(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラント器機、配管等の対象物における一面に付着するスケール等の薄膜を洗浄により除去する際において前記薄膜の除去程度を評価する薄膜除去評価方法であって、
前記洗浄が薬剤を使用した化学洗浄であり、前記対象物内部に前記薬剤を含んだ水溶液を充満させて、前記対象物の他面から超音波パルスを入射し、前記一面側から反射する反射波が最初に零等の基準値を超える立ち上がり時刻とこの反射波が次に前記基準値に至る立ち下がり時刻との時間差である零等時間差を求め、前記対象物またはこれと同等の等価対象物であって前記薄膜を有しないものを利用してあらかじめ求めた前記零等時刻差に該当する基準零等時刻差と、前記零等時刻差との差分を経時的に観察することにより前記薄膜の除去程度を評価する薄膜除去評価方法。
【請求項２】
プラント器機、配管等の対象物における一面に付着するスケール等の薄膜を洗浄により除去する際において前記薄膜の除去程度を評価する薄膜除去評価方法であって、
前記洗浄が薬剤を使用した化学洗浄であり、前記対象物内部に前記薬剤を含んだ水溶液を充満させて、前記対象物の他面から超音波パルスを入射し、前記一面側から反射する反射波が最初に零等の基準値を超える立ち上がり時刻とこの反射波が次に前記基準値に至る立ち下がり時刻との時間差である零等時間差を求め、前記対象物またはこれと同等の等価対象物であって前記一面から反射する第一反射波と前記薄膜から反射する第二反射波とが区別されうる程度の厚さの前記薄膜を有するものにおける前記第一反射波を利用してあらかじめ求めた前記零等時刻差に該当する基準零等時刻差と、前記零等時刻差との差分を経時的に観察することにより前記薄膜の除去程度を評価する薄膜除去評価方法。
【請求項３】
前記対象物がボイラー蒸発管等の複数の配管よりなり、各配管の長手方向に沿った各位置の外面から超音波を入射して第一反射波と第二反射波との受信時間差により各配管の各位置における前記薄膜の厚さを求め、最も薄膜の厚い位置で前記評価を行う請求項１又は２記載の薄膜除去評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば発電所のボイラー配管に付着するスケール等の薄膜の除去程度を評価する薄膜除去評価方法に関するものである。さらに詳しくは、プラント器機、配管等の対象物における一面に付着するスケール等の薄膜を洗浄により除去する際において前記薄膜の除去程度を評価する薄膜除去評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電プラントボイラーでは、給水中に溶解・懸濁している酸化鉄を主成分とする微量の腐食生成物が析出・固化したスケールと称される付着物がボイラー蒸発管内面に付着する。スケールの熱伝導率は管材に比較して著しく低い。したがって、スケールが付着・堆積した状態でプラントを長時間運転すると、ボイラー蒸発管の熱伝導が著しく阻害され、ボイラー効率が低下するだけでなく、スケールの付着部位が局部的に加熱され管材の機械的強度が低下し、当該部位の膨出・破裂に至る恐れがある。また、管路に多量のスケールが付着すると流動阻害を引き起こす場合がある。
【０００３】
このため、定期修繕工事などの長期停止時に、スケールの除去等を目的とする化学洗浄の時期・仕様決定のため、ボイラー蒸発管を抜管し、管内面の検査を行っていた。また、切り出した蒸発管をサンプリング配管の一部として洗浄系統と並行に接続し、化学洗浄によるスケールの除去程度を目視により判断していた。
【０００４】
しかし、ボイラー蒸発管抜管部位の選定が不適切であったり、管内流体の流速や温度などの薬液条件がサンプリング配管とボイラー蒸発管とで著しく異なる場合は、「洗い残し」や「過洗浄による母材腐食・損傷」等の不都合を生じる虞があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来の実状に鑑みて、本発明の第一の目的は、薄膜が除去されているかどうかその程度を非破壊的手法により評価することの可能な薄膜除去評価方法を提供することにある。
【０００６】
また、本発明の第二の目的は、薄膜除去の評価を行うにあたり配管の適切な部位を選択することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記第一の目的を達成するため、本発明に係る薄膜除去評価方法の特徴は、プラント器機、配管等の対象物における一面に付着するスケール等の薄膜を洗浄により除去する際において前記薄膜の除去程度を評価する方法であって、前記洗浄が薬剤を使用した化学洗浄であり、前記対象物内部に前記薬剤を含んだ水溶液を充満させて、前記対象物の他面から超音波パルスを入射し、前記一面側から反射する反射波が最初に零等の基準値を超える立ち上がり時刻とこの反射波が次に前記基準値に至る立ち下がり時刻との時間差である零等時間差を求め、前記対象物またはこれと同等の等価対象物であって前記薄膜を有しないものを利用してあらかじめ求めた前記零等時刻差に該当する基準零等時刻差と、前記零等時刻差との差分を経時的に観察することにより前記薄膜の除去程度を評価することにある。
