JP2006010646A - 鋼管内面劣化検知方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄、ニッケル、コバルトあるいはこれらの強磁性体元素を含む合金からなる鋼管内部に生じた腐食や侵食などによる劣化を正確に検出し、部材内面の広範囲に及ぶ劣化部位、局部的変化がなく一様または面状に劣化しているもの、亀裂や陥没がほとんどない軽微な腐食劣化などにおいても、高精度で定量的に劣化検出ができる方法と装置を提供する。
【解決手段】強磁性体合金あるいは強磁性体元素を含む合金からなる鋼管に配設した励磁手段に励磁電流を流して磁気飽和の状態として透磁率を略均一化した状態において、前記鋼管に透過磁束を発生させ、前記鋼管に巻回して配設した検出手段により所定位置における誘導電圧を検出し、鋼管と同一または同等の鋼管から、鋼管断面積と誘導電圧との関係データを含む基準情報を取得してそれを保有し、検出された誘導電圧と基準情報とを比較することにより鋼管の断面積を取得して、鋼管内面の劣化を検知することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、送配電線用パイプ鉄塔、水力・火力あるいは原子力発電所のボイラ配管や水力発電所の送水管および地中埋設鋼管等のような中空体状の鉄／ニッケル／コバルトあるいはこれらの強磁性体元素を含む合金からなる鉄製材料（以下、鋼管という）の腐食や亀裂等による劣化の程度を検知(判定)する鋼管内面劣化検知方法または装置に関するものである。

電力線鉄塔・発電所などのボイラ配管・建物の構造材・パイプ材料・地下埋設管等に使用されている鋼管は、その材料・使用期間・設置されている環境状態等の影響にもよるが、その内部では腐食や亀裂等が生じて劣化しているものがある。鋼管の外面の状況は目視でも判断されるので点検は可能ではあるが、内面の状況に関してはその点検は容易ではない。従来から鋼管の内部に小型の点検装置や検知ファイバ装置等を挿入して点検する案もあるが、作業が大変で時間がかかるうえにコストが高くつくので、広範囲で多数個所の点検には不向きである。また、鋼管の設置場所や配置構造、鋼管の内部構造やサイズ等によっては、内部に点検装置を挿入することができない場合もある。なお、鋼管は中空体であって、その断面は丸形が基本であるが、他にも四角形や三角形など種々のものがある。

このような現状であるので、鋼管の内部点検にあたっては、簡易的に鋼管を叩いて内部状況を判断する打撃による手法が、従来から一般的に行なわれていた。しかし、この方法では熟練した点検者の経験と勘に頼っているところが多く見られ、個人差があるうえに裏付けのある定量的なデータ等を取得することができず、鋼管を管理する面では正確な寿命や良否の判断がつきにくかった。
特開平１１−４４６７４号公報

このような従来の技術の事情に鑑み、本出願人は特願平9-215670（特開平11-44674号公報参照）を先に特許出願して、鋼管等の内部劣化を検知する技術の革新を試みた。この出願は、鋼管を囲んで配置設定された２つの励磁コイルの中間位置の透過磁束密度を測定し、その変化から劣化部位を特定して劣化検出する方法であり、鋼管等を外側から容易に内部を点検できる装置として実用性が高く優れたものである。この出願によれば、鋼管内部にある亀裂・穴明き・陥没等のような局部的または狭い範囲の劣化個所においては、高精度な劣化検出が可能となっている。

しかしながら、この出願では、鋼管測定部材の健全部と劣化部との相対比較を比較的狭い範囲で行なって劣化検出を行なう方法であるため、腐食や侵食などのように劣化が部材内面の広範囲に及んでいる場合や、あまり局部的変化がなく一様に同じ状態で劣化している場合においては、この出願の方法では精密な劣化検出が難しいことがあった。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、強磁性体材料からなる鋼管内部に生じた腐食や侵食などによる劣化を正確に検出または判定することを第一とし、部材内面の広範囲に及ぶ劣化部位、局部的変化がなく一様または面状に劣化しているもの、亀裂や陥没がほとんどない軽微な腐食劣化などにおいても、高精度で定量的に劣化検出(判定)ができる方法と装置を提供し、以て設備の維持管理を安全容易ならしめることを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明の鋼管内面劣化検知方法およびその装置は、次のような手段を用いた。なお、付した符号は図面のそれに一致する。
（１）鉄、ニッケル、コバルトなどの強磁性体合金あるいはこれらの強磁性体元素を含む合金からなる鋼管に配設した励磁手段に励磁電流を流して磁気飽和の状態として透磁率を略均一化した状態において、前記鋼管に透過磁束を発生させ、前記鋼管に巻回して配設した検出手段により所定位置における誘導電圧を検出し、
前記鋼管と同一または同等の鋼管から、鋼管断面積と誘導電圧との関係データを含む基準情報を取得してそれを保有(保持)し、
検出された前記誘導電圧と前記基準情報とを比較することにより前記鋼管の断面積を取得して、前記鋼管内面の劣化の程度を検知(判定)する鋼管内面劣化検知(判定)方法とした。

