JPH0344664B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、石油化学工業におけるエチレン製造
用クラツキングチユーブ内面に発生する浸炭部を
外表面から非破壊的に計測する際等に用いる浸炭
計測用プルーブに関するものである。

（従来の技術） 原料ナフサを高温・高圧下に熱分解してエチレ
ン等を回収するための反応管であるエチレン製造
用クラツキングチユーブとしては、ASTM
HK40（0.4％Ｃ−25％Cr−20％Ni）、HP45（0.45
％Ｃ−25％Cr−35％Ni）、又はHP改良材（HP材
にMo、Ｗ、Nb等を単独若しくは複合添加したも
の）等が使用されている。

クラツキングチユーブは、長期間使用されるう
ちに、チユーブ内面に反応に伴つて生成される炭
素が付着し、この付着炭素が高温下において金属
内部に拡散して浸炭が発生する。浸炭により浸入
した炭素は、Cr炭化物を形成し、浸炭が加速さ
れた状態ではCr炭化物が粗大となり、低温域
（約800℃以下）で著しい延性低下を招く。またチ
ユーブの浸炭部の熱膨張係数は、非浸炭部のそれ
より小さいので、急激な加熱・冷却を行なうと、
引張・圧縮応力の発生と、前記低温域での延性低
下とが重畳して、チユーブに破壊が生ずることが
あつた。

従つて、チユーブの破壊を未然に防止し、安全
で円滑な操業を維持するには、浸炭検査を定期的
に実施し、浸炭の有無、及びその進行状況を適確
に把握することが必要である。

浸炭深さを非破壊的に測定する方法としては、
浸炭部の組成変化、即ちCrの欠乏と、Fe及びNi
の相対的増量に伴なう磁気特性の変化を利用した
各種の磁気測定法が知られている。例えば、電磁
誘導によりチユーブの浸炭深さを判定する方法、
ホール効果を応用したガウスメータを用いる方法
等がある。

ガウスメータを用いる測定方法は、第８図に示
すようにガウスメータ本体１に接続されたホール
素子２を内蔵するプルーブ３を、被検材であるチ
ユーブ４の外表面にあてがい、その内面に浸炭部
５が存在すると、浸炭部５の残留磁気の磁力線が
ホール素子２を横切ることにより生じるホール起
電圧を検出して、浸炭部５の深さを測定するよう
にしたものである。しかしながら、浸炭部の残留
磁束密度はあまりにも小さく、（HP材で２〜３
ガウス程度）地磁気よりわずかに大きい程度では
浸炭深さを正確に測定するにはいたらない。

一方、電磁誘導法により得られる浸炭深さ測定
結果と、破壊検査による実測結果とを対比する
と、HK40材チユーブについては比較的良い対応
か得られるものの、HP材やHP改良材のチユー
ブでは、測定値のバラツキが大きく、信頼性に乏
しかつた。

これは、HP材やHP改良材のチユーブ４では、
その外表面に生成した脱炭層（その深さはチユー
ブの使用温度、使用磁気に依存し、高温、長時間
となる程、深さが増す）６に脱炭と共に脱Crが
生じ、その部分の透磁率が高くなることによるも
のである。即ち、これらのチユーブにあつては、
高温下で長時間使用されると、チユーブ内面に浸
炭が生じていなくても、外表面に生じた脱炭層
（層深さ約50〜500μｍ）によりその深さが大きい
場合に高い指示値を示すのでこの指示値部分を浸
炭発生と見誤るためである。

このためチユーブ４の浸炭部５の有無及び深さ
を測定する際には、チユーブ４の外表面の脱炭層
６を予めグラインダ等で研削除去した上で再測定
し、評価しなければならないと云うのが実情であ
る。従つて、測定個所が僅かである場合はともか
く、多数の個所を測定しようとすれば、多大の時
間を費やさなければならず、実用性の点で問題が
多い。

