JPH05296756A - 遠隔式肉厚モニタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 測定方法及び測定者等に起因する誤差を取り
除いて測定精度を向上させ、遠隔式で安全に、連続して
被測定物の肉厚の変化を測定可能とする。 【構成】 ジャケット１０と、それに固定した水ジェッ
トノズル１２及び超音波探触子１４と、ジャケット内の
水を冷却して水ジェットノズルに供給する冷却水循環装
置１６と、超音波探触子により被測定物２０の肉厚を求
める超音波厚さ計１８を備えている。ジャケットは一部
に開口を有し、その開口縁で被測定物に溶接する。水ジ
ェットノズルは、先端部が被測定物に対し間隔をおいて
対向し、被測定物に達するように水ジェットを噴出す
る。ジャケットは水ジェットノズルから噴出した水を受
容し、その水で前記超音波探触子を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水ジェット式非接触超
音波法を利用して遠隔方式により稼働中の塔槽類（配管
類等も含む）の肉厚を連続的にモニタリングできる装置
に関するものである。この装置は、核燃料製造プラン
ト、原子力発電プラント、使用済核燃料再処理プラント
等の核燃料サイクル関連プラント、あるいは各種化学工
業プラントなどにおいて、腐食等による塔槽類の肉厚減
少が生じ、且つそれを遠隔で連続的に把握する必要があ
る場合に好適なシステムである。

【０００２】

【従来の技術】腐食性物質を取り扱うプラントでは、設
備稼働中に腐食による装置材料の減肉（肉厚の減少）が
進行する。プラントを安全に操業し、予防保全により高
稼働率を維持するためには、それらの設備を定期的に点
検して、寿命の評価を適切に行う必要がある。

【０００３】有力な肉厚の点検技術の一つに、超音波の
反射エコーを利用した測定装置がある。この測定装置
は、圧電効果により高周波電圧を超音波に変換して送信
し、反射してきた超音波を受信して電圧に変換する超音
波探触子と、該超音波探触子で受信・変換した電圧を増
幅・解析して被測定物の肉厚を表示する超音波厚さ計か
ら構成される。測定は、超音波探触子を被測定物に接触
させることにより行う。被測定物が高温の場合、超音波
の送受を行う超音波探触子が被測定物の熱により破損す
る虞れがある。そのため測定時には、まず設備を停止状
態とし且つ常温になるまで待たねばならない。このよう
な状態になってから、予め設定した肉厚測定点に、測定
者が超音波探触子を接触させて、測定を実施している。

【０００４】ところで超音波法による肉厚測定の他の技
術として、水ジェット式超音波法がある。これは水を超
音波の伝播物質とする方法であり、超音波探触子と組み
合わせた水ジェットに水を圧送し、その水圧により被測
定物に達するように水ジェットを噴出させて、超音波探
触子と被測定物が非接触の状態で被測定物の肉厚を測定
する技術である。この技術は、例えばパイプ等の製造に
おける品質管理の一つとして実施されている。この場
合、被測定点は定まっておらず、単に製品（パイプ等）
の肉厚が規格内に入っているか否かを求めるのが目的で
ある。水ジェットとして噴出し被測定物に達した後の水
は、床面に飛散して側溝からタンクへ回収されることに
なる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしプラントなどで
用いられている前記従来の肉厚測定技術では、測定する
際に測定装置のゼロ点（測定値の基準点）、スパン（被
測定物の材質及び板厚に応じた測定範囲）、及び音速
（超音波伝播速度）を調整する必要がある。音速は物質
固有のものであるにもかかわらず実際には製造あるいは
加工履歴等により同一材質でも異なった超音波伝播速度
を示し、これは測定誤差としてデータに悪影響を与える
ためである。また音速が変化すると、測定装置のゼロ点
やスパンの設定値も変動するため、それに伴い調整しな
ければならないからである。そして、これらの調整要素
が測定実施毎に若干ずれるため、測定値には測定法によ
り生じる誤差に加え、これらのずれによる誤差が含まれ
ることになる。更に、測定者が超音波探触子を被測定物
に接触させるため、被測定点も測定毎に全く同じ位置で
あるとは限らず、その誤差も加わる。これらの理由で、
点検の際に測定した肉厚データから設備稼働中に腐食に
より生じた減肉量を正確に把握することは困難である。

【０００６】また、この肉厚測定では、超音波探触子を
被測定点に密着させるため、測定毎に被測定物に測定者
が接近しなければならない。しかし高温、高放射線量
率、酸素欠乏、有毒ガス雰囲気など、人体にとって有害
な作業環境下では、このような測定作業が困難である場
合も多い。