（２）(１)の鋼管内面劣化検知方法において、
前記誘導電圧と前記基準情報とは、鋼管材料の磁束密度が飽和する飽和領域で検出または取得される。

（３）鋼管１０に励磁電流を流して透過磁束を発生させる励磁コイル１２と、
鋼管１０に巻回して配設されて所定位置における誘導電圧を検出する検出コイル１４と、
前記鋼管１０と同一または同等の鋼管から、鋼管断面積と誘導電圧との関係データを含む基準情報を取得してそれを保有する手段と、
検出された前記誘導電圧と前記基準情報とを比較することにより前記鋼管１０の断面積を取得して、前記鋼管１０の内面の劣化の程度を検知(判定)する手段と、を備える鋼管内面劣化検知(判定)装置とした。

（４）(３)の鋼管内面劣化検知装置において、
前記励磁コイル１２は、前記鋼管１０の表面に巻回配置されて磁気回路を形成するよう構成される。
（５）(３)の鋼管内面劣化検知装置において、
前記励磁コイル１２は、鋼管１０の外部に配置されて鋼管１０に磁気回路を形成するよう構成される。

本発明によれば、上述したような構成により、次のような優れた効果を発揮する。なお、次に示す効果の記載は、上記の手段(１)〜(５)に対応している。
（１）検出されたこの誘導電圧と予め保有している基準情報とを対比または比較することにより鋼管の内面劣化を検知する鋼管内面劣化検知方法としたので、局部的な亀裂や凹凸などだけではなく、腐食・侵食などのような広範囲に及ぶ劣化が定量的に検知(判定)できるようになった。
（２）この誘導電圧とこの基準情報とは、鋼管材料の磁束密度が飽和する飽和領域で検出または取得されることで、正確な相関関係を有するデータが得られる。

（３）検出されたこの誘導電圧と予め保有している基準情報とを対比または比較することにより、鋼管の断面積を判断して鋼管の内面劣化を検知(判定)できる実用的な鋼管内面劣化検知装置が得られたので、現場で多いに活用して、容易に鋼管の劣化を判定することができる。
（４）この鋼管内面劣化検知装置は、励磁コイルは鋼管表面に直に巻回配置されて磁気回路を形成するよう構成されるので、装置の構造は安定していて励磁コイルからの磁束の漏れも少なく、極めて正確な鋼管内面劣化検知が可能となる。
（５）この鋼管内面劣化検知装置は、励磁コイルは鋼管外部に配置されて鋼管に磁気回路を形成するよう構成されているので、励磁コイルを直に鋼管表面に巻き付けたりする手間がかからず、作業性よく簡単で便利に効率良い装置を用いて、優れた鋼管内面劣化検知が可能となる。また、（５）における直巻きタイプの装置とこの磁気回路タイプの装置の２種類を、必要に応じてそれぞれ使い分けて使用することができる。

まず始めに、本発明による鋼管内面劣化検知方法および装置についての理論的検討を行なったので、それを説明する。
鋼管に巻き付けた励磁コイルに交流電流を流すと、励磁電流Ｉは、
Ｉ＝Ｉ_０sin(２πｆt＋ψ) ……… (１)
ここで、Ｉ_０：最大電流値、ｆ：周波数、t：時間、ψ：初期位相角、
となり、電流により鋼管内部に磁界が生じる。
ここで、磁界の強さＨと電流Ｉとの関係 Ｈ∝Ｉにより、
そのときの鋼管内部の磁束密度Ｂは
Ｂ＝(μ_０Ｈ＋Ｊ)sin(２πｆt＋ψ) ……… (２)
ただし、磁界密度Ｊは、Ｊ＝μ_０(μ_Ｓ−１)Ｈ、となり
ここでは、μ_０：真空中透磁率、μ_Ｓ：比透磁率、である。
よって、磁束数φは、Ｓ：鋼管断面積とすれば、φ＝ＢＳの関係により
φ＝Ｓ(μ_０Ｈ＋Ｊ)sin(２πｆt＋ψ) ……… (３) となる。

