保温材下腐食検出装置および保温材下腐食検査方法
【課題】 保温材に覆われた機器において、機器の保温材下腐食をリアルタイムで検出することができるとともに、検査対象である機器に対してセンサが簡単に着脱可能である保温材下腐食検出装置を提供する。
【解決手段】 保温材下腐食検出装置１０は、保温材により被覆された機器である配管２０の保温材下腐食を検知する検知手段１を含む。この検知手段１は、機器である配管２０の表面に接触して固定される板状の基台１１と、基台１１に着脱自在に設けられるホルダ１２と、ホルダ１２に収容され、機器である配管２０の腐食部から発生するアコースティックエミッションを受信する光ファイバドップラセンサ１３と、ホルダ１２を基台１１に着脱自在に固定するボルト１４とを含む。
【解決手段】 保温材下腐食検出装置１０は、保温材により被覆された機器である配管２０の保温材下腐食を検知する検知手段１を含む。この検知手段１は、機器である配管２０の表面に接触して固定される板状の基台１１と、基台１１に着脱自在に設けられるホルダ１２と、ホルダ１２に収容され、機器である配管２０の腐食部から発生するアコースティックエミッションを受信する光ファイバドップラセンサ１３と、ホルダ１２を基台１１に着脱自在に固定するボルト１４とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機器の保温材下腐食を検出する保温材下腐食検出装置および保温材下腐食検査方法に関する。具体的には、保温材が取付けられている機器において、保温材下腐食を検出する保温材下腐食検出装置、および該保温材下腐食検出装置を用いて保温材下腐食を検査する保温材下腐食検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素鋼、低合金鋼製の機器における保温材下腐食は、漏洩トラブルの主な原因となることから、長年稼動している化学プラントにおいては管理を必要とする深刻な劣化現象の１つである。
【０００３】
一般に、化学プラントなどにおいては、塔槽類、配管、弁栓類、熱交換器などの多くの機器に保温材が取付けられている。目視により保温材下腐食（Corrosion Under Insulation：以下、「ＣＵＩ」ともいう）検査を行うためには、保温材を除去する必要がある。また、保温材解体（取り外し）のために足場を組む場合には、莫大な工数（期間）と費用とを要する。たとえば、１つのプラントにおける配管の総延長距離は数１０ｋｍと莫大であり、配管の腐食が発見されるのは１０００系統の内、２〜３系統程度であり、非常に効率の悪いことが問題となっている。そのため、保温材の除去作業を必要とせず、かつ防爆要求の多いプラント設備に対応した配管のＣＵＩ検査技術の開発が強く求められている。
【０００４】
これまでに、配管のＣＵＩ検査に適用すべく、様々な非破壊検査技術が検討されている。たとえば、配管のＣＵＩ検査として、放射線透過法、ガイドウェーブを用いた超音波探傷法を適用することが検討されている。
【０００５】
放射線透過法は、放射線源と当該放射線源に対向するように設置したセンサとを用い、保温材および配管を透過した放射線の透過強度を測定することにより、配管の損傷の有無を評価する試験方法である。また、放射線源およびセンサを備えたスキャナを用いて配管の軸方向に走査することにより、配管の腐食減肉マップを得ることができる。放射線透過法によれば、配管の保温材を除去することなく、視覚的に腐食状況を把握することができる（非特許文献１）。
【０００６】
超音波探傷法は、配管にガイドウェーブ（超音波）を長距離伝播させ、断面積が変化している部位から反射されたエコーを測定することにより、配管の損傷の有無を評価する試験方法である。超音波探傷法によれば、配管にガイドウェーブを伝播させるので、長距離の検査を実施することができるという特徴があり、配管の状態を高速で検査することが可能である（非特許文献２）。
【０００７】
しかしながら、上記の検査方法では、適用できる条件が限られているという問題を有している。
【０００８】
具体的には、放射線透過法は、配管全体の腐食減肉マップを得るためには、スキャナを取付けて配管の軸方向に走査する必要がある。そのため、配管の直管部にしか適用することができない。また、放射線源およびセンサを備えたスキャナ等のシステムを設置するスペースが必要であることから、化学プラントのように配管間隔が狭く且つ複雑な形状をした配管では適用できる部位が限定されるという問題を有している。
【０００９】
一方、超音波探傷法は、配管にガイドウェーブを長距離伝播させるため、数ｍの長距離探傷が可能であるものの、腐食による配管の減肉部のみならず配管の溶接部、フランジ部といった断面積が変化している位置においてもエコーが出現する。このため、配管の損傷の有無を正確に評価するためには、配管の形状を予め把握しておく必要がある。また、溶接部およびフランジ部からのエコー強度は強いため、エコーのリンギングにより検査不能域が発生するという問題を有している。また、腐食検査を行うために配管の保温材を除去する必要があるという問題も有している。
【００１０】
上記の問題点は配管に限られるものではなく、塔槽類、弁栓類、熱交換器などでも同様の問題点を有している。
【００１１】
このような問題を解決するために、特許文献１には、光ファイバドップラセンサを配管に取付けて当該配管の腐食を検出する保温材下腐食検査方法が開示されている。光ファイバドップラセンサは、防爆性で電気火花が発生しないので、化学プラントのような防爆地域を有するプラント内においても常設することが可能であり、配管の腐食から発生した弾性波であるアコースティックエミッションをリアルタイムで検出することができるため、簡便に保温材下腐食検査を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１０−１０７３６２号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】河部俊英、「配管の腐食検査技術 ＲＴを用いた原油配管自動検査 リアルタイムラジオグラフィー Ｔｈｒｕ−ＶＵ」、検査技術、日本工業出版株式会社、平成１８年（２００６年）１月号、ｐ．１８−２４
【非特許文献２】永島良昭，遠藤正男，三木将裕，真庭一彦、「ガイド波を用いた配管減肉検査技術」、配管技術、日本工業出版株式会社、平成２０年（２００８年）６月号、ｐ．１９−２４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
化学プラント内には、保温材が取付けられている機器が多数設置されている。コスト面を考慮して限られたセンサの数で、多数設置されている機器における保温材下腐食を検査するためには、検査対象に対するセンサの固定位置が変更可能であることが望まれる。
【００１５】
特許文献１に開示される保温材下腐食検査方法では、光ファイバドップラセンサは、配管の表面に接触させて接着剤などを介して固定されているので、簡単に光ファイバドップラセンサを取外すことができず、取外せたとしてもセンサが破損して使用不能となる。
【００１６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、保温材に覆われた機器において、保温材下腐食をリアルタイムで検出することができるとともに、検査対象である機器に対してセンサが簡単に着脱可能である保温材下腐食検出装置を提供することである。また本発明の他の目的は、前記保温材下腐食検出装置を用いて機器の保温材下腐食を検査する保温材下腐食検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、光を放射する光源と、
保温材により被覆された機器の保温材下腐食を検知する検知手段であって、
機器の表面に接触して固定される板状の基台と、
前記基台に着脱自在に設けられるホルダと、
前記ホルダに収容され、機器の腐食部から発生するアコースティックエミッションを受信し、機器の保温材下腐食を検知する光ファイバドップラセンサと、
前記ホルダを前記基台に着脱自在に固定する固定部材と、を含む検知手段と、
前記光ファイバドップラセンサに接続され、前記光源から放射される光を前記光ファイバドップラセンサに伝送する伝送路となる入力側光ファイバと、
