JPH0344665B2 - - 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判定する方法、
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５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
か得られるものの、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、使用磁気に依存し、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）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の外表面の脱炭層
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。

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既
に提案した。即ち、これは、第６図に示すよう
に、永久磁石７と、この磁石７のＮ極とＳ極との
中間部の磁場内に、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
使用するもであつて、プルーブ９が浸炭部５に接
近すれば、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
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、それによつて磁石７の磁場が変化し、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を浸炭部５と誤認することはな
い。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような構成のプルーブ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７図に示すよう
になる。しかし、これは第８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、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
ブを提案するものである。

（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において、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、浸炭部の近接時に磁束密度が減少す
るように第２ホール素子を設け、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、
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１７の浸炭部１８の計測に際して、第
１ホール素子１３が浸炭部１８に近接すると、磁
石１２の磁力線が第１ホール素子１３に対して斜
めに横切り、その出力として浸炭部１８の深さに
相関する起電圧が発生する。また浸炭部１８が広
がりを有する場合には、その両端部で第１ホール
素子１３が出力を発生する。一方、第２ホール素
子１４を通る磁力線の磁束密度は、浸炭部１８が
あれば減少するので、その起電圧も小となる。ま
た第３ホール素子１５においては、その第３ホー
ル素子１５に脱炭層１９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１９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と第３ホー
ル素子１５とを設けると共に、保護容器１１上に
ダミー片１６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）１７側において、その磁極Ｎ・Ｓ間の略中央
部に位置するように２個のホール素子１３，１４
が設けられている。ホール素子１３，１４は偏平
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、
浸炭部１８のない通常時に磁石１２の磁力線と略
沿うように設けられている。第２ホール素子１４
は第１ホール素子１３と略直角方向に配置されて
おり、通常時に磁石１２の磁力線が第２ホール素
子１４を直角に横切り、かつ浸炭部１８の近接時
に磁束密度が減少するようになつている。

ダミー片１６はチユーブ１７の浸炭部１８以外
の部分、即ち脱炭層１９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１６は磁石１２に対してチ
ユーブ１７と略対称になるように、チユーブ１７
と等距離だけ離れて設けられている。第３ホール
素子１５は第２ホール素子１４と同じものであつ
て、磁石１２の一対の磁極間の中央部近傍に、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１５側の磁場は、ダミー片１６があるため、浸
炭部１８のないチユーブ１７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１５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。
保護容器１１は非磁性材料から成り、ダミー片１
６と結合されている。

上記構成のプルーブ１０を用いて、クラツキン
グチユーブ１７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１７外表面にあてが
い、チユーブ１７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１７に浸炭部１８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と略平行に磁束が
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
力は零もしくは低レベルの一定値を示す。一方、
第２ホール素子１４及び第３ホール素子１５側で
は、その近傍にチユーブ１７及びダミー片１６の
高透磁率の脱炭層１９，２０が存在し、これによ
つて磁石１２の磁力線が引きつけられるが、両者
の磁場が略等価であるため、各ホール素子１４，
１５を通る磁束密度は共に大であり、その起電圧
は略同等のレベルを示す。従つて、第２ホール素
子１４と第３ホール素子１５との起電圧を相殺し
て得られる端子２１の出力は殆んど零に近い値で
あり、この出力と第１ホール素子１３の出力とか
らチユーブ１７に浸炭部１８が存在しないことが
判る。

チユーブ１７内部に広がりを有する浸炭部１８
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１８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
Ｄに示す如く浸炭部１８の両端部において起電圧
が立ち上がつたものとなる。また、浸炭部１８で
磁力線が強く引きつけられると、第２ホール素子
１４を通る磁力線の磁束密度はそれに応じて減少
する。例えば、第２図に示すように浸炭部１８の
丁度中央部にプルーブ１０がある場合を仮定する
と、磁石１２のＮ極から出た磁力線は強く浸炭部
１８側に引き付けられて、透磁率の高い浸炭部１
８を通るようになり、この浸炭部１８から磁石１
２のＳ極側に入るため、第２ホール素子１４を通
る磁力線の磁束密度が疎になる。従つて、第２ホ
ール素子１４の起電圧の出力波形は、第３図Ａに
示すように浸炭部１８の中央部分でレベルが下が
るようになる。この場合、第２ホール素子１４の
磁束密度は、主に浸炭部１８の深さに依存する。
しかし、浸炭部１８は明瞭に際立つてできるもの
とは限らず、また同じ深さであつてもチユーブ１
７側全体としての透磁率は、浸炭部１８の端部側
程低くなるので、第２ホール素子１４の出力波形
は、第３図Ａの如くなだらかに変化する。