そして、検出コイルに発生する誘導電圧ｅは、検出コイル巻き数をＮ_２とすると、式 ｅ＝−Ｎ_２(dφ／dt) により 時間ｔで微分して
ｅ＝−２πｆＮ_２Ｓ(μ_０Ｈ＋Ｊ)cos(２πｆt＋ψ) ……… (４)
となり、これを実効値で表すと
ｅ＝√２πｆＮ_２Ｓ(μ_０Ｈ＋Ｊ) ……… (５)
が得られる。

図３は、本発明による鋼管内部劣化検出装置の基本的構成の要部を示す図である。円筒状で中空体の鋼管１０の外表面には、巻回されて配設された励磁コイル１２と検出コイル１４が備えられている。励磁コイル１２から発生した透過磁束は磁束１３で示され、検出コイル１４で誘導電圧ｅが検出される。また、鋼管１０の断面１１は鋼管断面積Ｓを有する。このような基本構成を備えた装置において、(５)式を参照する。鋼管の材料となる鉄のような強磁性体の場合は、磁化の強さＪは一定の値をとらないため、誘導電圧ｅと鋼管断面積Ｓとの相関関係を把握するのは、一般的には困難であると考えられる。しかし、磁界の強さＨを大きくすると磁化の強さＪは飽和して一定の値をとるようになるため、その飽和領域においては、誘導電圧ｅと鋼管断面積Ｓとの間に、傾きが√２πｆＮ_２(μ_０Ｈ＋Ｊ)である一定の相関関係が成り立つのは、式(５)から明らかである。

図４(１)は、磁界の強さＨと誘導電圧ｅの関係を示すグラフ図であり、磁界の強さＨは、ある点（飽和点）を過ぎると磁束密度が飽和する飽和領域に入る。そこからさらにＨが大きくなると、誘導電圧ｅとの間に傾きが一定の相関関係が成り立ってくるが、その様子をグラフに示す。
図４(２)は、飽和領域における鋼管断面積Ｓと誘導電圧ｅの関係を示すグラフ図であり、誘導電圧ｅと鋼管断面積Ｓとの間に傾きが√２πｆＮ_２(μ_０Ｈ＋Ｊ)である式(５)による一定の相関関係が成り立つ様子を示す。
このように、飽和領域においては、誘導電圧ｅと鋼管断面積Ｓと間には式(５)による一定の相関関係が成り立つので、磁束密度が飽和する飽和領域においては、検出コイルの誘導電圧を測定検出することにより、鋼管断面積が把握できるようになる。

そして、劣化する前の健全な鋼管の鋼管断面積のデータを基準情報（基準値）として取得し保有しておけば、測定検出した劣化鋼管における鋼管断面積データとその基準情報とを対比または比較することによって、劣化鋼管における鋼管肉厚値（断面積の減耗量）が定量的に得られ、劣化の判断ができるようになる。
基準情報（基準値）を取得するための健全な鋼管(基準となる鋼管)としては、劣化判定される鋼管と同一の(同じ)鋼管か、同等(均等)とみなせる鋼管が用いられる。すなわち、劣化判定される鋼管と材質／形状／内径／外形などの仕様(スペック)が全く同じである鋼管があればそれを用いるし、全く同じ鋼管がないときには、劣化判定される鋼管と同等または均等と当業者がみなせるものを用いることができる。

鋼管部材等に用いられる強磁性体材料は、磁束密度に影響を及ぼす透磁率が局所的に異なり、これに伴い磁束の大きさも異なってくる。そこで、強い磁化（すなわち励磁電流）を与えて磁気飽和の状態として、透磁率を均一化してしまうのがよい。このような飽和状態において誘導電圧を測定検出した情報データ等は、基準情報（基準値のことであり、ここでは基準誘導電圧値をいう）として取得して保管される。そして、これら基準値のデータ類は、本発明における「基準情報」となり、劣化鋼管のデータと対比または比較されることで、鋼管の断面積や肉厚値に減耗(減少）があったことが定量的に取得され、劣化判断に活用される。

