JP5227052B2 - 配管肉厚測定装置及び配管の肉厚測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、配管が密集して設けられた配管群の様に、狭隘な部分に配置される配管の肉厚を測定する配管肉厚測定装置、及び配管肉厚測定方法に関するものである。

ボイラ、例えば石炭焚きボイラでは、種々の熱交換器を備え、熱交換器の１つとして節炭器があり、該節炭器は多数の配管が、伝熱管として並列した配管群によって構成されている。前記節炭器は煙道に設けられ、排出される燃焼ガスの余熱を利用してボイラに給水する水を余熱している。

前記節炭器は燃焼ガスの流れの中に設置されるので、燃焼ガスに含まれる石炭の燃え滓、即ちフライアッシュの衝突に曝される。又、熱交換効率を向上させる為、伝熱管表面に付着した煤、灰分を除去する為、定期的に煤、灰分を除去する為のスートブウが行われる。

この為、燃焼ガス中のフライアッシュの衝突、スートブウ時の煤、灰分の衝突等で、伝熱管表面が摩耗する。

従来より、伝熱管の摩耗状態を把握する為、定期的に外観検査、或は超音波による肉厚検査を行っている。ところが、上記した様に、節炭器は多数の配管によって構成されているので、直視できるもの、或は肉厚検査ができるものは上層に位置する極一部の伝熱管に限られている。内部の伝熱管については、検査員が鏡やファイバスコープを用いて外観検査を行っていたが、内部の伝熱管についての肉厚検査は困難であった。

この為、肉厚検査が必要な場合は、節炭器を取外し、更に節炭器の測定箇所を切取って肉厚検査を行っている。又、検査後には測定箇所の付戻し、節炭器の取付けを行っている。

従って、従来の肉厚検査では、節炭器の着脱作業、着脱に伴う溶接作業等、多大な労力、時間、コストを必要としていた。

特開２００５−２０１６６４号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、配管群が取付けられたままの状態で、内部の配管についても簡単に肉厚測定を可能とするものである。

本発明は、支持部材に肉厚測定ヘッドを揺動可能に取付け、該肉厚測定ヘッドは、配管に磁力で吸着可能なローラと、該ローラの吸着で探触面が配管に当接する超音波探触子を具備する配管肉厚測定装置に係るものである。

又本発明は、前記肉厚測定ヘッドは前記支持部材に傾斜して保持されている配管肉厚測定装置に係るものである。

又本発明は、前記ローラは回転自在である配管肉厚測定装置に係り、又前記支持部材は剛性を有する棒状であって、該支持部材を軸心方向に押引きすることで前記肉厚測定ヘッドが揺動する様にした配管肉厚測定装置に係るものである。

又本発明は、前記配管がフィン付伝熱管であり、前記肉厚測定ヘッドはフィンの間に挿入され、該フィンにガイドされて揺動する様にした配管肉厚測定装置に係るものである。

又本発明は、所要数の伝熱管が格子状に平行に配設され、上下方向に一直線に並ぶ伝熱管は縦列を形成し、水平方向に一直線に並ぶ伝熱管は段列を形成し、前記フィンとの間に形成される空間の連続は行を形成し、縦列、段列、行によって、測定箇所を特定する様にした配管肉厚測定装置に係るものである。

又本発明は、前記段列は、前記支持部材の挿入深さによって特定される配管肉厚測定装置に係るものである。

又本発明は、ＰＣ、及び記憶装置を更に具備し、前記超音波探触子によって測定した配管の肉厚を、測定箇所に関連付けて記憶する様構成した配管肉厚測定装置に係るものである。

又本発明は、支持部材に肉厚測定ヘッドを揺動可能に取付け、該肉厚測定ヘッドは、配管に磁力で吸着可能なローラと、該ローラの吸着で探触面が配管に当接する超音波探触子を具備する配管肉厚測定装置を用いた配管の肉厚測定方法であって、前記ローラを前記配管に吸着させる工程と、前記ローラが前記配管に吸着した状態で前記肉厚測定ヘッドを配管表面に沿って揺動させる工程と、前記超音波探触子から超音波を発して前記配管の肉厚を揺動範囲で測定する工程とを有する配管の肉厚測定方法に係るものである。

