JPH0344663B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、石油化学工業におけるエチレン製造
用クラツキングチユーブ内面に発生する浸炭部を
外表面から非破壊的に計測する際等に用いる浸炭
計測用プルーブに関するものである。

＜従来の技術＞ 原料ナフサを高温・高圧下に熱分解してエチレ
ン等を回収するための反応管であるエチレン製造
用クラツキングチユーブとしては、ASTM
HK40（0.4％Ｃ−25％Cr−20％Ni）、HP45（0.45
％Ｃ−25％Cr−35％Ni）、又はHP改良材（HP材
にMo、Ｗ、Nb等を単独若しくは複合添加したも
の）等が使用されている。

クラツキングチユーブは、長期間使用されるう
ちに、チユーブ内面に反応に伴つて生成される炭
素が付着し、この付着炭素が高温下において金属
内部に拡散して浸炭が発生する。浸炭により浸入
した炭素は、Cr炭化物を形成し、浸炭が加速さ
れた状態ではCr炭化物が粗大となり、低温域
（約800℃以下）で著しい延性低下を招く。またチ
ユーブの浸炭部の熱膨張係数は、非浸炭部のそれ
より小さいので、急激な加熱・冷却を行なうと、
引張・圧縮応力の発生と、前記低温域での延性低
下とが重畳して、チユーブに破壊が生ずることが
あつた。

従つて、チユーブの破壊を未然に防止し、安全
で円滑な操業を維持するには、浸炭検査を定期的
に実施し、浸炭の有無、及びその進行状況を適確
に把握することが必要である。

浸炭深さを非破壊的に測定する方法としては、
浸炭部の組成変化、即ちCrの欠乏と、Fe及びNi
の相対的増量に伴なう磁気特性の変化を利用した
各種の磁気測定法が知られている。例えば、電磁
誘導によりチユーブの浸炭深さを測定する方法、
ホール効果を応用したガウスメータを用いる方法
等がある。

ガウスメータを用いる測定方法は、第７図に示
すようにガウスメータ本体１に接続されたホール
素子２を内蔵するプルーブ３を、被検材であるチ
ユーブ４の外表面にあてがい、その内面に浸炭部
５が存在すると、浸炭部５の残留磁気の磁力線が
ホール素子２を横切ることにより生じるホール起
電圧を検出して、浸炭部５の深さを測定するよう
にしたものである。しかしながら、浸炭部の残留
磁束密度はあまりにも小さく（HP材で２〜３ガ
ウス程度）地磁気よりわずかに大きい程度では浸
炭深さを正確に測定するにはいたらない。

一方、電磁誘導法により得られる浸炭深さ測定
結果と、破壊検査による実測結果とを対比する
と、HK40材チユーブについては比較的良い対応
が得られるものの、HP材やHP改良材のチユー
ブでは、測定値のバラツキが大きく、信頼性に乏
しかつた。

これは、HP材やHP改良材のチユーブ４では、
その外表面に生成した脱炭層（その深さはチユー
ブの使用温度、使用時間に依存し、高温、長時間
となる程、深さが増す）６に脱炭と共に脱Crが
生じ、その部分の透磁率が高くなることによるも
のである。即ち、これらのチユーブ４にあつて
は、高温下で長時間使用されると、チユーブ内面
に浸炭が生じていなくても、外表面に生じた脱炭
層（層深さ約50〜500μｍ）６によりその深さが
大きい場合に高い指示値を示すのでこの指示値部
分を浸炭発生と見誤るためである。

このためチユーブ４の浸炭部５の有無及び深さ
を測定する際には、チユーブ４外表面の脱炭層６
を予めグラインダ等で研削除去した上で再測定
し、評価しなければならないと云うのが実情であ
る。従つて、測定個所が僅かである場合はともか
く、多数の個所を測定しようとすれば、多大の時
間を費やさなければならず、実用性の点で問題が
多い。