具体的な劣化の判定においては、基準となる鋼管の断面積に比べての、劣化判定される鋼管の断面積の減耗量の大きさが算定されて、それに応じて劣化の程度が判定される。例えば、今回測定された鋼管の劣化の度合として「かなり大(相当に劣化が進んでいる、取替えを要す)／大(今後かなり注意を要す)／やや大(今後注意を要す)／中程度／小ない／わずかにあり／なし」などのように判定される。

次に、本発明にかかる鋼管内面劣化検知方法およびその装置に関して、原理の確認や基準情報取得等のための各種試験や検討等を実施したので、その結果について説明する。
試験用の鋼管には、劣化のない健全な基本標準鋼管を用いており、試験条件等は、次に示すとおりである。
1)鋼管：管の外形φ＝４８.６mm、肉厚ｔ＝１.０、３.０、５.０mmの３種類。
2)励磁コイル：コイル太さφ２.０mm、コイル巻き数１００ターン
3)検出コイル：コイル太さφ２.０mm、コイル巻き数１０ターン
4)周波数：５０Hz
5)励磁コイルと検出コイルのコイル間距離：５mm

図５は、励磁電流Ｉ(A)と等価比透磁率μ_Ｓとの関係を示し、鋼管肉厚別にｔ＝１.０、３.０、５.０mmの３種類について求めたものである。これで見ると、鋼管肉厚ｔが薄いほど等価比透磁率μ_Ｓは全体的に高くなっていて、励磁電流(A)が小さい領域では鋼管肉厚によって等価比透磁率μ_Ｓに差があるものの、励磁電流(A)が大きい領域になるにつれ、等価比透磁率μ_Ｓは徐々に飽和して一定になっていくことが分かる。

図６は励磁電流Ｉ(A)と誘導電圧(Ｖ)との関係を示す。ここでは、３種類の鋼管を用いて（鋼管の外形はφ＝４８.６mm、肉厚ｔ＝１.０、３.０、５.０mm）試験を実施し、厚さの異なる鋼管における励磁電流Ｉ(A)と誘導電圧(Ｖ)との関係についての実験値を得た。また、実験値とは別に、(１)式を基にその計算値を求めた。
得られたデータより、それらの比較を試みると、図６のような関係が得られたが、ここに示すように実験値と計算値とはほぼ一致する結果となった。
また、図５および図６により、誘導電圧ｅ(Ｖ)は鋼管断面積Ｓに依存していることが明らかに示されている。

図７および図８は、飽和領域における鋼管断面積と誘導電圧との関係を求めた図である。
図７においては、試験用の鋼管には、劣化のない健全な基本標準鋼管を用いており、試験条件等は、次に示すとおりである。
1)鋼管：管の外形φ＝１０.０mm、肉厚ｔ＝０.５、０.７、１.０mmの３種類。
2)励磁コイル：コイル線径φ１.０mm、コイル巻き数１００ターン
3)検出コイル：コイル線径φ１.０mm、コイル巻き数１０ターン
4)周波数：５０Hz
5)励磁コイルと検出コイルのコイル間距離：５mm

図７(１)は励磁電流Ｉ(A)と誘導電圧(Ｖ)との関係を示す飽和特性グラフで、図７(２)は、図７(１)を基にして飽和領域（７Ａ）における鋼管断面積と誘導電圧の相関関係を直線グラフに示した図である。この図のグラフから基準情報を取得しておき、劣化鋼管から検出された誘導電圧をこの基準情報と比較するから劣化した鋼管の断面積が得られることになり、ついては、肉厚値（減耗量）が定量的に取得されることにもなり、劣化の判断がなされる。

図８は、図７とは別の実験例であるが、試験用の鋼管には図７と同様に劣化のない健全な基本標準鋼管を用いており、試験条件等は、次に示すとおりである。
1)鋼管：管の外形φ＝４８.６mm、肉厚ｔ＝１.０、３.０、５.０mmの３種類。
2)励磁コイル：コイル線径φ２.０mm、コイル巻き数１００ターン
3)検出コイル：コイル線径φ２.０mm、コイル巻き数１０ターン
4)周波数：５０Hz
5)励磁コイルと検出コイルのコイル間距離：５mm

