JP2984568B2

JP2984568B2 - 配管の診断方法及び装置

Info

Publication number: JP2984568B2
Application number: JP7009704A
Authority: JP
Inventors: 昇司須山; 進三木; 久光内屋; 捷敏河野
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1995-01-25
Filing date: 1995-01-25
Publication date: 1999-11-29
Anticipated expiration: 2014-11-29
Also published as: JPH08201350A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボイラ蒸発管等の欠陥
検出に適用される配管の診断方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】火力発電設備におけるボイラ蒸発管は、
図９に示すように外側に支持金物４が溶接されてパネル
状に形成され、さらにその外側に保温材２およびケーシ
ング３が設けられている。

【０００３】この蒸発管１はその内部を水が循環し、炉
内８側は高温の燃焼ガスにさらされ、苛酷な使用条件下
にある燃焼室６である。特に、ボイラの起動停止が頻繁
に行われると、蒸発管１はその外側に溶接により取付け
られた各種支持金物４との間の熱伸び差による熱応力の
繰返しにより溶接部５に亀裂が生じ、ボイラ水の漏洩に
至ることがある。したがって、この亀裂欠陥を早期に発
見してボイラ水の漏洩を未然に防ぐための診断が必要で
ある。

【０００４】従来のボイラ蒸発管の診断方法としては、
蒸発管の診断部位を挟んで放射線源とフイルムを配置し
て撮影し、フイルムの黒化状態にもとずいて診断する放
射線透過試験方式、蒸発管の診断部位に磁石を置き、欠
陥が存在することにより発生する漏洩磁束を磁粉模様に
より診断する磁気探傷方式、あるいは図１０に示すよう
に蒸発管１の表面に送受信兼用の超音波探触子３０を接
触させ、管中心に向けて超音波３２を斜め入射し、管内
の水３１を介して対向面の管壁に超音波を導き、亀裂１
２からの反射波３３エネルギを健全管のそれと比較して
診断する超音波探傷方式があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の蒸発管の診断方
法において、前記の蒸発管の診断部位を挟んで放射線源
とフイルムを配置して撮影を行う放射線透過試験方式
は、図９に示すように炉外側が保温材で覆われているた
め、保温材を取除いて診断し、診断の終了後はこれを復
旧する付帯工事が必要であった。また、放射線を取扱う
ため、診断中にはその周辺で他の作業ができなかった。

【０００６】磁気を利用した診断方法の場合は、診断部
位に磁石を設置して磁粉をふりかける必要があるため、
蒸発管の外側の保温材を取外さなければ診断ができなか
った。このため、定期検査前後の保温材の取外しとその
復旧に相当な時間と費用を要していた。

【０００７】送受信機能を有する超音波探触子を蒸発管
の表面に当て、超音波を炉内側から管内の水を介して超
音波を炉外側に導いて、炉外側を診断する方法は、炉外
の保温材を取外す必要はないが、管内に水を封入しなけ
ればならなかった。この種の劣化診断は、発電設備の定
期検査時に実施するが、このときには水は排出した状態
であるため、上記の診断方法の実施の際にはわざわざ管
内に水を封入する必要がある。

【０００８】ボイラ水の漏洩を未然に防止するために、
蒸発管の診断は必要不可欠であるが、蒸発管の劣化はボ
イラ外側に発生することが多いため、現状の診断方法は
上記のように多くの労力を要する。保温材を取除く作業
を伴わないでボイラの内側から管の炉外側が診断でき、
簡便、かつ合理的な診断方法が求められていた。

【０００９】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、ケーシング、保温材を取外すことなく、炉
外側に生じた亀裂等の損傷を炉内側から診断でき、かつ
管内に水を封入せずに検出できる診断方法及び装置を提
供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

