(57)【要約】【課題】熱交換器を分解せずに腐食の進行状況や寿命を診断することができる熱交換器の腐食診断方法を提供する。【解決手段】熱交換器のケース１を被診断物として、診断物の外面に複数の肉厚測定エリアを設定し、かつ肉厚測定エリアの肉厚を超音波測定手段により測定して、各肉厚測定エリア毎に肉厚データを得ると共に、得られた肉厚データを基に極値統計法により被診断物の内面に発生している腐食孔の最大浸食量を求め、得られた最大侵食量が許容侵食量に達する期間を推測することにより、被診断物の腐食を診断するようにした。【選択図】　　　　図４
2004012261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気圧縮機より吐出された圧縮空気を冷却する熱交換器の腐食診断方法であって、前記熱交換器のケースを被診断物として、前記診断物の外面に複数の肉厚測定エリアを設定し、かつ前記肉厚測定エリアの肉厚を超音波測定手段により測定して、各肉厚測定エリア毎に肉厚データを得ると共に、得られた肉厚データを基に極値統計法により前記被診断物の内面に発生している腐食孔の最大浸食量を求め、得られた最大浸食量が許容浸食量に達する期間を推測することにより、前記被診断物の腐食を診断することを特徴とする熱交換器の腐食診断方法。
【請求項２】
前記肉厚測定エリア毎の肉厚最大値と肉厚最小値を標本として標準偏差を求め、得られた標準偏差と前記被診断物の使用期間を基に腐食係数を算出して、得られた腐食係数と前記極値統計法により求めた最大浸食量を診断パラメータとして前記被診断物の腐食を診断することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器の腐食診断方法。
【請求項３】
前記被診断物と同等品の過去実績データを基に求めた腐食速度を縦軸に、そして腐食係数を横軸にしてマスターカーブを作成し、かつ前記被診断物の腐食係数を前記マスターカーブと照合して過去実績腐食速度を求めると共に、前記許容浸食量から前記最大浸食量を減算した値を前記過去実績腐食速度で除すことにより、余寿命を推測することを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器の腐食診断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波測定手段により測定した肉厚データを基に圧縮空気機用熱交換器の寿命を予測する熱交換器の腐食診断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来スクリュー圧縮機等の空気圧縮手段により圧縮された空気は、断熱圧縮により高温となっているため、空気圧縮手段の吐出口に熱交換器を設置して、吐出口より吐出される圧縮空気を冷却した後使用に供している。
また吐出空気を冷却する熱交換器としては、複数のバッフル板に多数の銅製チューブを貫通することにより構成したチューブネストを筒状のケース内に収容したものが一般に使用されており、高温となった吐出空気をチューブ内へ流通させながら、チューブの外側を流れる冷却水と熱交換させる事により、吐出空気を冷却するようになっている。
【０００３】
一方チューブネストを収容した炭素鋼鋼管により製作されたケースは、銅製のチューブに比べて冷却水により腐食されやすいにもかかわらず、従来では工場で製作した熱交換器の出荷時、ケースの外面には防錆及び保護を目的とした塗膜を塗装等の手段で形成しているが、ケースの内面は塗膜のない裸材の状態であるため、長期間使用している間に付着物等によりケースの内面に多数の腐食孔が不規則に発生する。
ケースの内面に発生した腐食孔を放置すると、腐食孔がケースの肉厚を貫通して水漏れが発生したり、水漏れが原因で空気圧縮機が故障する等の問題が発生する。
