JP4763632B2 - 水分測定方法及び水分測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、水分測定方法及び水分測定装置に係り、特に、保温材で取り囲まれる配管及び容器（タンク、塔及び槽等）等のいずれかの第１外面とその保温材を取り囲む保温カバーの第２外面との間に形成される領域（以下、便宜的に保温領域という）に存在する水分を測定するのに好適な水分測定方法及び水分測定装置に関する。

化学プラント、原子力プラント及び火力プラント等の各種プラント設備は、配管及び容器を有している。これらの配管及び容器は、保温、保冷及び結露防止等を目的として表面が保温材で覆われている。保温材は、さらに、金属製の保温カバーで覆われている。保温カバーの経年劣化等に起因して、保温カバーの隙間から雨水等の水分が保温カバー内に浸入する。この水分が例えば炭素鋼製の配管の表面を腐食させる要因になっている。

配管及び容器の点検は、仮設足場を配管及び容器の周囲に設置し、作業員が保温カバー及び保温材をはずして目視により表面での腐食発生状況を確認することによって行われる。作業員による点検は、配管等の表面から保温カバー及び保温材を取り外す必要があり、多大な時間を必要とする。

このような問題を解消するために、保温カバー及び保温材を取り外さないで配管等の腐食を点検する非破壊検査技術が開発されている。この非破壊検査技術の一例が特許文献１に説明されている。この技術は、中性子線源及び中性子検出器を有する中性子水分計を用いて、保温領域内に存在する水分を検出するものである。すなわち、中性子線源から放出された高速中性子が配管等に取り付けられている保温材に照射される。保温領域に水分が存在する場合には、その高速中性子は保温領域内に存在する水分によって熱中性子化される。中性子検出器はその熱中性子を検出する。熱中性子が検出された場合には、保温領域内に水分が存在しており、配管等の表面が腐食されている、または腐食される可能性があると判断される。保温領域に水分が存在する場合には、配管等の第１外面がその水分によって腐食される可能性があるのである。

特公平７−５８２５３号公報

特許文献１に記載された中性子水分計は、以下に示す問題を有する。中性子線源から放出された高速中性子は、保温領域に存在する水分だけでなく、配管または容器内に存在する液体によっても熱中性子化される。中性子検出器は、配管等内に存在する液体に起因して発生した熱中性子も検出してしまう。このため、配管等に取り付けられている保温領域に水分が存在するか否かの判定を、中性子検出器から出力された熱中性子の計測信号に基づいて行うことが困難である。特許文献１に記載された水分測定方法は、配管及び容器内の液体を抜き出した後に保温材に高速中性子を照射すれば、保温領域に存在する水分を精度良く行うことができる。これは、プラントの運転を停止し、配管等から液体を抜き出す作業を行なう必要があり、非現実的である。

本発明の目的は、保温材で取り囲まれる配管及び容器のいずれかの第１外面とその保温材を取り囲む保温カバーの第２外面との間に形成される領域に存在する水分の検出精度を向上できる水分測定方法及び水分測定装置を提供することにある。

上記した目的を達成する本発明の特徴は、高速中性子を、保温材によって取り囲まれた配管及び容器のいずれかの第１外面と保温材を取り囲む保温カバーの第２外面の間に形成される領域に照射し、放射線遮へい体であるケーシングに形成された中性子入射口を基点とした、第１外面に対する接線が第１外面と接する接点とこの接点を基点とした保温材の厚み方向における保温カバーの第２外面の位置との間を向いて配置される中性子入射口を通過する熱中性子を、ケーシング内に配置される中性子検出器によって検出し、中性子検出器から出力される検出信号に基づいてその領域における水分の存在を判定することにある。

中性子入射口が、ケーシングに形成された中性子入射口を基点とした、配管及び容器のいずれかの第１外面に対する接線が第１外面と接する接点とこの接点を基点とした保温材の厚み方向における保温カバーの第２外面の位置との間を向くように配置するため、高速中性子の照射によって配管及び容器のいずれかの中に存在する液体によって生成された熱中性子の中性子入射口の通過が妨げられ、上記の領域に存在する水分によって生成された熱中性子は中性子入射口を通過して中性子検出器で検出される。このため、上記の領域に存在する水分の検出精度をさらに向上させることができる。

好ましくは、中性子源の保温材に面する側に減速材を配置することが好ましい。このような減速材の配置によって、上記の領域に存在する水分によって生成される熱中性子の生成率を向上させることができる。

本発明によれば、保温材で取り囲まれる配管及び容器のいずれかの第１外面とその保温材を取り囲む保温カバーの第２外面との間に形成される領域に存在する水分を精度良く検出することができる。