そこで、出願人は、脱炭層６をグラインダ処理
することなく簡易かつ迅速に測定できる技術を既
に提案した。即ち、これは、第９図に示すよう
に、永久磁石７と、この磁石７のＮ極とＳ極との
中間部の磁場内に、磁石７と略行となるように配
置されたホール素子８とを備えたプルーブ９を使
用するものであつて、プルーブ９が浸炭部５に接
近すれば、磁石７の磁場が浸炭部５による影響を
受けて、その磁力線が点線で示すようにホール素
子８を斜めに横切ることを利用し、その時に発生
する起電圧でチユーブ４内面の浸炭部５を判断す
るようにしたものである。

従つて、チユーブ４の外表面に脱炭層６が部分
的に存在するならば、その脱炭層６の影響により
磁石７の磁束分布に変化が生じるが、脱炭層６は
チユーブ４の外表面の全域にわたつて存在するた
め、それによつて磁石７の磁場が変化し、磁力線
がホール素子８を斜めに横切るようなことはな
い。つまり、浸炭部５がない限り、ホール素子８
を通る磁力線は、ホール素子８と平行なままであ
り、ホール素子８に起電圧を生じることはなく、
従つて、脱炭層６を浸炭部５と誤認することはな
い。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような構成のプルーブ９を
使用する場合、浸炭部５が広がりを持つている部
分の中央においては、ホール素子８を通る磁力線
は、ホール素子８と平行になり、出力の起電圧が
零となるため、その判断ができなくなる問題があ
る。つまり、浸炭部５の両端部では磁力線がホー
ル素子８に対して斜め方向に横切るため、ホール
素子８の起電圧の出力波形は、第１０図に示すよ
うになる。しかし、これは第１１図に示すように
局部的な浸炭部５が２個所ある場合の出力波形と
同じであり、従つて、広がりのある浸炭部５があ
る場合と局部的な２箇所の浸炭部５がある場合と
の区別をすることができなかつた。

本発明は、このような問題点に鑑み、浸炭部の
深さと範囲を判断し得る新規な浸炭計測用プルー
ブを提案するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、前述のような問題点を解決するため
の具体的手段として、磁石と、該磁石の磁場内に
配置されたホール素子とを備え、被検材内部の浸
炭部による磁力線の変化によつて該浸炭部を計測
するようにした浸炭計測用プルーブにおいて、磁
石の被検材側でかつ一対の磁極間の中央部側に、
磁力線の方向と略沿うように第１ホール素子を設
けると共に、浸炭部の近接時に磁束密度が減少す
るように第２ホール素子を設けたものである。

（作用） チユーブ１５の浸炭部１６の計測に際して、第
１ホール素子１３が浸炭部１６に近接すると、磁
石１２の磁力線が第１ホール素子１３に対して斜
めに横切り、その出力として浸炭部１６の深さに
相関する起電圧が発生する。また浸炭部１６が広
がりを有する場合には、その両端部で第１ホール
素子１３が出力を発生する。一方、第２ホール素
子１４を通る磁力線の磁束密度は、浸炭部１６が
あれば減少するので、その起電圧も小となる。従
つて、これらホール素子１３，１４の出力より、
浸炭部１６の深さのみならず、面積をも判断でき
る。

（実施例） 以下、図示の実施例について本発明を詳述する
と、第１図に示すように、この浸炭計測用プルー
ブ１０は、保護容器１１内に永久磁石１２と第１
ホール素子１３と第２ホール素子１４とを設けて
成る。磁石１２は棒状であり、この磁石１２のク
ラツキングチユーブ（被検材）１５側において、
その磁極Ｎ・Ｓ間の略中央部に位置するように２
個のホール素子１３，１４が設けられている。ホ
ール素子１３，１４は偏平な板状であつて、板厚
方向の磁界に対して直角方向に電流を流した時
に、その磁界及び電流に対して直角方向に起電圧
が生ずるようになつている。第１ホール素子１３
は磁石１２と平行であつて、通常時に磁石１２の
磁力線と略沿うように設けられている。第２ホー
ル素子１４は第１ホール素子１３と略直角方向に
配置されており、通常時に磁石１２の磁力線が第
２ホール素子１４を直角に横切り、かつ浸炭部１
６の近接時に磁束密度が減少するようになつてい
る。保護容器１１は非磁性材料によつて構成され
ている。

