JPH0376417B2 - - Google Patents

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JPH0376417B2
JPH0376417B2 JP59061095A JP6109584A JPH0376417B2 JP H0376417 B2 JPH0376417 B2 JP H0376417B2 JP 59061095 A JP59061095 A JP 59061095A JP 6109584 A JP6109584 A JP 6109584A JP H0376417 B2 JPH0376417 B2 JP H0376417B2
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JP
Japan
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ultrasonic
probe
wall
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JP59061095A
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JPS60205254A (ja
Inventor
Masaru Nakagawa
Norio Sasaki
Michio Matsushita
Original Assignee
Nippon Mining Co
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Publication date
Application filed by Nippon Mining Co filed Critical Nippon Mining Co
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B17/00Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
    • G01B17/02Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring thickness
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04Analysing solids
    • G01N29/07Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
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    • G01N2291/0258Structural degradation, e.g. fatigue of composites, ageing of oils
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の適用分野〕 本発明は、管の超音波探傷方法に係るもので、
特には、多管式熱交換器のチユーブの腐食状況等
を把握するための水浸式超音波パルス反射法によ
る探傷方法に関するものである。
〔技術の背景〕
石油精製及び化学プラントには、多管式熱交換
器が多数使用されており、これらの熱交換器に用
いられている伝熱管の腐食は、設備保全上重要な
問題となつている。このような伝熱管の腐食状態
は構造的に目視その他による検査ができず、又残
余寿命の推定等定量的な評価が必要なため、もつ
ぱら熱交換器から伝熱管を抜き出し破壊検査を行
つていた。
一方、最近になつて非破壊検査法として、超音
波探傷法が提案されている。この方法は、第1図
に示すような超音波探傷装置を用いるもので、探
触子1から発信された超音波パルスは、管2の軸
心と同心的に回転するミラー3で管壁へ反射し、
管2の内表面及び底面からのエコー波が前述と逆
の経路により探触子1で受信される。この超音波
パルスのエコー波を探傷装置のブラウン管上に表
示すると第2図に示すような波形が得られる。こ
こでTは発信された超音波パルスで、S1は受信さ
れた表面エコー波、B1,B2,B3は受信された底
面エコー波である。
このような超音波探傷法において従来は、B1
とB2或いはS1とB1との間の時間を測定すること
により管の内表面と底面すなわち肉厚を求め、当
該肉厚の変化により傷の有無を検査していた。
しかしながら、かかる方法は、新しく製造され
た管の傷の検査を行う場合は特に支障を生じない
が、腐食が進行した管では、管表面での超音波の
散乱により底面エコー波が肉厚を求め得る程度に
受信できないこと、及び超音波パルスのエネルギ
ーを大きくすると表面エコー波の不感帯が大きく
なり底面エコー波との区別ができない等の問題が
あり、腐食状態の検査にほとんど超音波探傷法は
採用されていなかつた。加えてこれらの方法は、
点測定であつたために、現場で管全面・全数検査
を行うことは時間がかかり過ぎて、現実的には不
可能であつた。
本発明者は、かかる問題を解決すべく鋭意検討
した結果、超音波パルスの発信から管内壁表面エ
コー波の受信時間がほぼ管軸心からの距離に対応
し、連続的かつ多数点の測定を行うと統計的処理
により管軸心の補正が可能となり管軸心から管内
壁表面までの正確な距離が求められ管内壁表面の
腐食状態を検知できることを見い出した。本発明
はかかる知見に基きなされたものである。
〔発明の目的〕
本発明は、熱交換器の伝熱管等の管内壁面の腐