【０００７】更に、この測定装置では、被測定物が常温
近くにならなければ測定できないから、塔槽類の肉厚デ
ータを連続的に得ることができず、設備が稼働している
状態で肉厚の経時変化を知ることは不可能である。

【０００８】従来、パイプ類の製造における品質管理に
用いられてきた水ジェット式超音波法による肉厚測定装
置では、水ジェットとして噴出する水が測定装置や被測
定物（パイプ類）の周辺へ飛散する。その回収のために
非常に大きな設備を必要とするし、水の飛散はプラント
に悪影響を及ぼすことから、そのままの構成では核燃料
サイクル関連プラント等の塔槽類の肉厚測定には適用し
難い。

【０００９】本発明の目的は、測定装置自体の誤差以外
の測定方法及び測定者等に起因する誤差を取り除いて測
定精度を向上させ、遠隔方式で安全に、且つ連続して被
測定物の肉厚の経時変化を把握でき、測定に要する期間
を短縮できる超音波式肉厚モニタリング装置を提供する
ことである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る遠隔式肉厚
モニタリング装置は、ジャケットと、該ジャケットに取
り付けた水ジェットノズル及びその後方に設けた超音波
探触子と、ジャケット内の水を冷却して水ジェットノズ
ルに供給する冷却水循環装置と、超音波探触子により被
測定物の肉厚を求める超音波厚さ計を備えている。前記
ジャケットは、一部に開口を有し、該開口の縁で被測定
物に溶接などにより水密的に固着する。水ジェットノズ
ルは、その先端部が前記開口に対し間隔をおいて対向
し、被測定物に達するように水ジェットを噴出する。前
記ジャケットは水ジェットノズルから噴出した水を受容
すると共にその水で前記超音波探触子を冷却する。

【００１１】

【作用】水ジェットノズル及び超音波探触子はジャケッ
トに固定され、該ジャケットは被測定物に固着されるこ
とにより、超音波の入射点（被測定点）は常に一定であ
る。水ジェットノズルから噴出する水ジェットは被測定
物に達し、それが超音波探触子と被測定物との間の超音
波伝播媒質となる。つまり水ジェットによって気泡が存
在しない水柱が形成され、それを媒質として超音波厚さ
計による肉厚計測が行われる。ジャケットは、水ジェッ
トノズルから噴出した水の飛散を防止し、受けた水を一
定量保持する容器となる。またジャケット内に保持され
ている水は超音波探触子を冷却する。水ジェットとして
ジャケット内に供給された量と同量の水がジャケットか
ら排出して冷却水循環装置へ戻り、そこで冷却され加圧
されて、再び水ジェットノズルから水ジェットとしてジ
ャケット内に供給される。従って水は閉ループ内を循環
することになる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明に係る遠隔式肉厚モニタリング
装置の一実施例を示す全体構成図である。この装置は、
ジャケット１０と、それに取り付けられる水ジェットノ
ズル１２及び超音波探触子１４と、ジャケット１０から
の排水を冷却して水ジェットノズル１２に供給する冷却
水循環装置１６と、超音波探触子１４を駆動し超音波探
触子１４で受けた信号を解析して被測定物２０の肉厚を
求める超音波厚さ計１８から構成される。

【００１３】ジャケット１０は、ほぼ直方体状の容器で
あって、その一側面が無く開口となっている構造であ
り、該開口の縁で被測定物２０に被測定点を取り囲むよ
うに溶接し、内外を水密的とする。水ジェットノズル１
２と超音波探触子１４とは同軸状に一体的に結合してお
り、ジャケット壁を貫通し、水ジェットノズル１２が前
方でジャケット１０内に配置し、超音波探触子１４は後
方でジャケット１０外に配置する。水ジェットノズル１
２は、その先端部１２ａが前記開口に対し（換言すると
被測定物２０に対し）一定の間隔をおいて正対するよう
に設置する。水ジェットノズル１２の内部中央には中空
芯棒２６を組み込み、その後端に該中空芯棒２６内への
水入口２８を開口させる。各結合部にはＯリング２９
ａ，２９ｂ，２９ｃが介在し水密性を保つ。ジャケット
１０の側面上方にオーバーフロー用の排出口１０ａを設
け、配管２２で冷却水循環装置１６の入口側に接続す
る。冷却水循環装置１６の出口側は、配管２３により水
ジェットノズル１２の水入口２４に接続する。水ジェッ
トノズル１２の内部に導入された冷却水は、水入口２８
から中空芯棒２６の内部に入り、後続の冷却水の水圧に
より先端部１２ａから噴出する。超音波探触子１４と超
音波厚み計１８はケーブル３０で接続する。

