JP3748879B2 - 円筒タンク底板の板厚測定装置及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は、円筒タンク底板の板厚減少状況を測定、評価するための、円筒タンク底板の板厚測定装置及びその方法に関する。

従来、燃料タンク底板の超音波による板厚測定の場合では、消防通達にしたがって側板内面から５００ｍｍの範囲内のアニュラ板については概ね１００ｍｍ間隔で千鳥等にとった位置を測定し、アニュラ板のその他の部分及び底板については概ね１ｍの間隔でとった位置について測定していた。
このような抜き取り定点位置での測定では、板厚の減少量が基準値以上となるような問題位置が検出されると、その位置を中心に半径３００ｍｍの範囲を３０ｍｍ間隔でとった位置についてさらに測定を行い、問題位置付近のタンク底板の板厚減少状況を把握するようにしていた。

しかしながら、従来の円筒タンク底板の板厚測定においては、解決すべき以下のような問題が存在していた。
（１）超音波を用いたタンク底板の板厚測定では、塗膜部分と鋼板部分では音速が大きく異なるため、塗膜の上面から測定を行うと、実際の底板の厚さ、すなわち鋼板厚さの決定に非常に大きな測定誤差が発生し、タンク底板の腐食による鋼板厚さの減少状況を正確に判定することが困難であった。
（２）そのため、鋼板厚さの測定に際しては、塗膜部分を取り除いて鋼板部分だけの測定を行い、測定後に再塗装を行うという方法を採用していたが、測定に際してタンクの休止期間が長くなるという時間的問題と測定費用以外に塗膜除去と再塗装の費用が発生するという経済的問題が存在していた。
（３）さらに、定点位置での測定で著しい鋼板の板厚減少が検出されないと、実際に著しい減少が定点以外の部分に存在していても見過ごされてしまい、局所的な腐食による鋼板の板厚減少状況を検出することが不可能で、タンク底板の全体にわたった鋼板の板厚減少状況を把握することができないという問題があった。
（４）また、定点位置で著しい板厚減少が検出されると、この点を中心として再分割した新たな定点について再度測定を行うため、タンク底板の板厚測定を簡易にかつ迅速に行うことができないという問題が存在していた。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、タンク底板の塗装を除去しないで、タンク底板の全体にわたる鋼板の板厚減少状況を把握することが可能な円筒タンク底板の板厚測定装置及びその方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る円筒タンク底板の板厚測定装置は、前部測定台車及び後部測定台車を備えタンク底板上を走行する測定台車と、
前記前部測定台車に幅方向に２列かつ千鳥状に並べて配置され、しかも前記前部測定台車にジンバル機構を介して取付けられた子台車と、
前記子台車のそれぞれに取付けられて前記タンク底板の厚さを測定する反射型の超音波探触子と、
前記超音波探触子に対応して前記子台車のフレームの前方又は後方のいずれか一方に取付けられ、前記タンク底板表面の塗膜厚さを測定する塗膜厚さ計と、
前記前部測定台車に取付けられ、該前部測定台車の走行距離を測定するロータリーエンコーダとを有する。

前記目的に沿う本発明に係る円筒タンク底板の板厚測定方法は、前部測定台車及び後部測定台車を備える測定台車と、前記前部測定台車に幅方向に２列かつ千鳥状に並べて配置され、しかも前記前部測定台車にジンバル機構を介して取付けられた子台車と、前記子台車のそれぞれに取付けられてタンク底板の厚さを測定する反射型の超音波探触子と、前記超音波探触子に対応して前記子台車のフレームの前方又は後方のいずれか一方に取付けられ、前記タンク底板表面の塗膜厚さを測定する塗膜厚さ計と、前記前部測定台車に取付けられ、該前部測定台車の走行距離を測定するロータリーエンコーダとを有した円筒タンク底板の板厚測定装置を用い、
前記測定台車を前記タンク底板上を走行させて、前記超音波探触子の出力、前記塗膜厚さ計の出力及び前記ロータリーエンコーダの出力を入力とし、これらから、前記タンク底板の特定位置の塗膜の厚みを引いた実際の前記タンク底板の厚さを測定して、その位置と厚みの関係を画面上に色分け表示する。

