JP4118488B2 - 離隔渦流法による管の肉厚測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、離隔渦流法を用いて金属管の肉厚を測定し、探傷や腐食状況の診断を行う離隔渦流法による管の肉厚測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、図９に示すように、液化天然ガス（以下、「ＬＰＧ」と略称する）を貯蔵するＬＮＧタンク１などでは、地盤２に基礎部分として複数の基礎用鋼管杭３が使用されている。ＬＮＧタンク１の周囲には、基礎用鋼管杭３に電気防食を行うための防食用鋼管杭４が埋められている。ただし、基礎部分の基礎用鋼管杭３にあまり腐食が進んでいないと考えられるときには、防食用鋼管杭４は通電されずに埋められたままの状態である。防食用鋼管杭４を使用して基礎用鋼管杭３の電気防食を行うと、電気料金等の費用が増加するので、基礎用鋼管杭３の腐食が進むまでは、防食用鋼管杭４を用いる電気防食は行わないでおくからである。
【０００３】
近年、基礎部分の基礎用鋼管杭３の腐食の程度を調べて、電気防食の必要性等を判断することができないかというニーズが発生している。ただし、基礎用鋼管杭３の上方にはＬＮＧタンク１が存在し、基礎用鋼管杭３内に測定プローブ等を挿入することは不可能である。そこで、基礎用鋼管杭３の周囲に埋められている防食用鋼管杭４について腐食の程度を調べることで、用鋼管杭３の腐食の程度もある程度推定することができると期待される。
【０００４】
基礎用鋼管杭３や防食用鋼管杭４などの鋼管、特に地中に埋設されている鋼管の腐食診断には、離隔渦流法、すなわちリモートフィールド渦流法（以下、「ＲＦＥＣ法」と略称する）が用いられている。ＲＦＥＣ法は、内部から、鋼管の厚さの相対的変化を比較的容易に、かつ高速に求めることができ、位置による厚さの変化から、腐食減肉の程度を判断することができる。ＲＦＥＣ法で鋼管の腐食状況を診断する場合は、厚さの相対的な減少量としての減肉率を求め、予め設定される基準値と比較する。基準値よりも減肉率が大きくなっていると診断されれば、たとえばより強力な防食対策を施すことが必要と判断する。
【０００５】
図１０は、各種３００Ａ鋼管の実測減肉率と、ＲＦＥＣ法で測定した減肉部の信号から求められたリサージュ平面位相角との関係を示す。なお、リサージュ平面位相角とは、図１１に示すように、受信コイルにおける起電力の信号振幅をＡとし、起電力の位相をΦとしたとき、Ｘ軸をＡｃｏｓΦ、Ｙ軸をＡｓｉｎΦとして描かれるリサージュ波形とＸ軸との間でなす角度をθをいう。図１２は、図１１に示すような位相角と減肉率との関係を求めるための試験用管５の一例を（ａ）に、該試験用管５についてＲＦＥＣ法で測定したときに得られる情報を（ｂ）にそれぞれ示す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＲＦＥＣ法による鋼管などの腐食診断では、複数の受信コイルを用いて、管の全周にわたる減肉率を測定することが考えられる。ただし、ＲＦＥＣ法に使用されている受信コイルは、減肉率を検知することができる範囲がその受信コイル幅程度しかない。このため、鋼管杭などの全周の減肉率を測定するには、受信コイル管の隙間を空けずに、受信コイルを周状に並べる必要がある。しかし、鋼管杭には、腐食や杭と杭とを接続するためのリングが内周側に溶接されていたりしているので、その段差を乗越えることができるように、受信コイルは管の中心軸に向う径方向に、ばねなどを用いて可動構造とすることが考えられている。可動構造とするには、受信コイル管に隙間が必要であり、隙間があると隙間の部分の減肉率データを採取することができなくなってしまう。このため、受信コイルは管軸方向に複数列用意し、受信コイルを千鳥配列にするなどの工夫で、各列の受信コイルの隙間を、互いに補って減肉率を測定することができるようにしている。
【０００７】
ところが、受信コイルの大きさは一般的に小さく、全周の減肉率を測定するには、数多くの受信コイルが必要であり、受信コイルの数だけ、受信回路等を用意する必要がある。受信回路等は、受信コイルに比べれば高価であるので、多くの受信コイルを用いて間の全周にわたる肉厚や減肉率などを測定しようとすると、高価な受信回路等も多く必要となり、限られたコストの中では、充分な回路数を確保することは困難である。
