JPS62284209A - ボイラ−管の内側面の酸化物スケ−ルを測定するための高周波超音波技術 - Google Patents

ボイラ−管の内側面の酸化物スケ−ルを測定するための高周波超音波技術

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JPS62284209A
JPS62284209A JP62069284A JP6928487A JPS62284209A JP S62284209 A JPS62284209 A JP S62284209A JP 62069284 A JP62069284 A JP 62069284A JP 6928487 A JP6928487 A JP 6928487A JP S62284209 A JPS62284209 A JP S62284209A
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time
flight
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ultrasonic
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Babcock and Wilcox Co
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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】 ３、０の言　ｔＭＢ ［技術分野］ この発明は、ボイラー管の非破壊検査に関し、特にボイ
ラー管の内側円筒面での酸化物スケールの厚さの超音波
感知および測定に関する。
［従来の技術］ ボイラー管の水辺でのスケール堆積物は、望ましくない
伝熱抵艮の増加を招きまた長い間ボイラー管故障の原因
と考えられてきた。電気事業産業において、高圧力ボイ
ラー管の寿命を予想するために、スケール厚さを測定す
るために通常冶金学の技術が使用されている。
冶金学測定技術に付随して、ボイラー管のサンプルがボ
イラーから除去されそして管の新たな部分がその場所取
り付けられる。サンプルは冶金研究所に送付される。サ
ンプル準備期間中、スケールが離脱してしまはないよう
に、サンプルにはニッケルが被覆される。次に、複数の
小さな部位が、管サンプルから切断され、マウントされ
、研磨され、エツチングが行なわれそして冶金顕微鏡の
下で検査される。ひとたび測定されると、スケールの厚
さは、ボイラー管の寿命を予測するためのアルゴリズム
で使用される。
冶金学検査が、スケール厚さの非常に正確な測定を行な
う。しかし、この種の検査では、スケール厚さ測定が所
望されるごとに、ボイラー管部位の物理的な除去および
再配置および研究施設での被除去管部位の分析が不可避
的に要求される。全手順は、非常な時間を浪費しまたそ
れは停止時間（すなわちパワーを発生する能力における
時間損失）に直接関係するので、高価なものにつく。
現在、ボイラー管の内側円筒面のス′ケールを測定また
は感知するための商業化された非破壊技術はまりたく知
られていない。廃熱利用ボイラー産業および公益事業ボ
イラー産業は、この種の技術の必要性を表明している。
超音波が、例えば表面傷および表面下傷の感知および材
料の厚さまたは傷への距離の測定を行なうために、ボイ
ラー管の点検で現在使用されている。したがって、特に
超音波を使用する現場の非破壊ボイラー管スケール測定
技術の改善は非常に望ましいものとなろう。
［発明の概要］ 本発明によれば、非破壊超音波方法が、使用中のボイラ
ー管の内側円筒面でのスケール厚さを測定するために提
供される。　゛ 本発明の技術は、スケール厚さの信頼できる合理的な指
示を得るための基礎として、管の金属／スケール界面お
よびスケール／流体界面でのパルスエコー反射間の、飛
行時間（ＴＯＦ　、　ｔｉｍｅ　ｏｆｆｌｉｇｈ、ｔ）
と呼称される往復時間差（ｒｏｕｎｄ　ｔｒｉｐｔｉｍ