前記光ファイバドップラセンサに接続され、前記光ファイバドップラセンサから出力される光を伝送する伝送路となる出力側光ファイバと、
前記入力側光ファイバを伝送し前記光ファイバドップラセンサに入力される入力光と、前記出力側光ファイバを伝送し前記光ファイバドップラセンサから出力される出力光との間の周波数変調成分を検出する検出器と、を備えることを特徴とする保温材下腐食検出装置である。
【００１８】
また本発明の保温材下腐食検出装置は、前記ホルダは、前記光ファイバドップラセンサを収容する円柱状の収容空間を有する有底の四角筒状に形成され、底部に、前記収容空間に臨む一表面とは反対側の他表面から隆起する円柱状の隆起部が設けられることを特徴とする。
【００１９】
また本発明の保温材下腐食検出装置は、前記ホルダが、前記基台に取付けられた状態では、
前記隆起部が前記基台の表面に面接触し、前記隆起部の前記収容空間に臨む表面が機器の軸線を含む仮想一平面に平行に配置され、前記光ファイバドップラセンサを前記隆起部の前記表面に前記仮想一平面と平行に実装することができるように構成されることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、保温材により被覆された機器の保温材下腐食を検査する保温材下腐食検査方法であって、
前記保温材下腐食検出装置を用い、機器の腐食部から発生するアコースティックエミッションに基づく周波数変調成分を検出する検出工程と、
前記周波数変調成分を電圧に変換し、電圧の波形データを得る周波数−電圧変換工程と、
前記電圧の波形データを周波数解析処理し、機器の保温材下腐食に対応する特徴値が抽出された抽出データを得る抽出データ生成工程と、
前記抽出データに基づいて、機器の保温材下腐食の有無を判定する判定工程と、を含むことを特徴とする保温材下腐食検査方法である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、保温材下腐食検出装置は、保温材により被覆された機器の保温材下腐食を検知する検知手段を含む。この検知手段は、機器の表面に接触して固定される板状の基台と、基台に着脱自在に設けられるホルダと、ホルダに収容され、機器の腐食部から発生するアコースティックエミッションを受信する光ファイバドップラセンサと、ホルダを基台に着脱自在に固定する固定部材とを含む。
【００２２】
保温材下腐食検出装置は、光ファイバドップラセンサが、機器の腐食の剥離または亀裂から発生する弾性波であるアコースティックエミッションをリアルタイムで受信することができるので、機器の腐食をリアルタイムで検出することができる。また、保温材下腐食検出装置では、光ファイバドップラセンサを収容するホルダが、機器に固定される基台に着脱自在に設けられるので、光ファイバドップラセンサが機器に対して着脱可能である。そのため、検査対象である機器に対する光ファイバドップラセンサの固定位置が変更可能であり、これによって、限られたセンサの数で、プラント内に多数設置されている機器における保温材下腐食を検査することができる。
【００２３】
また本発明によれば、ホルダは、光ファイバドップラセンサを収容する円柱状の収容空間を有する有底の四角筒状に形成され、底部に、前記収容空間に臨む一表面とは反対側の他表面から隆起する円柱状の隆起部が設けられる。これによって、機器の保温材下腐食を、基台を介して検知する検知手段の構成において、光ファイバドップラセンサが、機器の腐食部から発生するアコースティックエミッションを受信する感度が低下するのを抑制することができる。
【００２４】
また本発明によれば、ホルダは、基台に取付けられた状態では、隆起部が基台の表面に面接触し、隆起部の収容空間に臨む表面が機器の軸線を含む仮想一平面に平行に配置され、光ファイバドップラセンサを隆起部の前記表面に前記仮想一平面と平行に実装することができるように構成される。これによって、機器の保温材下腐食を、基台を介して検知する検知手段の構成において、光ファイバドップラセンサが、機器の腐食部から発生するアコースティックエミッションを受信する感度が低下するのを、さらに抑制することができる。
【００２５】
また本発明によれば、保温材下腐食検査方法は、検出工程と、周波数−電圧変換工程と、抽出データ生成工程と、判定工程とを含む。検出工程では、本発明に係る保温材下腐食検出装置を用い、機器の腐食部から発生するアコースティックエミッションに基づく周波数変調成分を検出する。周波数−電圧変換工程では、周波数変調成分を電圧に変換し、電圧の波形データを得る。抽出データ生成工程では、電圧の波形データを周波数解析処理し、機器の保温材下腐食に対応する特徴値が抽出された抽出データを得る。そして、判定工程では、抽出データに基づいて、機器の保温材下腐食の有無を判定する。これによって、機器の保温材下腐食をリアルタイムで検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係る保温材下腐食検出装置１０の構成を示す図である。
【図２Ａ】保温材下腐食検出装置１０が備える検知手段１の構成を示す図である。
【図２Ｂ】保温材下腐食検出装置１０が備える検知手段１の構成を示す図である。
【図３】周波数と受波電圧感度との関係を示すグラフである。
【図４】ＰＺＴ発振に対する受振波形を示すグラフである。
【図５】シャープペンシル芯圧折に対する受振波形を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
＜保温材下腐食検出装置＞
図１は、本発明の実施形態に係る保温材下腐食検出装置１０の構成を示す図である。図２Ａおよび図２Ｂは、保温材下腐食検出装置１０が備える検知手段１の構成を示す図である。図２Ａ（ａ）は検知手段１の構成を示す斜視図であり、図２Ａ（ｂ）は検知手段１の構成を示す分解斜視図である。また、図２Ｂ（ｃ）は検知手段１の構成を示す平面図であり、図２Ｂ（ｄ）は検知手段１の構成を示す正面図である。
【００２８】
本実施形態の保温材下腐食検出装置１０は、保温材により被覆された機器の保温材下腐食を検知する装置である。本実施形態において機器とは、保温材が取付けられた塔槽類、配管、弁栓類、熱交換器などを含む。以下では、保温材下腐食検出装置１０が、保温材により被覆された機器として配管２０の保温材下腐食を検知する装置であるとして説明する。また、保温材下腐食としては、「サビこぶ」を挙げることができる。サビは水酸化鉄（Ｆｅ（ＯＨ）２）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４など）が金属表面に薄く付着した状態で、水分、酸素などがさらに供給されることでこぶ状に盛り上がった状態を「サビこぶ」という。
【００２９】
保温材下腐食検出装置１０は、検知手段１と、光源２と、ハーフミラー３ａ，３ｂと、ＡＯＭ（Acoustic Optical Modulator）４と、検出器５と、入力側光ファイバ６と、出力側光ファイバ７とを含んで構成される。
【００３０】
検知手段１は、配管２０の表面に取り付けられ、配管２０の保温材下腐食を検知する。この検知手段１は、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、基台１１と、基台１１に着脱自在に設けられるホルダ１２と、ホルダ１２に収容される光ファイバドップラ（Fiber
Optical Doppler、以下、「ＦＯＤ」という）センサ１３と、ホルダ１２を基台１１に着脱自在に固定する複数（本実施形態では４）の固定部材であるボルト１４とを含む。
【００３１】
基台１１は、扁平な四辺形の金属製（本実施形態ではＳＵＳ３０３）の板状体からなり、その四隅には、各ボルト１４の軸部が螺合するねじ孔１１１が形成される。この基台１１は、エポキシ樹脂を介して配管２０の表面に固定される。エポキシ樹脂としては、たとえば、デブコン（商品名：Illinois Tool Works Inc.製）、アラルダイト（商品名：ニチバン株式会社製）等を挙げることができる。基台１１は、その大きさが４２ｍｍ×４２ｍｍであり、厚みが３〜１５ｍｍ（本実施形態では６ｍｍ）である。基台１１の厚みが１５ｍｍを超えると、基台１１を介して機器である配管２０の保温材下腐食を検知する検知手段１の構成において、ＦＯＤセンサ１３が、配管２０の腐食部から発生するアコースティックエミッション（以下、「ＡＥ」という）を受信する感度が低下するおそれがある。
