JP2006276032A

JP2006276032A - 配管検査方法および装置

Info

Publication number: JP2006276032A
Application number: JP2006159854A
Authority: JP
Inventors: Michio Sato; 道雄佐藤; Shigeru Kanemoto; 茂兼本; Makoto Ochiai; 誠落合; Masatake Sakuma; 正剛佐久間; Kiyoshi Iwata; 潔岩田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-06-08
Filing date: 2006-06-08
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】海水系配管等ライニングを有する配管の外面からライニングの剥離等の布設状態を検出し、プラント運転中にもライニングの健全性をモニタすることのできる配管検査方法および装置を提供する。
【解決手段】管本体５の内面にライニング６を有する配管の外面に圧電型超音波トランスジューサ１を配置し、この圧電型超音波トランスジューサ１から配管の厚さ方向に超音波パルス７を発し、管本体５とライニング６の境界からの超音波多重反射エコー８を検出し、この超音波多重反射エコー８のピーク値の減衰定数を算出し、この減衰定数によって配管内ライニング６の布設状態を推定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子力発電所の海水系配管のように内面にライニングを有する配管の状態を検査する配管検査方法および装置に関する。

原子力発電プラントにおいては、タービン復水器等の冷却に海水が使用される。海水を発電所内に導くために、海水系配管の内面には樹脂等でできているライニング（内張り）が施されている。しかし、長期間にわたり海水系配管を使用していると、ライニングの剥離等の現象が現れる。従って、早期にライニングの剥離等を検出し、海水系配管の健全性を維持することが必要である。このため、原子力発電所においては、定期検査時に配管内部から目視検査することによって海水系配管のライニングの布設状態を検査している。

原子力発電所が運転中の場合には、海水系配管内で海水の流れがあるため、直接海水系配管内にアクセスすることは困難なので、定期検査時にのみ検査が実施されている。しかしながら、ライニングの剥離等の布設状態を早期に検出し補修することは、原子力発電所の補修費用を低減する上で重要なことである。このため、ライニングの布設状態を常時モニタできる装置が望まれている。

そこで本発明は、海水系配管等ライニングを有する配管の外面からライニングの剥離等の布設状態を検出し、プラント運転中にもライニングの健全性をモニタすることのできる配管検査方法および装置を提供することを目的とする。

本発明の配管検査方法は、管本体の内面にライニングを有する配管の外面に圧電型超音波トランスジューサを配置し、この圧電型超音波トランスジューサから配管の厚さ方向に超音波パルスを発し、管本体とライニングの境界からの超音波多重反射エコーを検出し、この超音波多重反射エコーのピーク値の減衰定数を算出し、この減衰定数によって配管内ライニングの布設状態を推定する方法とする。

本発明の配管検査装置は、管本体の内面にライニングを有する配管の外面から配管の厚さ方向に入射された超音波パルスの反射エコーを受信する受信器と、この受信器から信号を受けて信号処理を行う信号処理装置と、この信号処理装置における信号処理の結果を表示する表示装置とを備え、前記信号処理装置は管本体とライニングの境界からの超音波多重反射エコーの減衰定数を算出する機能を有する構成とする。

本発明によれば、海水系配管等ライニングを有する配管の外面からライニングの剥離等の布設状態を検出し、プラント運転中にもライニングの健全性をモニタすることのできる配管検査方法および装置を提供することができる。

以下、図面を参照して第１ないし第５の実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の配管検査装置は図１に示すように、圧電型の超音波トランスジューサ１と、超音波送受信器２と、信号処理装置３と、例えばオシロスコープ等の超音波波形の表示装置４から構成されている。信号処理装置３は、超音波多重エコーの減衰率の算出や入射超音波パルスと反射超音波エコーの振幅比の算出や多重反射エコーの信号のＳＮ比を向上するための信号処理を行う。なお、検査対象となる配管は、鉄やステンレスの管本体５の内面にプラスチックやゴムのライニング６が施されている。また、10は管本体５の表面での超音波の反射を抑制するための流体（カプラント）である。

このように構成された本実施の形態において、超音波パルス７を管本体５の外面から入射させ、管本体５の内面及びライニング６からの超音波エコー８を検出することにより、管本体５とライニング６の間の剥離を検出することができる。

超音波トランスジューサ１に超音波送受信器２からパルスを入力すると、超音波トランスジューサ１内で超音波パルスが発生する。この超音波パルス７は管本体５の板厚中を伝播して、管本体５とライニング６の境界に達すると、境界で反射するものとライニング６中に透過するものがある。境界で反射した超音波エコーは、超音波トランスジューサ１によって受信される。また、透過したものは、ライニング６の内側の端面で反射し、再び管本体５内面とライニング６の境界を透過して戻り、超音波トランスジューサ１によって検出される。

