JP6260070B1 - 伝熱管の水位検出方法及び伝熱管の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】管寄せ内の水が抜かれ、伝熱管が水で満たされた状態を容易に得る。【解決手段】水平方向に延在する管寄せ１２の下方に延在する複数の伝熱管の水位検出方法であって、管寄せ１２から水平方向に突出するように設けられた点検用管台１３の下面に超音波ＵＳ１が上方Ｖ１に発信されるように超音波センサ８から超音波ＵＳ１を連続的に発信する発信工程と、伝熱管及び管寄せ１２から排水を開始する排水開始工程と、排水により、超音波センサ８で超音波の反射信号ＵＳ２が検出される状態から検出されない状態に変化した時点で、排水を停止する排水停止工程と、停止の後に、点検用管台１３の少なくとも一部を開放する開放工程と、を有する伝熱管の水位検出方法を提供する。【選択図】図３

Description

本発明は、伝熱管の水位検出方法及び伝熱管の検査方法に関する。

伝熱管（ボイラチューブ）の肉厚測定や探傷検査を行うため、複数の伝熱管が接続されている管寄せから超音波センサを導入し、検査を行うシステムがある。検査の際、検査対象の伝熱管には水が満たされていなければならないため、ボイラの給水設備を用いて給水が行われている（例えば、特許文献１参照）。

管寄せに接続された複数の伝熱管を検査する場合、対象の管寄せの端部を切断して超音波センサを管寄せの内部へ導入することになるが、管寄せより上方まで水が溜まっていると、管寄せの切断の際に圧力がかかった水が噴出する。よって、管寄せ内の水が抜かれた一方で、伝熱管内は水で満たされた状態とされた過不足無い水張りをする必要がある。
特に、管寄せはボイラの上下方向に点在しているため、下方に配置されている管寄せを切断する際には、注意が必要となる。

従来、過不足ない水張りをするためには、
（１）一旦、伝熱管内の水を完全に抜く
（２）管寄せに設けられた点検用管台を切断し、開放する
（３）水を供給する
（４）切断された点検用管台から水がオーバーフローしたら水の供給を止める
という手順を行っている。

特開２００１−３０５１１０号公報 特開昭６０−３６８０３号公報

ところで、上記した手順で水張りを行う場合、管寄せは複数あるため、手間や費用がかかるという課題がある。また、複数の管寄せ毎に上記した手順を行うと、大量の水が必要であり、多量の排水が出るという課題もある。

特許文献２には、伝熱管に水が残留しているか確認のため、伝熱管の外側から超音波センサの探傷子を当て、その波形を見ることで、残留水の有無を確認する技術が記載されている。しかしながら、特許文献２に記載の技術は、完全にブロー（水抜き）した後の伝熱管内の残留水を検知する手法に過ぎない。また、この手法を用いたとしても、対象の管寄せに接続された伝熱管は、耐火物で被覆されているため、これを取り除かなければ超音波センサを当てることができず、また、仮に耐火物を取り除いたとしても、足場のない高所での作業であるため作業が困難であるという課題がある。

この発明は、管寄せ内の水が抜かれ、伝熱管が水で満たされた状態を容易に得ることができる伝熱管の水位検出方法及び伝熱管の検査方法を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様によれば、伝熱管の水位検出方法は、水平方向に延在する管寄せの下方に延在する複数の伝熱管の水位検出方法であって、前記管寄せから水平方向に突出するように設けられた点検用管台の下面に超音波が上方に発信されるように超音波センサから超音波を連続的に発信する発信工程と、前記伝熱管及び管寄せから排水を開始する排水開始工程と、前記排水により、前記超音波センサで前記超音波の反射信号が検出される状態から検出されない状態に変化した時点で、前記排水を停止する排水停止工程と、前記停止の後に、前記点検用管台の少なくとも一部を開放する開放工程と、を有することを特徴とする。

このような構成によれば、管寄せ内の水が抜かれ、伝熱管内は水で満たされた状態で排水を止めることができる。これにより、管寄せ内の水が抜かれ、伝熱管が水で満たされた状態を容易に得ることができる。
また、伝熱管を保護する耐火材を取り除くことなく水位の変化を検出することができるため、低コスト、かつ、短い作業時間で水位の検出を行うことができる。

上記伝熱管の水位検出方法において、前記点検用管台は、歩廊の近傍に、前記歩廊の上面との間に所定の間隔を置いて配置されてよい。

このような構成によれば、歩廊での作業が可能になるため、安全に作業を行うことができる。

本発明の第二の態様によれば、伝熱管の検査方法は、上記いずれかの伝熱管の水位検出方法の後に実施され、伝熱管用超音波センサを前記点検用管台から前記伝熱管へ挿入する超音波センサ挿入工程を有することを特徴とする。