【００３２】
ホルダ１２は、ＦＯＤセンサ１３を収容する略円柱状の収容空間１２１を有する扁平な有底の四角筒状に形成され、その一側部にはジョイント部１５が設けられ、四隅には各ボルト１４の軸部が挿通する軸孔１２３がホルダ１２の厚み方向に貫通して形成される。ホルダ１２にはまた、底部に、収容空間１２１に臨む一表面とは反対側の他表面から隆起する円柱状の隆起部１２２が設けられる。すなわち、ホルダ１２には、その厚み方向に関して一方の低面から外方に隆起する扁平な略円柱状の隆起部１２２が一体的に形成される。これによって、機器である配管２０の保温材下腐食を、基台１１を介して検知する検知手段１の構成において、ＦＯＤセンサ１３が、配管２０の腐食部から発生するＡＥを受信する感度が低下するのを抑制することができる。
【００３３】
また、ホルダ１２は、基台１１に取り付けられた状態では、隆起部１２２が基台１１の表面に面接触し、隆起部１２２の収容空間１２１に臨む表面が、機器である配管２０の軸線を含む仮想一平面に平行に配置され、ＦＯＤセンサ１３を隆起部１２２の前記表面に前記仮想一平面と平行に実装することができるように構成される。これによって、機器である配管２０の保温材下腐食を、基台１１を介して検知する検知手段１の構成において、ＦＯＤセンサ１３が、配管２０の腐食部から発生するＡＥを受信する感度が低下するのを、さらに抑制することができる。
【００３４】
また、本実施形態の保温材下腐食検出装置１０では、ＦＯＤセンサ１３を収容するホルダ１２が、機器である配管２０に固定される基台１１に着脱自在に設けられるので、ＦＯＤセンサ１３が配管２０に対して着脱可能である。そのため、配管２０に対するＦＯＤセンサ１３の固定位置が変更可能であり、これによって、限られたセンサの数で、プラント内に多数設置されている機器における保温材下腐食を検査することができる。
【００３５】
また、ホルダ１２は、その大きさが４２ｍｍ×４２ｍｍであり、厚みがＦＯＤセンサ１３が収容可能な９〜１５ｍｍ（本実施形態では１１ｍｍ）である。また、ホルダ１２の隆起部１２２の厚み、すなわち、ＦＯＤセンサ１３と基台１１との離間距離は、可能な限り小さい方がよく、たとえば、１ｍｍ以下に設定される。隆起部１２２の厚みを前記の範囲に設定することによって、ＦＯＤセンサ１３が配管２０の保温材下腐食から発生するＡＥを受信する感度が低下するのを抑制することができる。
【００３６】
また、ホルダ１２は、金属製（本実施形態ではＳＵＳ３０３）である。ホルダ１２を基台１１に取り付ける場合には、ホルダ１２と基台１１との間に接触媒質を介在させることが好ましい。これによって、ＦＯＤセンサ１３が配管２０の保温材下腐食から発生するＡＥを受信する感度が低下するのを抑制することができる。接触媒質としては、たとえば、ソニーコート（商品名:日合アセチレン株式会社製）などを挙げることができる。
【００３７】
ＦＯＤセンサ１３は、ホルダ１２の収容空間１２１に収容され、配管２０の腐食の剥離または亀裂から発生する弾性波であるＡＥを受信し、配管２０の保温材下腐食を検知する。このＦＯＤセンサ１３には、ホルダ１２の一側部に設けられるジョイント部１５を介して入力側光ファイバ６および出力側光ファイバ７が接続されている。入力側光ファイバ６は、光源２から放射される光をＦＯＤセンサ１３に伝送する伝送路であり、出力側光ファイバ７は、ＦＯＤセンサ１３から出力される光を伝送する伝送路である。
【００３８】
ＦＯＤセンサ１３は、光ファイバのドップラー効果を利用したセンサであり、光ファイバに入射した光の周波数の変調を読み取ることによって、光ファイバに加わったひずみ（弾性波や応力変化等）を検知することができるようになっている。
【００３９】
たとえば、光ファイバに光源２から音速Ｃ、周波数ｆ０の光波が入射されたときに、光ファイバが伸長速度νで長さＬだけ伸びたとする。このとき、ドップラー効果により、入射光の周波数がｆ０からｆ１に変調したとすると、変調後の周波数ｆ１はドップラー効果の公式を用いて、下記式（１）のように表すことができる。
【００４０】
【数１】
［式（１）中、ｆ０は入射光の周波数、ｆ１は変調後の周波数、Ｃは音速、νは光ファイバの伸長速度を表す。］
【００４１】
式（１）において、変調後の周波数ｆ１は入射光の周波数ｆ０からｆｄ変調したとすると、光ファイバの周波数変調ｆｄは、下記式（２）のように表すことができる。
【００４２】
【数２】
［式（２）中、ｆ０は入射光の周波数、ｆｄは光ファイバの周波数変調、Ｃは音速、νは光ファイバの伸長速度を表す。］
【００４３】
そして、下記式（３）に示す波の公式を用いれば、光ファイバの周波数変調ｆｄは、下記式（４）のように表すことができる。
【００４４】
【数３】
［式（３）中、ｆ０は周波数、Ｃは音速、λは波長を表す。］
【００４５】
【数４】
［式（４）中、ｆ０は入射光の周波数、ｆｄは光ファイバの周波数変調、Ｃは音速、ｔは時間、Ｌは光ファイバの長さを表し、ｄＬ／ｄｔは光ファイバの長さの時間変化を表す。］
【００４６】
式（４）は、光ファイバの伸縮速度を光波の周波数変調として検出することができることを示している。すなわち、光ファイバの周波数変調ｆｄを読み取ることによって、光ファイバに加わったひずみ（弾性波や応力変化等）を検知することが可能となる。
【００４７】
また、ＦＯＤセンサ１３は、光ファイバをコイル状に巻いて積層することにより、上記式（４）におけるＬの値を大きくしてセンサの感度を高め、かつ全方位からのＡＥの受信を可能にしている。本実施形態では、ＦＯＤセンサ１３として、ゲージ長６５ｍの光ファイバを積層のコイル状に積み上げて形成した、積層型ＦＯＤセンサ（ＬＡ−ＥＤ−Ｓ６５−０７−ＭＬ、株式会社レーザック社製）を用いる。
【００４８】
図１に戻って、光源２は、たとえば、半導体や気体等を用いたレーザであり、レーザ光（コヒーレント光）を入力光として入力側光ファイバ６に入力できるようになっている。光源２からの入力光の波長は特に限定されず、可視光域でも赤外域でもよいが、入手が容易であるとの点からは波長が１５５０ｎｍの半導体レーザが好ましい。
【００４９】
検出器５は、入力側光ファイバ６を伝送しＦＯＤセンサ１３に入力される入力光と、出力側光ファイバ７を伝送しＦＯＤセンサ１３から出力される出力光との間の周波数変調成分を検出するものである。
【００５０】
本実施形態の保温材下腐食検出装置１０は、さらに、ＡＯＭ４、入力光の一部をＡＯＭ４に送るためのハーフミラー３ａ、およびＡＯＭ４によって変調させられた入力光を検出器５に送るためのハーフミラー３ｂを備えている。ＡＯＭ４は、従来公知の構成を備えており、入力光の周波数ｆ０を変調させて周波数（ｆ０＋ｆＭ）とすることができるようになっている（ｆＭは周波数変化量であり、正負の値を含む）。
【００５１】
光源２から入力側光ファイバ６を介して検知手段１のＦＯＤセンサ１３に入射された周波数ｆ０の光波は、ＦＯＤセンサ１３が配管２０の腐食による剥離または亀裂等に起因して発生したＡＥを受信すると、周波数（ｆ０−ｆｄ）に変調する。変調した光波は、出力側光ファイバ７を介して検出器５に入射される。検出器５では、光ヘテロダイン干渉法によって変調成分（光ファイバの周波数変調）ｆｄが検出される。
【００５２】
以上のようにして、本実施形態の保温材下腐食検出装置１０は、機器である配管２０の腐食による剥離または亀裂等に起因して発生したＡＥをリアルタイムで受信することができるので、配管２０の保温材下腐食をリアルタイムで検出することができる。
【００５３】
＜保温材下腐食検査方法＞
本発明の実施形態に係る保温材下腐食検査方法は、上述の保温材下腐食検出装置１０を用いて実現される。本実施形態の保温材下腐食検査方法は、検出工程と、周波数−電圧変換工程と、抽出データ生成工程と、判定工程とを含む。
【００５４】
検出工程では、保温材下腐食検出装置１０を用い、機器である配管２０の腐食部から発生するＡＥに基づく周波数変調成分ｆｄを検出する。周波数−電圧変換工程では、ＦＶ（Frequency to Voltage）変換器によって周波数変調成分ｆｄを電圧Ｖに変換し、電圧Ｖの波形データを得る。抽出データ生成工程では、電圧Ｖの波形データを周波数解析処理し、機器である配管２０の保温材下腐食に対応する特徴値が抽出された抽出データを得る。抽出データは、縦軸がスペクトルパワー、横軸が周波数となるデータである。なお、周波数解析処理は、高速フーリエ変換（fast Fourier transformation ：ＦＦＴ）を用いて行う。そして、判定工程では、抽出データに基づいて、機器である配管２０の保温材下腐食の有無を判定する。これによって、配管２０の保温材下腐食をリアルタイムで検査することができる。
