JP2010286330A - 配管減肉の検査方法及びその方法に用いる検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気が流れる管路の屈曲部で生じる液滴衝突エロージョンによる配管減肉部位を特定すること。
【解決手段】蒸気が流れる配管１の屈曲部２で蒸気中の液滴が配管内壁面に衝突して生じる液滴衝突エロージョン１１による配管減肉の検査方法において、配管１の屈曲部２の上流側と下流側の部位に間隔をあけて設置したセンサ３，４，５，６を利用して、液滴衝突エロージョン１１により発生した音波が蒸気中を伝播して来たことに基づく圧力変動を測定し、それらの測定結果を用いて蒸気中を伝播する音波の伝播速度を下流側と上流側とで個別に求め、求めた上流側と下流側との各伝播速度と、屈曲部２の上流側のセンサに到達した音波の時間と下流側のセンサに到達した音波の時間との時間差とを用いて、ソナーの原理により液滴衝突エロージョン１１の発生部位を特定する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、各種プラントに使用される配管の減肉検査方法と、その方法に用いる検査装置に関する。

各種プラントに設置される、水蒸気が流れる配管の屈曲部において、液滴衝突エロージョンによる配管の管壁の肉厚が減肉することがある。そのため、その減肉部位を検査して発見することが機器保全上必要である。

従来、配管の減肉部位を検査する場合は、下記の特許文献１に開示されているように、配管外部より超音波パルスを入射した後、一定時間経過後に反射パルスを受信し、配管減肉を測定する。または、下記の特許文献２に開示されているように、配管外部より、配管内部の流体の流れにより生じる超音波を測定し、測定した超音波に基づいて、配管減肉を測定する。

しかしながら、配管等には保温材が巻かれていることが多いため、上記の測定方法では、検査する部位の保温材を全て剥がす必要があり、作業効率が悪い。全ての保温材を剥がすことなく配管等の検査する方法としては、例えば、下記の特許文献３では、アコースティックエミッション法による方法が示されている。

特開平７−１９８３６２号公報 特開２００７−１７０９６８号公報 特開２００３−２３２７８２号公報

配管の管壁と液滴が干渉することで発生する音は、縦波と横波が干渉し、ラム波として壁面中を伝播する。そのラム波を利用するようにアコースティックエミッション法を採用したい場合には、配管の複数の位置にセンサを設け、各センサで測定したラム波の位相差とラム波の伝播速度から、音源となる配管欠陥部位までの距離を算出し、ソナーの原理により、配管の欠陥部位を特定することが考えられる。
しかしながら、アコースティックエミッション法で利用しようとするラム波は乱雑な波形を持つノイズであると同時に、伝播速度は周波数依存性を持っているため、配管の欠陥部位を特定するためには、時間軸の情報を失わないような複雑な周波数解析が必要となる。

一方、配管の中を流れる配管内の流体を伝播する音波は、ラム波のような伝播速度の周波数依存性が無いため、時間軸の情報を失わないような複雑な周波数解析を用いることなく、より簡単に、複数のセンサを用いたソナーの原理による配管欠陥部位の特定が可能であることを知り得た。

例えば、音源となる配管の欠陥部位である減肉部位から、Ｌ₁離れた上流側に第１のセンサを、Ｌ₂離れた下流側に第２のセンサを設け、配管内の流体を伝播する音波を第１，第２の各センサで測定する。各センサで検出される音波の時間軸波形から、各センサにおける音波の時間差Δｔが分かれば、音波の伝播速度ｃから、音源から各センサまでの距離の差ΔＬ＝Ｌ₁−Ｌ₂がΔＬ＝ｃΔｔにより計算できる。

各センサ間の距離Ｌ＝Ｌ₁＋Ｌ₂は測定可能であるため、各センサ間の距離Ｌから、音源から各センサまでの距離の差ΔＬを引くことで、各センサから音源までの距離、Ｌ₁およびＬ₂が算出でき、音源となる配管の欠陥部位を特定できる。

しかしながら、配管内を流れる流体が蒸気であって、その蒸気が流れ方向を変化させられる検査部位、例えば流路の曲がり部、ではその蒸気中に含まれる液滴が配管壁面に衝突する。このような衝突が生じると、配管の減肉を助長させる液滴衝突エロージョンが生じる。

その液滴衝突エロージョンが生じると、液滴衝突によって蒸気中の液滴量が液滴衝突後の蒸気中から減少するため、液滴衝突エロージョン発生箇所の上流側と下流側とで流体の物性が変化し、上流側と下流側で配管内の流体を伝播する音波の音速ｃが異なる。

このため、ソナーの原理による方法を液滴衝突エロージョンにより生じる配管減肉部位の特定のための評価に適用できない問題があった。

従って、本発明の目的は、検査部の前後で音波の伝播速度が変化する状況下での液滴衝突エロージョンの発生部位を特定する検査方法と、その検査方法に用いる検査装置を提供することである。