このような構成によれば、伝熱管が水で満たされた状態から安全に検査を行うことができる。

本発明によれば、管寄せ内の水が抜かれ、伝熱管内は水で満たされた状態で排水を止めることができる。これにより、伝熱管が水で満たされた状態を容易に得ることができる。
また、伝熱管を保護する耐火材を取り除くことなく水位の変化を検出することができるため、低コスト、かつ、短い作業時間で水位の検出を行うことができる。

本発明の実施形態のボイラ及び管肉厚測定装置の斜視図である。 本発明の実施形態のボイラの概略図である。 本発明の実施形態の管寄せ及び点検用管台の断面図であって、管寄せが水で満たされている状態を示す図である。 本発明の実施形態の管寄せ及び点検用管台の断面図であって、管寄せ内の水が減少する様子を示す図である。 本発明の実施形態の管寄せ及び点検用管台の断面図であって、点検用管台内の水がなくなった状態を示す図である。 超音波の反射信号の大きさの経時的変化を示すグラフである。 本発明の実施形態の伝熱管の水位検出方法のフローチャートである。

以下、本発明の伝熱管の水位検出方法、及び伝熱管の検査方法の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本発明の伝熱管の水位検出方法は、例えば、ストーカ型焼却炉を構成するボイラに使用される伝熱管の肉厚測定や探傷検査を行う際に、伝熱管内が水で満たされ、かつ、伝熱管の上方に接続されている管寄せ内の水が抜かれていることを確認するための方法である。

ここで、超音波プローブ等のセンサ（以下、伝熱管用超音波センサと呼ぶ。）を用いて伝熱管の肉厚測定や探傷検査を行う管肉厚測定装置について説明する。

図１に示すように、ボイラ１０は、水平方向に延在する管寄せ１２と管寄せ１２の下方に延在する複数の伝熱管１１とを備えている。伝熱管１１は水蒸気の流路となる複数の剛体の管であり、管寄せ１２の延在方向に沿って配列されて一端が管寄せ１２に接続されている。各々の伝熱管１１は管寄せ１２と連通しており、それぞれ管寄せ１２に対して直交するように延在している。

管寄せ１２には、点検の際に使用される点検用管台１３が管寄せ１２の延在方向の端部から水平方向に突出するように形成されている。
また点検用管台１３は、管寄せ１２の配置や大きさによって、管寄せ１２の途中から水平方向に突出して複数形成されていてもよい。
伝熱管用超音波センサ６は、複数ある点検用管台１３の少なくとも一部を開放することによって形成される点検孔１３ａ及び管寄せ１２を介して伝熱管１１に導入される。なお、点検孔１３ａは、ボイラ１０の運転中には塞がれる。点検孔１３ａは、伝熱管１１の水位検出が終了した後の伝熱管１１の検査の際に形成される。

また、点検用管台１３は、歩廊２１の近傍に、歩廊２１の上面との間に所定の間隔を置いて配置されている。

管肉厚測定装置１は、データ収集解析機器２と、データ収集解析機器２が収集したデータを表示するデータ表示装置３と、データ収集解析機器２と接続されたケーブル巻取装置４と、ケーブル巻取装置４から排出されるフレキシブル管であるケーブル５と、ケーブル５の先端に取り付けられたセンサである伝熱管用超音波センサ６と、伝熱管用超音波センサ６の案内装置であるガイド管７と、点検用管台１３に取り付けられた超音波センサ８（図３参照）と、を有している。

点検用管台１３に取り付けられた超音波センサ８は、外部から点検用管台１３内の水の有無を検出するためのセンサであり、伝熱管１１内に挿入される伝熱管用超音波センサ６とは異なる。

データ収集解析機器２は、伝熱管用超音波センサ６によって測定された伝熱管１１の肉厚データがケーブル５を介して入力される機器である。即ち、データ収集解析機器２は、伝熱管１１の肉厚データを収集し解析する役割を有している。
データ表示装置３はデータ収集解析機器２が収集した伝熱管１１の肉厚データを表示するために使用される表示装置（モニタ）である。

ケーブル５は、剛体の伝熱管１１の内部に伝熱管１１の軸線方向に沿うように挿入される。ケーブル５は例えば金属やビニール等からなる長尺状のフレキシブル管であって、全長にわたって屈曲可能とされている。ケーブル５は、伝熱管用超音波センサ６とデータ収集解析機器２とを接続するデータ信号配線や、水圧で伝熱管用超音波センサ６を回転させるための水供給ホースを内包している。
伝熱管用超音波センサ６は、ケーブル５の先端部に設けられており、超音波を発信することによって伝熱管１１の肉厚データを測定する。