【００５５】
＜ＦＯＤセンサによるＡＥの受信感度についての試験＞
本実施形態の保温材下腐食検出装置１０と従来技術の検出装置とを用いて、ＦＯＤセンサによるＡＥの受信感度に関する試験を行った。従来技術の検出装置としては、振動伝播媒体にＦＯＤセンサを接着剤を介して固定する方式の装置を用いた。
【００５６】
（受波電圧感度の試験）
相互校正法によるアコースティック・エミッション変換子の絶対感度校正方法に関する規格（日本非破壊検査協会規格：ＮＤＩＳ ２１０９−１９９１）に従って、本実施形態の保温材下腐食検出装置１０におけるＦＯＤセンサ１３と、従来技術の検出装置におけるＦＯＤセンサとの、受波電圧感度の比較試験を行った。
【００５７】
具体的には、まず、校正用のアコースティック・エミッション（ＡＥ）変換子として、３個のＡＥセンサ（型式：ＲＥＦ−ＶＬ、株式会社富士セラミックス製）を準備する。この３個の校正用ＡＥセンサを、炭素鋼のブロック（８００ｍｍ×８００ｍｍ×４００ｍｍ）に取付けて送受波の独立した組合せを３組構成し、ＮＤＩＳ ２１０９−１９９１の３．２．３項に準じて、一次校正を行って、校正用ＡＥセンサの送波電圧感度を求める。次に、一次校正によって送波電圧感度が求められた校正用センサを送波用として炭素鋼のブロック（８００ｍｍ×８００ｍｍ×４００ｍｍ）に取付け、本実施形態の保温材下腐食検出装置１０におけるＦＯＤセンサ１３と、従来技術の検出装置におけるＦＯＤセンサとを、それぞれ受波に用いて、ＮＤＩＳ ２１０９−１９９１の４．２．２項に準じて、二次校正を行って、各ＦＯＤセンサの受波電圧感度を求める。
【００５８】
結果を図３に示す。図３は、周波数と受波電圧感度との関係を示すグラフである。図３において、縦軸は受波電圧感度（ｄＢ）を示し、横軸は周波数（ｋＨｚ）を示す。また、図３において、曲線Ａは、本実施形態の保温材下腐食検出装置１０におけるＦＯＤセンサ１３の試験結果を示し、曲線Ｂは、従来技術の検出装置におけるＦＯＤセンサの試験結果を示す。
【００５９】
図３より、基台１１を介して振動伝播媒体の振動を検知する本実施形態の検知手段１の構成におけるＦＯＤセンサ１３は、従来技術の検出装置におけるＦＯＤセンサと比較して同等の、受波電圧感度を有することが分かる。
【００６０】
（ＰＺＴ発振に対する感度の試験）
炭素鋼平板を振動伝播媒体とし、パルスジェネレータから矩形波（パルス波）を入力してＰＺＴ型振動子（圧電素子型セラミック振動子）を発振し、この発振による振動伝播媒体の振動を、本実施形態の保温材下腐食検出装置１０におけるＦＯＤセンサ１３と、従来技術の検出装置におけるＦＯＤセンサとで受振させた。なお、ＰＺＴ型振動子と各ＦＯＤセンサとの距離は、１４７５ｍｍとした。
【００６１】
結果を図４に示す。図４は、ＰＺＴ発振に対する受振波形を示すグラフである。図４において、縦軸は振幅（ｖ）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。また、図４において、波形Ａは、本実施形態の保温材下腐食検出装置１０におけるＦＯＤセンサ１３の受振波形を示し、波形Ｂは、従来技術の検出装置におけるＦＯＤセンサの受振波形を示し、波形Ｃは、ＰＺＴ型振動子の発振波形を示す。
【００６２】
図４より、基台１１を介して振動伝播媒体の振動を検知する本実施形態の検知手段１の構成におけるＦＯＤセンサ１３は、従来技術の検出装置におけるＦＯＤセンサと比較して同等の、ＰＺＴ発振に対する受振感度を有することが分かる。
【００６３】
（シャープペンシル芯圧折に対する感度の試験）
炭素鋼平板を振動伝播媒体とし、シャープペンシルの芯を圧折し、この圧折による振動伝播媒体の振動を、本実施形態の保温材下腐食検出装置１０におけるＦＯＤセンサ１３と、従来技術の検出装置におけるＦＯＤセンサとで受振させた。なお、シャープペンシルの芯の圧折位置と各ＦＯＤセンサとの距離は、１４７５ｍｍとした。また、シャープペンシルの芯は硬度２Ｈ、径０．５ｍｍとし、この芯を長さ３ｍｍ出し、約３０度の角度で傾けて圧折した。
【００６４】
結果を図５に示す。図５は、シャープペンシル芯圧折に対する受振波形を示すグラフである。図５（ａ）は、本実施形態の保温材下腐食検出装置１０におけるＦＯＤセンサ１３が受信したＡＥに基づく周波数変調成分を電圧に変換した電圧波形データを示し、図５（ｂ）は、従来技術の検出装置におけるＦＯＤセンサが受信したＡＥに基づく周波数変調成分を電圧に変換した電圧波形データを示す。図５（ａ）および図５（ｂ）において、縦軸は電圧（ｍＶ）を示し、横軸は時間（μｓｅｃ）を示す。また、図５（ｃ）は、本実施形態の保温材下腐食検出装置１０におけるＦＯＤセンサ１３が受信したＡＥに基づく周波数変調成分を電圧に変換しさらに抽出データに変換した波形を示し、図５（ｄ）は、従来技術の検出装置におけるＦＯＤセンサが受信したＡＥに基づく周波数変調成分を電圧に変換しさらに抽出データに変換した波形を示す。図５（ｃ）および図５（ｄ）において、縦軸はスペクトルパワー（ａ．ｕ．）を示し、横軸は周波数（ｋＨｚ）を示す。
【００６５】
図５より、基台１１を介して振動伝播媒体の振動を検知する本実施形態の検知手段１の構成におけるＦＯＤセンサ１３は、従来技術の検出装置におけるＦＯＤセンサと比較して同等の、シャープペンシル芯圧折による発振に対する受振感度を有することが分かる。
【符号の説明】
【００６６】
１ 検知手段
２ 光源
５ 検出器
６ 入力側光ファイバ
７ 出力側光ファイバ
１０ 保温材下腐食検出装置
１１ 基台
１２ ホルダ
１３ 光ファイバドップラセンサ（ＦＯＤセンサ）
１４ ボルト
２０ 配管
１２１ 収容空間
１２２ 隆起部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機器の保温材下腐食を検出する保温材下腐食検出装置および保温材下腐食検査方法に関する。具体的には、保温材が取付けられている機器において、保温材下腐食を検出する保温材下腐食検出装置、および該保温材下腐食検出装置を用いて保温材下腐食を検査する保温材下腐食検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素鋼、低合金鋼製の機器における保温材下腐食は、漏洩トラブルの主な原因となることから、長年稼動している化学プラントにおいては管理を必要とする深刻な劣化現象の１つである。
【０００３】
一般に、化学プラントなどにおいては、塔槽類、配管、弁栓類、熱交換器などの多くの機器に保温材が取付けられている。目視により保温材下腐食（Corrosion Under Insulation：以下、「ＣＵＩ」ともいう）検査を行うためには、保温材を除去する必要がある。また、保温材解体（取り外し）のために足場を組む場合には、莫大な工数（期間）と費用とを要する。たとえば、１つのプラントにおける配管の総延長距離は数１０ｋｍと莫大であり、配管の腐食が発見されるのは１０００系統の内、２〜３系統程度であり、非常に効率の悪いことが問題となっている。そのため、保温材の除去作業を必要とせず、かつ防爆要求の多いプラント設備に対応した配管のＣＵＩ検査技術の開発が強く求められている。
【０００４】
これまでに、配管のＣＵＩ検査に適用すべく、様々な非破壊検査技術が検討されている。たとえば、配管のＣＵＩ検査として、放射線透過法、ガイドウェーブを用いた超音波探傷法を適用することが検討されている。
【０００５】
放射線透過法は、放射線源と当該放射線源に対向するように設置したセンサとを用い、保温材および配管を透過した放射線の透過強度を測定することにより、配管の損傷の有無を評価する試験方法である。また、放射線源およびセンサを備えたスキャナを用いて配管の軸方向に走査することにより、配管の腐食減肉マップを得ることができる。放射線透過法によれば、配管の保温材を除去することなく、視覚的に腐食状況を把握することができる（非特許文献１）。
【０００６】
