JP5315598B2 - ボイラ伝熱管群内走行装置、ボイラ伝熱管の肉厚検査装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、廃熱回収を行うボイラにおいて、その内部に設置されているボイラ伝熱管群内走行し、ボイラ伝熱管の肉厚検査を行うための、ボイラ伝熱管群内走行装置、ボイラ伝熱管の肉厚検査装置および方法に関するものである。

これまでのボイラ伝熱管群の肉厚検査は、主に人手作業で行ってきた。サンドペーパーやグライダー掛けにより伝熱管表面の凹凸を無くすための手入れを行った後、接触媒質を測定表面に塗布しながら、超音波探触子を直接測定対象物に押し付けて肉厚測定を行うものである。正確な肉厚測定を行うには、超音波探触子を測定表面に対して垂直に接触させる必要があり、検査者の経験や技量に委ねられているところが大きい。また、肉厚検査作業は、上下方向のボイラ伝熱管群とボイラ伝熱管群の間の狭い隙間に寝転がって検査を行わねばならないことや、特に焼却炉用ボイラの場合、ダイオキシンの被爆から防護するための特別な装備が必要であることから、作業員に大きな負担が掛かっていた。

このような人手作業に対して、作業員の負荷を低減するための自動化装置には、例えば特許文献１には、超音波探触子による肉厚検査の技術が開示されている。この装置は、図５に示すように、配管群１１２の上方に管軸方向に沿って敷かれたレール１２１、１２２を台車１２３が走行し、台車１２３から昇降自在に吊り下がられた検査用デバイス１２４に搭載した検査器１２７で配管の検査を行うというものである。

また、特許文献２には、超音波探触子の測定精度向上のための技術が開示されている。この技術は、図６に示すように、肉厚測定用の超音波探触子を搭載したスライダ１３４を円環状のレール１３２上に配置し、配管の外周に沿って、レール１３２を同心円状に取付け、レール１３２を複数の伸縮シリンダによりリンク機構１３３ａ、ｄ、ｆを調節することにより超音波探触子を搭載したスライダの姿勢を制御して、超音波探触子先端を配管表面に垂直に接触させ超音波エコーを用いて配管の肉厚を測定する。スライダ１３４をレール１３２上を一定の角度間隔で３６０度にわたって移動させながら配管の肉厚を測定する際に、前記超音波探触子から発せられた超音波パルスのエコーに基づいて超音波探触子の先端と配管表面との接触状態の良否を検出し、接触状態が不良と判定された箇所につき、前記スライダをその位置へと移動し、前記レールの姿勢を変化し、超音波探触子の接触状態を再調節して不良箇所の肉厚測定を行うものである。

さらに、特許文献３には、千鳥配置の伝熱管検査装置が開示されている。この装置は、図７ないし図９に示すように、外周面上にフィンが螺旋状に取り付けられ、並列に配置される複数のスパイラルロール２１a〜dと、該スパイラルロールの両端部を回転自在に支持するフレーム４２、５０と、前記スパイラルロールを回転駆動させる駆動手段４３a〜dとからなる移動装置を、前記棒状体の軸方向に複数直列配置すると共に、該複数の移動装置を伸縮部材２６で連結し、さらに検査手段４０を前記移動装置に連結し、前記駆動手段により前記棒状体を回転駆動させることにより、前記移動装置と共に前記検査手段を伝熱群内で移動させることを特徴としている。

検査手段４０は、伝熱管の外表面に縞状のレーザシート光を垂直方向から且つ該縞状のレーザシート光が伝熱管軸方向に直角となるように照射するレーザシート発信器３０と、前記レーザシート光が照射されている箇所を伝熱管外表面に対して直角方向と斜め方向から撮影し、該伝熱管外表面での前記レーザシート光の反射光を複数個の円弧形状の撮影画像として取り込む複数のＣＣＤカメラ３１、３２と、該撮影画像を解析して前記伝熱管外表面の摩耗状況を判断する画像処理装置６１とを備えている。
特開平７−１４５９０７号公報 特開２０００−８８８２４号公報 特開２００１−１９４３１９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の肉厚検査装置は、検査用デバイスをボイラ伝熱管群の管列方向に移動させる必要があり、その都度作業員が走行レールを敷きなおす作業のためにボイラ内に入らなければならないという問題がある。

