JPS5985928A - 温度検出方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、温度検出法に関し、特に、特定の温度で破壊
する接合剤を用いて被検部品に予め接合されているクー
ポンの有無を調べることによって被検部品が周囲温度よ
り高い該特定温度に露呈されたかどうかを検査するため
の方法および装置に関する。

在来の原油産出量の減少を補充するための未開発の巨大
な液体炭化水素資源の代表的なものとして、重油および
タールサンドの産出が年々増加している。しかし、なか
ら、このような石油埋蔵物は、経済的に採算のとれる量
で生産坑井内へ流れ込むようにするためには石油の粘度
を低くするために加熱しなければならない。現在一般に
使用されている加熱方法は、スチームを連続的または間
欠的に注入することによる方法である。

スチームを長い注入パイプを通して地中へ注入する際、
相当な量の熱が石油埋蔵物の上側の岩石表土（厚さ１５
０〜２１０７７１）によって奪われる。

初期の頃のスチーム注入操作においては、石油価格が安
価であったため、そのような熱損失を防止するために費
用をかげることは妥当でなかったが、石油の価格が高く
なった（１バレル当り３０ドル以上）今日では、坑井へ
のスチーム注入パイプに断熱材を施すことが経済的に正
当化されるようになった。

被検部品が断熱材の破壊を意味する特定の温度の温度に
露呈されたかどうかを横歪するだめの方法としては、幾
つかの方法が知られており、例えば熱電対、サーミスタ
、温度計、光学高温計または赤外線カメラを使用して表
面温度の実時間監視または常時監視を行う方決がある。

また、被検部品が流体を搬送するためのものである場合
、断熱材の保全性を検査するために導入流体の温度と排
出流体の温度を監視するシステムを用いることもできる
。また、出力パワーと燃料消費の比率即ち効率を測定す
ることによっても、断熱材の状態を知ることができる。

なぜなら、断熱材の劣化は効率を低下させるからである
。

上述したどの検査方法においても、被検部品が周囲温度
にまで冷却してしまうと、もはや熱破壊を示す形跡はな
くなってしまう。したがって、上述の検査方法は、実時
間（リアルタイム）で実施しなければならないので、実
時間監視が可能で、実際的である場合に限られる。

断熱材の保全性を直接的に確認するか、あるいはそれを
推測するオフ・ライン温度構法も知られている。その場
合、被検部品を装置から取出して検査する。

一方法によれば、誘導加熱器による誘導熱流を赤外線カ
メラまたは他の温度感知器によって監視する。あるいは
別法として、被検部品を、熱効率を測定する試験ループ
内へ装入して検査することもできる。

熱破壊は、過熱にさらされた被検部品またはその一部分
の状態を観察することによってオフ・ライン方式で推測
することができる。例えば、過熱による被検部品のそり
や溶融などの激しい劣化を目視検査により測定すること
ができる。また、被検部品の表面の変色も、熱破壊を知
る手がかりとなる。このような変色は、例えば被検部品
の組織の変化などを表わす。

化学工場の貯留タンクなどにおいては、特定の温度に露
呈されると恒久的に変色する塗料をタンクに塗布してお
き、その塗料の変色によりタンクの状態を判断する方法
が用いられている。しかしながら、そのような塗料を用
いる方法が、苛酷な環境、特に、「凍結」石油源を抽出
するためにスチームを注入する油井などに適用すること
ができるかどうかは立証されていない。

石油源を抽出するためにスチームを注入することは周知
である。そのようなスチームは、断熱材付スチーム注入
管を用いて坑井内へ注入される。

スチーム注入管は、周知のように、同軸の内側管と外側
管から成っており、内側管と外側管の間の環状空間円に
断熱材を充填するか、あるいはその空間を抜気して真空
になされている。同軸内外管の間に断熱材を施すことは
、例えば米国特許第３、５７４．５５７号および第３．
．４７８．７８５号に記載されている。

本発明の目的は、被検部品が周囲温度より高い所定の温
度の温度、例えば被検部品に付設された断熱材が破損す
る過度の温度に露呈されたかどうかを検査するための方
法および装置を提供することである。

