JP3638812B2 - 被覆された物質の厚みを測定するための方法と装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波測定技術の使用に係り、より詳細には、被覆層に覆われたパイプ若しくはその他の導管の厚みを測定し、パイプ若しくは導管の残りの使用期間を決定することに係る。
【０００２】
【従来の技術】
種々の工業的環境において、一つの場所からもう一つの場所へ液体及び気体を導管するためにパイプが用いられている。液体や気体は、たびたび腐食性の流体である場合があり、長時間に亙ると、パイプは交換されなければならないとこととなる。同時に、気候若しくは周囲の環境中の、もしパイプと接触すると、パイプと反応してしまう物質からパイプの外側を保護するためにパイプを被覆物質で塗布することが普通に行われている。流体流システムに必要な維持管理の一部として、ときどきパイプの厚みを測定することが望ましい。もし測定された厚みが、或る最小値より小さい場合、パイプは交換されなければならない。しかしながら、被覆されたパイプについて被覆物質の層が測定された厚みの値に影響し、その値に誤差を生ずるという問題が存在する。もしその誤差が実際よりも導管の厚みが薄いことを示すような場合、パイプは、実際の使用寿命の終了前に交換され、維持費用を不必要に増大することとなる。もし誤差が実際のパイプの厚みより厚いことを指示する場合には、パイプは、交換できるうちに交換しそこなわれ、設備を不必要に停止するだけなく、高い浄化費用をこうむることとなるであろう。
【０００３】
超音波厚み測定技術は、知られたものである。しかしながら、パイプに被覆物が塗布されているときにそのパイプの厚みを正確に測定することはできていない。本発明によれば、そのことが可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明のいくつかの目的として、被覆物質で覆われたパイプの厚みを正確に測定しパイプがまだ使用可能か交換されるべき時期にあるかを決定するための方法及び装置を提供することと、特別な道具若しくは設備を必要とすることなく、かかる測定を達成するための上記の如き方法及び装置を提供することと、パイプ物質及びその物質上に用いられている被覆について飛行時間（ＴＯＦ）測定を採用して被覆物質層の厚みの値を決定する上記の如き方法及び装置を提供することと、被覆されたパイプについての厚み値を得て二つの測定された厚み値を組み合わせてパイプそのものの厚み測定値を得る上記の如き方法及び装置を提供することと、パイプに適用されている被覆の形式、例えば、被覆が塗料、エポキシ若しくはＲＴＶの形式の物質であることにかかわらず、正確なパイプ厚み測定を提供する上記の如き方法及び装置を提供することと、複数の被覆層がある場合、及び、種々の被覆層に異なる物質が使用されている場合について上記の如き測定を提供する上記の如き方法及び装置を提供することと、種々の工業的設備において迅速な且信頼性のあるパイプ厚み測定を提供するのに用いることのできる上記の如き方法及び装置を提供することと、をあげることができる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、概して言えば、金属パイプ若しくは導管は、腐食性流体を運ぶ。パイプの厚みの超音波測定は、パイプが交換される必要があるかどうかを決定するために定期的に行われる。もしパイプがそのパイプを保護するため物質層で被覆されているならば、本発明の方法及び装置が採用される。飛行時間測定は、物質を通る超音波パルスの速度を決定するために為される。パルスの速度は、被覆の厚みの関数である。パイプを作る物質のみを通るパルス速度は知られている。この情報を用いて被覆の厚みが決定される。かくしてパイプ及びその被覆の厚みの超音波パルス測定が為される。そして、全厚みから被覆の厚みが差し引かれパイプの厚みを確定する。その他の目的及び特徴は、以下において部分的に明らかになり、部分的に指摘されることとなろう。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、パイプ若しくは導管Ｐは、流体Ｆを一つの場所からもう一つの場所へ流すために用いられる。導管は、鋳鉄、鋼鉄若しくはアルミニウムなどの金属で製作される。流体は、気体若しくは液体であって良く、典型的には、図１に示されているように、時間に亙ってパイプの内側表面を侵食することとなる。このことにより、パイプの厚みは、定期的に検査される。一連の厚み測定は、パイプの長さに沿って、図１においてＴ₁−Ｔ_Nでしめされている間隔で為される。もしどこかの検査部位での厚み測定で、パイプの壁の厚みが最小厚みＭより薄い場合、パイプ若しくはパイプのその部分は、交換される必要があろう。
