(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管の内部で、肉厚の相対的な変化を連続的に測定可能な離隔渦流探傷手段と、水浸法超音波探触子からのエコーが安定するときに絶対的な肉厚を測定可能な超音波探傷手段とを搭載するヘッドを軸線に沿って移動させ、移動に伴う相対厚さの変化を記録しながら、超音波探傷手段の測定条件を監視し、水浸法超音波探触子からのエコーが安定する位置で測定される絶対的な肉厚で相対厚さの記録値を校正し、超音波探傷手段が絶対厚さを測定しない位置での鋼管の肉厚を求めて、肉厚の減少割合から腐食の程度を診断し、
相対厚さの記録値を校正するときには、リサージュ平面位相角と減肉率との関係を表す直線の傾きを、鋼管の材質および厚さに関わらず同じとし、水浸法超音波探触子による１点または数点の厚さの測定結果と、前記直線の傾きとに基づいて校正することを特徴とする鋼管の腐食診断方法。
【請求項２】
前記離隔渦流探傷手段は、離隔渦流探傷法を用いて得られるリサージュ平面位相角から鋼管の相対的な肉厚の変化を測定して測定値を出力し、前記超音波探傷手段は、超音波探傷法を用いて得られるエコー信号を出力しする超音波探触子を備え、前記水浸法超音波探触子からのエコーが安定するか否かの判断は、該超音波探触子が受信するエコー信号を観測して行い、該水浸法超音波探触子からのエコーが安定すると判断されるときは、エコー信号の受信に要する時間に基づいて鋼管の絶対的な肉厚を算出することを特徴とする請求項１記載の鋼管の腐食診断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼管の腐食状況を内部から診断する鋼管の腐食診断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、鉄鋼材料は各種構造材として広く利用されている。ただし、鉄鋼材料は比較的腐食しやすいので、各種の防食対策が施される。一般に、防食の効果を高めるほど、対策に要するコストも上昇する。したがって、ほとんど腐食を生じないような防食処理も可能であるけれども、コストの点で問題がある。そこで、実際の環境に合わせて必要と判断される程度の防食を施すに留め、腐食状況を経時的に診断し、腐食が進行していると判断されるときに、より強力な防食対策に切り換えるようにしている。
【０００３】
鋼管、特に地中に埋設されている鋼管の腐食診断には、離隔渦流探傷法や、リモートフィールド渦流法と呼ばれる方法（以下、「ＲＦＥＣ法」と略称する）が用いられている。ＲＦＥＣ法に関連する先行技術は、たとえば本件出願人から特開平３−１５９７４１号公報などで開示されている。ＲＦＥＣ法は、内部から、鋼管の厚さの相対的変化を比較的容易に、かつ高速に求めることができ、位置による厚さの変化から、腐食減肉の程度を判断することができる。ＲＦＥＣ法で鋼管の腐食状況を診断する場合は、厚さの相対的な減少量としての減肉率を求め、予め設定される基準値と比較する。基準値よりも減肉率が大きくなっていると診断されれば、たとえばより強力な防食対策を施すことが必要と判断する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＲＦＥＣ法による鋼管の腐食診断では、透磁率や導電率などの鋼管材料の電磁気特性が大きく影響する。これらの電磁気特性は、製造メーカーや製作ロットによって異なり、不安定であるので、解析精度上、大きな誤差を生じる障害となっている。
【０００５】
また、鋼管の元の厚みについてもＪＩＳ規格上の許容値が比較的広く、製造メーカーによって差がある。たとえば、一般構造用炭素鋼鋼管であるＳＴＫ４００の材料で、φ３１８．８および７．０ｔとして発注する鋼管の厚さは、ＪＩＳＧ ３４４４で±１０％の許容差が認められているので、６．３〜７．７ｍｍの範囲で変動しうる。実際に購入した鋼管の厚さを測定してみた結果でも、ある製造メーカーでは７．１ｍｍ、他の製造メーカーでは６．５ｍｍであり、０．６ｍｍもの差異が認められた。鋼管の厚さが異なると、腐食量は同じでも、相対的な厚さの減少率である減肉率も異なることになる。
