技術紹介

タンク AE 計測におけるノイズ除去に関する検討
中村英之*

Hideyuki Nakamura

荒川敬 弘 **Ta k a h i r o A r a k a w aAE（Acoustic Amission）試験は、近年のコンピュータ技術の進歩に伴いより高度な解析が可能になったことで、様々な分野での適用が拡大しつつある技術であるが、超音波探傷試験などとは本質的に異なる特徴がある。超音波探傷では探触子から超音波を放射させ、既に存在しているきずからの反射波によりきずの存在や大きさを検出するが、AE 法では音波を放射せずに、きずの成長時に生ずる亀裂や破壊に伴って発する弾性波を計測することによって検出する。
AE 法は、検査対象物が実際の使用状態にある場合や圧力容器の耐圧試験のように外力が加わることによりきずが発生・成長している状態に適用する計測方法であり、計測時にはきずの成長に伴う信号のほかに多くのノイズを検知して評価精度を著しく悪くすることがあるため、ノイズを識別し除去することが重要となる。
本報では、タンク内面より液滴が液面に落下して発生するノイズの識別と除去に、タンク側板の周囲に配列した 2 段の AE センサを用いて計測し、三次元位置標定により音源位置を求めて評価する方法が極めて有効であることを紹介する。

キーワード：石油タンク、タンク底板、腐食評価、AE、アコーステック･エミッション、液滴ノイズ、ガードセンサ、3 次元位置標定

1.

より懸念される構造物を抽出し、集中的に処置をはじめに施すことにより、合理的な保全が可能になる。ま

現在、IIC では、AE 法を用いたタンク底板のたスクリーニングを目的としたグローバル診断でグローバル診断技術の開発に取り組んでいる（グは、損傷の過大評価は安全サイドの評価となるこローバル診断とは、短時間の計測で構造物全体のとから許容されるものの、損傷を過小に評価する損傷の程度を評価する技術であり、リスクベースことがあってはならない（1）。の保守管理におけるスクリーニング等に用いられ

AE 計測によるタンク底板腐食診断は、欧米でる）。

は 1990 年頃より適用され始め、既に数千基の適リスクベースの保守管理では、AE 法等による用実績がある。国内でも、各方面で検討が進めグローバル診断により一次評価を行い、損傷がられ 例えば（2)、また日本高圧力技術協会規格 HPIS＊＊＊

研究開発事業部 生産技術部 （兼）技術研究所
技術研究所 所長 工学博士

次長

博士（工学）

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G 110 TR 2005「AE 法による石油タンク底部の腐（3）た 1 チャンネル当たりのヒット数を計測時の風速も 2005 年で比較した結果である（4）。風が強くなるにつれに制定されるなど適用の機運も高まってきていて急激にヒット数が多くなり、風によるノイズがる。

多く発生していることがわかる。

食損傷評価手法に関する技術指針」

本診断技術では、AE 計測の測定精度に影響す

ノイズへの対処方法としては、電気ノイズに対る最大の要因として、種々の原因で発生するノイしては波形持続時間の短い単発的信号を除外する

ズが挙げられるが、損傷に伴う信号にノイズが加ことでノイズ除去が可能であるが、風や雨による算されることにより実際の腐食状況より過大に評

ノイズに対してはノイズの影響を受けない気象環価する結果となる。

境での計測を行うこととなる。

本診断技術の開発では、ノイズが混入したデー

なお、腐食に伴う信号は波形持続時間が長いこ

タは安全サイドの評価となりグローバル診断は可とが明らかとなり、図 2 に示すように、波形時能となるものの経済性および本診断技術の信頼性間にしきい値を設けて評価することも風ノイズなを大きく損なう要因となることから、腐食に伴うどの識別に有効であることも報告されている（4）。

信号とノイズとの積極的な識別技術の開発に注力

この他、油の受け入れや払い出し後に発生するノしている。

イズは、受け払い後に一定の時間をおいてタンク2.

内の流動が沈静化してから計測することや、配管タンク計測における各種ノイズなどを通して外部より伝播してくるノイズに対しノイズの発生要因には、電気ノイズ、風や雨にては、検知センサを設けてノイズ発生時間帯のよるノイズ、配管を伝播してくるノイズおよび油データを除いて評価するなどの対応が必要であの受け入れや払い出し時の内部流体の流れに伴うる。

ノイズなどが知られている。
図１は、同一の健全なタンクに対して、異なる100,000kl oil storage tank

Corrosive water tankDataover 10,000μs duration

All data

風環境の時に AE 計測を行って、1 時間で発生し

図2

図1

ノイズ発生に及ぼす風の影響̶ 57 ̶

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波形持続時間に着目したタンク底板腐食
診断結果の例IIC REVIEW/2008/4. No.39

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3.
3.1

3.2

液滴ノイズ識別の検討

計測結果および考察

図 4 は、タンク側板の下段に取り付けたセンサ（5-8ch）にて 1 時間計測したデータを示している。

計測方法

本計測は、図 3 に示すような直径 15.5m、高さ計測された AE の活動度は、図に示すように 1 時12.2m、材質 SS400、底板の設計厚さ 9mm のコー