（１）本発明の配管の診断方法は、その位置が探触子位
置検出器により検出される欠陥検出用探触子が配管の管
外表面を摺動しながら超音波の発信波を管軸に対して斜
め方向の管肉内に斜め入射し、上記欠陥検出用探触子が
摺動する管外表面と対向する管外表面に欠陥がある場
合、その欠陥による反射波を上記欠陥検出用探触子が受
信し、その出力信号を上記探触子位置検出器の出力信号
とともに画像処理装置が入力して欠陥画像を形成し、ま
た、その位置が探触子位置検出器により検出される位置
検出用探触子が上記配管の管外表面を摺動しながら超音
波の発信波を管軸に対して直交する方向の管肉内に斜め
入射し、上記位置検出用探触子が摺動する管外表面と対
向する管外表面に溶接部がある場合、この溶接部による
反射波を上記位置検出用探触子が受信し、上記探触子位
置検出器の出力信号とともにその出力信号を上記画像処
理装置が入力して溶接部位置画像を形成した後、上記画
像処理装置が予め入力されている溶接部断面形状パター
ンに上記溶接部位置画像と欠陥画像を重ね合せ、溶接部
と欠陥とが表示された画像を得ることを特徴としてい
る。

【００１１】（２）本発明の配管の診断装置は、超音波
の発信波を配管の管軸に対して斜め方向の管肉内に斜め
入射しそれが位置する管外表面と対向する管外表面にあ
る欠陥による反射波を受信する欠陥検出用探触子、超音
波の発信波を上記配管の管軸に対して直交する方向の管
肉内に斜め入射しそれが位置する管外表面と対向する管
外表面にある溶接部による反射波を受信する位置検出用
探触子、上記配管の管外表面に配設され探触子位置検出
器が設けられ上記欠陥検出用探触子と位置検出用探触子
が搭載されてそれぞれを管外表面に摺動させる探触子移
動装置、および上記欠陥検出用探触子と位置検出用探触
子よりそれぞれの出力信号を入力して欠陥画像と溶接部
位置画像を形成しこれらを予め入力された溶接部断面形
状パターンに重ね合せて溶接部と欠陥とが表示された画
像を形成する画像処理装置を備えたことを特徴としてい
る。

【００１２】

【作用】上記発明（１）において、欠陥検出用探触子が
超音波の発信波を配管の管軸に対して斜め方向の管肉内
に入射すると、対向する管外表面に欠陥がない場合は、
上記発信波は管外表面に反射されながら管軸方向に進行
し、欠陥による反射は生じない。

【００１３】しかし、対向する管外表面に欠陥がある場
合には、上記発信波は管外表面による反射をくり返した
後に欠陥に到達し、この欠陥により反射され、この反射
波が管外表面による反射をくり返した後、上記欠陥検出
用探触子に受信されるため、この出力信号と探触子位置
検出器の出力信号を入力した画像処理装置は欠陥画像を
形成することができる。

【００１４】また、位置検出用探触子が超音波の発信波
を上記配管の管軸に対して直交する方向の管肉内に入射
すると、対向する管外表面に溶接部がない場合は、上記
発信波は管外表面で奇数回反射して上記位置検出用探触
子により受信され、同探触子は一定レベルの出力信号を
出力する。

【００１５】しかし、対向する管外表面に溶接部がある
場合には、この溶接部が発信波を散乱させるため、この
反射波を受信して上記位置検出用探触子が出力する出力
信号のレベルは低下する。そのため、この探触子の出力
信号を探触子位置検出器の出力信号とともに入力した画
像処理装置は、溶接部の位置を表示した溶接部位置画像
を形成することができる。

【００１６】上記欠陥画像と溶接部位置画像を形成した
画像処理装置は、まず、予め入力されている溶接部断面
形状パターンに溶接部が一致するように上記溶接部位置
画像を重ね合せる。その後、欠陥画像について発信波を
管軸に対して斜め方向に入射することによる溶接部位置
画像との管軸方向のずれ長さを補正し、管外表面が一致
するように欠陥画像を溶接部位置画像に重ね合せて画像
の合成を完了する。

【００１７】そのため、探触子の摺動可能な管外表面に
対向する管外表面部分について、欠陥と溶接部の形状を
関連付けた画像を得ることができ、この部分が保温材等
により覆われている場合にもこれを取外すことなく、正
確な欠陥検出が可能となる。