＜発明が解決しようとする課題＞ そこで、出願人は、脱炭層６をグラインダ処理
することなく簡易かつ迅速に測定できる技術を特
願昭60−37191号において提案した。即ち、これ
は、第８図に示すように、永久磁石７と、この永
久磁石７のＮ極とＳ極との中間部の磁場内に、永
久磁石７と略平行となるように配置されたホール
素子８とを備えたプルーブ９を使用するものであ
る。この場合、プルーブ９が浸炭部５に接近すれ
ば、永久磁石７の磁場が浸炭部５による影響を受
けて、その磁力線が点線で示すようにホール素子
８を斜めに横切ることを利用し、その時に発生す
る起電圧でチユーブ４内面の浸炭部５を判断する
ようにしたものである。

従つて、チユーブ４の外表面に脱炭層６が部分
的に存在するならば、その脱炭層６の影響により
永久磁石７の磁束分布に変化が生じるが、脱炭層
６はチユーブ４の外表面の全域にわたつて存在す
るため、それによつて永久磁石７の磁場が変化し
て磁力線がホール素子８を斜めに横切るようなこ
とはない。つまり、浸炭部５がない限り、ホール
素子８を通る磁力線は、ホール素子８と平行なま
まであり、ホール素子８に起電圧を生じることは
なく、従つて、脱炭層６を浸炭層５と誤認するこ
とはない。

しかしながら、このような構成のプルーブ３，
９を使用する場合、浸炭部５が広がりを持つてい
る部分の中央においては、ホール素子８を通る磁
力線は、ホール素子８と平行になり、出力の起電
圧が零となるため、その判断ができなくなる問題
がある。つまり、浸炭部５の両端部では磁力線が
ホール素子８に対して斜め方向に横切るため、ホ
ール素子８の起電圧の出力波形は、第９図に示す
ようになる。しかし、これは第１０図に示すよう
に局部的な浸炭部５が２個所ある場合の出力波形
と同じであり、従つて、広がりのある浸炭部５が
ある場合と局部的な２箇所の浸炭部５がある場合
との区別をすることができなかつた。

本発明は、このような問題点に鑑み、脱炭層の
有無に拘らず、浸炭部の深さと範囲を判断し得る
新規な浸炭計測用プルーブを提供するものであ
る。

＜問題点を解決するための手段＞ 本発明は、前述のような問題点を解決するため
の第１の具体的手段として、磁石と、該磁石の磁
場内に配置されたホール素子とを備え、被検材内
部の浸炭部による磁力線の変化によつて該浸炭部
を計測するようにした浸炭計測用プルーブであつ
て、磁石の被検材側でかつ一対の磁極間の中央部
側に、磁力線の方向と略沿うように第１ホール素
子を設けると共に、磁石に対して該第１ホール素
子と同一側でかつ磁石の磁極近傍に、浸炭部の近
接時に磁束密度が増加するように第２ホール素子
を設けたものであり、また第２の具体的手段とし
て、磁石と、該磁石の磁場内に配置されたホール
素子とを備え、被検材内部の浸炭部による磁力線
の変化によつて該浸炭部を計測するようにした浸
炭計測用プルーブであつて、磁石の被検材側でか
つ一対の磁極間の中央部側に、磁力線の方向と略
沿うように第１ホール素子を設けると共に、磁石
に対して該第１ホール素子と同一側でかつ磁石の
磁極近傍に、浸炭部の近接時に磁束密度が増加す
るように第２ホール素子を設け、磁石の磁極近傍
でかつ該磁石に対して第２ホール素子と反対側に
第３ホール素子を設け、この第３ホール素子側の
磁場が、被検材の浸炭部のない部分での第２ホー
ル素子側の磁場と略等価となるように該第３ホー
ル素子の近傍にダミー片を設けたものである。

