WO2010058624A1 - ボイラ火炉蒸発管の検査装置および検査方法 - Google Patents

ボイラ火炉蒸発管の検査装置および検査方法 Download PDF

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WO2010058624A1
WO2010058624A1 PCT/JP2009/062843 JP2009062843W WO2010058624A1 WO 2010058624 A1 WO2010058624 A1 WO 2010058624A1 JP 2009062843 W JP2009062843 W JP 2009062843W WO 2010058624 A1 WO2010058624 A1 WO 2010058624A1
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tube
boiler furnace
displacement sensor
thinning
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拓俊 松本
井田啓二
村田英明
張凱
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三菱重工業株式会社
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    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/952Inspecting the exterior surface of cylindrical bodies or wires
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00Component parts or details of steam boilers
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    • GPHYSICS
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    • G01B21/08Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness for measuring thickness

Definitions

  • the present invention relates to an inspection apparatus and inspection method for a boiler furnace evaporation tube, and in particular, measures the surface shape of the evaporation tube disposed in the boiler furnace using a non-contact sensor, and based on the measured value, the evaporation tube
  • the present invention relates to an inspection apparatus and an inspection method for evaluating the degree of corrosion.
  • the boiler furnace 1 is generally constituted by four wall surfaces 3 and the inside is burned by a burner.
  • a plurality of evaporation pipes 4 extend in the vertical direction (vertical direction) and are arranged adjacent to each other by welding or contact.
  • the wall surface 3 itself is composed of a plurality of evaporation pipes 4 extending in the vertical direction (vertical direction) and welded adjacent to each other.
  • water is heated by flowing water in the evaporation pipe 4, and a vapor
  • a boiler furnace 1 has, for example, a height of 70 m and a side wall width of about 30 m, and about 100 evaporation pipes 4 are installed on one side wall surface thereof.
  • a heat transfer tube group installed horizontally in a boiler includes a heat transfer tube bank 02 and a heat transfer tube cavity 03, and the heat transfer tube bank 02 and the heat transfer tube
  • An inspection apparatus 04 is installed between the cavity portion 03 and the inspection apparatus 04 is attached to a main body 05, a flexible arm 06 provided in the main body 05 and inserted into the heat transfer tube bank 02, and a tip of the flexible arm 06.
  • a test unit 09 including an optical detection sensor that is movable in the vertical direction along a guide mechanism 08 provided on the flexible arm 06.
  • the flexible arm 06 When inspecting the outer surface of the heat transfer tube 010, the flexible arm 06 is inserted into the heat transfer tube bank 02 and reaches the lower portion of the heat transfer tube bank 02, and the tip fixing device 07 at the tip of the flexible arm 06 is activated. Then, the tip is fixed, and the heat transfer tube alignment mechanism 011 provided on the flexible arm 06 is pneumatically or mechanically expanded to expand the heat transfer tube 010 in the left-right direction to align the disturbance of the heat transfer tube row. Thereafter, the inspection unit 09 is moved up and down along the flexible arm 06 to perform inspection in the course of vertical movement.
  • Patent Document 1 a heat transfer tube 010 in a boiler furnace in which a heat transfer tube group installed horizontally in a boiler is composed of a heat transfer tube bank 02 and a heat transfer tube cavity portion 03 is provided. This is not applicable to the structure in which the evaporator tube is disposed adjacent to the inner wall of the boiler in the vertical direction (vertical direction). Furthermore, Patent Document 1 only shows that the inspection unit 09 can measure the wall thickness without contact with the heat transfer tube 010, and a specific heat transfer tube wall thickness calculation method and further a calculation of the thickness reduction. Not shown about.
  • the present invention measures the thinning state of a plurality of evaporation tubes that are arranged adjacent to each other by extending in the vertical direction (vertical direction) along the inner wall surface of the boiler furnace. It is an object of the present invention to provide an inspection apparatus and inspection method for a boiler furnace evaporation tube that can be inspected accurately and efficiently over a wide range based on the surface shape of the evaporation tube.
  • the first invention is an inspection apparatus for a boiler furnace evaporating tube that inspects a thinning state of a plurality of evaporating tubes that extend in the vertical direction along the inner wall surface of the boiler furnace and are arranged adjacently.
  • a leg that is erected and fixed to the surface of the evaporation tube by a magnet; a support frame that supports the displacement sensor that is fixed to the leg and generates a laser that irradiates the surface of the evaporation tube; and And a moving mechanism for moving the displacement sensor in the axial direction of the evaporation tube, and a surface shape of the evaporation tube along a direction substantially orthogonal to the axial direction of the evaporation tube based on a signal from the displacement sensor. And a thinning evaluation means for evaluating the thinning state by calculating the thinning amount of the evaporation tube from the difference between the measurement result of the surface shape and the reference shape without thinning. .
  • a scanning device that includes a moving mechanism that moves the displacement sensor in the axial direction of the evaporation tube with respect to the support frame, and includes a sensor head to which the displacement sensor is mounted.
  • the surface shape of the cross section of the evaporation tube is measured along a direction substantially orthogonal to the axial direction of the evaporation tube, and the measurement result of the surface shape and no thinning Since the amount of thinning of the evaporation pipe is calculated from the difference from the reference shape, it is possible to calculate the amount of thinning of the evaporation pipe and the thickness of the remaining pipe. Evaluating this makes the maintenance and inspection of the evaporator tube more efficient.
  • the support frame is supported by a plurality of the leg portions, and the support frame is attached to the leg portions so as to be movable in a direction in which the leg portions stand and in a direction perpendicular to the standing direction.
  • an adjustment mechanism that enables adjustment of the position of the displacement sensor with respect to the evaporation pipe.
  • the position of the displacement sensor with respect to the evaporation pipe can be adjusted in the standing direction of the leg portion and the direction perpendicular to the standing direction by the adjustment mechanism.
  • the measurement error of the cross-sectional shape of the evaporator tube can be reduced and the measurement accuracy can be improved.
  • the thinning evaluation means includes a reference position calculation unit that calculates a reference position when the measurement result of the surface shape and the reference shape without thinning are superimposed.
  • the reference position calculation unit calculates the reference position of the surface shape, and the measurement result of the surface shape and the design reference shape are overlapped based on the reference position, so that the difference can be accurately calculated.
  • the thinning amount can be calculated accurately.
  • the thinning evaluation means may include a correction unit that corrects the inclination and position of the surface shape based on a signal from the displacement sensor when the overlapping is performed.
  • the surface shape obtained from the displacement sensor may be tilted or moved up and down as a measurement result due to the vibration of the displacement sensor during measurement and the inclination in the initial installation state.
  • the reference position is calculated from the measurement result data, and the circumferential inclination of the evaporation tube and the vertical positional relationship are set so that the reference position matches the position corresponding to the reference position of the reference shape without thinning.
  • the reference position may be a position of a fin projecting radially to connect adjacent evaporator tubes, and according to such a configuration, the fin is a peripheral surface portion of the evaporator tube facing the boiler furnace.
  • the position can be set as the reference position.
  • the amount of thinning of the evaporation tube is slight, the calculation error of the difference between the measurement result and the reference shape without thinning is small, and the inspection error is small. However, if the thinning amount is large, the fin is thinned.
  • the reference position may be a contact or closest position of an adjacent evaporation tube, and the contact position and the proximity position may be an evaporation tube facing the boiler furnace. Since the degree of corrosion is less than that of the peripheral surface portion, the position can be set as a reference position. Moreover, it is good to provide the refraction means which refracts the said laser irradiated from the said displacement sensor toward the said evaporation tube between the displacement sensor which produces
  • a sensor head equipped with a displacement sensor has a slit width and a focal length that are determined according to the specifications.