食状態を超音波探傷装置により非破壊検査を行う
ことができる管の超音波探傷方法を提供すること
を目的とする。
又、本発明の他の目的は、熱交換器の伝熱管等
管内壁面の腐食状態を定量的に把握し、伝熱管の
残余寿命の推定及びそれに伴なう保全計画の立案
が可能な管の超音波探傷方法を提供することにあ
る。
〔発明の構成〕
本発明は、探触子から被検管の管軸方向に発信
された超音波パルスを管軸心と同心的に回転する
ミラーにより前記被検管の管壁へ反射させ、次い
で該管壁からのエコー波を前記ミラーで反射させ
て前記探触子で受信する管の超音波探傷方法にお
いて、前記超音波パルスの発信から管内壁表面か
らのエコー波の受信までの時間を測定し、次いで
該測定時間を距離データに変換し、次いで当該距
離データを時系列分析して前記距離データの芯修
正を行うことにより、管軸心から管内壁までの距
離を算出する管の超音波探傷方法である。
以下に本発明について詳細に述べる。
本発明で適用される超音波の周波数は、通常の
探傷に使用されている0.4〜25MHzであるが、特
に小さいピツチング及び薄肉厚を捕えるためには
10〜25MHzの周波数を用いることが好ましい。探
触子中の振動子は水の流路、圧力を妨げない限り
その直径を大きくすることが好ましく、発信面は
指向性を良くし、反斜面での超音波ビーム径をよ
り小さくするために、フオーカス型を用いるのが
好ましい。尚、この場合、焦点距離はセンサー及
び被検管の大きさ等により適宜選定される。
超音波パルスの時間当たりの発振数はミラーの
回転数、探触子の管軸方向への移動速度(掃引速
度)、超音波ビーム径等を勘案して定められるが、
統計的に芯補正ができるデータを比較的短時間に
採取するためには、1000〜3000サイクル/秒で発
振するほうが良い。
またミラーの回転速度は速ければ速い程、探触
子の掃引速度は遅ければ遅い程、全面探傷に近づ
けることができ好ましいが、前者は1500RPM以
上、後者は0.5m/秒以下であれば十分にその目
的を達成し得る。このミラーの回転数はハウジン
グ内に供給された水により調節し、この水を超音
波の媒体として用いることが好ましい。
超音波パルスの発信から管内壁表面エコー波の
受信時間は、送信部から発信されたパルスを2分
割し、一方は直接受信部へ導入し、他方は探触子
から発信し、その管内壁表面エコー波を探触子を
介して受信部で受信し、この間の時間を測定する
ことにより行われる。この時間は、ミラーから管
内壁表面までの距離に比例するため、あらかじめ
求められた比例式により距離に変換する。
芯修正は、得られた上記距離データを時系列分
析し、傾向を調べて前記距離データを修正するこ
とにより行うことができる。時系列分析としては
例えば、多項式回帰、移動平均法、指数平滑法、
最小二乗法等から適宜選定して用いられる。
芯修正後の距離データは、管の軸心から管内壁
表面までの距離を正確に示すため、管内壁面の腐
食状況を知ることができる。又、この距離データ
を統計的に処理することにより伝熱管および管束
の余命を推定することができる。
本発明の一態様を第3図に基いて説明する。
図中1は探触子、3はミラーでハウジング7内
に収容され、ミラー3はベアリング14及び軸受
15を介してハウジング7に回転自在に固定され
ている。ミラー3の一端には、ハウジング7内に
導入された水8によりミラー3を1500RPM以上
の所定の回転数で回転させる回転翼16が設けら
れている。一方ハウジング7の外壁には、伝熱管
2の内壁が腐食により多少凸凹であつても滑らか
に移動できるようにバネ式の軸受13が取付けら
れており、該ハウジング部は管内を毎秒0.5m以
下の所定の速度で掃引される。送信部4は10〜
25MHzで1000〜3000サイクル/秒の範囲の所定の
高周波パルスを発振するパルス発振回路及び各回
路の時間的規制を与える信号電圧を発生する同期
回路等を含んでいる。この送信部4で発信された
高周波パルスは大部がケーブル5を介して探触子
1に、他部が受信部6に送られる。探触子1に送
信された高周波パルスは、ハウジング7内及び管
2内に導入された水を媒体として管軸方向に超音
波パルスとして発信され、ミラー3により管壁方
向に反射され、管壁に照射される。管内壁表面及
び管外壁表面からのエコー波は、前記ミラー3に
より管軸方向に反射され、探触子1で受信され
る。探触子1で受信されたエコー波は、高周波パ
ルスとなつてケーブル5を介して受信部6へ送ら
れる。該受信部6には、減衰器及び増幅回路等が
含まれており、前記受信部6へ送信された発信高
周波パルス及びエコー波の高周波パルスは減衰、
増幅等が行われ、時間軸部9により時間軸に対し
て展開され、第2図に示すような波形がオシロス
コープ10に表示されるとともに演算入力処理部
11に取込まれる。該演算入力処理部11におい
て、前記高周波パルスデータは、ゲート処理によ
りパルスの選択が行われ、次いで演算可能なデー
タに処理加工される。この処理加工された演算デ
ータは演算処理部12において、発信高周波パル
スとエコー波の高周波パルスとの間の時間が各パ
ルス毎に求められ、管材質及び水温を考慮した比
例式により距離に換算される。次いで、このデー
タを基に時系列分析を行い掃引による探触子の軸
心からのズレを求めて前記データを修正する芯修
正を行い、真の軸心から管内壁表面までの距離を
算出する。
このようにして得られたデータを伝熱管単位又
は、電熱管束単位で抜取サンプリングし、極値統
計等の手法を採用することにより、伝熱管毎の余
命或いは熱交換器自体の余命を推定することがで
きる。
以上のような本発明の方法は、長期間使用した