【０００７】
更に図１に示されているように、パイプを保護するために、パイプの外側表面を被覆Ｃの層Ｌで被覆することが普通に行われている。しかしながら、被覆物質（塗料、エポキシ、ＲＴＶ）は、これまで、正確な厚み測定を得ることを困難にしてきた。超音波は、異なる物質を通る場合、異なる速度で伝播することが知られている。図２に示されているように、プローブＢ１が既知の物質で作られたパイプの外側表面に対して置かれる。第二のプローブＢ２がプローブＢ１から予め決められた距離Ｄに置かれる。ここで、超音波パルスがプローブＢ１からプローブＢ２へ伝達され、これらのパルスは、パイプ物質の外側表面を通って進む。各々のパルスがプローブ間を進むのに必要な時間は、飛行時間（ＴＯＦ）値を得るために測定される。進行する時間と進行距離との双方が分かるので、パルスが物質を通って進行する速度Ｖは、
Ｖ＝Ｄ／ＴＯＦ
と計算される。
【０００８】
種々の形式の、パイプを作っている物質について、これらの測定を行うことによって、パイプを作っている物質を参照して超音波パルスの進行速度を見出すことのできる表を作ることができる。
【０００９】
図３を参照して、被覆されたパイプＰについて、図２に関連して記載された同一の物質からなる被覆されていないパイプについて行ったものと同一の検査が為される。ここで、検査が実行されると、新たな超音波パルス速度Ｖ’が決定される。速度Ｖ及びＶ’の差は、被覆層Ｌの厚みの関数である。即ち、
Ｖ’＝（Ｄ＋２Ｌ）／ＴＯＦ’
となる。ここで、ＴＯＦ’は、超音波パルスが被覆されたパイプについてプローブＢ１とＢ２の間を進行するのに必要な時間であり、Ｄ＋２Ｌは、全進行距離である。値２Ｌは、パルスがプローブ間の移行において被覆層を二回横切らなくてはならないということから用いられている。この情報を用いて、被覆層の厚みＬがここで決定することができる。図２及び図３において、プローブは、パイプの外側表面に対して直角にあるように示されているが、実際には、プローブは、パイプ表面に対して斜めになっている。このことは、被覆を通る超音波の実際の経路が実際の被覆厚みより長いことを意味するが、その差は、信号処理過程で容易に考慮される。
【００１０】
図４において、プローブＢ３及びＢ４は、被覆層の厚みを含むパイプＰの全厚みＨを測定するために用いられる。物質の厚みを測定するために用いられる超音波測定技術は、この分野において知られたものであり、ここでは記載しない。厚みＨの値が決定されると、その値から厚みＬの層が差し引かれ、測定点におけるパイプの実際の厚みに到達する。この値は、ここで、最小厚み値Ｍと比較される。もしパイプ厚みが最小厚みよりも薄い場合、パイプが交換されるべきであるということを示す指示が与えられる。
【００１１】
図５を参照すると、本発明の装置は、被覆されたパイプ上で厚み測定を実行するための器械１０を含んでいる。器械１０は、パイプＰの実際の厚みと被覆層Ｌの厚みの双方を決定するために必要な計算を実行するためのマイクロプロセッサ１２を含んでいる。器械１０は、パイプＰを構成する種々の物質を通る超音波パルスの伝播の速さについての速度値を保存するメモリモジュール１４を含んでいる。検査の始めにおいて、技術者は、入力として物質の形式をモジュール１４へ入力し、対応する速度値Ｖがメモリからマイクロプロセッサ１２へ提供される。
【００１２】
厚み検査が実行される各々の場所において、技術者は、まず、プローブＢ１及びＢ２を用いて速度検査を実行し、被覆された物質の速度Ｖ’を決定する。測定速度モジュール１６は、速度値Ｖ’をマイクロプロセッサへ供給し、マイクロプロセッサは、これら二つの速度値Ｖ及びＶ’を用いてその場所における被覆層Ｌの厚みを計算する。層Ｌの厚みがパイプＰの長さに亙って均一でない場合があり、従って、層厚み測定は、各々の検査場所で成されるべきであることは、理解されるであろう。