  • a slit head with a narrow slit width and a short focal length is used. According to such a configuration described above, even when irradiating the evaporation tube with a short distance from the boiler furnace scaffolding where the scanning device is installed, the laser is refracted toward the evaporation tube. Since one tube can be scanned with a laser, the number of scans is reduced and inspection efficiency is improved.
  • the second invention is an inspection method for a boiler furnace evaporating pipe that inspects a thinning state of an evaporating pipe that extends vertically along an inner wall surface of the boiler furnace and is disposed adjacent thereto.
  • the surface shape of the evaporation tube is measured along a direction substantially orthogonal to the axial direction of the evaporation tube, and the measurement result of the surface shape and a reference with no thinning
  • a difference from the shape is calculated by superimposing the reference position of the surface shape as a reference, and a thinning amount of the evaporation pipe is calculated from the difference to evaluate a thinning state.
  • the surface shape of the cross section of the evaporation tube is measured along the direction substantially orthogonal to the axial direction of the evaporation tube, and the measurement result of the surface shape and the thickness reduction are measured.
  • the difference from the reference shape that does not exist is calculated by superimposing the reference position of the surface shape as a reference to calculate the thinning amount of the evaporation tube, so it is possible to calculate the thinning amount of the evaporation tube and the remaining tube thickness Evaluating the corrosion state of the evaporation pipe based on the thickness reduction and the thickness of the remaining pipe makes the maintenance inspection of the evaporation pipe efficient.
  • the superposition is performed by correcting the inclination and position of the surface shape by the signal from the displacement sensor when the superposition is performed. That is, the reference position is calculated from the measurement result data, and the inclination of the evaporating tube in the circumferential direction and the vertical / horizontal positional relationship so that the reference position matches the reference position of the reference shape with no thinning By correcting, overlay can be performed with high accuracy and measurement errors can be reduced.
  • the calculated thickness reduction is subtracted from the design wall thickness to obtain a remaining pipe thickness, and the evaporation pipe is determined depending on whether or not the remaining pipe thickness satisfies the design required thickness.
  • the thinning state of a plurality of evaporator tubes that are vertically arranged along the inner wall surface of the boiler furnace is adjacent to the surface shape of the evaporator tube measured by the laser displacement sensor with high accuracy. Therefore, it is possible to provide an inspection apparatus and an inspection method for a boiler furnace evaporation tube that can be efficiently inspected over a wide range.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram which shows a boiler furnace.
  • the detailed structure of the alignment state of an evaporation pipe is shown, (a) is a whole front view, (b) is an AA sectional view.
  • the other detailed structure of the alignment state of an evaporation pipe is shown, (a) is a whole front view, (b) is a BB sectional drawing.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of the boiler.
  • the boiler furnace 1 is constituted by four wall surfaces 3, and the inside is burned by a burner. Inside the wall surface 3, a plurality of evaporation pipes 4 extend in the vertical direction (vertical direction) and are arranged adjacent to each other by welding or contact.
  • the wall surface 3 itself is composed of a plurality of evaporation pipes 4 extending in the vertical direction (vertical direction) and welded adjacent to each other.
  • the evaporation pipe 4 has two patterns, ie, a straight smooth pipe or a rifle pipe in which a spiral groove is formed in a straight pipe passage.
  • the detailed structure of the evaporation tube 4 is shown in FIGS.
  • FIG. 2 shows a structure in which a plurality of evaporation tubes 4 are adjacently joined via fins 8, respectively, and a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2A is shown in FIG.
  • the fins 8 are plate-like members extending along the axial direction of the evaporation tube 4, and both end portions are welded to the evaporation tube 4 by a weld metal 10 at a diametrical position of the evaporation tube 4, and the plurality of evaporation tubes 4 are aligned.
  • the wall surface 3 of the boiler furnace 1 is formed in such a state.
  • FIG. 3 shows another example of the evaporation pipe 4, and the plurality of evaporation pipes 4 are rose pipes whose upper and lower ends are fixed, and are arranged so as to come into contact with the adjacent evaporation pipe 4 at a diametrical position. It is installed along the inner wall of the wall surface 3 of the boiler furnace 1.
  • the inspection apparatus 11 for inspecting the thinned state due to sulfide corrosion in the furnace with respect to the evaporation tube 4 configured as described above will be described.
  • the inspection device 11 supports a laser displacement sensor 12 for measuring the surface shape of the evaporation tube 4 in a non-contact manner, and moves the laser displacement sensor 12 in the axial direction of the evaporation tube 4; It consists of a signal processing device 16 for processing the measurement signal from the laser displacement sensor 12 to calculate the thickness reduction and the remaining pipe thickness to determine the corrosion state.
  • a signal processing device 16 for processing the measurement signal from the laser displacement sensor 12 to calculate the thickness reduction and the remaining pipe thickness to determine the corrosion state.
  • four columns (leg portions) 20 each having a light weight magnet (magnet) 18 attached to the lower end portion are fixed to the surface of the evaporation tube 4.
  • a seating surface 22 formed in an arc shape along the circular surface of the evaporator tube 4 is formed on the joint surface with the evaporator tube 4.
  • the struts 20 are fixed at two locations in the axial direction of the evaporation tube 4 and at two locations in the axial direction of the other evaporation tubes 4 so as to be positioned at the corners of the rectangle.
  • beams 24 and 24 are installed so as to connect the column 20 of one evaporation pipe 4 and the column 20 of the other evaporation tube 4, and both ends of the rail 26 are attached to the beams 24 and 24.
  • the beams 24 and 24 and the rail 26 form a support frame 28 that supports the laser displacement sensor 12.
  • the beam 24 is configured by a screw mechanism so that the vertical position can be adjusted with respect to the support column 20, and the vertical adjustment knob portion 29 is rotated to move the slit 30 formation range in the Z-axis direction (arrow a direction). It can be moved.
  • the end of the rail 26 is also configured to be movable in the axial direction of the beam 24 by a screw mechanism with respect to the beam 24, and can be moved in the X-axis direction (arrow b direction) by rotating the left / right adjustment knob 31. It has become.
  • a sensor head 32 is attached to the rail 26 so as to be movable in the Y-axis direction along the rail 26.
  • a motor 33 for driving and a movement distance signal of the sensor head 32 from the rotation angle of the motor 33 are attached to the sensor head 32.
  • An encoder 36 for outputting, and a laser displacement sensor 12 for irradiating the laser toward the surface of the evaporation tube 4 and measuring the displacement are attached.
  • the motor 33 and the rail 26 constitute a moving mechanism 34 for the laser displacement sensor 12.
  • the laser displacement sensor 12 irradiates slit-shaped (band-shaped) laser light 35 so as to be substantially orthogonal to the longitudinal direction (axial direction) of the evaporation tube 4.
  • the outer surface shape of the evaporation tube 4 along the direction orthogonal to the axial direction of the evaporation tube 4 is constituted by a two-dimensional laser displacement sensor 12 that measures the distance to the evaporation tube 4 by measuring reflected light.
  • Measure. 5A shows the irradiation state of the laser slit when the evaporation tube 4 is connected by the fin 8
  • FIG. 5B shows a rose tube without the evaporation tube 4 being connected by the fin.
  • the irradiation state of the laser slit in the case of being arranged in contact with the adjacent evaporator tube 4 is shown.
  • a refracting means for refracting the laser light 35 is used.
  • a prism 41 is provided, and the laser light 35 generated by a laser displacement sensor having a sensor head 32 is passed through the prism 41 to refract the laser light 35.
  • a mirror 43 is provided, and the laser beam 35 generated by the laser displacement sensor is refracted by the mirror 43.
  • the four columns 20 are fixed by the lightweight magnet 18 at a location where the corrosion of the evaporation tube 4 is severe or an inspection location for periodic inspection, and the sensor head 32 is attached to the inspection range. Thereafter, the vertical adjustment knob portion 29 and the left / right adjustment knob portion 31 are rotated and adjusted so that the distance from the surface of the evaporation tube 4 to be inspected to the laser displacement sensor 12 is constant.