上記構成のプルーブ１０を用いて、クラツキン
グチユーブ１５の浸炭部１６の計測を行なう際に
は、プルーブ１０をチユーブ１５外表面にあてが
い、チユーブ１５の軸心方向及び周方向にプルー
ブ１０を走査する。

チユーブ１５に浸炭部１６がない場合には、磁
石１２の磁界が乱されることがないため、磁極
Ｎ・Ｓ間の中央部では磁石１２と略平行に磁束が
分布している。従つて、第１ホール素子１３を横
切る磁力線は略平行であるため、その起電圧の出
力は零若しくは低レベルの一定値を示す。一方、
第２ホール素子１４に対しては、磁力線が直角方
向に横切り、しかもその磁束密度が大であるか
ら、この第２ホール素子１４の起電圧は大であ
る。従つて、これらホール素子１３，１４の出力
によつて、浸炭部１６が存在しないことが判る。

チユーブ１５内部に広がりを有する浸炭部１６
が存在する場合には、プルーブ１０が接近する
と、磁石１２の磁界が浸炭部１６の高い透磁率の
影響を受けて強く引きつけられるため、第１ホー
ル素子１３を通る磁力線に傾きが生じる。このた
め、第１ホール素子１３の出力波形は、第３図Ｂ
に示す如く浸炭部１６の両端部において起電圧が
立ち上がつたものとなる。一方、浸炭部１６で磁
力線が強く引きつけられると、第２ホール素子１
４を通る磁力線の磁束密度は減少する。例えば、
第２図に示すように浸炭部１６の丁度中央部にプ
ルーブ１０がある場合を仮定すると、磁石１２の
Ｎ極から出た磁力線は強く浸炭部１６側に引き付
けられて、透磁率の高い浸炭部１６を通るように
なり、この浸炭部１６から磁石１２のＳ極側に入
るため、第２ホール素子１４を通る磁力線の磁束
密度が疎になる。従つて、第２ホール素子１４の
起電圧の出力波形は、第３図Ａに示すように浸炭
部１６の中央部分でレベルが下がるようになる。
この場合、第２ホール素子１４の磁束密度は、主
に浸炭部１６の深さに依存する。しかし、浸炭部
１６は明瞭に際立つてできるものとは限らず、ま
た同じ深さであつてもチユーブ１５側全体として
の透磁率は、浸炭部１６の端部側程低くなるの
で、第２ホール素子１４の出力波形は、第３図Ａ
の如くなだらかに変化する。

第３図Ａ，Ｂに示すような出力波形が得られる
と、第１ホール素子１３の起電圧の立ち上がりが
２箇所あり、その間において第２ホール素子１４
の起電圧が所定レベル以下の値を示す時には、そ
の位置に広がりを持つた浸炭部１６が存在するこ
とが判かり、またその浸炭部１６の面積も判断で
きる。なお、この場合の浸炭部１６の浸炭深さ
は、第１ホール素子１３の起電圧の波高値に相関
しており、これから浸炭深さを知ることができ
る。

第２ホール素子１４は、磁石１２の磁極間の中
央部に配置するものに限られず、例えば第４図に
示すように、一方の磁極の磁石長手方向の外方近
傍であつても良い。この場合にも、浸炭部１６に
近接すれば、磁石１２の磁力線が強くチユーブ１
５側に引きよせられるため、第２ホール素子１４
を通る磁力線の磁束密度が低くなり、浸炭部１６
の計測が可能である。

因みに、この場合の第２ホール素子１３及び第
１ホール素子１３の出力波形は、第５図Ａ，Ｂに
示す通りである。

なお、上記実施例では、第１ホール素子１３を
磁石１２と平行に、第２ホール素子１４を第１ホ
ール素子１３と略直角に夫々配置しているが、こ
のように厳密に配置する必要がなく、第１ホール
素子１３は磁力線と沿う方向であり、第２ホール
素子１４は浸炭部１６の近接による磁束密度の減
少を検出し得る配置であれば十分である。

