(57)【要約】【課題】伝熱管の経時変化の減肉状態を監視することができる伝熱管の検査装置及び検査方法を提供する。【解決手段】熱交換器内に配置された複数の伝熱管４の減肉状態を検査する伝熱管の検査装置であって、前記伝熱管４に固定される支持部１４と、前記支持部１４に支持され、前記伝熱管４の基準位置を示す基準マーク５２Ａを元にその前後左右のいずれか一箇所の伝熱管の表面形状を計測する変位センサ１２と、減肉がない状態における、前記基準マークを元に計測した前記伝熱管の基準表面形状を記憶する信号処理装置１６とを具備してなり、所定時間経過後に前記基準マーク５２を元に、前記変位センサにより表面形状を計測してなり、その計測した表面形状と、前記信号処理装置１６に記憶させた前記基準表面形状とを比較して、計測時点での前記伝熱管の減肉状態を求める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器内に配置された複数の伝熱管の減肉状態を検査する伝熱管の検査装置であって、
前記伝熱管に固定される支持部と、
前記支持部に支持され、前記伝熱管の基準位置を示す基準マークを元にその前後左右のいずれか一箇所の伝熱管の表面形状を計測する変位センサと、
減肉がない状態における、前記基準マークを元に計測した前記伝熱管の基準表面形状を記憶する信号処理装置とを具備してなり、
所定時間経過後に前記基準マークを元に、前記変位センサにより表面形状を計測してなり、その計測した表面形状と、前記信号処理装置に記憶させた前記基準表面形状とを比較して、計測時点での前記伝熱管の減肉状態を求めることを特徴とする伝熱管の検査装置。
【請求項２】
請求項１において、
基準マークが伝熱管を束ねるチューブサポートに設けられていることを特徴とする伝熱管の検査装置。
【請求項３】
請求項２において、
基準マークが、チューブサポートに金属板を溶接してなることを特徴とする伝熱管の検査装置。
【請求項４】
請求項２において、
基準マークが、チューブサポートに凹部を形成してなることを特徴とする伝熱管の検査装置。
【請求項５】
請求項２において、
基準マークが、チューブサポートに記号、文字を形成してなることを特徴とする伝熱管の検査装置。
【請求項６】
請求項１において、
基準マークが、伝熱管のフィンの一部を切り欠いてなることを特徴とする伝熱管の検査装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一つの伝熱管の検査装置を用い、
伝熱管の基準位置を示す基準マークを元にその前後左右のいずれか一箇所の伝熱管の表面形状を変位センサで計測し、
減肉がない状態における、前記基準マークを元に計測した前記伝熱管の基準表面形状を予め信号処理装置に記憶させ、
次いで、所定時間経過後に前記基準マークを元に、前記変位センサにより表面形状を計測し、その計測した表面形状と、前記信号処理装置に記憶させた前記基準表面形状とを比較して、計測時点での前記伝熱管の減肉状態を求めることを特徴とする伝熱管の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝熱管の経時変化の減肉状態を監視することができる伝熱管の検査装置及び検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばボイラ設備等からの排ガスの熱を熱交換するガスガスヒータ等の熱交換器の伝熱管等には長期間に亙って操業すると、その配管径の変化が発生する。
例えば脱硫装置用熱交換器内では脱硫プロセスにおいて生成する硫化物による伝熱管への付着による腐食および煤塵による磨耗が発生する、という問題がある。
【０００３】
このため、従来では、超音波センサや高周波渦電流を用いた探傷センサ等により、その腐食状態を検査する提案がある（特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１８１１３９号公報
【特許文献２】特開平４−２６４２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献等の提案では、以下のような問題がある。
特許文献１及び２の提案では、配管部材中の欠陥や腐食に関する情報は得られるが、表面の位置情報を取得することは困難であるという問題がある。
また、測定の都度、壁表面にセンサ部の圧着が必須となる。
また、熱交換器内部のように循環冷却水の磨耗による減肉に関する表面位置の変化状態の取得を把握することができない、という問題がある。
【０００６】
特許文献３の提案では、配管部材中の欠陥や腐食に関する情報は得られるが、渦電流が内壁表面全体に分布するため、表面の位置情報を把握することができない、という問題がある。
【０００７】
また、腐食・磨耗の程度の評価は、ある定点観測点について、超音波厚さ計（ＵＴ計）により伝熱管チューブの厚みを１点ずつ計測し、その数値を評価していた。
