量及び機器余寿命との関係を求めることにより、この関係から機器の余寿命を評価することができる。また、図８に示すような水蒸気酸化スケール浮き上がり面積率（図示のような配管内表面２ａ全体の面積に対する水蒸気酸化スケール浮き上がり部分Ｄの面積の比率）と配管メタル温度及び配管寿命との関係を求めることにより、この関係から配管の寿命を評価することもできる。
【００３０】
長時間運転された発電プラントが国内には数多くあるが、これらの発電プラントにおける機器の高寿命化及び電力の安定供給のためには、これらの機器の損傷を未然に防止することが不可欠である。そして、かかる機器の１つである高温蒸気系の配管（ボイラ鋼管など）では内表面に形成される水蒸気酸化スケールが、時間の経過とともに厚く成長し、やがてスケールの剥離や浮き上がりが生じるが、この剥離や浮き上がりは機器の運用条件によって異なるため、本発明のような電磁超音波検査装置を用いた非破壊検査方法によって水蒸気酸化スケールの付着形態を把握することにより、次のような水蒸気酸化スケールのトラブルを予測及び防止することができる。
【００３１】
即ち、水蒸気酸化スケールの剥離片による配管内部の閉塞によって配管内部の流体の流れが阻害されることにより高温のガスにさらされること、水蒸気酸化スケールの剥離片が飛散して高速で流れることにより後流側の部材（タービンブレードなど）に衝突して同部材を浸食する場合があること、水蒸気酸化スケールの浮き上がりが原因で伝熱管の外面と内面の熱伝達が阻害されて局部的な温度上昇が生じることにより管材料が高温クリープ破壊にいたる場合もあることなどを、未然に予測して防止することができる。
【００３２】
また、本実施の形態によれば、配管２の内表面２ａを周方向に展開した状態で水蒸気酸化スケール３の剥離形態（健全状態、剥離状態及び浮き上がり状態）を色分けして表示するため、検査員はこの表示をみて水蒸気酸化スケール３の付着形態を容易に把握することができる。なお、この場合、検査によって求めた水蒸気酸化スケール３の厚さも、数値或いは厚さごとに色の階調（濃淡）を変えて表示してもよい。特に色の階調を変えて表示した場合には、検査員はこの表示をみて配管内表面２ａ全体の水蒸気酸化スケール厚さの状態を容易に把握することができる。また、検査データから得られる水蒸気酸化スケールの剥離面積率や浮き上がり面積率なども、数値などによって表示してもよい。
【００３３】
ところで、上記のような電磁超音波検査装置による検査の他にも、例えばＣＴスキャンによる断層解析によって配管内表面に付着した水蒸気酸化スケールの厚さ、剥離及び浮き上がりを検出してもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上、発明の実施の形態とともに具体的に説明したように、第１発明の配管の非破壊検査方法によれば、配管の内表面に付着している水蒸気酸化スケールの付着形態を検査する配管の非破壊検査方法であって、電磁超音波検査装置により、前記配管の外側から前記配管と非接触で前記配管を配管周方向及び配管長手方向に走査して、前記水蒸気酸化スケールの厚さ、剥離及び浮き上がりを検査するため、容易に短時間で配管内表面２ａの広い範囲にわたる水蒸気酸化スケール３の付着形態を検査することができ、水蒸気酸化スケールの剥離や浮き上がりによるトラブルを未然に防ぐことができる。
【００３５】
また、第２発明の配管の非破壊検査方法によれば、第１発明の配管の非破壊検査方法において、前記電磁超音波検査装置による検査結果に基づき、前記配管の内表面を周方向に展開した状態で前記水蒸気酸化スケールの付着形態を色分けして表示するため、検査員はこの表示をみて水蒸気酸化スケールの付着形態を容易に把握することができる。
【００３６】
また、第３発明の配管の非破壊検査方法によれば、第２発明の配管の非破壊検査方法において、前記水蒸気酸化スケールの厚さを厚さごとに色の階調を変えて表示するため、検査員はこの表示をみて配管内表面全体の水蒸気酸化スケール厚さの状態を容易に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る配管の非破壊検査方法を実施する様子を示す図である。
【図２】水蒸気酸化スケールが健全な場合の検査状況を示す図である。
【図３】水蒸気酸化スケールが剥離している場合の検査状況を示す図である。
【図４】水蒸気酸化スケールが浮き上がっている場合の検査状況を示す図である。
【図５】水蒸気酸化スケールの付着形態の色分け表示例を示す図である。
【図６】水蒸気酸化スケール厚さと水蒸気酸化スケール剥離面積率との関係を示す図である。
【図７】水蒸気酸化スケール剥離面積率と水蒸気酸化スケール飛散・堆積量及び機器余寿命との関係を示す図である。
【図８】水蒸気酸化スケール浮き上がり面積率と配管メタル温度及び配管寿命との関係を示す図である。
【符号の説明】
１　電磁超音波検査装置
２　配管
２ａ　配管内表面
２ｂ　配管外表面
３　水蒸気酸化スケール
３ａ　スケール内表面，内層スケール表面
３ｂ　スケール剥離面
３ｃ　外層スケール浮き上がり面
４　コントローラ
４ａ　表示画面
５　発振器
６　プローブ
６ａ　トランスミッタ
６ｂ　レシーバ
【図１】
2004045124.tif 000003
【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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