本発明の円筒タンク底板の板厚測定装置及びその方法においては、タンクの底板の厚さを測定する反射型の超音波探触子と底板表面の塗膜厚さを測定する塗膜厚さ計と走行距離を測定するロータリエンコーダが取付けられた測定台車をタンク底板上で走行させて、タンク底面の特定位置の実際の底板の厚さを測定して、その位置と厚みの関係をリアルタイムに画面上に表示するので、タンク底板の全体にわたって局所的な鋼板の腐食による板厚減少状況を、高精度、簡単、迅速に測定し評価することが可能となる。測定台車の走行速度を、例えば５００〜１０００ｍｍ／秒として、測定を行うことも可能となり、高速度の板厚測定が可能となる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の一実施の形態に係る円筒タンク底板の板厚測定装置における測定部の側面図、図２は同円筒タンク底板の板厚測定装置の前部測定台車の正面図、図３は同円筒タンク底板の板厚測定装置の前部測定台車の側面図、図４は円筒タンク底板の板厚測定装置における各機器の関係を示す装置構成図である。
図１及び図４に示すように、本発明の一実施の形態に係る円筒タンク底板の板厚測定装置１０は、測定部１０ａ、測定制御・データ処理部１０ｂ、及び水供給部１０ｃを有する。以下、これらについて詳細に説明する。
（１）測定部
図１〜図３に示すように、本発明の一実施の形態に係る円筒タンク底板の板厚測定装置１０の測定部１０ａは、前部測定台車１２、測定台車把手２３が設けられた後部測定台車１３を備えた測定台車１１と自在式継手機構の一例であるジンバル機構１４を介して前部測定台車１２に取付けられた子台車１５、及び測定台車車輪２０ａの回転と同期してロータリーエンコーダ車輪１９が回転するように前部測定台車１２に取付けられたロータリーエンコーダ１８を有している。また、後部測定台車１３には塗膜厚さ計制御装置２４、表示器２５が搭載され、子台車１５には、子台車フレーム２１に子台車車輪２２が取付けられ、反射型の超音波探触子１６、塗膜厚さ計１７、及び水供給用分岐２６が搭載されている。

測定台車１１は、枠組み状の構造体（フレーム）１２ａに測定台車車輪２０ａが取付けられた前部測定台車１２と、平台１３ａに測定台車車輪２０ｂと測定台車把手２３が取付けられた後部測定台車１３を有している。測定台車把手２３は取外し可能であり、これを用いて手押しで測定台車１１を移動することができる。また、測定台車１１の全体の高さＨ（測定台車把手２３を外した状態）を低くすることで測定台車１１が侵入可能な、タンク底板上に設けられた配管の下を潜ってタンク底板の厚み測定ができる。さらに、前部測定台車１２と後部測定台車１３とが分離できる構造とすることも可能である。
また、測定台車１１には図示していない測定開始・終了のスイッチが設けられており、このスイッチの信号が測定制御・データ処理部１０ｂに伝えられて、測定の開始、終了が行われる。

一般に、タンク底板は、完全な平面ではなくて「うねり」を有しており、さらに局所的にはタンク底板つなぎ目部分の溶接箇所や腐食箇所等に凹凸が存在する。このようなタンク底板のうねりや局所的な凹凸に対して、子台車１５が完全に追従して移動できるように、子台車１５は、図２及び図３に示すように、ジンバル機構１４を介して、前部測定台車１２のフレーム１２ａ内に測定台車１１の幅方向に６台（図２では右端の１台が隠れて見えていない）、進行方向に２列並べて取付けられている。後部測定台車１３には、塗膜厚さ計制御装置２４と測定値の表示器２５が組み込まれている。

図３に示すように、超音波探触子１６と塗膜厚さ計１７が搭載された子台車１５は、ジンバル機構１４を介して測定台車１１に取付けることで、超音波探触子１６や塗膜厚さ計１７の検出面が、常にタンク底板のうねりや局所的な凹凸に対して、完全に追従する動きとなることを保証している。

