JP2004301613A

JP2004301613A - Ｓｈ波による管検査方法

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Publication number: JP2004301613A
Application number: JP2003093999A
Authority: JP
Inventors: Yasukazu Yokono; 泰和横野; Kaoru Nitta; 薫新田; Tsutomu Kikuchi; 務菊池; Yoshitoshi Yotsutsuji; 美年四辻
Original assignee: Idemitsu Petrochemical Co Ltd; Idemitsu Engineering Co Ltd; Non Destructive Inspection Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Petrochemical Co Ltd; Idemitsu Engineering Co Ltd; Non Destructive Inspection Co Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP4144703B2

Abstract

【課題】管内に液体が存在する場合でも高精度の管検査を行うことが可能であると共に、損傷部の管周方向に対する位置を特定することが可能なＳＨ波による管検査方法を提供することを目的とする。
【解決手段】探触子２から管１０の長手方向Ｘに向かって管壁１１の内部へＳＨガイド波を送信すると共に、管壁１１を伝播し損傷部を透過し又は反射したＳＨ波を探触子２で受信する。その際、管内部１４に液体Ｗが存在していてもよい。また、管壁１１にＳＨ波を送信する際の入射角θが管壁１１中でのＳＨ波の臨界角よりも小であり、ＳＨ波がバースト波であるとよい。さらに、管１０を管周方向Ｙに走査することもできる。なお、１の探触子２によりＳＨ波の送受信を行うことが望ましい。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波ＳＨ波による管検査方法に関する。さらに詳しくは、管壁内部を伝播し損傷部を透過し又は反射したＳＨ波を探触子で受信することにより給水配管等の検査を行う管検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、管の検査にあっては、縦波又はＳＶ波を用いて検査を行っていた。例えば、特許文献１では、円筒全体が振動する円筒波を用いて管の肉厚を測定することで減肉を評価する方法が記載されている。しかし、同文献に記載の方法にあっては、使用する円筒波は管肉厚方向の振動成分（Ｌモード）を有するため、管内に水等の液体が存在する状態で検査を行った場合には、その流体により超音波が減衰してしまう。そのため、管内の液体を取り除いた状態で検査を行う必要があった。また、検出可能な損傷部は配管の断面積に対する比率で決まることから、局所的な損傷検査には適さなかった。
【０００３】
一方、管表面に対して平行に振動するＳＨ波を使用する管検査方法として、特許文献２に記載のものが知られている。同技術は、探触子に対し管周方向９０°離れて位置する管支持用フランジとの溶接部分における損傷検出を主眼においたものである。同文献の段落番号００１５には、「超音波の入射角λは、鋼材等の試験体１０に入射する超音波の屈折角が丁度９０度となる臨界角と呼ばれる角度に略等しい角とする」と記載されている。よって、同技術は、図６（ａ）に示すように管表面近傍部分を伝播する表面波を用いた方法である。表面ＳＨ波は、同図（ｂ）に示すように、容易に全管周方向Ｙに広がり、全外周表面が振動する波となる。その結果、この表面ＳＨ波では、損傷部の管周方向位置を正確に特定することが困難であり、しかも、管壁内部の損傷を検出することができなかった。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３２８１１９号公報
【特許文献２】
