JP2010096504A - 被測定物の肉厚非破壊検査方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特に炭素鋼のような透磁率が高い金属材であっても、交流電位差法による肉厚測定を可能とする。
【解決手段】金属材よりなる配管１（被測定物）の所定の検査領域２を跨る２点に電流注入電極１１ａ，１１ｂを配置し、交流定電流源４１から電流注入電極１１ａ，１１ｂを介して配管１に測定用の交流定電流を注入した状態で、交流電圧計４２により検査領域２内の電位差分布を求めて、検査領域２における配管１の肉厚を測定するにあたって、磁石５０により検査領域２内を直流磁化して磁気飽和させ透磁率を下げる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被測定物（特には金属材よりなる配管）の肉厚非破壊検査方法およびその装置に関し、さらに詳しく言えば、特に炭素鋼のような透磁率が高い金属材であっても、交流電位差法による肉厚測定を可能とする技術に関するものである。

原子力発電プラントや火力発電プラント、それに石油化学プラント等は、複数の装置同士を配管で連結して構成されるが、配管の内部を通る流体により、配管内が腐食あるいは侵食され肉厚が減少する場合がある。

配管内の肉厚の減少は、大事故につながるおそれがあるため、早期に検知する必要がある。上記のような各種プラントは、通常、２４時間連続運転されるため、配管の肉厚検査は非破壊検査によることになる。

非破壊検法には、Ｘ線透過法，超音波探傷法等がよく知られている。Ｘ線透過法によれば、金属を被測定物とした場合、数１０ｍｍの厚板にも適用が可能であり、内部の二次元的あるいは三次元的な構造情報を得ることができる。また、超音波探傷法によれば、深い位置での欠陥が検出可能である。

しかしながら、これらの検査方法は、測定個所に制限がある。例えば、多数の配管が入り組んでいる個所や、高所の配管個所などの作業者が容易に近づけない個所には適用が難しい。また、検査装置自体が高価である。

これに対して、測定個所に制限がほとんどなく、比較的安価な構成で精度よく配管の肉厚を非破壊で検査し得る手法として電位差法がある（例えば、特許文献１参照）。電位差法の一例を図２により説明する。

図２において、被測定物は例えば火力発電プラントに用いられる金属製の配管１で、この配管１の検査領域２にはあらかじめ複数本の測定端子が設けられる。この例では、１６本の測定端子２ａ〜２ｐが４行×４列のマトリクス状に配置されている。

配管１には、検査領域２の外側で検査領域２を跨るように一対の電流注入電極１１ａ，１１ｂが設けられる。測定電源には、直流定電流源１０が用いられる。計測手段には、直流電圧計２０が用いられる。

図示が省略されているが、直流電圧計２０の電圧測定電極２０ａ，２０ｂには、入力切替リレーを介して測定端子２ａ〜２ｐのうちの隣接する２つが選択的に接続される。このほかに、マイクロコンピュータ等からなる演算手段３０と、表示部３１とが用いられる。

直流定電流源１０より電流注入電極１１ａ，１１ｂを介して配管１に直流定電流を注入した状態で、上記入力切替リレーを介して例えば２ａ−２ｂ，２ｂ−２ｃ，２ｃ−２ｄ，…のように隣接する２つの測定端子が順次直流電圧計２０に接続され、これら測定端子間の電位差が測定される。

肉厚が厚い部分では抵抗値が低く、減肉された肉厚の薄い部分の抵抗値は高くなることから、演算手段３０は、直流電圧計２０にて測定された電位差により検査領域２の電位差分布を求め、減肉個所と減肉量とを特定し、表示部３１に表示する。

このように、電位差法によれば、配管の検査領域にあらかじめ所定数の測定端子を設け、それら測定端子にリード配線を接続した状態で配管を敷設し、検査時には、各リード配線を入力切替リレーを介して直流電圧計２０に接続すればよいため、測定個所に制限がほとんどなく、比較的安価な構成で精度よく配管の肉厚を非破壊で検査することができる。

特開２００７−３２３５号公報

ところで、配管が炭素鋼等の抵抗値がきわめて低い金属材からなる場合、測定端子間の電位差もきわめて小さくなる。したがって、測定の際における熱起電力の影響が無視できない。

この熱起電力の影響は、図２に示すように、直流定電流源１０の両端に電流の向きを反転するスイッチ１０ａ，１０ｂを設けて、１回の測定につきスイッチ１０ａ，１０ｂを順方向側と逆方向側とに切り替えることによりキャンセルすることができる。

しかしながら、これには余計なスイッチ切替回路が必要とされ、回路構成が複雑となるので好ましくない。また、スイッチを切り替える分、時間が長くかかる。

この点に関し、測定源に交流定電流源を用いる交流電位差法にれば、熱起電力の問題は生じないが、特に炭素鋼のような透磁率が高い金属材の場合、表皮効果により電流が表面に集中し、内部には電流がほとんど流れないため、肉厚を測定することができない。

