(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィンチューブをフィン方向に配列して一枚のパネル状となし、その上下端部にヘッダータンクを設けて熱交換パネルを形成し、熱交換パネルの上方に配設した散水用トラフより、熱媒体を熱交換パネル面に流下させることにより、フィンチューブ内をアップフローするＬＮＧと熱交換させるオープンラック型気化装置における探傷方法であって、フィンチューブが下部ヘッダータンク内に埋設されて溶接肉盛りされた部分の内面にＵ字溝に沿って発生する縦割れを、下記の工程（１）〜（３）を用いて非破壊検査するオープンラック型気化装置における探傷方法。
（１）マイクロフォーカスＸ線を溶接肉盛りされた部分へ、前記熱交換パネルのパネル面に対向する側から照射する工程。
（２）溶接肉盛りされた部分を透過したマイクロフォーカスＸ線をイメージングプレートに拡大結像させる工程。
（３）拡大結像させたイメージングプレートをレーザ走査してデジタル画像化する工程。
【請求項２】
縦割れが発生する箇所を、当該オープンラック型気化装置の起動停止回数及び低負荷運転回数の合計回数と、ヘッダー材質及びフィンチューブ材質、これらの嵌合形状及びその方法並びにフィンチューブの断面形状により得られた発生パターンとに基づき予め特定して非破壊検査する請求項１に記載のオープンラック型気化装置における探傷方法。
【請求項３】
マイクロフォーカスＸ線を溶接肉盛りされた部分に照射する際、熱交換パネルの垂直方向からの照射と、垂直方向を中心にした両側±３０度以内の傾斜方向からの照射とを組み合わせた３方向照射を行う請求項１又は２に記載のオープンラック型気化装置における探傷方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、オープンラック型気化装置のごとく大型で解体や抜取りの困難な既設装置における探傷方法に係り、既設現場で焦点寸法が数μｍのＸ線を用いて被検査部位の透過Ｘ線を高感度イメージングプレートに拡大結像させ、これをレーザ走査して鮮鋭なデジタル画像化し、現場で容易に視認可能な解析像を得ることを特徴とする既設装置における探傷方法、特に前記オープンラック型気化装置における探傷方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液化天然ガス（以下ＬＮＧという）などを気化させるためのオープンラック型気化装置（ＯＲＶ）は、例えば、直径方向に一対のフィンを突出させたフィンチューブをフィン方向に配列して一枚のパネル状となし、その上下端部にヘッダータンクを設けて熱交換パネルを形成し、該パネルを複数連立配置して、熱交換パネルの上方に配設した散水用トラフより、熱媒体の海水を熱交換パネル面に流下させフィンチューブ内をアップフローするＬＮＧと熱交換させる構成である。
【０００３】
上述の如く単管式ＯＲＶは構造が簡単で製造が容易であるが、熱媒体である海水と極低温のＬＮＧとが熱交換用パネルの単管壁を介して直接熱交換するため、管外、すなわち熱交換用パネル表面に氷着が発生し増大する問題がある。
【０００４】
また、ＯＲＶのアップフローにおいて、下部ヘッダータンクは、そのタンク下部側は超低温の液体であるのに対して、タンク上部側は熱源の散水による入熱を受けるために下部に比べ高温となり、タンクの上部、下部間に温度差が生じて弓なりとなるボウイング現象を生じるなど、ＯＲＶの起動・停止に際して熱応力が作用している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＯＲＶのフィンチューブを抜管して余寿命診断を実施したところ、フィンチューブ下端内面のＵ字溝に沿った縦割れを発見した。そこで熱応力解析を実施した結果、ＯＲＶ起動停止時の下部ヘッダー熱変形に基づく熱疲労割れであることが判明した。