特開平９−７２８８７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、管内に液体が存在する場合でも高精度の管検査を行うことが可能であると共に、損傷部の管周方向に対する位置を特定することが可能なＳＨ波による管検査方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるＳＨ波を用いた管検査方法の特徴は、探触子から管壁にＳＨ波を送信すると共に、前記管壁を伝播し損傷部を透過し又は反射したＳＨ波を探触子で受信することにより管の検査を行うＳＨ波による管検査方法であって、前記探触子から前記管の長手方向に向かって管壁の内部へＳＨガイド波を送信することにある。ここで、「ＳＨガイド波」とは、上記特許文献２に記載の「表面ＳＨ波」とは異なり、管壁の肉厚全体が振動するＳＨ波をいう。ＳＨガイド波の振動方向は、管壁表面に対して平行であるため、管内に液体が存在する場合であっても、その液体によりＳＨガイド波が減衰することもない。そして、ＳＨガイド波はその指向性の鋭さにより管長手（管軸）方向に送信されることで管周方向の欠陥（損傷）位置を正確に特定することができる。
【０００７】
発明者らの実験によれば、管壁にＳＨ波を送信する際の入射角が前記管壁中でのＳＨ波の臨界角よりも小であり、このＳＨ波をバースト波として管壁内部に入射させることで、管壁内部にＳＨガイド波を伝播させることが可能であることが判明した。
【０００８】
上記本発明にかかる管検査方法の特徴に加え、前記探触子により前記管を管周方向に走査するようにしてもよい。上述の如く、ＳＨガイド波の鋭い指向性を利用して、損傷部の位置を簡単に特定することができる。なお、１の探触子により前記ＳＨ波の送受信を行うことで、簡素で高精度の検査を行うことができる。
【０００９】
【発明の効果】
このように、上記本発明に係るＳＨ波による管検査方法の特徴によれば、ＳＨガイド波を用いることにより、管内の液体によりＳＨ波が減衰することがないので、管内における液体の有無を考慮することなく、鋭い指向性を利用して精密な管検査を行うことが可能となった。その結果、管の使用を中断することなく検査を行うことが可能となり、設備等の信頼性向上及び稼働率向上に貢献し得るに至った。
【００１０】
また、指向性の鋭いＳＨガイド波を用いることから、管周方向に走査することで、損傷部の管周方向位置を簡易かつ正確に特定することが可能となった。
【００１１】
なお、本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。
本発明にかかるＳＨ波による管検査方法は、主として、プラント等における給水・給湯配管や排水管、給油配管等の検査を対象としたものである。図１に示すように、これらの管１０の内外面１２，１３および管壁１１内部に生じる欠陥や減肉等の損傷検出及び損傷位置特定に用いられる。本実施形態では、給水配管１０内には水等の流体Ｗが入ったままである。
【００１３】
図１に本発明に係る管検査方法に使用する管検査装置１のブロック図を示す。管検査装置１は、パーソナルコンピューター７により制御される発振器３ａでバースト波を発生し、探触子２を介して配管外面１２から管壁１１にＳＨガイド波を送信する。送信されたＳＨガイド波は損傷部にて透過・反射され、再び探触子２で受信される。そして、受信された反射波は、レシーバー３ｂ及びプリアンプ４により増幅され、フィルター５によりノイズが除去された状態でＡ／Ｄコンバーター６によりデジタル信号に変換され、パーソナルコンピューター７で処理され、その結果がモニター８に表示される。
【００１４】
探触子２は、図２（ａ）に示すように、大略、振動子２１と楔２２を有し、振動子２１で励起した横波をアクリル製の楔２２を介して管壁１１にＳＨ波として入射する。その際、楔２２と管壁外面１２との間には高粘性の横波用接触媒質を介在させてある。この探触子２は、探触子取付中心軸Ｌ１と管壁外面１２の法線Ｌ２とのなす角で与えられる入射角θを適宜調整可能な可変ＳＨ探触子である。そして、この管壁１１内部にＳＨガイド波を発生させるためには、この入射角θを、鋼材である管壁１１中でのＳＨ波の臨界角である２７度よりも十分小さい値に調整する必要がある。発明者らの実験により、管長手方向Ｘに伝播するＳＨガイド波を発生させる入射角θとして約１９度近傍の角度が適当である旨判明した。
【００１５】
ここで、図２，６を参照しながら、ＳＨ波の伝播特性と入射角θの関係について簡単に言及する。
まず、図６（ａ）に示すように、入射角θ’をＳＨ波の臨界角である２７度とすると、管壁１１に入射したＳＨ波は、ＳＨ表面波として管壁外面１２を伝播することが確かめられた。よって、管壁１１の表面的な損傷を検出するのには適するが、管壁内面１３及び管壁１１内部における損傷検査には適さない。また、図６（ｂ）に示すように、表面ＳＨ波は、管軸方向Ｘのみならず、管外表面に沿って容易に管周方向Ｙに回り込む。よって、表面ＳＨ波では、損傷部の管周方向位置を特定することはできない。
【００１６】
