技術紹介

ファイヤークラック検査装置の開発
本間一茂 *1

Homma Kazushige

羽田雅典

齋藤規子 *2

庄野

Saito Noriko*4

Haneda Masanori

引地統夫 *3

Shono Muneo

達矢

藤原

*5

Hikichi Tatsuya

貢 *6

Fujiwara Mitsugu

石炭焚き火力発電所の炉内の炉壁管に発生するファイヤークラックの検査について、自社製品の渦電流探傷装置“Mobile EDDy®”を使った技術を紹介する。
本技術では、燃焼灰や付着酸化スケールを除去することなく、ファイヤークラックの検査が可能である。
くわえて、スクリーニングとして検査を行うことで、コストの削減と検査作業の効率化を図ることが可能である。
キーワード：石炭焚き火力発電所、ファイヤークラック、渦電流探傷試験、Mobile EDDy®

社製品である渦電流探傷装置“Mobile EDDy®”を使

1. はじめに（1）用した 。

石炭焚き火力発電所の炉壁管（蒸発管）の炉内側

2. ファイヤークラックと検査

さら

表面は、高温環境下に曝 され「ファイヤークラッ

2.1 ファイヤークラックとはク」と呼ばれる割れが発生する。
現状、このファイヤークラックの発生状況を確

JIS B 0126:2018 版「火力発電用語－ボイラ及び認するために、目視検査や磁気探傷検査を行って附属装置」によると、ファイヤークラックは溝状いるが、事前にブラスト処理するなど燃焼灰や付腐食の慣用語に分類されるもので、エレファント着酸化スケールを除去する作業が必要であり、コスキンとも呼ばれている。図 1 に示すように、高ストや定期検査の工期の面から改善を求められて温硫化腐食と疲労との相互作用によって、管の周いる。

方向に多数の溝状の亀裂が生じる現象と定義され（2）ている 。

本稿では、燃焼灰や付着酸化スケールを除去することはなく表面状態が確認できる、渦電流探傷

火力発電所の炉壁管におけるファイヤークラッ試験を使ったファイヤークラック検査技術と装置

クの発生原因は、炉内の燃焼炎の揺らぎによる熱の開発を紹介する。なお、検査装置に関しては、自疲労損傷と考えられており、クラックの内部に硫*1：検査事業部 第一検査部 計画グループ 部長*2：株式会社 IHI 資源・エネルギー・環境事業領域 ボイラ SBU*3：検査事業部 副事業部長 兼 第一検査部 部長*4：検査事業部 第一検査部 品質管理グループ 次長*5：検査事業部 第一検査部 品質管理グループ 課長*6：検査事業部 技師長—17—

保守技術統括センター

技術サポート部

主査

IIC REVIEW/2020/04. No.63

当社では、燃焼灰や付着酸化スケールを除去することなく表面状態を確認するため、渦電流探傷試験を適用した検査手法を採用してシステム化すべく研究開発を進めた。装置に関しては、図 2 に示す自社製品である渦電流探傷装置“Mobile EDDy®”
図1を応用することとし、ソフトおよびハードの両面ファイヤークラック例から研究開発の結果を反映させる改良をした。
2.3 渦電流探傷試験のスクリーニング検査として化物が存在する場合は、高温腐食と疲労が重畳し（3）	 の適用た複合損傷形態になると考えられている 。

（1）現状の検査作業の流れ
2.2 現状の検査と課題

図 3（a）に示すように、炉内側表面を検査する

現状の炉壁管のファイヤークラック検査は、目場合、まず、現状は炉内の全面にブラスト処理し視検査でファイヤークラックの発生状況を確認して、スクリーニング検査として目視検査を実施て、その部位を磁気探傷試験で詳細に検査していし、ファイヤークラックの発生状況を確認し、詳る。

細検査の対象とする部位を特定している。次にしかし、炉壁管の炉内側表面には、粉状もしくはファイヤークラックが発生した部位を磁気探傷試

固形状の石炭の燃焼灰や酸化スケールが付着して験で詳細に検査し、状況に応じて研削をしている。

おり、表面状態を直接視認することや触診するこ① 炉内の全面にブラスト処理して燃焼灰や付とが難しい。そのため、検査を実施する際は、事前着酸化スケールを除去する。に表面状態をブラストなどで燃焼灰や付着酸化ス② 炉内の全面の目視検査をする。

ケールを除去しておく前処理作業が必要となる。

③ 目視検査結果からファイヤークラックの発前処理作業は多大な労力と時間を要するため、生状況を確認し部位を特定し、詳細検査の対検査範囲が広くなるにつれて、コスト面や定期検象とする部位を特定する。