また、上記特許文献２に記載の肉厚検査装置は、複雑な動作軸を必要とするため、通常 ６０ｍｍ〜７０ｍｍ程度のボイラ伝熱管群の隙間では、装置化が困難である。また、従来の千鳥配置の伝熱管検査装置を対象にした上記特許文献３に記載の技術では、千鳥配置のような狭い配管内においても、レール設置やワイヤ巻取り装置の設置や、伝熱管の軸方向および列方向移動時のレールやワイヤ巻取り装置の移設を必要としないシンプルな装置構成となっているが、あらかじめ、スパイラルロールの羽根形状やピッチを伝熱管のピッチにあわせて設計・製作する必要があり、伝熱管ピッチが途中で切替る場合や、同一ボイラ内において複数種類の伝熱管ピッチを持つ場合は対応が困難である。

また、伝熱管群間の間隙寸法が運転時間によって、当初の設計・製作寸法から変動しており、場所によっては大きな変動が生じている。このような場所においてはスムーズに移動することが困難であると考えられる。さらには、構造上、検査装置を伝熱管の管軸方向に動作させようとすると、上下方向の動作を伴うため、伝熱管の端部での動作制御が煩雑である。さらには、このようなスパイラルロールによる移動機構と、レーザシート光を用いた表面検査装置を組み合わせた場合、移動時のガタツキが測定結果に影響してしまうため、精度良く伝熱管の外面表面摩耗を測定することは困難であるという種々の問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、千鳥配管のような狭い配管においても、伝熱管群の管軸方向及び上下方向に自在に移動でき、多少の伝熱管群の間隙寸法が変動していても、効率的かつ精度良く配管減肉量を測定可能な、ボイラ伝熱管群内走行装置、ボイラ伝熱管の肉厚検査装置および方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る発明は、装置本体上部の左右に取り付けられた上部アーム機構を介して設けられ、ボイラ伝熱管上部への張り出しによりボイラ伝熱管にぶらさがって装置本体を支持する上部ローラと、
前記上部アーム機構を開閉する上部アーム開閉駆動機構と、
装置本体を上下動するスライド機構の左右に取り付けられた下部アーム機構を介して設けられ、前記上部ローラが張り出す方向と同一方向に張り出し、ボイラ伝熱管上部への張り出しによりボイラ伝熱管にぶらさがって装置本体を支持する下部ローラと、
前記下部アーム機構を開閉する下部アーム開閉駆動機構と、ボイラ伝熱管の肉厚を検査する肉厚検査センサを備え、
前記スライド機構により前記上部ローラと下部ローラの間隔を変更すると共に、前記上部アーム機構と前記下部アーム機構を開閉することにより、装置本体を支持するとともに伝熱管群内を上下方向に伸縮移動することを特徴とするボイラ伝熱管群内走行装置である。

また本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載のボイラ伝熱管群内走行装置において、前記上部アーム機構と前記下部アーム機構に、配管を検出するセンサを備え、配管を検出して前記スライド機構を上下動させながら装置本体を上下方向に伸縮移動することを特徴とするボイラ伝熱管群内走行装置である。

また本発明の請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のボイラ伝熱管群内走行装置において、前記上部ローラを回転駆動させる上部ローラ駆動機構を備え、上部ローラの回転駆動により伝熱管軸方向に走行移動することを特徴とするボイラ伝熱管群内走行装置である。

また本発明の請求項４に係る発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のボイラ伝熱管群内走行装置を用いて、該装置本体に肉厚検査センサ出没機構を介して設けられた肉厚検査センサを備え、前記装置本体を上下方向に移動させながら前記肉厚検査センサ出没機構を作動させ、前記肉厚検査センサをボイラ伝熱管に押し付けてボイラ伝熱管の肉厚を検査することを特徴とするボイラ伝熱管の肉厚検査装置である。