図２に示すように、子台車１５は、子台車フレーム２１に子台車車輪２２が取付けられた構造を有し、超音波探触子１６は、子台車フレーム２１の中央部に、タンク底板との間に隙間Ｇが設けられるように取付けられ、塗膜厚さ計１７は、子台車フレーム２１の前方又は後方のいずれか一方に、タンク底板との間に隙間Ｇが設けられるように取付けられる。また、塗膜厚さ計１７には測定値を校正するために、図示していない高精度変位計が取付けられている。各子台車１５には、超音波探触子１６とタンク底板との間の超音波伝達を効率よく行うために、前部測定台車１２に設けられた水供給用分岐２６を経由して水が各子台車１５に図示していない配管を通って供給される。各子台車１５に供給された水は、子台車１５に設けられた図示していない水供給用の孔から、超音波探触子１６とタンク底板との隙間に常に存在するように供給される。
また、測定台車１１の走行距離を測定するロータリーエンコーダ１８は、前部測定台車１２の前面の端に、測定台車車輪２０ａの動きと同期してロータリーエンコーダ車輪１９が回転するように、取付けられている。

子台車フレーム２１や子台車車輪２２のために、同一列内で隣り合う超音波探触子１６同士の近接距離Ｌに限界が存在する。このため、測定台車１１に取付けた第１列目の子台車１５が走行したとき、同一列内で隣り合う超音波探触子１６同士の近接距離Ｌの幅の帯状の測定不能領域が発生する。このような第１列目の子台車１５の走行により生じた帯状の測定不能領域を、第２列目の子台車１５によって測定するためには、測定台車１１の幅方向に並べて配置された第１列目の子台車１５同士の間に生じた隙間の中心線上に、第２列目の子台車の中心線が一致するように第２列目の子台車１５を配置する必要がある。このような子台車１５の配置の方法の一例として、子台車１５を測定台車１１の進行方向に対して二列に、千鳥状に配置することができる。また、同一列内で隣り合う超音波探触子１６同士の近接距離Ｌの幅が広くなって、第１列目の子台車１５の走行により生じた帯状の測定不能領域を、第２列目の子台車１５だけの測定で解消することができないときは、例えば、子台車１５を測定台車１１の進行方向に対して三列以上の階段状に配置することができる。
なお、超音波探触子１６の超音波パルスは、探触子の全面から発射されるが、測定に有効に使用できるものは、これより幅の狭い部分（有効ビーム幅）から発射される超音波である。したがって、子台車１５の列において、各子台車１５の中心間の距離Ｘは、超音波探触子１６の有効ビーム幅の２倍以下となるようにする必要がある。

反射型の超音波探触子１６には、例えば送信子と受信子を有する二振動子型探触子を使用して、塗膜厚さ計１７には、渦流型のセンサーを使用している。反射型探触子とすることで、タンク底板の内面側からだけの測定で板厚測定が可能となり、送信子と受信子の二振動子型探触子とすることで、底板底面からの超音波の反射エコーの到達時間を精度良く測定することができる。また渦流型のセンサーとすることで、塗膜部分だけを独立して測定することが可能となる。

（２）測定制御・データ処理部
図４に示すように、測定制御・データ処理部１０ｂは超音波探触子１６の出力から厚さを計算する超音波厚さ計と、各測定用機器の動作制御ならびに超音波厚さ計、塗膜厚さ計１７及びロータリーエンコーダ１８の各出力から鋼板の板厚を計算し、タンク底板内の位置と鋼板の板厚の関係を画面表示するコンピュータを有している。
（３）水供給部
図４に示すように、水供給部は１０ｃ、水タンクとポンプ及び電磁弁を有している。電磁弁の開閉とポンプの起動・停止は、測定台車１１に設けられた測定開始・終了のスイッチ信号が、測定制御・データ処理部１０ｂのコンピュータに伝えられ、このコンピュータの指示に基づいて行われる。