【０００６】
前記縦割れの発生部位は、フィンチューブがヘッダータンク内に埋設されて溶接肉盛りされたところであり、外側からは複数の金属材料が交錯しているように見える箇所である。
【０００７】
従って該傷は、既設位置で実施可能な超音波ＣＴ（コンピューテッド・トモグラフィ）法、Ｘ線ＣＴ法などの公知の探傷方法では検出不能な割れであり、前記の抜管による調査しかなく、ＯＲＶの装置の余寿命診断を非破壊で実施することができなかった。
【０００８】
この発明は、上述のＯＲＶの事例のごとく、公知の非破壊による探傷方法では検出不能、あるいは例えば抜管が困難など容易には探傷できない位置にあるなど、従来既設装置を現場でかつ非破壊で探傷が可能で、また現場で探傷・解析が可能で割れなどの発生位置を特定でき、さらにはこれら一連の探傷・解析が遠隔操作も可能な既設装置における探傷方法、特に前記ＯＲＶの事例としてあげた縦割れを抜管なしに検出するＯＲＶにおける探傷方法の提供を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、既設装置の所要部位を現場でかつ非破壊でその探傷が可能となる探傷方法を目的にＸ線や解析方法などについて種々検討した結果、既設現場で焦点寸法が数μｍのＸ線を用いて被検査部位の透過Ｘ線を高感度イメージングプレートに拡大結像させ、これをレーザ走査して鮮鋭なデジタル画像化することにより、現場で容易に視認可能な解析像を得ることかできることを知見し、この発明を完成した。
【００１０】
すなわち、この発明は、フィンチューブをフィン方向に配列して一枚のパネル状となし、その上下端部にヘッダータンクを設けて熱交換パネルを形成し、熱交換パネルの上方に配設した散水用トラフより、熱媒体を熱交換パネル面に流下させることにより、フィンチューブ内をアップフローするＬＮＧと熱交換させるオープンラック型気化装置における探傷方法であって、フィンチューブが下部ヘッダータンク内に埋設されて溶接肉盛りされた部分の内面にＵ字溝に沿って発生する縦割れを、下記の工程（１）〜（３）を用いて非破壊検査するオープンラック型気化装置における探傷方法。
（１）マイクロフォーカスＸ線を溶接肉盛りされた部分へ、前記熱交換パネルのパネル面に対向する側から照射する工程。
（２）溶接肉盛りされた部分を透過したマイクロフォーカスＸ線をイメージングプレートに拡大結像させる工程。
（３）拡大結像させたイメージングプレートをレーザ走査してデジタル画像化する工程。
【００１１】
また、この発明は、上記構成の方法において、縦割れが発生する箇所を、当該オープンラック型気化装置の起動停止回数及び低負荷運転回数の合計回数と、ヘッダー材質及びフィンチューブ材質、これらの嵌合形状及びその方法並びにフィンチューブの断面形状により得られた発生パターンとに基づき予め特定して非破壊検査する方法、マイクロフォーカスＸ線を溶接肉盛りされた部分に照射する際、熱交換パネルの垂直方向からの照射と、垂直方向を中心にした両側±３０度以内の傾斜方向からの照射とを組み合わせた３方向照射を行う方法、を併せて提案する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明は、オープンラック型気化装置の既設現場で焦点寸法が数μｍのマイクロフォーカスＸ線を用いて被検査部位の透過Ｘ線を高感度イメージングプレートに拡大結像させ、これをレーザ走査して鮮鋭なデジタル画像化することにより、公知の探傷方法では検出不能な、フィンチューブ下端内面のＵ字溝に沿った縦割れを目視確認可能な検査画像として得ることを目的としている。
【００１３】