【００１８】上記発明（２）においては、探触子位置検
出器が設けられた探触子移動装置により欠陥検出用探触
子と位置検出用探触子が、上記発明（１）と同様に配管
の管外表面を摺動して超音波を発受信し、それぞれの出
力信号を入力した画像処理装置が上記発明（１）と同様
に画像合成を行うため、上記発明（１）と同様保温材等
を取外すことなく、配管の正確な欠陥検出が可能とな
る。

【００１９】

【実施例】本発明の一実施例に係る配管の診断装置を図
１及び図２に示す。なお、本実施例の装置は、図９に示
すように炉外側に支持金物４が設けられて固定されたボ
イラ蒸気管１に適用されるものであり、支持金物４が取
付けられた蒸発管１の溶接部５に生じる亀裂（欠陥）を
検出するための装置であるが、一般の配管にも適用可能
である。

【００２０】図１及び図２に示す本実施例の装置は、溶
接部に生じる亀裂（欠陥）を検出するための欠陥検出用
探触子９ａ、支持金物の溶接部を検出するための位置検
出用探触子９ｂ、同探触子９ａ，９ｂが取付けられた探
触子移動装置２６、および同移動装置２６よりそれぞれ
の探触子９ａ，９ｂの位置信号を入力し上記探触子９
ａ，９ｂよりそれぞれの検出信号を入力して欠陥が表示
された画像を出力する画像処理表示装置により形成され
ている。

【００２１】上記探触子９ａ，９ｂは、図２（ａ）及び
図２（ｂ）に示すように、それぞれ超音波を発受信する
発信用振動子９１と受信用振動子９２を備え、この振動
子９１，９２が蒸発管１との接触面９４ａ，９４ｂを有
するシュー９３ａ，９３ｂに配設されて形成され、それ
ぞれ図２（ｃ）に示すように蒸発管１の外表面を摺動す
るものである。

【００２２】上記探触子移動装置２６は、図１（ｂ）に
示すように、固定具４１により蒸発管１に固定されるＸ
方向移動用レール４２、同レール４２に搭載されＸ方向
位置検出器４７が設けられたＸ方向移動体４３、同移動
体４３に配設されたＹ方向移動用レール４４、同レール
４４に搭載されＹ方向位置検出器４８と探触子ホルダ４
６が設けられたＹ方向移動体４５により形成されてい
る。

【００２３】なお、上記探触子ホルダ４６は探触子９ａ
又は９ｂが固定されるものであり、また、上記Ｙ方向と
は蒸発管１の管軸方向でありＸ方向は管軸方向と直交す
る方向である。

【００２４】また、上記画像処理表示装置２５は、図１
（ａ）に示すように、上記探触子９ａ又は９ｂが接続さ
れた超音波探傷器２０、上記Ｘ方向位置検出器４７とＹ
方向位置検出器４８が接続された探触子位置検出装置２
２、同検出装置２２と上記超音波探傷器２０よりそれぞ
れの出力信号を入力し溶接部の断面形状と欠陥の位置を
関連付けて表示された画像を形成して出力する画像処理
装置２１、および同画像処理装置２１の出力信号を入力
して画像を表示する表示装置２３とプリンタ２４により
形成されている。

【００２５】次に、上記本実施例の装置の作用につい
て、図３乃至図８により以下に説明する。なお、本実施
例は、蒸発管１に生じる欠陥が図５（ｃ）に示すように
支持金物４を取付けるための溶接部５の止端部５ａとル
ート部５ｂに発生しやすいこと、また、欠陥に対しては
超音波を斜めに入射させるとそれを確実に検出できるこ
とに着目してなされたものである。

【００２６】まず、上記探触子移動装置２６の探触子ホ
ルダ４６に欠陥検出用探触子９ａを取付けて欠陥探傷を
行う場合について、図３及び図４により説明する。この
場合、図３に示すように、超音波探傷器２０からの信号
により探触子９ａが発信した発信波１０は、蒸発管１の
管軸に対して斜めに管肉内に斜め入射し、探触子９ａと
対向する蒸発管１の面に亀裂１２がある場合には、管外
表面で２回反射した後、上記亀裂１２に到達して反射す
る。

