JP2005241367A

JP2005241367A - 筒状体内面付着層の厚さ測定方法

Info

Publication number: JP2005241367A
Application number: JP2004050032A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Toda; 裕己戸田; Yorinobu Murata; 頼信村田; Shigeo Morisada; 重男森貞; Hirobumi Iguchi; 博文井口
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2004-02-25
Publication date: 2005-09-08

Abstract

【課題】筒状体内面の付着層の厚さを簡易かつ可及的に正確に測定でき、特に筒状体内面付着層が数百μｍまたは数十μｍの単位の厚さでも精密に測定できる方法を提供する。
【解決手段】一対の探触子２、３を検査対象の筒状体５の外面に設置し、所定範囲の周波数を変数として超音波を送受信することにより、筒状体５に板波を伝播させて探触子３に受信される超音波の振幅変化について所定周波数域内のピークおよびそのときの周波数を調べ、また前記筒状体２、３の内側面に付着物のない状態または付着層ａの厚さを多段階に設定した状態で両探触子２、３間に前記周波数域の超音波を送受信して、予め振幅変化のピークおよびそのときの周波数を調べておくと共にこれらの情報をデータベース化し、このデータベースから振幅変化がピークを示す周波数を検索し、検査対象の筒状体５内面付着層の厚さの推定値を求めることからなる筒状体内面付着層の厚さ測定方法とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、化学プラントなどにおける管、タンク、反応器、ドラムその他の筒状体（長手方向にスリットが形成された筒状体、すなわち溝状体や、一端（上面または底面）または両端の閉塞された筒状体であってもよい。）の側壁面、端壁面（上・底面）などの内容物に接する内面に付着した汚れ等の付着層厚を、筒状体の外部から測定する筒状体内面付着物の厚さ測定方法に関する。

一般に、化学プラントその他の工業用施設には、熱交換器や蒸留塔などに接続されるような配管などの筒状体が多数設置されており、これら配管の内側には使用時に通過する物質によって様々な汚れが付着する。

化学プラントの配管内に、原料の流体が結晶化などで固体化し、積層状態になるまで付着すると、流通抵抗が大きくなって製造効率が低下し、配管内圧力の上昇による安全性の問題や製品純度の低下など種々の問題が起こる可能性がある。

このような問題を起こさないように、定期的に管などの筒状体内は洗浄されているが、洗浄作業は、製造工程の一時的な停止を伴う作業であり、この作業が頻繁に必要になると製造効率も低化し、また経済的な損失も生じる。

実際、このような洗浄作業の非効率性をできるだけ改善するために、定期的に管などの内側の洗浄作業が行なわれているが、汚れの付着した程度を広い範囲で確実に調べることは困難であり、管などの内面に汚れが付着していても、外部からは流体の流れを阻害する程度の汚れであるかどうかはわかり難かった。

敢えて、管等の筒状体における内部に汚れが付着した量を測定する方法を挙げれば、筒状体外部から外周面に垂直に超音波を入射させ、付着層表面の反射波から内部の付着層の厚さを計測する、いわゆる垂直法が知られている。

一方、溶接部のある鋼板のように、板厚が各部で変化する薄板を超音波探傷方法で検査する際に、超音波による板波を用いた透過法が公知である（特許文献１参照。）が、この方法は、汚れの付着量を測定する方法としては採用された例がない。

特開平１１−１１８７７１号公報（特許請求の範囲）

前記した垂直法による筒状体の内面付着層の厚さ測定方法では、特に筒状体が薄肉の場合に正確な測定が困難となり、例えば、測定対象のパイプの肉厚が、５．５ｍｍ、付着層の厚みが数ｍｍである場合のように、薄くて付着物による減衰が大きい場合には、垂直法によって厚みを測定することは困難であった。

また、筒状体内部に均一に汚れの付着層が形成されているとは限らないので、垂直法によって検査対象の筒状体の一部を測定しても、筒状体全体の汚れの付着程度は把握できず、筒状体内の付着層の形成程度を広範囲について把握できるようにする筒状体内面付着層の厚さ測定方法が求められていた。

ところで、超音波により板厚の変化を知ることができる超音波探傷方法を実際の管やタンクなどに応用した場合、液体部分と固体部分でそれらの成分が類似していると密度に明瞭な境界が存在せず、実際の筒状体では反射波は得られないものと考えられる。

そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決して、送受信される超音波によって筒状体内面付着層の物性を広範囲に推定できるようにし、また筒状体内側に付着した固体部分と液体部分とで、それらの成分が同じであっても筒状体内面の付着層の厚さを簡易かつ可及的に正確に測定できるようにし、特に筒状体内面付着層が１０μｍから数百μｍの単位の厚さでも精密に測定できる方法にすることである。