この発明において、Ｘ線発生手段には、焦点寸法が８μｍ以下、好ましくは５〜７μｍと極めて小さい、マイクロフォーカスＸ線発生装置を採用する。例えば、管電圧５０ｋＶ〜１００ｋＶ、管電流０〜０．２５ｍＡ程度の装置を採用でき、焦点寸法が５μｍ×５μｍの場合は、後述の実施例のごとく４００倍の拡大画像を得ることができる。
【００１４】
マイクロフォーカスＸ線の照射条件は、被検査対象点に垂直方向から照射するが、割れなどの傷の識別性は、Ｘ線の照射方向に大きく影響する。発明者らは、装置に回頭手段を付与してＸ線の照射角度を中心から±４０度（角度がふれる可能な範囲）にして、割れの識別性の確認を行ったところ、±３０度程度以上となると割れの識別性が大きく低下するため、好ましくは照射方向を中心及び±２０度程度の３方向照射を実施することにより、傷の検出性は大きく向上できることが確認できた。
【００１５】
この発明において、Ｘ線画像形成手段には、Ｘ線感光板としてＸ線フィルムではなく、これより数十倍の感度を有する輝尽性蛍光体を用いた感光板、いわゆる高感度イメージングプレートを採用することが好ましい。すなわち、高感度ゆえに照射時間の大幅な短縮が可能となる。
【００１６】
高感度Ｘ線感光板の保持方法は、被検査対象点からの距離を正確に設定できることが必要であり、Ｘ線焦点位置、被検査対象の欠陥位置、感光板位置のこれらの間隔距離の設定で拡大率が決定される。
【００１７】
この発明において、画像解析手段には、高感度Ｘ線感光板をレーザ走査する手段、レーザ走査した被検査対象画像をコンピューテッド・ラジオグラフィ（ＣＲ）法にて画像処理を行う手段を採用する。レーザ走査手段や画像のＣＲ法処理には、可搬性のある公知のいずれの装置、方法をも採用できる。
【００１８】
また、走査した被検査対象画像を公知のデジタル画像処理、ＣＴ法などを併用して画像の拡大、鮮明化したり、画像の２次元・３次元化を図り、あるいは画像データー出力、保存することも好ましい。さらに、他の温度センサーからの情報などを併せて前記画像における部位や欠陥の識別化を図ることも好ましい。
【００１９】
以上の画像解析手段により、マイクロフォーカスＸ線検査による撮影後、現場で画像処理・観察・評価が可能となり、また、画像保存・記録再生が容易にできる。すなわち、Ｘ線検査による撮影の確認に要する時間も短縮され、作業の効率化及び検査工程の大幅な短縮化が可能となる。
【００２０】
この発明は、従来、既設装置の探傷が現場でかつ非破壊で実施できないような特定の条件下を想定しており、例えば被検査対象点に欠陥などが発生しているか予測できない場合もある。そこで、検査作業の効率化を図るため、コンピュータにて２次元並びに３次元解析モデル法を用いた構造解析法にて予め被検査対象物に対して、構造、応力、熱応力などの種々解析を行っておき、欠陥や傷発生が予測された部位を予め設定し、その部位のＸ線検査のシミュレーションを行っておくことができる。
【００２１】
【実施例】
実施例１
図１Ａに示すごとく、ＬＮＧ運転圧力が０．８３３１ＭＰａで稼働中である、１パネルあたり１５０本のフィンチューブ２を有するＯＲＶ熱交換パネルについて、フィンチューブ２が下部ヘッダータンク１内に埋設されて溶接肉盛りされた位置におけるフィンチューブ２内面フィンのＵ字溝に縦割れが発生しているかを検査した。
【００２２】
検査方法は、稼働中の熱交換パネルを既設現場にて、この発明のマイクロフォーカスＸ線透過による探傷方法を実施して、各フィンチューブ２に対して内面フィンのＵ字溝内の縦割れの有無、欠陥位置、縦割れ高さ寸法を測定した。
【００２３】