【０００８】
本発明の目的は、離隔渦流法を用いる管の全周にわたる肉厚や減肉率の測定を、多くの受信コイルを用いてきめ細かく行うことができ、しかもコスト上昇を抑えることができる離隔渦流法による管の肉厚測定装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、中心軸が金属管の軸線に一致するように配置される励磁コイルから発生する磁束の変化に対応する信号を、励磁コイルから該中心軸方向に間隔をあけて配置される受信コイルで受信し、受信される信号に基づいて電磁的に該金属管の肉厚を測定する離隔渦流法による管の肉厚測定装置において、
受信コイルは、
励磁コイルの中心軸方向に間隔をあけて配置される複数列に、それぞれ予め定める複数個が属するように配置され、
各列では該複数個の受信コイルが金属管の内周に沿って、等間隔で配置され、
隣接する列間では、受信コイルの位置が励磁コイルの中心軸まわりの同一角度の位置に重ならないように、該中心軸まわりに角度をずらして配置され、
該中心軸まわりを複数範囲数の角度範囲に分割して、各角度範囲にそれぞれ属する異なる列の受信コイルからの信号を切換えるように設けられる該複数範囲数の切換スイッチと、
各切換スイッチ毎に設けられ、切換スイッチによって切換えられる受信コイルからの信号を解析処理して、金属管の肉厚測定を行う該複数範囲数の信号処理回路と、
該複数範囲数の信号処理回路からの肉厚測定結果に基づいて、該金属管の周方向の肉厚分布を求める分布測定回路と、
前記励磁コイルおよび前記受信コイルを金属管内で軸線方向に移動するときに、前記切換スイッチを切換える制御回路であって、
前記切換スイッチが前記受信コイルを切換えることによって、異なる列の受信コイルが金属管の軸線に対して同一の位置となるタイミングで前記受信コイルが信号を受信するように、前記切換スイッチを切換える制御回路とを含むことを特徴とする離隔渦流法による管の肉厚測定装置である。
【００１０】
本発明に従えば、励磁コイルは中心軸が金属管の軸線に一致するように配置され、磁束を発生して離隔渦流法による該金属管の肉厚測定を行う。該中心軸方向に間隔をあけて、複数の受信コイルが配置され、各受信コイルは励磁コイルが発生した磁束に基づく信号を受信する。受信信号には該金属管の肉厚の影響が電磁的に反映されるので、受信信号を解析して、受信コイルの存在する部分での肉厚を測定することができる。受信コイルは、励磁コイルの中心軸方向に間隔をあけて配置される複数列に、それぞれ予め定める複数個が属するように配置され、各列では該複数個の受信コイルが金属管の内周に沿って等間隔で配置され、隣接する列間では、受信コイルの位置が励磁コイルの中心軸まわりの同一角度の位置に重ならないように、該中心軸まわりに角度をずらして配置されるので、全体として多くの受信コイルを該金属管の内周に沿って配置し、きめ細かく測定を行うことができる。異なる列に属して中心軸に対する角度が予め定める範囲内にある受信コイルを切換スイッチで切換えて、信号処理回路での信号解析や肉厚測定を行うので、信号処理回路の数を受信コイルの数よりも少なくして、コスト上昇を抑えることができる。
【００１２】
また、複数列に分割して、重心軸まわりの角度もずらしている受信コイルからの信号を、金属管の軸線に対して同一の位置となるように切換スイッチで切換えるので、金属管の軸線に対して同一位置で、全周についての測定を行い、肉厚や減肉率分布などを精度良く求めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態である離隔渦流法による管の肉厚測定装置としてのＲＦＥＣ法装置１０の概略的な構成を示す。図１（ａ）に示すＲＦＥＣ法測定プローブ１１は、励磁コイル１２、中心軸１３、および複数の受信コイル１４を備え、鋼管杭１５内を、その軸線に中心軸１３を一致させて、該軸線方向に移動しながら、鋼管杭１５の肉厚測定を行う。鋼管杭１５は、たとえば内径が約３００ｍｍで３００Ａと呼ばれる場合について示す。励磁コイル１２と受信コイル１４とは、鋼管杭１５の外径の２倍以上の距離を空けて配置されている。