  • the motor 33 scans the laser displacement sensor 12 while irradiating the laser along the axial direction (longitudinal direction) of the evaporation tube 4, and the surface within the stroke range (for example, a range of 300 to 500 mm) of the sensor head 32. Measure shape data.
  • the surface shape data can be acquired by the encoder 36 for every predetermined moving distance (for example, 1 to 2 mm). Further, since the scanning device 14 is fixed to the evaporation tube 4 with a magnet, the fixing can be ensured, and further, the scanning device 14 can be easily moved to a position where measurement is required, and a wide range of places where measurement is required can be efficiently performed. It will be possible to measure.
  • the signal processing device 16 that processes the measurement signal from the laser displacement sensor 12 to calculate the thinning amount and the remaining pipe thickness and determines the corrosion state will be described.
  • the entire configuration of the signal processing device 16 is shown in FIG.
  • the displacement measurement data from the laser displacement sensor 12 and the position information from the encoder 36 are input to the controller 40, and the displacement measurement data for each fixed distance (for example, 1 to 2 mm) is added to the PC (inspector's personal computer) along with the distance information. )
  • the data is stored in 42 and displayed on the screen.
  • the displacement measurement data stored in the PC 42 is input to the thinning evaluation means 44.
  • the thinning evaluation means 44 includes a reference position calculation unit 46 that calculates a reference position for calculating a thinning amount from the displacement measurement data, and a correction that corrects the inclination of the surface shape and the vertical and horizontal shifts based on the displacement measurement data. 48, a thinning amount calculation unit 50 for calculating the thinning amount from the difference by superimposing the surface shape and the design reference shape from the displacement measurement data, and the remaining pipe for calculating the remaining pipe thickness based on the design data It has a thickness calculation unit 52, and a display unit 54 that evaluates the results calculated from the thickness reduction calculation unit 50 and the remaining pipe thickness calculation unit 52 and displays and outputs the results. Further, plant / inspection site information is input from the plant information database 56 to the thinning evaluation means 44.
  • step S1 displacement data associated with position information is acquired in step S2.
  • the displacement data takes the furnace width direction distance (distance in the X-axis direction shown in FIG. 4) as the horizontal axis, and the surface shape data D of the evaporation tube 4 is acquired as the displacement from the position of the sensor head 32. .
  • the reference position calculator 46 recognizes the portion of the evaporator tube 4, the portion of the weld metal 10, and the portion of the fin 8 from the acquired surface shape. Specifically, as shown in FIG. 10A, when the horizontal axis represents the furnace width direction distance and the vertical axis represents the height of the chevron surface shape, (1) and (6) represent the fin 8 portions. (2) and (5) correspond to the weld metal 10 portion, and (3) to (4) correspond to the evaporation tube 4 portion. In order to obtain these positions from the measurement data, it is possible to obtain the slope by calculating the first-order differentiation of the curve of the surface shape of the mountain shape. FIG.
  • 10B shows the first-order differential data, and the inclination is substantially zero at the fin 8 portions of (1) and (6), and the weld metal 10 portions of (2) and (5) are also welded. Since the metal 10 is deposited, the inclination becomes substantially zero. Furthermore, two peak values of inclination appear on each of the plus side and the minus side, and the position of the first peak value in the horizontal axis direction is a changing portion from the fin 8 to the weld metal 10, and the second peak value position (3 ) Is a changing portion from the weld metal 10 to the evaporation pipe 4, and this position (3) can be determined as the boundary position P between the weld metal 10 and the evaporation pipe 4, and (3) to (4) are the evaporation pipe 4.
  • the positions (1) and (6) of the fin 8 and the boundary positions (3) and (4) between the weld metal 10 and the evaporation pipe 4 are obtained, and the superposition at the time of calculating the thinning amount to be described later is performed. Used as a reference position.
  • the slope of the surface shape of the chevron obtained from the measurement data is first-order differentiated to calculate the slope, and the position of the fin 8 and the boundary position between the weld metal 10 and the evaporation pipe 4 are utilized using the inflection point. Since P (see FIG. 14) can be obtained, the calculation of the reference position is ensured and the calculation accuracy of the thinning amount is improved.
  • step S4 the correction by the curvature is performed in step S4, the process proceeds to step S5, and the height of the positions (1) and (6) of the fin 8 having the surface shape obtained from the measurement data by the correction unit 48 or the boundary position ( When the heights of 3) and (4) do not coincide with each other on the left and right, correction is performed so as to make the rotation in the circumferential direction of the evaporator tube 4 coincide with the horizontal direction as shown in FIG. Furthermore, the position of the fin position (1), (6) or the boundary position (3) (4) obtained from the measurement data is shifted from the fin position or the boundary position of the reference shape without thinning such as the design data. If there is, correction is made to match by moving H in the vertical direction as shown in FIG. In FIGS.
  • the dotted line indicates the shape position before correction
  • the solid line indicates the shape position after correction.
  • the surface displacement data D obtained by irradiating the laser beam linearly in the radial direction (X-axis direction) of the evaporation tube 4 indicates that the laser displacement sensor is applied to the evaporation tube 4 depending on the initial installation state. If there is a shift in the left-right direction by the angle ⁇ ′ without running in parallel, the boundary position between the weld metal and the fin (or the boundary position between the pipe and the welded portion) is manually or automatically shown in FIG.
  • the “ideal circle” means a cross-sectional shape of the evaporator tube 4 based on the design data of the evaporator tube 4.
  • the surface shape obtained from the laser displacement sensor 12 is a case where the laser displacement sensor 12 vibrates up and down due to vibration at the time of measurement, or the surface shape is tilted or moves up and down as a result of tilting in the initial installation state.
  • the bent tube 45 in which the evaporation tube 4 is bent as shown in FIG. 13A has a gap between the bent concave portion and the reference height connecting the starting point and the ending point. Will be included. Therefore, correction is performed to raise the curved recess to the reference height connecting the start point and the end point.
  • the data of the pipe top is obtained from the surface shape data obtained by the laser displacement sensor, the boundary position between the weld metal and the fin, more specifically, the midpoint of the boundary position between the weld metal and the fin (3) and (4) in FIG. Can be obtained from A plurality of the pipe top data are obtained from the pipe cross section and approximated by the least square method.
  • a quadratic function f (x, a) a 1 + a 2 + a 3 x 2
  • R 2 the sum of the squares of the distances to the respective tube top data.
  • n 3.
  • R 2 is minimized when the following conditions are satisfied.
  • An approximate expression can be obtained by obtaining a satisfying the above conditions, and an approximate curve can be drawn as shown in FIG. Note that the above method is an example of approximation, and there can be other methods such as functions of other orders. In this way, by adding or subtracting the difference between the reference height and the approximate curve, the obtained data has no curvature.
  • step S6 the design reference shape and past inspection history data of the evaporator tube 4 are obtained from the plant information database 56.
  • step S7 the surface shape measurement data corrected in steps S4 and S5, and the thinning are obtained.
  • FIG. 14A shows the overlapped state in the case of the evaporation tube 4 having a fin structure
  • FIG. 14B shows the overlapped state in the case of the evaporation tube 4 having a finless structure.
  • the evaporation pipe 4 having a finless structure an ideal circle having a diameter between the outermost positions is drawn from the measurement data, and the ideal circles are overlapped for comparison.
  • the fin 8 is suitable for the reference position because the degree of corrosion is less than that of the peripheral surface portion of the evaporation pipe 4 facing the boiler furnace 1.
  • the thinning amount of the evaporation pipe 4 is slight, the calculation error of the difference due to the superposition of the measurement result and the reference shape without thinning is small and the inspection error is small.
  • the thinning amount is large, the fin 8 is also reduced.
  • the value can also be used as an up-down direction correction value.