【００１３】
プローブＢ３及びＢ４を用いた厚み測定も、その場所で成され、検査部位における全パイプ厚みＨを決定する。モジュール１８は、この厚み値をマイクロプロセッサ１２へ供給し、マイクロプロセッサ１２は、厚みの計算（Ｈ−Ｌ）を実行し、２０で示されているように、その結果を表示する。実際のパイプ厚み値は、ゲージ上若しくはデジタル・ディスプレイで読むことができ、また、検査値は、各々の検査がなされた検査場所（Ｔ１、Ｔ２など）と共にマイクロプロセッサ１２の保存部２１に保存される。保存された検査値は、続いて別の装置に更なるデータ処理のためにダウンロードされる。上記に加えて、最小パイプ厚み値Ｍがメモリモジュール２２に保持されており、検査されているパイプ物質のための値もマイクロプロセッサへ供給される。マイクロプロセッサは実際のパイプ厚みＨを決定するときにその値を最小値と比較し、もし測定された厚みが最小値より小さければ、適当な指示が２４で示されているように与えられる。再び、この情報は、アナログ若しくはディジタルの形式で示すことができ、また、これに続くデータ処理のためにダウンロードすることができる。最後として、器械１０は、ある速さで、例えば、毎秒５０−５００回で、前の二つの測定間を前後に切換えることができる。被覆及びパイプの実際の厚みの読みの各々の組について、修正された厚み値が表示される。検査を行いやすくするために、プローブＢ１−Ｂ４は、同じハウジングに装備され、それらの測定点は一致する。
【００１４】
【発明の効果】
記載されたことは、被覆物質の層で覆われたパイプの厚みを、迅速に、信頼性があり且正確に測定する方法及び装置である。この測定は、特別な道具若しくは設備を必要とすることなく成され、パイプがまだ使用可能か、交換を必要とするかを決定する。被覆されたパイプの超音波厚み測定に加えて、被覆されたパイプを通る超音波パルスの飛行時間（ＴＯＦ）測定を使用することにより、被覆物質の層の厚み値が得られ、これが、全厚み測定値を修正して正確な厚みの読みを得るのに用いられる。本発明の方法及び装置は、パイプを成す金属の形式及びパイプへ適用された被覆の形式によらず使用可能である。パイプがたくさんの被覆層を有していること、及び、層が種々の被覆物質からなるものであることも問題にならない。
【００１５】
マイクロプロセッサと適当なメモリ容量とを含む器械は、検査を実行し、パイプ厚み検査を実行する技術者へ適切な読みを提供することに用いられる。選択された場所におけるパイプの厚みの実時間表示に加えて、生成されたデータは、検査後の分析のために続いてダウンロードするべく器械に保存される。
【００１６】
上記から、本発明の目的が達成され、その他の有利な結果が得られることが理解されるであろう。
【００１７】
本発明の範囲を逸脱することなく、上記の構成において種々の変更が可能であり、本明細書に含まれ添付の図面に示されている全ての事柄は、例示的なものであり、限定を意味するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】外側表面に適用された被覆物質層を有する導管の断面図。
【図２】導管を通って伝播する超音波パルスの速度を決定するべく検査が実行されているパイプの検査標本の断面図。
【図３】被覆層の厚みを決定する被覆されたパイプに実行される速度検査の例示図。
【図４】導管上で為された厚み測定とそれから実際の厚み値が決定されることを示す例示図。
【図５】被覆されたパイプ上で厚み測定を実行するために用いられる器械の略図。
【符号の説明】
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４…プローブ
Ｃ…被覆
Ｆ…流体
Ｈ…全パイプ厚み
Ｌ…被覆の厚み
Ｍ…最小厚み
Ｐ…パイプ
１０…器械
１２…マイクロプロセッサ
１４…メモリモジュール
１６…速度モジュール
１８…モジュール
２１…保存部
２２…メモリモジュール

Claims (22)

1. 被覆された物質の厚みを測定する方法であって、