ｅ　　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　）を使用する。
特に、本発明は、流体含有ボイラー管の内側円筒面の酸
化物スケールの現場の超音波測定を行なうための方法を
提供する。本方法は、ボイラー管近傍で、ある配向にて
超音波トランスジューサを配置する段階と超音波ビーム
の中央線がボイラー管の内側円筒面に垂直であるよう向
けられるボイラー管への超音波パルスの伝達の段階とを
備える。超音波トランスジューサは、少なくとも５ＯＭ
Ｈｚの周波数を有する超音波パルスを伝達するよう賦活
される。スケール内の超音波パルスの飛行時間（往復時
間）は、管／スケールおよび管／流体界面への飛行時間
を測定することにより決定される。スケール厚さの測定
値が、相関曲線または式のいずれかの予め設定された標
準にスケール内の飛行時間を相関付けることにより得ら
れる。
酸化物スケール厚さをスケール内の超音波パルスの飛行
時間に関係させる標準は、ボイラー管の複数サンプルを
超音波パルスに当てそして次に物理的または冶金学的手
段により実際にスケール厚さを測定することにより提供
または予め設定される。この種の技術によりひとたび標
準が決定されると、ボイラー管の破壊検査はもはや必要
でない。
本発明の一特長が、５ｍ１ｌと同様の厚さのスケールを
測定するための５ＯＭＨｚ超音波シ超音波パステムある
。
この新規な技術によれば、ボイラーから管部位を継続し
て除去する必要性なく、ボイラー管の内側面のスケール
厚さを測定するための迅速な方法が提供される。管サン
プルが除去されないので、より短い時間で、より多くの
データポイントが得られる。さらにこの新規な技術によ
れば、ボイラーの種々の場所での多くの管の検査が可能
である。追加のデーターの利用可能性はボイラー管の寿
命を正確に予測できる能力を増大させる。
［発明の詳細な説明］ 第１図は、本発明による、ボイラー管の内側円筒面のス
ケールの厚さを決定するための配列を図示する。第１図
では、円筒状のボイラー管１゜が、その内面にスケール
暦１２が形成されて図示されてし）る。マサチューセラ
・ン州つオーサム（Ｗ　ａｔｈａｍ）のパナメトリクス
（Ｐａｎａｍｅｔｒｉｃｓ）により生産されるモデルＶ
２１４−ＢＡのハンドヘルドトランスジューサなどのハ
ンドヘルド接触超音波トランスジューサ１４が、ボイラ
ー管の清浄な外側面に配置される。鋼管へのおよび鋼管
からの超音波の伝達を促進するために、低粘性のカッブ
ラント（ｃｏｕｐｌａｎｔ）　　１３が、超音波トラン
スジューサと鋼管との間で使用される。例示の配列は、
超音波が重壁ボイラー管を貫通しそしてスケールを測定
するのを可能にする。ハンドヘルド技術は、ボイラー管
の種々の場所または種々のボイラー管への超音波トラン
スジューサの迅速な再配置を許容する。
超音波トランスジューサ１４は、同軸ケーブル１８を経
由して高周波パルサー（パルス発生装置）／レシーバー
（受信ｔａ）１６へ接続され高周波パルサー／レシーバ
−は次に、飛行時間（ＴＯＦ）差を都合よくまた正確に
測定するために、遅延時間ベースおよびパルス重複特長
を有する遅延時間パルス重複オシロスコープ２８に接続
される。
超音波トランスジューサ１４は高周波トランスジューサ
である。高周波という言葉はここでは、５ＯＭＨｚまた
はそれ以上の周波数を意味するものとして使用されてい
る。好ましい配列では、超音波トランスジューサは、直
径が０．２５０ｉｎの円形活性部材を有しそして５ＯＭ
Ｈｚで動作する。活性部材は、超音波信号で４．２５マ
イクロ秒の遅延を発生する直径が０．７２０ｉｎおよび
厚さが０．５００ｉｎの溶融シリカのシリンダーに装着
される。パナメトリクＶ２１４−ＢＡ　Ｉ−ランスジュ
ーサが、実験的に使用されそして良好な結果を与える。
ワシントン州すッチモンドのメトロチク（Ｍｅｔｒｏｔ
ｅｋ）により製造されるモデルＰＲｌ　０６パルサー／
レシーバ−が、適当なパルサー／レシーバ−であること
が見出された。高周波パルサー／レシーバ−１６は、広