【００１４】
受信コイル１４は、たとえば１２個ずつを一組として、２列に配置される。２つの列は、中心軸１３に沿って、間隔△Ｌを空けて配置される。△Ｌは、たとえば７．８ｃｍである。図１（ｂ）は、各列での受信コイルの配置位置を示す。受信コイル１４は全体で２４個あるので、全周について、Ｓ１〜Ｓ２４の位置を等間隔、すなわち３６０°÷２４＝１５°の角度でとり、さらに奇数番目の位置を励磁コイル１２寄りの第１列に割当て、偶数番目の位置を励磁コイル１２から離れている第２列に割当てる。すなわち、第１列と第２列とに配置される受信コイル１４は、千鳥配列をなしている。
【００１５】
図１（ｃ）は、ＲＦＥＣ法装置１０の概略的な電気的構成を示す。分布測定回路２０は、１２個の受信回路２１，２２，…からの解析データに基づいて、鋼管杭１５についての全周にわたる減肉分布などを作成する。一つの受信回路２１は、図１（ｂ）に示す第１列および第２列にそれぞれ属する受信コイルを一つずつ、たとえばＳ１とＳ２のように組合せ、切換スイッチ３１で切換可能なように構成する。切換スイッチ３１で切換えられた信号は、信号処理回路３２に入力される。信号処理回路３２には、受信コイル１４からの微小なアナログ信号を増幅するロックインアンプ、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、デジタル信号処理で、図１０のようなリサージュ平面位相角と減肉率との関係に従って、鋼管杭１５の減肉率を測定する演算回路等が含まれる。
【００１６】
ＲＦＥＣ法測定プローブ１１は、鋼管杭１５内を、たとえば毎分１ｍの速度で移動しながら肉厚測定を行う。第１列と第２列の受信コイル１４からの信号は、切換スイッチ３１で交互に切換えて信号処理回路３２に入力される。ｎを自然数として、４．６８／ｎ（秒）毎に切換スイッチ３１を切換えるようにすれば、測定ピッチは、７．８／ｎ（ｃｍ）となる。この測定ピッチは、前述の第１列と第２列との間隔△Ｌの１／ｎである。したがって、ｎ＝１とすれば、受信コイル１４の第１列と第２列とを鋼管杭１５の軸線に関し、該間隔△Ｌのピッチで同一の位置で測定を行うことができる。ｎを２以上にすれば、より細かなピッチで測定を行うことができる。
【００１７】
図２、図３、図４および図５は、図１（ａ）に示すＲＦＥＣ法測定プローブ１１の一例を示す。図２は、右側面側から見た構成を、中心線より上側については主として断面視して示す。図３は、正面視した状態を示す。図４および図５は、図２の切断面線ＩＶ−ＩＶおよび切断面線Ｖ−Ｖから見た構成をそれぞれ示す。
【００１８】
図４に示すように、ＲＦＥＣ法測定プローブ１１の中心軸１３を鋼管杭１５の軸線に一致するように保持して、鋼管杭１５内を移動可能なようにするため、複数の保持車輪３５が設けられている。また、図２に示すように、鋼管杭１５の肉厚を超音波を用いて測定することが可能な水浸法超音波探触子３６も備えられている。受信コイル１４や水浸法超音波探触子３６への信号等の電気的接続は、ケーブル３７を介して行われる。水浸法超音波探触子３６による肉厚測定も併用すれば、鋼管杭１５の全周に沿っての肉厚測定精度を向上させることができる。図５に示すように、各受信コイル１４は、ばね装置３８によって、径方向の外方に付勢されている。これによって、鋼管杭１５の内周面に段差などが生じていても、段差などからの押圧力がばね装置３８による付勢よりも大きくなれば、受信コイル１４が径方向の内方に引っ込み、段差などが過ぎれば、元に戻すことができる。
【００１９】
図６は、図１のＲＦＥＣ法装置１０を使用する鋼管杭１５の減肉率測定状態を示す。ＲＦＥＣ法測定プローブ１１には、励磁コイル１２と受信コイル１４とともに、水浸法超音波探触子３６が組み込まれている。ケーブル３７は検査装置４０に接続され、水浸法超音波探蝕子３６からの信号は超音波厚み計４１に入力される。超音波厚み計４１はＣＲＴモニタ４２を備え、エコー信号を表示する。エコー信号波形が良好なときは、超音波による高精度の肉厚測定が可能であり、その測定位置でＲＦＥＣ法のデータを校正すれば、ＲＦＥＣ法によるデータの精度も高めることができる。