このため従来では熱交換器を定期的に分解して、ケースの内側から目視によりケースの内面の腐食状況を診断し、腐食が認められる場合は防錆対策として防錆塗料を熱交換器の分解点検時に塗装している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし熱交換器を定期的に分解して腐食の進行状況を目視により診断する方法では、腐食個所に見落としがあったり、見えない部分の腐食は発見できないため、信頼性に欠ける等の問題がある。
また熱交換器に発生する腐食の原因は、材料固有の性質や、仕上げ精度、付着物の影響等の他に、冷却水の水質や温度などの環境因子、空気圧縮機の運転状態等の不定確因子があるため、精度の高い寿命評価をするには、分解した熱交換器を時間をかけて調査分析する必要があり、診断に多くの費用を必要とする上、その間空気圧縮機の運転を停止しなければならないため、圧縮空気を使用している設備の稼働率が低下する等の問題もある。
【０００５】
本発明はかかる従来の問題点を改善するためになされたもので、熱交換器を分解せずに腐食の進行状況や寿命を診断することができる熱交換器の腐食診断方法を提供することを目的としたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の熱交換器の腐食診断方法は、空気圧縮機より吐出された圧縮空気を冷却する熱交換器の腐食診断方法であって、前記熱交換器のケースを被診断物として、前記診断物の外面に複数の肉厚測定エリアを設定し、かつ前記肉厚測定エリアの肉厚を超音波測定手段により測定して、各肉厚測定エリア毎に肉厚データを得ると共に、得られた肉厚データを基に極値統計法により前記被診断物の内面に発生している腐食孔の最大浸食量を求め、得られた最大浸食量が許容浸食量に達する期間を推測することにより、前記被診断物の腐食を診断するようにしたものである。
【０００７】
前記目的を達成するため本発明の熱交換器の腐食診断方法は、前記肉厚測定エリア毎の肉厚最大値と肉厚最小値を標本として標準偏差を求め、得られた標準偏差と前記被診断物の使用期間を基に腐食係数を算出して、得られた腐食係数と前記極値統計法により求めた最大浸食量を診断パラメータとして前記被診断物の腐食を診断するようにしたものである。
【０００８】
前記目的を達成するため本発明の熱交換器の腐食診断方法は、前記被診断物と同等品の過去実績データを基に求めた腐食速度を縦軸に、そして腐食係数を横軸にしてマスターカーブを作成し、かつ前記被診断物の腐食係数を前記マスターカーブと照合して過去実績腐食速度を求めると共に、前記許容浸食量から前記最大浸食量を減算した値を前記過去実績腐食速度で除すことにより、余寿命を推測するようにしたものである。
【０００９】
前記方法により、熱交換器のケース内面に発生した腐食状況が熱交換器を分解せずに推測できるため、腐食が原因で水漏れが発生したり、空気圧縮機が使用できなくなる等の事故を未然に防止することができると共に、従来の目視による診断に比べて、腐食個所を見落とすことがない上、見えない個所の腐食も発見することができるため、信頼性も格段に向上する。
また熱交換器を分解せずに腐食状況が推測できることにより従来に比べて分解点検の頻度を少なくできるため、メンテナンス費用の削減が図れると共に、メンテナンスのために空気圧縮機の運転を停止する頻度が減少するため、空気圧縮機を使用している設備の稼働率も向上する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照して詳述する。
図１は図示しない空気圧縮機より吐出された圧縮空気を冷却する熱交換器の構成図、図２は熱交換器に使用されているケースの腐食進行状況を示す説明図、図３は腐食速度と腐食係数の関係を示す線図、図４は腐食診断方法を示すフローチャートである。
図１に示す熱交換器は、炭素鋼鋼管よりなる筒状のケース１と、ケース１内に収容されたチューブネスト２よりなる。
