JP5083821B2 - 超音波センサ付きの検査装置を用いた導管の腐食状態の検査方法及び腐食状態の検査方法の適用に適した導管の構造 - Google Patents
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また、超音波測定により管壁の肉厚を測定して腐食を検知することも公知であり、これは超音波センサを管壁外面の適所に当て、照射した超音波が内壁面で反射して戻るまでの時間を測定するものである(特許文献2)。好適な測定方法として、配管の表面に設定したメッシュの交点を測定ポイントとして、ハンディー式の超音波測定器で管壁の肉厚を人手で測定することが行われている(特許文献3の段落0014)。しかしながら、測定ポイントから外れたところに深い腐食箇所があると測定結果から漏れてしまう。そこで各ポイントで測定した最大腐食深度をグンベル分布に当てはめ、位置パラメータ及び尺度パラメータを導き、管全体での腐食深度の最大値を推定することが提案されている(同文献)。なお、位置パラメータは、確率分布において各データの大よその大きさ(数直線上の位置)を示すパラメータであり、他方、尺度パラメータは、各データのばらつきを示すパラメータである。
そして腐食の程度が深刻であるときには、管内を流れる流体に脱酸素処理を行うことができる(特許文献4)。
超音波センサ付きの検査装置を用いて、導管の腐食状態が均一腐食であるか局部腐食であるかを検査する方法であって、
導管の管壁を超音波センサで一度に検査可能な大きさの升目状の単位セクションに区分するために、各単位セクションの境界線上に位置するガイドマークを導管の外表面に施す段階と、
このガイドマークに基づいて、一連の単位セクションを超音波センサで走査し、腐食深度を測定する段階と、
測定した腐食深度のデータにグンベル分布を適用し、その分布において腐食深度のデータの散らばり具合を表す尺度パラメータを導く段階と、
この尺度パラメータが基準値以下のときに腐食状態が均一腐食であると、また当該尺度パラメータが基準値より大きいときに腐食状態が局部腐食であると、検査装置又は検査者が判断する段階とを含む。
本発明を実現するためには、尺度パラメータを精確、的確に測定する必要がある。そこで本発明では、被検査面を、超音波センサで一度に検査可能なサイズを有する単位セクションに区分し、ガイドマークを利用してこれら単位セクションを走査するようにしている。これにより、被検査面全体から孔食などの腐食情報を漏れなく採取することができる。
「検査装置」は、少なくとも超音波センサにより管壁の腐食深度を測定する機能を有すればよい。好適な一例として、グンベル分布の計算をする機能などを兼備することが望ましいが必ずしもこれに限らない。
「単位セクション」とは、超音波センサによって一度で測定可能なエリアであり、管軸方向及び周方向の仮想の境界線とで囲われている。「仮想の」とは、溝などの特別の構造で分割されている必要がなく、ただ個々の単位セクションが認識できるように目印(ガイドマーク)で区別されていれば足りる。
「ガイドマーク」とは、単位セクションの境界を示す機能を有し、それにより超音波センサの走査方向を示唆する役割を有する。
第2の手段は、第1の手段を有し、かつさらに測定した一連の単位セクションの腐食深度のデータを記録する段階を導入するとともに、
上記ガイドマークを経年変化によって消えないように施している。
本手段では、ガイドマークが経年変化により消滅しないようにすることで、腐食が進行する期間中、同じ単位セクション内での腐食の進行を記録できるようにしている。例えば単位セクション内に存在する孔食が周囲に比べて時間の経過とともに際立っていくときには局部腐食が進行中であり、そうでなければ均一腐食に留まっているということである。この方法をより進歩させた手法を次の手段で述べる。ガイドマークが経年変化で消えないようにするためには、ポンチなどを使用して印を管の表面に刻印すればよい。