このような検査において超音波トランスジューサ１に受信される反射超音波エコー８の波形は理想的には図２のようになる。すなわち、入射パルスＰが超音波トランスジュース１から入射されると、主として管本体５内面からの多重反射超音波エコーＢ1 ，Ｂ2 ，…Ｂ6 と、ライニング内周面からの超音波エコーＬ1 ，Ｌ2 ，…Ｌ5 が返ってくる。しかしながら、超音波トランスジューサ１の周波数特性（ダンピング特性）、管本体５とライニング６の厚さ及び管本体５とライニング６の接合状況により、必ずしも、管本体５とライニング６の境界およびライニング６の内周からの反射超音波エコーを検出できるとは限らず、一般的には、図３に示すようにライニング内周面からの超音波エコーＬ1 ，Ｌ2 ，…，Ｌ5 は明瞭には観測されない。

図３に示す多重反射超音波エコーＢ1 ，Ｂ2 ，…，Ｂ6 は、主として配管内面からの超音波エコーであるが、実際には、図２に示したようにライニング６へも超音波は伝播しているため、図３に示す多重超音波エコーＢ1 ，Ｂ2 ，…，Ｂ6の振幅には、ライニング６と管本体５の境界の状態が反映されている。すなわち、管本体５とライニング６が剥離している場合には、管本体とライニングの境界で超音波が完全反射するが、管本体とライニングが剥離していない場合には、超音波は完全反射は起こさなくなる。

従って、超音波トランスジューサ１で観測される多重反射エコーＢ1 ，Ｂ2 ，…，Ｂ6 の振幅を観測すれば、ライニングが剥離していない場合には、図４（ａ）に示すように、多重反射エコーＢ1 ，Ｂ2 …のピーク値の減衰率（α1 ）が大きくなる。ライニングが剥離している場合には、多重反射エコーＢ1 ，Ｂ2 …のピーク値の減衰率（α2 ）は小さい。信号処理装置３によって減衰率α1 とα2を計算し、超音波エコーの波形とともに表示装置４に表示することによって、配管内ライニングの剥離状態を推定することができる。

ちなみに、配管内ライニングが剥離している場合と剥離していない場合の超音波の強度の反射係数は次のように計算される。
Ｒ＝［（Ｚ1 −Ｚ2 ）／（Ｚ1 ＋Ｚ2 ）］２ …(1)
Ｚ1 ：管本体の音響インピーダンス
Ｚ2 ：ライニングの音響インピーダンス
(1) 式の出典：超音波技術便覧（pp.16 〜pp.18 ）

管本体を炭素鋼（密度：7.86g/cm3 、音速度：5950m/sec ）、ライニング材をポリエチレン（密度：0.9g/cm3 、音速度：1950m/sec）（いずれのデータも理科年表による。また、音速度として縦波を使用しているが、原理的には横波でも同様。）の場合に(1) 式を計算すると、Ｒ＝0.865 となる。従って、反射回数が増加するたびに、次のような反射係数となる。
反射回数強度の反射係数（Ｒ）
１ 0.865
２ 0.746
３ 0.646
４ 0.559
…１０ 0.233

しかしながら、ライニングが剥離している場合には、ほとんど反射係数は１と考えられるので、ライニングが剥離していない場合に比べ、反射超音波エコーの振幅の減衰は少ない。上記の事実より、多重反射エコーの減衰率を算出し、配管の寸法、配管外面の状態（錆や塗装の状態）、超音波トランスジューサの寸法、ダンピング特性等を考慮して、減衰率にしきい値を設定することにより、配管内ライニングの剥離状態を推定することが可能となる。

図５は実際に得られたデータである。図５（ａ）は配管にライニングが布設してない場合（剥離している場合に相当）、図５（ｂ）は配管にライニングが布設してある場合の多重超音波エコーの測定例である。このようにして、多重超音波エコーを利用すれば、配管内面とライニングの剥離状態を推定することができる。

（第２の実施の形態）
図６は、本発明の第２の実施の形態を示したものである。圧電型超音波トランスジューサの代わりに電磁超音波トランスジューサ９（参考文献１：佐藤他、「高温用ＥＭＡＴ」、日本音響学会講演論文集、pp.925、平成元年10月）を使用したことを特徴としている。図１に示した圧電型超音波トランスジューサ１は、超音波を配管内に入射させる場合に、超音波トランスジューサ１と配管外面の間の隙間をなくすために、流体（カプラント）10が必要である。電磁超音波トランスジューサ９は、非接触状態で超音波の送受信ができるため、配管外面と電磁超音波トランスジューサ９の間に隙間があっても超音波の送受信ができる。このため、カプラント10を使わなくてもライニングの検査ができる。電磁超音波トランスジューサ９を使用する場合でも、ライニングの剥離を推定する方法は、圧電型超音波トランスジューサの場合と同じである。

（第３の実施の形態）
図７は、本発明の第３の実施の形態を示したものである。超音波を送信する手段として、超音波トランスジューサを使用せずに、レーザ光源19によって発生したレーザ光11を使用する。レーザ光11を使用して超音波を発生させる方法の詳細は、参考文献２（日本分光学会測定法シリーズ１光音響分光法とその応用−ＰＡＳ、pp.184、1986年刊、学会出版センター）に示してあるが、エネルギーの高いレーザ光を管本体５の表面に照射すると、管本体５表面の温度が急激に上昇し、断熱変化による熱歪みが発生する。この熱歪みによって、超音波７が発生する。従って、電磁超音波トランスジューサ９と同様に、非接触状態で超音波を発生できることになる。