  • both end portions of the surface shape based on the measurement data that is, the contact or nearest position with the adjacent evaporation pipe 4
  • the reference position is such that the position is not easily exposed to the combustion gas, and the degree of corrosion is small, and an ideal circle with the diameter of the distance between both ends of the surface shape can be drawn, making it easy to calculate the amount of thinning. Because.
  • step S8 the process proceeds to step S8, where the surface shape of the measurement data superimposed in step S7 is compared with the data without thinning, and from the distance (radius) from the circle center to the contour position of the data without thinning.
  • a distance m (see FIG. 14A) obtained by subtracting the contour shape based on the measurement data is calculated.
  • step S9 the distance m is obtained as the thinning amount m.
  • step S10 outputs a thinning state compared with the thinning reference value in step S11.
  • This thickness reduction reference value is based on the design thickness (thickness T1 without thickness reduction) of the evaporation pipe 4 accumulated in the plant information database 56 and the design required thickness (thickness T2 required in design).
  • step S12 information on the design required thickness (thickness T2 required for design) and the design thickness (thickness T1 without thickness reduction) of the evaporation pipe 4 accumulated in the plant information database is obtained.
  • step S13 the remaining pipe thickness n is calculated by subtracting the reduced thickness m obtained in step S9 from the designed thickness (thickness T1 without thickness reduction).
  • step S14 the remaining pipe thickness n is compared with the design required thickness (thickness T2 required in design) as a reference value, and the remaining pipe thickness state is output in step S15. It progresses to S16 and is complete
  • the remaining pipe thickness n is compared with the design required thickness (thickness T2 required in design) as a reference value, and the remaining pipe thickness state is output in step S15. It progresses to S16 and is complete
  • the remaining pipe thickness n by subtracting the reduced thickness m from the design thickness T1, and evaluate the corrosion state of the evaporation pipe 4 depending on whether or not the remaining pipe thickness n satisfies
  • the actual evaporator tube 4 is manufactured with a surplus of 2 to 3% of the design wall thickness on the inner diameter side in consideration of manufacturing errors, even if it is judged based on the design required wall thickness T2, there is a margin. It is possible to judge the dangerous state of corrosion.
  • the present invention based on the surface shape of the evaporation tube measured by the laser displacement sensor, the thinned state of the plurality of evaporation tubes that are arranged adjacently extending in the vertical direction (vertical direction) along the inner wall surface of the boiler furnace.
  • the thinned state of the plurality of evaporation tubes that are arranged adjacently extending in the vertical direction (vertical direction) along the inner wall surface of the boiler furnace.

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Abstract

ボイラ火炉の内壁面に沿って上下方向に伸びて隣接配置される複数の蒸発管の減肉状態を、レーザ変位センサによって測定した蒸発管の表面形状に基づいて、精度良く、効率的に、広い範囲にわたって検査できるボイラ火炉蒸発管の検査装置および検査方法を提供する。ボイラ火炉内壁面に上下方向に伸びる複数の蒸発管4の表面に、マグネット18によって立設固定される支柱20と、該支柱20に固定されて蒸発管4の表面へ照射するレーザを生成する変位センサ12を支持する支持枠28と、該支持枠28に対して前記変位センサ12を蒸発管4の軸方向に移動せしめる移動機構31とから構成されるスキャン装置14を備え、さらに、前記変位センサ12からの信号による蒸発管4の断面表面形状と減肉の無い基準形状との差分から蒸発管4の減肉量を算出して減肉状態を評価する信号処理装置16を備えた。

Description

ボイラ火炉蒸発管の検査装置および検査方法
 本発明は、ボイラ火炉蒸発管の検査装置および検査方法にかかわり、特に、ボイラ火炉内に配設された蒸発管の表面形状を非接触式のセンサによって測定し、該測定値に基づいて蒸発管の腐食の程度を評価する検査装置および検査方法に関する。