上記本発明の目的を達成するための検査方法は、屈曲部を有する管路内を蒸気が流れた際に生じる液滴と前記管路内壁面との衝突により生じた音波の前記屈曲部の前記流れの上流側と下流側ごとに前記蒸気中の伝播速度を求め、前記屈曲部の前記流れの上流側と下流側とで検出した前記音波の検出時間の差を求め、前記音波の検出時間の差と前記音波の伝播速度に基づいて前記音波の音源の部位を特定する配管減肉の検査方法である。

好ましくは、前記音波の伝播速度は、前記流れの方向に間隔を置いて設定した複数の検出位置で前記音波による振動を受信した時間の差と、前記複数の検出位置間の距離とから算出して求めることを特徴とする。

更に好ましくは、前記屈曲部の前記流れの上流側と下流側とで検出した前記音波の検出時間の差は、前記屈曲部の前記流れの上流側において検出した前記音波の時間軸波形と、前記屈曲部の前記流れの下流側において検出した前記音波の時間軸波形との比較によって求めることを特徴とする。

上記本発明の目的を達成するための検査装置は、蒸気が流される管路の屈曲部を境にして、前記蒸気の流れの上流側に位置する前記管路の部位に前記蒸気の流れ方向に間隔をつけて設置され、前記管路内の圧力変動を電気信号に変換する複数のセンサと、蒸気が流される管路の屈曲部を境にして、前記蒸気の流れの下流側に位置する前記管路の部位に前記蒸気の流れ方向に間隔をつけて設置され、前記管路内の圧力変動を電気信号に変換する複数のセンサと、前記各センサに電気的に接続されて、前記センサから送られてきた電気信号を圧力変動データへ変換する情報変換器と、前記情報変換器で生成した圧力変動データを時間軸波形として表示する表示装置とを備えた配管減肉の検査装置である。

好ましくは、さらに、前記情報変換器で生成した圧力変動データを記録する記録装置を備えたことを特徴とする配管減肉の検査装置である。

本発明による配管減肉の検査方法では、蒸気管路の屈曲部を検査部とした際に、その検査部で発した音波に関して、その検査部の上流側と下流側とでの流体中の音波の伝播速度を個々に求めて、その検査部の上流側と下流側とで音波の伝播速度が変化する状況下でも、その音波の発生箇所を液滴衝突エロージョンの発生部位として特定できる。

また、管路内の流体を伝播する音波の音速や検出時間を検知して液滴衝突エロージョンの発生部位として特定するので、その検知箇所以外に巻かれている保温材を全て剥がす必要はなく、検査作業効率が良い。

本発明による配管減肉の検査装置では、上述の検査部の上流側と下流側とで音波の伝播速度が変化する状況下でも、その音波の発生箇所を液滴衝突エロージョンの発生部位として特定でき、かつ検査作業効率も良くなる配管減肉の検査方法を実施するに好適な検査装置が提供できる。

本発明の一実施形態に係わる配管の検査方法を説明するための概略図である。 本発明の一実施形態に係わる配管の検査方法を示すフロー図である。 本発明の一実施形態における検査部から上流側および下流側の音波の伝播速度を計算する工程を説明するための図である。 本発明の一実施形態における検査部から上流側および下流側の音波の時間差から液滴衝突エロージョンの発生部位を特定する工程を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

各種プラントには、図１のように、流体として蒸気が流される配管１による管路が存在する。その管路は配管１の配置計画上屈曲部２を有する。その屈曲部２は配管１を曲げて構成されること、あるいは屈曲部に採用されたエルボに直管を接続して構成される。本実施例では、図１のように、配管１を曲げて屈曲部２を構成しているが、記述のようにエルボを用いて屈曲部を構成しても以下の説明は同等である。

本実施例の配管検査装置は、配管１の屈曲部２の前後、即ち蒸気の流れの屈曲部２から見て上流側と下流側との各部位に各部位ごとに蒸気の流れる方向に沿って間隔をあけて２つ設置されたセンサ３，４，５，６を有する。センサ３，４，５，６は、配管１内の圧力変動を電気信号として測定するセンサである。それらのセンサ３，４，５，６より送られてきた電気信号を圧力変動データへ変換する情報変換器７と、そのデータを記録する記録装置８と、圧力変動データを表示する表示装置９とが電気的に接続されて配管検査装置が構成される。

その表示装置９は、センサ３，４，５，６で得られた圧力変動データを、図３や図４の音波の時間軸波形として表示できる機能を有する。また、記録装置８も、センサ３，４，５，６で得られた圧力変動データを時間ごとに記録して、図３や図４の音波の時間軸波形を生成するために必要なデータを記録できる機能を備えている。表示装置９は、一旦記録した記録装置内のデータを用いて図３や図４の音波の時間軸波形を表示する機能を持たせるようにしても良い。