超音波探傷法は、配管にガイドウェーブ（超音波）を長距離伝播させ、断面積が変化している部位から反射されたエコーを測定することにより、配管の損傷の有無を評価する試験方法である。超音波探傷法によれば、配管にガイドウェーブを伝播させるので、長距離の検査を実施することができるという特徴があり、配管の状態を高速で検査することが可能である（非特許文献２）。
【０００７】
しかしながら、上記の検査方法では、適用できる条件が限られているという問題を有している。
【０００８】
具体的には、放射線透過法は、配管全体の腐食減肉マップを得るためには、スキャナを取付けて配管の軸方向に走査する必要がある。そのため、配管の直管部にしか適用することができない。また、放射線源およびセンサを備えたスキャナ等のシステムを設置するスペースが必要であることから、化学プラントのように配管間隔が狭く且つ複雑な形状をした配管では適用できる部位が限定されるという問題を有している。
【０００９】
一方、超音波探傷法は、配管にガイドウェーブを長距離伝播させるため、数ｍの長距離探傷が可能であるものの、腐食による配管の減肉部のみならず配管の溶接部、フランジ部といった断面積が変化している位置においてもエコーが出現する。このため、配管の損傷の有無を正確に評価するためには、配管の形状を予め把握しておく必要がある。また、溶接部およびフランジ部からのエコー強度は強いため、エコーのリンギングにより検査不能域が発生するという問題を有している。また、腐食検査を行うために配管の保温材を除去する必要があるという問題も有している。
【００１０】
上記の問題点は配管に限られるものではなく、塔槽類、弁栓類、熱交換器などでも同様の問題点を有している。
【００１１】
このような問題を解決するために、特許文献１には、光ファイバドップラセンサを配管に取付けて当該配管の腐食を検出する保温材下腐食検査方法が開示されている。光ファイバドップラセンサは、防爆性で電気火花が発生しないので、化学プラントのような防爆地域を有するプラント内においても常設することが可能であり、配管の腐食から発生した弾性波であるアコースティックエミッションをリアルタイムで検出することができるため、簡便に保温材下腐食検査を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１０−１０７３６２号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】河部俊英、「配管の腐食検査技術 ＲＴを用いた原油配管自動検査 リアルタイムラジオグラフィー Ｔｈｒｕ−ＶＵ」、検査技術、日本工業出版株式会社、平成１８年（２００６年）１月号、ｐ．１８−２４
【非特許文献２】永島良昭，遠藤正男，三木将裕，真庭一彦、「ガイド波を用いた配管減肉検査技術」、配管技術、日本工業出版株式会社、平成２０年（２００８年）６月号、ｐ．１９−２４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
化学プラント内には、保温材が取付けられている機器が多数設置されている。コスト面を考慮して限られたセンサの数で、多数設置されている機器における保温材下腐食を検査するためには、検査対象に対するセンサの固定位置が変更可能であることが望まれる。
【００１５】
特許文献１に開示される保温材下腐食検査方法では、光ファイバドップラセンサは、配管の表面に接触させて接着剤などを介して固定されているので、簡単に光ファイバドップラセンサを取外すことができず、取外せたとしてもセンサが破損して使用不能となる。
【００１６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、保温材に覆われた機器において、保温材下腐食をリアルタイムで検出することができるとともに、検査対象である機器に対してセンサが簡単に着脱可能である保温材下腐食検出装置を提供することである。また本発明の他の目的は、前記保温材下腐食検出装置を用いて機器の保温材下腐食を検査する保温材下腐食検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、光を放射する光源と、
保温材により被覆された機器の保温材下腐食を検知する検知手段であって、
機器の表面に接触して固定される板状の基台と、
前記基台に着脱自在に設けられるホルダと、
前記ホルダに収容され、機器の腐食部から発生するアコースティックエミッションを受信し、機器の保温材下腐食を検知する光ファイバドップラセンサと、
前記ホルダを前記基台に着脱自在に固定する固定部材と、を含む検知手段と、
前記光ファイバドップラセンサに接続され、前記光源から放射される光を前記光ファイバドップラセンサに伝送する伝送路となる入力側光ファイバと、
前記光ファイバドップラセンサに接続され、前記光ファイバドップラセンサから出力される光を伝送する伝送路となる出力側光ファイバと、
前記入力側光ファイバを伝送し前記光ファイバドップラセンサに入力される入力光と、前記出力側光ファイバを伝送し前記光ファイバドップラセンサから出力される出力光との間の周波数変調成分を検出する検出器と、を備えることを特徴とする保温材下腐食検出装置である。
【００１８】
また本発明の保温材下腐食検出装置は、前記ホルダは、前記光ファイバドップラセンサを収容する円柱状の収容空間を有する有底の四角筒状に形成され、底部に、前記収容空間に臨む一表面とは反対側の他表面から隆起する円柱状の隆起部が設けられることを特徴とする。
【００１９】
また本発明の保温材下腐食検出装置は、前記ホルダが、前記基台に取付けられた状態では、
前記隆起部が前記基台の表面に面接触し、前記隆起部の前記収容空間に臨む表面が機器の軸線を含む仮想一平面に平行に配置され、前記光ファイバドップラセンサを前記隆起部の前記表面に前記仮想一平面と平行に実装することができるように構成されることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、保温材により被覆された機器の保温材下腐食を検査する保温材下腐食検査方法であって、
前記保温材下腐食検出装置を用い、機器の腐食部から発生するアコースティックエミッションに基づく周波数変調成分を検出する検出工程と、
前記周波数変調成分を電圧に変換し、電圧の波形データを得る周波数−電圧変換工程と、
前記電圧の波形データを周波数解析処理し、機器の保温材下腐食に対応する特徴値が抽出された抽出データを得る抽出データ生成工程と、
前記抽出データに基づいて、機器の保温材下腐食の有無を判定する判定工程と、を含むことを特徴とする保温材下腐食検査方法である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、保温材下腐食検出装置は、保温材により被覆された機器の保温材下腐食を検知する検知手段を含む。この検知手段は、機器の表面に接触して固定される板状の基台と、基台に着脱自在に設けられるホルダと、ホルダに収容され、機器の腐食部から発生するアコースティックエミッションを受信する光ファイバドップラセンサと、ホルダを基台に着脱自在に固定する固定部材とを含む。
【００２２】
保温材下腐食検出装置は、光ファイバドップラセンサが、機器の腐食の剥離または亀裂から発生する弾性波であるアコースティックエミッションをリアルタイムで受信することができるので、機器の腐食をリアルタイムで検出することができる。また、保温材下腐食検出装置では、光ファイバドップラセンサを収容するホルダが、機器に固定される基台に着脱自在に設けられるので、光ファイバドップラセンサが機器に対して着脱可能である。そのため、検査対象である機器に対する光ファイバドップラセンサの固定位置が変更可能であり、これによって、限られたセンサの数で、プラント内に多数設置されている機器における保温材下腐食を検査することができる。
【００２３】
また本発明によれば、ホルダは、光ファイバドップラセンサを収容する円柱状の収容空間を有する有底の四角筒状に形成され、底部に、前記収容空間に臨む一表面とは反対側の他表面から隆起する円柱状の隆起部が設けられる。これによって、機器の保温材下腐食を、基台を介して検知する検知手段の構成において、光ファイバドップラセンサが、機器の腐食部から発生するアコースティックエミッションを受信する感度が低下するのを抑制することができる。
【００２４】