上記の課題を解決するために、この発明においては、一対の探触子を検査対象の筒状体外面に設置し、両探触子間に所定範囲の周波数を変数として超音波を送受信することにより、筒状体に板波を伝播させて探触子に受信される超音波の振幅変化について所定周波数域内のピークおよびそのときの周波数を調べ、また前記筒状体の内側面に付着物のない状態または付着層の厚さを多段階に設定した状態で両探触子間に前記周波数域の超音波を送受信して、予め振幅変化のピークおよびそのときの周波数を調べておくと共にこれらの情報をデータベース化し、このデータベースから振幅変化が所定周波数でピークを示す情報を検索することにより、検査対象の筒状体内面付着層の厚さの推定値を求めることからなる筒状体内面付着層の厚さ測定方法としたのである。

上記したように構成されるこの発明の筒状体内面付着層の厚さ測定方法は、予め検査対象の筒状体の内側に付着する可能性のある物質を想定して、検査対象の筒状体の内面に前記物質からなる付着物のない状態または付着層の厚さを多段階に設定した状態で両探触子間に前記周波数域の超音波を送受信し、振幅変化のピークおよびそのときの周波数を調べておくと共にこれらの情報を検索可能なようにデータベース化しておく。

そして、検査対象の筒状体外面に一対の探触子を設置し、両探触子間に前記所定範囲の周波数の超音波を送受信することにより検査対象の筒状体に板波を伝播させ、探触子に受信される超音波の振幅変化について所定周波数域内のピークおよびそのときの周波数を調べ、この周波数を検索することにより、検査対象の筒状体内面付着層の厚さの推定値を求める。

このような物性の確認と厚さの推定方法は、好ましくは、付着層の材質毎に１０〜５００μｍ単位の厚さの違いを段階的に設定した多段階の付着層の厚さと、超音波（板波）の振幅変化のピークおよびそのときの周波数をコンピュータの記憶装置（メモリ）にできるだけ多くのデータとして検索可能な状態に記憶（データベース化）させておくことが好ましい。

例えば、付着層の厚さを０．５ｍｍ毎に設定し、好ましくは０．１ｍｍ毎、より好ましくは０．０1ｍｍ毎に設定し、この筒状体に板波として伝播する超音波の周波数と振幅の大きさ（振幅比などの相対振幅）との関係についてのデータを蓄積しておき、これを検索可能な状態でデータベース化し、このデータベースから振幅変化がピークを示す周波数を検索することにより、検査対象の筒状体内面付着層の厚さの推定値を求める。

また、前記した超音波の周波数は、例えば０．１〜１．００ＭＨｚを採用すればよく、好ましい周波数範囲は、０．２５〜０．５５ＭＨｚである。

また、付着物が、パラフィンおよびアクリル系樹脂から選ばれる一種以上の付着物である場合や、付着物層厚が２〜１０ｍｍである場合には、特に正確に測定できる筒状体内面付着層の厚さ測定方法になる。

この発明は、以上説明したように、データベースから振幅変化がピークを示す周波数を検索することにより、検査対象の筒状体内面付着層の厚さの推定値を求めることからなる筒状体内面付着層の厚さ測定方法としたので、管の外部から広い範囲の付着物の物性が確認でき、また筒状体内面の付着層の厚さを簡易かつ可及的正確に、特に数百μｍまたは数十μｍの単位で測定できるという利点がある。

また、超音波の周波数が、０．１〜１．００ＭＨｚである筒状体内面付着層の厚さ測定方法では、より確実に筒状体内面の付着層の物性および厚さを正確に測定できる利点がある。

なお、化学プラントにおいては、筒状体内面に付着した汚れの有無やその付着量は、筒状体の使用状態によって大きく異なるから、筒状体内面付着物の量を適宜に知ることにより、安全性の高い補修作業が可能になり、より効率的な補修プログラムの設定が可能になると共により最適な条件で筒状体を使用できるようになる。

この発明の筒状体内面付着層の厚さ測定方法である実施形態を、以下に添付図面に基づいて説明する。

図１に示すように、実施形態に用いる装置は、一対の送信側探触子２と受信側探触子３を検査対象の鋼鉄製筒状体（図は筒状体の一部の断面を示す。）５の外面に所定間隔を開けて設置し、両探触子２、３間に超音波を送受信することにより、筒状体５に板波６を伝播させる装置である。

このものでは、鋼鉄製筒状体５に伝播する板波６に対して、筒状体内面の付着層ａを伝播する波が干渉し、その干渉の程度は周波数によって大小変化する。このため、探触子３に受信される超音波の振幅変化について所定周波数域内でピークが現れる。なお、図中符号ｂは、溶液を示している。