したがって、本発明の課題は、特に炭素鋼のような透磁率が高い金属材であっても、交流電位差法による肉厚測定を可能とすることにある。

上記課題を解決するため、本発明の被測定物の肉厚非破壊検査方法は、金属材よりなる被測定物の所定の検査領域を跨る２点に電流注入電極を配置し、交流定電流源から上記電流注入電極を介して上記被測定物に測定用の交流定電流を注入した状態で、交流電圧計により上記検査領域内の電位差分布を求めて、上記検査領域における被測定物の肉厚を測定するにあたって、磁石により少なくとも上記検査領域内を直流磁化して磁気飽和状態とすることを特徴としている。本発明は、上記被測定物が炭素鋼よりなる配管に特に好ましく適用される。

また、本発明の被測定物の肉厚非破壊検査装置は、金属材よりなる被測定物の所定の検査領域を跨る２点に配置される電流注入電極と、上記電流注入電極を介して上記被測定物に測定用の交流定電流を注入する交流定電流源と、一対の電圧測定電極を有し上記検査領域内の複数個所の電位差を測定する交流電圧計と、上記交流電圧計から得られる電位差の分布状態に基づいて上記検査領域における被測定物の肉厚を測定する演算手段とを備えている被測定物の肉厚非破壊検査装置において、少なくとも上記検査領域内を直流磁化して磁気飽和状態させる磁石をさらに備えることを特徴としている。上記磁石には、永久磁石が用いられてよいが、好ましくは電磁石が用いられる。

本発明によれば、磁石により被測定物の少なくとも検査領域内を直流磁化して磁気飽和状態とすることにより透磁率が下がり、交流電流を使用する際の浸透深さが深くなることから、特に被測定物が炭素鋼よりなる高透磁率の配管であっても、交流電位差法による肉厚測定が可能となる。

また、磁石として電磁石を採用して検査領域に与える磁場の強弱を任意に可変とすることにより、被測定物の肉厚が厚い場合でも、確実に磁気飽和状態とすることができる。

次に、本発明の実施形態を図１により説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１は本発明の交流電位差法による非破壊検査装置の構成例を示す模式図である。なお、この実施形態において、先の図２で説明した従来例と変更を要しない構成要素にはその参照符号をそのまま用いている。

図１に示すように、この実施形態においても、被測定物は例えば火力発電プラントに用いられる金属製（高透磁率の炭素鋼製）の配管１で、この配管１の検査領域２にはあらかじめ複数本の測定端子が設けられる。

この例においても、１６本の測定端子２ａ〜２ｐが４行×４列のマトリクス状に配置される。なお、火力発電プラント用途の場合、配管１内には例えば高温高圧水が流されるため、その検査領域２には特に減肉が発生しやすい曲管部分などが選択される。

配管１には、検査領域２の外側で検査領域２を跨るように一対の電流注入電極１１ａ，１１ｂが設けられる。上記測定端子２ａ〜２ｐおよび電流注入電極１１ａ，１１ｂは、配管１に対して圧接，溶接，圧着，接着等の接合手段にて接合されてよい。

本発明において、測定電源には交流定電流源４１が用いられ、交流定電流源４１より電流注入電極１１ａ，１１ｂを介して配管１に交流の定電流が注入される。

また、計測手段には、交流電圧計４２が用いられる。交流電圧計４２の電圧測定電極４２ａ，４２ｂには、図示しない入力切替リレーを介して測定端子２ａ〜２ｐのうちの隣接する２つが選択的に接続される。

図１に示すように、電流注入電極１１ａ，１１ｂが配管１の軸線方向に沿って配置されている場合、測定端子２ａ〜２ｐは、上記入力切替リレーにより、行方向（上記軸線方向）に沿って隣接する２ａ−２ｂ，２ｂ−２ｃ，２ｃ−２ｄ，…の順で交流電圧計４２に接続される。

これに対して、電流注入電極１１ａ，１１ｂは、配管１における検査領域２の周方向の両側（図１において、検査領域２の上側と下側）に配置されてもよく、この場合には、測定端子２ａ〜２ｐは、上記入力切替リレーにより、列方向（配管１の軸線とほぼ直交する方向）に沿って隣接する２ａ−２ｅ，２ｅ−２ｉ，２ｉ−２ｍ，…の順で交流電圧計４２に接続されることになる。

本発明においても、上記の構成に加えて、上記従来例と同じく、マイクロコンピュータ等からなる演算手段３０と、表示部３１とが用いられる。表示部３１には、好ましくは液晶パネル等の平面表示パネルが用いられるが、プリンタが採用されてもよい。

配管１が例えば高透磁率の炭素鋼からなる場合、交流定電流源４１から電流注入電極１１ａ，１１ｂを介して配管１に交流定電流（以下、単に「交流電流」ということがある。）を注入しても、表皮効果によりもっぱら交流電流は検査領域の表面のみを流れるため、肉厚測定をすることができない。