   前記被覆された物質上の被覆を通る超音波が遅れることによる前記超音波の飛行時間の増大に基づいて前記被覆された物質上の前記被覆の厚みを超音波により決定する過程にして、前記被覆された物質と同一の被覆されていない物質を通って伝播する超音波の飛行時間と、前記被覆を横切って前記被覆された物質を通って伝播する超音波の飛行時間とから前記被覆の厚みを算定する過程と、
   前記被覆された物質の厚みを超音波により測定する過程と、
   前記被覆された物質の測定された厚みから前記算定された被覆の厚みを差し引くことによって前記物質そのものの厚みを計算する過程と
   を含む方法。
2. 請求項１による方法であって、被覆されていない物質を通して伝達される超音波パルスの速度が測定され、前記被覆されていない物質を通る超音波パルスの伝達の速度と前記被覆された物質通る超音波パルスの伝達の速度の差を計算することによって前記被覆された物質の被覆の厚みが決定される方法。
3. 請求項２による方法であって、前記物質の計算された厚みを予め定められた厚み値に対して比較し、前記計算された厚みが前記予め定められた厚み値より小さい場合に指示を提供することを含む方法。
4. 被覆されたパイプの厚みを測定する方法であって、
   パイプが製作される物質であって被覆されていない物質を通して伝達される超音波パルスの速度を測定することと、
   前記被覆されたパイプ上の被覆を横切り被覆されたパイプそのものを通して伝達される超音波パルスの速度を測定することと、
   前記被覆されたパイプ上の被覆を通る超音波が遅れることにより前記超音波パルスの伝達速度が低減することに基づいて伝達速度の差の関数としてパイプ上の被覆の厚みを決定することと、
   前記被覆されたパイプの厚みを超音波により測定することと、
   前記被覆されたパイプの測定された厚みから前記決定された被覆の厚みを差し引くことによってパイプそのものの厚みを計算することと
   を含む方法。
5. 請求項４による方法であって、前記被覆されたパイプの長さに沿って複数の場所にて前記被覆されたパイプの厚みを測定することを含み、各々の別々の測定において、
   その場所における被覆されたパイプ上の被覆層を横切って前記パイプを通って伝達される超音波パルスの速度を測定することと、
   前記被覆されていないパイプの物質を通して伝達する超音波パルスの速度と前記その場所における前記被覆されたパイプを通して伝達された超音波パルスの前記測定された速度との差の関数として前記被覆層の厚みを決定することと、
   前記その場所における被覆されたパイプの厚みを超音波により測定することと、
   前記その場所における被覆されたパイプの前記測定された厚みから前記その場所における前記被覆層の決定された厚みを差し引くことと
   を含んでいる方法。
6. 請求項４による方法であって、前記パイプの計算された厚みを予め定められた厚み値に対して比較し、前記パイプの測定された厚みが前記予め定められた値より小さい場合に指示を提供することを含む方法。
7. 請求項６による方法であって、複数のパイプ物質とそれら物質の各々から成るパイプを通る超音波パルスの伝達速度との表を提供することと、被覆されたパイプ上で厚み測定を実行する前に先だって前記表にアクセスし検査される被覆されたパイプを通る超音波パルスの伝達速度を得ることを含む方法。
8. 請求項７による方法であって、前記被覆されたパイプの長さに沿ったパイプ厚みの測定がされている場所の各々において前記パイプ上の被覆層の厚みを自動的に計算することを更に含む方法。
9. 請求項８による方法であって、前記パイプの厚みの測定がされている場所の各々において前記パイプの厚みを自動的に計算することを更に含む方法。
10. 請求項９による方法であって、前記パイプの厚みをその場所において視覚的に表示することを更に含む方法。
11. 請求項９による方法であって、パイプの厚みが測定された場所の各々についてのパイプの厚み値を後続するデータ処理のためにダウンロードすることを含む方法。
12. 被覆された物質の厚みを測定する装置であって、