チューブネスト２は、複数のバッフル板２ｂを貫通するように設けられた多数のチューブ２ａと、チューブ２ａの両端が液密に嵌着された管板２ｃとよりなり、チューブ２ａは例えば銅管やステンレス管により形成されていて、チューブ２ａの一端側より図１の矢印Ａに示すように、図示しない空気圧縮機より吐出された高温の圧縮空気が流入され、他端側より排出されるようになっている。
【００１１】
またケース１の一端側には冷却水入り口１ａが設けられていて、この冷却水入り口１ａよりケース１内に流入された冷却水は、バッフル板２ｂにより各チューブ２ａ間の隙間を蛇行するようガイドされながら、チューブ２ａ内を流通する圧縮空気と逆の方向へ流通され、加熱された圧縮空気を冷却した後、ケース１の他端側に設けられた冷却水出口１ｂより排出されるようになっている。
【００１２】
一方図２の（ａ）は、熱交換器が使用される前のまだ内面が腐食されていない状態を示すケース１の断面図で、ケース１の板厚はＬ１となっており、熱交換器の使用とともにケース１内を流通する冷却水により内面の腐食が始まる。
また各種の腐食因子や介在物、析出物、付着物等によってケース１の内面は、図２の（ｂ）に示すように不均等な全面腐食により浸食Ｌ２が進行するが、通常では熱交換器の使用開始から例えば２年後に分解点検が実施され、このときケース１の内面に図２の（ｃ）に示すように防錆塗装が塗布されて塗膜３が形成される。
【００１３】
これによってケース１の内面の腐食の進行は一時的に停止されるが、時間が経過して塗膜３が劣化すると、塗膜に存在するピンホールや欠損、塗膜３の剥離部分を起点に図２の（ｄ）に示すように腐食孔４による浸食Ｌ３が偶発的かつ不特定に発生し、再び腐食が進行する。
その後２回目の分解点検時に再びケース１の内面に防錆塗料が塗布されて図２の（ｅ）に示すように塗膜３が形成されるため、腐食の進行が一時停止されるが、以下数年の周期で図２の（ｄ）と（ｅ）の状態が繰り返されて熱交換器は寿命に達することになる。
【００１４】
一方前述した過程を経て腐食が進行する熱交換器の寿命を、熱交換器を分解せずに診断するに当たって、ケース１内面全体における最大浸食量Ｘｍａｘを、据え付け状態による測定範囲の制限や測定時間を考慮して公知の解析手法である極値統計法、いわゆる二重指数型分布のＧｕｍｂｅｌ分布より推測するが、次にその方法を図４に示すフローチャートを参照して説明する。
【００１５】
精度の高い解析を可能にするため、まず最適な標本となり得る肉厚測定エリアの面積と数量を予め決定する。
次に図４に示すフローチャートのステップＳ１で、肉厚測定エリアの位置を選定したら、図示しない超音波厚さ計等の超音波測定手段に設けられたセンサにより肉厚測定エリアを走査して、肉厚測定エリア内の最大値Ｌ５及び最小値Ｌ４を測定し、ステップＳ２へ進む。
ステップＳ２では、ケース１の元の肉厚（元厚）から各肉厚測定エリアの最小値Ｌ４を引いて最大浸食量を求めたら、極値統計法により評価面全体における最大浸食量を推定する。
【００１６】
図３は実際に使用されている同等品の熱交換器を、超音波測定手段により肉厚測定し、得られた過去実績データを基に作成した腐食速度ｖと腐食係数ｋの関係を示す線図（マスターカーブ）で、縦軸の腐食速度ｖは極値統計法で求めたケース１内面全体における推定最大浸食量Ｘｍａｘを使用期間ｔで除して求めたものである。
すなわち
【数１】
2004012261.tif 000003
また横軸の腐食係数ｋは、
【数２】
2004012261.tif 000004
で与えられる。
【００１７】
なおｓは極値統計法を適用するに当たり、ケース１の任意位置に選定した各肉厚測定エリアにおける最大値Ｌ５及び最小値Ｌ４を標本として求めた標準偏差、ｎは補正定数であり、本発明者等は補正定数ｎにより腐食速度ｖと腐食係数ｋとの関係を回帰直線で表すことができることを確認している。
【００１８】
ステップ３では、各測定エリアにおける最大値Ｌ５と最小値Ｌ４より求めた標準偏差ｓと熱交換器の使用期間を基に腐食係数ｋを算出したら、ステップＳ４で腐食係数ｋを図３に示すマスターカーブと照合して過去実績腐食速度ｖを求め、ステップＳ５へ進む。