ガイド管７は、ケーブル５及び伝熱管用超音波センサ６が伝熱管１１へ導入されるのを案内する管であって、伝熱管１１の肉厚の測定に先立って管寄せ１２内に配置される。ガイド管７は、屈曲自在な筒で構成されている。
ガイド管７は、点検用管台１３の少なくとも一部を開放することによって形成される点検孔１３ａから管寄せ１２内に挿入され、その先端が伝熱管１１に接続される。いいかえれば、点検孔１３ａは、ガイド管７が管寄せ１２内に挿入され、その先端が伝熱管１１に接続される程度まで、点検用管台１３の少なくとも一部を開放して形成されればよい。

図２に示すように、検査対象である伝熱管１１を有するボイラ１０は、複数の管寄せ１２を有している。以下の説明では、ボイラ１０が６つの上部側の管寄せ１２を有するものとして説明する。ボイラ１０は、最も高い位置に配置されている管寄せ１２Ａと、二番目に高い位置に配置されている管寄せ１２Ｂと、三番目に高い位置に配置されている管寄せ１２Ｃと、四番目に高い位置に配置されている管寄せ１２Ｄと、五番目に高い位置に配置されている管寄せ１２Ｅと、六番目に高い位置に配置されている管寄せ１２Ｆと、を有している。
各々の管寄せ１２に接続されている複数の伝熱管１１の下方には、排水弁１８が設けられている。排水弁１８を開くことによって、ブロー用集合管寄せ１９を介して、排水タンク２０に排水することができる。

次に、点検用管台１３の詳細形状について説明する。以下、点検用管台１３の内部空間Ｒ２の少なくとも一部に水が満たされているものとして説明する。図３から図５は、本発明の実施形態の管寄せ及び点検用管台の断面図であって、（ａ）は、管寄せの軸線と直交する水平方向から見た管寄せの断面図であり、（ｂ）は、管寄せの軸線方向から見た管寄せの側面図である。

図３に示す実施形態では、点検用管台１３は、管寄せ１２の延在方向の端部に設けられている端壁１２ａに取り付けられている。点検用管台１３と管寄せ１２は、例えば溶接で接合されていてもよく、例えばフランジにより取り外し可能に取り付けられていてもよい。管寄せ１２の端壁１２ａの中心位置には、管寄せ１２の内部空間Ｒ１と点検用管台１３の内部空間Ｒ２とを連通させる円形の貫通孔１４が形成されている。

点検用管台１３は、有底円筒状をなしている。点検用管台１３は、円筒状の円筒部１５と、円形の壁部１６とを、有している。円筒部１５は、例えばフランジにより所定位置から分割して取り外し可能に形成されていてもよい。円筒部１５の外径は、管寄せ１２の外径よりも小さい。点検用管台１３の貫通孔１４の内径と、円筒部１５の内径は略等しい。
点検用管台１３は、円筒部１５と管寄せ１２とが同軸状となるように、管寄せ１２の端壁１２ａに取り付けられている。伝熱管１１の水位検出が終了した後の伝熱管１１の検査の際に、点検用管台１３の円筒部１５が所定位置で切断または取り外されることで、点検用管台１３の壁部１６が管寄せ１２から分離され、図１に示す点検孔１３ａが形成される。

上記構成により、管寄せ１２の内部空間Ｒ１と点検用管台１３の内部空間Ｒ２とは、連通しており、管寄せ１２の内部空間Ｒ１が水でいっぱいに満たされている場合、点検用管台１３の内部空間Ｒ２も水でいっぱいに満たされる。
図５に示すように、排水によって水位が減少し、点検用管台１３の内部空間Ｒ２に水がなくなった直後の段階では、管寄せ１２の内部空間Ｒ１のうち内部空間Ｒ２より下方の空間は依然として水で満たされる。図５の状態は、管寄せ１２に接続された伝熱管１１内に水がいっぱいに満たされる一方で、点検用管台１３内には水がない状態である。本発明の伝熱管の水位検出方法は、水位を図５に示す水位とすることが目的である。

超音波センサ８は、点検用管台１３の円筒部１５の下方の外周面１５ａに取り付けられている。超音波センサ８は、円筒部１５の外周面１５ａの上下方向Ｖの最下部（下面）に、超音波ＵＳ１を上方Ｖ１に発信するように取り付けられている。換言すれば、超音波センサ８は、超音波ＵＳ１を円筒部１５の最下部から円筒部１５の最上部に向かって発信するように配置されている。
超音波センサ８の発信器から上方Ｖ１に発信された超音波ＵＳ１は、水と点検用管台１３を構成する金属との界面、又は、水と空気との界面で反射して下方Ｖ２に向かう。反射した反射信号ＵＳ２は、超音波センサ８の受信器で受信される。