又本発明は、前記配管がフィン付伝熱管であり、上下方向に一直線に並ぶ伝熱管は縦列を形成し、水平方向に一直線に並ぶ伝熱管は段列を形成し、フィンとの間に形成される空間の連続は行を形成する配管群の、縦列、段列、行によって、測定箇所を３次元に特定し、特定した３次元の位置データに関連付けて、配管肉厚を測定する様にした配管の肉厚測定方法に係るものである。

更に又本発明は、前記３次元の位置データと、配管肉厚測定結果を基に前記配管群の肉厚分布を測定する配管の肉厚測定方法に係るものである。

本発明によれば、支持部材に肉厚測定ヘッドを揺動可能に取付け、該肉厚測定ヘッドは、配管に磁力で吸着可能なローラと、該ローラの吸着で探触面が配管に当接する超音波探触子を具備するので、正確な位置合せ作業を必要とすることなく、探触子を簡単に前記伝熱管に測定可能な状態に設置可能である。

又本発明によれば、前記肉厚測定ヘッドは前記支持部材に傾斜して保持されているので、前記肉厚測定ヘッドの向きを変更することなく、測定箇所へ前記ローラを吸着させることができる。

又本発明によれば、前記ローラは回転自在であるので、揺動が容易に行える。

又本発明によれば、前記支持部材は剛性を有する棒状であって、該支持部材を軸心方向に押引きすることで前記肉厚測定ヘッドが揺動する様にしたので、前記支持部材を介して前記肉厚測定ヘッドの揺動について遠隔操作が可能となる。

又本発明によれば、前記配管がフィン付伝熱管であり、前記肉厚測定ヘッドはフィンの間に挿入され、該フィンにガイドされて揺動する様にしたので、配管肉厚測定装置の揺動動作が安定する。

又本発明によれば、所要数の伝熱管が格子状に平行に配設され、上下方向に一直線に並ぶ伝熱管は縦列を形成し、水平方向に一直線に並ぶ伝熱管は段列を形成し、前記フィンとの間に形成される空間の連続は行を形成し、縦列、段列、行によって、測定箇所を特定する様にしたので、測定箇所の特定が容易となる。

又本発明によれば、前記段列は、前記支持部材の挿入深さによって特定されるので、測定箇所が目視できない箇所での測定位置の特定が、容易且つ正確に行える。

又本発明によれば、ＰＣ、及び記憶装置を更に具備し、前記超音波探触子によって測定した配管の肉厚を、測定箇所に関連付けて記憶する様構成したので、得られた肉厚データの管理が容易となり、更に配管の肉厚分布を求めることが可能となる。

又本発明によれば、支持部材に肉厚測定ヘッドを揺動可能に取付け、該肉厚測定ヘッドは、配管に磁力で吸着可能なローラと、該ローラの吸着で探触面が配管に当接する超音波探触子を具備する配管肉厚測定装置を用いた配管の肉厚測定方法であって、前記ローラを前記配管に吸着させる工程と、前記ローラが前記配管に吸着した状態で前記肉厚測定ヘッドを配管表面に沿って揺動させる工程と、前記超音波探触子から超音波を発して前記配管の肉厚を揺動範囲で測定する工程とを有するので、正確な位置合せ作業を必要とすることなく、探触子を簡単に前記伝熱管に測定可能な状態に設置でき、配管の肉厚が測定できる。

又本発明によれば、前記配管がフィン付伝熱管であり、上下方向に一直線に並ぶ伝熱管は縦列を形成し、水平方向に一直線に並ぶ伝熱管は段列を形成し、フィンとの間に形成される空間の連続は行を形成する配管群の、縦列、段列、行によって、測定箇所を３次元に特定し、特定した３次元の位置データに関連付けて、配管肉厚を測定する様にしたので、目的とする箇所の測定部に確実に肉厚測定ヘッドを設置でき、更に得られた肉厚データの管理が容易となる。