間 1 チャンネル当り 8187 ヒットと非常に高い数ンルーフタンクを対象とした。また、センサの配値を示し、また 2 次元位置標定でも、AE の集中置は、側板上に AE センサ（30kHz 共振型）を 90発生箇所がタンクの中心から同心円状に多数点在°ピッチに 4 個ずつ 2 段 ( 高さ 1m および 1.5m)していることを確認できる。この AE 計測結果にで取付けた。各方位のセンサ配置は、0°が ch5,基づいて腐食を評価すると、タンク底板におけるch9、90°が ch6, ch10、180°が ch7, ch11、270°が ch8, ch12 とした。
AE 計測は、計測を開始する 8 時間以上前にタンクの稼動を停止し、液面高さ 5.4m にて静止させた状態のまま 1 時間実施した。なお、タンク周囲の最も風の強い位置に風速計を配置して計測時における風速変化を計測したが、最大風速 3.0m/s、平均風速 0.5m/s と穏やかな気象条件であり、風に起因するノイズの混入はほとんどないものと考えた。
なお、計測対象としたタンクは、過去に底板が全面交換され、AE 計測後の開放検査における肉厚計測では、設計板厚 9.0mm のところ最小肉厚が 9.1mm であることから、腐食が進行している可能性は低いと考えられる。

Tank
Diameter15.5m
Height : 12.2m
Sensors■■■■

Upper Sensors: 9-12ch■■

Anemometer

Lower Sensors: 5-8ch
図4
図３ 試験に用いた屋根付きタンクと計測下段に取り付けた AE センサによる三次元位置標定結果

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腐食が激しく進行していることを示し、明らかにAE 計測直後に実施したタンクの開放検査による腐食状況と相反するものであった。
一方、側板に 2 段で取付けたセンサを用いて 3次元位置標定にて発生源を確認した結果、計測された信号の多くは、図 5 に示すように液面高さ5.4m 近傍に集中していることがわかった。これらの観察により、信号の多くは、腐食によるものではなく、液面に落下した液滴により発生したノイズであると考えられる。
なお、液滴ノイズが同心円状に標定されたのは、

図6

タンク屋根の内面に標定された AE 発生源の形状

三次元位置標定で液面近傍に評定された波形の代表例に対応する張出し部があることから、液滴がこの張り出し部に溜り落下したためと考えられる。
さらに、液面高さで同心円状に標定された AEの波形を観察すると、内側の円および外側の円のそれぞれで標定された信号は、図 6 に示すような特徴のある波形を示すことが確認された。これらの波形は、腐食基礎試験で採取した図 7 に示す腐図7

食に伴う AE の波形（8）とは大きく異なることから、腐食基礎試験で得られた腐食波形の代表例

液滴によるノイズの波形特徴を示すものであると考える。
図 8 は、タンクの測定結果から三次元位置標定の位置標定高さ分布を示すものであり、液面高

図8三次元位置標定結果より求めた音源位置の高さ分布

さ 5.4m 近傍で AE が集中して発生しているのがわかる。また、タンク底板位置に当たる高さ 0 ｍ
図5上下 2 段に取り付けた AE センサによる三次元位置標定結果

近傍の標定数は少なく、底板の下方にも位置標定数は広く分散し、底板などで反射した液滴ノイズ

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段をガードセンサとすることがタンクの上方からの存在を示している。
液面近傍で発生したノイズの影響が比較的小さ到来するノイズの除去に有効とされる。
前項で示すデータに対し、ガードセンサによるくなる底板から± 1m の高さ範囲に標定される信号のみを残し、底板近傍の三次元位置標定に寄与ノイズ除去を行った結果を図 10 に示す。

したヒット数の時間履歴および 2 次元位置標定結果を図 9 に示す。

上図はノイズ除去後のヒット数の時間履歴を示し、下図は下段センサによる 2 次元位置標定結果

一方、従来のノイズ除去方法である上段に取付を示す。このノイズ処理では、除去前と比較して、けたセンサをガードセンサに用いてノイズを除去

ヒット数で 91％、標定イベント数で 95％の信号する方法の効果について検討した。

が除去され、大きなノイズ除去効果があることが汎用の AE 計測装置による計測では、最初の信確認できた。

号受信から一定の時間内に受信された信号の全て

しかしながら、1 時間 1 チャンネル当りの 739を同一のイベントにより発生した信号であると認

hits のヒット数は、腐食のない健全なタンクと判識する。ガードセンサによるノイズ除去は、この定するには、なお不十分と思われる。また、二次イベント識別機能を利用し、同一イベントで発生元の位置標定結果においても、ほぼタンク底板中した最初の信号をガードセンサに指定したセンサ

央にイベントがやや集中している箇所が観察さで受信した場合、ノイズと判断して除去する方法

れ、腐食の存在を示唆している。

である。
したがって、センサを上下 2 段に取り付け、上

図9三次元位置標定結果より底板近傍（± 1m 以内）に音源を持つヒットに対する発生履歴と二次元位置標定結果

図 10 ガードセンサを用いて上方から到来するイベントを除去したときのヒットの発生履歴と二次元位置標定結果

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さらにノイズ除去後に残った信号の波形観察で4.