 発電を目的とした陸用ボイラでは、近年の環境問題の深刻化から燃焼排ガス中のNOxを抑制する必要があり、コストが比較的少なくて済む2段燃焼等の燃焼技術面から対策を行う場合が多い。
 しかしながら、2段燃焼を行うと、ボイラ火炉内の燃焼雰囲気は還元性が強くなり、蒸発管等ボイラ構成部品の腐食が問題となる。現在、ボイラ火炉蒸発管で問題となっているのは、還元雰囲気に起因した硫化腐食であるが、この腐食は火炉内の広範囲わたって損傷を生じることからその特定には多大な労力と時間を要する。
 図1のボイラ模式図に示すように、一般に、ボイラ火炉1は4面の壁面3によって構成され、内部はバーナによって燃焼される。壁面3の内側には複数の蒸発管4が上下方向(鉛直方向)に伸びて隣接して溶接または接触して配置されている。または壁面3自体が、上下方向(鉛直方向)に伸びて隣接して溶接される複数の蒸発管4により構成されている。そして、蒸発管4内に水を流すことで水を加熱し、蒸気を生成する。このようなボイラ火炉1は、例えば、高さが70m、側壁の幅が30m程度あり、その一側壁面には100本程度の蒸発管4が設置されている。
 そのため、硫化腐食による損傷が進んでいる位置を特定するために、目視検査(目視によって表面に凹凸があるかの検査)、触手検査(素手によって表面の凹凸を検出)、さらに超音波肉厚計によって実施されているが、検査対象とする面積が広く、検査時間と労力がかかること、及び目視検査には検査員の主観が入り、結果にばらつきが多いことが問題となっている。
 また、超音波による肉厚計測では、定量性はあるものの、点計測であり、ある定点における肉厚を計測するため、蒸発管の周方向の腐食状態を測定するには適さない。
 一方、ボイラ火炉内の蒸発管に対して、非接触な光学的検出装置を用いて表面の摩耗状態を検査する検査装置について特許文献1(特開平9−257714号公報)に示されている。
 該特許文献1には、図15に示すように、ボイラ内に横置きに設置された伝熱管群は、伝熱管バンク02と、伝熱管キャビティ部03とからなり、伝熱管バンク02と伝熱管キャビティ部03との間に検査装置04が設置され、該検査装置04は本体05と、本体05に設けられ伝熱管バンク02内に挿入されるフレキシブルアーム06と、該フレキシブルアーム06の先端に取り付けられた先端固定具07と、フレキシブルアーム06に設けられた案内機構08に沿って上下方向に移動自在な光学的検知センサからなる検査ユニット09と、を備えている。
 そして、伝熱管010の外表面を検査する場合には、フレキシブルアーム06を伝熱管バンク02内に挿入して、伝熱管バンク02の下部まで達すると、フレキシブルアーム06先端の先端固定具07を作動させて先端を固定して、フレキシブルアーム06に設けられた伝熱管整列機構011を空気圧または機械的に膨張させて、伝熱管010を左右方向に押し広げて伝熱管列の乱れを整列させる。その後、検査ユニット09をフレキシブルアーム06に沿って上下動させて上下移動の課程において検査を実施する。
 しかしながら、前記特許文献1に示されている検査装置は、ボイラ内に横置きに設置された伝熱管群が、伝熱管バンク02と、伝熱管キャビティ部03とからなるボイラ火炉内の伝熱管010における検査装置であり、蒸発管がボイラ内壁面に沿って縦方向(鉛直方向)に隣接されて配設される構造には適用できない。
 さらに、特許文献1には、検査ユニット09が伝熱管010に対して非接触で肉厚測定できることが示されているにとどまり、具体的な伝熱管の肉厚算出手法、さらに減肉量の算出について示されていない。
特開平9−257714号公報
 そこで、本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、ボイラ火炉の内壁面に沿って上下方向(鉛直方向)に伸びて隣接配置される複数の蒸発管の減肉状態を、レーザ変位センサによって測定した蒸発管の表面形状に基づいて、精度良く、効率的に、広い範囲にわたって検査できるボイラ火炉蒸発管の検査装置および検査方法を提供することを課題とする。
 かかる課題を解決するため、第1の発明は、ボイラ火炉の内壁面に沿って鉛直方向に伸びて隣接配置された複数の蒸発管の減肉状態を検査するボイラ火炉蒸発管の検査装置において、前記蒸発管の表面にマグネットによって立設固定される脚部と、該脚部に固定されて前記蒸発管の表面へ照射するレーザを生成する変位センサを支持する支持枠と、該支持枠に対して前記変位センサを前記蒸発管の軸方向に移動せしめる移動機構と、前記変位センサからの信号に基づいて、前記蒸発管の前記軸方向と略直交する方向に沿って、前記蒸発管の表面形状を測定し、該表面形状の測定結果と減肉の無い基準形状との差分から前記蒸発管の減肉量を算出して減肉状態を評価する減肉評価手段とを備えたことを特徴する。
 かかる発明によれば、前記蒸発管の表面にマグネットによって立設固定される脚部と、該脚部に固定されて前記蒸発管の表面へ照射するレーザを生成する変位センサを支持する支持枠と、該支持枠に対して前記変位センサを蒸発管の軸方向に移動せしめる移動機構とを備えて、変位センサが取り付けられたセンサヘッドを搭載したスキャン装置を構成できる。
 そして、炉壁の蒸発管にマグネットによって固定されるため、固定を確実にすることができる。さらに、計測が必要な位置への移動が容易となるため、計測が必要な個所を効率的に計測できる。
 また、前記変位センサからの信号に基づいて、前記蒸発管の前記軸方向と略直交する方向に沿って、蒸発管の断面の表面形状を測定し、該表面形状の測定結果と減肉の無い基準形状との差分から蒸発管の減肉量を算出するため、蒸発管の減肉量、さらに残管肉厚の算出が可能となり、その減肉量および残管肉厚によって蒸発管の腐食状態を評価することで蒸発管の保守点検が効率的になる。
 また、第1の発明において好ましくは、前記支持枠は複数本の前記脚部によって支持され、支持枠は脚部の立設方向およびその立設方向に直角方向に移動可能に前記脚部に取り付けられて前記変位センサの蒸発管に対する位置を調整可能にする調整機構を備えているとよい。
 かかる構成によれば、調整機構によって、変位センサの蒸発管に対する位置が脚部の立設方向および該立設方向に直角方向に調整可能になるため、蒸発管に対する距離を一定に調整して変位センサの傾きを最小限に抑えることによって、蒸発管の断面形状の測定誤差を小さくして測定精度を向上できる。
 また、好ましくは、前記減肉評価手段には、表面形状の測定結果と減肉の無い基準形状とを重ね合わせる際の基準位置を算出する基準位置算出部を備えるとよい。
 かかる構成によれば、基準位置算出手段によって、表面形状の基準位置を算出して、該基準位置を基に表面形状の測定結果と設計基準形状とを重ね合わせるため、差分を精度よく算出できその結果減肉量を精度良く算出できる。
 また、前記減肉評価手段には、前記重ね合わせる際に前記変位センサからの信号による表面形状の傾きおよび位置を補正する補正部を備えるとよい。
 かかる構成によれば、変位センサから得られる表面形状は、計測時の変位センサの振動、さらに初期の設置状態での傾きによって、測定結果として表面形状が傾いたり、上下に移動する場合があるが、前記基準位置を測定結果のデータから算出して、該基準位置を減肉の無い基準形状の基準位置に相当する位置に合致するように、蒸発管の周方向の傾き、および上下位置関係を補正することで、重ね合わせを精度良く行え、計測誤差を低減できる。
 また、初期の設置状態によって左右に移動して変位センサが蒸発管に対して平行に走らなかった場合でも、同様にして蒸発管の左右位置関係を補正することで、重ね合わせを精度良く行え、計測誤差を低減できる。さらに、平行でなくても計測誤差を低減できるため、設置の時間が大幅に短縮される。
 また、前記基準位置は隣接する蒸発管を連結するために径方向に突設されるフィンの位置であるとよく、かかる構成によれば、フィンは、ボイラ火炉内に面する蒸発管の周面部に比べて腐食の程度が少ない場合、該位置を基準位置とすることができる。
 なお、蒸発管の減肉量が軽微の場合には測定結果と減肉の無い基準形状の重ね合わせによる差分の算出誤差は少なく検査誤差は少ないが、減肉量が大きくなるとフィンも減肉するため、減肉量が大きくなった場合にはフィンの肉厚を測定してフィンの表面位置も補正する必要がある。
 また、フィンによって連結されない構造の蒸発管の場合には、前記基準位置は隣接する蒸発管の接触または最近接位置であるとよく、接触位置や、近接位置は、ボイラ火炉内に面する蒸発管の周面部に比べて腐食の程度が少ないため、該位置を基準位置とすることができる。