【００２７】この亀裂１２で反射された反射波１１は、
発信波１０と反対側の管外表面で２回反射して探触子９
ａで受信され、超音波探傷器２０を介して画像処理装置
２１に入力され、同画像処理装置２１が図６（ａ）に示
す欠陥のある画像を形成する。

【００２８】一方、探触子９ａと対向する蒸発管１の面
に亀裂１２がない場合は、図４に示すように、発信波１
０は管外表面で反射されながら管軸方向にそのまま進行
し、探触子９で受信されないため、画像処理装置２１は
欠陥のない画像を形成する。なお、上記欠陥探傷時の画
像には、図６（ａ）に示すように、欠陥３１の他に蒸発
管１の直径を入力することにより形成された計算上の管
外表面位置３２が表示されている。

【００２９】次に、上記探触子ホルダ４６に位置検出用
探触子９ｂを取付けて溶接部５の検出を行う場合につい
て、図５により説明する。この場合、超音波探傷器２０
からの信号により探触子９ｂが発信した発信波１０は、
蒸発管１の管軸に対して直交する面に沿って管肉内に斜
め入射して管外表面で反射し、溶接部５がない場合は、
図５（ａ）に示すように蒸発管１を一周して探触子９ｂ
により受信される。

【００３０】しかし、溶接部５がある場合には、反射波
１１は図５（ｂ），（ｃ）に示すように他の方向に反射
されて散乱するため、この反射波１１を受信して出力す
る探触子９ｂの信号出力１５は低下する。

【００３１】この出力信号が最も低下する位置は、溶接
部５の脚長ｍ_aと溶け込み深さｎ_aの和を２分する止端
部５ａとルート部５ｂの間の中心線とよく一致するもの
であり、探触子９ｂの出力信号を超音波探傷器２０を介
して入力したデータ処理装置２１は、図６（ｂ）に示す
ように溶接部５の脚長ｍ_aと溶け込み深さｎ_aの和を２
分して求めた溶接部中心線３３が設けられた画像を形成
する。

【００３２】上記探触子９ａ，９ｂの出力信号を入力し
た画像処理装置２１は合成画像を形成するが、その要領
について、図６及び図７を用いて以下に説明する。上記
画像処理装置２１には、予めその脚長ｍと溶け込み深さ
ｎが想定されて溶接部５が形成され、溶接部中心線３３
ａが設けられた図６（ｃ）に示す溶接部５の断面形状パ
ターンが記憶されており、まず、このパターンに図６
（ｂ）に示す画像を溶接部中心線３３，３３ａが一致す
るように重ね合せる。

【００３３】その後、図６（ａ）に示す画像を管外表面
３２，３２ａが一致するように重ね合せて画像合成を完
了し、図６（ｄ）に示す合成画像を表示装置２３に表示
し、プリンタ２４によりプリントアウトする。

【００３４】なお、探触子９ａの出力信号より得られる
図６（ａ）に示す画像は、探触子９ａが蒸発管１の管軸
に対して斜めに管肉内に発信波１０を発信しているた
め、探触子９ａ，９ｂが管外表面の同一位置から発信波
１０を発信した場合、探触子９ｂの出力信号により得ら
れる図６（ｂ）に示す画像に対して管軸方向に一定の長
さだけずれたものである。

【００３５】そのため、図６（ａ）に示す画像を重ね合
せるときには、画像処理装置２１がこの管軸方向のずれ
の長さを求めた後、ずれの長さだけ画像を移動して重ね
合せを行っている。

【００３６】上記管軸方向のずれについては、図３
（ｂ）及び図８に示すようにこのずれの長さを３×ｙ、
管の半径をγ、首振り角をα、ビーム路程を３×Ｗ、屈
折角をθとした場合、これらの間には次の関係があるた
め、この関係式より３×ｙを求める。