第1の手段及び第2の手段に掲げる各段階を必須過程とするとともに、上記検査装置は、ディスプレイ手段と、現在及び過去の測定データを記憶する記憶手段と、その測定データを処理する演算処理手段と、処理の結果に反映した画像情報を作る画像情報形成手段とを含むものとし、
さらに腐食深度に応じた腐食反応の進み具合を表す腐食量の概念を用いて、
演算処理手段が、縦横の軸の一方に各単位セクションの腐食量を、他方に軸の各区間に或る測定データの度数をそれぞれ表すヒストグラムの画像情報を形成する段階と、
演算処理手段が、形成した画像情報を出力し、現在及び過去の少なくとも2つのヒストグラムをディスプレイ手段上に表示させる段階と、
観測者が、ディスプレイ手段上に表示された各ヒストグラムを視覚により比較することで、各ヒストグラム中の腐食量の最大値が時間の経過とともに大きくなるときに腐食状態が局部腐食であると判定する段階とを、導入した。
第1の手段及び第2の手段に掲げる各段階を必須過程とするとともに、上記検査装置は、ディスプレイ手段と、現在及び過去の測定データを記憶する記憶手段と、その測定データを処理する演算処理手段と、処理の結果に反映した画像情報を作る画像情報形成手段とを含むものとし、
さらに腐食深度に応じた腐食反応の進み具合を表す腐食量の概念を用いて、
演算処理手段が、連続して測定された一連の単位セクションの腐食深度に対応する腐食量のうちから最大値を選出するとともにそれら腐食量の平均値を計算し、縦軸及び横軸の一方に、各測定時期における最大腐食量と平均腐食量とを、また他方に、経過時間を、それぞれ表すトレンド図の画像情報を形成する段階と、
演算処理手段が、形成された画像情報を演算処理手段からディスプレイ手段へ出力し、最大腐食量のトレンド図と平均腐食量のトレンド図とをディスプレイ手段上に表示させる段階と、
観測者が、ディスプレイ手段上に表示された2つのトレンド図を視覚により比較することで、最大腐食量と平均腐食量との差が時間の経過とともに大きくなるときに腐食食であると判定する段階とを含む。
第5の手段は、第1の手段を有し、かつ尺度パラメータの基準値を0.1以下としている。
第2の手段に記載した超音波センサ付きの検査装置を用いての導管の腐食状態検査方法の適用に適した導管の構造であって、
被検査面である導管の外周面を、管軸方向及び周方向の仮想の境界線で囲われた升目状の検査区画に区分するとともに、各検査区画をさらに管軸方向及び周方向にそれぞれ2以上に区分して、各区分を、超音波センサで一度に検査可能な単位セクションとし、
各検査区画の境界線の適所に第1のガイドマークを、検査区画の境界線を除く各単位セクションの境界線の交点に第2のガイドマークをそれぞれ経年変化によって消滅しないように形成している。
○グンベル分布から導いた尺度パラメータを基準値と比較して、局部腐食と均一腐食とを区別するから、導管の寿命を的確に見極めることができる。
○検査面である導管の外周面を、超音波センサ4で一度に検査可能なサイズを有する単位セクション14に区分したから、ガイドマーク16を利用して被検査面全体から測定データをとることができる。
第2の手段に係る発明によれば、経年変化によって消えないガイドマークを利用するとともに、測定データを記録するから、過去のデータを参考として測定の信頼度を高めることができる。
第5の手段に係る発明によれば、尺度パラメータの基準値を0.1以下としているので、信頼性の高い検査結果が得られる。
(1)ガイドマークを導管の表面に施す段階
図3(A)及び(B)で説明したように、検査区画12の仕切り10線上の適所にまず第1のガイドマークを刻印し、かつ検査区画内の各単位セクションの境界線の交点に第2のガイドマークを刻印することが望ましい。第1のガイドマークは、次の測定時期に各仕切り線を再び作図できる程度の数を刻印すればよく、最低限一本の境界線に2つのガイドマークがあればよい。
もちろん、上に述べたことは好適な一例であり、単位セクションの境界線の全ての交点にガイドマークを刻印しても構わない。しかしながら、刻印作業が面倒となる。
このガイドマークを施す段階は、1回目の超音波測定の際に行う代わりに、導管を配管する作業の前又は後に予め行ってもよい。工場で導管を製造する過程においてガイドマーク付きの導管として製造してもよい。