【０００６】
ＲＦＥＣ法のみで鋼管の腐食を診断すると、以上で説明したような鋼管の材料の電磁特性の違いや元の厚さの違いが解析したデータに大きく影響し、誤差が大きくなる問題が生じる。したがって、ＲＦＥＣ法による解析データの信頼性を高めるには、何らかの手法により、解析データを校正する必要がある。
【０００７】
本発明の目的は、ＲＦＥＣ法を用いて得られるような相対的な肉厚変化を示す解析データを容易に校正し、精度よく鋼管の腐食程度を診断することができる鋼管の腐食診断方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鋼管の内部で、肉厚の相対的な変化を連続的に測定可能な離隔渦流探傷手段と、水浸法超音波探触子からのエコーが安定するときに絶対的な肉厚を測定可能な超音波探傷手段とを搭載するヘッドを軸線に沿って移動させ、移動に伴う相対厚さの変化を記録しながら、超音波探傷手段の測定条件を監視し、水浸法超音波探触子からのエコーが安定する位置で測定される絶対的な肉厚で相対厚さの記録値を校正し、超音波探傷手段が絶対厚さを測定しない位置での鋼管の肉厚を求めて、肉厚の減少割合から腐食の程度を診断し、
相対厚さの記録値を校正するときには、リサージュ平面位相角と減肉率との関係を表す直線の傾きを、鋼管の材質および厚さに関わらず同じとし、水浸法超音波探触子による１点または数点の厚さの測定結果と、前記直線の傾きとに基づいて校正することを特徴とする鋼管の腐食診断方法である。
【０００９】
本発明に従えば、鋼管の肉厚の位置による変化を、離隔渦流探傷手段で連続的に測定しておく。超音波探傷手段で絶対的な肉厚を測定する位置で相対厚さを校正すれば、他の位置では、校正された肉厚に対する相対的な変化に基づいて、連続的に絶対的な厚さを求めて、肉厚の減少割合から腐食の程度を診断することができる。
【００１０】
また本発明は、前記離隔渦流探傷手段は、離隔渦流探傷法を用いて得られるリサージュ平面位相角から鋼管の相対的な肉厚の変化を測定して測定値を出力し、前記超音波探傷手段は、超音波探傷法を用いて得られるエコー信号を出力しする超音波探触子を備え、前記水浸法超音波探触子からのエコーが安定するか否かの判断は、該超音波探触子が受信するエコー信号を観測して行い、該水浸法超音波探触子からのエコーが安定すると判断されるときは、エコー信号の受信に要する時間に基づいて鋼管の絶対的な肉厚を算出することを特徴とする。
【００１１】
本発明に従えば、たとえば、離隔渦流探傷法で肉厚測定を行うための励磁コイルと受信コイルを搭載した探傷治具に、絶対的な厚さを測定することができる水浸法超音波探触子を組込み、鋼管の或る箇所の厚みの絶対値を測定する。その箇所の厚みを基準に、離隔渦流探傷法の信号から作成した解析グラフを校正し、鋼管全体の腐食減肉量を求める。水浸法超音波探触子は比較的狭い範囲の測定しかできないので、鋼管の全周の減肉率を測定するには多くの探触子を必要とする。また、鋼管の内周面が腐食していたりすると、厚さを測定することができない。離隔渦流探傷法では、鋼管の内周面の状態の影響を受けず、全周に配置する受信コイルから比較的少数のチャネルに分けて得られる信号を解析して全周の減肉率を測定することができる。離隔渦流探傷法で得られる測定データは、位置の違いに対する相対的な変化としては精度が高いので、或る位置で絶対的に校正することができれば、その位置での減肉率を基準にして、鋼管全体の腐食減肉量を高速で精度よく求めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、離隔渦流探傷法で地中の鋼管杭１の部分減肉を測定して、腐食の診断を行うＲＦＥＣ探傷装置２の概略的な構成を示す。ＲＦＥＣ法の励磁コイル３と受信コイル４とを搭載した探傷治具としての検査プローブ５に、水浸法超音波探触子６も組み込む。検査プローブ５は、走行装置７によって、鋼管杭１内部を移動することができる。ＲＦＥＣ探傷装置２は、超音波厚み計８を含み、機器収納ラック９に搭載される検査装置１０、およびデータ収録装置としての信号処理用パソコン１１から構成されている。