（６０ＭＨｚ）帯域幅と一緒に短い持続時間の高周波パ
ルスを発生するよう選択されるのが好ましい。これは、
管／スケールおよびスケール／流体界面の両方から反射
されるエネルギーの解読が可能な超音波信号が、発生お
よび受信されるようにする。パテメトリック５６００パ
ルサー／レシーバ−もまた実験的に使用され良好な結果
を与えた。好ましい配列において、高周波パルサーレシ
ーバ−は、電源２２とメトロチックＰＲ１０６パルサー
／レシーバ−２０とデカップリング装置２４と繰返しく
ｒｅｐ、）レート発生器２６とを備える。この配列は６
ｎｓの立ち上がり時間と６０ＭＨ２の帯域幅と一緒に、
２００Ｖで動作する。
オシロスコープ２８は、好ましくは高周波遅延時間ベー
スのオシロスコープである。１００ＭＨｚの帯域幅を有
し−ディビジョン当たり５ｎｓが可能な遅延時間ベース
を有するチクトロニック（Ｔｅｋｔｒｏｎ　ｉｋ）　２
２３６オシロスコープが、実験的に使用された。この装
置はスケールでの飛行時間を測定するために使用できる
パルス重複能力を有する。
超音波トランスジューサ１４は、管の内側面が超音波ビ
ームに垂直であるよう配置される。そして超音波信号が
高周波パルサー／レシーバ−１６により発生および受信
される。信号はオシロスコープ２８に表示される。
第２図は、複数の超音波のパルスエコー界面反射により
形成される陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイに発生され
る複数信号を表示するオシログラムである。管１２の内
側面に形成されるスケール１４と管との間のインピーダ
ンス不整合が、超音波の反射を引き起こす、被反射信号
の振幅は二つの材料間のインピーダンス比に関係する。
被反射信号の振幅は、インピーダンス比の増加とともに
増加する。同様に、反射が、管内でスケールと流体との
界面で生ずる。壁とスケールとの間のインピーダンス比
は非常に小さいので、信号振幅は小さい、しかし内部ス
ケールと水との間のインピーダンス比は大きいので、よ
り大きな信号が、反射されそして陰極線管に表示される
。
かくして、第２図に図示されるように、管の金ｆｆ／ス
ケール界面へのおよびこれからの第１飛行時間（ＴｏＦ
、）およびスケール／水界面へのおよびこれからの第２
飛行時間　（ＴＯＦ２）とが決定される。第１および第
２飛行時間の差は、スケールの厚さを決定するために、
第３図に図示されるように、相関チャートを通じて（ま
たは式により）相関されることが可能である。
以下の例は、本発明の一部分の例示および説明である。
例 一連のボイラー管サンプルが、２１９００時間または約
３０年経過した放射ボイラーから切断された。サンプル
は、再熱器部位の吊り管から切断された。サンプルＡな
いしＤは、Ｃｒｏｌｏｙ２−１／４の名称の下に市販さ
れている２、２５％のクロムおよび１．０％のモリブデ
ンを含むフェライト鋼から作られていた。管は外径が約
２ｉｎであった。
管の外側の重金属酸化物コーティングが、機械的に除去
された。
管の内側面のスケールを測定するために、各サンプルは
、サンプルを安定させるために、■ブロックにマウント
された。５ＯＭＨｚ接触トランスジューサが、管の内側
面が超音波ビームに垂直であるよう、サンプルの面に配
置、されそして調整された。超音波信号は、高周波パル
サーレシーバ−を使用して発生および受信された。信号
は４００ＭＨｚ波形処理オシロスコープで表示され、こ
こで飛行時間測定が行なわれた。
上述のように組立てられるシステムとともに、飛行時間
測定値は迅速に得られた。
超音波測定を終了した後、サンプルは、冶金学的測定の
ための場所を指示するために、印が付されそしてラベル
付けされた。複数の場所は、データーポイントが、全酸
化物スケール厚さ範囲にわたり均等に分布されるよう選
択された。スケール面はスケールを保護するために、ニ
ッケル被覆された０次に、サンプルはマウントされそし
て研磨されそして測定された。超音波のＴｏＦ測定値に
ついての冶金学的測定値および結果が、表１に表示され