本発明によれば、薄い帯片（ここでは「クーポン」と総
称する）を所定の温度以上で融解または劣化する物質で
被検部品の表面に接合しておく。

作動温度がその設計限度を越えると、クーポンが剥離し
、それによって熱破壊が生じたことを表示する。

本発明は、熱電対のような微妙な計器を用いることが適
当でないような油井の如き環境に適用するのに特に適し
ている。クーポンは、その使用環境に応じて鋼、プラス
チックまたはその他の材料で形成することができる。接
合剤は、特定の温度で溶融するろう付けまたははんだ付
は用合金、またはエポキシなどとする。

断熱材の破壊の度合を示すためにいろいろな異る温度範
囲に適応するように設計された複数のクーポンを被検部
品に貼付することができる。あるいは、単一のクーポン
を用いてもよい。

クーポンは、被検部品の外側または内側に接着すること
ができる。油井のような苛酷な環境の場合には、クーポ
ンをスチーム注入用二重管の外側管の内面に接着するの
が最善である。接合剤の破壊、従って、クーポンと外側
管の内面との間の接合の喪失は、超音波トランスジュー
サを用いて検出することができる。

要約すれば、本発明は、被検部品が作動中周囲温度より
高い所定の温度に露呈されたかどうかを検出する方法に
おいて、前記被検部品が所定の温度に露呈されたならば
、被検部品からクーポンが剥離するように、該所定温度
に少くとも等しい温度で固体から液体に相変化する接合
剤を用いて該被検部品にクーポンを接合しておき、作動
中成クーポンが被検部品に接合されたままであるかどう
かを見定めるために被検部品を観察することから成る検
出方法を提供する。

本発明は、また、被検部品が作動中周囲温度より高い所
定の温度に露呈されたかどうかを検出するための装置に
おいて、前記被検部品は、外側管と、それと同軸に配設
された内側管と、該内外両管の間に介設された断熱材と
を有する管組立体である場合において、所定の温度を越
えたならば、被検部品からクーポンが剥離するように、
該所定の温度Ｋまでしか耐えることができない接合剤に
よって前記外側管の内側面および外側面の少くとも一万
に接合されたクーポンから成る検出装置を提供する。

本発明の叙上およびその他の目的、特徴ならびに利点は
、添付図を参照して記述した以下の説明から一層明瞭に
なろう。

第１図に示された本発明の実施例は、クーポン１０を断
熱処理を施されたスチーム注入管３ｏの外側管２０の外
側面に接合した場合を例示する。

管３０は、外側管２ｏと、内側管２２とから成っており
、両者の間の環状空間２４は、内側管（内側部品）２２
を外側管（外側部品）２０から熱的に隔離するために断
熱材を充填されているか、あるいは真空にされているか
、あるいは断熱材を充填され、かつ、真空にされている
。内側管２２の内部空間２６は、周知の態様でスチーム
流を搬送する。空間２４内の断熱手段が破壊されると、
外側管２０は、周囲温度より高い。そして設計限度より
高い温度に露呈される。そのような断熱手段の破壊は、
内側管２２内を通るスチームが油井から油を抽出するの
に用いられる前に多量の熱を失ってしまうので作動効率
を著しく低下させることになる。

クーポン１０は、所定の過度温度以上で溶融または劣化
する接合剤を用いて外側管２ＤＫ接合する。このように
クーポン１ｏを被検部品叩ち外側管２０に接合しておけ
ば、管３ｏを定期検査のために引抜くたびに外側管２ｏ
を簡単に目で点検し、クーポン１ｏの有無を確認し、そ
れによって外側管が過度の温度に露呈されたかどうかを
知ることができる。油井の苛酷な環境に鑑みて、クーポ
ン１０が障害物に接触されてその接合された位置から機
械的にずらされるのを防止するためてクーポン１０に斜
切縁を形成する。

本発明の変型実施例においては、１枚または複数枚のク
ーポン１２を外側管２ｏの内側面に接合する。この場合
、クーポンの有無を調べるのに簡単な目視点検によるこ
とができないので、第２図に示されるように超音波トラ
ンスジューサ６４を用いることができる。そのような超
音波トランスジューサは、周知であり、金属部品の厚み
を測定するのに用いることができる。超音波トランスジ
ューサについては、バブコック・アンド・ウィルコック
ス社発行の「スチームおよびその生成と用法Ｊ　１９７
８年第３９版第３１−７および３１−８ページに記載さ
れている。被検部品２０の内側面のクーポンないし接合
剤の有無を検出するための手段としては、超音波トラン
スジューサの他に、渦電流検出器やＸ線装置を使用する
非破壊試験法を用いることもできる。