査の工期短縮の面から改善を求められる。品質を④ 特定した部位を磁気探傷試験で詳細検査を維持して、かつ効率的な対応が必要である。

する。
（2）渦電流探傷試験を活用した作業の流れ
渦電流探傷試験の技術では、プローブと被検査面が離れた状態においても数 mm 程度ならば、被検査面の状況を確認することができる。そのため燃焼灰や酸化スケールが付着した炉壁管をその上からプローブの走査をして、炉内側表面のファイヤークラックの発生状況を確認することが可能である。
図 3（b）に示すように、この手法で炉内全面を検図2

渦電流探傷装置“Mobile EDDy ”

査するとした場合、まず、スクリーニング検査とし

®

—

18—

（a）現状の検査（全面ブラスト処理 + 目視検査 + 磁気探傷試験）（b）渦電流探傷試験を活用した作業（渦電流探傷試験 + 部分ブラスト処理 + 磁気探傷試験）

図3

渦電流探傷試験のスクリーニング検査としての適用て燃焼灰や付着酸化スケールの上からプローブを人差が少なく、定量的な評価が可能である。

走査して、その下にあるファイヤークラックの発① 燃焼灰や付着酸化スケールの上から炉壁管生状況を確認し、詳細検査の対象とする部位を特の渦電流探傷試験をする。

定する。次にその部位のみにブラスト処理し、磁② 渦電流探傷試験結果（数値データ）からファ気探傷試験で詳細に検査し、状況に応じて研削やイヤークラックの発生状況を確認し、詳細検補修を実施する。

査の対象とする部位を特定する。

図 4 に示すように、ブラスト処理作業を削減で③ 特定した部位にブラスト処理して燃焼灰やきることでコスト面の改善が期待される。さらに、付着酸化スケールを除去する。

渦電流探傷試験は、電気信号の数値として結果が④ その部位を磁気探傷試験で詳細検査をする。

得られることから、定性的な目視検査に比べて個（a）全面ブラスト処理 + 磁気探傷試験
山積みイメージ（195 工数）

図4（b）全面渦電流探傷試験後、部分ブラスト処理 + 磁気探傷試験
山積みイメージ（146 工数）人員と日程の山積みイメージ—

19—

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プローブが使われている。また、平板表面の探傷

3. 渦電流探傷試験

では、ペンシル型の上置プローブが使われている。

3.1 渦電流探傷試験とは炉壁管に対しては、被検査面が管を壁状に配置した形状であるため、上置プローブを採用して、ファ金属などの導電体に時間的に変化する磁束を作

イヤークラック検査用のプローブを開発した。

用させると、導電体の表層には渦電流（誘導電流ともいう）が誘導される。渦電流は、導電体中に4. ファイヤークラック検査装置の開発

割れなどの不連続があると、その大きさと分布が4.1 ファイヤークラック用プローブの開発変化する。渦電流探傷試験は、この渦電流の変化を利用してきずの検出を行う手法である。図 5 に火力発電所の炉壁管は強磁性体材料であるた示すように、試験体表面にクラックなどの“きず”め、通常の渦電流探傷試験用プローブでは、材料がない場合には、図 5（a）に示すように渦電流はに起因した不均一な磁性の影響を受ける。そのた同心円上に流れ、試験体表面に割れなどの“きず”め、探傷結果波形に磁性ノイズが発生して、S/N

うが存在すると、これを迂回するように渦電流が流比が劣ることで、きず信号との識別が困難となるれるため、図 5（b）に示すように同心円状ではなことから、磁性ノイズが少なくかつ炉壁管に適用く、渦電流が乱れた流れとなる。この渦電流の乱可能な形状である上置プローブを開発した。なれを電気信号として検出し、“きず”検出を行ってお、開発に当たり、図 7 に示すような炉壁管材にいる。

近い磁性体材料の表面に幅 0.3mm、表面からの深さ 0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm の放電加工による模擬クラックを施した試験片（以下、模擬クラック試験片）を製作し使用した。
4.2 相互誘導形差動方式の上置プローブ試験
一般的に上置プローブの中で、きず検出性能が高い、図 8 に示す相互誘導形差動方式の上置プ（a）“きず”のない場合

図5（b）“きず”がある場合ローブで特性確認試験をした。

渦電流探傷試験の模式図

試験条件としては、試験周波数を 35 ～ 60kHzで、それぞれ模擬クラック試験片の深さ 1mm き3.2 試験プローブ

ずを渦電流探傷試験の信号の P-P（Peak to Peak）2V

渦電流探傷システムにおいて、システム全体のの感度に設定して、この試験片の各模擬クラック感度、きずの方向性による検出性能の差異、分解を走査して試験した。

能などの大部分の要素が試験プローブの設計で決結果としては、図 9 に示すようにきず深さが深定されるといっても過言ではない。また、試験プくなっても渦電流探傷試験の出力電圧の変化がさ