図８(１)は励磁電流Ｉ(A)と誘導電圧(Ｖ)との関係を示す飽和特性グラフで、図８(２)は、図８(１)を基にして飽和領域７Ａにおける鋼管断面積と誘導電圧の相関関係をグラフに示した図である。図７と同様に、この図のグラフからも基準情報が取得され、劣化の判断において活用される。

図９は、試験結果から得られた基準情報の一例を示す。これは、劣化のない健全な基本標準鋼管を用いて、磁束密度飽和領域における鋼管断面積と基準誘導電圧の一定の相関関係を求めたものである。図９では、同一材質で外径が異なる３サイズの鋼管における鋼管断面積Ｓ(mm^２)と基準誘導電圧Ｖ(mＶ)について、求められた特性相関関係を示しており、これらが基準情報となる。ここで用いられた鋼管の種類は、鋼管Ａは外径φの比較的大きめの鋼管、鋼管Ｂは外径φが一般的な大きさの鋼管、鋼管Ｃは外径φの比較的小さめの鋼管、の３種類であった。

図９に示すデータはあくまでも一例ではあるが、このようなデータを基準情報として、劣化鋼管の所定位置での誘導電圧を測定すれば、その位置における鋼管断面積を求めることができる。すなわち、これらの基準情報をあらかじめ取得または保有しておけば、これらと測定データとを比較することで鋼管断面積のデータが得られ、ひいては鋼管の劣化の判定ができるものである。

図１０は、本発明による方法および装置を用いて、実際に劣化鋼管を測定したデータを示す。劣化鋼管は、基本標準鋼管として外径φ＝７６.３mmで肉厚ｔ＝２.８の鋼管が劣化したものを用いた。図１０は、劣化鋼管の管端から順に誘導電圧を測定して、誘導電圧と管端からの距離とをグラフデータとしてまとめて示したものである。基準情報として、肉厚ｔ＝２.８のときの誘導電圧を基準値として用いれば、この基準値と実際に測定した劣化鋼管の誘導電圧と比較することで劣化の判定をする。図１０でみると、誘導電圧の大きな低下がある位置においては断面積（肉厚）の減少があり、基準情報（基準値）と対比することで減耗量の定量化ができる。

さてここで、図１を参照して装置の構造の一例について説明する。測定対象となる鋼管１０には、励磁コイル１２と検出コイル１４が巻回されて配設されている。検出コイル１４は鋼管１０を中心軸方向に移動しながら、多数の所定位置で誘導電圧を検出する。ロータリーエンコーダ１６では、検出コイル１４の軸方向の移動距離を検出する。

発信機１８から出力される正弦波交流電圧が増幅器２０で電力増幅されて、直列接続されている励磁コイル１２に印加され、透過磁束密度の磁束が励磁される。その透過磁束密度は検出コイル１４で検出され、その検出された電圧が、増幅器２２で電圧増幅されてＡ／Ｄ変換器２４に与えられる。また、このとき、検出された電圧をオシログラフ（図示せず）にも与えて、目視で電圧の変化を確認できるように構成してもよい。そして、ロータリーエンコーダ１６の検出信号は、カウンタ２８に与えられ、移動距離に応じた信号が出力されて、Ａ／Ｄ変換器２４に与えられる。

Ａ／Ｄ変換器２４は、検出コイル１４による検出電圧とロータリーエンコーダ１６による移動距離に応じた信号が出力をそれぞれデジタルデータに変換する。そして、これらのデジタルデータが中央演算装置３０に与えられて検出電圧と移動距離との対応データとして記憶装置３２に記憶される。
この記憶装置３２に記憶されたデータが、演算処理部３４に読み込まれ、キー操作部３６の操作による処理命令および判定用データベース３８からの判定用データに基づいて適宜処理され、鋼管の劣化の判断がなされ、その結果が表示部４０で表示画面等に表示され、またこれらの処理データが記憶部４２に記憶保存される。
本発明における基準情報は、判定用データベース３８で予め保有されており、測定で検出された誘導電圧で得られたデータ類は、演算処理部３４においてこの基準情報と比較検討されて、劣化の検知・判定がなされる。