 また、前記蒸発管の表面へ照射するレーザを生成する変位センサと蒸発管の間に、前記変位センサから照射される前記レーザを前記蒸発管に向けて屈折させる屈折手段を備えるとよい。
 一般的に、変位センサが取り付けられたセンサヘッドは、仕様によりスリット幅と焦点距離が決まっており、足場レベルの検査を行うにはスリット幅が狭く、焦点距離が短いものを用い、スキャン回数を増やして対応していたが、上述したかかる構成によれば、スキャン装置が設置されるボイラ火炉の足場との距離が短い蒸発管へ照射する場合でも、レーザを蒸発管に向けて屈折させることで管1本分をレーザにてスキャン可能なため、スキャン回数が減り検査効率が向上する。
 次に、第2の発明は、ボイラ火炉の内壁面に沿って鉛直方向に伸びて隣接配置された蒸発管の減肉状態を検査するボイラ火炉蒸発管の検査方法において、前記蒸発管の表面にレーザを照射する変位センサからの信号に基づいて、前記蒸発管の軸方向と略直交する方向に沿って、前記蒸発管の表面形状を測定し、該表面形状の測定結果と減肉の無い基準形状との差分を、表面形状の基準位置を基準として重ね合わせて算出し、該差分から蒸発管の減肉量を算出して減肉状態を評価することを特徴とする。
 かかる発明によれば、変位センサからの信号に基づいて、蒸発管の軸方向と略直交する方向に沿って、蒸発管の断面の表面形状を測定し、該表面形状の測定結果と減肉の無い基準形状との差分を、表面形状の基準位置を基準として重ね合わせて算出して蒸発管の減肉量を算出するため、蒸発管の減肉量、さらに残管肉厚の算出が可能となり、その減肉量および残管肉厚によって蒸発管の腐食状態を評価することで蒸発管の保守点検が効率的になる。
 また、第2の発明において好ましくは、前記重ね合わせる際に、前記変位センサからの信号による表面形状の傾きおよび位置を補正して重ね合わせるとよい。
 すなわち、測定結果のデータから基準位置を算出して、該基準位置を減肉の無い基準形状の基準位置に相当する位置に合致するように、蒸発管の周方向の傾き、および上下左右位置関係を補正することで、重ね合わせを精度良く行え、計測誤差を低減できる。
 また、第2の発明において好ましくは、前記算出された減肉量を設計肉厚から減算して残管肉厚を求め、該残管肉厚が設計要求肉厚を満たすか否かによって蒸発管の残管肉厚を評価するとよく、かかる構成によれば、蒸発管の残管肉厚が危険な範囲にあるか否かを、予め設定された設計要求肉厚を基に判断することで、効率的な保守点検が可能になる。
 本発明によれば、ボイラ火炉の内壁面に沿って鉛直方向に伸びて隣接配置される複数の蒸発管の減肉状態を、レーザ変位センサによって測定した蒸発管の表面形状に基づいて、精度良く、効率的に、広い範囲にわたって検査できるボイラ火炉蒸発管の検査装置および検査方法を提供できる。
ボイラ火炉を示す模式図である。 蒸発管の整列状態の詳細構造を示し、(a)は全体正面図であり、(b)はA−A線断面図である。 蒸発管の整列状態の他の詳細構造を示し、(a)は全体正面図であり、(b)はB−B線断面図である。 本発明の全体構成を示す説明図である。 レーザ変位センサからのレーザスリットの照射状態を示す説明図であり、(a)はフィンによって接続された蒸発管への照射を示し、(b)はフィンによって接続されないバラ管の場合の照射を示す。 レーザ変位センサからのレーザスリットの照射状態を示す説明図であり、(a)はプリズムを通過させた場合の照射を示し、(b)はミラーで屈折させた場合の照射を示す。 信号処理装置の全体構成を示す説明図である。 減肉評価手段における評価手法についてのフローチャートである。 レーザ変位センサによる表面形状の説明図である。 表面形状から蒸発管の部分、溶接金属の部分、フィンの部分を示す説明図であり、(a)は表面形状曲線を示し、(b)は(a)の曲線の1階微分の特性を示す。 表面形状曲線の補正状態を示す説明図であり、(a)は上下方向の補正を示し、(b)は傾きの補正を示す。 表面形状曲線の左右方向の補正状態を示す説明図である。 蒸発管の湾曲状態での補正を示す説明図であり、(a)は湾曲管に引いた近似曲線を示し、(b)は管頂部データを示す。 減肉量の算出、残管肉厚の算出を示す説明図である。 従来技術を示す説明図である。
 以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
 図1にボイラ模式図を示す。ボイラ火炉1は4面の壁面3によって構成され、内部はバーナによって燃焼される。壁面3の内側には複数の蒸発管4が上下方向(鉛直方向)に伸びて隣接して溶接または接触して配置されている。または壁面3自体が、上下方向(鉛直方向)に伸びて隣接して溶接される複数の蒸発管4により構成されている。そして、蒸発管4内に水を流すことで水を加熱し、蒸気を生成する。なお、蒸発管4には、管通路は直線状のスムース管または直線状の管通路に渦巻き溝が形成されたライフル管の2パターンがある。
 蒸発管4の詳細構造を図2、図3に示す。図2は複数の蒸発管4を、それぞれフィン8を介して隣接接合する構造を示し、図2(a)のA−A線断面図を図2(b)に示す。
 フィン8は、蒸発管4の軸方向に沿って延びる板状部材であり、両側端が蒸発管4に該蒸発管4の直径方向位置で溶接金属10によって溶接され、複数の蒸発管4が整列された状態でボイラ火炉1の壁面3を形成するように構成されている。
 また、図3は蒸発管4の他の例であり、複数の蒸発管4は、上下端部が固定されたバラ管で隣の蒸発管4とは直径方向位置で接触するように配設され、ボイラ火炉1の壁面3の内壁に沿って設置される。
 以上のように構成された蒸発管4に対して、炉内の硫化腐食による減肉状態を検査する検査装置11について説明する。
 この検査装置11は、蒸発管4の表面形状を非接触式で測定するためのレーザ変位センサ12を支持するとともに、該レーザ変位センサ12を蒸発管4の軸方向に移動させるスキャン装置14と、レーザ変位センサ12からの測定信号を処理して減肉量、残管肉厚を算出して腐食状態を判定する信号処理装置16とからなっている。
 スキャン装置14は、図4に示すように、蒸発管4の表面に軽量マグネット(マグネット)18が下端部に取り付けられた支柱(脚部)20が4本立設固定される。蒸発管4の円形表面に沿うように円弧に形成された座面22が蒸発管4との接合面に形成されている。支柱20は蒸発管4の軸方向に2個所、他の蒸発管4の軸方向に2個所固定されて四角形の角部に位置するように固定される。
 そして、一方の蒸発管4の支柱20と、他方の蒸発管4の支柱20とを繋ぐように梁24、24を架設し、該梁24、24にレール26の両端部が取り付けられている。この梁24、24およびレール26によって、レーザ変位センサ12を支持する支持枠28を形成している。
 さらに、梁24は支柱20に対して上下位置を調整可能なようにねじ機構によって構成され、上下調整つまみ部29を回動することでスリット30形成範囲内をZ軸方向(矢印a方向)に移動可能になっている。また、レール26の端部も梁24に対してねじ機構によって梁24の軸方向に移動可能に構成され、左右調整つまみ部31を回動することでX軸方向(矢印b方向)に移動可能になっている。
 レール26にはセンサヘッド32がレール26に沿ってY軸方向に移動可能に取り付けられ、該センサヘッド32には駆動用のモータ33、該モータ33の回転角度からセンサヘッド32の移動距離信号を出力するエンコーダ36、さらに、蒸発管4の表面に向けてレーザを照射して変位を計測するレーザ変位センサ12が取り付けられている。モータ33およびレール26によってレーザ変位センサ12の移動機構34を構成している。
 レーザ変位センサ12は、図5(a)、(b)に示すようにスリット状(帯状)のレーザ光35を、蒸発管4の長手方向(軸方向)に対して略直交するように照射して、反射光を計測して蒸発管4までの距離を測定する2次元のレーザ変位センサ12によって構成されており、蒸発管4の軸方向と直交する方向に沿った蒸発管4の外表面形状を計測する。
 なお、図5(a)は、フィン8によって蒸発管4が接続されている場合のレーザスリットの照射状態を示し、図5(b)は、蒸発管4がフィンによって接続されずにバラ管で隣の蒸発管4とは接触して配設される場合のレーザスリットの照射状態を示す。
 また、ボイラ火炉検査においては、通常火炉内に設置される足場上で検査を行うが、足場と蒸発管4の表面との間隔は150~300mm程度である。よって、足場に近い場所(足場レベル)の検査を行うには、焦点距離を短くする必要がある。ところが、レーザ変位センサ12の一般的な仕様によれば、レーザ光の焦点距離を短くするとスリット幅も狭くなるので、図5(a)及び(b)に示すように蒸発管4の表面をスリット状レーザ光で網羅することができない場合がある。この場合、レーザ変位センサ12を蒸発管4に対して移動させて、蒸発管4の表面の変位を測定する必要があり、検査効率が下がってしまう。