超音波トランスジューサは、被検部品の肉厚を測定する
。従って、クーポン１２を管２０の既知の部位に接合し
ておけば、管２０のその部位の厚みを測定すれば、クー
ポン１２がその部位に接合されたままになっているかど
うかを調べること力（できる。たとえクーポンがその周
囲の断熱材によってその部位に保持されていたとしても
、クーポンが管２０の内側面にもはや接合されて℃・な
〜・という事実は超音波計器６２によって検出すること
ができる。なぜなら、クーポンと外側管の内側面との間
の界面が破壊されるからである。

超音波トランスジューサ３４を備えた超音波計器３２は
、外側管２０およびそれに接合されたり一ポン１２を貫
通して超音波３６を伝送する。クーポンの有無を調べる
ためにＣＲＴ表示器３８を使用する。あるいは別法とし
て、肉厚を直接数値で示すデジタル表示式超音波計器を
使用してもよい。菖３図において、曲線４０は、クーポ
ンが剥離した場合にＣＲＴ表示器３日に表われる曲線で
あり、面線４２は、クーポンが被検部品に接合されたま
まになっている場合にＣＲＴ表示器に表われる曲線であ
る。ただし、これらの曲線は、単に例として示したもの
であり、特定のクーポンとトランスジューサの組合せに
おいて得られた正確な応答を表示したものである。接合
された部材の超音波試験の詳細は、マツグロー・ヒル社
発行の「超音波Ｊ１９６０年第２版１第２７０ページに
記載されている。金属と他の材料との間の接合の有無は
超音波試験によって知ることができ、金属部品の裏面と
それに接合された部材との間の接合部に欠陥が存在する
場合超音波試験機の信号に影響が表われる。

本発明の装置を製造する場合、連結された管５０の１つ
またはそれ以上の既知の部位にクーポン１０または１２
を接合する。管３０は、油井へスチームを送給するため
に油井内で使用された後、油井から引抜かれ、周知の態
様でラック上に置かれる。そこで管３０の外側管の外側
面に接合されているクーポンを目で検査するか、あるい
は外側管の内側面のクーポンを超音波計器によって検査
することによって管６０の断熱手段の保全性を確認する
。断熱手段に欠陥がみられる管は排除する。

本発明の利点は、熱破壊を容易に、かつ、迅速に確認す
ることができること、被検部品の再加熱を必要としない
こと、安価な携帯可能なそして操作に熟練を必要としな
い検査器を使用することができること、検査の態様は、
単純な「良否」判定式であることなどである。

所定の温度に露呈されると変色する塗料を用℃する場合
に比べて、本発明は、塗料などの場合に生じる塵による
汚染やその他の化学的反応によって誤った表示が出され
ることがないという点で有利である。また、塗料などの
場合のように変色力（生じたかどうかを見定めるのに主
観的な判断が必要とされない。

本発明に使用することができる接合剤としては下記のよ
うな接合剤がある。

接　合　剤　　　　　　　　　融点または劣化点（℃）
５０％５ｎ１５０％Ｉｎ　　　　　　　　　　　　　　
１１７−１２６６３％Ｓｎ／３６．６５ＸＰｂ１０．５
５％Ｓｂ　　　　　　　１８３６６％Ｓ　ｎ１５７ＸＰ
ｂ　　　　　　　　　　　　　　１８３９６％Ｓｎ／４
ＸＡｇ　　　　　　　　　　　　　　２２１９５％３ｎ
７５％Ｓｂ　　　　　　　　　　　　　　２′５２−２
３Ｅ１９３ＸＰｂ１５．２ＸＳ　ｎ／１８ＸＡｇ　　　
　　　　　　２９９４５％Ａｇ／２４ＸＣｄ／１６５Ｘ
ｌｎ／１５％Ｃｕ　　　　　　６０７−６１８接合剤自
体をクーポンとして用いることもできる。超音波トラン
スジューサは、特に接合剤が金属である場合は、クーポ
ンと厚さに加えて接合剤の厚さをも測定する。接合剤は
、管ろ０の表面からガスを除去するために管を熱処理す
るための水平位置に置いた際に外側管２０の内側面に適
用することができる。次いで、管を水平にしたままで冷
却させれば、接合剤は固化する。あるいは、接合剤は、
固化した塊として適用してもよく、外側管の壁に接合剤
を収容するための小さな囲いを設けてもよい。