更に又本発明によれば、前記３次元の位置データと、配管肉厚測定結果を基に前記配管群の肉厚分布を測定するので、配管群に於ける配管の摩耗状態を立体的に把握できる等の優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

図１は熱交換器、例えば節炭器に具備される配管群１の一部を示しており、該配管群１はフィン２が設けられた伝熱管３によって構成されている。前記配管群１に対し、燃焼ガスは図１中、上方から下方に向って流れる。

前記伝熱管３の配置は、管軸方向から見ると格子状に配列されており、上下方向に一直線に並ぶ伝熱管３は縦列４を形成し、水平方向に一直線に並ぶ伝熱管３は段列５を形成している。

又、図２に示される様に、前記フィン２，２との間に形成される空間６の連続は、行７を形成している。

本発明に係る配管の肉厚測定方法では、測定を実施する工程として、検査部を清掃する清掃工程と、配管の肉厚を測定する肉厚測定工程とを含み、又本発明に係る配管肉厚測定装置は、肉厚測定を実施する為の配管肉厚測定装置１１及び清掃工程を実施する配管清浄装置１２を具備している。

前記配管肉厚測定装置１１は、測定棒１３と該測定棒１３の先端に揺動自在に取付けられた超音波式の肉厚測定ヘッド１４と、測定装置本体（図示せず）を有し、前記肉厚測定ヘッド１４が前記空間６に収納され、前記伝熱管３に当接し、前記フィン２にガイドされつつ前記伝熱管３の周りを揺動することで該伝熱管３の肉厚を測定する。

又、前記配管清浄装置１２は、作業棒１５と該作業棒１５の先端に設けられた、清掃機１６を具備し、該清掃機１６を前記伝熱管３に当接させて清浄用ブラシ（後述）を回転させることで、測定箇所の清浄を行う。

先ず、図３〜図５に於いて、前記配管肉厚測定装置１１について具体的に説明する。

前記肉厚測定ヘッド１４は、枢軸１８を介して前記測定棒１３の下端に回転自在に取付けられ、図示しない捩りコイルスプリングにより、前記測定棒１３の軸心に対して４５°傾斜した状態（中立状態）に保持され、又前記肉厚測定ヘッド１４に回転力を付与することで、該肉厚測定ヘッド１４は中立状態を中心にして所要角度回転する様になっており、該肉厚測定ヘッド１４への回転力を除去すると前記捩りコイルスプリングにより中立状態に復元する様になっている。

前記肉厚測定ヘッド１４は非磁性体の探触子ホルダ１９を有し、該探触子ホルダ１９は中実部２１から上方に延びる２つの平行なプレートアーム部２２，２２が形成され、前記中実部２１の下方両側に２股フォーク部２３，２３が形成されている。

前記測定棒１３は前記プレートアーム部２２，２２の間に挿入され、前記枢軸１８で枢着されている。又、前記２股フォーク部２３にはローラ２４が回転軸２５によって回転自在に支持されている。前記ローラ２４は２箇所からなる磁石となっており、磁性体の前記伝熱管３に吸着する様になっている。前記回転軸２５は非磁性体材料であることが好ましい。

前記中実部２１には追動軸２６が該追動軸２６の軸心方向に摺動自在に設けられ、該追動軸２６の軸心は２つの前記回転軸２５の軸心を含む平面に対して垂直となっており、更に前記追動軸２６の軸心は前記回転軸２５，２５の軸心の中間に位置する。前記追動軸２６は圧縮スプリング２７によって突出方向（図４中下方）によって付勢され、前記追動軸２６の先端には超音波の探触子２８が取付けられている。前記圧縮スプリング２７の付勢力は、前記ローラ２４の吸着力に対して充分弱く、該ローラ２４の吸着作用に影響を与えないものとなっている。

前記プレートアーム部２２の外側面には、プランジャ３０がそれぞれ突設され、該プランジャ３０間の寸法Ｗは、前記フィン２，２間の寸法に対して僅かに小さくなっており、前記肉厚測定ヘッド１４は前記フィン２，２の間を摺動自在となっている。又、摺動する場合、前記プランジャ３０が前記フィン２と当接し、前記プレートアーム部２２は直接フィン２には接触しない様になっている。