【００２０】
検査装置４０内には、図１（ｃ）に示す受信回路２１，２２，…のうちの切換スイッチ３１や信号処理回路３２、および発振回路３０が含まれ、分布測定回路２０は、信号処理用パソコン４３によって実現される。分布測定回路２０としての処理結果は、ディスプレイモニタ４４に表示される。検査装置４０、超音波厚み計４１、信号処理用パソコン４３およびディスプレイモニタ４４などは、計器収納ラック４５に収納されて、一体化されている。
【００２１】
ＲＦＥＣ法測定プローブ１１は、走行装置４６によって、ケーブル３７で吊下げられる長さを変化させ、地中に埋込まれている鋼管杭１５中を軸線方向に往復移動することができる。図５に示すように、受信コイル１４はばね機構３８で径方向に変位可能であるので、鋼管杭１５の内部に、鋼管継目４７などで段差が生じていても、乗越えて移動することができる。
【００２２】
図７は、図６のディスプレイモニタ４４に表示する全周にわたる減肉評価の例を示す。２４個の受信コイルは、図１（ｂ）に示すＳ１，Ｓ２，Ｓ３のように隣接する３個ずつで１つのチャンネルを形成し、合計８つのチャンネルとして減肉率の評価を行う。各チャンネルでは、３つの受信コイル１４からの信号を個別に解析するのではなく、総合して解析するので、全周にわたる解析を迅速に行うことができる。
【００２３】
図８は、本発明の実施の他形態である離隔渦流法による管の肉厚測定装置としてのＲＦＥＣ法装置５０の概略的な構成を示す。本実施形態で図１の実施形態に対応する部分には同一の参照符を付し、重複する説明を省略する。図８（ａ）に示すＲＦＥＣ法測定プローブ５１では、受信コイル１４は、たとえば８個ずつを一組として、３列に配置される。図８（ｂ）は、各列での受信コイルの配置位置を示す。受信コイル１４は全体で２４個あるので、全周について、Ｓ１〜Ｓ２４の位置を等間隔でとり、さらに励磁コイル１２寄りの第１列から、励磁コイル１２から離れる第２列、さらに励磁コイル１２から離れる第３列に、順次位置を割当てる。すなわち、第１列、第２列および第３列に配置される受信コイル１４は、一定角度である３６０°÷２４＝１５°ずつ位置がずれている。
【００２４】
図８（ｃ）は、ＲＦＥＣ法装置５０の概略的な電気的構成を示す。８個の受信回路５１，５２，…は、それぞれ３つの受信コイル１４からの信号を切換えて処理する。分布測定回路６０は、８個の受信回路５１，５２，…からの解析データに基づいて、鋼管杭１５についての全周にわたる減肉分布などを作成する。一つの受信回路５１は、図８（ｂ）に示す第１列、第２列および第３列にそれぞれ属する受信コイル１４を一つずつ、たとえばＳ１とＳ２とＳ３とのように組合せ、切換スイッチ６１で切換可能なように構成する。切換スイッチ６１で切換えられた信号は、信号処理回路３２に入力される。分布測定回路６０は、図１の実施形態と同様に、図６の信号処理用パソコン４３などで実現することができる。本実施形態では、受信回路５１，５２，…の数を図１の実施形態よりも減らすことができる。また、図７に示すようないチャンネルの全周表示を行う場合、各受信回路５１，５２，…単位でデータ処理を行えばよいので、処理の簡略化が可能である。
【００２５】
以上説明した各実施形態では、受信コイル１４を２４個用いているけれども、その数は必要に応じて変えることができる。同一の精度で測定するためには、口径が大きくなれば数を多くし、小さくなれば少なくするようにすればよい。また本発明は、鋼管杭１５の減肉測定ばかりではなく、探傷にも適用することができる。また鉛直方向に埋込まれている鋼管杭１５ばかりではなく、水平な地中埋設管などの減肉測定や探傷にも適用することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、離隔渦流法で金属管の肉厚を測定するための受信コイルは、励磁コイルの中心軸方向に間隔をあけて配置される複数列に、それぞれ予め定める複数個が属するように、各列では該複数個の受信コイルが金属管の内周に沿って等間隔で配置され、隣接する列間では受信コイルの位置が励磁コイルの中心軸まわりの同一角度の位置に重ならないように角度をずらして配置されるので、全体として多くの受信コイルを金属管の内周に沿って配置し、きめ細かく測定を行うことができる。受信コイルを切換スイッチで切換えて、信号処理回路での信号解析や肉厚測定を行うので、信号処理回路の数を受信コイルの数よりも少なくして、コスト上昇を抑えることができる。