しかしながら、１点毎のみの計測となるため、形状を把握し減肉傾向を評価することは困難であり、この結果、伝熱管チューブ長手方向の傾向について評価するのが困難である、という問題がある。
【０００８】
また、計測箇所に腐食・摩耗による例えば凹凸等が発生していた場合、接触式の探傷子による計測は不可能のため、凹凸部を平滑に仕上げて計測をする必要あり、計測前の養生に時間を要する、という問題がある。
【０００９】
さらに、計測を実施する計測者の熟練度合いにより、微妙に計測位置（周方向位置等）にずれが生じる懸念があり、伝熱管の経時変化の減肉状態の傾向を把握することが正確にできない、という問題がある。
【００１０】
本発明は、前記問題に鑑み、伝熱管の経時変化の減肉状態を監視することができる伝熱管の検査装置及び検査方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、熱交換器内に配置された複数の伝熱管の減肉状態を検査する伝熱管の検査装置であって、前記伝熱管に固定される支持部と、前記支持部に支持され、前記伝熱管の基準位置を示す基準マークを元にその前後左右のいずれか一箇所の伝熱管の表面形状を計測する変位センサと、減肉がない状態における、前記基準マークを元に計測した前記伝熱管の基準表面形状を記憶する信号処理装置とを具備してなり、所定時間経過後に前記基準マークを元に、前記変位センサにより表面形状を計測してなり、その計測した表面形状と、前記信号処理装置に記憶させた前記基準表面形状とを比較して、計測時点での前記伝熱管の減肉状態を求めることを特徴とする伝熱管の検査装置にある。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、基準マークが伝熱管を束ねるチューブサポートに設けられていることを特徴とする伝熱管の検査装置にある。
【００１３】
第３の発明は、第２の発明において、基準マークが、チューブサポートに金属板を溶接してなることを特徴とする伝熱管の検査装置にある。
【００１４】
第４の発明は、第２の発明において、基準マークが、チューブサポートに凹部を形成してなることを特徴とする伝熱管の検査装置にある。
【００１５】
第５の発明は、第２の発明において、基準マークが、チューブサポートに記号、文字を形成してなることを特徴とする伝熱管の検査装置にある。
【００１６】
第６の発明は、第１の発明において、基準マークが、伝熱管のフィンの一部を切り欠いてなることを特徴とする伝熱管の検査装置にある。
【００１７】
第７の発明は、第１乃至６のいずれか一つの伝熱管の検査装置を用い、伝熱管の基準位置を示す基準マークを元にその前後左右のいずれか一箇所の伝熱管の表面形状を変位センサで計測し、減肉がない状態における、前記基準マークを元に計測した前記伝熱管の基準表面形状を予め信号処理装置に記憶させ、次いで、所定時間経過後に前記基準マークを元に、前記変位センサにより表面形状を計測し、その計測した表面形状と、前記信号処理装置に記憶させた前記基準表面形状とを比較して、計測時点での前記伝熱管の減肉状態を求めることを特徴とする伝熱管の検査方法にある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、基準マークを元に計測した前記伝熱管の基準表面形状を信号処理装置で記憶しておき、所定時間経過後に前記基準マークを元に、前記変位センサにより表面形状を計測し、信号処理装置で記憶された前記基準表面形状と比較して、前記伝熱管の減肉状態を求め、伝熱管の減肉傾向を評価することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、伝熱管の検査装置の概略図である。
【図２−１】図２−１は、伝熱管へ設ける基準マークの一例を示す図である。
【図２−２】図２−２は、伝熱管への設ける基準マークの一例を示す図である。
【図２−３】図２−３は、伝熱管へ設ける基準マークの一例を示す図である。
【図３−１】図３−１は、伝熱管へ設ける基準マークの一例を示す図である。
【図３−２】図３−２は、伝熱管へ設ける基準マークの一例を示す図である。
【図３−３】図３−３は、伝熱管へ設ける基準マークの一例を示す図である。
【図４】図４は、伝熱管へ設ける他の基準マークの一例を示す図である。
【図５−１】図５−１は、屈折手段の構成例を示す図である。
【図５−２】図５−２は、屈折手段の構成例を示す図である。
【図６】図６は、信号処理装置の構成例を示すブロック図である。
【図７】図７は、排ガス処理設備の熱交換器の概略である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例】
【００２１】
本発明による実施例に係る伝熱管の検査装置及び方法について、図面を参照して説明する。図１は、伝熱管の検査装置の概略図である。