＜作用＞ チユーブ１５の浸炭部１６の計測に際して、浸
炭部１６が存在しない場合、磁石１２の磁力線は
第１ホール素子１３に対してほぼ平行となり、出
力はほとんど生じない。そして、第１ホール素子
１３が浸炭部１６に近接すると、平行となつてい
た磁力線が第１ホール素子１３に対して斜めに横
切るようになる。この磁力線の数は、脱炭層の有
無に拘らず、浸炭部１６に近接するに従つて著し
く増大し、わずかな浸炭部１６に対しても大きな
出力が得られる。このとき、出力は浸炭部１６に
深さに相関する起電力としてほぼ零から立ち上が
つたパルス状出力となつて現れるため、浸炭部１
６の有無や深さの判別を容易に行うことができ
る。浸炭部１６が広がりを有する場合でも、その
両端部で第１ホール素子はパルス状出力を発生す
る。もつとも、浸炭部の広がりの範囲内では、磁
力線がほぼ平行となるため、第１ホール素子１３
は出力がほとんど生じない。この場合、第２ホー
ル素子１４を通る磁力線の磁束密度は、浸炭部１
６があれば増えるので、その起電圧も大となる。
従つて、これらホール素子１３，１４の出力よ
り、浸炭部１６の深さのみならず、面積をも判断
できる。

ダミー片１８及び第３ホール素子１９を有する
プルーブ１０においては、その第３ホール素子１
９に脱炭層１７相当分の起電圧が発生しているの
で、これを第２ホール素子１４の出力から相殺す
ることにより、脱炭層１７の影響が少なくなる。

＜実施例＞ 以下、図示の実施例について本発明を詳述する
と、第１図に示すように、この浸炭計測用プルー
ブ１０は、保護容器１１内に永久磁石１２と第１
ホール素子１３と第２ホール素子１４とを設けて
成る。磁石１２は棒状であり、この磁石１２のク
ラツキングチユーブ（被検材）１５側には、その
磁極Ｎ・Ｓ間の略中央部に位置するように第１ホ
ール素子１３が、磁石１２の一方の磁極近傍に第
２ホール素子１４が夫々設けられている。ホール
素子１３，１４は共に偏平な板状であつて、板厚
方向の磁界に対して直角方向に電流を流した時
に、その磁界及び電流に対して直角方向に起電圧
が生ずるようになつている。第１ホール素子１３
は磁石１２と平行であつて、通常時に磁石１２の
磁力線と略沿うように設けられている。また第２
ホール素子１４は第１ホール素子１３と同様に磁
石１２と平行であつて、通常時にも磁石１２の磁
力線が第２ホール素子１４を略直角方向に横切る
が、浸炭部１６が近接した時にはその磁束密度が
更に増加するように設けられている。保護容器１
１は非磁性材料によつて構成されている。なお各
ホール素子１３，１４は図外のガウスメータ本体
に接続されている。

上記構成のプルーブ１０を用いて、クラツキン
グチユーブ１５の浸炭部１６の計測を行なう際に
は、プルーブ１０をチユーブ１５外表面にあてが
い、チユーブ１５の軸心方向及び周方向にプルー
ブ１０を走査する。

チユーブ１５に浸炭部１６がない場合には、磁
石１２の磁界が乱されることがないため、磁極
Ｎ・Ｓ間の中央部では磁石１２と略平行に磁力線
が分布している。従つて、第１ホール素子１３を
横切る磁力線は略平行であるため、その起電圧の
出力は零若しくは低レベルの一定値を示す。一
方、第２ホール素子１４に対しては磁力線が直角
方向に横切るが、浸炭部１６でなく薄い脱炭層１
７が存在するのみであるため、磁力線の集中度は
低く、磁束密度の増加が低いので、この第２ホー
ル素子１４の起電圧は略一定値を示す。従つて、
これらホール素子１３，１４の出力によつて、浸
炭部１６が存在しないことが判る。

チユーブ１５内部に広がりを有する浸炭部１６
が存在する場合には、プルーブ１０が接近する
と、磁石１２の磁力線が浸炭部１６の高い透磁率
の影響を受けて強く引きつけられるため、第１ホ
ール素子１３を通る磁力線に傾きが生じる。