次に、伝熱管の水位検出方法と、伝熱管の水位検出方法の後に実施される伝熱管の検査方法について説明する。
伝熱管１１の水位検出は、管肉厚測定装置１を用いて伝熱管１１の検査をする前に実施するものであり、点検用管台１３を開放する前に実施する。即ち、本実施形態の伝熱管の水位検出方法は、点検用管台１３を開放することなく、伝熱管１１の水位を検出する方法である。

図７に示すように、伝熱管の水位検出方法は、点検用管台１３に設置された超音波センサ８から超音波ＵＳ１を連続的に発信する発信工程Ｓ１と、伝熱管１１及び管寄せ１２から排水を開始する排水開始工程Ｓ２と、超音波センサ８で反射信号が検出されているか否かを判定する判定工程Ｓ３と、反射信号が検出されていない場合に排水を停止する排水停止工程Ｓ４と、点検用管台１３の少なくとも一部を開放する開放工程Ｓ５と、を有している。

一例として伝熱管１１の検査は、接続されている管寄せ１２の位置が高い順に実施される。図２に示すボイラ１０においては、管寄せ１２Ａが最も高い位置に配置されている。よって、この管寄せ１２Ａに接続されている伝熱管１１Ａから検査を行うことができる。そして、この管寄せ１２Ａの次に高い位置に配置されている管寄せ１２Ｂに接続されている伝熱管１１Ｂの検査を行い、以下、伝熱管１１Ｃ、伝熱管１１Ｄ、伝熱管１１Ｅ、伝熱管１１Ｆ、の順に検査を行う。

また、最も高い位置に配置されている管寄せ１２Ａが水で満たされていない場合は、図示しないボイラ１０の給水設備を用いて給水を行う。

発信工程Ｓ１は、点検用管台１３の下方に設置された超音波センサ８から超音波ＵＳ１を発信するとともに、超音波ＵＳ１の発信を継続させる工程である。
図６は、横軸を時間、縦軸を超音波の発信から受信までに要した超音波の反射時間Ｔとし、超音波の反射時間Ｔの経時的変化を示すグラフである。超音波センサに近い側の界面を超音波センサ８の発信器から発信された超音波ＵＳ１は、水と点検用管台１３を形成する金属との間の界面で反射し、超音波センサ８の受信器は、反射信号ＵＳ２を受信する。
図示しない表示装置には、超音波センサ８に近い側の水と金属との界面を基準とした反射時間Ｔが表示される。反射時間Ｔと音速との関係を演算することにより、水と金属の界面までの距離を演算することもできるので、表示装置に演算した距離を表示してもよい。また、図６の経時的変化を表示装置に表示してもよい。
なお、反射時間Ｔはデータ収集解析機器２にて収集及び解析を行ってもよく、表示装置はデータ表示装置３としてもよい。

排水開始工程Ｓ２は、検査対象である伝熱管１１Ａに対応する排水弁１８Ａを開いて、伝熱管１１及び管寄せ１２から排水を開始する工程である。
排水を開始することによって、図４に示すように、管寄せ１２をいっぱいに満たしている水が徐々に減少する。貫通孔１４に水面Ｆがさしかかるまでは、点検用管台１３の内部空間Ｒ２は水でいっぱいに満たされており、水位に変化はないため、反射時間Ｔも一定のままである（図６の時間ｔ０〜ｔ１）。その後、排水を継続すると、点検用管台１３は、管寄せ１２と水位を共有するように設けられているため、点検用管台１３の内部空間Ｒ２を満たしている水も徐々に減少する。
内部空間Ｒ２の水が減少することによって、超音波は、内部空間Ｒ２の水と空気との間の界面すなわち水面Ｆで反射するようになる。水の減少により、図６の時間ｔ１からｔ２に示されるように、反射時間Ｔは、徐々に短くなる。

判定工程Ｓ３は、超音波センサ８で反射信号ＵＳ２が検出されているか否かを判定する工程である。反射信号ＵＳ２が検出されている場合（ＹＥＳ）は、反射信号ＵＳ２の検出を継続する。
排水停止工程Ｓ４は、排水により、反射信号ＵＳ２が検出される状態から検出されない状態に変化した時点で、排水を停止する工程である。
排水を継続して管寄せ１２内の水が減少することにより、図５に示すように、点検用管台１３の内部空間Ｒ２の水がなくなる。これにより、反射信号ＵＳ２が検出される状態から検出されない状態に変化する（図６の時間ｔ２）。