さらに本発明の請求項５に係る発明は、装置本体を上下動するスライド機構により上部ローラと下部ローラの間隔を変更すると共に、前記上部ローラと下部ローラをボイラ伝熱管上部の同一方向にそれぞれ張り出すように構成した上部アーム機構と下部アーム機構を開閉することにより、ボイラ伝熱管にぶらさげて装置本体を支持するとともに伝熱管群内を上下方向に伸縮移動しながら、肉厚検査センサ出没機構を作動させ、肉厚検査センサをボイラ伝熱管に押し付けてボイラ伝熱管の肉厚を検査することを特徴とするボイラ伝熱管の肉厚検査方法である。

本発明では、回動・自転可能な機構を有するローラにより、伝熱管にぶら下がりながら管軸方向に移動し、さらには上下ローラ間の相対位置を伸縮移動させるようにしたので、千鳥配管のような狭い伝熱管群内を上下方向に自在に走行移動できることが可能となった。また、本発明に係る走行装置に水浸焦点型超音波探触子を搭載することで、狭隘環境であるボイラ伝熱管群の内の肉厚測定が可能となり、減肉による破管トラブル未然防止や、的確な老朽更新計画による延命化を達成することが可能である。

以下、本発明について図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明を実施するための装置構成の一例を示す図である。（ａ）は肉厚検査装置正面から見た正面図であり、（ｂ）は肉厚検査装置側面から見た側面図であり、アーム開・肉厚センサ出の状態を示している。

図中、１は本体、２ａおよび２ｂは上部アーム機構、３ａおよび３ｂは上部ローラ、４ａおよび４ｂは上部アーム開閉駆動機構、５ａおよび５ｂは上部ローラ駆動機構、６はスライド機構、７はスライド部、８はスライド部駆動機構、９ａおよび９ｂは下部アーム機構、１０ａおよび１０ｂは下部ローラ、１１ａおよび１１ｂは下部アーム開閉駆動機構、１２は肉厚検査センサ部、および１３は肉厚センサ出没機構をそれぞれ示す。

また、１４ａ及び１４ｂは、下部ローラの開動作と同期して、下部ローラの回転方向と逆方向の配管に接するように突出する、下部突っ張りローラであり、そして１５ａ及び１５ｂは、上部ローラの開動作と同期して、上部ローラの回転方向と逆方向の配管に接するように配管方向に突出する上部突っ張りローラである。

さらに、1６ａ及び１６ｂは、上部ローラ部に位置する伝熱管の位置を検出するための伝熱管検出センサであり、1７ａ及び１７ｂは、下部ローラ部に位置する、伝熱管の位置を検出するための伝熱管検出センサである。

図２は、肉厚検査センサ部１２の詳細構造を示す断面図である。図中、１３は肉厚検査センサ出没機構、２１は超音波探触子、２２は超音波探触子ホルダー、２３はコンプライアンス機構（調芯機構）をそれぞれ示す。

超音波探触子ホルダー２２は、肉厚検査センサ出没機構１３により出没(ソレノイドONにより軸が引っ込むことにより、超音波探触子が伝熱管に当たる。通常時は図示しないバネにより、軸が出ている)してボイラ伝熱管の表面に押し付けたときに倣うように、先端がU字形状になっている。超音波探触子ホルダー２２は、超音波探触子２１と伝熱管表面との間に、水やグリセリンなどの媒質液を充満する空間を有している。

また、ボイラ伝熱管とのコンプライアンス機構（調芯機構）２３として、ボイラ伝熱管軸方向を回転軸として、超音波探触子２１と超音波探触子ホルダー２２が従動回転するような構造を有しているので、伝熱管群の間隙寸法が多少変動しても、検査対象となると伝熱管に沿って確実にセンサを押し当てることが可能である。

図３は、ボイラ伝熱管の全体システム構成を示すシステム構成図である。肉厚検査装置の本体１の各駆動機構を動作制御するための駆動モータアンプ３１と、本体に搭載したモニタカメラ映像をキャプチャするためのキャプチャーカード３２と、超音波探触子２１の送受信波から配管肉厚を演算するための厚さ計測器３３と、超音波探触子２１と伝熱管との間に媒質液（カップリング液）を供給するためのポンプ３４と、全体システムの統括制御を行う制御装置（計算機）３５とから構成されている。

