JP2000161943A - 配管の肉厚測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】超音波を用いた手法により配管肉厚測定を行う
場合、自動検査装置を取り付けるスペースがなく、たと
え、取り付けが可能であっても、自動検査の適用範囲が
限定される。 【解決手段】加熱コイルと温度制御装置と肉厚測定対象
配管部の温度分布を測定する装置と温度分布を数値化し
てデータとして取り込むコンピュータと伝熱解析データ
ベースを基にして最適値を計算するプログラムを有する
コンピュータにより、配管肉厚測定装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電及び化学プラ
ント等のプラントに存在する配管系の肉厚測定装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】配管等の構造物の肉厚分布形状を検査す
る手法のひとつとして、次のようなものがある。検査対
象である配管外面にケガキ線を書き、超音波厚み計によ
り配管の表面から超音波を垂直に入射させて、配管内面
で反射した波を検出する。この送信から受信までの時間
を測定することによって肉厚を測定する。減肉していな
い場合との肉厚の差から減肉量を求めることができる。
さらにこの位置毎に肉厚を記録する。この作業を配管全
面で行うことにより、配管全体の肉厚分布，減肉分布を
知ることが出来る。

【０００３】また、この作業を自動的に行う手法が、特
許第2511181 号公報にある。周方向と軸方向に超音波セ
ンサを走査できる自動検査装置である。配管に軌道を配
置して、この上を周方向に移動する台車とこの台車上で
軸方向に移動する走査軸とでスキャナを構成する。この
走査軸の先端に超音波センサが取り付けられている。こ
の装置では、コントローラにより周方向と軸方向に超音
波センサを自動走査して、一定ピッチ移動毎に肉厚を測
定して、その肉厚、または減肉量に応じた色調を表示機
において表示する。これにより肉厚分布、及び減肉分布
を測定することが可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術に記載した
ように、従来の検査装置によれば、超音波を用いた手法
により自動検査ができるものの、実際のプラントにおけ
る配管では、配管をサポートする台や配管から分岐する
枝管，エルボ，近接配管が多く存在して、自動検査装置
を取り付けるスペースがない場合がある。たとえ、取り
付けることが可能であっても、自動検査できる範囲が狭
く、適用できる範囲が限定される。

【０００５】また、検査対象部位を、予め装置に指示し
ておく必要がある。測定対象配管の径が変化するとそれ
に合わせた装置が必要になるなどの問題が挙げられる。
また、自動検査が可能であるが、超音波センサは対象配
管を走査することから測定に時間がかかるばかりでな
く、取り付けにも時間がかかり、検査効率が極めて悪
い。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記従来手法の課題を解
決するための配管の肉厚測定方法として、本発明では、
次のそれぞれが挙げられる。

【０００７】前記請求項１の課題を解決するための配管
肉厚測定方法は、加熱コイルと温度制御装置と肉厚測定
対象配管部の温度分布を測定する装置と温度分布を数値
化してデータとして取り込むコンピュータと伝熱解析デ
ータベースを基にして最適値を計算するプログラムを有
するコンピュータにより配管の肉厚測定装置を構成し
て、加熱コイルと温度制御装置により、肉厚測定対象配
管部位を熱することにより、肉厚測定対象配管部位を等
温状態にした後、肉厚測定対象配管部の温度分布を測定
する装置と温度分布を数値化してデータとして取り込む
コンピュータにより自然除冷による配管の冷却過程の任
意時刻での温度分布を最適値として、伝熱解析データベ
ースを基にした最適値を計算するプログラムを有するコ
ンピュータにより、肉厚分布を決定することができる。
これより得られる減肉形状の最大減肉深さ，減肉長さ、
及び最大減肉深さ部における断面の減肉角度を決定する
ことである。

【０００８】前記請求項２の課題を解決するための配管
肉厚装置では、前記請求項１の配管の肉厚測定装置にお
ける加熱コイルの形状を円筒型にすることである。

【０００９】前記請求項３の課題を解決するための配管
肉厚装置では、前記請求項１の配管の肉厚測定装置にお
ける加熱コイルを配管の上流側に設ける上流側加熱コイ
ル、及び配管の下流側に設ける下流側加熱コイルの２対
とすることである。

【００１０】前記請求項４の課題を解決するための配管
肉厚装置は、前記請求項１の肉厚測定装置における加熱
コイルを肉厚測定対象配管全体を覆うことが可能な加熱
布とすることである。