この時点で、作業者は、伝熱管１１Ａに対応する排水弁１８Ａを閉じる。これにより、排水が停止し、管寄せ１２の水位は、図５に示す水位となる。即ち、点検用管台１３内の水がなくなるが、伝熱管１１内は水でいっぱいに満たされた状態となる。これにより、点検用管台１３を切断しても水が噴出することがない。また、管寄せ１２の下方に接続される複数の伝熱管１１が水でいっぱいに満たされていることを確実にすることができる。

開放工程Ｓ５では、点検用管台１３の円筒部１５を開放して点検孔１３ａを形成することにより、図１に示すように、管寄せ１２の内部にガイド管７を挿入可能な状態にする。

次に、伝熱管の水位検出方法の後に実施される伝熱管の検査方法について説明する。
伝熱管の検査方法は、開放工程Ｓ５により形成された点検孔１３ａから管寄せ１２にガイド管７を挿入するガイド管挿入工程と、点検用管台１３及びガイド管７を介して伝熱管用超音波センサ６を挿入する超音波センサ挿入工程と、伝熱管１１の肉厚を測定する伝熱管測定工程と、を有している。

超音波センサ挿入工程では、点検用管台１３に形成された点検孔１３ａから伝熱管用超音波センサ６が挿入され、伝熱管用超音波センサ６がガイド管７によって伝熱管１１に導かれる。
伝熱管測定工程では、伝熱管用超音波センサ６によって測定された伝熱管１１の肉厚データがケーブル５を介してデータ収集解析機器２に入力され、データ表示装置３はデータ収集解析機器２が収集した伝熱管１１の肉厚データを表示する。

上記実施形態によれば、管寄せ１２内の水が十分に抜かれるが、伝熱管１１内は水でいっぱいに満たされた状態で排水を止めることができる。これにより、伝熱管１１が水で満たされた状態を容易に得ることができる。
また、伝熱管１１を保護する耐火材を取り除くことなく水位の変化を検出することができるため、低コスト、かつ、短い作業時間で水位の検出を行うことができる。

また、点検用管台１３の外径が管寄せ１２の外径よりも小さいことによって、排水の停止の遅れを許容することができる。即ち、反射信号ＵＳ２が検出されない状態になってから、水位が伝熱管１１の上端よりも低くなるまでに時間を要するため、水位が伝熱管１１の上端よりも低くなることを防止することができる。

また、点検用管台１３が、歩廊２１の近傍に、歩廊２１の上面との間に所定の間隔を置いて配置されていることにより、歩廊２１での作業が可能になるため、安全に作業を行うことができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
なお、上記実施形態では、点検用管台１３を円筒形状としたが、これに限ることはなく、例えば、角筒形状としてもよい。

１ 管肉厚測定装置
２ データ収集解析機器
３ データ表示装置
４ ケーブル巻取装置
５ ケーブル
６ 伝熱管用超音波センサ
７ ガイド管
８ 超音波センサ
１０ ボイラ
１１ 伝熱管
１２ 管寄せ
１２ａ 端壁
１３ 点検用管台
１３ａ 点検孔
１４ 貫通孔
１５ 円筒部
１６ 壁部
１８ 排水弁
１９ ブロー用集合管寄せ
２０ 排水タンク
２１ 歩廊
ＵＳ１ 超音波
ＵＳ２ 反射信号
Ｖ 上下方向

Claims (3)

1. 水平方向に延在する管寄せの下方に延在する複数の伝熱管の水位検出方法であって、
   前記管寄せから水平方向に突出するように設けられた点検用管台の下面に超音波が上方に発信されるように超音波センサから超音波を連続的に発信する発信工程と、
   前記伝熱管及び管寄せから排水を開始する排水開始工程と、
   前記排水により、前記超音波センサで前記超音波の反射信号が検出される状態から検出されない状態に変化した時点で、前記排水を停止する排水停止工程と、
   前記停止の後に、前記点検用管台の少なくとも一部を開放する開放工程と、を有することを特徴とする伝熱管の水位検出方法。
2. 前記点検用管台は、歩廊の近傍に、前記歩廊の上面との間に所定の間隔を置いて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の伝熱管の水位検出方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の伝熱管の水位検出方法の後に実施され、
   伝熱管用超音波センサを前記点検用管台から前記伝熱管へ挿入する超音波センサ挿入工程を有することを特徴とする伝熱管の検査方法。

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