このため、第１ホール素子１３の出力波形は、
第３図Ｂに示す如く浸炭部１６の両端部において
起電圧が立ち上がつたものとなる。一方、浸炭部
１６によつて磁力線が強く引きつけられると、磁
石の磁極近傍にある第２ホール素子１４の磁束密
度が第２図に示すように増加し、それに応じて第
２ホール素子１４の起電圧が大きくなる。従つ
て、第３図Ａ，Ｂに示すように、第１ホール素子
１３の起電圧の立ち上がりが２箇所あり、その間
において第２ホール素子１４の起電圧が所定レベ
ル以上を示す時には、その位置に広がりを持つた
浸炭部１６が存在することが判かり、またその浸
炭部１６の面積も判断できる。なお、この場合の
浸炭深さは、第１ホール素子１３の出力の波形高
値に相関しており、これから浸炭深さを知ること
ができる。

上記構成において、第２ホール素子１４を通る
磁力線の磁束密度は、チユーブ１５内の浸炭部１
６の有無によつて変化するが、高い透磁率を示す
脱炭層１７の影響も皆無ではない。従つて、チユ
ーブ１５の部位によつて脱炭層１７の深さが異な
る場合には、その脱炭層１７によつても第２ホー
ル素子１４の起電圧がなだらかに変化することが
ある。また長いチユーブ１５の場合、バーナ側と
反バーナ側とでは脱炭度合いも変わるため、第２
ホール素子１４の出力は変化することになる。

そこで、このような脱炭層１７による影響をな
くするためには、第４図に示すように、プルーブ
１０にダミー片１８と第３ホール素子１９とを設
け、その第３ホール素子１９を第２ホール素子１
４に対して起電圧が相殺されるように接続したも
のを使用する。

ダミー片１８はチユーブ１５の浸炭部１６以外
の部分と略同等の透磁率を有するものであり、例
えば脱炭層２０を有するクラツキングチユーブの
一部を切断して使用することも可能であるし、ま
た全く別の部材を使用しても良い。このダミー片
１８は磁石１２に対してチユーブ１５と略対称に
なるように、チユーブ１５と等距離（d₁＝d₂）だ
け離れて設けられている。第３ホール素子１９は
第２ホール素子１４と同じものであつて、磁石１
２のＮ極近傍に、磁石１２に対して第２ホール素
子１４と略対称となるように配置されており、従
つて、第３ホール素子１９側の磁場は、ダミー片
１８があるため、浸炭部１６のないチユーブ１５
の部分での第２ホール素子１４側の磁場と略等価
的である。この第３ホール素子１９は第２ホール
素子１４に対して起電圧が相殺するように逆方向
に接続されている。

このような構成のプルーブ１０においては、チ
ユーブ１５の浸炭部１６のない部分では、第２ホ
ール素子１４及び第３ホール素子１９の起電圧は
略同等のレベルを示し、両者を相殺して得られる
端子２１からの出力は、殆んど零に近い値であ
る。

浸炭部１６が存在すれば、前述におけると同様
に第２ホール素子１４を通る磁力線の磁束密度が
大となる。また第３ホール素子１９側では、磁石
１２の磁力線が高透磁率で断面積の大きい浸炭部
１６側に強く引き寄せられるため、ダミー片１８
があるものの、この第３ホール素子１９を通る磁
束密度が若干減少することになる。これによつて
第２ホール素子１４及び第３ホール素子１９の起
電圧は、第５図に示すＡ，Ｂのような波形とな
り、これら両起電圧を相殺して得られる端子２１
の出力は、第５図に示すＣのように、チユーブ１
５の脱炭層１７の影響を除去し、浸炭部１６が際
立つたものとなる。

ダミー片１８は、計測すべき被検材の条件、例
えば加熱温度が高くて脱炭深さが大となる場合に
は、それに応じて透磁率を変更する必要がある。
従つて、保護容器１１に対して着脱自在にダミー
片１８を設けておけば、プルーブ１０の汎用性が
得られる。