高い温度により接合剤が融解し、管の下方へ落下しても
、クーポンは断熱材によってそのままの位置に保持され
ている場合がある。しかしながら、そのような場合は、
管の壁の厚さだけしか測定されない。なぜなら、クーポ
ンが管壁から剥離していると、音波（通常、３〜５　ｍ
Ｈｚ　）がクーポンとの界面を横切って透過しないから
である。接合部は、空気を排除する中実接合部でなけれ
ばならない。クーポンが部分的に接合された状態となっ
ている場合、熟練者であれば、それを見定めることがで
き、計器をクーポンの周りに移動させて更に追加の測定
を行うことができる。

接合剤だけを管壁に適用するのに比べて、クーポンをも
接合した場合の利点は、クーポンの厚み分だけ厚みが増
大するので測定が容易になることである。また、クーポ
ンは、被検部品の一端からの距離を測定するだけでクー
ポンの位置を容易に確認することができるようにリング
の形にして管壁に貼付することもできる。

また、クーポンを外側管の外側面に接合する場合は、ク
ーポンを保護するためにクーポンの周りにす゛フグ４４
（第１図）を溶接することができる。

リング４４にもクーポン１０の場合と同様に斜切線を設
けることができる。あるいはまた、クーポンを外側管２
０の表面に形成した凹部内に接合してもよい。

第３図を参照して説明すると、Ｘ軸線は、時間の経過を
表わす。Ｘ軸線は、計器によって測定された被検部品内
での反射音波に対応する信号の強さを表わす。点Ａおよ
びＢは、超音波トランスジューサの初期励振パルスの強
さを表わす。距離Ｃは被検部品である管壁の厚みを表わ
す。第３図上側の曲線の点りは、管壁内面への信号のエ
ネルギーの実質的に全部が反射されたことを示す。点Ｅ
は、管壁を貫通した信号エネルギーの別の反射を示す。

点Ｅではエネルギーの一部が失われている。

第３図上側の曲線は、クーポンが剥離してしまつている
ことを示す。第３図下側の曲線の点Ｆは、管壁を貫通し
管壁の内面に達した信号のエネルギーの反射量が相当に
少いことを示す。これは、信号エネルギーの相当量がク
ーポンを貫通して進行し続けるためである。点Ｇ、Ｈ，
Ｉ、Ｊはクーポン内での信号の反射を表わす。反射のた
びに順次にエネルギーが失われる。距離にはクーポンの
厚みを表わす。第３図の下側の曲線はクーポンが接合さ
れたままであることを示す。