Ｘ線発生装置４には、Ｌ７９０２（浜松ホトニクス社製）を用い、最大管電圧１００ｋＶ、管電流０．１ｍＡ、焦点寸法５μｍ×５μｍで作動させた。高感度Ｘ線感光板には、富士写真フィルム社製の高感度イメージングプレート３を用いて、図１Ｃに示すごとくフィンチューブ２中心とＸ線発生装置４との距離Ｌ1、フィンチューブ２中心と高感度イメージングプレート３との距離Ｌ2を適宜選定して幾何学的拡大率を８倍、照射時間を３０秒に設定してＸ線透過撮影を行った。
【００２４】
Ｘ線発生装置４は図示しない５軸遠隔操作可能なマニュプレーターに登載して、図２に示すごとくＸ線は照射方向を中心及び±２０度の３方向照射を実施し、高感度イメージングプレート３に感光させた。その後、高感度イメージングプレート３をレーザー走査してデジタル画像化し、さらにＣＲ操作にて拡大、鮮鋭化を図ることにより、ＣＲＴ画面に２００〜４００倍の拡大画像を適宜得ることができた。
【００２５】
さらに、被検査対象の熱交換パネルの運転を止めて解体し、抜き取った各フィンチューブについて検査室において、超音波ＣＴ法、Ｘ線ＣＴ法、並びにこの発明の高解像度Ｘ線透過による方法にてそれぞれ詳細に探傷検査した。先にＸ線透過による探傷方法にて縦割れを検出したフィンチューブについて検査した後、さらに縦割れを検出しなかったフィンチューブ全量についても検査した。
【００２６】
この発明のマイクロフォーカスＸ線透過による探傷方法を実施して検出したフィンチューブの縦割れの欠陥の位置、縦割れ高さ寸法は、検査室における破壊検査の結果と完全に一致した。
【００２７】
実施例２
実施例１で検出したチューブ内面フィンのＵ字溝に発生していた縦割れは、従来未知の欠陥であり、発明者らはその発生原因を調査した。手法としては、２次元解析モデルによる内面フィン谷底部応力集中係数の算定、３次元解析モデルによる縦割れの原因究明、特に前記モデルの温度分布の解析、モデルの熱応力値の解析をそれぞれ行い、さらにフィンチューブ材質の疲労曲線、当該ＯＲＶの起動停止回数履歴を勘案して傷発生のシミュレーションを行った。
【００２８】
前記シミュレーションの結果、この欠陥は、低サイクル疲労による縦割れであり、当該機の起動停止回数及び頻繁な２０％以下の低負荷運転回数の合計回数と整合することを知見した。また、ヘッダーやフィンチューブ材質、これらの嵌合形状とその方法並びにフィンチューブの断面形状等によって、前記縦割れの発生しやすい箇所やその発生形態が種々異なり、発生をパターン化できることを知見した。
【００２９】
そこで、実施例１とは異なるＯＲＶ熱交換パネルに対して、実施例１の条件でこの発明による探傷方法を実施したところ、Ｘ線透過撮影箇所を前記のごとく特定して実施することが可能なため、作業時間を実施例１の１／２に短縮することができた。
【００３０】
【発明の効果】
この発明は、実施例に示すごとく、公知の非破壊による探傷方法では検出不能なオープンラック型気化装置におけるフィンチューブと下部ヘッダータンクの肉盛り溶接部内面のＵ字溝に沿った縦割れを、現場でかつ非破壊で探傷が可能で、また現場で探傷・解析が可能で割れなどの発生位置を特定でき、さらにはこれら一連の探傷・解析が遠隔操作も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に使用したＯＲＶ熱交換パネルの下部ヘッダータンク近傍の構成と、この発明のマイクロフォーカスＸ線の照射方法を示す説明図であり、Ａは熱交換パネル、ＢはＡ図のａ−ａ矢視図、ＣはＡ図のｂ−ｂ矢視図である。
【図２】この発明のマイクロフォーカスＸ線の照射方法を、高感度イメージングプレートに位置について示す説明図であり、フィンチューブの軸方向から見た上面説明図である。
【符号の説明】
１  下部ヘッダータンク
２  フィンチューブ
３  高感度イメージングプレート
４  Ｘ線発生装置
【図１】
0004669134.tif 000002
【図２】
0004669134.tif 000003