本発明の実施例を以下に説明する。

まず、プラントに設けられた、検査対象物である配管（または容器）２２を、図１により説明する。配管２２は、周囲を保温材（断熱材）２３で取り囲まれている。金属製の保温カバー２４が、保温材の周囲を取り囲んで設置されている。配管２２内には、該当するプラントで扱っている液体２６が、プラントの運転中に流れる。配管２２は支持部材２７（図３参照）によって支持されている。

本発明の好適な一実施例である水分測定装置を、図１〜図３を用いて説明する。この水分測定装置１は、計測部保持機構２及び走行装置１１及びデータ処理装置１７を備えている。計測部保持機構２は、中性子源装置３及び中性子検出装置７を有する。中性子源装置３は、カバー６を有し、カバー６内に中性子源（例えばカルフォルニウム）４を配置している。カバー６は放射線遮へい材にて構成し、カバー６には中性子放出口（図示せず）が形成されている。減速材５が中性子源４とカバー６の間、特に中性子放出口と中性子源４との間に配置される。中性子検出装置７は、細長い中性子検出器８を放射線遮へい体で構成されるコリメータ７で取り囲んでいる。コリメータ７は、中性子検出器８の軸方向に伸びる、熱中性子入射口であるスリット１０を形成している。

走行装置１１は、配管または容器の軸方向に移動する軸方向走行装置１２及び配管または容器の周方向に移動する周方向走行装置１４を有する。周方向走行装置１４は、軸方向走行装置１２の外面に設けられた周方向ガイドレール（図示せず）上にその周方向に移動可能に取り付けられる。中性子入射口位置調整装置であるスリット位置調整装置（中性子検出装置回転装置）１５が計測部保持機構２に設けられる。

計測部保持機構２は周方向走行装置１４に設置される。中性子源装置３と中性子検出装置７の周方向走行装置１４上での位置関係は以下のようになっている。中性子検出装置７は、そのスリット１０が、中性子源４の軸心と中性子放出口の中心を結ぶ直線と交差する方向を向いて配置されるように計測部保持機構２を介して周方向走行装置１４に設けられる。スリット１０は、保温カバー２４の外側に位置しており、スリット１０を基点とした、配管２２の外面に対する接線が配管２２の外面と接する接点からの距離が最短となるように中性子検出装置７が計測部保持機構２を介して周方向走行装置１４に取り付けられる。スリット１０は、上記の接線方向での配管２２の外面での接点とこの接点を基点とした保温材２３の厚み方向での保温カバー２４の表面の位置との間を向くように配置することが好ましい。中性子検出装置７は、スリット１０の向きを調整できるように中性子検出器７の軸心の中心に回転できるように計測部保持機構２を介して周方向走行装置１４に設置される。

中性子検出器８は配線２０によって計測モジュール１７を介してデータ処理装置１８に接続される。データ処理装置１８は表示装置１９（図３参照）に接続される。データ処理装置１８、表示装置１９及び入力装置（例えばキーボード）２８がテーブル２１上に配置される。データ処理装置１８、表示装置１９、入力装置２８及び駆動制御装置１６を、操作盤に設置してもよい。入力装置２８は、駆動制御装置１６に接続される。

水分測定装置１を用いた、プラントの配管２２を対象とした水分測定方法の一例を、以下に説明する。走行装置１１を、保温材２３及び保温カバー２３を取り外さないで、検査対象の配管２２を取り囲んでいる保温カバー２４の外面に取り付ける。このとき、軸方向走行装置１２の内側に設けられた複数の車輪１３が保温カバー２４の外面に接触される。これらの車輪１３は、配管２２の周方向に複数個、さらに配管２２の軸方向に複数個配置される。複数の車輪１３のうち少なくとも１つの車輪１３は駆動輪となっており、軸方向走行装置１２に設けられた第１駆動装置（図示せず）により回転される。計測部保持機構２が取り付けられた周方向走行装置１４を、軸方向走行装置１２の周方向ガイドレール上に設置する。周方向走行装置１４は、周方向走行装置１４を配管２２の周方向に移動させる第２駆動装置（図示せず）を備えている。スリット位置調整装置１５は中性子検出装置７を回転させる第３駆動装置（図示せず）を備えている。