内外管の間の環状空間２４は、繊維質断熱材または層状
断熱材で断熱処理をするか、あるいは真空にして熱バリ
ヤを設定するのが有利である。空間２４を真空引きした
場合、その真空を維持するために、空間２４内へ進入し
てくるガスを吸収するゲッター材を空間２４内へ入れて
おくこともできる。空間２４内に発生するガスとしては
、外側管の腐食によって生じる水素や、内側管の管壁か
ら放出されるＮ２、Ｃ０１０２などがある。ゲッター材
（例えばチタン）は２０５°〜３７０℃の高温スチーム
の温度に露呈されて活性化し、ガス吸収効果を高めるよ
うに内側管に近接させて保持する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を組入れたスチーム注入管の断面図、第
２図は第１図の注入管に超音波計器を接続したところを
表わす図、第３図を１超音波計器２５≧ら得られた２つ
の表示曲線を表わす図である。 １０．１２：クーポン ２０：外側管 ２２：内側管 ２４：環状空間 ３０ニスチーム注入管 ３４：超音波トランスジューサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）被検部品が作動中周囲温度より高い所定の温度に露
   呈されたかどうかを検出する方法において、前記被検部
   品が所定の温度に露呈されたならば、被検部品からクー
   ポンが剥離するよ５に、該所定温度に少くとも等しい温
   度で固体から液体に相変化する接合剤を用いて該被検部
   品にクーポンを接合しておき、作動中核クーポンが被検
   部品に接合されたままであるかどうかを見定めるために
   被検部品を観察することから成る検出方法。 ２）前記接合剤は前記所定の温度で溶融するものである
   特許請求の範囲第１項記載の検出方法。 ３）前記接合剤は前記所定の温度で劣化するものである
   特許請求の範囲第１項記載の検出方法。 ４）前記被検部品の内側面には断熱材が施されており、
   前記所定温度は該断熱材の破壊を意味する温度である特
   許請求の範囲第１項記載の検出方法。 ５）前記クーポンを接合する被検部品の部位は被検部品
   の内側面である特許請求の範囲第４項記載の検出方法。 ６）被検部品を観察する前記操作は、該被検部品の、前
   記クーポンが接合されている部位の厚みを音波により測
   定することから成る特許請求の範囲第５項記載の検出方
   法。 ７）前記クーポンを接合する被検部品の部位は被検部品
   の外側面であり、被検部品を観察する前記操作は、被検
   部品を目視観察することから成る特許請求の範囲第１項
   記載の検出方法。 ８）前記接合剤は、錫合金、鉛合金、銀合金および銅合
   金から成る群から選ばれたはんだである特許請求の範囲
   第１項記載の検出方法。 ９）クーポンを被検部品に接合する前記操作は、クーポ
   ンを被検部品の一方の面に接合することから成り、被検
   部品を観察する前記操作は、該クーポンが該一方の面に
   接合されたままであるかどうかを見定めるために被検部
   品をその他方の面から検査することから成る特許請求の
   範囲第１項記載の検出方法。 １０）被検部品が作動中周囲温度より高い所定の温度に
   露呈されたかどうかを検出するための装置にお℃）て、 前記被検部品が所定の温度に露呈されたならば、被検部
   品からクーポンが剥離するように、該所定温度に少（と
   も等しい温度で固体から液体に相変化する接合剤を用い
   て該被検部品に接合したクーポンから成る検出装置。 １１）スチーム注入管において、 外側管と、 該外側管内に配設されており、外側管の管壁との間に環
   状の空間を画定する内側管と、外側管を内側管から熱的
   に隔絶するために前記環状空間内に充填された断熱材と
   、 前記外側管が所定の温度に露呈されたならば、外側管か
   らクーポンが剥離し、それによって外郭管が該所定温度
   に露呈されたことを表示するように、該所定温度に少く
   とも等しい温度で固体から液体に相変化する接合剤を用
   いて外側管の内側面と外側面の少（とも一方に接合され
   たクーポンとから成るスチーム注入管。 １２）被検部品が作動中周囲温度より高い所定の温度に
   露呈されたかどうかを検出する方法において、前記被検
   部品が所定の温度に露呈されたならば、被検部品から接
   合剤が剥離するように、該所定温度に少くとも等しい温
   度で固体から液体に相変化する接合剤を該被検部品に被
   覆しておき、作動中核接合剤が被検部品に接合されたま
   まであるかどうかを見定めるために該被検部品を観察す
   ることから成る検出方法。 １３）前記接着剤を用いて前記被検部品にクーポンを接
   合しておき、被検部品を観察する前記操作において該ク
   ーポンが被検部品に接合されたままであるかどうかを見
   定めることを特徴とする特許請求の範囲第１１項記載の
   検出方法。 １４）接合剤を被覆する前記操作は、異る溶融温度を有
   する少くとも２種類の接合剤を被検部品に被覆すること
   から成る特許請求の範囲第１１項記載の検出方法。 １５）被検部品にクーポンを接合する前記操作は、少く
   とも２つのクーポンを、溶融温度の異る２種類の接合剤
   を用いて被検部品に接合することから成る特許請求の範
   囲第１２項記載の検出方法。 １６）前記被検部品は、外側管と、該外側管内に外側管
   との間に環状空間を画定する内側管とから成る断熱され
   たスチーム注入管の外側管であり、接合剤を被検部品に
   被覆する前記操作は、接着剤を該外側管の内側面と外側
   面の少くとも一方に被覆することから成る特許請求の範
   囲第１１項記載の検出方法。 １７）前記接着剤を用いて前記外側管にクーポンを接合
   する操作を含む特許請求の範囲第１５項記載の検出方法
   。 １８）前記クーポンは斜切縁を有するものである特許請
   求の範囲第１６項記載の検出方法。 １９）接着剤を用いて外側管にクーポンを接合する前記
   操作は、該接合剤を用いてクーポンを前記外側管の外側
   面に接合し、該クーポンを保護するためにクーポンの周
   りにリングを装着することから成る特許請求の範囲第１
   ７項記載の検出方法。 ２０）接合剤を被検部品に被覆する前記操作は、接合剤
   を被検部品の一方の面に被覆することから成り、被検部
   品を観察する前記操作は、該接合剤が該一方の面に接合
   されたままであるかどうかを見定めるために被検部品を
   その他方の面から検査することから成る特許請求の範囲
   第１２項記載の検出方法。