【０００８】
また、本発明に係る方法の他の特徴は、プラント器機、配管等の対象物における一面に付着するスケール等の薄膜を洗浄により除去する際において前記薄膜の除去程度を評価する方法であって、前記洗浄が薬剤を使用した化学洗浄であり、前記対象物内部に前記薬剤を含んだ水溶液を充満させて、前記対象物の他面から超音波パルスを入射し、前記一面側から反射する反射波が最初に零等の基準値を超える立ち上がり時刻とこの反射波が次に前記基準値に至る立ち下がり時刻との時間差である零等時間差を求め、前記対象物またはこれと同等の等価対象物であって前記一面から反射する第一反射波と前記薄膜から反射する第二反射波とが区別されうる程度の厚さの前記薄膜を有するものにおける前記第一反射波を利用してあらかじめ求めた前記零等時刻差に該当する基準零等時刻差と、前記零等時刻差との差分を経時的に観察することにより前記薄膜の除去程度を評価することにある。
【０００９】
一方、本発明の第二の目標を達成するため、本発明のさらに他の特徴は、上記各特徴において、前記対象物がボイラー蒸発管等の複数の配管よりなり、各配管の長手方向に沿った各位置の外面から超音波を入射して第一反射波と第二反射波との受信時間差により各配管の各位置における前記薄膜の厚さを求め、最も薄膜の厚い位置で前記評価を行うことにある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。
図１は、本発明に係る薄膜除去評価方法の実施対象となる発電施設のボイラー４０を示す。このボイラー４０では、媒質である水を供給する主管４１がボイラー内で複数の蒸発管である配管５０に分岐している。各配管５０は熱源により加熱され、内部の水を蒸発させて高温高圧の水蒸気を図示しない蒸気タービンに供給する。
【００１１】
本実施形態では、配管５０の内面に付着するスケールを酸性若しくは中性の洗剤により除去する化学洗浄を行う。また、本発明では、スケールの厚く付着した部位を探触子によりモニターする。通常、スケールは熱負荷の高い部分により固着しやすいので、構造設計上・過去運転プロセスより推定されるボイラー熱負荷部を考慮し、炉内全体分布を把握する為、代表管数を決める。この代表管の全長において、探触子３を一定ピッチごとに移動させて測定を行い、管ごとのスケールの厚さ分布を把握する。
【００１２】
図２に薄膜除去評価装置１のブロック図を示す。また、図３に示すように、配管５０の内面にはスケール膜６０が付着し、さらに、配管５０の内部には薬剤を含んだ水溶液Ｗが充満している。この評価装置１は、パーソナルコンピューター７により制御されるパルサー２ａで超音波パルスを発生し、探触子３を介して配管外面５１から配管５０の中心に向かって垂直に超音波パルスを送信する。送信された超音波パルスはまずスケール外面６１と配管内面５２の界面である第一境界面Ｂ１において第一反射波として探触子３側に復帰する。また、送信波はスケール内面６２と配管５０内部、換言すれば、薬剤を含んだ水溶液Ｗとの界面である第二境界面Ｂ２において第二反射波として探触子３側に復帰する。
【００１３】
これらの第一、第二反射波は、レシーバー２ｂ及びプリアンプ４により増幅され、フィルター５によりノイズが除去された状態でＡ／Ｄコンバーター６によりデジタル信号に変換され、パーソナルコンピューター７で処理される。先の第一、第二反射波は、図４，５の第一反射波ｆ１（ｔ）、第二反射波ｆ２（ｔ）及びこれらが合成された合成反射波ｇ（ｔ）として補足され、モニター８に表示される。
【００１４】
スケール等の膜厚が十分に厚い場合は、図４（ａ）に示すように、第一反射波ｆ１（ｔ）及び第二反射波ｆ２（ｔ）それぞれの立ち上がり時刻ｔａ，ｔｂが明確に識別でき、これらｔａ，ｔｂの時間差ｄｔ’の半分にスケールの音速を掛け合わせることで、スケール膜厚を求めることができる。そこで、まず、上述した探触子の移動でこの原理に基づき、スケールの最も厚く付着する部分をモニター部位として選定する。なお、モニターには複数の探触子３を用いるが、ここでは代表して一つのみ表示する。
【００１５】
ここで、図４，５において、配管内面５２側から反射する反射波が最初に零等の基準値を超える立ち上がり時刻ｔａとこの第一反射波ｆ１（ｔ）又は合成反射波ｇ（ｔ）が次に前記基準値に至る立ち下がり時刻ｔｃとの時間差を「零等時間差ｄｔ０」と称する。図４（ａ）におけるスケールの十分に付着した配管及び図４（ｂ）におけるスケールが付着していない配管の零等時間差ｄｔ０は配管の材質により共に一定値Ａとなる。スケールが十分付着しているか、全く付着していない配管を用いたこれらの零等時間差ｄｔ０＝Ａのことを、「基準零等時間差Ａ」と称する。基準零等時間差Ａを求めるには、上述した配管５０の現物を用いる他、同等の配管を用いてもよい。