次に、本発明の一実施の形態に係る円筒タンク底板の板厚測定装置１０を適用した円筒タンク底板の板厚測定方法について主として図４を参照して述べる。
超音波探触子１６による板厚測定は、送信子から発射された超音波パルスが塗膜、鋼板、鋼板底面反射、鋼板、塗膜の順に伝搬し、受信子に到達するまでの時間を測定することにより行われるので、超音波探触子１６で得られる板厚は、塗膜厚さと鋼板厚さの合わさった厚さとなる。一方、塗膜厚さ計１７で測定される厚さは、塗膜厚さだけである。したがって、超音波探触子１６で得られる板厚から、塗膜厚さ計１７で測定される塗膜厚さを差し引くことで、タンク底板の塗装を除去することなく鋼板厚さ、すなわち実際のタンク底板の厚さが得られる。

また、子台車１５内の超音波探触子１６と塗膜厚さ計１７は、一定の位置関係の下に測定台車１１に取付けられているため、測定台車１１内の一箇所の位置がタンク底板とどのような位置関係となるかが判れば、子台車１５内の超音波探触子１６と塗膜厚さ計１７の測定している位置が、タンク底板のどの位置に相当するかが判る。したがって、測定台車１１に走行距離を測定するロータリーエンコーダ１８を取付けて、タンク底板の特定位置からの走行距離を把握することで、走行中の超音波探触子１６と塗膜厚さ計１７の測定位置がタンク底板のどの位置に相当するかリアルタイムで特定することができ、特定位置の塗膜厚さと板厚を同時に測定することができる。したがって、超音波探触子１６による板厚、塗膜厚さ計１７による塗膜厚さ、及びロータリーエンコーダ１８の測定値を組み合わせることで、タンク底板内の特定位置の鋼板厚さを求めることができる。また、位置と鋼板厚さの関係を画面上に表示すると、タンク底板の全体にわたって鋼板の腐食による板厚減少状況を把握することができる。

実際のタンク底板の板厚測定では、測定者は、タンク底板上のあらかじめ決められた経路に沿って、測定台車１１を手動で移動させて測定を行う。測定台車１１の走行速度は、測定データの処理速度を考慮して決定され、通常は５００〜１０００ｍｍ／秒の走行速度で測定を行っている。なお、この実施の形態では、測定台車１１を手押し式としたが、必要によりセンサーを設けるか、あるいは予めコースを決めておき、測定台車１１を自走式とすることもできる。

進入高さに制約があるタンク内のベースヒータ等の構造物の下では、後部測定台車１３に設けられた測定台車把手２３を除去することで、測定台車１１の進入が可能となり、タンク底板の測定ができる。
また、後部測定台車１３には、塗膜厚さ計制御装置２４と測定値の表示器２５が組み込まれているため、高さを例えば２００ｍｍ程度としているが、前部測定台車１２の高さは、例えば約１００ｍｍの高さにすることが可能である。このため、測定台車１１から、前部測定台車１２を分離又はオフセットして、前部測定台車１２単独で測定を行うと、１００ｍｍ程度の隙間の部分までの測定が可能となる。前部測定台車１２単独で測定を行う場合、前部測定台車１２の移動方法の一例として、前部測定台車１２の前端にアイボルト等を設け、これに紐を取付けて牽引する方法が採用できる。
タンク底板の面内では、測定台車１１の近接限界のため、当板等の障害物近辺には障害物を中心とした測定不能領域が必然的に発生する。この場合も、前部測定台車１２を分離又はオフセットすることで、測定不能領域を縮小させることが可能となる。