【００２７】
また、励磁コイルおよび受信コイルを金属管内で軸線方向に移動しながら、複数列に分割して、重心軸まわりの角度もずらしている受信コイルからの信号を、金属管の軸線に対して同一の位置となるように切換スイッチで切換えるので、金属管の軸線に対して同一位置で全周についての測定を行い、肉厚や減肉率分布などを精度良く求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態のＲＦＥＣ法装置１０について、ＲＦＥＣ法測定プローブ１１の概略的な示す断面図、および電気的構成を示すブロック図である。
【図２】図１のＲＦＥＣ法測定プローブ１１の側面断面図である。
【図３】図２のＲＦＥＣ法測定プローブ１１の正面図である。
【図４】図２の切断面線ＩＶ−ＩＶから見た断面図である。
【図５】図２の切断面線Ｖ−Ｖから見た断面図である。
【図６】図１のＲＦＥＣ法装置１０を用いて鋼管杭１５の減肉測定を行う構成を示すブロック図である。
【図７】図６のディスプレイモニタ４４に表示される鋼管杭１５の全周にわたる減肉評価結果の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施の他の形態のＲＦＥＣ法装置５０について、ＲＦＥＣ法測定プローブ５１の概略的な示す断面図、および電気的構成を示すブロック図である。
【図９】ＬＮＧタンク１の基礎部分を示す簡略化した断面図である。
【図１０】ＲＦＥＣ法によって求められる位相角と減肉率との関係を示すグラフである。
【図１１】ＲＦＥＣ法でのリサージュ平面位相角の定義を示す図である。
【図１２】減肉量を変化させた試験用管５の形状を示す断面図、およびその試験用管５についてＲＦＥＣ法によって得られる情報を示すグラフである。
【符号の説明】
１０，５０ ＲＦＥＣ法装置
１１，５１ ＲＦＥＣ法測定プローブ
１２ 励磁コイル
１３ 中心軸
１４ 受信コイル
１５ 鋼管杭
２０，６０ 分布測定回路
２１，２２，５１，５２ 受信回路
３０ 発振回路
３１，６１ 切換スイッチ
３２ 信号処理回路

Claims (1)

1. 中心軸が金属管の軸線に一致するように配置される励磁コイルから発生する磁束の変化に対応する信号を、励磁コイルから該中心軸方向に間隔をあけて配置される受信コイルで受信し、受信される信号に基づいて電磁的に該金属管の肉厚を測定する離隔渦流法による管の肉厚測定装置において、
   受信コイルは、
   励磁コイルの中心軸方向に間隔をあけて配置される複数列に、それぞれ予め定める複数個が属するように配置され、
   各列では該複数個の受信コイルが金属管の内周に沿って、等間隔で配置され、
   隣接する列間では、受信コイルの位置が励磁コイルの中心軸まわりの同一角度の位置に重ならないように、該中心軸まわりに角度をずらして配置され、
   該中心軸まわりを複数範囲数の角度範囲に分割して、各角度範囲にそれぞれ属する異なる列の受信コイルからの信号を切換えるように設けられる該複数範囲数の切換スイッチと、
   各切換スイッチ毎に設けられ、切換スイッチによって切換えられる受信コイルからの信号を解析処理して、金属管の肉厚測定を行う該複数範囲数の信号処理回路と、
   該複数範囲数の信号処理回路からの肉厚測定結果に基づいて、該金属管の周方向の肉厚分布を求める分布測定回路と、
   前記励磁コイルおよび前記受信コイルを金属管内で軸線方向に移動するときに、前記切換スイッチを切換える制御回路であって、
   前記切換スイッチが前記受信コイルを切換えることによって、異なる列の受信コイルが金属管の軸線に対して同一の位置となるタイミングで前記受信コイルが信号を受信するように、前記切換スイッチを切換える制御回路とを含むことを特徴とする離隔渦流法による管の肉厚測定装置。

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