尚、前記探触子２８には前記追動軸２６の内部を通って給電ケーブル、信号ケーブル（図示せず）が接続されている。

次に、前記測定棒１３は、例えば螺子込み式で、適宜継足し可能となっており、又前記測定棒１３には目盛２９が刻設されており、該目盛２９の間隔は前記伝熱管３の上下方向のピッチに等しく、好ましくは前記目盛２９と共に該目盛２９が前記伝熱管３の位置が上から何段目かを示す表示を、印刷、彫刻等所要の手段により付す。例えば、図１では、前記目盛２９に対応させ５の数字を刻印する。従って、前記目盛２９を読むことで、何段目の伝熱管３について検査していることが直ちに分る。

尚、前記測定棒１３は、操作性を考慮し、中空棒、又アルミ製が好ましく、上端部には取手３１が設けられている。

次に、図６に於いて、前記配管清浄装置１２について説明する。

前記作業棒１５は中空形状であり、先端部にはブラケット３２を介してモータケース３３が前記作業棒１５に対して４５°傾斜した状態で取付けられ、前記モータケース３３内部にブラシモータ３４が収納され、該ブラシモータ３４の出力軸には清浄用ブラシ３８が着脱可能な様に設けられている。

前記ブラシモータ３４は、小型化が可能なエアモータが好ましく、該ブラシモータ３４に、圧縮空気を供給するエアチューブ３５は先端部を固定バンド３６により前記モータケース３３に固定され、又前記エアチューブ３５は前記作業棒１５の内部を挿通して図示しない圧縮空気源に接続されている。

前記作業棒１５は継足し可能であり、継足しはシャフト延長コネクタ３７を介して行われ、該シャフト延長コネクタ３７は前記作業棒１５を継足すと同時に内部の前記エアチューブ３５も接続する構造となっている。尚、前記作業棒１５から前記モータケース３３を取外し、前記エアチューブ３５を介して超音波探触子用の液体である接触バイアスを測定箇所に供給することが可能である。

尚、前記作業棒１５には、前記測定棒１３と同様、清掃している前記伝熱管３の位置が分る様に、目盛２９、位置を示す表示が印される。又、操作性を考慮し、前記作業棒１５はアルミ製が好ましく、上端部には取手３９が設けられている。

前記伝熱管３の肉厚測定、及び前記配管肉厚測定装置１１、前記配管清浄装置１２の作用について説明する。

先ず、肉厚測定箇所を特定する。

測定箇所は、平面的には図２で示される様に、前記伝熱管３が上下方向に並ぶ縦列４と前記フィン２，２間に形成される前記行７によって特定され、上下方向は前記測定棒１３、前記作業棒１５の目盛２９によって伝熱管３の段数が特定できる。従って、前記縦列４、前記行７、前記目盛２９によって前記測定棒１３の挿入深さを確認し、測定箇所の３次元位置が決定できる。

測定箇所が特定できたら、先ず前記配管清浄装置１２によって測定箇所の清浄を行う。測定箇所が含まれる前記空間６に前記清掃機１６を挿入し、前記作業棒１５の目盛２９で前記清掃機１６を測定箇所に位置決めする。尚、目視により、測定箇所の前記伝熱管３が何段目かを確認できれば、前記目盛２９で位置を特定する必要はない。

前記エアチューブ３５を介して前記ブラシモータ３４に圧縮空気を供給し、前記エアチューブ３５を回転させ、測定箇所に付着している灰分等を除去する。次に、前記配管清浄装置１２を取出し、前記清掃機１６を前記作業棒１５から外し、再び該作業棒１５を挿入し、前記エアチューブ３５を介して測定箇所に接触バイアスを供給する。尚、接触バイアスは、前記探触子２８の探触面に直接塗布してもよい。