超音波探触子１６として、有効ビーム幅２５ｍｍ、静止状態の下で測定方向に対して５〜３５ｍｍの範囲に存在する直径２ｍｍの平底穴が検出できる能力を有するものを、塗膜厚さ計１７として、０〜２ｍｍの範囲の厚さが測定できる渦流型のセンサーを、ロータリーエンコーダ１８として、測長精度が０．１％で、前進、後退の距離測定ができるものを使用している。この場合、超音波探触子１６と渦流型のセンサーを組み合わせた場合の板厚の測定精度は、±０．１ｍｍとなる。
測定データは、移動距離が例えば５ｍｍとなるまでに読み込まれた全データの中から最小値を求めて、これを５ｍｍ移動区間の代表値としてコンピュータ内に記録するようにしている。
超音波厚さ計のパルス繰り返し周波数は５００Ｈｚ〜２ｋＨｚとし、超音波探触子１６からの１回の超音波パルスの送信と受信で測定される範囲は、２５ｍｍ×３ｍｍの範囲としている（２５ｍｍは超音波探触子１６の移動方向と直角な有効ビーム幅、３ｍｍは移動方向の有効ビーム幅）。したがって、測定台車１１を５００〜１０００ｍｍ／秒の速度で移動させても移動方向の未探傷範囲は生じない。

続いて、本発明の一実施の形態に係る円筒タンク底板の板厚測定装置１０を、内径１５ｍの円筒タンク底板の板厚測定に適用した場合についてさらに説明する。測定の内容は、初期条件設定、測定条件設定、測定方法、測定結果表示に分けられる。
（１）初期条件設定
タンク内径、アニュラ板の枚数、底板基本板のサイズを測定制御・データ処理部１０ｂのコンピュータに入力する。
コンピュータは入力データに基づき、アニュラ板の作図と、底板全体を縦又は横に分割し、分割された領域の各々をさらに分割しながら底板板割図を作成する。分割された領域には、自動的に番号が付けられる。図５に内径１５ｍの円筒タンク底板の板厚測定を行う場合に作成した底板板割図を示す。
（２）測定条件設定
底板板割図より測定を行う板の番号を選択し、選択した番号の板について測定時の原点、測定開始点及び測定方向を決定する。

（３）測定方法
イ）測定開始点の位置を原点からの変位で入力する。
ロ）測定開始位置に測定台車１１の基準点を一致させて、測定開始スイッチを入れる。
ハ）測定台車１１を５００〜１０００ｍｍ／秒の速度で測定方向に移動させる。測定台車１１は、測定方向を示すように前もって設置しておいたレーザー発振器のレーザー光線の光軸と測定台車１１の進行方向が一致するように移動させる。
ニ）測定台車１１が板の終点に到達した時点で測定終了スイッチを入れる。
ホ）終点位置で、測定台車１１を進行方向と垂直方向に、一定距離（測定有効幅）だけ移動させる。
なお、測定台車１１の進行方向と垂直方向への移動は、垂直方向移動台車を使用した。垂直方向移動台車は、測定台車１１を乗せて、測定台車１１の進行方向と垂直方向に移動させる専用の台車である。
ヘ）イ）〜ホ）を繰り返して、選択した番号の板内全面を測定台車１１が移動したとき、選択した番号の板の測定が終了する。
ト）底板板割図より次に測定を行う板の番号を選択し、イ）〜ヘ）を行う。
チ）底板板割図において、すべての板の板厚測定が終了したとき、タンク底板の板厚測定が終了したことになる。

（４）測定結果表示
測定中に、鋼板板厚の測定結果を、板厚程度に応じてリアルタイムに色分け表示し、板厚減少状況を画面に示すことができる。測定後では、底板板割図中に鋼板板厚の測定結果を板厚程度に応じて色分け表示し、任意の番号の板を選択して、板厚の色分け分布図と選択板内の任意位置での縦方向及び横方向の板厚断面の状態を画面表示できる。これらの画面表示内容は、カラープリンターにより出力できる。また、番号別に板の板厚平均値、板厚最小値、一定板厚以上の部分の面積の分布を表示、出力することが可能である。内径１５ｍの円筒タンク底板の板厚測定において得られた板厚減少状況の一例として、設計鋼板厚さ１０ｍｍに対して、鋼板厚さ８ｍｍ未満の箇所の分布状況を図６に示す。また、タンク底板全体にわたって得られた、鋼板厚さと面積の関係を表１に示す。