(2)ガイドマークに従って超音波測定を行う段階
超音波測定の際には、超音波センサの検知範囲に対応した単位セクション毎に被検査面全体を検査する。従来の如く大きくメッシュを引いて、その交点で測定をする場合に比べて管壁内面の腐食状態を漏れなく測定することができる。これによりmm単位で小数点以下2桁までの精度で測定をすることができるようになる。
各単位セクションでの測定毎にディスプレイ手段に映るエコー波形を確認しながら測定を行うことができる。グラフの縦く軸に反射エコーの強度、横軸に反射に要する時間をとったグラフにエコー波形を表示すると、腐食面からの反射波と、管壁内に含まれた不純物(ラミネーション)からの反射波とは横軸上の異なる場所に現れる。従って両者を明瞭に区別することができるので、不純物から反射した異常エコーを測定データから除外することが可能である。
(3)測定した腐食深度のデータを記録する段階
測定した腐食深度などの情報は単位セクション毎に取り出すことができるように記憶しておく。尚、腐食深度だけでなく、ラミネーションの情報なども記録しておくと便利である。
図6及び図7は、実在の管(肉厚8mm)の腐食深度の測定値を、導管の周方向に連なる一連の単位セクションについて折れ線グラフ様に表したものである。グラブの縦軸には腐食深度をmm単位でとり、横軸のピッチは、単位セクションの周方向の位置に対応している。これにより管の周方向全周の腐食の様子が理解できる。図示の例では、測定時の異なる複数の折れ線グラフを重ねて視覚的に腐食の進行状況を理解できるようにしている。二回目以降の測定手順については後述する。図6は局部腐食の状態を、図7は均一腐食の状態をそれぞれ表している。図6では時の経過とともに谷が深くなっていき、図7では谷が浅くなっていくことがわかる。
図6及び図7のデータをヒストグラムとして描くと図8及び図9のようになる。図8において最大頻度の山が増大しているのは、局部腐食の特色であり、また図9において最大頻度の山が殆ど移動していないのは、均一腐食の特色である。
(4)測定した腐食深度のデータをグンベル分布に適用して尺度パラメータを決定する段階
腐食の傾向を統計的に表すときには、分布関数F(x)=∫−∞ ∞f(x)dxを用いる。但し、f(x)は確率密度関数である。確率密度関数f(x)は、ヒストグラム中でxが属する区分の度数p、また全度数をPとすると、p/(P+1)で計算できる。従って離散的なN個のデータがあるときには、それらのデータを小さい順にx1、x2…、xNのように並べると、i番目のデータまでの分布関数はFi(x)=i/(N+1)で与えられる(平均ランク法)。
この分布関数を適用する分布にはさまざまな種類のものがあるが、腐食の傾向を知るときには、腐食の最も進行している箇所の状態を知ることが重要である。従って、本発明では極値分布(腐食深度の最大値の集合が従う分布)の一つであるグンベル(Gumbel)分布を適用することが望ましい。この分布を適用するときには、分布関数は次式で与えられる。
[数式1] F(x)=exp[−exp{−(x−λ)/α}]
この数式を簡単にするため、F(x)=G((x−λ)/α)という関数Gを導入し、規準化変数y=(x−λ)/αとおくと、y=G−1(F(x))となる。
ここでは先の図8及び図9の測定データをグンベル記録紙に描くと図10及び図11のようになる。定性的には、y=0及びy=1の直線とデータの漸近線との交点からx軸に垂線を引くと、その垂線の足の座標はそれぞれλ、λ+αとなる(非特許文献1)。従って2つの垂線の間の距離がαである。
離散的なデータから漸近線を導く方法としては従来既知の最小2乗法やMVLUE(最小分散不偏推定子)法があるが、これらは発明固有の事柄ではないので、実施例の欄に後述する。
(5)尺度パラメータを用いて腐食状態を判定する段階
尺度パラメータはデータのばらつきの大きさを表すパラメータであるので、これが小さいときには各測定点での腐食の深度の差が小さい、すなわち均一性が大きいと判断することができる。出願人は数年に亘る実測データの蓄積から均一腐食と局部腐食とを区別するための規準値として0.1を採用した。