 そこで、図6(a)(b)に示すように、レーザ光35を屈折させる屈折手段を用いる。屈折手段として、図6(a)ではプリズム41を備え、センサヘッド32を内在するレーザ変位センサで生成されるレーザ光35をプリズム41内に通過させてレーザ光35を屈折させる。
 また、図6(b)ではミラー43を備え、レーザ変位センサで生成されるレーザ光35をミラー43で屈折させる。
 図6(a)(b)に示す屈折手段を用いることにより、足場との距離が短い蒸発管4へ照射する場合でも、管1本分をレーザにてスキャン可能なため、スキャン回数が減り検査効率が向上する。
 以上のように構成されたスキャン装置14は、蒸発管4の腐食が激しい個所、または定期点検の検査個所に軽量マグネット18によって4本の支柱20を固定し、センサヘッド32を検査範囲に取り付ける。その後、検査対象の蒸発管4の表面からレーザ変位センサ12までの距離が一定になるように、前記上下調整つまみ部29、および左右調整つまみ部31を回動して調整する。
 そして、モータ33によって、蒸発管4の軸方向(長手方向)に沿ってレーザを照射しながらレーザ変位センサ12をスキャンして、センサヘッド32のストローク範囲内(例えば300~500mmの範囲)の表面形状データを測定する。この際にエンコーダ36によって一定の移動距離(例えば1~2mm)毎に表面形状データを取得可能になっている。
 また、スキャン装置14は蒸発管4にマグネットによって固定されるため、固定を確実にすることができ、さらに、計測が必要な位置への移動が容易となり、計測が必要な個所を効率的に広範囲に計測できるようになる。
 次に、レーザ変位センサ12からの測定信号を処理して減肉量、残管肉厚を算出して腐食状態を判定する信号処理装置16について説明する。
 この信号処理装置16の全体構成を、図7に示す。レーザ変位センサ12からの変位計測データと、エンコーダ36からの位置情報とが、コントローラ40に入力され、一定距離(例えば1~2mm)毎の変位計測データを距離情報とともにPC(検査作業者のパソコン)42内にメモリするとともに、画面上に表示する。
 PC42内にメモリされた変位計測データは、減肉評価手段44に入力される。この減肉評価手段44には、減肉量を算出する際の基準位置を変位計測データから算出する基準位置算出部46と、変位計測データによる表面形状の傾きと上下左右のずれを補正する補正部48と、変位計測データからの表面形状と設計基準形状とを重ね合わせて差分から減肉量を算出する減肉量算出部50と、設計データを基に残管肉厚を算出する残管肉厚算出部52と、前記減肉量算出部50、残管肉厚算出部52から算出された結果を評価してその結果を表示出力する表示部54とを有している。
 さらに、減肉評価手段44には、プラント情報データベース56から、プラント・検査部位情報が入力され、例えば、検査対象プラント名、検査対象部位名、設計データ(管の設計外径、設計要求肉厚、材料等)、過去の検査履歴、類似プラントデータ等が入力される。
 減肉評価手段44における評価手法について、図8のフローチャートを参照して説明する。
 まず、ステップS1でスタートすると、ステップS2で位置情報に関連づけられた変位データを取得する。変位データは図9に示すように火炉幅方向距離(図4に示すX軸方向の距離)を横軸にとり、センサヘッド32の位置からの変位として蒸発管4の表面形状データDが取得される。
 そして、ステップS3で、基準位置算出部46によって前記取得された表面形状から蒸発管4の部分、溶接金属10の部分、フィン8の部分の認識を行う。
 具体的には、図10(a)に示すように、横軸に火炉幅方向距離を、縦軸に山形の表面形状の高さをとると、(1)、(6)がフィン8の部分に相当し、(2)、(5)が溶接金属10の部分に相当し、(3)~(4)が蒸発管4の部分に相当する。
 これらの位置を計測データから求めるには、山形の表面形状の曲線を1階微分して傾きを算出して求めることができる。
 図10(b)がその1階微分データを示し、(1)、(6)のフィン8の部分では傾きは略ゼロになり、また(2)、(5)の溶接金属10の部分でも溶接金属10が盛られるため傾きが略ゼロになる。
 さらに、傾きのピーク値はプラス側、マイナス側それぞれに2個所現れ、横軸方向で最初のピーク値の位置はフィン8から溶接金属10への変化部であり、2度目のピーク値位置(3)は、溶接金属10から蒸発管4への変化部であり、この位置(3)を溶接金属10と蒸発管4との境界位置Pとして判定でき、(3)~(4)が蒸発管4の表面部分であると分かる。
 以上のようにしてフィン8の位置(1)、(6)、溶接金属10と蒸発管4との境界位置(3)、(4)を求めて、後述する減肉量算出時の重ね合わせの基準位置として用いる。
 また、計測データから求められた山形の表面形状の曲線を1階微分して傾きを算出して、変曲点を利用して、フィン8の位置、溶接金属10と蒸発管4との境界位置P(図14参照)を求めることができるため、基準位置の算出が確実になり減肉量の算出精度が向上する。
 つぎに、ステップS4で湾曲による補正をし、ステップS5に進み、補正部48によって、計測データから求められた表面形状のフィン8の位置(1)と(6)の高さ、または境界位置(3)と(4)の高さが左右で一致しない場合には、図11(b)に示すように蒸発管4の周方向にθ回転して水平方向に一致させる補正をする。
 さらに、計測データから求めたフィンの位置(1)、(6)、または境界位置(3)(4)の位置が、設計データ等の減肉の無い基準形状のフィン位置または境界位置とずれている場合には、図11(a)に示すように上下方向にH移動して一致させる補正をする。なお図11(a)、(b)において点線が補正前、実線が補正後の形状位置を示す。
 また、レーザ光を蒸発管4(図4参照)の径方向(X軸方向)に線状に照射して得られる表面形状データDが初期の設置状態によってレーザ変位センサが蒸発管4に対して平行に走らずに角度θ’分だけ左右方向にずれが生じた場合には、図12に示すように溶接金属とフィンとの境界位置(若しくは管と溶接部の境界位置)を手動あるいは自動で検出し、表面形状データDの1番目のデータと、最後のデータとのずれxを計算し、取得したデータを左右方向にx移動して理想円と一致させる補正をする。なお、ずれxは、x=n×d×tanθ’によって計算される。なお、「理想円」とは、蒸発管4の設計データに基づく蒸発管4の断面形状を意味する。
 レーザ変位センサ12から得られる表面形状は、計測時の振動でレーザ変位センサ12が上下振動したり、さらに初期の設置状態での傾きによって、測定結果として表面形状が傾いたり、上下に移動する場合があるが、フィン8の位置または境界位置Pを基準にして減肉の無い基準形状のフィン位置に合致するように、蒸発管4の周方向の傾き、および上下位置関係を補正することで、後述する重ね合わせを精度良く行え、計測誤差を低減できる。
 また、初期の設置状態によって左右に移動してレーザ変位センサ12が蒸発管4に対して平行に走らなかった場合でも、同様にして蒸発管4の左右位置関係を補正することで、重ね合わせを精度良く行え、計測誤差を低減できる。さらに、平行でなくても計測誤差を低減できるため、設置の時間が大幅に短縮される。
 なお、上述した補正は蒸発管4に曲がりがないことを前提としているが、実機のボイラ火炉1内の蒸発管4は運転中に発生する熱応力により蒸発管4が湾曲している場合がある。そこで、図13によりこの湾曲に対する誤差の補正について説明する。
 蒸発管4が図13(a)のように湾曲した湾曲管45は、その湾曲した凹部と、起点と終点を結ぶ基準高さとのあいだに隙間があるため、評価される減肉量は大きな誤差を含んだものになる。よって、湾曲した凹部を起点と終点を結ぶ基準高さまでかさ上げする補正を行う。
 基準高さと湾曲管頂点の距離(差分)の分だけ、基準高さまでかさ上げした場合、頂点部が減肉していれば誤差が大きくなる。
 そのため、湾曲した凹部を起点と終点を結ぶ基準高さまでかさ上げする補正をするためには、近似曲線が必要である。まず、図13(b)のように、湾曲管45の管頂部のデータを得る。管頂部のデータは、レーザ変位センサによって得られる表面形状データから溶接金属とフィンとの境界位置、詳しくは図10(a)の溶接金属とフィンとの境界位置(3)(4)の中点から得ることができる。この管頂部データを管断面で複数取得し、最小2乗法による近似を行う。ここでは、例として近似関数が2次関数の場合を説明する。