そして、図１の装置では、励磁コイル１２・検出コイル１４およびロータリーエンコーダ１６により励磁検出部４４が構成されており、発信機１８・増幅器２０・増幅器２２・Ａ／Ｄ変換器２４・カウンタ２８・中央演算装置３０および記憶装置３２により計測部４６が構成されており、さらに、演算処理部３４・キー操作部３６・判定用データベース３８・表示部４０および記憶部４２に本体部４８が構成されている。

この励磁検出部４４・計測部４６・本体部４８のうち、励磁検出部４４と計測部４６とは、鋼管の劣化検出する個所に直接配置されるので、検査検出作業をする鋼管鉄塔上や地下の埋設鋼管位置などの検出個所に、持ち運ばれて直に設定される。また、本体部４８は検出個所からは離れた場所に設置してもよいので、検査員らが監視や管理等がしやすい地上の安定した場所に設置されるのがよい。

図１のかかる構成において、鋼管１０に励磁電流を流して透過磁束を発生する励磁手段（ここでは励磁コイル１２）と、この鋼管１０に巻回配設され所定位置での誘導電圧を検出する検出手段（ここでは検出コイル１４）とにおいて、誘導電圧を検出する。得られた誘導電圧のデータは、測定位置（ここでは、管端からの距離）がロータリーエンコーダ１８などにより判明しているので、図１０に示したように、誘導電圧と鋼管位置の関係データが得られる。
このデータと、劣化判定される鋼管と同一または同等(均等)とみなせる鋼管から予め取得されてそれを保有している基準情報とを、対比または比較することにより鋼管の内面劣化を検知または判定できるようになる。

ここでの、予め保有(保持)している基準情報とは、鋼管の材料・種類・管径などから見て、劣化判定される鋼管と同一の(同じ)鋼管からか、同等(均等)とみなせる鋼管から取得された各種のデータを含んでおり、とりわけ「誘導電圧と鋼管断面積」の関係データは肝要である。
図７(２)、図８(２)、図９に示す基準情報は「誘導電圧と鋼管断面積」の関係データであり、これは鋼管材料の磁束密度が飽和する飽和領域で検出または取得されたデータから得られた基準情報である。これらの基準情報は、検知の対象となる鋼管の種類や材料等を予め調査しておいて、前もって実験室的に求めておくことができるし、それを判定用データベース３８に記憶保存しておく。そして、演算処理部３４では、これらの基準情報を基にして、得られたデータ類との対比または比較することによって、鋼管の内面劣化の程度の判定や検知を行なう。

次に、図２を参照して、本発明による検知装置の別の例について、その構造を説明する。図１と基本的な構成は同じではあるが、励磁検出部４４における励磁コイル１２の磁束の発生の仕方が異なっている。
図１においては、励磁コイル１２は、鋼管表面で巻回配置されて磁気回路を形成していたが、実用上は、励磁コイル１２を直に鋼管表面で巻き付けするわけにはいかないので、励磁コイル１２を半割りの収納ケースに入れて、ケース毎鋼管の外面を取り巻くように設定している。しかし近年のように、鋼管が大型化してくると、コイル巻き数も増加し、数百ターン以上のコイルケースに収納して鋼管を巻きつけることは、大変面倒なことになる。

そこで、測定する鋼管の外部に配置したままで磁気回路を形成するという視点で本発明を構築してみた。図２に示すように、コイル保持体１２Ａは励磁コイル１２が巻き付けられており、ここから両側に延長する鋼管取付部１２ａを介して、励磁コイル１２はその中心軸が測定する鋼管１０と略水平になるよう位置設定がなされていている。しかし、このような構成を用いると、鋼管が大型になるにつれて、測定する鋼管を飽和させるためには多くの磁束を検出コイルまで送り届けなくてはならない。
そこで、磁気回路を構成する鉄鋼材料からなるコイル保持体１２Ａの中心基体１２ｂは、測定する鋼管の断面積よりも大きく設定することが望ましいし、また、コイル保持体１２Ａと延長する鋼管取付部１２ａは、鋼管１０と電気的に接触させた状態に保持することが望ましい。