【００１３】
水浸法超音波探触子６は、ＲＦＥＣ法の受信コイル４の近傍に配置される。水浸法超音波探触子６の先端はガイドで囲まれている。ガイドは、ばねで鋼管杭１の管壁に密着するように取り付けられている。ガイドによって、水浸法超音波探触子６の先端と管壁との間にすきまを設けている。水浸法超音波探触子６からの信号は、高周波ケーブル１２で地上の超音波厚み計８に伝送される。超音波厚み計８のＣＲＴモニタ１３には、水浸法超音波探触子８から鋼管杭１の内周面側から管壁内に入射されたパルス信号に対する反射としてのエコーが表示される。エコーは、鋼管杭１の外周面からの反射であり、パルス信号の入射からエコーが戻ってくるまでの時間で、鋼管杭１の肉厚分の距離を超音波が往復していることになる。したがって、鋼管杭１中の音速が判っていれば、エコーの戻る時間から厚さを求めることができる。鋼管杭１中の音速は、電磁気特性とは異なり、製造メーカ−や製作ロットなどが違っても、ほとんど変わらない。超音波探傷器では、エコーが良好に得られる限り、時間を厚さに変換し、デジタル表示することができる。ＣＲＴモニタ１３に表示されるエコーの形状や高さを見れば、鋼管杭１の内周面や外周面の情報も得ることができる。
【００１４】
ＲＦＥＣ探傷用の検査プローブ５は、励磁コイル３と受信コイル４とを含む。受信コイル４は、周方向に一定間隔で複数個が配置される。各受信コイル４で受信された信号は、アンプで増幅され、アナログ信号からデジタル信号へのＡ／Ｄ変換後、高周波ケーブル１２で検査装置１０のＲＦＥＣ探傷装置に送られる。ＲＦＥＣ探傷装置は、たとえば信号処理用パソコン１１などで実現され、データ収録装置としてのプログラムに従って、ＲＦＥＣ解析、ＲＦＥＣ解析グラフの校正、および解析データの出力等の処理を行う。解析データは、たとえばディスプレイモニタ１４の画面に図示のように表示される。
【００１５】
図２は、各種３００Ａ鋼管の実測減肉率と、ＲＦＥＣ法で測定した減肉部の信号から求められたリサージュ平面位相角との関係を示す。なお、実測減肉率とは、試験体である鋼管の減肉深さを超音波厚み計等で測定し、元の厚さに換算した割合（％）をいう。リサージュ平面位相角とは、後述するように、ＲＦＥＣ法の受信コイルにおける起電力の信号振幅をＡとし、起電力の位相をΦとしたとき、Ｘ軸をＡｃｏｓΦ、Ｙ軸をＡｓｉｎΦとして描かれるリサージュ波形と、Ｘ軸との角度をθとして、このθをリサージュ平面位相角という。
【００１６】
図２では、肉厚および減肉形状や材質の違いで４種類となる試験用管について、ＲＦＥＣ法で測定したときの減肉率とリサージュ平面位相角の関係を示す。試験用管は、ＳＴＫ４００のφ３１８．８ｍｍ×ｔ７．０ｍｍとして発注して購入した或る製造メーカーの管で肉厚の実測値が７．１ｍｍのものと、他の製造メーカーの管で肉厚の実測値が６．５ｍｍものと、ＳＧＰのφ３１８．８ｍｍ×ｔ６．９ｍｍのものとについて、部分減肉および全周減肉に相当する加工を施して形成した。部分減肉は、各管について１００ｍｍ×５０ｍｍの大きさとし、全周減肉はＳＴＫ４００で肉厚の実測値が７．１ｍｍの管に８０ｍｍ幅で全周を削って形成した。なお、ＳＧＰは、ＪＩＳ Ｇ ３４５２に規定されている配管用炭素鋼鋼管である。次の表１は、減肉欠陥の加工形状と実測減肉率とを示す。
【００１７】
【表１】
0004118487.tif 000002
【００１８】