一方、第３ホール素子１５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１８側
にき強く引き寄せられるため、ダミー片１６があ
るものの、この第３ホール素子１５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１５の起電圧
は、第３図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３
図Ｃに示すように、チユーブ１７の脱炭層１９の
影響を除去し、浸炭部１８が際立つたものとな
る。

第３図に示すような出力波形が得られると、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及び第
３ホール素子１５の起電圧を相殺した出力が所定
レベル以上の値を示す時には、その位置に広がり
を持つた浸炭部１８が存在することが判かり、ま
たその浸炭部１８の面積も判断できる。なお、こ
の場合の浸炭部１８の浸炭深さは、第１ホール素
子１３の起電圧の波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。

第２ホール素子１４及び第３ホール素子１５
は、磁石１２の磁極間の中央部に配置するものに
限られず、例えば第４図に示すように、一方の磁
極の磁石長手方向の外方近傍であつても良い。こ
の場合にも、浸炭部１８に近接すれば、磁石１２
の磁力線が強くチユーブ１７側に引きよせられる
ため、第２ホール素子１４及び第３ホール素子１
５を通る磁力線の磁束密度が低くなり、浸炭部１
８の計測が可能である。

なお、上記実施例では、第１ホール素子１３を
磁石１２と平行に、第２ホール素子１４及び第３
ホール素子１５を第１ホール素子１３と略直角に
夫々配置しているが、このように厳密に配置する
必要がなく、第１ホール素子１３は磁力線と沿う
方向であり、第２ホール素子１４は浸炭部１８の
近接による磁束密度の減少を検出し得る配置であ
れば十分である。

磁石１２は中実状の棒磁石に限らず、角筒状、
円筒状等であつても良いし、また第６図に示すよ
うにコ字状であつても良い。

更に磁石としては、実施例に示すように永久磁
石１２に代替して、電磁石を使用することも可能
である。

プルーブ１０はチユーブ１７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、磁石の被検出側でかつ一対の
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一方、これとは別の第
２ホール素子を、浸炭部に近接時に磁束密度が減
少するように設けているから、チユーブに浸炭部
がない場合には、磁石の磁界が乱されることがな
いため、第１ホール素子を横切る磁力線は略平行
であり、その起電圧の出力は零もしくは低レベル
の一定値を示す。一方、第２ホール素子及び第３
ホール素子側では、例えチユーブに脱炭層が存在
しても、ダミー片によつて両者の磁場が略等価と
なるため、各ホール素子を通る磁束密度は共に大
であり、その起電圧は略同等のレベルを示す。従
つて、第２ホール素子と第３ホール素子との出力
と第１ホール素子の出力とからチユーブに浸炭部
が存在しないことが判る。また、チユーブ内部に
浸炭部が存在する場合には、プルーブが接近する
と、磁石の磁力線が浸炭部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
を通る磁力線に傾きが生じる。このため、第１ホ
ール素子の出力波形は、浸炭部の両端部において
起電圧が立ち上がつたものとなる。また、第２ホ
ール素子を通る磁力線の磁束密度は減少する。従
つて、第２ホール素子の起電圧の出力波形は、浸
炭部の中央部分でレベルが下がるようになる。一
方、第３ホール素子側では、磁石の磁力線が高透
磁率で断面積の大きい浸炭部側に強く引き寄せら
れるため、ダミー片があるものの、この第３ホー
ル素子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ホール素子及び第３ホール
素子の起電圧は、チユーブの脱炭層の影響を除去
し、浸炭部が際立つたものとなる。従つて、例え
ば、第１ホール素子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ホール素子及び第３
ホール素子の起電圧を相殺した出力が所定レベル
以上の値を示す時には、その位置に広がりを持つ
た浸炭部が存在することが判かり、またその浸炭
部の面積も判断できる。

即ち、浸炭部の存在による磁力線の傾きの変化
と磁束密度の変化とを組み合わせて、浸炭部の深
さのみならず、広がりを有する浸炭部をも計測で
き、その浸炭部の面積の判断が可能となり、従来
に比較して計測精度が著しく向上する。また第２
ホール素子は磁極の近傍に設けて、浸炭部の近接
時に第２ホール素子を通る磁力線の磁束密度が増
加することも考えられるが、本発明では第２ホー
ル素子の磁束密度が減少するようにしているか
ら、磁束密度の増減の変化を大きくでき、浸炭部
と非浸炭部との区別が容易になる。しかも、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図は従来
例を示す構成図、第６図は別の従来例を示す構成
図、第７図は波形図、第８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……第３ホール素子、１６……ダミー片、１７
……クラツキングチユーブ、１８……浸炭部、１
９……脱炭層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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
   炭計測用プルーブにおいて、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、浸炭
   部の近接時に磁束密度が減少するように第２ホー
   ル素子を設け、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、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。