図１１は本発明による鋼管内面劣化検知装置のイメージ図である。
図１１(１)は図１に示した直巻きタイプの装置であり、励磁部１２Ｃは励磁コイル１２等の励磁手段を内設し、検出部１４Ｃは検出コイル１４等の検出手段を内設する。励磁部１２Ｃと検出部１４Ｃとは、非磁性体材料からなる連結部１４ｂを介して一体的に連結されて構成がなされる。この装置は全体が略円筒形をなしており、装置が鋼管１０の長手方向に容易に移動できるように、内径Ｒ２は鋼管１０の外径Ｒ１に合わせて形成されている。

図１１(２)は図２に示した磁気回路タイプの装置であり、励磁部１２Ｃは励磁コイル１２等の励磁手段を内設し、検出部１４Ｃは検出コイル１４等の検出手段を内設する。励磁部１２Ｃは、両端側から延長する鋼管取付部１２ａを介して、その中心軸が測定する鋼管１０と略水平になるよう位置設定がされて鋼管１０に取付けされる。検出部１４Ｃは非磁性体材料からなる連結部１４ａにより、鋼管取付部１２ａに位置固定されている。装置は鋼管１０とで相互移動ができるように構成されており、鋼管取付部１２ａの内径Ｒ３は、鋼管１０の外径Ｒ１に合わせて形成されている。

そして、鉄塔・電柱上や地下洞道などの危険で不安定な場所での作業を鑑みると、次のような改善が成されるよい。
＜軽量化＞ 磁気回路タイプにおいては、コイル保持体１２Ａの材料に普通の鉄鋼材料を用いると重くなってしまうので、透磁率のなるべく高い材料にして、体積が小さくとも、多くの磁束を通すようにするとよい。これにより装置の軽量化がなされて、持ち運びが楽で便利になり作業性も向上する。

＜鋼管への取付けアタッチメント＞ (１)直巻きタイプと(２)磁気回路タイプの２種類いずれにおいても、予め円環筒状体に設定してある励磁部１２Ｃまたは鋼管取付け部１２ａを鋼管端部１０ａから挿入して所定位置に設定することは、現場での作業としては不可能に近い。
よって、円環筒状体となっている検出部１４Ｃ、励磁部１２Ｃ、鋼管取付部１２ａは、半割のビス留め方式などにして、取付け易いものとするのがよく、鋼管１０の端部１０ａから通さずとも、横方向から鋼管にセットできる構造のものとするのがよい。こうした管を把持または握持する構造については、従来からある技術を適宜採用すればよいので、ここでは詳述しない。

＜鋼管端部の測定の確立＞ 図１１(１)を参照したとき、検出部１２Ｃ（励磁コイル）が鋼管１０の端部１０ａに近づくと、磁界がプレート等の影響により磁界の乱れが起こり、肉厚値の把握ができなくなることがある。そのためには、励磁コイルの端部に高透磁率物質を取り付けて磁気遮蔽部１２ｐを設けるとよい。高透磁率物質としては、パーマロイなどの材料が適当である。

＜励磁コイルの兼用化＞ 図１１(１)を参照したとき、使用されている鋼管鉄塔等の外径サイズＲ１に合うように、円環筒状の励磁磁コイルの内径Ｒ２を各サイズ製作するとすれば、多種類の励磁コイルが必要となる。鋼管鉄塔等の外径サイズＲ１と励磁コイルの内径Ｒ２とに、あまり大きなギャップが生じるような場合だと、磁束コイルから発生する磁束が大気中に漏れてしまい、効率が悪くなる心配がある。
ところが、発明者らの実験によれば、電圧に低下が起きたとしても電圧は一様に低下していることがわかった。よって、励磁コイルの内径Ｒ２と測定する鋼管の外径Ｒ１とにギャップが各種あったとしても、一つの励磁コイルでの検出測定が可能となる。

本発明によれば、鋼管内部に生じた腐食や侵食などによる劣化を正確に検出し、部材内面の広範囲に及ぶ劣化部位、局部的変化がなく一様または面状に劣化している鋼管や、亀裂や陥没がほとんどない軽微な腐食劣化などがある鋼管においても、高精度で定量的に劣化検出ができ、測定する現場への適応性にも優れる鋼管劣化検知方法と装置を提供できたので、例えば、電力エネルギー分野においては、鉄塔・電柱・送水管・ボイラ配管・地下洞道などに使われている鋼管の劣化判定にそのまま適用することができるし、また、劣化する可能性がある鋼管が使われている他の産業分野においても、その利用可能性は極めて大きい。