図４は、本発明に係る肉厚検査装置の上下移動時の動作行程を示す図である。次に、図４を主に使用して図１ないし図３も参照しながら、肉厚検査装置が千鳥配置のボイラ伝熱管群４１を上下方向に昇降移動する際の降下動作を例に移動及び検査工程を説明する。

（ａ）上部ローラ３ａと３ｂは開いた状態、下部ローラ１０ａと１０ｂは閉じた状態であり、伝熱管上部への張り出しによるぶら下がっている状態を表わしている。
（ｂ）最初に、下部ローラ１０ａと１０ｂが閉じた状態のまま、スライド部７を下降側に作動させて、下部ローラ近傍につけた、光電反射式又は磁気式の伝熱管検出センサ１７ａ、１７ｂが伝熱管を検出するまでスライド部７を移動させ、検出後一定距離だけ進んだ時に伝熱管を検出しなくなったら、スライド部７を停止させる。
（ｃ）停止後、下部ローラ１０ａと１０ｂを開く。
（ｄ）次に、上部ローラ３ａと３ｂを閉じる。
（ｅ）次に、スライド部７を作動させて、上部ローラ近傍につけた、光電反射式又は磁気式の伝熱管検出センサ１６ａ、１６ｂが伝熱管を検出するまでスライド部７を移動させ、検出後一定距離だけ進んだ時に伝熱管を検出しなくなったら、スライド部７を停止させる。
（ｆ）上部ローラ３ａと３ｂを開く。
（ｇ）下部ローラ１０ａと１０ｂを閉じる。

以上の（ａ）〜（ｇ）の動作を繰り返すことで、ボイラ伝熱管群４１を自在に降下することが可能となる。また、（ａ）〜（ｇ）の動作を逆転することで、ボイラ伝熱管群４１を自在に上昇することも可能である。さらには、途中で管ピッチが変化しても、伝熱管検出センサの検出に応じて、スライド部のスライド量を適宜調整することにより移動が可能となる。

管軸方向に移動する際は、上部ローラ駆動機構５ａ及び５ｂを駆動させることで、管軸方向に本体１が移動することが可能である。肉厚検査時には、装置を停止した状態で、肉厚検査センサ出没機構１３により超音波探触子ホルダー２２を突出してボイラ伝熱管の表面に押し付けて、超音波探触子ホルダー２２と伝熱管との間の空間に媒質供給ポンプ３４により水又はグリセリンなどの媒質液を供給する。厚さ計測器３３で超音波探触子ヘッド１６の送受信波から配管肉厚を演算し、制御装置３５に測定データを保存する。

上記で説明したように、上部アーム機構、下部アーム機構、上部ローラ駆動機構とを個別にまたは連動して作動させることによって、上部ローラ、下部ローラを張り出させて、ボイラ伝熱管をガイドとして装置本体を支持するとともに、上部ローラ及び下部ローラの近傍に伝熱管を検出するための伝熱管検出センサを設けて、装置本体を管軸方向及び上下方向に移動させるようにしたので、千鳥配管のような狭い配管で、多少のピッチずれがあっても、伝熱管群の管軸方向及び上下方向に自在に移動できる。

多少の伝熱管群の間隙寸法が変動していても、スライド機構の調整により、安定して移動できる。また、伝熱管をガイドとする上部ローラ又は下部ローラから、一定の距離のところに肉厚検査センサを配置したので、検査対象となると伝熱管に沿って確実にセンサを押し当てることが可能となり、効率的かつ精度良く配管減肉量を測定することが可能である。

なお、発明において、上部ローラ、及び、下部ローラは、管軸方向へ走行駆動するものを含め、総称して説明したものである。管軸方向への走行駆動が必要ない場合は、ボイラ伝熱管上部への張り出しにより装置本体を支持するための構造であれば良く、ローラ形状に限らず、バー形状のものでも良い。

また、あらかじめ測定点および測定範囲を決めて上述の動作工程をプログラミングして制御装置に入力・記憶させるようにしておけば、自動的に測定個所で肉厚検査を行い、測定データを保存することが可能である。また、本体にモニタカメラを設けることで、適宜、配管の状態をモニタリングしながら、肉厚検査測定を行うことも可能である。