    前記被覆された物質上の被覆を通る超音波が遅れることによる前記超音波の飛行時間の増大に基づいて前記被覆された物質上の被覆の厚みを超音波により決定する手段にして、前記被覆された物質と同一の被覆されていない物質を通って伝播する超音波の飛行時間と、前記被覆を横切って前記被覆された物質を通って伝播する超音波の飛行時間とから前記被覆の厚みを算定する手段と、
    前記被覆された物質の厚みを超音波により測定する手段と、
    前記被覆された物質の測定された厚みから前記決定された被覆の厚みを差し引くことによって前記物質の厚みを計算し前記物質の厚みを決定するプロセッサと
    を含む装置。
13. 請求項１２による装置であって、前記計算された物質の厚みを表示するディスプレイを更に含む装置。
14. 請求項１２による装置であって、前記プロセッサが更に前記物質の計算された厚みを予め定められた最小厚み値と比較し、前記物質の厚みが前記予め定められた値より小さい場合に指示を提供する装置。
15. 被覆されたパイプの厚みを測定する装置であって、
    パイプが製作される物質であって被覆されていない物質を通して超音波パルスを伝達しそこに伝達される超音波パルスの速度を測定する手段と、
    前記被覆されたパイプを通して超音波パルスを伝達し前記被覆されたパイプ上の被覆を横切って前記被覆されたパイプそのものを通って伝播する超音波パルスの速度を測定する手段と、
    前記被覆されたパイプ上の被覆を通る超音波が遅れることにより前記超音波パルスの伝達速度が低減することに基づいて伝達速度の差の関数としてパイプ上の前記被覆の厚みを決定するプロセッサと、
    前記被覆されたパイプの厚みを超音波により測定する手段と
    を含み、前記プロセッサが更に前記被覆されたパイプの測定された厚みから前記決定された被覆の厚みを差し引くことによってパイプそのものの厚みを計算する装置。
16. 請求項１５による装置であって、前記計算された物質の厚みを表示するディスプレイを更に含む装置。
17. 請求項１６による装置であって、前記プロセッサが更に前記物質の計算された厚みを予め定められた最小厚み値と比較し、前記物質の厚みが前記予め定められた値より小さい場合に指示を提供する装置。
18. 被覆されたパイプの厚みを測定する器械であって、
    厚みが測定されるべきパイプに製作される物質であって被覆されていない物質を通して伝達される超音波パルスの速度値の表を保存するメモリにして厚み測定を実行するのに先だって前記器械の使用者が特定のパイプ物質についての速度情報にアクセスするメモリと、
    被覆されたパイプを通して超音波パルスを伝達し前記被覆されたパイプ上の被覆を横切り前記パイプそのものを通って伝播する前記超音波パルスの速度を測定する手段と、
    前記メモリから速度情報が供給され、前記被覆されたパイプ上の被覆を通る超音波が遅れることにより前記超音波パルスの伝達速度が低減することに基づいて前記被覆されていないパイプ物質の保存された速度値と前記被覆されたパイプ物質を通る前記測定された速度との差の関数として前記パイプ上の被覆の厚みを決定するプロセッサと、
    前記被覆されたパイプの厚みを超音波により測定する手段と
    を含み、
    前記プロセッサが前記被覆されたパイプの測定された厚みから前記決定された被覆の厚みを差し引くことによってパイプの厚みを計算する器械。
19. 請求項１８による器械であって、パイプの厚み値を表示するディスプレイを更に含む器械。
20. 請求項１９による器械であって、当該器械で検査されるパイプについての最小厚み値を保存する手段を更に含み、特定のパイプについての最小厚み値が前記プロセッサへ供給され、前記プロセッサが前記パイプの厚み値を前記プロセッサへ供給された最小厚み値と比較し、前記パイプの厚み値が前記最小値より小さい場合に指示を提供する器械。
21. 請求項２０による器械であって、更なる測定値の処理のためのその他の処理装置へ前記測定された厚み値をダウンロードするべく前記プロセッサが前記測定された厚み値を保存する器械。
22. 請求項２１による器械であって、前記プロセッサが前記測定値と各々の測定が成された場所の双方を保存する器械。

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