本発明による鋼管内部劣化検出装置の基本的構成の一例を示す図である。 本発明による鋼管内部劣化検出装置の基本的構成の別の例を示す図である。 本発明による鋼管内部劣化検出方法および装置の基本的構成の主要部を説明するための図である。 (１)は、磁界の強さＨと誘導電圧ｅの関係を示すグラフ図であり、(２)は、飽和領域における鋼管断面積Ｓと誘導電圧ｅの関係を示すグラフ図である。 鋼管肉厚別に求めた励磁電流Ｉ(A)と等価比透磁率μ_Ｓとの関係を示す比較グラフ図である。 鋼管肉厚別に求めた励磁電流Ｉ(A)と誘導電圧(Ｖ)との関係を示す実験値と計算値との比較クラフ図である。 (１)は励磁電流Ｉ(A)と誘導電圧(Ｖ)との関係を示す飽和特性グラフで、(２)は、図７(１)を基にして飽和領域（７Ａ）における鋼管断面積と誘導電圧の相関関係を直線グラフに示した図である。 (１)は励磁電流Ｉ(A)と誘導電圧(Ｖ)との関係を示す飽和特性グラフで、(２)は、(１)を基にして飽和領域７Ａにおける鋼管断面積と誘導電圧の相関関係をグラフに示した図である。 試験結果から得られた基準情報を示し、劣化のない健全な基本標準鋼管を用いて、磁束密度飽和領域における鋼管断面積と基準誘導電圧の一定の関係を求めた図の一例である。 本発明による方法および装置を用いて、実際に劣化鋼管を測定したデータを示す。劣化鋼管は、基本標準鋼管として外径φ＝７６.３mmで肉厚ｔ＝２.８の鋼管が劣化したものである。 本発明による鋼管内面劣化検知装置のイメージ図であり、(１)は直巻きタイプの装置、また(２)は磁気回路タイプの装置を示す。

符号の説明

１０ 鋼管
１０ａ 鋼管端部
１２ 励磁コイル
１２Ａ コイル保持体
１２ａ 鋼管取付部
１２Ｃ 励磁部
１４ 検出コイル、
１４Ｃ 検出部
３０ 中央演算装置
３４ 演算処理部
３８ 判定用データベース

Claims (5)

1. 強磁性体合金あるいは強磁性体元素を含む合金からなる鋼管に配設した励磁手段に励磁電流を流して磁気飽和の状態として透磁率を略均一化した状態において、前記鋼管に透過磁束を発生させ、前記鋼管に巻回して配設した検出手段により所定位置における誘導電圧を検出し、
   前記鋼管と同一または同等の鋼管から、鋼管断面積と誘導電圧との関係データを含む基準情報を取得してそれを保有し、
   検出された前記誘導電圧と前記基準情報とを比較することにより前記鋼管の断面積を取得して、前記鋼管内面の劣化を検知する、
   ことを特徴とする鋼管内面劣化検知方法。
2. 請求項１記載の鋼管内面劣化検知方法において、
   前記誘導電圧と前記基準情報とは、鋼管材料の磁束密度が飽和する飽和領域で検出または取得される、ことを特徴とする鋼管内面劣化検知方法。
3. 鋼管に励磁電流を流して透過磁束を発生させる励磁コイルと、
   前記鋼管に巻回して配設されて所定位置における誘導電圧を検出する検出コイルと、
   前記鋼管と同一または同等の鋼管から、鋼管断面積と誘導電圧との関係データを含む基準情報を取得してそれを保有する手段と、
   検出された前記誘導電圧と前記基準情報とを比較することにより前記鋼管の断面積を取得して、前記鋼管の内面の劣化を検知する手段と、
   を備えることを特徴とする鋼管内面劣化検知装置。
4. 請求項３記載の鋼管内面劣化検知装置において、
   前記励磁コイルは、前記鋼管表面に巻回配置されて磁気回路を形成するよう構成される、ことを特徴とする鋼管内面劣化検知装置。
5. 請求項３記載の鋼管内面劣化検知装置において、
   前記励磁コイルは、鋼管外部に配置されて鋼管に磁気回路を形成するよう構成される、ことを特徴とする鋼管内面劣化検知装置。

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