計算した尺度パラメータが0.1以下であるときには、均一腐食であると、それより大きいときには局部腐食であると、判定する。
この画像をディスプレイ手段として表示することで腐食状態を視覚により判断することができる。視覚による判定は、第1の実施形態で述べた数値による判定を補助する過程である。このようにするメリットであるが、数値による判断だけでは不安な場合に、肉眼で腐食状態をじかに見ることができるということがある。本発明の実施態様としては、例えば導管を含む施設の所有者が検査業者に検査を依頼するということが多いと予測される。そのような場合に、単に計測された尺度パラメータが基準値より小さいので均一腐食の状態にあるという検査結果を説明しても、必ずしも依頼者の十分な納得は得られない。視覚に訴える形で腐食の状態を示すことで説得力のある形に測定結果をまとめることができる。
[実施例1]
先の第1実施形態のうちグンベル分布から尺度パラメータを求めるにあたり、グラフから定性的に求める方法を説明したが、ここでは、代数的にαを計算する方法を説明する。
このときには、ほぼ直線状に並んだドットデータから漸近線である直線を導く方法としては、従来既知の通り最小2乗法やMVLUE(最小分散不偏推定子)法がある。MVLUE法は、要するに測定値の平均値Lを、重みwiを用いてL=Σi=1 nwixiのように表して、測定値の平均Lを期待値の平均xpに近づけるように重みwiを決定しようという手法である。なお、以後の説明では簡単のためΣi=Σi=1 nを意味するものとする。具体的には、位置パラメータλの推定値をλ’、尺度パラメータαの推定値をα’として、λ’=Σai(N,n)・xi及びα’=Σbi(N,n)・xiで与えられるMVLUE係数ai(N,n)、bi(N,n)を決定するものである。その内容は非特許文献1に詳しく説明されているので、ここでは概略だけを説明する。
ここでLの期待値をE(L)=Σiwixi=xpと定義する。
そうするとLの分散は、次のように与えられる。V(L)=E{L−E(L)}2=E(L2)−{E(L)}2=E(ΣiΣjwixi・wjxj)−ΣiΣjE(wixi)・E(wjxj)=ΣiΣjwiwjE(xi・xj)−ΣiΣjwiwjE(xi)・E(xj)
この式にxi=λ+αyiを代入して整理すると、次式を得る。
[数式2]V(L)=α2ΣiΣjwiwj{E(yi・yj)−E(yi)・E(yj)}
同式を利用して分散V(L)を最小にするwiをラグランジュの未定係数法で求める。重みの条件として数式3を、次に複数のyiの期待値がyの平均値と一致するという条件(不偏性)として数式4をそれぞれ採用する。そしてこれらの条件に基づいて数式5に規定するラグランジュ関数を導入する。
[数式3]Σiwi−1=0
[数式4]ΣiwiE(yi)−yp=0
[数式5]I=ΣiΣjwiwj{E(yi・yj)−E(yi)・E(yj)}+μ(Σiwi−1)+γ(ΣiwiE(yi)−yp)
ここでσij=E(yi・yj)−E(yi)・E(yj)とおいて、∂I/∂wk=0とおくと、
[数式6]∂I/∂wk=σij・wk+Σi,i≠kσij・wi+μ+γE(yk)
数式3、数式4、及び数式6を行列にすると、数式7となる。
[数式7]
[実施例2]
上記各実施形態の解説では、尺度パラメータを求め、これを基準値と比較するところで説明を打ち切っているが、さらに通常のグンベル分布で行うように検査面より広い範囲での腐食量を推定することができることは言うまでもない。
[実施例3]
上記の方法で導管の腐食状態を判定し、局所腐食であると判定されたときには、従来既知の脱酸素処理により腐食の進行を抑制するようにすることができる。
10…仕切り線 12…検査区画 14…単位セクション 16…ガイドマーク
16a…第1ガイドマーク 16b…第2ガイドマーク 18…境界線
Claims (6)
- 超音波センサ付きの検査装置を用いて、導管の腐食状態が均一腐食であるか局部腐食であるかを検査する方法であって、