は、46％（100 個の波形観察結果）の信号が、図まとめ6 に示すような液滴ノイズ波形のやや形状が崩れタンク底板腐食のグローバル診断手法としてた波形特徴を示すことも確認され、平均振幅値がAE 計測の期待が高まっている。これに応えるた

45dB と低いことから、底板などで反射した液滴めに、ノイズの識別と除去の検討に努めており、ノイズである可能性が考えられる。

特にタンク内面から液面に落下する液滴によるノ上方で発生した液滴ノイズが例えば底板で反射イズの除去方法として、側面に二段に配置したして受信されるような場合は、あたかも底板のさAE センサにより三次元位置評定することが極めらに下方に虚像を結び、下方に音源があるかのよて有効であることが確認できた。この方法によれうに判定するためにガードセンサによるノイズ除ば、健全なタンクにおいて、液滴ノイズにより 1去が不可能になると考えられる。ガードセンサに時間 1 チャンネル当り 8187 ヒット（イベント数よるノイズ除去は、ヒット数で 9 割近いノイズを3668）が得られたのに対し、三次元位置評定によ除去するなど効果的な手法ではあるが、このようるノイズ除去結果、69 ヒット（イベント数 103）に底板などで反射したノイズを除去できないことまでノイズを除去でき、健全なタンクであると評が一つの限界と考えられる。

価することができた。

次に、三次元位置標定によるノイズ除去方法のこの結果は、従来から用いられているガードセ適正さを確認する目的で、数年間大気に曝されてンサによるノイズ除去結果の 739 ヒット（イベン腐食が顕著なタンクに水を張って試験した。三ト数 179）に比べても充分に改善された結果を示

次元位置標定で得られた音源位置の高さ分布をしている。

図 11 に示す（9）。明らかに音源位置は底板位置に

この他、バーレン社製 AMCY-5 の波形識別ソ相当する高さ 0m 近傍で最も頻度が高く、底板のフトを併用して、液滴ノイズ波形を識別すればさ腐食を強く示唆する結果が得られており、本方法

らにノイズ識別精度を高めることができることをは、ノイズを除去しつつ、底板の腐食状況を評価確認している。近年のコンピュータ技術の進歩はするのに適した方法であることがわかる。

著しく、最新のソフトを駆使することにより、さらにノイズ識別制度を高めることができると考えており、現在、検討を進めている。
参考文献
1）荒川、中島、畠中、中村

保守に対する検査の役割といくつかの対応

日本非破壊検査協会

保守検査特別研究委員会ミニシンポジウ

ム（H19.9 月）、資料 No.004-674、pp.87-96

図 11 腐食タンクに対する三次元位置標定結果から求めた音源高さ分布

2）中村、萩原、荒川、田上、井戸AE 法による

タンク底板腐食検査技術の概要

IIC REVIEWNo.31 (2004.4 月 )、pp.47-55
3）（ 社 ） 日 本 高 圧 力 技 術 協 会、 HPIS G 110 TR̶ 61 ̶

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2005、AE 法による石油タンク底部の腐食損傷評価手法に関する技術指針 、（2005）4）森 田、 荒 川、 畠 中、 萩 原

論文集、PP.71-78、（2005）
7）中 村、 荒 川、 関 根、 笠 井、 前 田、 鈴 木

石油タンク底板の腐食 AE 波検出に関する研究

タンク AE 計測における液滴ノイズの識別及び圧力技術、除去方法の検討 、圧力技術第 46 巻第 1 号、Vol.40、No.4、（2002）、pp.31-40

PP24-29、（2008）

5）（財）エンジニアリング振興協会、 製油所内

8）中 村、 荒 川、 福 田、 腐 食 AE 波 発 生 メ カ ニ

貯蔵設備の信頼性評価技術 （AE 法による操ズ ム の 検 討 、 平 成 16 年 秋 季 大 会 概 要 集、業中タンクの底板腐食診断・評価技術）成果

PP.119-120、（2004）

報告書、（2003）

9）中村、荒川、 タンク AE 計測におけるノイズ

6）湯 山、 橘 川、 山 田、 関 根、 HPIS「AE 法 による石油タンク底部の腐食損傷評価手法に関処理方法の検討 、平成 19 年度表面探傷・保守検査合同シンポジウム論文集、（2008）する技術指針」について 、第 15 回アコース
ティック・エミッション総合コンファレンス

研究開発事業部

技術研究所

生産技術部

所長

次長

兼技術研究所

工学博士

博士（工学）

中村 英之

荒川 敬弘

TEL. 045-759-2120

TEL. 045-759-2927

FAX. 045-759-2155

FAX. 045-759-2155

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