前記作業棒１５を取出し、前記配管肉厚測定装置１１を前記空間６に挿入する。

前記測定棒１３の目盛２９により、前記肉厚測定ヘッド１４を位置決めし、前記ローラ２４を測定箇所の前記伝熱管３に吸着させる。前記ローラ２４と前記伝熱管３との吸着によって前記探触子２８が前記伝熱管３の測定箇所に当接する。前記探触子２８の探触面と前記伝熱管３の表面間には接触バイアスが介在し、又前記圧縮スプリング２７により探触面には所要の押圧力が与えられる。

尚、前記ローラ２４は円周の２箇所で吸着するので、前記探触子２８の探触面は前記伝熱管３の表面に垂直に当接し、更に該伝熱管３の管径が異なる場合にも、前記探触子２８が軸心方向に移動可能であるので、前記配管肉厚測定装置１１の装置構成を変えることなく対応が可能である（図４参照）。

前記探触子２８に通電して、該探触子２８より超音波を発し、超音波により前記伝熱管３の肉厚を測定する。又、前記測定棒１３を軸心方向に押引きする（図示では上下する）ことで、前記ローラ２４が前記伝熱管３に吸着した状態で転動し、その結果、前記肉厚測定ヘッド１４が前記伝熱管３を中心に揺動する。従って、前記肉厚測定ヘッド１４が揺動する角度の範囲内で肉厚測定が行われる。肉厚測定の結果、肉厚の少ない値が測定箇所の肉厚として記録される。

尚、揺動の際、前記フィン２，２が前記肉厚測定ヘッド１４のガイドとなり、該肉厚測定ヘッド１４が前記伝熱管３に対して傾斜する等が抑制され、前記ローラ２４が前記伝熱管３から浮上することなく、安定した転動が行われる。

更に、前記配管肉厚測定装置１１の前記伝熱管３への着脱は、磁石による吸引力であるので、着脱の為の特別な装置は必要なく、極めて簡単に行える。

又、測定箇所の肉厚測定結果は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等を介して所要の記憶装置に測定箇所の３次元位置に関連付けて記憶してもよい。

測定箇所の特定と、測定箇所の肉厚測定を逐次実行し、測定結果を測定箇所の３次元位置に関連付けることで、配管群全体の肉厚の３次元データを取得できる。更に、肉厚分布を３次元映像化することで、前記配管群１に於ける前記伝熱管３の摩耗状態が直感的に把握できる。

以上述べた如く、前記配管肉厚測定装置１１を用いることで、従来目視検査程度しかできなかった位置の測定箇所についても簡単に、且つ迅速に肉厚測定することが可能となる。

尚、上記実施の形態では、捩りコイルスプリングにより、前記肉厚測定ヘッド１４が４５°傾斜する様にしたが、該肉厚測定ヘッド１４の重心位置を調整して、該肉厚測定ヘッド１４を吊下げた時に前記ローラ２４が前記伝熱管３の方に向く様にしてもよい。

又、重心位置の調整により、前記ローラ２４が前記伝熱管３の方に向く様にした場合は、前記肉厚測定ヘッド１４の支持部材をワイヤ等の屈撓部材とし、該屈撓部材により吊下げてもよい。

或は、前記肉厚測定ヘッド１４にワイヤを係着し、該ワイヤを引張ることで、前記肉厚測定ヘッド１４の向きを変える様にしてもよい。

更に、支持部材を前記測定棒１３の様に剛性部材とした場合、上向きでの肉厚測定も可能である。

更に又、磁石の前記ローラ２４は回転することが好ましいが、固定された円筒状のローラであってもよい。更に、前記ローラ２４の形状は球体であってもよく、この場合も該ローラ２４は回転しても固定してもよい。又、２つのローラ２４は、必ずしも同一径である必要はないが、この場合、前記追動軸２６は軸心が、前記伝熱管３の表面に垂直となる様に設けられる。

又、本発明は、節炭器に限らず、他の流動床の伝熱管等の配管群の肉厚測定にも勿論実施可能である。

本発明の実施の形態を示す全体図である。 図１のＡ−Ａ矢視図である。 本発明の実施の形態に於ける配管肉厚測定装置の正面図である。 該配管肉厚測定装置の肉厚測定ヘッド部分の拡大断面図である。 該肉厚測定ヘッドの側面図である。 本発明の実施の形態で用いられる配管清浄装置の正面図である。