図１に示すように、伝熱管の検査装置１１は、熱交換器内に配置された複数の伝熱管４の減肉状態を検査する伝熱管の検査装置であって、前記伝熱管４に固定される支持部１４と、前記支持部１４に支持され、前記伝熱管４の基準位置を示す基準マーク５２（５２Ａ，５２Ｂ、５２Ｃ）を元にその前後左右のいずれか一箇所の伝熱管の表面形状を計測する変位センサ１２と、減肉がない状態における、前記基準マークを元に計測した前記伝熱管の基準表面形状を記憶する信号処理装置１６とを具備してなり、所定時間経過後に前記基準マーク５２を元に、前記変位センサ１２により表面形状を計測してなり、その計測した表面形状と、前記信号処理装置１６に記憶させた前記基準表面形状とを比較して、計測時点での前記伝熱管の減肉状態を求めるものである。
【００２２】
本実施例に係る伝熱管４の検査装置１１によれば、基準マーク５２を元に計測した前記伝熱管の基準表面形状を信号処理装置１６で記憶しておき、所定時間経過後に前記基準マーク５２を元に、前記変位センサ１２により表面形状を計測し、信号処理装置で記憶された前記基準表面形状と比較して、前記伝熱管４の減肉状態を求め、伝熱管４の減肉傾向を評価することが可能となる。
【００２３】
図７は、排ガス処理設備の熱交換器の概略である。
図７に示すように、排ガス８０が導入され、熱媒体８３と熱交換する熱交換器が設けられている。
熱交換器は、熱回収器８１と再加熱器８２とを熱媒体８３が循環するための熱媒体循環通路８４を有する。熱媒体８３は、熱媒体循環通路８４を介して熱回収器８１と再加熱器８２との間を循環している。熱回収器８１と再加熱器８２との各々の内部に伝熱管４が設けられている。この熱交換部である伝熱管４を介して、熱媒体８３をスチーム８７と熱交換部８６で熱交換することで、熱媒体８３の媒体温度を調整することができる。
【００２４】
熱媒体８３は、熱媒体タンク８８から熱媒体循環通路８４に供給される。熱媒体８３は、熱媒体送給ポンプ８９により熱媒体循環通路８４内を循環させる。また、浄化ガス９１のガス温度に応じて調節弁Ｖ１によりスチーム８７の供給量を調整し、熱回収器８１から排出される排ガス８０のガス温度に応じて調節弁Ｖ２により再加熱器８２に送給される熱媒体８３を熱回収器８１に供給し、再加熱器８２に送給される熱媒体８３の供給量を調整する。なお、再加熱器８２から排出される浄化ガス９１は煙突９２から外部に排出される。
【００２５】
本実施例では、このような熱交換器内部の伝熱管４表面の減肉状態を検査装置１１により監視するようにしている。
【００２６】
経年劣化を確認するために、伝熱管の検査装置を用いて、その経年変化を計測する際、同一位置にて確認する必要があるので、以下のように定点観測位置を基準マーク５２を元にして計測範囲を確定する。
図２−１〜図２−３、図３−１〜図３−３は、伝熱管への設ける基準マークの一例を示す図である。
【００２７】
図２−１は、フィン４ａを有する伝熱管４を束ねるチューブサポート５１に設けた基準マーク５２Ａを示しており、基準マーク５２Ａでは、チューブサポート５１の表面に金属板を溶接により取付けている。
そして、この基準マーク５２Ａの左右に位置する伝熱管４の表面について変位センサ１２により計測するようにしている。
【００２８】
図２−２は、フィン４ａを有する伝熱管４を束ねるチューブサポート５１に設けた基準マーク５２Ｂを示しており、基準マーク５２Ｂでは、チューブサポート５１の表面に凹部を設けている。
【００２９】
図２−３は、フィン４ａを有する伝熱管４を束ねるチューブサポート５１に設けた基準マーク５２Ｃを示しており、基準マーク５２Ｃでは、チューブサポート５１の表面に記号・文字（例えば文字「Ａ」）等を刻印している。
【００３０】
本実施例のような計測によれば、当該チューブサポート５１は、伝熱管４とは異なり、製品の性能には直接関係のない部位であるので、大きくわかりやすくマーキングを実施することが可能となり、経時変化においてもマーキングが消滅するようなことがない。
【００３１】
そして、基準位置を示す基準マーク５２（５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ）を元にその前後左右のいずれか一つの伝熱管の表面形状を変位センサ１２で計測し、設置当初（新品時）の減肉がない状態における、前記基準マーク５２（５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ）を元に計測した前記伝熱管の基準表面形状を信号処理装置１６で記憶しておき、所定時間経過後に前記基準マーク５２を元に、前記変位センサ１２により表面形状を計測し、信号処理装置１６で記憶された前記基準表面形状と比較して、前記伝熱管の減肉状態を求めるようにしている。
【００３２】
これにより、基準マークを元に伝熱管の減肉傾向を評価することが可能となる。