【００３７】ｙ＝（√３／２）γtan α γ＝２Ｗ cosθ Ｗ²＝γ²＋ｙ² 以上本実施例の作用、すなわち欠陥の検出から画像処理
に至るプロセスを説明したが、欠陥検出用探触子９ａで
は欠陥からの反射波以外に、溶接部の形状に起因する反
射波も検出されるので、両者を的確に識別することが重
要である。

【００３８】図８は当該溶接部に発生する典型的な欠
陥、及び溶接部の形状に対する音波の入射方向と反射波
の関係を示すものであり、本図に示すように欠陥からの
反射波、溶接部の形状に起因する反射波は共に、音波の
入射方向との関係において検出性に特異性がある。図８
（ａ）は溶接止端部側から音波の入射した場合であり、
止端部のき裂１３の反射波ａが有効に検出できる一方
で、ルート部の形状に起因する反射波ｃが検出され易
い。また、図８（ｂ）はルート側から音波の入射した場
合であり、この場合にはルート部のき裂１４の反射波ｂ
が有効に検出できる一方で、溶接止端部の形状に起因す
る反射波ｄが検出され易い。

【００３９】従って、溶接止端部側から音波の入射した
場合には、止端部の欠陥の反射波ａとルート部の形状に
起因する反射波ｃとを、また、ルート側から音波の入射
した場合には、ルート部の欠陥の反射波ｂと溶接止端部
の形状に起因する反射波ｄとを夫々的確に識別すること
が重要であるが、本実施例によれば溶接部の形状に起因
する擬似欠陥画像を含めた欠陥画像を溶接部の断面形状
と合成して表示するので、両者の識別が容易にできる。

【００４０】すなわち、溶接止端部側から音波の入射し
た場合には、欠陥検出用探触子９ａにより得られる画像
が止端部に位置していれば欠陥画像、ルート部に位置し
ていれば擬似欠陥画像と判別する。また、ルート部側か
ら音波の入射した場合には、欠陥検出用探触子９ａによ
り得られる画像がルート部に位置していれば欠陥画像、
止端部に位置していれば擬似欠陥画像と判別する。

【００４１】上記により、超音波で検出した欠陥の画像
を溶接部の形状と関連付けて表示するため、蒸発管の正
確な欠陥検出が保温材やケーシングを取外すことなく炉
内部から可能となり、また、蒸発管内に水を封入する必
要がないため、検査コストの低減が可能となった。

【００４２】なお、本実施例においては、探触子移動装
置２６には欠陥検出用探触子９ａと位置検出用探触子９
ｂを１個ずつ取付けて、欠陥検出と溶接部位置検出を行
っているが、これらをいっしょに探触子移動装置２６に
取付け、スイッチにより切替使用することも可能であ
り、また、欠陥検出と溶接部位置検出はいずれを先に行
ってもよい。

【００４３】

【発明の効果】本発明の配管の診断方法及び装置は、探
触子を配管の管外表面で摺動させる探触子移動装置に搭
載された欠陥検出用探触子が発信波を管軸に対して斜め
方向の管肉内に斜め入射して欠陥を検出し、同様に探触
子移動装置に搭載された位置検出用探触子が発信波を管
軸に対して直交する方向の管肉内に斜め入射して溶接部
を検出し、画像処理装置が欠陥検出用探触子の出力信号
より欠陥画像を形成し、また、位置検出用探触子の出力
信号より溶接部位置画像を形成した後、これらを予め入
力された溶接部断面形状パターンに重ね合せることによ
って、探触子の摺動面に対向する管外表面部分につい
て、欠陥と溶接部形状を関連付けた画像を得ることが可
能となり、この部分に保温材等がある場合にもこれを取
外すことなく、正確に欠陥を検出することが可能とな
る。

【００４４】また、従来のように配管内に水を封入する
ことが不要となるため、検査コストの大幅低減が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る診断装置の説明図で、
（ａ）は探触子と画像処理装置、（ｂ）は探触子移動装
置の説明図である。

【図２】上記一実施例に係る探触子の説明図で、（ａ）
は欠陥検出用探触子、（ｂ）は位置検出用探触子、
（ｃ）は探触子の摺動要領の説明図である。

【図３】上記一実施例に係る蒸発管に欠陥がある場合の
欠陥検出用探触子の作用説明図で、（ａ）は平面図、
（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。