また本発明によれば、ホルダは、基台に取付けられた状態では、隆起部が基台の表面に面接触し、隆起部の収容空間に臨む表面が機器の軸線を含む仮想一平面に平行に配置され、光ファイバドップラセンサを隆起部の前記表面に前記仮想一平面と平行に実装することができるように構成される。これによって、機器の保温材下腐食を、基台を介して検知する検知手段の構成において、光ファイバドップラセンサが、機器の腐食部から発生するアコースティックエミッションを受信する感度が低下するのを、さらに抑制することができる。
【００２５】
また本発明によれば、保温材下腐食検査方法は、検出工程と、周波数−電圧変換工程と、抽出データ生成工程と、判定工程とを含む。検出工程では、本発明に係る保温材下腐食検出装置を用い、機器の腐食部から発生するアコースティックエミッションに基づく周波数変調成分を検出する。周波数−電圧変換工程では、周波数変調成分を電圧に変換し、電圧の波形データを得る。抽出データ生成工程では、電圧の波形データを周波数解析処理し、機器の保温材下腐食に対応する特徴値が抽出された抽出データを得る。そして、判定工程では、抽出データに基づいて、機器の保温材下腐食の有無を判定する。これによって、機器の保温材下腐食をリアルタイムで検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係る保温材下腐食検出装置１０の構成を示す図である。
【図２Ａ】保温材下腐食検出装置１０が備える検知手段１の構成を示す図である。
【図２Ｂ】保温材下腐食検出装置１０が備える検知手段１の構成を示す図である。
【図３】周波数と受波電圧感度との関係を示すグラフである。
【図４】ＰＺＴ発振に対する受振波形を示すグラフである。
【図５】シャープペンシル芯圧折に対する受振波形を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
＜保温材下腐食検出装置＞
図１は、本発明の実施形態に係る保温材下腐食検出装置１０の構成を示す図である。図２Ａおよび図２Ｂは、保温材下腐食検出装置１０が備える検知手段１の構成を示す図である。図２Ａ（ａ）は検知手段１の構成を示す斜視図であり、図２Ａ（ｂ）は検知手段１の構成を示す分解斜視図である。また、図２Ｂ（ｃ）は検知手段１の構成を示す平面図であり、図２Ｂ（ｄ）は検知手段１の構成を示す正面図である。
【００２８】
本実施形態の保温材下腐食検出装置１０は、保温材により被覆された機器の保温材下腐食を検知する装置である。本実施形態において機器とは、保温材が取付けられた塔槽類、配管、弁栓類、熱交換器などを含む。以下では、保温材下腐食検出装置１０が、保温材により被覆された機器として配管２０の保温材下腐食を検知する装置であるとして説明する。また、保温材下腐食としては、「サビこぶ」を挙げることができる。サビは水酸化鉄（Ｆｅ（ＯＨ）２）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４など）が金属表面に薄く付着した状態で、水分、酸素などがさらに供給されることでこぶ状に盛り上がった状態を「サビこぶ」という。
【００２９】
保温材下腐食検出装置１０は、検知手段１と、光源２と、ハーフミラー３ａ，３ｂと、ＡＯＭ（Acoustic Optical Modulator）４と、検出器５と、入力側光ファイバ６と、出力側光ファイバ７とを含んで構成される。
【００３０】
検知手段１は、配管２０の表面に取り付けられ、配管２０の保温材下腐食を検知する。この検知手段１は、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、基台１１と、基台１１に着脱自在に設けられるホルダ１２と、ホルダ１２に収容される光ファイバドップラ（Fiber
Optical Doppler、以下、「ＦＯＤ」という）センサ１３と、ホルダ１２を基台１１に着脱自在に固定する複数（本実施形態では４）の固定部材であるボルト１４とを含む。
【００３１】
基台１１は、扁平な四辺形の金属製（本実施形態ではＳＵＳ３０３）の板状体からなり、その四隅には、各ボルト１４の軸部が螺合するねじ孔１１１が形成される。この基台１１は、エポキシ樹脂を介して配管２０の表面に固定される。エポキシ樹脂としては、たとえば、デブコン（商品名：Illinois Tool Works Inc.製）、アラルダイト（商品名：ニチバン株式会社製）等を挙げることができる。基台１１は、その大きさが４２ｍｍ×４２ｍｍであり、厚みが３〜１５ｍｍ（本実施形態では６ｍｍ）である。基台１１の厚みが１５ｍｍを超えると、基台１１を介して機器である配管２０の保温材下腐食を検知する検知手段１の構成において、ＦＯＤセンサ１３が、配管２０の腐食部から発生するアコースティックエミッション（以下、「ＡＥ」という）を受信する感度が低下するおそれがある。
【００３２】
ホルダ１２は、ＦＯＤセンサ１３を収容する略円柱状の収容空間１２１を有する扁平な有底の四角筒状に形成され、その一側部にはジョイント部１５が設けられ、四隅には各ボルト１４の軸部が挿通する軸孔１２３がホルダ１２の厚み方向に貫通して形成される。ホルダ１２にはまた、底部に、収容空間１２１に臨む一表面とは反対側の他表面から隆起する円柱状の隆起部１２２が設けられる。すなわち、ホルダ１２には、その厚み方向に関して一方の低面から外方に隆起する扁平な略円柱状の隆起部１２２が一体的に形成される。これによって、機器である配管２０の保温材下腐食を、基台１１を介して検知する検知手段１の構成において、ＦＯＤセンサ１３が、配管２０の腐食部から発生するＡＥを受信する感度が低下するのを抑制することができる。
【００３３】
また、ホルダ１２は、基台１１に取り付けられた状態では、隆起部１２２が基台１１の表面に面接触し、隆起部１２２の収容空間１２１に臨む表面が、機器である配管２０の軸線を含む仮想一平面に平行に配置され、ＦＯＤセンサ１３を隆起部１２２の前記表面に前記仮想一平面と平行に実装することができるように構成される。これによって、機器である配管２０の保温材下腐食を、基台１１を介して検知する検知手段１の構成において、ＦＯＤセンサ１３が、配管２０の腐食部から発生するＡＥを受信する感度が低下するのを、さらに抑制することができる。
【００３４】
また、本実施形態の保温材下腐食検出装置１０では、ＦＯＤセンサ１３を収容するホルダ１２が、機器である配管２０に固定される基台１１に着脱自在に設けられるので、ＦＯＤセンサ１３が配管２０に対して着脱可能である。そのため、配管２０に対するＦＯＤセンサ１３の固定位置が変更可能であり、これによって、限られたセンサの数で、プラント内に多数設置されている機器における保温材下腐食を検査することができる。
【００３５】
また、ホルダ１２は、その大きさが４２ｍｍ×４２ｍｍであり、厚みがＦＯＤセンサ１３が収容可能な９〜１５ｍｍ（本実施形態では１１ｍｍ）である。また、ホルダ１２の隆起部１２２の厚み、すなわち、ＦＯＤセンサ１３と基台１１との離間距離は、可能な限り小さい方がよく、たとえば、１ｍｍ以下に設定される。隆起部１２２の厚みを前記の範囲に設定することによって、ＦＯＤセンサ１３が配管２０の保温材下腐食から発生するＡＥを受信する感度が低下するのを抑制することができる。
【００３６】
また、ホルダ１２は、金属製（本実施形態ではＳＵＳ３０３）である。ホルダ１２を基台１１に取り付ける場合には、ホルダ１２と基台１１との間に接触媒質を介在させることが好ましい。これによって、ＦＯＤセンサ１３が配管２０の保温材下腐食から発生するＡＥを受信する感度が低下するのを抑制することができる。接触媒質としては、たとえば、ソニーコート（商品名:日合アセチレン株式会社製）などを挙げることができる。
【００３７】
ＦＯＤセンサ１３は、ホルダ１２の収容空間１２１に収容され、配管２０の腐食の剥離または亀裂から発生する弾性波であるＡＥを受信し、配管２０の保温材下腐食を検知する。このＦＯＤセンサ１３には、ホルダ１２の一側部に設けられるジョイント部１５を介して入力側光ファイバ６および出力側光ファイバ７が接続されている。入力側光ファイバ６は、光源２から放射される光をＦＯＤセンサ１３に伝送する伝送路であり、出力側光ファイバ７は、ＦＯＤセンサ１３から出力される光を伝送する伝送路である。
【００３８】
ＦＯＤセンサ１３は、光ファイバのドップラー効果を利用したセンサであり、光ファイバに入射した光の周波数の変調を読み取ることによって、光ファイバに加わったひずみ（弾性波や応力変化等）を検知することができるようになっている。