熱交換器の伝熱管等の管内壁面の腐食状態を非破
壊的、定量的に探傷することができ、伝熱管の残
余寿命の推定及び保全計画の立案が可能となる
等、工業上格別の効果を奏するものである。
実施例 2.5年間使用した石油精製装置に用いられてい
た熱交換器の管外径25.4mm、肉厚2.4mm、長さ6
mの伝熱管(サイズは未使用時のもの)を第3図
に示した超音波探傷装置により検査した。このと
きに用いた装置の超音波の周波数は15MHz、ミラ
ー3の回転数は2000rpm、掃引速度は0.4m/s
であつた。
本方法によれば、送信部4にて発信された超音
波パルスは2分割し、一方は直接受信部6に導入
し、他方は探触子1を経てミラー3で反射して管
内壁表面からのエコー波となつて全く逆の経路を
辿つて、前記の探触子1を介して受信部6にて受
信され、これによつて、超音波パルスの発信か
ら、管内壁表面からのエコー波が受信されるまで
の時間を測定する。
この発信から受信までの時間と超音波の進む速
度とに基づき、送信部4、即ち探触子1から管内
壁表面までの距離を求め、次いで、この距離か
ら、探触子1からミラー3までの距離を差し引く
ことにより、ミラー3の反射点から管内壁表面ま
での距離が求まる。この距離が、所謂「距離デー
タA」であり、該距離データAを時系列にてプロ
ツトしたのが第4図である。
斯る距離データA2500点を移動平均法により処
理すると、特異点がなくなり、平均化され、これ
を先と同様に時系列でプロツトすると、第5図に
示すような周期性を有する平坦化された距離デー
タBが得られる。
このようにして得られた距離データAから距離
データBを差し引くことにより、探触子1の偏心
によつて生じたデータの修正、即ち、芯修正が行
なわれ、従つて、管内壁表面のピツチング深さを
求めることができる。しかしながら、より高精度
の芯修正された管内壁表面のピツチング深さを求
めるためには、距離データAと距離データBとの
差が所定の値以上の点(特異点)を除いて、即
ち、無視して、多項式回帰法による芯修正を行な
う。
つまり、上記周期性を有する距離データAから
特異点を除いて、即ち、無視して、周期毎に多項
式回帰によつて当てはまる曲線を求める。第6図
に、このようにして得られた、所定の式にて示し
得る円滑な曲線Cが示される。該曲線Cにて示さ
れるデータから管の平均内径を精度良く求めるこ
とができる。
この曲線Cを基に、第4図に示される前記距離
データAを芯修正した結果即ち管軸心から管内壁
までの距離を時系列にてプロツトした結果を第7
図に示す。
このように、距離データAを時系列分析するこ
とにより、管内壁表面のピツチング腐食によるピ
ツチング深さ(腐食深さ)が求められる。
又、曲線Cから得られた管の平均内径を基き、
最大ピツチング深さ及び管の規格外径より管の最
小肉厚を、更には、前記平均内径及び管の規格外
径より管の平均肉厚などを求めることができる。
このようにして求めた、この実施例における管
の平均内径は20.9mm、最大ピツチング深さは1.43
mm、平均肉厚は2.25mmであつた。この結果は、同
じ管を破壊検査にて調べることにより得た結果と
大略一致した。
又、上記で得られた最大ピツチング深さ(最大
腐食深さ)のデータを基に極値統計の手法で当該
熱交換器伝熱管の残余寿命を推定したところ約1
年という値が得られた。
【図面の簡単な説明】
第1図は超音波探傷装置のプローブ部を示す図
面、第2図はオシロスコープ上に表示される超音
波発信パルス及びエコー波を示す図である。第3
図は本発明に適用される超音波装置の一例を示す
図で、第4図は超音波探傷装置にて得られた距離
データAを時系列にてプロツトした図で、第5図
は距離データAを移動平均法により処理して得ら
れた距離データBを時系列でプロツトした図で、
第6図は距離データAの特異点を除いて多項式回
帰法により処理した時の曲線Cの図で、第7図
は、該曲線Cを基に距離データAを芯修正した結
果を時系列にてプロツトした図であり、第1図及
び第3図において1は探触子、3はミラー、ま
た、第3図において4は発信部、6は受信部、1
2は演算処理部を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 探触子から被検管の管軸方向に発信された超
    音波パルスを管軸心と同心的に回転するミラーに
    より前記被検管の管壁に反射させ、次いで、該管
    壁からのエコー波を前記ミラーで反射させて前記
    探触子で受信する管の超音波探傷方法において、
    超音波パルスの発信から管内壁表面からのエコー
    波の受信までの時間を測定し、次いで該測定時間
    を距離データに変換し、次いで当該距離データを
    時系列分析して前記距離データの芯修正を行うこ
    とにより、管軸心から管内壁までの距離を算出す
    ることを特徴とする管の超音波探傷方法。
JP59061095A 1984-03-30 1984-03-30 管の超音波探傷方法 Granted JPS60205254A (ja)

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JP2002257797A (ja) * 2001-03-06 2002-09-11 Sumitomo Chem Co Ltd 軸受損傷評価装置及び軸受損傷評価方法及び軸受損傷評価プログラム及びこのプログラムを記録した記憶媒体

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