ステップＳ５では、ケース１内面の最大浸食量Ｘｍａｘが許容浸食量Ｘｌｉｍ（＝設計肉厚Ｌ１−許容肉厚）に達するまでの期間（寿命）Ｙは、肉厚測定結果を基に（数２）により求めた腐食係数ｋをマスターカーブと照合して得た過去実績値となる腐食速度ｖを用いた次式により算出し、余寿命を推測する。
【数３】
2004012261.tif 000005
【００１９】
なお前記数１を変形してマスターカーブで得た腐食速度ｖと使用期間ｔとから求めたＸｍａｘを用いれば、極値統計解析を行わなくても、参考程度の寿命予測は可能である。
【００２０】
一方前記診断方法では、設計肉厚Ｌを元厚として（設計肉厚−肉厚測定値）を基にケース１の浸食量を算出しているが、熱交換器の製作時の肉厚は明確でない場合が多いため、算出した浸食量には統計公差分の誤差が含まれている可能性がある。
また設計肉厚が例えば７ｍｍ程度の熱交換器の場合、公差はマイナス側で１２．５％であり、プラス側は特に規定されていない。そこで図２に示すように、使用開始直後に発生する全面腐食による浸食Ｌ２の進行は、防錆塗料を塗布することにより一時停止し、その時点の残り肉厚Ｌ５は、腐食孔発生個所を除いて保持されているものと仮定すれば、明確な値であるＬ５（各エリアでバラツキがある場合はＬ５の平均値）を、腐食孔の浸食量Ｌ３を求める際の元厚とすることにより、今後進行する浸食量Ｌ３のみに着目して寿命の推測が可能になる。
この場合、数１、数２の使用期間ｔは（肉厚調査実施日ｔ１−初回防錆塗を塗布日ｔｐ）となる。
【数４】
2004012261.tif 000006
【数５】
2004012261.tif 000007
【００２１】
【発明の効果】
本発明は以上詳述したように、熱交換器のケースを被診断物として、診断物の外面に複数の肉厚測定エリアの肉厚を設定し、かつ肉厚測定エリアを超音波測定手段により測定して、各肉厚測定エリア毎に肉厚データを得ると共に、得られた肉厚データを基に極値統計法により被診断物の内面に発生している腐食孔の最大浸食量を求め、得られた最大浸食量が許容浸食量に達する期間を推測することにより、被診断物の腐食を診断するようにしたことから、熱交換器のケース内面に発生した腐食状況が熱交換器を分解せずに推測できるため、腐食が原因で水漏れが発生したり、空気圧縮機が使用できなくなる等の事故を未然に防止することができると共に、従来の目視による診断に比べて、腐食個所を見落とすことがない上、見えない個所の腐食も発見することができるため、信頼性も格段に向上する。
【００２２】
また熱交換器を分解せずに腐食状況が推測できることにより従来に比べて分解点検の頻度を少なくできるため、メンテナンス費用の削減が図れると共に、メンテナンスのために空気圧縮機の運転を停止する頻度が減少するため、空気圧縮機を使用している設備の稼働率も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態になる腐食診断方法を実施する熱交換器の概略断面図である。
【図２】本発明の実施の形態になる熱交換器の腐食進行状況を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態になる熱交換器の腐食診断方法に使用するマスターカーブを示す線図である。
【図４】本発明の実施の形態になる熱交換器の腐食診断方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　ケース
１ａ　冷却水入口
１ｂ　冷却水出口
２　チューブネスト
２ａ　チューブ
２ｂ　バッフル板
【図１】
2004012261.tif 000008
【図２】
2004012261.tif 000009
【図３】
2004012261.tif 000010
【図４】
2004012261.tif 000011