【００１１】前記請求項５の課題を解決するための配管
肉厚測定装置は、肉厚測定対象配管部の温度分布を測定
する装置と温度分布を数値化してデータとして取り込む
コンピュータと伝熱解析データベースを基にした最適化
プログラムを有するコンピュータから構成して、高温状
態のプラントの停止時に、肉厚測定対象配管部の温度分
布を測定する装置と温度分布を数値化してデータとして
取り込むコンピュータにより自然除熱による配管の冷却
過程の任意時刻での温度分布を最適値として、伝熱解析
データベースを基にして最適値を計算するプログラムを
有するコンピュータにより、肉厚分布、すなわち減肉形
状の最大減肉深さ，減肉長さ、及び最大減肉深さ部にお
ける断面の減肉角度を決定することである。

【００１２】前記請求項６の課題を解決するための肉厚
測定装置では、前記請求項１又は請求項５の配管の肉厚
測定装置における肉厚測定対象配管部の温度分布を測定
する装置として、赤外線の反射光を用いて温度分布を測
定する温度測定装置を用いることである。

【００１３】前記請求項７の課題を解決するための肉厚
測定装置では、請求項１又は５の配管の肉厚測定装置に
おいて、強制風を送るクーラーを部品として持ち、配管
の肉厚分布測定時に、一旦加熱した肉厚測定対象配管部
を強制風により、冷却させることである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明における実施の形態
例を示す。

【００１５】（配管肉厚測定方法１）配管肉厚測定装置
１を図１に示す。配管肉厚測定装置は、加熱ヒーター１
２と温度制御装置１３と肉厚測定対象配管部の温度分布
を測定する装置１４と温度分布を図示化，数値化してデ
ータとして取り込むコンピュータ１５と伝熱解析データ
ベース１７を基にして最適値を計算するプログラムを有
するコンピュータ１６から成立する。ここでは、肉厚測
定対象配管を曲がり管２１とした。

【００１６】図１に示した配管肉厚測定装置１を用いた
配管肉厚測定方法のフロー３を図２に示す。まず、２個
所以上の熱電対１１を肉厚測定対象配管２１に接続す
る。接続する熱電対１１の数、及び熱電対１１を接続す
る位置は、肉厚測定対象である配管２１の要素形状，口
径、及び肉厚等により決定される。また、肉厚測定配管
２１の上流側，下流側に配管口径に一致した形状となる
加熱ヒーター１２を配置する。

【００１７】加熱方法としては、高周波加熱方法、及び
電熱線を用いた加熱方法がある。これらの熱電対１１と
加熱ヒーター１２は温度制御装置１３と接続している。
全ての熱電対１１の接続、加熱ヒーター１２の配置が終
了した後、加熱ヒーター１２をオン状態にする。温度制
御装置１３により肉厚測定対象配管２１の測定対象部位
が等温状態になるように加熱ヒーターを制御する。

【００１８】このとき測定対象配管２１が金属材料で構
成されている場合、等温状態とする肉厚測定対象配管２
１の目標温度は１００℃〜３５０℃の温度が望ましい。
温度が４００℃以上にまで上昇した場合は、肉厚測定対
象配管２１の材質に変化を起こすおそれがあるため、温
度の管理には細心の注意が必要である。

【００１９】肉厚測定対象配管２１が所定の等温状態に
達した後、加熱ヒーター１２をオフ状態にする。加熱ヒ
ーター１２がオフ状態となった後、肉厚測定対象配管２
１は等温状態から大気中自然除冷状態になる。この時の
大気中自然除冷状態にある測定対象配管２１の温度分布
を温度分布測定装置１４により測定する。図１に示した
配管肉厚測定装置２１の場合、温度分布測定装置１４と
しては、放射温度計により計測した温度分布を二次元的
に画像化するサーモグラフィーを用いている。サーモグ
ラフィーにおいては、肉厚対象配管の温度分布を二次元
的に画像化するだけでなく、任意座標における温度を数
値として表す機能がある。

【００２０】サーモグラフィーに接続されたコンピュー
タ１５により、自然除冷状態にある肉厚測定対象配管２
１の任意時間，任意座標における温度を数値データとし
て取り込む。ここで、肉厚測定対象配管２１の任意時
間，任意座標における温度数値データを伝熱解析データ
ベース１７に接続されたデータ解析用コンピュータ１６
に転送する。この伝熱解析データベース１７は、配管形
状，配管口径、及び配管肉厚毎に整理されている。

【００２１】また、各配管形状，配管口径、及び配管肉
厚毎に肉厚分布形状を変化させた、これを減肉部と見た
場合、減肉部の最大深さ，最大深さとなる配管断面の最
大減肉角度、及び減肉長さをそれぞれパラメータとして
等温状態から、大気自然除冷の過程を有限要素法、また
は境界要素法などの他の解析手法を用いた伝熱解析結果
をデータベースとしている。ここで、曲り配管におい
て、最大減肉深さをａ、最大減肉角度を２θ、減肉長さ
をｌとして、これらの定義を図３（ａ),（ｂ）に示す。