本実施例では、配管１の屈曲部２付近が検査部位であり、その屈曲部２付近で生じる液滴衝突エロージョンにより発生した音波は、配管１内を流れる流体を伝播して、センサ３，４，５，６で測定される。センサ３，４，５，６としては、配管１内の流れの圧力変動を測定するために、圧力センサ、ひずみ速度センサ等が用いられる。

図２は本実施例の配管検査方法のフロー図である。本実施例の配管検査では、まず、液滴衝突エロージョンの発生が想定される配管１の屈曲部２の上流側にセンサ３，４を間隔ｄで、配管の屈曲部２の下流側にセンサ５，６を間隔ｄで設置する。この際に、配管１に保温材が施されている場合には、センサを取り付ける配管部分が露出するように一部分の保温材を外してセンサの設置作業を行う。検査後には外した保温材は元の位置に設置し直す。

次に上流側のセンサ３，４より、上流側へ伝播する音波の伝播速度を計算し、下流側のセンサ５，６より、下流側へ伝播する音波の伝播速度を計算する。本工程について、図３で詳細に説明する。図３（Ａ）は配管屈曲部上流側の断面図である。配管１の屈曲部２付近での液滴衝突エロージョン１１により発生した音波は、図４のように、配管１の屈曲部２の上流側及び下流側へ伝播する。

図３（Ａ）のように、配管１の屈曲部２の上流側へ速度ｃ₁で伝播する音波１０がセンサ３，４の設置位置に到達すると、その音波１０がセンサ３，４で検出される。図３（Ｂ）はセンサ３で検出される音波の時間軸波形の一例、図３（Ｃ）はセンサ４で検出される音波の時間軸波形の一例である。センサ３，４は間隔ｄで設置されているため、音波１０の時間軸波形はある時間差Δｔ₁で検出される。同じ振幅の音波に着目すれば、時間軸波形データより、音波１０の時間差Δｔ₁が検出可能である。

検出された時間差Δｔ₁及びセンサ３，４の間隔ｄより、配管上流側へ伝播する音波１０の伝播速度ｃ₁がｃ₁＝ｄ／Δｔ₁により計算できる。同様に、配管下流側へ伝播する音波の伝播速度ｃ₂についても、センサ５，６で検出された音波の時間軸波形の時間差Δｔ₂及びセンサ５，６の間隔ｄよりｃ₂＝ｄ／Δｔ₂で計算できる。

本実施例の配管検査では、次に、屈曲部２の上流側に設置したセンサと下流側に設置したセンサで検出される音波の時間差と、上流側での音波の伝播速度、下流側での音波の伝播速度から液滴衝突エロージョン１１の発生部位を特定する。本工程について図４で詳細に説明する。

図４（Ａ）は配管１の屈曲部２を含む断面図である。配管１の屈曲部２付近での液滴衝突エロージョン１１により発生した音波は、速度ｃ₁で上流側へ、速度ｃ₂で下流側へ伝播する。上流側へ伝播した音波はセンサ４で検出され、下流側へ伝播した音波はセンサ５で検出される。

図４（Ｂ）はセンサ４で検出される音波の時間軸波形の一例であり、図４（Ｃ）はセンサ５で検出される音波の時間軸波形の一例である。センサ４，５で検出される音波の時間軸波形は、液滴衝突エロージョン１１の音源からセンサ４までの距離と同一音源からセンサ５までの距離が異なること、配管１の屈曲部２の上流側と下流側で音波の伝播速度が異なることから、ある時間差Δｔで検出される。

図４（Ｂ），図４（Ｃ）の音波の時間軸波形において、同じ振幅の音波に着目すれば、時間軸波形データより、センサ４とセンサ５で検出される音波の時間差Δｔが検出可能である。

音源となる液滴衝突エロージョン１１からセンサ４までの距離Ｌ₁とセンサ５までの距離Ｌ₂、上流側への音波の伝播速度ｃ₁と下流側への音波の伝播速度ｃ₂、センサ４とセンサ５で検出される音波の時間差Δｔの間にはΔｔ＝Ｌ₁／ｃ₁−Ｌ₂／ｃ₂の関係が成り立つ。センサ４とセンサ５間の距離Ｌ₁＋Ｌ₂は測定が可能であるため、音源となる液滴衝突エロージョン１１からセンサ４までの距離Ｌ₁はＬ₁＝ｃ₁（Ｌ₁＋Ｌ₂）／（ｃ₁＋ｃ₂）＋ｃ₁ｃ₂Δｔ／（ｃ₁＋ｃ₂）により計算可能であり、液滴衝突エロージョン１１からセンサ５までの距離Ｌ₂はＬ₂＝ｃ₂（Ｌ₁＋Ｌ₂）／（ｃ₁＋ｃ₂）−ｃ₁ｃ₂Δｔ／（ｃ₁＋ｃ₂）により計算可能である。