周方向走行装置１４を周方向ガイドレール上に設置した状態で保温カバー２４内の水分２５を測定する前に、オペレータは、入力装置２８から、第１駆動装置に対する第１駆動指令、第２駆動装置に対する第２駆動指令及び第３駆動装置に対する第３駆動指令を入力装置２８からそれぞれ入力する。これらの駆動指令は、駆動制御装置１６に入力される。第３駆動指令に基づいた第３駆動制御指令を駆動制御装置１６から入力した第３駆動装置は、スリット１０が上記した接点と上記した保温カバー２４の表面位置との間を向くように、中性子検出装置７を回転させる。スリット１０が上記した接点と上記した保温カバー２４の表面位置との間を向いたとき、駆動制御装置１６の制御によって中性子検出装置7の回転が停止される。第１駆動指令に基づいた第１駆動制御指令を駆動制御装置１６から入力した第1駆動装置が駆動されて、軸方向走行装置１２を配管２２の軸方向において水分測定開始位置まで移動させる。軸方向走行装置１２がその開始位置に到達したとき、駆動制御装置１６の制御によって第1駆動装置が停止される。この状態で第２駆動指令に基づいた第２駆動制御指令を駆動制御装置１６から入力した第2駆動装置が駆動され、周方向走行装置１４が周方向ガイドレールに沿って配管２２の周方向に移動される。周方向走行装置１４が配管の周囲を一周した後、駆動制御装置１６は、第１駆動装置及び第２駆動装置を交互に駆動する制御を行う。これによって、水分２５の測定を行う期間において、軸方向走行装置１２の、配管２２の軸方向への所定距離だけの移動、周方向走行装置１４の、配管２２の周方向への一周の移動が交互に行われる。周方向走行装置１４に設置されている中性子源装置３及び中性子検出装置７も、配管２２の軸方向への所定間隔での移動及び配管２２の周方向への移動が交互に行われる。

中性子源装置３及び中性子検出装置７の移動によって行われる保温カバー２４内の水分２５の測定について、詳細に説明する。この水分２５の測定は、以下のように行われる。中性子源装置３の中性子源４から放出された高速中性子は、中性子源４の全面に位置している減速材５によって減速されてエネルギーの低い中性子（以下、減速中性子という）になる。この減速中性子が保温材２３に照射される。保温材２３によって取り囲まれた配管２２（または容器）の第１外面と保温カバー２４の第２外面の間に形成される領域である保温領域に水分２５が存在する場合には、照射された減速中性子はその水分２５によって減速され、減速中性子よりもエネルギーが低い熱中性子（以下、第１熱中性子という）になる。減速中性子は、配管２２内の液体によっても減速され、エネルギーの低い熱中性子（以下、第２熱中性子という）になる。第１及び第２熱中性子は、等方的に飛散する。

しかしながら、中性子検出装置７のスリット１０が上記した接点と上記した保温カバー２４の表面位置との間を向いているので、配管２２内の液体によって発生した第２熱中性子は、コリメータ９によって遮られて中性子検出器８に入射されない。これに対して、水分２５によって発生した第１熱中性子はスリット１０を通過して中性子検出器８に入射される。中性子検出器８は、第１熱中性子の入射によって中性子検出信号を出力する。この中性子検出信号は、配線２０によって計測モジュール１７に入力される。計測モジュール１７は入力した中性子検出信号を計数し、単位時間当たりの熱中性子計数率の情報を出力する。計測モジュール１７から出力された熱中性子計数率情報はデータ処理装置１８に入力される。保温材２３に照射された減速中性子は、保温材２３及び保温カバー２４並びに保温カバー２４の外面に付着した水分、その他熱中性子発生源によっても減速され減速中性子よりのエネルギーが低い熱中性子（以下、第３熱中性子という）になる。この第４熱中性子も、スリット１０を通過して中性子検出器８に入射されて検出される。中性子検出器８は入射した第４熱中性子に起因した中性子検出信号も出力する。この中性子検出信号も計測モジュール１７で計数される。データ処理装置１７に入力される熱中性子計数率情報は、第４熱中性子に基づいた熱中性子計数情報も含んでいる。第４熱中性子に基づいて得られた熱中性子計数情報は、第２熱中性子に基づいて得られた熱中性子係数率情報に対するノイズとなる。

保温領域内に水分２５が存在しない正常な状態において、中性子検出器８から出力された中性子検出信号に基づいて得られた正常状態での熱中性子計数率情報がデータ処理装置１８の記憶装置（図示せず）に記憶されている。この正常状態での熱中性子計数率情報は、保温領域に水分２５が存在しない状態で、減速中性子を保温材２３に照射して得られた前述の第３熱中性子に基づいて得られた情報である。この正常状態の熱中性子計数率情報は、水分２５を測定する際におけるバックグラウンド（ノイズ）となる。