【００３３】
本実施例では、チューブサポート５１に対して基準マーク５２を設け、伝熱管４に直接記号等の基準マークを直接設けるものではないので、経時変化による計測箇所に腐食・摩耗による凹凸が発生していた場合でも、計測が可能となり、計測時間の短縮を図ることができる。
また、前回（新品時）に計測した位置に、検査装置１１を設置する基準が基準マークを元に行うので、前回の計測と位置がずれることなく計測が可能となる。この結果、前回との比較評価が容易となる。
なお、本実施例では、チューブサポートを例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、伝熱管４を束ねるものであれば、これに限定されるものではない。
【００３４】
図３−１〜図３−３は、伝熱管４としてベアチューブの一例を示すが、フィン４ａが無い以外は、図２−１〜２−３の基準マークと同様である。
【００３５】
図４は、伝熱管へ設ける他の基準マークの一例を示す図である。
図４に示すように、伝熱管４のフィン４ａの一部を切り欠いた切り欠き部５３を形成し、これを基準マークとし、この基準マークである切り欠き部５３を元にその前後左右のいずれか一つの伝熱管の表面形状を変位センサ１２で計測するようにしている。
【００３６】
伝熱管としては、形状に限定されるものではなく、シェルアンドチューブ形式の熱交換器における伝熱管の減肉状態を検査することができる。
【００３７】
本実施例では、伝熱管の減肉状態を検査するために、次に説明する検査装置を用いる。
【００３８】
次に図１を参照して、検査装置についてその内容を説明する。
図１に示すように、検査装置１１は、主として、伝熱管４に固定される支持部１４と、支持部１４により支持され、伝熱管４の表面形状を計測する変位センサ１２と、変位センサ１２からの計測信号を処理する信号処理装置１６（「記憶手段」及び「算出手段」に相当）とにより構成される。
【００３９】
支持部１４は、変位センサ１２を支持することができる構成であれば、特に限定されず、例えば図１に示すように、伝熱管４に立設固定される４本の支柱２０と、一対の支柱２０との間に架設される梁２４（２４Ａ及び２４Ｂ）と、梁２４の間に架設されるレール２６とにより構成することができる。
この例では、梁２４（２４Ａ及び２４Ｂ）及びレール２６とにより形成される支持枠２８により変位センサ１２が直接的に支持され、この支持枠２８が支柱２０により支持されるようになっている。
【００４０】
また、支柱２０の伝熱管４への取り付けは、任意の締結部材を用いて行ってもよいが、マグネット１８を支柱２０の端部に配置し、マグネット１８の磁力を利用して支柱２０を伝熱管４に取り付けることが好ましい。マグネット１８を用いることで、支持部１４の取り外しを容易に行うことができる。
この際、マグネット１８との取り付けを確実にするために、伝熱管４の周囲に鋼部材５５を巻装するようにしてもよい。
【００４１】
なお、伝熱管４が鉛直軸方向（垂直方向）と直交する方向（水平方向）に配置されている状態のみならず、鉛直軸方向（垂直方向）に配置されている状態でも、マグネット１８を用いることで、検査装置１１を固定することができる。
なお、支柱２０の下端部に、伝熱管４の表面形状に沿って円弧に形成された座面を設けて、伝熱管４に取り付けるようにしてもよい。
【００４２】
支柱２０は、２本の伝熱管４に対して、伝熱管４の軸方向に沿って２箇所ずつ、正方形又は矩形の角部に位置するように固定される。
【００４３】
梁２４（２４Ａ及び２４Ｂ）は、支柱２０に対して上下位置を調整可能なようにねじ機構によって構成され、上下調整つまみ部２９を操作することで、スリット３０形成範囲内をＺ軸方向（矢印ａ方向）及びＸ軸方向（矢印ｂ方向）に移動可能に支持される。
【００４４】
変位センサ１２は、伝熱管４の外表面形状を計測可能な構成であれば特に限定されず、例えば共焦点式、三角測距式、二次元三角測距式等の測定方式のものを用いることができる。
なかでも、二次元三角測距式の二次元レーザ変位センサは、測定対象物の軸方向位置に対する高さを瞬時に測定できる構成（二次元測定が可能な構成）となっているため、この二次元レーザ変位センサを伝熱管４の軸方向に沿って移動させながら、伝熱管４の表面形状の計測を行うことで、迅速に伝熱管４の検査を行うことができる。
【００４５】
以下変位サンサ１２として、二次元レーザ変位センサを用いる場合を例にして説明する。
【００４６】
変位センサ（二次元レーザ変位センサ）１２は、図１に示すように、レーザ光照射部３４及び受光素子（図示せず）を有するセンサヘッド３２と、センサヘッド３２をレール２６に沿って伝熱管４の軸方向（Ｙ軸方向）に移動させるモータ３３と、モータ３３の回転角度からセンサヘッド３２の移動距離信号を出力するエンコーダ３６とにより構成されている。
【００４７】