ローブは、適用方法、検出方法、使用方法によっまざまであり、直線性が得られない結果となり、て、図 6 に示すようにさまざまな形状、タイプがまた、渦電流探傷試験の波形を見ても磁性ノイズある。一般的に、管材の外表面の探傷としては、が多く表れていることがわかる。これらの結果か

貫通プローブを用い、内表面探傷としては、内挿ら、相互誘導形差動方式の上置プローブでは、磁—20—図6（4）

各種試験プローブ

今回開発した相互誘導形単一方式の上置プロー性ノイズも含めた渦電流を受信することから、磁ブ外観写真を図 10 に示す。本プローブは、安定性体の探傷には不向きであった。
その後、さまざまな上置プローブを製作して試したプローブ走査を考慮し、炉壁管の外表面形状験を行った結果、磁性ノイズを軽減できる相互誘に合わせたホルダー内にプローブを挿入した形状

導形単一方式の上置プローブを開発することがでとした。

きた。
—21

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図7図8模擬クラック試験片

相互誘導形差動方式プローブと模擬クラック試験片—22—

図 9 相互誘導形差動方式プローブと模擬クラック試験片による試験結果

図 10相互誘導形単一方式プローブと模擬クラック試験片

図 11 に示すように、模擬クラック試験片を探行っている場合が多い。本試験で使用した試験片

傷した結果では、渦電流探傷試験の出力電圧値（以下、溶射被膜試験片）は、実機炉壁管サンプルは、きず深さが深くなるにしたがって高くなり、材に人工きずを加工した後、実機で適用している直線性が得られる結果となり、また、渦電流探傷

溶射被膜を施し、溶射被膜上から人工きずの検出試験の波形を見ても磁性ノイズがほとんどなく高性を確認した。

い S/N 比が得られた。
4.3.1 溶射被膜試験片の製作
4.3 溶射被膜によるきず検出性確認

溶射被膜試験片の外観写真を図 12 に示す。試

炉壁管表面には、高温腐食（硫化腐食）からの保験片は、図 12（a）に示すように、炉壁抜管サンプ護やエロージョン対策のために溶射被膜施工をル 材（ f 32 × t 6.3 × L 155mm 半 割 れ 材 ）に、 深 さ—23—

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図 11 相互誘導形単一方式プローブと模擬クラック試験片による試験結果
4.3.2 溶射被膜試験片による試験結果

0.2mm、0.3mm、0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mmの放電加工による人工きずを加工したものを 3 体

炉壁抜管サンプル材へ人工きずを加工した後に製作して、その 1 体ごとに図 12（b）に示すように、溶射被膜を施した試験片を用いて、溶射前後で探実機炉壁管の溶射材である FI-50（50Cr-50Ni 系）の傷し、溶射被膜厚さによる影響ときず検出性を確

厚みを 495mm、669mm、945mm に変えて溶射した認した。
その結果、図 13 に示すように、溶射前後ともものを製作した。に最小きず深さである 0.2mm きずを検出するこ（a）溶射前の溶射被膜試験片（b）溶射後の溶射被膜試験片

図 12溶射被膜試験片—24—

図 13 溶射被膜試験片での渦電流探傷試験結果とができた。また、図 14 に示すように、溶射被見受けられなかった。しかし、溶射被膜のない状

膜厚さ 495 ～ 945mm の範囲では被膜厚さの違いに態と溶射被膜がある状態を比較すると、出力電圧対し、渦電流探傷試験の出力電圧の違いがあまりが約 40 ～ 50％低下した。

—25—

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図 14 溶射膜厚と渦電流探傷試験の出力電圧
この結果より、実機探傷において溶射被膜またに示す。この図を見てもわかるように、渦電流探は燃焼灰や付着酸化スケール上からの検査を実施

傷試験の信号出力電圧値ときず深さについて相関する場合には、基準感度の感度補正が望ましいこが得られた。とがわかった。

この図を利用した検量線を作成することで、渦電流探傷試験の出力電圧からきず深さを推定する

4.4 検量線による評価方法の検討ことが可能となった。今後は、実機を含め試験

4.1節で製作した模擬クラック試験片および 4.3 節

データの蓄積を行い、きず深さ評価の精度向上をで製作した溶射被膜試験片を用い、燃焼灰を模擬図りたい。

した被膜（塗膜）0mm、1mm での試験結果を図 15

図 15 きず深さと渦電流探傷試験の出力信号—

26—

4.5 実機炉壁管の抜管サンプル材による検証試験に示す通り渦電流探傷試験にて指示が得られた範図 16 に示す実機炉壁管の抜管サンプル材を用囲でファイヤークラックを確認することができた。