データ処理装置１８は、保温領域の水分計測時に計測モジュール１７から出力された熱中性子計数率情報が上記した正常状態での熱中性子計数率情報よりも大きい場合に、保温領域に水分２５が存在すると判定する。この判定結果の情報及び熱中性子計数率情報がデータ処理装置１８から出力されて表示装置１９に表示される。オペレータは、表示された判定結果情報及び熱中性子計数率情報を見ることによって、保温領域に水分２５が存在するか否かを知ることができる。

本実施例は、コリメータ９に形成されたスリット１０が、スリット１０を基点とした、配管２２の第１外面に対する接線がその第１外面と接する接点とこの接点を基点とした保温材２３の厚み方向での保温カバー２４の第２外面の位置との間を向くように配置されるので、配管２２内の液体によって発生した第２熱中性子はコリメータ９によって遮られてスリット１０を通過して中性子検出器８に入射されることを防止できる。保温領域に存在する水分２５によって発生した第１熱中性子は、スリット１０を通過して中性子検出器８に入射されて検出される。このため、中性子検出器８から出力された全中性子検出信号のうち検出された第１熱中性子に起因して出力された中性子検出信号の割合が著しく増大する。したがって、配管２２内の液体２６の影響を回避でき、保温領域に存在する水分２５の検出精度を向上させることができる。本実施例は、プラントの運転中でも保温領域内の水分２５の検査を実施することができ、その際における水分２５の検出精度も向上させることができる。

中性子源装置３が減速材５を備えていなくてもよい。この場合には、中性子源４から放出された高速中性子が保温材２３に含まれている水分２５によって、さらには配管２２内の液体２６によって減速され、熱中性子となる。液体２２によって発生した熱中性子は、前述したように、スリット１０を通過することができず中性子検出器８によって検出されない。水分２５によって発生した熱中性子は、スリット１０を通過して中性子検出器８で検出される。このため、減速材５が設けられていない場合でも、上記した効果、すなわち、水分２５の検出精度の向上を図ることができる。

本実施例は、中性子源装置３が中性子源４の前方、すなわち中性子源３より保温材２３側に減速材５を配置しているので、上記した中性子源装置３に減速材５を設けていない場合に比べて、水分２５によって発生した第２熱中性子の検出感度を向上させることができる。これは、中性子源４から放出された高速中性子が減速材５によって予め減速され、減速中性子となる。これによって発生した減速中性子が水分２５によってさらにエネルギーの低い第１熱中性子になるため、第１熱中性子の発生量が増大する。したがって、第１熱中性子の検出感度が向上するのである。

エンコーダが軸方向走行装置１２に設けられた第１駆動装置及び周方向走行装置１４に設けられた第２駆動装置にそれぞれ取り付けられている。データ処理装置１８はそれぞれのエンコーダからの出力信号を入力し、中性子源装置３の保温カバー２４上での位置を算出する。中性子源装置３の位置を求めることによって、水分２５の存在する位置を容易に把握することができる。求められた位置情報は、データ処理装置１８から出力されて表示装置１９に表示される。

本実施例は、スリット位置調整装置１５を備えているので、スリット１０が、上記した接線が配管２２の外面と接する接点とこの接点を基点とした保温材２３の厚み方向での保温材２３の表面の位置との間を向くように容易に調整することができる。このため、計測部保持機構２を介して周方向走行装置１４に設置された中性子検出装置７のスリット１０がその接線よりも配管２２側を向いた状態で第３熱中性子がスリット１０を通過することを確実に防止することができる。

また、本実施例における水分測定方法は、保温材２３及び保温カバー２４を配管２２から取り外さないで、保温領域に存在する水分を検出することができる。

以上において、配管２２の周囲に形成された保温領域に存在する水分２５の検出について説明したが、水分測定装置１を用いて、プラントに設けられた容器の第１外面とこの容器の周囲を取り囲む保温材を覆う保温カバーの第２外面の間に形成される領域（保温領域）に存在する水分を検出することもできる。この場合には、計測部保持機構２及び周方向走行装置１４を設けた走行装置１１が容器を取り囲む保温材の表面に設けられた保温カバーの表面に取り付けられる。水分測定装置１を用いた水分測定方法は、配管に設けられた保温材及び容器いずれかに設けられた保温材に対して適用することが可能である。

本発明の好適な一実施例である水分測定装置の構成図である。 図１に示す中性子検出装置の構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はスリットから見た状態図、（ｃ）は中性子検出装置の縦断面図である。 図１に示す中性子源装置及び中性子検出装置の走行装置の概略構成図である。