【００１４】水ジェットノズル１２及び超音波探触子１
４はジャケット１０に固定され、該ジャケット１０は被
測定物２０に固着されているから、超音波の入射点（被
測定点）は常に一定である。これによって従来の接触式
超音波法のような被測定点のずれによる測定値の誤差を
排除できる。水ジェットノズル１２から噴出する水ジェ
ット１３は被測定点に達し、それが超音波探触子１４と
被測定物２０との間の超音波伝播媒体となる。水ジェッ
ト１３内には気泡が存在しないため、超音波伝播媒体は
水のみと考えてよく、非接触式でありながら高精度での
測定が可能となる。水ジェット１３が被測定点に達する
状態で、超音波厚さ計１８による肉厚計測を行う。その
ため冷却水循環装置１６は、所定の圧力の冷却水を水ジ
ェットノズル１２に供給する能力が必要である。水圧が
不足する場合は、補助ポンプなどを組み込むことにな
る。水ジェットノズル１２から噴出する水流速は、水ジ
ェット１３の水柱の太さが被測定物までジャケット内の
水中で殆ど変化すること無く到達できるような値とす
る。

【００１５】ジャケット１０は、水ジェットノズル１２
から噴出した水が、設備周辺に飛散しないための容器と
して機能すると共に、水ジェットノズル１２から噴出し
た水を一定量保持し超音波探触子１４を冷却する。ジャ
ケット１０内の水は、水ジェットとしてジャケット内に
供給した量と同量がジャケット１０から排出されて冷却
水循環装置１６へ戻り、そこで冷却され再び水ジェット
としてジャケット内に供給される。ジャケット１０内の
水温は超音波探触子１４が熱により破損しない範囲で設
定する。本発明で用いる冷却水循環装置１６としては、
必要な流速以上の吐出能力を有し、且つジャケット内の
水温を所定温度（例えば４０℃以下）に維持できる冷却
能力を有することが必要である。例えば冷凍機により槽
内の冷媒を冷却し、循環装置内に搭載された循環ポンプ
により槽外循環を行う形式が好適である。

【００１６】この構成により、設備が稼働中で被測定物
が高温であっても連続して肉厚の測定が可能となる。連
続して測定を行う場合は、測定装置のゼロ点、スパン、
及び音速の調整を測定開始前に一度行えばよいため、調
整のたびに含まれるそれらの誤差を排除できるため、上
述した被測定点の固定による誤差の排除と併せて、今ま
でにない正確な減肉状況の把握が可能となる。

【００１７】また被測定物が人体にとって有害な環境に
ある場合でも、本発明による肉厚測定技術によれば、被
測定物が稼働中の減肉状況を連続して安全に遠隔測定す
ることが可能となる。

【００１８】図２は本発明装置を高温配管の肉厚計測に
適用した例を示している。被測定物である高温配管４０
は、例えば蒸気缶の出口配管であり、内部を高温蒸気が
流通するため高温となる。この高温配管４０の側壁にジ
ャケット１０の開口縁を溶接する。ジャケット１０の開
口縁は、被測定物に合わせた形状とし、容易に溶接で固
着できるようにする。ジャケット１０に取り付けた水ジ
ェットノズル（図示せず）及び超音波探触子１４、冷却
水循環装置１６、超音波厚さ計１８は、図１の場合と同
様であるため、それらについての説明は省略する。

【００１９】図３は本発明の更に他の実施例を示してお
り、図４はその場合の装置構成図である。この実施例
は、被測定物である蒸発缶５０の上部にジャケット５２
を設けて、蒸発缶５０の肉厚を４方向で測定する例であ
る。熱交換器５４で加熱された溶液は蒸発缶５０に移
り、そこで気体と液体に分離する。気体は蒸発缶５０の
上部から抜き出され、液体は蒸発缶５０の下方で凝縮さ
れる。従って蒸発缶５０の上部は高温状態となる。本実
施例ではジャケット５２は円環状の容器であり、内周部
全体が開口となっていて、その開口縁で蒸発缶５０の外
壁面に溶接されている。このジャケット５２には放射状
４方向に水ジェットノズル及び超音波探触子５６が配置
されている。各水ジェットノズルは共通の冷却水循環装
置５８に４本の配管で接続され、ジャケット５２からの
排水は１本の共通の配管で冷却水循環装置５８に戻され
る。また各超音波探触子もケーブルで共通の超音波厚さ
計６０に接続する。これによって蒸発缶５０について、
４方向での肉厚測定を行うことができる。