符号の説明

１ 配管群
２ フィン
３ 伝熱管
４ 縦列
５ 段列
６ 空間
７ 行
１１ 配管肉厚測定装置
１２ 配管清浄装置
１３ 測定棒
１４ 肉厚測定ヘッド
１５ 作業棒
２４ ローラ
２６ 追動軸
２７ 圧縮スプリング
２８ 探触子
２９ 目盛
３０ プランジャ

Claims (10)

1. 棒状の支持部材に肉厚測定ヘッドを揺動可能に取付け、該肉厚測定ヘッドは、配管に磁力で吸着可能な２個のローラと、該ローラの吸着で探触面が配管に当接する超音波探触子を具備し、
   前記配管には該配管の軸心に対して直交するフィンが所定の間隔で設けられ、前記肉厚測定ヘッドは所定厚みの平板形状であり、
   前記肉厚測定ヘッドの厚みは前記配管に設けられるフィン間の寸法より小さく、
   前記肉厚測定ヘッドの一端部には平行に延びる２つのプレートアームが形成され、他端部には一対の２股フォーク部が形成され、前記支持部材は前記プレートアーム間に挿入され、枢軸を介して前記プレートアームに回転自在に取付けられ、前記各フォーク部には前記ローラが回転自在に設けられ、前記超音波探触子は前記フォーク部間に設けられたことを特徴とする配管肉厚測定装置。
2. 前記肉厚測定ヘッドは前記支持部材に傾斜して保持されている請求項１の配管肉厚測定装置。
3. 前記プレートアームの外側面にはそれぞれプランジャが突設され、１外側面のプランジャの突出端と他外側面のプランジャの突出端と間の寸法は、フィン間の寸法より僅かに小さく、前記肉厚測定ヘッドはフィンの間に挿入され、該フィンにガイドされて揺動可能であると共に前記プレートアームはフィンに非接触となる様構成された請求項１又は請求項２の配管肉厚測定装置。
4. 前記支持部材は剛性を有する棒状であって、該支持部材を軸心方向に押引きすることで前記肉厚測定ヘッドが揺動する様にした請求項１の配管肉厚測定装置。
5. 所要数の伝熱管が格子状に平行に配設され、上下方向に一直線に並ぶ伝熱管は縦列を形成し、水平方向に一直線に並ぶ伝熱管は段列を形成し、前記フィンとの間に形成される空間の連続は行を形成し、縦列、段列、行によって、測定箇所を特定する様にした請求項１又は請求項３の配管肉厚測定装置。
6. 前記段列は、前記支持部材の挿入深さによって特定される請求項５の配管肉厚測定装置。
7. ＰＣ、及び記憶装置を更に具備し、前記超音波探触子によって測定した配管の肉厚を、測定箇所に関連付けて記憶する様構成した請求項５又は請求項６の配管肉厚測定装置。
8. 請求項１に係る配管肉厚測定装置を用いた配管の肉厚測定方法であって、
   前記肉厚測定ヘッドをフィン間に挿入する工程と、
   前記ローラを前記配管に吸着させる工程と、前記ローラが前記配管に吸着した状態で前記肉厚測定ヘッドを配管表面に沿って揺動させる工程と、前記超音波探触子から超音波を発して前記配管の肉厚を揺動範囲で測定する工程とを有することを特徴とする配管の肉厚測定方法。
9. 前記配管が伝熱管であり、上下方向に一直線に並ぶ伝熱管は縦列を形成し、水平方向に一直線に並ぶ伝熱管は段列を形成し、前記フィンとの間に形成される空間の連続は行を形成する配管群の、縦列、段列、行によって、測定箇所を３次元に特定し、特定した３次元の位置データに関連付けて、配管肉厚を測定する様にした請求項８の配管の肉厚測定方法。
10. 前記３次元の位置データと、配管肉厚測定結果を基に前記配管群の肉厚分布を測定する請求項９の配管の肉厚測定方法。

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