符号の説明

１…水分測定装置、２…計測部保持機構、３…中性子源装置、４…中性子源、５…減速材、７…中性子検出装置、８…中性子検出器、９…コリメータ、１０…スリット、１１…走行装置、１２…軸方向走行装置、１４…周方向走行装置、１５…スリット位置調整装置、１７…計測モジュール、１８…データ処理装置、２２…配管、２３…保温材、２４…保温カバー、２５…水分。

Claims (8)

1. 保温材によって取り囲まれた配管及び容器のいずれかの第１外面と前記保温材を取り囲む保温カバーの第２外面の間に形成される領域に存在する水分を測定する水分測定方法において、
   高速中性子を前記領域に照射し、放射線遮へい体であるケーシングに形成された中性子入射口を基点とした第１外面に対する接線が前記第１外面と接する接点とこの接点を基点とした前記保温材の厚み方向における前記第２外面の位置との間を向いて配置される前記中性子入射口を通過する熱中性子を、前記ケーシング内に配置される中性子検出器によって検出し、前記中性子検出器から出力される信号に基づいて前記領域における水分の存在を判定することを特徴とする水分測定方法。
2. 保温材によって取り囲まれた配管及び容器のいずれかの第１外面と前記保温材を取り囲む保温カバーの第２外面の間に形成される領域に存在する水分を測定する水分測定方法において、
   中性子源及び減速材を有する中性子源装置を用い、前記中性子源から放出される高速中性子を前記減速材によって減速させてエネルギーのより小さな中性子を生成し、生成されたこの中性子を前記保温材に照射し、照射された前記中性子が前記領域内に存在する水分によって減速されて生成される熱中性子であって、放射線遮へい体であるケーシングに形成された中性子入射口を基点とした前記第１外面に対する接線が前記第１外面と接する接点とこの接点を基点とした前記保温材の厚み方向における前記第２外面の位置との間を向いて配置される前記中性子入射口を通過する前記熱中性子を、前記ケーシング内に配置される中性子検出器によって検出し、前記中性子検出器から出力される信号に基づいて前記領域における水分の存在を判定することを特徴とする水分測定方法。
3. 前記ケーシング及び前記中性子検出器を有する中性子検出装置を回転させることによって、前記中性子入射口が前記接点と前記第２外面の位置の間を向くように、前記中性子入射口の向きを調節する請求項１または請求項２に記載の水分測定方法。
4. 前記中性子源装置、及び前記中性子検出器を内蔵している前記ケーシングを取り付けた走行装置を、前記第２外面に沿って移動させる請求項２に記載の水分測定方法。
5. 保温材によって取り囲まれた配管及び容器のいずれかの第１外面と前記保温材を取り囲む保温カバーの第２外面の間に形成される領域に存在する水分を測定する水分測定装置において、
   前記領域に照射する高速中性子を放出する中性子源を有する中性子源装置と、
   中性子入射口を有する、放射線遮へい体であるケーシング、及び前記ケーシング内に配置され、前記中性子入射口を通過する熱中性子を検出する中性子検出器を有する中性子検出装置と、
   前記中性子検出器から出力される信号に基づいて前記領域における水分の存在を判定するデータ処理装置とを備え、
   前記中性子入射口が、前記中性子入射口を基点とした前記第１外面に対する接線が前記第１外面と接する接点とこの接点を基点とした前記保温材の厚み方向における前記保温カバーの第２外面の位置との間を向くように配置されていることを特徴とする水分測定装置。
6. 保温材によって取り囲まれた配管及び容器のいずれかの第１外面と前記保温材を取り囲む保温カバーの第２外面の間に形成される領域に存在する水分を測定する水分測定装置において、
   前記領域に照射する高速中性子を放出する中性子源を有する中性子源装置と、
   中性子入射口を有する、放射線遮へい体であるケーシング、及び前記ケーシング内に配置され、前記中性子入射口を通過する熱中性子を検出する中性子検出器を有する中性子検出装置と、
   前記中性子検出器から出力される信号に基づいて前記領域における水分の存在を判定するデータ処理装置と、
   前記中性子入射口が、前記中性子入射口を基点とした前記第１外面に対する接線が前記第１外面と接する接点とこの接点を基点とした前記保温材の厚み方向における前記第２外面の位置との間を向くように、前記中性子検出装置を回転させる回転装置とを備えたことを特徴とする水分測定装置。
7. 前記中性子源装置は、前記中性子源の、前記保温材と向き合う側に減速材を配置している請求項５または請求項６に記載の水分測定装置。
8. 前記中性子源装置、及び前記中性子検出器を内蔵している前記ケーシングを取り付けられ、前記第２外面に沿って移動する走行装置を備えた請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記載の水分測定装置。

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