図２および表１から、全体として、実測減肉率とリサージュ平面位相角とは、いずれの管も減肉形状や肉厚、さらに材質が異なっても大略的に比例関係にあるといえる。図２からは、次のようなグラフの傾きに関する情報が得られる。
１）ＳＴＫ４００管の部分減肉試験用管では、黒角印で示す肉厚７．１ｍｍと、黒三角印で示す肉厚６．５ｍｍとの間に、２０〜２５度の平面位相角の差があるけれども、傾きはほぼ同一かつ一定である。
２）ＳＴＫ４００管の肉厚７．１ｍｍで、黒角印で示す部分減肉試験用管と、黒菱印で示す全周減肉試験用管との間に、約１５度の平面位相角の差があるけれども、傾きはほぼ同一である。
３）ＳＧＰ管で肉厚が６．９ｍｍの部分減肉試験用管は、黒丸印で示すように、同じ減肉形状のＳＴＫ４００管の黒角印で示す肉厚７．１ｍｍや黒三角印で示す肉厚６．５ｍｍの部分減肉用試験管と、平面位相角にずれはあっても、傾きはほぼ同一である。
【００１９】
リサージュ平面位相角と減肉率との関係は、材質や厚さが変わっても傾きが同じ直線関係にあることから、ＲＦＥＣ図２に示すような減肉率−位相角校正グラフを作成することができる。実際の探傷では、水浸法超音波探触子６による厚さの測定を１点または数点で行い、その位置におけるＲＦＥＣ法による解析値のグラフが測定結果と一致するようにグラフを減肉率の方向に移動して校正すれば、水浸法超音波探触子６による測定を行っていない位置についても高精度の解析データを得ることができる。
【００２０】
図１での実際の探傷操作手順を以下に示す。
１）検査プローブ５を水封された鋼管杭１に挿入し、探傷範囲の最深部まで検査プローブ５を降ろす。この間、水浸法超音波探触子６からのエコーが超音波厚み計８のＣＲＴモニタ１３に連続的に表示されている。
２）水浸法超音波探触子６からのエコーが安定する複数の位置で、鋼管杭１の長さ方向の距離と厚さとの関係をデジタル表示からそれぞれ読み取る。
３）鋼管杭１の最深部から、走行装置７で高周波ケーブル１２を巻き取りながらＲＦＥＣ法による探傷を行う。
４）超音波厚さ計８で測定した位置のデータを検査装置１０に入力し、ＲＦＥＣ法による解析データのグラフの校正を行う。
５）校正されたＲＦＥＣデータを出力する。
【００２１】
図３は、ＲＦＥＣ法での信号解析に用いるリサージュ平面位相角の定義を示す。図４は、ＲＦＥＣ法で、受信コイルの信号から得られる情報を示す。図４（ａ）に示すように、長さ方向で肉厚を変化させた試験管内でＲＦＥＣ法による探傷を行うと、図４（ｂ）に示すような振幅Ａおよび位相Φの関係が得られる。振幅Ａと位相Φとに基づいて、Ａ・ｃｏｓΦを横軸Ｘ、Ａ・ｓｉｎΦを縦軸Ｙとし、データをＸＹ平面内二次元的に表現すれば、図３に示すようなリサージュ波形が得られる。リサージュ平面位相角は、リサージュ波形の長軸の横軸からの傾きを示す。
【００２２】
図５、図６、図７および図８は、図１の検査プローブ５の構成を示す。図５は側断面を示し、図６は正面を示し、図７および図８は図５の切断面線ＶＩＩ−ＶＩＩおよび切断面線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩから見た構成をそれぞれ示す。検査プローブ５の先端には、励磁コイル３が配置され、直径の２倍以上の距離離して受信コイル４が配置される。受信コイル４は、複数、例えば１２個ずつ、前後で位置がずれるように、周方向に一定間隔で配置される。受信コイル４に近接して、水浸法超音波探触子６が配置される。検査プローブ５は、複数の保持車輪１５によって、鋼管杭１などの鋼管内の中心軸付近に保持されながら、鋼管内を軸線方向に移動することができる。
【００２３】
図９は、図１に示すような鋼管杭１の減肉測定に基づいて、ＬＮＧタンク２０の基礎杭２１の腐食診断を行う考え方を示す。腐食診断の結果、腐食が進行していると判断されれば、電気防食用に埋設されている鋼管杭１を使用して電気防食を施す。しかしながら、基礎杭２１は、ＬＮＧタンク２０の下方で地中に埋込まれているので、直接検査プローブ５を挿入して検査することは困難である。そこで基礎杭２１の周囲に、基礎杭２１の電気防食用に埋込まれる鋼管杭１は、電気防食を行うまでは基礎杭２１と同様に腐食することを利用し、鋼管杭１の減肉評価に基づいて、基礎杭２１の腐食診断を行う。