超音波の受信方法として、レーザ光の干渉を利用する方法がある。詳細な内容は、文献３（例えば、C.B.Scruby and L.E.Drain, Laser Ultrasonic Techniques and Application, pp.196, Adan Hilger, 1990）にゆずるが、光学干渉系から、レーザ光を超音波の入射する箇所に照射し、配管外面からの反射光を光学干渉系12内に取り付けた光検出器22で検出する方法である。この場合、ナイフエッジを利用する方法や、参照光と配管外面からの反射光を干渉させ、反射光の変化分を検出する方法等を利用すると超音波の振動を検出できる。このレーザ光を利用する場合も、ライニングの剥離状態を推定する手法は、圧電型超音波トランスジューサと同じである。

（第４の実施の形態）
図８は、本発明の第４の実施の形態を示したものである。超音波を送信する手段として、図７に示したレーザ光11を照射する手段を使用し、超音波の受信にあたっては、圧電型超音波トランスジューサ１を使用する。この場合、圧電型超音波トランスジューサ１の中心部にレーザ光が通過できるように貫通孔13を設けておく。ライニング６の剥離状態を推定する手法は、図４に示した圧電型超音波トランスジューサ１の場合と同じである。

（第５の実施の形態）
図９は、本発明の第５の実施の形態を示したものである。超音波を送信する手段として、図７に示したレーザ光11を照射する手段を使用し、超音波の受信にあたっては、電磁超音波トランスジューサ９を使用する。この場合、電磁超音波トランスジューサ９の中心部にレーザ光が通過できるように貫通孔13を設けておく。ライニング６の剥離状態を推定する手法は、図４に示した圧電型超音波トランスジューサ１の場合と同じである。

本発明の第１の実施の形態を示す図。超音波トランスジューサによって検出される理想的な超音波エコー波形を示す図。ダンピング特性の悪い超音波トランスジューサで受信した場合の超音波エコー波形を示す図。ライニングの剥離の有無による超音波エコー波形の違いを示す図。実際に得られた超音波エコー波形を示す図。電磁超音波トランスジューサを使用する本発明の第２の実施の形態を示す図。レーザ超音波を利用する本発明の第３の実施の形態を示す図。レーザ照射により超音波を発生し、圧電型超音波トランスジューサにより受信する本発明の第４の実施の形態を示す図。レーザ照射により超音波を発生し、電磁超音波トランスジューサにより受信する本発明の第５の実施の形態を示す図。

符号の説明

１…圧電型超音波トランスジューサ、２…超音波送受信器、３…信号処理装置、４…表示装置、５…管本体、６…ライニング、７…管本体の板厚方向を伝播する超音波パルス、８…反射超音波エコー、９…電磁超音波トランスジューサ、10…流体（カプラント）、11…超音波励起用レーザ光、12…超音波受信用光学干渉系、13…圧電型超音波トランスジューサ及び電磁超音波トランスジューサに設けたレーザ光用貫通孔、19…レーザ光源、20，21…反射ミラー、22…光検出器、23…超音波受信器、Ｐ…入射パルス、Ｂ1 ，Ｂ2 ，…，Ｂ6 …多重反射超音波エコー（管本体５の内周面からの反射エコー）、Ｌ1 ，Ｌ2 ，…，Ｌ5 …ライニング６の内周面からの反射エコー、α1 …ライニングが剥離していない場合の多重超音波エコーの減衰定数、α2 …ライニングが剥離している場合の多重超音波エコーの減衰定数。

Claims

管本体の内面にライニングを有する配管の外面に圧電型超音波トランスジューサを配置し、この圧電型超音波トランスジューサから配管の厚さ方向に超音波パルスを発し、管本体とライニングの境界からの超音波多重反射エコーを検出し、この超音波多重反射エコーのピーク値の減衰定数を算出し、この減衰定数によって配管内ライニングの布設状態を推定することを特徴とする配管検査方法。
請求項１において、圧電型超音波トランスジューサの代わりに電磁超音波トランスジューサを使用することを特徴とする配管検査方法。
請求項１において、圧電型超音波トランスジューサの代わりに高出力のレーザ光を配管表面に照射し、超音波を発生させるとともに、反射超音波を光学干渉系を使用して受信することを特徴とする配管検査方法。
請求項３において、超音波の受信を圧電型超音波トランスジューサまたは電磁超音波トランスジューサを使用して行うことを特徴とする配管検査方法。
管本体の内面にライニングを有する配管の外面から配管の厚さ方向に入射された超音波パルスの反射エコーを受信する受信器と、この受信器から信号を受けて信号処理を行う信号処理装置と、この信号処理装置における信号処理の結果を表示する表示装置とを備え、前記信号処理装置は管本体とライニングの境界からの超音波多重反射エコーの減衰定数を算出する機能を有することを特徴とする配管検査装置。