【００２２】肉厚測定対象配管２１の任意時間，任意座
標における温度データを転送されたデータ解析用コンピ
ュータ１６は、肉厚測定対象配管２１の任意時間，任意
座標における温度データを最適値として、伝熱解析デー
タベースに格納されている各減肉形状の伝熱解析結果と
の比較をしながら、肉厚測定対象配管２１の任意時間，
任意座標における温度データに一致するような、伝熱解
析結果を抽出して、この肉厚測定対象配管２１の温度デ
ータに一致する伝熱解析結果の条件となる肉厚分布、す
なわち最大減肉深さ，最大減肉角度，減肉長さを肉厚測
定対象配管２１の最大減肉深さ，最大減肉角度，減肉長
さとして決定する。

【００２３】肉厚測定対象配管２１の任意時間，任意座
標における温度データに一致するような、伝熱解析結果
が伝熱データベース１７に存在しない場合は、肉厚測定
対象配管２１の温度データと差が最も小さい伝熱解析結
果を与える条件となる減肉形状を肉厚測定対象配管２１
の減肉形状、すなわち肉厚分布とする。

【００２４】なお、図１に示した配管肉厚測定装置１に
おいては、肉厚測定対象配管２１の加熱に、配管口径に
一致した形状となる加熱ヒーター１２を用いたが、肉厚
測定対象配管２１の他の加熱方法として、肉厚測定対象
配管２１を覆うような加熱布１８を用いた手法がある。
加熱布１８を用いた肉厚測定対象配管２１の加熱方法を
図４に示す。

【００２５】加熱布１８で肉厚測定対象配管２１を覆う
前に、予め、肉厚測定対象配管２１には熱電対１１を接
続しておく。肉厚測定対象配管２１に接続すべき熱電対
１１の数、及び熱電対１１の接続箇所は前述したとおり
である。

【００２６】これらの熱電対１１と加熱布１８には、温
度制御装置１３が接続されており、この温度制御装置１
３により、肉厚測定対象配管２１を等温状態になるよう
に、加熱布１８は温度制御される。この加熱布１８を用
いて、肉厚測定対象配管２１を昇温させた場合、加熱ヒ
ーターを用いた配管の加熱昇温に比較して、短時間に
て、肉厚測定対象配管２１を等温状態にすることが可能
である。

【００２７】また、図１に示した配管肉厚測定装置１を
用いた配管肉厚測定方法３では、一旦、昇温して等温状
態にした肉厚測定対象配管２１の冷却方法は、大気中自
然除冷状態とした。肉厚測定対象配管２１の他の冷却方
法として、図１に示した配管肉厚測定装置１にクーラー
を組み込み、このクーラーを用いて、強制除冷する手法
がある。

【００２８】この場合、配管肉厚測定に用いるクーラー
の配置場所、また、クーラーの冷気吐出量を模擬した伝
熱解析結果をもとにした伝熱解析データベース１７を用
いて、最適値である肉厚測定対象配管２１の任意時間，
任意座標における測定温度データと比較しなければなら
ない。大気中自然除冷の場合に比較して、このクーラー
を用いた強制除冷手法の場合、除冷過程が比較的短時間
であるため、配管肉厚測定時間を短縮することが可能で
ある。

【００２９】さらに、複雑形状配管としてＴ型の分岐管
２２を一例として取り上げる。Ｔ型分岐管２２に本配管
減肉測定方法３を適用するための加熱ヒーター１２、及
び温度制御装置１３の設置状況を図５に示す。Ｔ型分岐
管２２の場合、前述した曲り管２１の場合と異なり、加
熱ヒーター１２は、Ｔ型分岐管２２の母管の上流側，下
流側と枝管の上流側に設ける。

【００３０】このように加熱ヒーター１２を配置するこ
とにより、肉厚測定対象部位であるＴ型分岐管２２の中
央部は、比較的短時間に等温状態にすることが可能であ
る。また、このＴ型分岐管２２においても、前述した測
定対象配管を覆うことができる加熱布１８を用いて、測
定対象Ｔ型分岐管配管２２を等温状態に昇温することが
可能である。なお、以下の測定対象配管の除冷過程にお
ける測定対象配管（Ｔ型分岐管２２）の任意時間，任意
位置での温度分布測定、及び記録過程、さらに伝熱解析
データベース１７を用いた測定対象配管の減肉形状の決
定手法等は前述した手法と全く同じである。