一方、図２（ａ）に示すように、入射角θをＳＨ波の臨界角である２７度に比べ十分小さい１９度に調整してＳＨ波を管壁１１に入射したところ、入射したＳＨ波は、屈折角４５度で管壁１１内部に入射し、管壁１１の外面１２と内面１３の間を反射しながら管長手方向Ｘに伝播するガイド波となる。そのため、このＳＨ波を解析することで、管壁外面１２のみならず、管壁内面１３及び管壁１１内部の損傷検査を行うことが可能となる。ところで、入射したＳＨ波を管内面１３にまで至らせるために、入射するＳＨ波をパルス波ではなく、複数の波の集合からなるバースト波を用いている。エネルギーが大きく、波を複数送信することで効率よくＳＨガイド波を発生させることができるからである。
【００１７】
図２（ｂ）は、管壁１１内部にＳＨガイド波を伝播させた際の、肉厚方向各点に作用する力の変位方向及びその大きさを模式的に示すものである。探触子２の管周位置直下の管壁１１にはそれぞれ剪断力が作用することとなり、この剪断力は管軸方向Ｘにのみ伝播する。換言すると、管周方向ＹにはＳＨガイド波が伝搬しにくいので、結果として管軸方向Ｘに対する指向性が強いものとなる。
【００１８】
後述する発明者らの実験によれば、探触子（送信子）２管周方向位置から管周方向４５度ずらした位置にあってはＳＨ波が観測されなかった。この実験結果からも、このＳＨ波は管周方向Ｙにはほとんど広がらず、管軸方向Ｘに伝播する極めて指向性の鋭い波であり、他のＳＨ波とは音速も相違する。よって、このＳＨガイド波を用いることで、探触子２を設置した管周位置における損傷部のみを観測することが可能であり、損傷部の管周方向位置を特定することができる。
【００１９】
次に、本発明にかかる管検査方法を用いて管を検査する際の実際の手順について簡単に説明する。先ず、探触子２を接触媒質を介在させた状態で管外面１２に設置する。そして、かかる位置で上述の検査を行った後、探触子２を管周方向Ｙに所定角度毎に移動させ、各移動位置毎に上述の検査を行う。欠陥信号が受信されると、その欠陥エコーＳ１の発生時間差と探触子２との管周方向Ｙ位置により、損傷部の座標が特定されることとなる。かかる検査を全管周に渡って行うことで、全範囲における損傷を把握することができる。
【００２０】
【実施例１】
発明者らは、本発明にかかるＳＨガイド波を用いる管検査方法が、管内部１４に液体Ｗがある場合にも適用可能であることを実証すべく、ＳＶ波（Ｌモード）を使用した場合と、本発明に係るＳＨガイド波を用いた場合との比較実験を行った。本実施例では、試験体として管外面１２に人工きずを有する３Ｂ配管を用い、人工きずまでの距離が１５００ｍｍとなる位置の管外面１２に探触子２を設置した。
【００２１】
図３は、ＳＶ波を用いた場合の受信波形であり、同図（ａ）は管内部１４に水Ｗが存在しない場合、同（ｂ）は管内部１４に水Ｗが存在する場合の振幅値の時系列分布であり、それぞれゲインを３６ｄＢとした。同（ａ）では、０．８８ｍｓで人工きずのエコーＳ１が観測され、１．０ｍｓで端面エコーＳ２がそれぞれ観測され、人工きずを明瞭に捉えていることがわかる。一方、管内部１４に水Ｗが存在する場合には、同（ｂ）に示すように、人工きずのエコーＳ１、端面エコーＳ２共に観測されなかった。
【００２２】
一方、図４は、本発明にかかるＳＨガイド波を用いた実験により得られた受信波形である。同図（ａ）は管内部１４に水が存在しない場合、同（ｂ）は管内部１４に水Ｗが存在する場合の振幅値の時系列波形であり、それぞれゲインを３６ｄＢとした。同図（ａ）、（ｂ）共に、０．８２ｍｓで人工きずのエコーＳ１が、０．９３ｍｓで端面エコーＳ２がそれぞれ観測され、ＳＨガイド波は管内部１４の液体Ｗによる減衰を受けることなく管壁１１を伝搬する波であることが確かめられた。
【００２３】
【実施例２】
発明者らは、ＳＨガイド波が指向性の鋭い波であることを実証すべく、探触子２を人工きずと同じ管周方向位置に配置した場合と、探触子２をその位置から管周方向Ｙに４５度ずらした位置に配置した場合との比較実験を行った。本実施例では、試験体として管外面１２に人工きずを有する２Ｂ配管を用い、人工きずまでの距離が４０００ｍｍ、管端面までの距離が４５００ｍｍとなる管外面１２に探触子２を設置した。
【００２４】
図５（ａ）は、探触子２を人工きずと同じ管周方向位置に配置した場合の受信波形であり、２．５５ｍｓで人工きずのエコーＳ１が、２．８ｍｓで端面エコーＳ２がそれぞれ観測された。一方、同図（ｂ）は、図（ａ）の探触子位置から管周方向Ｙに４５度ずらした位置に探触子２を配置した場合の受信波形であり、２．８ｍｓで端面エコーＳ２が観測されたが、人工きずのエコーは観測されなかった。発明者は、探傷部までの距離や管サイズを適宜変更して同様の比較実験を行ったところ、同様の実験結果を得た。よって、ＳＨガイド波は管周方向Ｙにほとんど広がらずに伝搬する、指向性の鋭い波であることが判明した。