【図４】上記一実施例に係る蒸発管に欠陥がない場合の
欠陥検出用探触子の作用説明図で、（ａ）は平面図、
（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。

【図５】上記一実施例に係る位置検出用探触子の作用説
明図で、（ａ）は蒸発管に溶接部がない場合、（ｂ）は
蒸発管に溶接部がある場合、（ｃ）は探触子の出力信号
の説明図である。

【図６】上記一実施例に係るデータ処理装置が形成する
画像の説明図で、（ａ）は欠陥画像、（ｂ）は溶接部位
置画像、（ｃ）は溶接部断面形状パターン、（ｄ）は合
成画像である。

【図７】上記一実施例に係る欠陥画像のずれ長さを求め
るための変数の説明図である。

【図８】上記一実施例に係る欠陥検出用探触子が発信す
る発信波に対する反射波の説明図で、（ａ）は音波を止
端部側から入射した場合、（ｂ）は音波をルート側から
入射した場合の説明図である。

【図９】欠陥検出の対象であるボイラの蒸発管の説明図
である。

【図１０】従来の診断方法の説明図で、（ａ）は平面
図、（ｂ）は側面図である。

【符号の説明】

１蒸発管２保温材３ケーシング４支持金物５溶接部９ａ欠陥検出用探触子９ｂ位置検出用探触子１０発信波１１反射波１２，１３，１４亀裂１５出力信号２０超音波探傷器２１画像処理装置２２位置検出装置２３表示装置２５画像処理表示装置２６探触子移動装置４７Ｘ方向位置検出器４８Ｙ方向位置検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者河野捷敏神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内 (56)参考文献特開平４−105060（ＪＰ，Ａ) 特開平４−19558（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 29/00 - 29/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】その位置が探触子位置検出器により検出
される欠陥検出用探触子が配管の管外表面を摺動しなが
ら超音波の発信波を管軸に対して斜め方向の管肉内に斜
め入射し、上記欠陥検出用探触子が摺動する管外表面と
対向する管外表面に欠陥がある場合、その欠陥による反
射波を上記欠陥検出用探触子が受信し、その出力信号を
上記探触子位置検出器の出力信号とともに画像処理装置
が入力して欠陥画像を形成し、また、その位置が探触子
位置検出器により検出される位置検出用探触子が上記配
管の管外表面を摺動しながら超音波の発信波を管軸に対
して直交する方向の管肉内に斜め入射し、上記位置検出
用探触子が摺動する管外表面と対向する管外表面に溶接
部がある場合、この溶接部による反射波を上記位置検出
用探触子が受信し、上記探触子位置検出器の出力信号と
ともにその出力信号を上記画像処理装置が入力して溶接
部位置画像を形成した後、上記画像処理装置が予め入力
されている溶接部断面形状パターンに上記溶接部位置画
像と欠陥画像を重ね合せ、溶接部と欠陥とが表示された
画像を得ることを特徴とする配管の診断方法。
【請求項２】超音波の発信波を配管の管軸に対して斜
め方向の管肉内に斜め入射しそれが位置する管外表面と
対向する管外表面にある欠陥による反射波を受信する欠
陥検出用探触子、超音波の発信波を上記配管の管軸に対
して直交する方向の管肉内に斜め入射しそれが位置する
管外表面と対向する管外表面にある溶接部による反射波
を受信する位置検出用探触子、上記配管の管外表面に配
設され探触子位置検出器が設けられ上記欠陥検出用探触
子と位置検出用探触子が搭載されてそれぞれを管外表面
に摺動させる探触子移動装置、および上記欠陥検出用探
触子と位置検出用探触子よりそれぞれの出力信号を入力
して欠陥画像と溶接部位置画像を形成しこれらを予め入
力された溶接部断面形状パターンに重ね合せて溶接部と
欠陥とが表示された画像を形成する画像処理装置を備え
たことを特徴とする配管の診断装置。