【００２０】次に肉厚連続モニタリング試験の結果につ
いて述べる。試験は、本発明装置と従来装置（接触法）
を用いて行った。被測定点はほぼ同様の場所であり、腐
食環境は同様と考えられる。被測定物と実施時間は次の
通りである。 ・被測定物の内部流体：２Ｎ硝酸蒸気、１１０℃ ・被測定物の材質：ＪＩＳ ２種純チタン ・実施時間：９０００時間 本発明装置の測定条件は次の通りである。 ・水ジェット流速：２cm／ｓ ・水ジェット距離：４０mm 水ジェット流速を２cm／ｓとしているのは、使用した水
ジェットノズルの構造及び水ジェットノズルと被測定物
までの距離を考慮し、ジャケット内に冷却材として保持
された水中において超音波が乱反射せずに肉厚被測定点
に直角に入射するためには２cm／ｓ以上の流速で超音波
探触子先端から水ジェットとして噴出させる必要がある
からである。 ・ジャケット内温度：２５〜３０℃ 使用した超音波探触子の耐熱温度は最大６０℃である
が、長時間連続して使用するため、ジャケットの内部水
温を４０℃以下にする必要があるからである。

【００２１】試験結果を表１に示す。従来法では連続測
定が行えないため、開始時以外は、3000時間、6000時
間、9000時間経過時での測定値である。従来法では肉厚
被測定点での測定値には、上述したような様々な要因に
よる誤差が含まれていることを考慮すると、本発明によ
る測定値は充分信頼できると考えられる。

【表１】

【００２２】

【発明の効果】本発明は上記のように、水ジェットノズ
ルと超音波探触子がジャケットに固定され、該ジャケッ
トは被測定物に固定されているため、測定中に被測定点
のずれは無く、また測定装置のゼロ点、スパン、音速の
調整は測定前に一度だけ行えばよく測定の都度調整する
必要がないから、それらの要因による誤差を取り除くこ
とができ、測定精度が向上する。

【００２３】また本発明では人体にとって有害な環境に
被測定物がある場合においても、遠隔方式により、安全
に肉厚の測定ができる。更に、設備が稼働している状態
でも肉厚を連続的に測定できるため、減肉の経時変化を
把握でき、設備の寿命を適切に評価できる。設備を停止
して肉厚を測定する必要がなくなるため定期点検などの
際の設備停止期間を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る遠隔式肉厚モニタリング装置の一
実施例を示す全体構成図。

【図２】本発明装置を高温配管部の肉厚測定に適用した
例を示す説明図。

【図３】本発明装置を蒸気缶の肉厚測定に適用した例を
示す説明図。

【図４】図３の本発明装置取り付け部分の平面図。

【符号の説明】

１０ ジャケット １２ 水ジェットノズル １４ 超音波探触子 １６ 冷却水循環装置 １８ 超音波厚さ計 ２０ 被測定物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武田 誠一郎 茨城県那珂郡東海村大字村松４番地33 動 力炉・核燃料開発事業団東海事業所内 (72)発明者 河田 東海夫 茨城県那珂郡東海村大字村松４番地33 動 力炉・核燃料開発事業団東海事業所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一部に開口を有し該開口の縁で被測定物
   に水密的に固着するジャケットと、先端部が前記開口に
   対し間隔をおいて対向するように該ジャケットに取り付
   けた水ジェットノズル及びその後方に設けた超音波探触
   子と、ジャケット内の水を冷却して水ジェットノズルに
   供給する冷却水循環装置と、前記超音波探触子により被
   測定物の肉厚を求める超音波厚さ計を具備し、前記水ジ
   ェットノズルは水ジェットが被測定物に達するように冷
   却水を噴出し、前記ジャケットは水ジェットノズルから
   噴出した水を受容すると共にその水で前記超音波探触子
   を冷却することを特徴とする遠隔式肉厚モニタリング装
   置。
2. 【請求項２】 超音波探触子の前方に水ジェットノズル
   を同軸状に一体的に結合し、ジャケット壁を貫通して、
   水ジェットノズルをジャケット内に、超音波探触子をジ
   ャケット外にそれぞれ配置した請求項１記載の装置。