そして、超音波の振幅変化について所定周波数域内のピークおよびそのときの周波数を調べ、また前記筒状体の内側面に付着物のない状態または付着層の厚さを多段階に設定した状態で両探触子２、３間に前記周波数域の超音波を送受信して、予め振幅変化のピークおよびそのときの周波数を調べておくと共に、これらの情報をデータベース化してコンピュータなどに蓄積しておく。

このデータベースから振幅変化がピークを示す周波数を検索することにより、検査対象の筒状体内面付着層の厚さの推定値を求めることができる。

この発明でいう筒状体の形状は、多角形筒体、円筒体もしくは楕円筒体、その他の周知形状の管、タンク、容器、反応器、ドラムなどであって、内部に物質を一時的に保持もしくは貯留または通過させ得るように、主要部が筒状に形成されている装置や設備の一部またはその全体であってもよく、特定の形状に限定されるものではない。また筒状体は、検査対象の筒状体ばかりでなく、事前にデータ収集のために、これと材質や大きさ（内外径等）が実質同一のものを用いてもよい。

また、この発明でいう筒状体は、筒の軸方向にスリットが形成された筒状体、すなわち溝状体も含まれるものであり、前述のように主要部や全体が筒状に形成されていればよく、タンクの底面のように大径の多角形筒体や角溝体の側壁や底壁のような、部分的にみると平板状のものも含む。より大略的にみると、筒状体内面は、内容物に接してこれを隔てる面であればよく、有機物などの内容物に接する隔壁面であればよい。

また、この発明における付着物は、一般には固形状またはゲル状の付着物であり、例えばパラフィンまたはアクリル系樹脂からなる付着物が代表的なものである。

この発明に用いる板波は、理想条件において厚さが有限で広さが無限な板に沿って伝搬する弾性波である。板波は、ラム（Lamb）波とＳＨ波の２モードに分けられ、このうちＳＨ波は、媒質中の粒子が、入射面に平行で、かつ伝搬方向に対して垂直な方向に振動して伝わる波である。また、ラム（Lamb）波は、厚さに対して充分な広さをもつ固体板中を縦波と横波が混在一体となって伝搬する波である。この横波は、ＳＶ波と呼ばれるものであり、ＳＶ波は媒質中の粒子の振動面が入射面に垂直で、かつ粒子が波の伝搬方向に対して垂直な方向に振動して伝わる波である。

因みに、固体に斜めから縦波を入射すると、縦波で伝搬していた波が境界面で反射し、その際、縦波と同時に横波が発生する。横波が境界面において反射する場合にも同じ現象が起こり、この現象をモード変換という。ラム（Lamb）波は無限にモード変換を繰り返し、縦波と横波が混在一体となって伝搬する波である。

図２に示すように、板波発生方法の代表的なものは、超音波の板への入射角を適当に選定する方法である。媒質（水）の縦波伝搬速度をＶｗ、媒質（例えば鋼）における位相速度をＶｐ、入射角をθとすれば、下記式の関係が成立するとき、位相速度Ｖｐをもつ板波モードを強勢に発生させることができる。
Ｖｐ＝Ｖｗ／sinθ

この発明でいうデータベースは、例えば、付着層の厚さを０から１０〜５００μｍ単位で多段階に設定した場合の付着層の厚さと、所定周波数域内で振幅変化がピークを示すときの振幅値または振幅比などの相対値と、そのときの周波数との関係について、これらを表やグラフまたは関係式で示したものであってもよく、特に振幅のピークを示す位置を特定するときに周波数のみで対応させることも可能である。

これらのデータベースは、コンピュータに対して周知のデータベース作成機能を有するアプリケーション（マイクロソフト社製エクセルのマクロなどを利用したデータベース構築用ソフト）を利用して、蓄積しておくことが好ましく、このデータベースから振幅変化がピークを示す周波数を検索することにより、検査対象の筒状体内面付着層の厚さの推定値を求めることができる。

筒状体内の付着層厚さの測定実験については、筒状体を想定して、それより測定しやすい鋼板製のバットであって中仕切りのあるものを採用した。中仕切りによって複数に区分けされたバットは、複数種類の基準付着物を各仕切り内側に付着させておくことができ、付着物の種類または層厚さの異なる条件で同時に複数の鋼鉄筒状体を想定した試験を行なうことができる。

図３および図４に示すように、鋼板製のバット１の底裏面には、送信側の探触子（トランスミッター）２および受信側の探触子（レシーバー）３を水溜４を介して接触させる。任意波形発生装置（LeCroy LW410）は、パワーアンプを介して送信側の探触子２に接続し、受信側の探触子３はパルサーレシーバーを介してオシロスコープと接続して測定装置を構成した。