導管の管壁を超音波センサで一度に検査可能な大きさの升目状の単位セクションに区分するために、各単位セクションの境界線上に位置するガイドマークを導管の外表面に施す段階と、
このガイドマークに基づいて、一連の単位セクションを超音波センサで走査し、腐食深度を測定する段階と、
測定した腐食深度のデータにグンベル分布を適用し、その分布において腐食深度のデータの散らばり具合を表す尺度パラメータを導く段階と、
この尺度パラメータが基準値以下のときに腐食状態が均一腐食であると、また当該尺度パラメータが基準値より大きいときに腐食状態が局部腐食であると、検査装置又は検査者が判断する段階とを含む、
ことを特徴とする、導管の腐食状態検査方法。 - さらに測定した一連の単位セクションの腐食深度のデータを記録する段階を導入するとともに、
上記ガイドマークを経年変化によって消えないように施したことを特徴とする、請求項1記載の導管の腐食状態検査方法。 - 請求項1及び請求項2に掲げる各段階を必須過程とするとともに、上記検査装置は、ディスプレイ手段と、現在及び過去の測定データを記憶する記憶手段と、その測定データを処理する演算処理手段と、処理の結果に反映した画像情報を作る画像情報形成手段とを含むものとし、
さらに腐食深度に応じた腐食反応の進み具合を表す腐食量の概念を用いて、
演算処理手段が、縦横の軸の一方に各単位セクションの腐食量を、他方に軸の各区間に或る測定データの度数をそれぞれ表すヒストグラムの画像情報を形成する段階と、
演算処理手段が、形成した画像情報を出力し、現在及び過去の少なくとも2つのヒストグラムをディスプレイ手段上に表示させる段階と、
観測者が、ディスプレイ手段上に表示された各ヒストグラムを視覚により比較することで、各ヒストグラム中の腐食量の最大値が時間の経過とともに大きくなるときに腐食状態が局部腐食であると判定する段階とを
導入したことを特徴とする、請求項2記載の導管の腐食状態検査方法。 - 請求項1及び請求項2に掲げる各段階を必須過程とするとともに、上記検査装置は、ディスプレイ手段と、現在及び過去の測定データを記憶する記憶手段と、その測定データを処理する演算処理手段と、処理の結果に反映した画像情報を作る画像情報形成手段とを含むものとし、
さらに腐食深度に応じた腐食反応の進み具合を表す腐食量の概念を用いて、
演算処理手段が、連続して測定された一連の単位セクションの腐食深度に対応する腐食量のうちから最大値を選出するとともにそれら腐食量の平均値を計算し、縦軸及び横軸の一方に、各測定時期における最大腐食量と平均腐食量とを、また他方に、経過時間を、それぞれ表すトレンド図の画像情報を形成する段階と、
演算処理手段が、形成された画像情報を演算処理手段からディスプレイ手段へ出力し、最大腐食量のトレンド図と平均腐食量のトレンド図とをディスプレイ手段上に表示させる段階と、
観測者が、ディスプレイ手段上に表示された2つのトレンド図を視覚により比較することで、最大腐食量と平均腐食量との差が時間の経過とともに大きくなるときに腐食状態が局部腐食であると判定する段階とを含む、
請求項2記載の導管の腐食状態検査方法。 - 尺度パラメータの基準値を0.1以下としたことを特徴とする、請求項1から請求項4のいずれかに記載の導管の腐食状態検査方法。
- 請求項2に記載した超音波センサ付きの検査装置を用いての導管の腐食状態検査方法の適用に適した導管の構造であって、
被検査面である導管の外周面を、管軸方向及び周方向の仮想の境界線で囲われた升目状の検査区画に区分するとともに、各検査区画をさらに管軸方向及び周方向にそれぞれ2以上に区分して、各区分を、超音波センサで一度に検査可能な単位セクションとし、
各検査区画の境界線の適所に第1のガイドマークを、検査区画の境界線を除く各単位セクションの境界線の交点に第2のガイドマークをそれぞれ経年変化によって消滅しないように形成したことを特徴とする、導管の構造。
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