このように計算したＬ₁もしくはＬ₂とセンサ４，５の設置位置から液滴衝突エロージョン１１の発生箇所を特定できる。そして、その液滴衝突エロージョン１１の発生箇所を、液滴衝突エロージョン１１による配管減肉発生部位ないしは配管減肉発生候補部位と評価する。

このように本実施例では、液滴を含む蒸気流体が流れる屈曲部２を有する配管１で生じる液滴衝突エロージョン１１による配管減肉の検査方法において、配管１の屈曲部２の前後（上流側と下流側）で前記配管１内の蒸気流体を液滴衝突エロージョン１１の発生部位から伝播する音波の伝播速度を求め、求めた音波伝播速度と、配管１の屈曲部２の前後での音波の時間差からソナーの原理により液滴衝突エロージョン１１の発生部位を特定することを特徴としている。

この場合において、本実施例では、前記音波の伝播速度は、配管１の屈曲部２の前後の各々の箇所で、一箇所につき２つ設置したそれら２つのセンサ３，４間及び２つのセンサ５，６間の音波の時間差Δｔ₁と、同じく２つのセンサ間の距離ｄから算出することを特徴としている。

更に、配管１の屈曲部２の前後での音波の時間差Δｔは、配管１の屈曲部２の前後に設置した両センサ４，５により検出した音波の時間軸波形から検出することを特徴としている。

このような本実施例によれば、配管１の屈曲部２の上流側と下流側で局所的な音波の伝播速度を測定し、液滴衝突エロージョン１１による音源から各センサまでの音波の伝播時間を補正する方法を採用しているため、屈曲部２の前後で音波の伝播速度が変化する、液滴衝突エロージョン１１の発生部位をソナーの原理により特定できる効果がある。

また、ソナーの原理により、液滴衝突エロージョン１１の発生部位を特定する方法を採用しているため、配管１に巻かれている保温材を全て剥がす必要はなく、センサ３，４，５，６を取り付ける部位のみ、保温材を除去すればよいので、作業効率が良い。

また、ソナーの原理により、液滴衝突エロージョン１１の発生箇所を特定する方法を採用しているため、動的機器によるスキャニングなしに配管全面を検査できる。

本発明は、蒸気が流される管路で生じる液滴衝突エロージョンの発生部位を特定する検査装置に利用可能性がある。

１ 配管
２ 屈曲部
３，４，５，６ センサ
７ 情報変換器
８ 記録装置
９ 表示装置
１０ 音波
１１ 液滴衝突エロージョン

Claims (5)

1. 屈曲部を有する管路内を蒸気が流れた際に生じる液滴と前記管路内壁面との衝突により生じた音波の前記屈曲部の前記流れの上流側と下流側ごとに前記蒸気中の伝播速度を求め、
   前記屈曲部の前記流れの上流側と下流側とで検出した前記音波の検出時間の差を求め、
   前記音波の検出時間の差と前記音波の伝播速度に基づいて前記音波の音源の部位を特定する配管減肉の検査方法。
2. 請求項１において、前記音波の伝播速度は、前記流れの方向に間隔を置いて設定した複数の検出位置で前記音波による振動を受信した時間の差と、前記複数の検出位置間の距離とから算出して求めることを特徴とする配管減肉の検査方法。
3. 請求項２において、前記屈曲部の前記流れの上流側と下流側とで検出した前記音波の検出時間の差は、前記屈曲部の前記流れの上流側において検出した前記音波の時間軸波形と、前記屈曲部の前記流れの下流側において検出した前記音波の時間軸波形との比較によって求めることを特徴とする配管減肉の検査方法。
4. 蒸気が流される管路の屈曲部を境にして、前記蒸気の流れの上流側に位置する前記管路の部位に前記蒸気の流れ方向に間隔をつけて設置され、前記管路内の圧力変動を電気信号に変換する複数のセンサと、
   蒸気が流される管路の屈曲部を境にして、前記蒸気の流れの下流側に位置する前記管路の部位に前記蒸気の流れ方向に間隔をつけて設置され、前記管路内の圧力変動を電気信号に変換する複数のセンサと、
   前記各センサに電気的に接続されて、前記センサから送られてきた電気信号を圧力変動データへ変換する情報変換器と、
   前記情報変換器で生成した圧力変動データを時間軸波形として表示する表示装置と、
   を備えた配管減肉の検査装置。
5. 請求項４において、前記情報変換器で生成した圧力変動データを記録する記録装置を備えたことを特徴とする配管減肉の検査装置。

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