【００２５】
最後に、本発明の他の実施形態の可能性について言及する。また、以下に示す各実施形態を適宜組み合わせて実施することも可能である。なお、上記実施形態と同様の部材には同様の符号を付してある。
【００２６】
上記実施形態では、管内部１４に液体Ｗが存在している状態を想起したが、液体Ｗの有無に関わらず本発明は実施可能である。
【００２７】
上記実施形態では、１の探触子で送受信を行う場合について説明したが、送信子及び受信子をそれぞれ別途設置して検査を行うようにすることも可能である。しかし、ＳＨガイド波は指向性の鋭い波であることから、送信子と受信子を管周方向Ｙに近接させる必要があるため、上記実施形態は実用性に優れている。
【００２８】
上記実施例では、２Ｂ配管、３Ｂ配管の検査を行う場合を例にとって説明したが、管外面に支持部材等を接触させる必要のない小径管であれば高精度な管検査が可能である。発明者らの実験によれば、少なくとも管径が３インチ以内の小径管であれば本発明にかかる管検査方法が十分有用である旨確かめられた。
【００２９】
上記実施形態では、損傷部として管外面１２における腐食部を検出する場合を例にとって説明した。しかし、管内面１３や、管壁１１内部における腐食・欠陥・空隙・異物混入等の損傷検査を行うこともできる。
【００３０】
上記実施形態では、損傷部として局所的な腐食が生じている場合を例にとって説明した。しかし、管周方向Ｙ及び／又は管長手方向Ｘに対して適宜走査することで、損傷部の３次元形状を把握することも可能である。
【００３１】
なお、特許請求の範囲の項に記入した符号は、あくまでも図面との対照を便利にするためのものにすぎず、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるＳＨ波による管検査方法に使用する管検査装置のブロック図である。
【図２】ＳＨガイド波を説明するための図であり、（ａ）は管長手方向の断面図、（ｂ）は管軸直交方向断面図である。
【図３】ＳＶ波（Ｌモード）を用いて管検査を行った際の受信波形であり、（ａ）は管内に水がない場合、（ｂ）は管内に水がある場合の受信波形をそれぞれ示す。
【図４】本発明に係るＳＨ波を用いて管検査を行った際の受信波形であり、（ａ）は管内に水がない場合、（ｂ）は管内に水がある場合の受信波形をそれぞれ示す。
【図５】探触子の位置を管周方向４５°ずらして配置した際のそれぞれの位置における受信波形であり、（ａ）は探触子を人工きずと同じ管周方向位置に配置した場合、（ｂ）は探触子を人工きずの位置から管周方向へ４５度変位させた場合の受信波形をそれぞれ示す。
【図６】表面ＳＨ波を説明するための図であり、（ａ）は管長手方向の断面図、（ｂ）は管軸直交方向断面図である。
【符号の説明】
１：管検査装置、２：探触子、３ａ：発振器、３ｂ：レシーバー、４：プリアンプ、５：フィルター、６：Ａ／Ｄコンバーター、７：パーソナルコンピューター、８：モニター、１０：管、１１：管壁、１２：管壁外面、１３：管壁内面、１４：管内部、２１：振動子、２２：楔、Ｗ：水（液体）、Ｌ１：探触子取付中心軸、Ｌ２：管壁外面法線、Ｘ：管軸（管長手）方向、Ｙ：管周方向、θ，θ’：入射角

Claims

探触子（２）から管壁（１１）にＳＨ波を送信すると共に、前記管壁（１１）を伝播し損傷部を透過し又は反射したＳＨ波を探触子（２）で受信することにより管（１０）の検査を行うＳＨ波による管検査方法であって、前記探触子（２）から前記管（１０）の長手方向（Ｘ）に向かって管壁（１１）の内部へＳＨガイド波を送信することを特徴とするＳＨ波による管検査方法。
管内部（１４）に液体（Ｗ）が存在することを特徴とする請求項１に記載のＳＨ波による管検査方法。
前記管壁（１１）に前記ＳＨ波を送信する際の入射角（θ）が前記管壁（１１）中でのＳＨ波の臨界角よりも小であり、前記ＳＨ波がバースト波であることを特徴とする請求項１又は２に記載のＳＨ波による管検査方法。
前記探触子（２）により前記管（１０）を管周方向（Ｙ）に走査することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＳＨ波による管検査方法。
１の探触子（２）により前記ＳＨ波の送受信を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＳＨ波による管検査方法。