磁石１２は中実状の棒磁石に限らず、角筒状、
円筒状等であつても良いし、また第６図に示すよ
うにコ字状であつても良い。

更に磁石としては、実施例に示すように永久磁
石１２に代替して、電磁石を使用することも可能
である。例えば、電磁石１８の場合には、第７図
に示すようにコ字状等の鉄心１９にコイル２０を
捲周したものが適当である。

プルーブ１０はチユーブ１５の周方向に複数個
設けておいても良い。

（発明の効果） 本発明によれば、磁石の被検材側でかつ一対の
磁極間の中央部側に、磁力線の方向と略沿うよう
に第１ホール素子を設ける一方、これとは別の第
２ホール素子を、浸炭部の近接時に磁束密度が減
少するように設けているから、チユーブに浸炭部
がない場合には、磁石の磁界が乱されることがな
いため、第１ホール素子を横切る磁力線は略平行
であり、その起電圧の出力は零若しくは低レベル
の一定値を示す。一方、第２ホール素子に対して
は、磁力線が直角方向に横切り、しかもその磁束
密度が大であるから、この第２ホール素子の起電
圧は大である。従つて、ホール素子の出力によつ
て、浸炭部が存在しないことが判る。また、チユ
ーブ内部に浸炭部が存在する場合には、プルーブ
が浸炭部に接近すると、磁石の磁界が浸炭部の高
い透磁率の影響を受けて強く引きつけられるた
め、第１ホール素子を通る磁力線に傾きが生じ、
第１ホール素子の出力波形は、浸炭部の両端部に
おいて起電圧が立ち上がつたものとなる。一方、
浸炭部で磁力線が強く引きつけられると、第２ホ
ール素子を通る磁力線の磁束密度は減少し、第２
ホール素子の起電圧の出力波形は、浸炭部の中央
部分でレベルが下がるようになる。従つて、例え
ば第１ホール素子の起電圧の立ち上がりが２箇所
あり、その間において第２ホール素子の起電圧が
所定レベル以下の値を示す時には、その位置に広
がりを持つた浸炭部が存在することが判かり、ま
たその浸炭部の面積も判断できる。そして、浸炭
部の浸炭深さは、第１ホール素子の起電圧の波高
値に相関しており、これから浸炭深さを知ること
ができる。

即ち、浸炭部の存在による磁力線の傾きの変化
と磁束密度の変化とを組み合わせて、浸炭部の深
さのみならず、広がりを有する浸炭部をも計測で
き、その浸炭部の面積の判断が可能となり、従来
に比較して計測精度が著しく向上する。

しかも、第２ホール素子は磁極の近傍に設け
て、浸炭部の近接時に第２ホール素子を通る磁力
線の磁束密度が増加することも考えられるが、本
発明では第２ホール素子の磁束密度が減少するよ
うにしているから、磁束密度の増減の変化を大き
くでき、浸炭部と非浸炭部との区別が容易にな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す構成図、第
２図は同作用説明図、第３図は同波形図、第４図
は本発明の第２実施例を示す構成図、第５図は同
波形図、第６図及び第７図は別の実施例を示す構
成図、第８図は従来例を示す構成図、第９図は別
の従来例を示す構成図、第１０図は波形図、第１
１図はチユーブの断面図である。 １０……プルーブ、１２……永久磁石、１３…
…第１ホール素子、１４……第２ホール素子、１
５……クラツキングチユーブ、１６……浸炭部、
１７……脱炭層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 磁石と、該磁石の磁場内に配置されたホール
   素子とを備え、被検材内部の浸炭部による磁力線
   の変化によつて該浸炭部を計測するようにした浸
   炭計測用プルーブにおいて、磁石の被検材側でか
   つ一対の磁極間の中央部側に、磁力線の方向と略
   沿うように第１ホール素子を設けると共に、浸炭
   部の近接時に磁束密度が減少するように第２ホー
   ル素子を設けたことを特徴とする浸炭計測用プル
   ーブ。