い、今回開発したファイヤークラック検査用プ

さらに、ファイヤークラックの一部分の断面観察

ローブにて、ファイヤークラックの検出検証試験を行い、クラック深さを確認したところ図 19 に示をした。

す通り深さ 0.2mm 程度であることを確認した。

その結果、図 17 に示すような渦電流探傷試験のファイヤークラック検査用プローブでは、深さ信号が得られ、その最大出力電圧値は、□部に示0.2mm のファイヤークラックを検出できる能力がした箇所の中で 0.4V であった。また、抜管サンプあり、渦電流探傷試験の出力電圧値からクラックル材に対し磁気探傷試験を実施したところ、図 18深さを推測できる可能性が得られた。

図 16 抜管サンプル材外観

図 17 抜管サンプル材の渦電流探傷試験結果

図 18 抜管サンプル材の磁気探傷試験結果—

27—

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図 19 抜管サンプル材の断面写真（深さ 0.2mm）
4.6 ファイヤークラック検査装置の確立④ プローブ走査速度：最大約 1m/ 秒可能※ プローブ走査速度による探傷結果波形（波高各種試験片ならびに実機炉壁管の抜管サンプル値）の劣化無し。

材を用いた確証試験の結果から、ファイヤークラッ（2）タブレット PC：Windows 版

ク検査用プローブの開発とともに、検査装置の開発ができた。装置本体は、自社製品“Mobile EDDy®”※ 探傷波形デジタルデータ保存可能を応用する形で進め、探傷作業時の操作性の向上※ 渦電流探傷装置とタブレット PC は有線またを図り、図 20 に示すスクリーニング検査を目的は無線で接続可能としたファイヤークラック検査装置を確立するこ（3）プローブ：ファイヤークラック専用プローブとができた。以下に本装置の基本仕様を挙げる。

（自社製）（1）渦電流探傷装置（Mobile EDDy®）（4）探傷結果表示出力機能① 寸法：幅 120 × 奥行 220 × 厚み 37mm

Window 版ソフトのため、探傷結果マップな② 重量：約 750g（乾電池含む）

ど、拡張性のある表示、帳票作成が可能（図 21③ 電源：単 3 乾電池 6 本（連続 6hr 使用可能）参照）

図 20 Mobile EDDy® 装置写真—28—

図 21 探傷結果マップ例のように探傷作業時の操作性向上を主眼に、小型5. 実機炉壁管への適用に向けた取り組み化や制御ソフトの改良を実施している。これら

実機では設備や使用燃料、運用状況の違いなどは、検査期間の短縮につながり、かつ、足場上でから、プラントごとにファイヤークラックの発生の安全作業にも寄与している。また、検査体制の状況は異なっている。渦電流探傷試験は広範囲の整備および維持管理も重要であり、引き続き取りスクリーニング検査が可能であるため、ファイ組んでいく。

ヤークラックの発生状況把握に向いている手法と一方、実機炉壁管は長期間の使用により、ファ考える。さらに、同じ範囲を継続的に検査するこ

イヤークラック以外に、管外表面の腐食減肉が発とで、ファイヤークラックの進展状況を把握する生している可能性もある。この減肉による表面形ことも可能である。プラントごとに、ファイヤー状の変化を、渦電流探傷試験では信号として検出クラックがどの範囲で進行しているのかを把握すする場合がある。今後、さらなるデータの蓄積をることで、中長期的なメンテナンス計画に反映す行い、減肉による表面変化とファイヤークラックることができる。

部の信号の判別精度をより向上させる。

実機適用に向けた取り組みとして、装置は前述—

29—

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6. まとめ

参考文献

炉壁管のファイヤークラックの検査に、渦電流（1） 火力分野（第一検査部）の「売りの技術」：IIC

探傷試験を使用したシステムを紹介した。本シス

REVIEW、No.60、2018/10、pp.7-11

テムを用いることで、ブラスト処理範囲を削減で（2） JIS B 0126:2018：火力発電用語－ボイラ及びき、検査範囲の絞り込みが可能になり、詳細検査附属装置、一般財団法人日本規格協会、2018、の範囲も削減できる。このことから、従来の検査p.15に比べて作業効率が高く、コストも低減できると（3） 株式会社 IHI 検査計測ホームページ：https://考える。

www.iic-hq.co.jp/services/04/18.html（4） 一般社団法人日本非破壊検査協会：渦電流探

今後は、さらに精度向上と効率的な運用を目指

傷試験Ⅱ、2016、p.73

した研究開発を進めるとともに、お客さまや現場の要望を反映させて、より現場に密接したシステムの構築を進める。
最後に、IHI グループの一員として、また、プラントメーカーの検査会社として、火力発電所の検査作業の改善に努める所存である。

検査事業部 第一検査部
計画グループ部長

株式会社 IHI 資源・エネルギー・環境事業領域
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