ている。
表１ 表１の結果の統計学的解析は、超音波および冶金学の酸
化物スケール厚さは、１中、９２３の相関ファクターを
有することを指示する。線形最小２乗曲線適合法に基づ
いて、超音波および冶金学の結果は次の式により関係付
けられる。
酸化物厚さ＝（，１６１９Ｘ　（ＴＯＦ２−　ＴｏＦ＋
））−１，４２ ここで、酸化物厚さはｍｉｌであり、ＴｏＦはｎｓであ
る。
超音波の試験周波数は、測定されるスケール厚さの公称
値に依存する。界面を解読するためには、スケール厚さ
は超音波の少なくとも一波長になければならない。波長
は、検査される材料での音速と、周波数および波長の積
に等しい速度の関表　　２ 係により使用される超音波トランスジニーサの周波数と
により決定される０表２は速度が従来どおり２．３３８
Ｘ　１０’　ｉｎ／ｓｅｃに近似される鋼での種々の周
波数で解読される最小のスケール厚さを例示する。
スケールでの音速は知られずまた種々の組成のスケール
で変化するので、飛行時間技術は、絶対的または正確な
スケール厚さを生成しない。しかし、飛行時間データー
は、例えば冶金学的検査などの物理的技術により設定さ
れる実際のスケール厚さ測定値に関係される。実際のス
ケール厚さ標準が、スケール内の飛行時間を先に開示さ
れた技術により決定するために種々の厚さのスケールを
含む複数のボイラー管のサンプルに超音波パルスを当て
ることにより予め決定される。その後、複数サンプルの
スケールは物理的に測定されそしてスケール厚さをスケ
ールでの超音波パルスの飛行時間に関係付ける相関曲線
または式が設定される。この予め決定される標準（すな
わち曲線または式）は、以後の検査で使用されることに
より将来の破壊検査の必要性を不要にする。かくして、
標準が、第３図に図示されるタイプの曲線または式また
は相関関係により特定のタイプのスケールについて設定
される。
スケールの厚さが、００７ｉｎよりも大きいとき、５お
よび１０ＭＨｚの桁の周波数は酸化物スケールの厚さを
測定するのに使用できないことを試験が立証するけれど
も、スケールの厚さが、００７ｉｎよりも大きいとき、
高度に減衰される１０ＭＨｚトランスジューサが、実験
室品位（グレード）のパルサー／レシーバ−およびオシ
ロスコープとの組合わせで、ボイラー管の内側面のスケ
ールの存在を感知はできるが測定できないことを試験が
指示する。
動作において、超音波トランスジューサは、ボイラー内
で、細長いボイラー管に配置される。超音波トランスジ
ューサはボイラー管の外側面と直接接触してまたは適当
なカッブラントの使用によりこれと近接離間関係で配置
可能である。超音波トランスジューサは、超音波ビーム
が生成するその中央線がボイラー管の内側面に垂直に導
かれて、入射ビームが、超音波トランスジューサに帰還
する被反射ビームを発生するよう整列される。
超音波トランスジューサは、５ＯＭＨｚの最小周波数を
持つ超音波パルスをボイラー管に伝達するよう賦活され
る。ボイラー管の内側面の酸化物スケールの管／スケー
ル界面へ伝達およびこれから反射される超音波パルスの
飛行時間が測定される。同様に、管内でスケール／流体
界面へ伝達およびこれから反射される超音波パルスの飛
行時間が測定される。二つの飛行時間差（すなわちスケ
ール内の飛行時間）は、酸化物スケールの厚さを決定す
るのに使用される。最も標準的には、この技術は、蒸気
を含みしたがって高温度を受けやすく酸化物スケール形
成が相当に均質化されるボイラー管の種々の領域に応用
される。
超音波トランスジューサは、十分な高周波超音波が管／
スケール界面から反射されそして管の内側面で生ずる反
射からの解読を許容するよう、ボイラー管に伝達される
べき十分な超音波を発生する接触技術を利用するのが好
ましい。
４、　　の、ｌ　ｔｉＢ 第１図は、本発明による、スケール厚さを超音波的に決
定するための配列の模式図である。
第２図は、スケールを含むボイラー管の応答を特長付け
るパルス反射のオシログラムである。
第３図は、スケール内の超音波信号の飛行時間に関連し