【００３９】
たとえば、光ファイバに光源２から音速Ｃ、周波数ｆ０の光波が入射されたときに、光ファイバが伸長速度νで長さＬだけ伸びたとする。このとき、ドップラー効果により、入射光の周波数がｆ０からｆ１に変調したとすると、変調後の周波数ｆ１はドップラー効果の公式を用いて、下記式（１）のように表すことができる。
【００４０】
【数１】
［式（１）中、ｆ０は入射光の周波数、ｆ１は変調後の周波数、Ｃは音速、νは光ファイバの伸長速度を表す。］
【００４１】
式（１）において、変調後の周波数ｆ１は入射光の周波数ｆ０からｆｄ変調したとすると、光ファイバの周波数変調ｆｄは、下記式（２）のように表すことができる。
【００４２】
【数２】
［式（２）中、ｆ０は入射光の周波数、ｆｄは光ファイバの周波数変調、Ｃは音速、νは光ファイバの伸長速度を表す。］
【００４３】
そして、下記式（３）に示す波の公式を用いれば、光ファイバの周波数変調ｆｄは、下記式（４）のように表すことができる。
【００４４】
【数３】
［式（３）中、ｆ０は周波数、Ｃは音速、λは波長を表す。］
【００４５】
【数４】
［式（４）中、ｆ０は入射光の周波数、ｆｄは光ファイバの周波数変調、Ｃは音速、ｔは時間、Ｌは光ファイバの長さを表し、ｄＬ／ｄｔは光ファイバの長さの時間変化を表す。］
【００４６】
式（４）は、光ファイバの伸縮速度を光波の周波数変調として検出することができることを示している。すなわち、光ファイバの周波数変調ｆｄを読み取ることによって、光ファイバに加わったひずみ（弾性波や応力変化等）を検知することが可能となる。
【００４７】
また、ＦＯＤセンサ１３は、光ファイバをコイル状に巻いて積層することにより、上記式（４）におけるＬの値を大きくしてセンサの感度を高め、かつ全方位からのＡＥの受信を可能にしている。本実施形態では、ＦＯＤセンサ１３として、ゲージ長６５ｍの光ファイバを積層のコイル状に積み上げて形成した、積層型ＦＯＤセンサ（ＬＡ−ＥＤ−Ｓ６５−０７−ＭＬ、株式会社レーザック社製）を用いる。
【００４８】
図１に戻って、光源２は、たとえば、半導体や気体等を用いたレーザであり、レーザ光（コヒーレント光）を入力光として入力側光ファイバ６に入力できるようになっている。光源２からの入力光の波長は特に限定されず、可視光域でも赤外域でもよいが、入手が容易であるとの点からは波長が１５５０ｎｍの半導体レーザが好ましい。
【００４９】
検出器５は、入力側光ファイバ６を伝送しＦＯＤセンサ１３に入力される入力光と、出力側光ファイバ７を伝送しＦＯＤセンサ１３から出力される出力光との間の周波数変調成分を検出するものである。
【００５０】
本実施形態の保温材下腐食検出装置１０は、さらに、ＡＯＭ４、入力光の一部をＡＯＭ４に送るためのハーフミラー３ａ、およびＡＯＭ４によって変調させられた入力光を検出器５に送るためのハーフミラー３ｂを備えている。ＡＯＭ４は、従来公知の構成を備えており、入力光の周波数ｆ０を変調させて周波数（ｆ０＋ｆＭ）とすることができるようになっている（ｆＭは周波数変化量であり、正負の値を含む）。
【００５１】
光源２から入力側光ファイバ６を介して検知手段１のＦＯＤセンサ１３に入射された周波数ｆ０の光波は、ＦＯＤセンサ１３が配管２０の腐食による剥離または亀裂等に起因して発生したＡＥを受信すると、周波数（ｆ０−ｆｄ）に変調する。変調した光波は、出力側光ファイバ７を介して検出器５に入射される。検出器５では、光ヘテロダイン干渉法によって変調成分（光ファイバの周波数変調）ｆｄが検出される。
【００５２】
以上のようにして、本実施形態の保温材下腐食検出装置１０は、機器である配管２０の腐食による剥離または亀裂等に起因して発生したＡＥをリアルタイムで受信することができるので、配管２０の保温材下腐食をリアルタイムで検出することができる。
【００５３】
＜保温材下腐食検査方法＞
本発明の実施形態に係る保温材下腐食検査方法は、上述の保温材下腐食検出装置１０を用いて実現される。本実施形態の保温材下腐食検査方法は、検出工程と、周波数−電圧変換工程と、抽出データ生成工程と、判定工程とを含む。
【００５４】
検出工程では、保温材下腐食検出装置１０を用い、機器である配管２０の腐食部から発生するＡＥに基づく周波数変調成分ｆｄを検出する。周波数−電圧変換工程では、ＦＶ（Frequency to Voltage）変換器によって周波数変調成分ｆｄを電圧Ｖに変換し、電圧Ｖの波形データを得る。抽出データ生成工程では、電圧Ｖの波形データを周波数解析処理し、機器である配管２０の保温材下腐食に対応する特徴値が抽出された抽出データを得る。抽出データは、縦軸がスペクトルパワー、横軸が周波数となるデータである。なお、周波数解析処理は、高速フーリエ変換（fast Fourier transformation ：ＦＦＴ）を用いて行う。そして、判定工程では、抽出データに基づいて、機器である配管２０の保温材下腐食の有無を判定する。これによって、配管２０の保温材下腐食をリアルタイムで検査することができる。
【００５５】
＜ＦＯＤセンサによるＡＥの受信感度についての試験＞
本実施形態の保温材下腐食検出装置１０と従来技術の検出装置とを用いて、ＦＯＤセンサによるＡＥの受信感度に関する試験を行った。従来技術の検出装置としては、振動伝播媒体にＦＯＤセンサを接着剤を介して固定する方式の装置を用いた。
【００５６】
（受波電圧感度の試験）
相互校正法によるアコースティック・エミッション変換子の絶対感度校正方法に関する規格（日本非破壊検査協会規格：ＮＤＩＳ ２１０９−１９９１）に従って、本実施形態の保温材下腐食検出装置１０におけるＦＯＤセンサ１３と、従来技術の検出装置におけるＦＯＤセンサとの、受波電圧感度の比較試験を行った。
【００５７】
具体的には、まず、校正用のアコースティック・エミッション（ＡＥ）変換子として、３個のＡＥセンサ（型式：ＲＥＦ−ＶＬ、株式会社富士セラミックス製）を準備する。この３個の校正用ＡＥセンサを、炭素鋼のブロック（８００ｍｍ×８００ｍｍ×４００ｍｍ）に取付けて送受波の独立した組合せを３組構成し、ＮＤＩＳ ２１０９−１９９１の３．２．３項に準じて、一次校正を行って、校正用ＡＥセンサの送波電圧感度を求める。次に、一次校正によって送波電圧感度が求められた校正用センサを送波用として炭素鋼のブロック（８００ｍｍ×８００ｍｍ×４００ｍｍ）に取付け、本実施形態の保温材下腐食検出装置１０におけるＦＯＤセンサ１３と、従来技術の検出装置におけるＦＯＤセンサとを、それぞれ受波に用いて、ＮＤＩＳ ２１０９−１９９１の４．２．２項に準じて、二次校正を行って、各ＦＯＤセンサの受波電圧感度を求める。
【００５８】
結果を図３に示す。図３は、周波数と受波電圧感度との関係を示すグラフである。図３において、縦軸は受波電圧感度（ｄＢ）を示し、横軸は周波数（ｋＨｚ）を示す。また、図３において、曲線Ａは、本実施形態の保温材下腐食検出装置１０におけるＦＯＤセンサ１３の試験結果を示し、曲線Ｂは、従来技術の検出装置におけるＦＯＤセンサの試験結果を示す。
【００５９】
図３より、基台１１を介して振動伝播媒体の振動を検知する本実施形態の検知手段１の構成におけるＦＯＤセンサ１３は、従来技術の検出装置におけるＦＯＤセンサと比較して同等の、受波電圧感度を有することが分かる。
【００６０】
（ＰＺＴ発振に対する感度の試験）
炭素鋼平板を振動伝播媒体とし、パルスジェネレータから矩形波（パルス波）を入力してＰＺＴ型振動子（圧電素子型セラミック振動子）を発振し、この発振による振動伝播媒体の振動を、本実施形態の保温材下腐食検出装置１０におけるＦＯＤセンサ１３と、従来技術の検出装置におけるＦＯＤセンサとで受振させた。なお、ＰＺＴ型振動子と各ＦＯＤセンサとの距離は、１４７５ｍｍとした。
【００６１】
結果を図４に示す。図４は、ＰＺＴ発振に対する受振波形を示すグラフである。図４において、縦軸は振幅（ｖ）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。また、図４において、波形Ａは、本実施形態の保温材下腐食検出装置１０におけるＦＯＤセンサ１３の受振波形を示し、波形Ｂは、従来技術の検出装置におけるＦＯＤセンサの受振波形を示し、波形Ｃは、ＰＺＴ型振動子の発振波形を示す。
【００６２】