【００３１】（配管断面測定方法２）（配管肉厚測定方
法２）における配管肉厚測定装置１は、図１に示した配
管肉厚測定装置１から、加熱ヒーター１２と温度制御装
置１３を取り除いたものである。すなわち、この場合、
配管肉厚測定装置１は、肉厚測定対象配管部２１の温度
分布を測定する装置１３と温度分布を図示化，数値化し
てデータとして取り込むコンピュータ１５と伝熱解析デ
ータベース１７を基にして最適値を計算するプログラム
を有するコンピュータ１６から成立する。ここでも、肉
厚測定対象配管２１を曲がり管とした。

【００３２】この配管肉厚測定装置１を用いて、配管の
肉厚測定を行う方法のフロー４を図５に示す。この配管
肉厚測定装置１を用いて、配管の肉厚測定を実施する場
合、定期検査等でプラントを停止させる直後などの、配
管内流体が高温状態であることに限られる。配管内流体
が高温状態である場合、擬似的に、肉厚測定対象配管２
１も等温状態であると仮定できる。この時の大気中自然
除冷状態にある測定対象配管２１の温度分布を温度分布
測定装置１４により測定する。ここで、前述したように
温度分布測定装置１４としては、サーモグラフィーを用
いる。

【００３３】サーモグラフィーに接続されたコンピュー
タ１５により、自然除冷状態にある肉厚測定対象配管２
１の任意時間，任意座標における温度を数値データとし
て取り込む。ここで、肉厚測定対象配管２１の任意時
間，任意座標における温度数値データを、伝熱解析デー
タベース１７に接続されたデータ解析用コンピュータ１
６に転送する。

【００３４】前述したように伝熱解析データベース１７
は、配管形状，配管口径、及び配管肉厚毎に整理されて
おり、各配管形状，配管口径、及び配管肉厚毎に、図３
に示した減肉部の最大深さ、最大深さとなる配管断面の
最大減肉角度、及び減肉長さをそれぞれパラメータとし
て等温状態から、大気自然除冷の過程を有限要素法を用
いた伝熱解析結果のデータベースである。

【００３５】肉厚測定対象配管２１の任意時間，任意座
標における温度データを転送されたデータ解析用コンピ
ュータ１６は、肉厚測定対象配管２１の任意時間，任意
座標における温度データを最適値として、伝熱解析デー
タベース１７に格納されている各減肉形状の伝熱解析結
果と比較をしながら、肉厚測定対象配管２１の任意時
間，任意座標における温度データに一致するような、伝
熱解析結果を抽出して、この肉厚測定対象配管２１の温
度データに一致する伝熱解析結果の条件となる最大減肉
深さ，最大減肉角度，減肉長さを肉厚測定対象配管２１
の最大減肉深さ，最大減肉角度，減肉長さとして決定す
る。

【００３６】肉厚測定対象配管２１の任意時間，任意座
標における温度データに一致するような、伝熱解析結果
が伝熱データベース１７に存在しない場合は、肉厚測定
対象配管２１の温度データと差が最も小さい伝熱解析結
果を与える条件となる減肉形状を肉厚測定対象配管２１
の減肉形状とする。

【００３７】本手法の場合、肉厚測定をする時期は、配
管内部流体が高温状態であることに限定されているた
め、定期検査等でプラントを停止させた直後などである
と考えられる。配管の肉厚測定を含むような定期検査の
場合、大幅に定期検査の期間を短くすることが可能であ
る。

【００３８】

【発明の効果】以上、本発明である配管肉厚測定装置を
用いれば、配管の冷却過程における温度分布測定結果に
基づき、配管の肉厚分布を評価するため、短時間にて、
配管肉厚分布測定が可能である。また、内部流体が高温
状態であることを利用して、プラント配管系の肉厚測定
対象配管の温度分布計測を行う場合、プラント停止後、
配管系を十分に除冷させる必要性がないため、プラント
停止直後より、配管の肉厚測定作業を開始することが可
能である。

【００３９】さらに、この場合、肉厚測定対象配管に装
置を据え付ける必要性がないため、複雑な配管系におい
ても、本発明装置の適用が可能である。これらに理由に
より、配管肉厚分布測定を短時間にするだけでなく、プ
ラントの定期検査期間を大幅に短縮することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である曲り管に適用した配管肉
厚測定装置の構成図。