てスケールの実際の厚さを図示する相関曲線のグラフ図
である。
図中の各参照番号が示す名称を以下に挙げる。
ボイラー管ＩＯ スケール層１２ カッブラント１３ 超音波トランスジューサ１４ 高周波パルサー／レシーバ−１６ 同軸ケーブル１８ パルサー／レシーバ−２０ 電源２２ デカップリング装置２４ 繰返しレート発生器２６ オシロスコープ２８ Ｔ、ｒ（戦ｔ） Ｆ／σ、２

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）ボイラー内の流体包含ボイラー管の円筒状内側面
    の酸化物スケールを超音波測定するための方法において
    、 酸化物スケール厚さをスケール内の超音波パルスの飛行
    時間に関係させる標準を提供する段階と、 超音波ビームの中央線がボイラー管の内側面に垂直であ
    るようボイラー管への超音波パルスの伝達を導くために
    、ボイラー管の外側面に、ある配向で超音波トランスジ
    ューサを配置する段階と、超音波トランスジューサを賦
    活して、少なくとも５ＯＭＨｚの周波数を持つ超音波パ
    ルスをボイラー管に伝達する段階と、 超音波パルスが、管／スケール界面へ伝達およびこれか
    ら反射されるための時間から構成される第１飛行時間を
    測定する段階と、 超音波パルスが、スケール／流体界面へ伝達およびこれ
    から反射されるための時間から構成される第２飛行時間
    を測定する段階と、 第２飛行時間と第１飛行時間との間の差を決定する段階
    と、 差を標準と比較して、スケール厚さを決定する段階とを
    備え 標準は、種々の厚さのスケールを含む複数サンプルのボ
    イラー管を超音波パルスに当てて、スケール内の飛行時
    間を決定し、次にサンプルの各各のスケールの厚さを物
    理的に測定し、次に物理的スケール厚さ測定値および飛
    行時間を相関させることにより用意される酸化物スケー
    ルを超音波測定するための方法。
  2. （２）ハンドヘルド接触トランスジューサをボイラー管
    の外側面に手動で配置する段階を備える特許請求の範囲
    第１項記載の酸化物スケールを超音波測定するための方
    法。
  3. （３）前記標準は、スケール厚さを、第２飛行時間と第
    １飛行時間との間の差に関係付ける式である特許請求の
    範囲第１項記載の酸化物スケールを超音波測定するため
    の方法。
  4. （４）前記標準は、スケール厚さを、第２飛行時間と第
    １飛行時間との間の差に関係付ける相関曲線である特許
    請求の範囲第１項記載の酸化物スケールを超音波測定す
    るための方法。
JP62069284A 1986-03-26 1987-03-25 ボイラ−管の内側面の酸化物スケ−ルを測定するための高周波超音波技術 Pending JPS62284209A (ja)

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US06/844,399 US4669310A (en) 1986-03-26 1986-03-26 High frequency ultrasonic technique for measuring oxide scale on the inner surface of boiler tubes

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EP (1) EP0239275B1 (ja)
JP (1) JPS62284209A (ja)
KR (1) KR960013685B1 (ja)
BR (1) BR8701985A (ja)
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DE (1) DE3781296T2 (ja)
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