本発明を実施するための装置構成の一例を示す図である。 肉厚検査センサ部の詳細構造を示す断面図である。 ボイラ伝熱管の全体システム構成を示すシステム構成図である。 本発明に係る肉厚検査装置の上下移動時の動作行程を示す図である。 特許文献１の技術を示す斜視図である。 特許文献２の技術を示す側面図である。 特許文献３の技術を示す構成図である。 特許文献３の技術の走行原理を説明した図である。 特許文献３の技術の検査システムの系統図である。

符号の説明

１ 本体
２ａ、２ｂ 上部アーム機構
３ａ、３ｂ 上部ローラ
４ａ、４ｂ 上部アーム開閉駆動機構
５ａ、５ｂ 上部ローラ駆動機構
６ スライド機構
７ スライド部
８ スライド部駆動機構
９ａ、９ｂ 下部アーム機構
１０ａ、１０ｂ 下部ローラ
１１ａ、１１ｂ 下部アーム開閉駆動機構
１２ 肉厚検査センサ部
１３ 肉厚検査センサ出没機構
１４ａ、１４ｂ 上部突っ張りローラ
１５ａ、１５ｂ 下部突っ張りローラ
１６ａ、１６ｂ 上部ローラ伝熱管検出センサ
１７ａ、１７ｂ 下部ローラ伝熱管検出センサ
２１ 超音波探触子
２２ 超音波探触子ホルダー
２３ コンプライアンス機構（調芯機構）
３１ 駆動モータアンプ
３２ キャプチャーカード
３３ 厚さ計測器
３４ ポンプ
３５ 制御装置
４１ 伝熱管群

Claims (5)

1. 装置本体上部の左右に取り付けられた上部アーム機構を介して設けられ、ボイラ伝熱管上部への張り出しによりボイラ伝熱管にぶらさがって装置本体を支持する上部ローラと、
   前記上部アーム機構を開閉する上部アーム開閉駆動機構と、
   装置本体を上下動するスライド機構の左右に取り付けられた下部アーム機構を介して設けられ、前記上部ローラが張り出す方向と同一方向に張り出し、ボイラ伝熱管上部への張り出しによりボイラ伝熱管にぶらさがって装置本体を支持する下部ローラと、
   前記下部アーム機構を開閉する下部アーム開閉駆動機構と、ボイラ伝熱管の肉厚を検査する肉厚検査センサを備え、
   前記スライド機構により前記上部ローラと下部ローラの間隔を変更すると共に、前記上部アーム機構と前記下部アーム機構を開閉することにより、装置本体を支持するとともに伝熱管群内を上下方向に伸縮移動することを特徴とするボイラ伝熱管群内走行装置。
2. 請求項１に記載のボイラ伝熱管群内走行装置において、
   前記上部アーム機構と前記下部アーム機構に、配管を検出するセンサを備え、
   配管を検出して前記スライド機構を上下動させながら装置本体を上下方向に伸縮移動することを特徴とするボイラ伝熱管群内走行装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のボイラ伝熱管群内走行装置において、
   前記上部ローラを回転駆動させる上部ローラ駆動機構を備え、
   上部ローラの回転駆動により伝熱管軸方向に走行移動することを特徴とするボイラ伝熱管群内走行装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のボイラ伝熱管群内走行装置を用いて、
   該装置本体に肉厚検査センサ出没機構を介して設けられた肉厚検査センサを備え、
   前記装置本体を上下方向に移動させながら前記肉厚検査センサ出没機構を作動させ、前記肉厚検査センサをボイラ伝熱管に押し付けてボイラ伝熱管の肉厚を検査することを特徴とするボイラ伝熱管の肉厚検査装置。
5. 装置本体を上下動するスライド機構により上部ローラと下部ローラの間隔を変更すると共に、前記上部ローラと下部ローラをボイラ伝熱管上部の同一方向にそれぞれ張り出すように構成した上部アーム機構と下部アーム機構を開閉することにより、ボイラ伝熱管にぶらさげて装置本体を支持するとともに伝熱管群内を上下方向に伸縮移動しながら、肉厚検査センサ出没機構を作動させ、肉厚検査センサをボイラ伝熱管に押し付けてボイラ伝熱管の肉厚を検査することを特徴とするボイラ伝熱管の肉厚検査方法。

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