この点を解決するため、本発明では、磁石５０を用いる。磁石５０は検査領域２に沿って配置される。磁石５０は永久磁石であってもよいが、磁場の強弱を可変できる電磁石が好ましい。

磁石５０により、配管１中の少なくとも検査領域２を直流磁化して磁気飽和させる。磁気飽和させることにより透磁率が下がり、交流電流が配管１の肉厚内部にまで浸透して流れる。

どの程度の深さ（肉厚の内部深さ）まで交流電流が流れるかは、浸透深さδをとして次式（１）により計算できる。
δ＝√（ρ／πμｆ）……（１）
（式中、δ：浸透深さ[ｍ]，ρ：導体の抵抗率[ｓ／ｍ]，μ：導体の透磁率[Ｈ／ｍ]，ｆ：交流電流の周波数[Ｈｚ]）

上記式（１）によれば、浸透深さδが検査領域２の肉厚に相当する値となるように交流電流の周波数ｆを選択すればよいことが分かる。

一例として、配管１が炭素鋼の場合、抵抗率：ρ＝１．０×１０^−７[ｓ／ｍ]で、比透磁率：μｒ＝５０００[Ｈ／ｍ]である。検査信号としての交流電流の周波数を１０[Ｈｚ]とすると、真空の透磁率：４π×１０^−７[Ｈ／ｍ]なので、浸透深さδは、上記式（１）により、δ＝０．７[ｍｍ]となる。

炭素鋼を磁気飽和させると、μｒ＝１[Ｈ／ｍ]となるため、浸透深さδは、δ＝４９．５[ｍｍ]となる。したがって、配管１の肉厚が１０[ｍｍ]とすれば、十分な浸透深さδが得られる。配管１の肉厚がより厚い場合には、交流電流の周波数を低くすればよい。

したがって、本発明では、磁石５０により検査領域２を磁気飽和させて透磁率を下げた状態で、交流定電流源４１より上記式（１）に基づいて選択される周波数ｆ[Ｈｚ]の交流電流を電流注入電極１１ａ，１１ｂを介して配管１に注入する。

そして、上記入力切替リレーにより、検査領域２内の測定端子２ａ〜２ｐを例えば２ａ−２ｂ，２ｂ−２ｃ，２ｃ−２ｄ，…の順で交流電圧計４２に接続して、各測定端子の電位差を測定し、演算手段３０に与える。

演算手段３０は、検査領域２内の電位差の分布を求め、その分布データから減肉個所および減肉量を特定し、表示部３１に表示する。

本発明によれば、被測定物が炭素鋼等よりなる高透磁率の配管であっても、交流電位差法による肉厚測定が可能となる。また、交流電位差法であるため、直流電位差法で問題とされていた熱起電力による誤差をキャンセルするための電流方向切替スイッチ回路は不要である。

また、同じ周波数でも、検査領域を磁気飽和させることにより、浸透深さを深くすることができるため、より厚い配管の減肉を見つけることが可能となる。さらには、浸透深さを深くするうえで高い周波数が好ましく選択されることにより、その分、測定時間の短縮がはかれる。

本発明の交流電位差法による非破壊検査装置の構成例を示す模式図。 従来例の直流電位差法による非破壊検査装置の構成例を示す模式図。

符号の説明

１ 配管（被測定物）
２ 検査領域
１１ａ，１１ｂ 電流注入電極
３０ 演算手段
３１ 表示部
４１ 交流定電流源
４２ 交流電圧計
４２ａ，４２ｂ 電圧測定電極
５０ 磁石

Claims (4)

1. 金属材よりなる被測定物の所定の検査領域を跨る２点に電流注入電極を配置し、交流定電流源から上記電流注入電極を介して上記被測定物に測定用の交流定電流を注入した状態で、交流電圧計により上記検査領域内の電位差分布を求めて、上記検査領域における被測定物の肉厚を測定するにあたって、
   磁石により少なくとも上記検査領域内を直流磁化して磁気飽和状態とすることを特徴とする被測定物の肉厚非破壊検査方法。
2. 上記被測定物が炭素鋼よりなる配管であることを特徴とする請求項１に記載の被測定物の肉厚非破壊検査方法。
3. 金属材よりなる被測定物の所定の検査領域を跨る２点に配置される電流注入電極と、上記電流注入電極を介して上記被測定物に測定用の交流定電流を注入する交流定電流源と、一対の電圧測定電極を有し上記検査領域内の複数個所の電位差を測定する交流電圧計と、上記交流電圧計から得られる電位差の分布状態に基づいて上記検査領域における被測定物の肉厚を測定する演算手段とを備えている被測定物の肉厚非破壊検査装置において、
   少なくとも上記検査領域内を直流磁化して磁気飽和状態させる磁石をさらに備えることを特徴とする被測定物の肉厚非破壊検査装置。
4. 上記磁石として電磁石が用いられることを特徴とする請求項３に記載の被測定物の肉厚非破壊検査装置。

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