測定に用いた想定付着物は、次の２種類である。
ａ．パラフィン（密度：１．０１１×１０³ｇ/ｍｍ³）
ｂ．アクリル系樹脂（密度：０．９６５×１０³ｇ/ｍｍ³）

上記の想定付着物の種類毎に、これらをそれぞれ０．５ｍｍの厚みの差で２〜１０ｍｍまでバットの内側底面に塗布し、また塗布しないものをブランク（なし）として、周波数が０．２５ＭＨｚから０．５５ＭＨｚまでの範囲で０．０５ＭＨずつ増加する条件で振幅比を測定した。なお、被覆層がない場合に周波数が０．４ＭＨの条件における受信側の探触子３に測定される振幅を１として、その他の測定される振幅は比で示した。前記した具体的な測定手順に従って、想定付着物が２ｍｍ、２．５ｍｍ、３ｍｍ、３．５ｍｍ平均のパラフィンである場合の振幅比を図５に示し、想定付着物が４ｍｍ、４．５ｍｍ、５ｍｍ、５．５ｍｍ、６ｍｍ、６．５ｍｍ平均のパラフィンである場合の振幅比を図６に示し、想定付着物が７ｍｍ、７．５ｍｍ、８ｍｍ、８．５ｍｍ、９ｍｍ、９．５ｍｍ、１０ｍｍ平均のパラフィンである場合の振幅比を図７に示した。

図５〜７の結果からも明らかなように、筒状体に板波を伝播させて探触子に受信される超音波の振幅変化について所定周波数域内のピークおよびそのときの周波数の値は、付着層の厚さを多段階に設定した状態でそれぞれ異なっていた。

したがって、検査対象の筒状体に伝播する板波の周波数変化から付着層厚さを評価することは、付着物質ごとの周波数変化特性のデータを、予め求めておくことによって可能であることがわかる。

特に図５に示したように、液状のパラフィンに接する固形パラフィン付着層の厚さが２ｍｍ〜３．５ｍｍの場合には、付着層が厚くなるほど周波数は小さくなり、付着層の厚さの違い（５００μｍ単位）と周波数のシフト（図中のＸ軸方向のずれ）が明瞭に対応していることがわかる。

これにより、筒状体内に同一のパラフィンの成分からなる付着層と液層があっても、筒状体を伝播する板波のピークがある周波数、好ましくはその振幅比を測定することにより、図５のグラフ（データベース）に示される振幅変化のピークおよびそのときの周波数との一致する波形から固形パラフィン付着層の厚さを知ることができる。

実施形態の筒状体内面付着層の厚さ測定方法の説明図板波発生方法における探触子の入射角の説明図実施形態の筒状体内面付着層の厚さ測定方法に用いる装置のブロックダイヤグラム実施形態の筒状体内面付着層の厚さ測定方法に用いる装置を模式的に説明する正面図付着物がパラフィンである場合の周波数と振幅比の関係を示す図表付着物がパラフィンである場合の周波数と振幅比の関係を示す図表付着物がパラフィンである場合の周波数と振幅比の関係を示す図表

符号の説明

１バット
２送信側の探触子
３受信側の探触子
４水溜
５筒状体

Claims

一対の探触子を検査対象の筒状体外面に設置し、両探触子間に所定範囲の周波数を変数として超音波を送受信することにより、筒状体に板波を伝播させて探触子に受信される超音波の振幅変化について所定周波数域内のピークおよびそのときの周波数を調べ、また前記筒状体の内側面に付着物のない状態または付着層の厚さを多段階に設定した状態で両探触子間に前記周波数域の超音波を送受信して、予め振幅変化のピークおよびそのときの周波数を調べておくと共にこれらの情報をデータベース化し、このデータベースから振幅変化が所定周波数でピークを示す情報を検索することにより、検査対象の筒状体内面付着層の厚さの推定値を求めることからなる筒状体内面付着層の厚さ測定方法。
情報をデータベース化する付着層が、１０〜５００μｍの厚さの違いで段階的に設定されている付着層である請求項１に記載の筒状体内面付着層の厚さ測定方法。
超音波の周波数の所定範囲が、０．１〜１．００ＭＨｚである請求項１または２に記載の筒状体内面付着層の厚さ測定方法。
付着物が、パラフィンおよびアクリル系樹脂から選ばれる一種以上の付着物である請求項１〜３のいずれかに記載の筒状体内面付着層の厚さ測定方法。
付着層厚が、０〜１０ｍｍである請求項１〜４のいずれかに記載の筒状体内面付着層の厚さ測定方法。