図４より、基台１１を介して振動伝播媒体の振動を検知する本実施形態の検知手段１の構成におけるＦＯＤセンサ１３は、従来技術の検出装置におけるＦＯＤセンサと比較して同等の、ＰＺＴ発振に対する受振感度を有することが分かる。
【００６３】
（シャープペンシル芯圧折に対する感度の試験）
炭素鋼平板を振動伝播媒体とし、シャープペンシルの芯を圧折し、この圧折による振動伝播媒体の振動を、本実施形態の保温材下腐食検出装置１０におけるＦＯＤセンサ１３と、従来技術の検出装置におけるＦＯＤセンサとで受振させた。なお、シャープペンシルの芯の圧折位置と各ＦＯＤセンサとの距離は、１４７５ｍｍとした。また、シャープペンシルの芯は硬度２Ｈ、径０．５ｍｍとし、この芯を長さ３ｍｍ出し、約３０度の角度で傾けて圧折した。
【００６４】
結果を図５に示す。図５は、シャープペンシル芯圧折に対する受振波形を示すグラフである。図５（ａ）は、本実施形態の保温材下腐食検出装置１０におけるＦＯＤセンサ１３が受信したＡＥに基づく周波数変調成分を電圧に変換した電圧波形データを示し、図５（ｂ）は、従来技術の検出装置におけるＦＯＤセンサが受信したＡＥに基づく周波数変調成分を電圧に変換した電圧波形データを示す。図５（ａ）および図５（ｂ）において、縦軸は電圧（ｍＶ）を示し、横軸は時間（μｓｅｃ）を示す。また、図５（ｃ）は、本実施形態の保温材下腐食検出装置１０におけるＦＯＤセンサ１３が受信したＡＥに基づく周波数変調成分を電圧に変換しさらに抽出データに変換した波形を示し、図５（ｄ）は、従来技術の検出装置におけるＦＯＤセンサが受信したＡＥに基づく周波数変調成分を電圧に変換しさらに抽出データに変換した波形を示す。図５（ｃ）および図５（ｄ）において、縦軸はスペクトルパワー（ａ．ｕ．）を示し、横軸は周波数（ｋＨｚ）を示す。
【００６５】
図５より、基台１１を介して振動伝播媒体の振動を検知する本実施形態の検知手段１の構成におけるＦＯＤセンサ１３は、従来技術の検出装置におけるＦＯＤセンサと比較して同等の、シャープペンシル芯圧折による発振に対する受振感度を有することが分かる。
【符号の説明】
【００６６】
１ 検知手段
２ 光源
５ 検出器
６ 入力側光ファイバ
７ 出力側光ファイバ
１０ 保温材下腐食検出装置
１１ 基台
１２ ホルダ
１３ 光ファイバドップラセンサ（ＦＯＤセンサ）
１４ ボルト
２０ 配管
１２１ 収容空間
１２２ 隆起部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を放射する光源と、
保温材により被覆された機器の保温材下腐食を検知する検知手段であって、
機器の表面に接触して固定される板状の基台と、
前記基台に着脱自在に設けられるホルダと、
前記ホルダに収容され、機器の腐食部から発生するアコースティックエミッションを受信し、機器の保温材下腐食を検知する光ファイバドップラセンサと、
前記ホルダを前記基台に着脱自在に固定する固定部材と、を含む検知手段と、
前記光ファイバドップラセンサに接続され、前記光源から放射される光を前記光ファイバドップラセンサに伝送する伝送路となる入力側光ファイバと、
前記光ファイバドップラセンサに接続され、前記光ファイバドップラセンサから出力される光を伝送する伝送路となる出力側光ファイバと、
前記入力側光ファイバを伝送し前記光ファイバドップラセンサに入力される入力光と、前記出力側光ファイバを伝送し前記光ファイバドップラセンサから出力される出力光との間の周波数変調成分を検出する検出器と、を備えることを特徴とする保温材下腐食検出装置。
【請求項２】
前記ホルダは、前記光ファイバドップラセンサを収容する円柱状の収容空間を有する有底の四角筒状に形成され、底部に、前記収容空間に臨む一表面とは反対側の他表面から隆起する円柱状の隆起部が設けられることを特徴とする請求項１に記載の保温材下腐食検出装置。
【請求項３】
前記ホルダは、前記基台に取付けられた状態では、
前記隆起部が前記基台の表面に面接触し、前記隆起部の前記収容空間に臨む表面が機器の軸線を含む仮想一平面に平行に配置され、前記光ファイバドップラセンサを前記隆起部の前記表面に前記仮想一平面と平行に実装することができるように構成されることを特徴とする請求項２に記載の保温材下腐食検出装置。
【請求項４】
保温材により被覆された機器の保温材下腐食を検査する保温材下腐食検査方法であって、
請求項１〜３のいずれか１つに記載の保温材下腐食検出装置を用い、機器の腐食部から発生するアコースティックエミッションに基づく周波数変調成分を検出する検出工程と、
前記周波数変調成分を電圧に変換し、電圧の波形データを得る周波数−電圧変換工程と、
前記電圧の波形データを周波数解析処理し、機器の保温材下腐食に対応する特徴値が抽出された抽出データを得る抽出データ生成工程と、
前記抽出データに基づいて、機器の保温材下腐食の有無を判定する判定工程と、を含むことを特徴とする保温材下腐食検査方法。
【請求項１】
光を放射する光源と、
保温材により被覆された機器の保温材下腐食を検知する検知手段であって、
機器の表面に接触して固定される板状の基台と、
前記基台に着脱自在に設けられるホルダと、
前記ホルダに収容され、機器の腐食部から発生するアコースティックエミッションを受信し、機器の保温材下腐食を検知する光ファイバドップラセンサと、
前記ホルダを前記基台に着脱自在に固定する固定部材と、を含む検知手段と、
前記光ファイバドップラセンサに接続され、前記光源から放射される光を前記光ファイバドップラセンサに伝送する伝送路となる入力側光ファイバと、
前記光ファイバドップラセンサに接続され、前記光ファイバドップラセンサから出力される光を伝送する伝送路となる出力側光ファイバと、
前記入力側光ファイバを伝送し前記光ファイバドップラセンサに入力される入力光と、前記出力側光ファイバを伝送し前記光ファイバドップラセンサから出力される出力光との間の周波数変調成分を検出する検出器と、を備えることを特徴とする保温材下腐食検出装置。
【請求項２】
前記ホルダは、前記光ファイバドップラセンサを収容する円柱状の収容空間を有する有底の四角筒状に形成され、底部に、前記収容空間に臨む一表面とは反対側の他表面から隆起する円柱状の隆起部が設けられることを特徴とする請求項１に記載の保温材下腐食検出装置。
【請求項３】
前記ホルダは、前記基台に取付けられた状態では、
前記隆起部が前記基台の表面に面接触し、前記隆起部の前記収容空間に臨む表面が機器の軸線を含む仮想一平面に平行に配置され、前記光ファイバドップラセンサを前記隆起部の前記表面に前記仮想一平面と平行に実装することができるように構成されることを特徴とする請求項２に記載の保温材下腐食検出装置。
【請求項４】
保温材により被覆された機器の保温材下腐食を検査する保温材下腐食検査方法であって、
請求項１〜３のいずれか１つに記載の保温材下腐食検出装置を用い、機器の腐食部から発生するアコースティックエミッションに基づく周波数変調成分を検出する検出工程と、
前記周波数変調成分を電圧に変換し、電圧の波形データを得る周波数−電圧変換工程と、
前記電圧の波形データを周波数解析処理し、機器の保温材下腐食に対応する特徴値が抽出された抽出データを得る抽出データ生成工程と、
前記抽出データに基づいて、機器の保温材下腐食の有無を判定する判定工程と、を含むことを特徴とする保温材下腐食検査方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図４】
【図５】
【図３】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図４】
【図５】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−５２９３３（Ｐ２０１２−５２９３３Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９６２４４（Ｐ２０１０−１９６２４４）
【出願日】平成２２年９月１日（２０１０．９．１）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１日（２０１０．９．１）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
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