【００２４】
なお、本発明は、図１や図９に示すような鋼管杭１などのように、鋼管内を鉛直方向に移動しながら腐食の診断を行うことができるばかりではなく、都市ガスの配管網などを構成する地中埋設管などの内部を水平に移動しながら腐食の診断を行うこともできるのはもちろんである。また、絶対的な厚さは、水浸法探触子６とは異なるタイヤ型探触子などを用いて測定することもできる。さらに、放射線やＸ線などを用いて測定することもできる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、鋼管の肉厚の位置による変化を相対的に測定しておき、絶対的な肉厚を測定する位置で相対厚さを校正し、鋼管の肉厚の変化に基づく減肉率を精度よく求めて、腐食の程度を診断することができる。
【００２６】
また本発明によれば、離隔渦流探傷法で肉厚測定を行うための励磁コイルと受信コイルとを搭載した治具に、絶対的な厚さを測定することができる水浸法超音波探触子などを組込み、鋼管の或る箇所の厚みの絶対値を測定する。その箇所の厚みを基準に、離隔渦流探傷法の信号から作成した解析グラフを校正し、鋼管全体の腐食減肉量を求める。水浸法超音波探触子は比較的狭い範囲の測定しかできないので、鋼管の全周の減肉率を測定するには多くの探触子を必要とし、超音波の送受信に障害があると良好な測定を行うことができない。離隔渦流探傷法では、鋼管の内周面の状態の影響を受けず、全周に配置する受信コイルから得られる信号を解析して全周の減肉率を測定することができる。離隔渦流探傷法で得られる測定データは、位置の違いに対する相対的な変化としては精度が高いので、或る位置で絶対的に校正することができれば、その位置での減肉率を基準にして、鋼管全体の腐食減肉量を高速で精度よく求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に従って、地中の鋼管杭１の腐食診断を行う構成を示すブロック図である。
【図２】ＲＦＥＣ法で得られる位相角と減肉率との関係の例を示すグラフである。
【図３】ＲＦＥＣ法によって求められるリサージュ平面位相角の定義を示す図である。
【図４】鋼管の肉厚の違いとＲＦＥＣ法で得られる信号の振幅および位相との関係を示す断面図およびグラフである。
【図５】図１の検査プローブ５の側面断面図である。
【図６】図５の検査プローブ５の正面図である。
【図７】図５の切断面線ＶＩＩ−ＶＩＩから見た断面図である。
【図８】図５の切断面線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩから見た断面図である。
【図９】図１の診断方法を、ＬＮＧタンクの基礎杭２１に対する腐食診断に適用する状態を示す簡略化した断面図である。
【符号の説明】
１  鋼管杭
２  ＲＦＥＣ探傷装置
３  励磁コイル
４  受信コイル
５  検査プローブ
６  水浸法超音波探触子
７  走行装置
８  超音波厚み計
１０  検査装置
１１  信号処理用パソコン
１２  高周波ケーブル
１３  ＣＲＴモニタ
１４  ディスプレイモニタ
２１  基礎杭
【図１】
0004118487.tif 000003
【図２】
0004118487.tif 000004
【図３】
0004118487.tif 000005
【図４】
0004118487.tif 000006
【図５】
0004118487.tif 000007
【図６】
0004118487.tif 000008
【図７】
0004118487.tif 000009
【図８】
0004118487.tif 000010
【図９】
0004118487.tif 000011