第２ホール素子１４と第３ホール素子１９と
は、第６図に示すように磁石１２の異なる磁極の
近傍に夫々設けても良い。

また第２ホール素子１４と第３ホール素子１９
は逆方向に接続する他、夫々の起電圧の出力を減
算器等に入れて電気的に相殺するようにしても良
い。

磁石は永久磁石１２に代替して電磁石を利用し
ても良い。また磁石１２の形状、構造等は、特に
限定されるものではなく、被検材等に応じて任意
に設計変更可能である。

プルーブ１０はチユーブ１５の周方向に複数個
設けておいても良い。

＜発明の効果＞ 本発明によれば、磁石の被検材側でかつ一対の
磁極間の中央部側に、磁力線の方向と略沿うよう
に第１ホール素子を設けたので、脱炭層の有無に
拘らず、第１ホール素子が浸炭部に近接するに従
つて、第１ホール素子を斜めに横切る磁力線が著
しく増加し、わずかな浸炭部に対しても大きな出
力が得られる。この出力は、浸炭部の深さに相関
する起電力としてほぼ零から立ち上がつたパルス
状出力として現れるため、浸炭部の有無や深さを
容易に判別することができる。また、第１ホール
素子と同一側でかつ磁石の磁極近傍に、浸炭部の
近接時に磁束密度が増加するように第２ホール素
子を設け、これらホール素子を併用しているの
で、浸炭部が広がりを有する場合でも、その両端
部が第１ホール素子によつて確実かつ容易に判別
されるうえ、その広がりの範囲内において第２ホ
ール素子を通過する磁力線の密度が増加し、出力
が増大し、広がりを有する浸炭部を、広がりを有
するものとして計測でき、従来に比較して浸炭部
の計測精度が向上し、浸炭部の面積の判断が可能
である。

また本発明によれば、第２ホール素子とは別に
第３ホール素子を設け、かつ第３ホール素子側の
磁場が、被検材の浸炭部のない部分での第２ホー
ル素子側での磁場と略等価となるようにダミー片
を設けているので、第２ホール素子と第３ホール
素子との出力によつて浸炭部以外の部分による影
響を除去することが可能であり、信頼性のある計
測を容易、迅速に行ない得る利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２
図は同作用説明図、第３図は同波形図、第４図は
本発明の他の実施例を示す断面図、第５図は同波
形図、第６図は別の実施例を示す断面図、第７図
は従来例を示す構成図、第８図は別の従来例を示
す構成図、第９図は波形図、第１０図はチユーブ
の断面図である。 １０……プルーブ、１２……永久磁石、１３…
…第１ホール素子、１４……第２ホール素子、１
５……クラツキングチユーブ、１６……浸炭部、
１７……脱炭層、１８……ダミー片、１９……第
３ホール素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 磁石と、該磁石の磁場内に配置されたホール
   素子とを備え、被検材内部の浸炭部による磁力線
   の変化によつて該浸炭部を計測するようにした浸
   炭計測用プルーブであつて、磁石の被検材側でか
   つ一対の磁極間の中央部側に、磁力線の方向と略
   沿うように第１ホール素子を設けると共に、磁石
   に対して該第１ホール素子と同一側でかつ磁石の
   磁極近傍に、浸炭部の近接時に磁束密度が増加す
   るように第２ホール素子を設けたことを特徴とす
   る浸炭計測用プルーブ。 ２ 磁石と、該磁石の磁場内に配置されたホール
   素子とを備え、被検材内部の浸炭部による磁力線
   の変化によつて該浸炭部を計測するようにした浸
   炭計測用プルーブであつて、磁石の被検材側でか
   つ一対の磁極間の中央部側に、磁力線の方向と略
   沿うように第１ホール素子を設けると共に、磁石
   に対して該第１ホール素子と同一側でかつ磁石の
   磁極近傍に、浸炭部の近接時に磁束密度が増加す
   るように第２ホール素子を設け、磁石の磁極近傍
   でかつ該磁石に対して第２ホール素子と反対側に
   第３ホール素子を設け、この第３ホール素子側の
   磁場が、被検材の浸炭部のない部分での第２ホー
   ル素子側の磁場と略等価となるように該第３ホー
   ル素子の近傍にダミー片を設けたことを特徴とす
   る浸炭計測用プルーブ。