なお、前記実施の形態では、具体的な数字を用いて説明したが、本発明は、これらの数字に限定されるものではない。

本発明の一実施の形態に係る円筒タンク底板の板厚測定装置の測定部の側面図である。 同円筒タンク底板の板厚測定装置の前部測定台車の正面図である。 同円筒タンク底板の板厚測定装置の前部測定台車の側面図である。 同円筒タンク底板の板厚測定装置における各機器の関係を示す装置構成図である。 同円筒タンク底板の板厚測定装置による底板板割を示す説明図である。 同円筒タンク底板の板厚測定装置による板厚減少状況を示す説明図である。

符号の説明

１０：円筒タンク底板の板厚測定装置、１０ａ：測定部、１０ｂ：測定制御・データ処理部、１０ｃ：水供給部、１１：測定台車、１２：前部測定台車、１２ａ：構造体（フレーム）、１３：後部測定台車、１３ａ：平台、１４：ジンバル機構（自在式継手機構）、１５：子台車、１６：超音波探触子、１７：塗膜厚さ計、１８：ロータリーエンコーダ、１９：ロータリーエンコーダ車輪、２０ａ：測定台車車輪、２０ｂ：測定台車車輪、２１：子台車フレーム、２２：子台車車輪、２３：測定台車把手、２４：塗膜厚さ計制御装置、２５：表示器、２６：水供給用分岐

Claims (6)

1. 前部測定台車及び後部測定台車を備えタンク底板上を走行する測定台車と、
   前記前部測定台車に幅方向に２列かつ千鳥状に並べて配置され、しかも前記前部測定台車にジンバル機構を介して取付けられた子台車と、
   前記子台車のそれぞれに取付けられて前記タンク底板の厚さを測定する反射型の超音波探触子と、
   前記超音波探触子に対応して前記子台車のフレームの前方又は後方のいずれか一方に取付けられ、前記タンク底板表面の塗膜厚さを測定する塗膜厚さ計と、
   前記前部測定台車に取付けられ、該前部測定台車の走行距離を測定するロータリーエンコーダとを有することを特徴とする円筒タンク底板の板厚測定装置。
2. 請求項１記載の円筒タンク底板の板厚測定装置において、前記反射型の超音波探触子は送信子と受信子の二振動子型探触子からなって、前記塗膜厚さ計は渦流型のセンサーからなっていることを特徴とする円筒タンク底板の板厚測定装置。
3. 前部測定台車及び後部測定台車を備える測定台車と、前記前部測定台車に幅方向に２列かつ千鳥状に並べて配置され、しかも前記前部測定台車にジンバル機構を介して取付けられた子台車と、前記子台車のそれぞれに取付けられてタンク底板の厚さを測定する反射型の超音波探触子と、前記超音波探触子に対応して前記子台車のフレームの前方又は後方のいずれか一方に取付けられ、前記タンク底板表面の塗膜厚さを測定する塗膜厚さ計と、前記前部測定台車に取付けられ、該前部測定台車の走行距離を測定するロータリーエンコーダとを有した円筒タンク底板の板厚測定装置を用い、
   前記測定台車を前記タンク底板上を走行させて、前記超音波探触子の出力、前記塗膜厚さ計の出力及び前記ロータリーエンコーダの出力を入力とし、これらから、前記タンク底板の特定位置の塗膜の厚みを引いた実際の前記タンク底板の厚さを測定して、その位置と厚みの関係を画面上に色分け表示することを特徴とする円筒タンク底板の板厚測定方法。
4. 請求項３記載の円筒タンク底板の板厚測定方法において、前記タンク底板の厚さは、特定の移動距離毎に読み込まれた全データの中から最小値を求めて、その最小値を移動区間の代表値とすることを特徴とする円筒タンク底板の板厚測定方法。
5. 請求項４記載の円筒タンク底板の板厚測定方法において、前記タンク底板の色分け表示は、前記タンク底板を縦又は横に分割した底板分割図中に前記タンク底板の厚さの測定結果を板厚に応じて色分けすることを特徴とする円筒タンク底板の板厚測定方法。
6. 請求項３〜５のいずれか１項に記載の円筒タンク底板の板厚測定方法において、前記タンク底板の位置と厚みの関係は前記画面上にリアルタイムに色分け表示されることを特徴とする円筒タンク底板の板厚測定方法。

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