【図２】配管肉厚測定順を示すフローチャート。

【図３】肉厚測定対象配管の側断面図及び同図（ａ）の
Ａ−Ａ線断面図。

【図４】加熱布を用いた曲り管の加熱装置、及び温度制
御装置を示す図。

【図５】Ｔ型分岐管に加熱ヒーターを設置した状況を示
した図。

【図６】配管内部に高温流体が存在する場合の配管肉厚
測定順を示すフローチャート。

【符号の説明】

１…配管肉厚測定装置、３…測定対象配管の加熱過程を
含んだ配管肉厚測定フロー、４…内部高温流体を利用し
た配管肉厚測定フロー、１１…熱電対、１２…加熱ヒー
ター、１３…温度制御装置、１４…温度分布計測装置、
１５…温度分布を図示化，数値化してデータとして取り
込むコンピュータ、１６…最適値を計算するプログラム
を有するコンピュータ、１７…伝熱解析データベース、
１８…加熱布、２１…肉厚測定対象配管、２２…Ｔ型分
岐管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅野 智 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 村山 貢一 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 石渡 雅幸 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 Ｆターム(参考） 2F069 AA46 BB40 CC02 DD15 DD20 DD25 GG01 GG04 GG06 GG07 GG16 GG39 GG52 GG59 JJ02 JJ19 JJ26 KK08 MM01 NN12 NN25 PP04 QQ05 RR03 2G040 AA05 AA06 AB08 BA08 BA15 BA28 CA02 DA03 DA06 DA12 DA15 EA02 EA08 EB02 EC07 HA02 HA11 HA16

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラント等の構造物に内包される配管系、
   及びパイプラインの肉厚測定において、加熱コイルと温
   度制御装置と肉厚測定対象配管部の温度分布を測定する
   装置と、温度分布を数値化してデータとして取り込むコ
   ンピュータと伝熱解析データベースを基にして最適値を
   計算するプログラムを有するコンピュータを設けて、加
   熱コイルと温度制御装置により、肉厚測定対象配管部位
   を熱することにより、肉厚測定対象配管部位を等温状態
   にした後、肉厚測定対象配管部の温度分布を測定する装
   置と、温度分布を数値化してデータとして取り込むコン
   ピュータにより自然除熱による配管の冷却過程の任意時
   刻での温度分布を最適値として、伝熱解析データベース
   を基にした最適値を計算するプログラムを有するコンピ
   ュータにより、肉厚分布より得られる減肉形状の最大減
   肉深さ，減肉長さ、及び最大減肉深さ部における断面の
   減肉角度を決定することを特徴とした配管の肉厚測定装
   置。
2. 【請求項２】請求項１の記載において、配管肉厚測定装
   置における加熱コイルの形状を円筒型とすることを特徴
   とした配管の肉厚測定装置。
3. 【請求項３】請求項２の記載において、配管の肉厚測定
   装置において、加熱コイルを配管の上流側に設ける上流
   側加熱コイル、及び配管の下流側に設ける下流側加熱コ
   イルの２対とすることを特徴とした配管の肉厚測定装
   置。
4. 【請求項４】請求項１の記載において、配管の肉厚測定
   装置における加熱コイルを肉厚測定対象配管全体を覆う
   ことが可能な加熱布とすることを特徴とした配管の肉厚
   測定装置。
5. 【請求項５】プラント等の構造物に内包される配管系、
   及びパイプラインの肉厚測定において、肉厚測定対象配
   管部の温度分布を測定する装置と温度分布を数値化して
   データとして取り込むコンピュータと伝熱解析データベ
   ースを基にした最適値を計算するプログラムを有するコ
   ンピュータを設けて、高温状態のプラントの停止時に、
   肉厚測定対象配管部の温度分布を測定する装置と温度分
   布を数値化してデータとして取り込むコンピュータによ
   り自然除熱による配管の冷却過程の任意時刻での温度分
   布を最適値として、伝熱解析データベースを基にした最
   適値を計算するプログラムを有するコンピュータによ
   り、減肉形状の最大減肉深さ，減肉長さ、及び最大減肉
   深さ部における断面の減肉角度を決定することを特徴と
   した配管の肉厚測定装置。
6. 【請求項６】請求項１又は５の記載において、配管の肉
   厚測定装置における肉厚測定対象配管部の温度分布を測
   定する装置として、物体の温度に依存して放射される赤
   外線を測定して温度分布を測定する温度測定装置を用い
   ることを特徴とした配管の肉厚測定装置。
7. 【請求項７】請求項１又は５の記載において、配管の減
   肉形状測定装置において、強制風を送るクーラーを部品
   として持ち、配管の減肉形状測定時に、一旦加熱した肉
   厚測定対象配管部を強制風により、冷却させた配管の減
   肉形状測定装置であることを特徴とする配管の肉厚測定
   装置。