【００１６】
一方、スケール等の膜厚が薄く、例えば１００μｍよりも薄い場合は、図５に示すように第一反射波ｆ１（ｔ）及び第二反射波ｆ２（ｔ）が重畳して緩衝波である合成反射波ｇ（ｔ）となり、上記立ち上がり時刻ｔａ，ｔｂを峻別することができない。この場合、両関数が重畳するので、零等時間差ｄｔ０は上記基準零等時間差Ａよりも必ず大きくなる。したがって、上記零等時間差ｄｔ０と上記基準零等時間差Ａとの差分をモニタすることで、化学洗浄による薄膜除去の程度を正確に把握することが可能である。上記零等時間差ｄｔ０は例えば図６に示すように経時的に減少し、基準零等時間差Ａに収束する。このタイミングを逃さず把握することで、スケール等を確実に除去でき、過洗浄による配管の損傷を防ぐことができる。
【００１７】
次に、本発明のさらに他の実施形態の可能性について列挙する。
上記実施形態では、洗浄対象をボイラーの配管としたが、他のプラント器機、や配管等に実施することも可能である。また、本発明の評価対象は配管の外面に対する付着物でもよく、対象は配管に限らず容器であってもよい。
【００１８】
上記実施形態では洗浄方法として酸性若しくは中性の洗剤による化学洗浄を用いた。しかし、洗浄薬剤としては、洗剤の他、塩酸・硫酸・硝酸・弗酸、弗酸スルファミン、リン酸、ホスフォン酸、燐、クエン酸、グリコロール、ＥＤＴＡ塩、石油系・アルコール系溶剤、その他あらゆる酸・アルカリ・中性薬剤を用いてもよい。
【００１９】
配管等に固着し、相となっているものであれば、本発明の対象物となりうる。例えば、一般的にスケールと称されるケイ酸塩・炭酸カルシュウム・硫酸カルシュウムの他、炭素鋼に発生する固着した錆、ステンレス鋼における焼け等の酸化物、溶接スラグ・油分・塗料・防腐剤、オイル・グリース等の油分、塗料、防錆材等であってもよい。
【００２０】
上記実施形態では、立ち上がり時刻（ｔａ）と立ち下がり時刻（ｔｃ）とを定める基準値を零としたが、零を僅かに越える閾値であってもよい。また、「基準値を超える」とは零又は正の基準値を正側に越える場合の他、零又は負の基準値を負側に超える場合を含み、「基準値に至る」とは零又は正の基準値に正側で至る場合の他、零又は負の基準値に負側で至る場合を含む。すなわち、零等時刻差ｄｔ０とは、最初のピークの時間幅を意味する。
【００２１】
【発明の効果】
このように、上記本発明に係る薄膜除去評価方法の特徴によれば、薄膜が除去されているかどうかその程度を非破壊的手法により評価することが可能となった。その結果、配管の洗浄等を洗浄不足や過洗浄なしに合理的且つ安価に評価することが可能となった。
【００２２】
また、あらかじめモニタリング部位を高い信頼性で適切に選択できるようになり、薄膜除去評価の信頼性を向上させて、配管等の洗浄をさらに適切に実施することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る薄膜除去評価方法の実施対象となるボイラーと探触子との関係を示す概略図である。
【図２】膜厚測定方法に使用する膜厚測定装置のブロック図である。
【図３】測定対象となる配管の一部断面図である。
【図４】（ａ）はスケールの十分に付着した配管における立ち上がり時刻ｔａ，ｔｂの明確な第一反射波ｆ１（ｔ）及び第二反射波ｆ２（ｔ）を示すグラフ、（ｂ）はスケールが付着していない配管における第一反射波ｆ１（ｔ）を示すグラフである。
【図５】第一反射波ｆ１（ｔ）及び第二反射波ｆ２（ｔ）が合成された合成反射波ｇ（ｔ）を示すグラフである。
【図６】零等時間差の時間推移を示すグラフである。
【符号の説明】
１：膜厚測定装置、２ａ：パルサー、２ｂ：レシーバー、３：探触子、４：プリアンプ、５：フィルター、６：Ａ／Ｄコンバーター、７：パーソナルコンピューター、８：モニター、４０：ボイラー装置、４１：主管、５０：配管、５１：配管外面、５２：配管内面、６０：スケール膜、６１：スケール外面、６２：スケール内面、Ｂ１：第一境界面、Ｂ２：第二境界面、Ｗ：薬剤を含んだ水溶液、ｄｔ０：零等時間差、ｇ（ｔ）：合成反射波、ｆ１（ｔ）：第一反射波、ｆ２（ｔ）：第二反射波、ｔａ：第一立ち上がり時刻、ｔｂ：第二立ち上がり時刻、ｔｃ：立ち下がり時刻
【図１】
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【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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