 2次関数である
f(x,a)=a+a+a
 と、各管頂部データとの距離の2乗の和R
算出する。ここでは、n=3とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
 Rが最小となるのは以下の条件のときである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
 上記条件を満足するaを得ることにより近似式を得ることができ、図13(a)のように近似曲線を引くことができる。なお、上記手法は近似の一例であり、他次数の関数など他の手法もありうる。
 このようにして、基準高さと近似曲線との差分を加算あるいは減算することにより、得られるデータは湾曲がないものとなる。よって、蒸発管4が湾曲している場合も基準高さまでかさ上げする補正を行うことにより蒸発管4の湾曲に対する減肉量評価の誤差を小さくすることができる。
 なお、本実施形態では蒸発管はフィンと溶接されているため、左右方向への変形は小さく、蒸発管の軸方向の変形を考えれば良い。
 次に、ステップS6において、プラント情報データベース56から蒸発管4の設計基準形状や過去の検査履歴データを入手し、ステップS7で、ステップS4とステップS5で補正した表面形状の計測データと、減肉無しの前記設計基準データとの重ね合わせ、または過去の検査履歴の減肉無し状態における計測データとの重ね合わせ、または境界位置(3)、(4)間を直径とする理想円との重ね合わせを行う。
 この重ね合わせの際には、フィン8の表面位置(1)、(6)、または溶接金属10と蒸発管4との境界位置(3)、(4)を基準にして行う。
 フィン付き構造の蒸発管4の場合の重ね合わせた状態を図14(a)に、フィン無し構造の蒸発管4の場合の重ね合わせた状態を図14(b)に示す。
 フィンなし構造の蒸発管4の場合には、計測データから最外位置間を直径とする理想円を描き、該理想円を重ね合わせて比較する。
 なお、フィン8は、ボイラ火炉1内に面する蒸発管4の周面部に比べて腐食の程度が少ないため、基準位置とするのに適する。しかし、蒸発管4の減肉量が軽微の場合には測定結果と減肉の無い基準形状の重ね合わせによる差分の算出誤差は少なく検査誤差は少ないが、減肉量が大きくなるとフィン8も減肉するため、減肉量が大きくなった場合にはフィン8の肉厚を超音波肉厚計測装置によって測定してフィン8の表面位置も補正する必要がある。
 また、管頂部1個所を超音波肉厚計測装置によって測定し、減肉量を算出後、その値を上下方向の補正値として使用することもできる。
 また、蒸発管4がフィン8によって連結されないバラ管の場合には、図14(b)に示すように、計測データによる表面形状の両端部分、すなわち隣接する蒸発管4との接触または最近接位置を基準位置とするのは、かかる位置は燃焼ガスに晒されにくく腐食の程度が少ないとともに、表面形状の両端部の距離を直径とする理想円を描くことでき減肉量の算出が容易となるからである。
 次に、ステップS8に進み、ステップS7によって重ね合わせた計測データの表面形状と、減肉無しのデータとを比較して、減肉無しのデータの円中心から輪郭位置までの距離(半径)から計測データによる輪郭形状を引いた距離m(図14(a)参照)を算出する。そして、ステップS9でこの距離mを減肉量mとして求める。
 次に、ステップS10に進んで、減肉基準値と比較して減肉状態をステップS11でアウトプットする。
 この減肉基準値は、プラント情報データベース56に蓄積されている蒸発管4の設計肉厚(減肉無しの肉厚T1)と、設計要求肉厚(設計上要求される肉厚T2)とに基づいて設定(T1−T2)されており、該減肉基準値に達している場合には表示部54によって計測結果を画面表示する際に計測個所を赤色として表示する等の色分け表示を行うようにして作業者、プラント管理者に注意を促す。
 次に、ステップS12で、プラント情報データベースに蓄積されている蒸発管4の前記設計要求肉厚(設計上要求される肉厚T2)および設計肉厚(減肉無しの肉厚T1)の情報を入手して、ステップS13では、ステップS9で求めた減肉量mを設計肉厚(減肉無しの肉厚T1)から減算して残管肉厚nを算出する。
 そして、ステップS14で前記残管肉厚nを、基準値としての設計要求肉厚(設計上要求される肉厚T2)と比較して、残管肉厚状態をステップS15でアウトプットするとともにステップS16に進んで終了する。
 このステップS15のアウトプットも前記ステップS11と同様に設計要求肉厚に達している場合には表示部54によって計測結果を画面表示する際に計測個所を赤色として表示する等の色分け表示を行う。
 減肉量mを設計肉厚T1から減算して残管肉厚nを求め、該残管肉厚nが設計要求肉厚T2を満たすか否かによって蒸発管4の腐食状態を評価するため、確実で効率的な保守点検が可能になる。
 また、実際の蒸発管4においては製造誤差を加味して内径側に設計肉厚より2~3%の余肉をもって製造されているため、設計要求肉厚T2を基準に判定しても、余裕をもった腐食の危険状態の判断ができる。
 本発明によれば、ボイラ火炉の内壁面に沿って上下方向(鉛直方向)に伸びて隣接配置された複数の蒸発管の減肉状態を、レーザ変位センサによって測定した蒸発管の表面形状に基づいて、精度良く、効率的に、広い範囲にわたって検査できるので、ボイラ火炉蒸発管の検査装置への適用に際して有益である。

Claims (10)

  1.  ボイラ火炉の内壁面に沿って鉛直方向に伸びて隣接配置された複数の蒸発管の減肉状態を検査するボイラ火炉蒸発管の検査装置において、
     前記蒸発管の表面にマグネットによって立設固定される脚部と、
     該脚部に固定されて前記蒸発管の表面へ照射するレーザを生成する変位センサを支持する支持枠と、
     該支持枠に対して前記変位センサを前記蒸発管の軸方向に移動せしめる移動機構と、
     前記変位センサからの信号に基づいて、前記蒸発管の前記軸方向と略直交する方向に沿って、前記蒸発管の表面形状を測定し、該表面形状の測定結果と減肉の無い基準形状との差分から前記蒸発管の減肉量を算出して減肉状態を評価する減肉評価手段とを備えたことを特徴とするボイラ火炉蒸発管の検査装置。
  2.  前記支持枠は複数本の前記脚部によって支持され、支持枠は脚部の立設方向およびその立設方向に直角方向に移動可能に前記脚部に取り付けられて前記変位センサの蒸発管に対する位置を調整可能にする調整機構を備えていることを特徴とする請求項1記載のボイラ火炉蒸発管の検査装置。
  3.  前記減肉評価手段には、表面形状の測定結果と減肉の無い基準形状とを重ね合わせる際の基準位置を算出する基準位置算出部を備えたことを特徴とする請求項1記載のボイラ火炉蒸発管の検査装置。
  4.  前記減肉評価手段には、前記重ね合わせる際に前記変位センサからの信号による表面形状の傾きおよび位置を補正する補正部を備えたことを特徴とする請求項3記載のボイラ火炉蒸発管の検査装置。
  5.  前記基準位置は隣接する蒸発管を連結するために径方向に突設されるフィンの位置であることを特徴とする請求項3記載のボイラ火炉蒸発管の検査装置。
  6.  前記基準位置は隣接する蒸発管の接触または最近接位置であることを特徴とする請求項3記載のボイラ火炉蒸発管の検査装置。
  7.  前記蒸発管の表面へ照射するレーザを生成する変位センサと蒸発管との間に、前記変位センサから照射される前記レーザを前記蒸発管に向けて屈折させる屈折手段を備えたことを特徴とする請求項1記載のボイラ火炉蒸発管の検査装置。
  8.  ボイラ火炉の内壁面に沿って鉛直方向に伸びて隣接配置された蒸発管の減肉状態を検査するボイラ火炉蒸発管の検査方法において、
     前記蒸発管の表面にレーザを照射する変位センサからの信号に基づいて、前記蒸発管の軸方向と略直交する方向に沿って、前記蒸発管の表面形状を測定し、該表面形状の測定結果と減肉の無い基準形状との差分を、表面形状の基準位置を基準として重ね合わせて算出し、該差分から蒸発管の減肉量を算出して減肉状態を評価することを特徴とするボイラ火炉蒸発管の検査方法。
  9.  前記重ね合わせる際に、前記変位センサからの信号による表面形状の傾きおよび位置を補正して重ね合わせることを特徴とする請求項8記載のボイラ火炉蒸発管の検査方法。
  10.  前記算出された減肉量を設計肉厚から減算して残管肉厚を求め、該残管肉厚が設計要求肉厚を満たすか否かによって残管肉厚を評価することを特徴とする請求項9記載のボイラ火炉蒸発管の検査方法。
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