レーザ光照射部３４は、図１に示すように、伝熱管４の径方向（Ｘ軸方向）に沿って帯状（スリット状）のレーザ光を伝熱管４に照射するようにしている。
【００４８】
伝熱管４に照射された帯状のレーザ光は、伝熱管４の表面で反射し、センサヘッド３２の受光素子により測定され、伝熱管４の軸方向と直交する方向（径方向、Ｘ軸方向）に沿った伝熱管４の外表面形状が計測される。
センサヘッド３２をモータ３３により伝熱管４の軸方向（Ｙ軸方向）に沿って移動させながら、センサヘッド３２による測定を繰る返すことで、伝熱管４の全長に亙って、伝熱管４の外表面形状を計測することができる。
【００４９】
センサヘッド３２のＺ軸方向における位置は、上下調整つまみ部２９を用いて、センサヘッド３２と伝熱管４との距離がレーザ光照射部３４の焦点距離に応じて決まる測定可能範囲内に収まるように調節される。
【００５０】
上下調整つまみ部２９の回動だけでは、センサヘッド３２のＺ軸方向位置を測定可能範囲内に調節することができない場合には、レーザ光を屈折される屈折手段を用いるようにしてもよい。
【００５１】
図５−１及び図５−２はレーザ光を屈折される屈折手段を示す図である。
図５−１は、屈折手段としてレーザ光３５を屈折させるプリズム４１を用いる例を示しており、図５−２は、屈折手段としてレーザ光３５を屈折（反射）させるミラー４３を用いる例を示している。
このように屈折手段４１、４３を用いてレーザ光３５を屈折させることで、上下調整つまみ部２９の回動だけではセンサヘッド３２のＺ方向位置を測定可能範囲内に調節することができない場合であっても、センサヘッド３２のＺ方向位置を適切に調節することができる。
【００５２】
図１に示す信号処理装置１６は、変位センサ１２のセンサヘッド３２及びエンコーダ３６に接続されており、センサヘッド３２及びエンコーダ３６からの信号を受け取って、伝熱管４の減肉量を算出する。
【００５３】
図６は、信号処理装置１６の構成例を示すブロック図である。
図６に示すように信号処理装置１６は、主として変位サンサ１２の出力信号を受け取るコントローラ４０と、変位計測データを内部メモリに記憶するＰＣ（検査作業者のパソコン）４２と、基準表面形状が記憶された基準形状記憶部４６と減肉量を算出する減肉量算出部４８とにより構成される。
【００５４】
信号処理装置１６では、コントローラ４０において、変位センサ１２から変位計測データを受け取り、ＰＣ４２の内部メモリに保存し、減肉量算出部４８において、基準形状記憶部４６に予め記憶させている基準形状データと重ね合わせて、両者の差分を求めることで減肉量を算出する。
【００５５】
基準形状記憶装置４６には、減肉がない状態における、基準マーク５２を含む伝熱管４の基準表面形状が記憶されている。
この基準表面形状は伝熱管４のそれぞれについて記憶されており、変位センサ１２により表面形状が計測された伝熱管４に対応する基準表面形状が基準形状記憶部４６から減肉量算出部４８に送られるようになっている。
【００５６】
また変位計測データは変位センサ１２の取り付け状態（位置や角度）に起因する誤差を含んでいることがあるため、図６に示すように、変位計測データの補正処理を行う補正部４４を設けることが好ましい。これにより変位センサ１２の取り付け状態によらず、伝熱管４の減肉量をより正確に算出することができる。
【００５７】
本実施例では、計測の対象を熱交換器の伝熱管としているが、本発明はこれに限定されず、例えばボイラ設備等の蒸発管における減肉状態を監視するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
４  伝熱管
１１  検査装置
１２  変位センサ
１４  支持部
１６  信号処理装置
５２、５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ  基準マーク
【図１】
2012159209.tif 000003
【図２−１】
2012159209.tif 000004
【図２−２】
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【図２−３】
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【図３−１】
2012159209.tif 000007
【図３−２】
2012159209.tif 000008
【図３−３】
2012159209.tif 000009
【図４】
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【図５−１】
2012159209.tif 000011
【図５−２】
2012159209.tif 000012
【図６】
2012159209.tif 000013
【図７】
2012159209.tif 000014