導電材料製構造物におけるきずの深さ推定方法
【課題】導電材料製構造物において発生する複雑な形状を呈するきずの発生、進展深さを監視できる、きずの深さ推定方法を提供する。
【解決手段】複雑形状を呈するきずについて、複数のきずの位置を特定し、該特定された各きずについて、複数の測定用端子２を格子状に配置するとともに、健全部にも測定用端子を配置し参照測定用端子対とし、さらに、それらを挟んで設けられた一対の電極１１を介して電流を流し、複数の測定端子対に生じる電位差を測定し、参照測定用端子対に生じる電位差を基準として各測定端子対の電位差変化率を算出し、その最大の電位差変化率を各きずの電位差変化率とする。そして、各きずの電位差変化率からそのきずの深さを推定し、その中から、監視を必要とするきずを選定し、構造物の操業時に電位差法で電位差を測定しながら、マスターカーブを利用してきず深さの進展度合を監視し、補修の要否を検討する。
【解決手段】複雑形状を呈するきずについて、複数のきずの位置を特定し、該特定された各きずについて、複数の測定用端子２を格子状に配置するとともに、健全部にも測定用端子を配置し参照測定用端子対とし、さらに、それらを挟んで設けられた一対の電極１１を介して電流を流し、複数の測定端子対に生じる電位差を測定し、参照測定用端子対に生じる電位差を基準として各測定端子対の電位差変化率を算出し、その最大の電位差変化率を各きずの電位差変化率とする。そして、各きずの電位差変化率からそのきずの深さを推定し、その中から、監視を必要とするきずを選定し、構造物の操業時に電位差法で電位差を測定しながら、マスターカーブを利用してきず深さの進展度合を監視し、補修の要否を検討する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電材料製構造物に発生するきずの深さ推定に係り、とくに、石油精製プラントの配管等の導電材料製構造物に、使用中に発生する、蜘蛛の巣状あるいは樹枝状など、複雑な形状を呈するきずについて、その深さを、非破壊的に精度よく、監視できる、導電材料製構造物におけるきずの深さ推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油精製プラントでは、鋼材等の金属材料製の装置および配管等（以下、配管等ともいう）が強い腐食環境や侵食環境に晒される場合が多く、そのため、配管等の構造物を構成する金属材料には、きず、割れや亀裂、さらに腐食等による肉厚減少などの損傷が生じる場合がある。これら金属材料に生じた損傷は、配管等の構造物の破壊原因となることが多いため、配管等の構造物の安全確保という観点から早期に検知する必要がある。
【０００３】
配管等の構造物の損傷を検知する方法としては、従来から超音波探きず法、Ｘ線透過法等の非破壊検査方法が提案されている。しかし、これらの検知方法には、曲がりや溶接部等が存在すると測定できないという、測定個所の制限があり、さらに損傷の度合いおよびその変化量を精度高く得ることが難しいことや、あるいは測定が複雑でかつ解析が難しいため、測定・解析の実施にあたっては有資格者の協力を必要とすることなどの問題があった。
【０００４】
また、比較的精度高く、きず等の欠陥の大きさ、形状に関する情報が得られる非破壊検査方法として、電位差法がある。亀裂等の欠陥を含む被測定材に電流を流した際に、欠陥は寸法に応じた電気抵抗を有し、欠陥を挟む両側でこれに対応した電位差が生じる。電位差法は、被測定物に電流を流し、この欠陥を挟む位置での電位差を測定し、その結果から予め求めた校正曲線を利用して、被測定物に含まれる欠陥の形状、寸法に関する情報を得ようとするものである。
【０００５】
例えば、特許文献１には、電位差法を利用した、きずの非破壊検査方法が提案されている。特許文献１に記載された技術では、被測定物表面に複数の電位差測定用端子をマトリックス状に所定の間隔で離隔して配置し、該被測定物に電流を供給しながら、各電位差測定用端子間に生じる電位差または電位差変化率分布を求め、予め関連づけられた電位差分布または電位差変化率分布ときずの寸法形状との関係を参照して、被測定物に含まれるきずの位置、寸法形状さらにはきずの進展状況を検知できるとしている。
【０００６】
また、特許文献２には、電位差法を利用した、導電材料製構造物の損傷検出方法が記載されている。特許文献２に記載された技術では、被測定物である、導電材料製構造物表面に複数の電位差測定用端子を該導電材料製構造物の長手方向に直線状に少なくとも一列、所定の間隔で離隔して配置し、各端子間に生じる電位差を測定し、測定領域における電位差分布を求め、損傷発生の有無を評価する第一の工程を行う。第一の工程で損傷ありと評価され、さらに詳細な測定が必要と判定された場合には、当該領域でさらに狭い測定間隔で、直線状に複数の電位差測定用端子を配置し、各端子間に生じる電位差を測定し、測定領域における電位差分布を求め、損傷発生の有無をさらに精度よく、測定する第二の工程を行う。この第二の工程で損傷ありと評価された場合には、さらに第三の工程として当該領域で、複数の電位差測定用端子をさらに狭い間隔で格子状に配置し、損傷の種類、その度合を評価する。さらに必要に応じて、複数の電位差測定用端子をさらに狭い間隔で格子状に配置し、各端子間に生じる電位差を測定し、測定領域における電位差分布を求め、損傷の度合をさらに精度高く測定する第四の工程を追加してもよいとしている。特許文献２に記載された技術によれば、実構造物における損傷の粗いスクリーニング検査として利用できるとともに、必要に応じて損傷の種類およびその度合を高い精度で検出できるとしている。
【０００７】
また、特許文献３には、導電材料製構造物の損傷検出方法が記載されている。特許文献３に記載された技術では、導電材料製構造物の被測定領域を囲んで、複数の電位差測定用端子を所定の間隔で隔離して配置し、複数の電位差測定用端子を挟んで一対の電極端子を配し、該一対の電極端子を介し導電材料製構造物の特定方向に電流を供給しながら、導電材料製構造物の被測定領域を囲んで相対する各電位差測定用端子間に生じる電位差を測定し、ついで、前記一対の電極端子とは別に複数の電位差測定用端子を挟んで他の一対の電極端子を介し、前記特定方向とは異なる方向に電流を供給しながら、導電材料製構造物の被測定領域を囲んで相対する各電位差測定用端子間に生じる電位差を測定し、被測定領域における損傷状態を評価する。これにより、電位差測定端子を設置できない被測定領域においても、損傷発生領域を特定することができるとしている。電位差測定端子間隔を狭くすることにより、さらに精度のよく損傷発生領域を特定することができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2005−208039号公報
【特許文献２】特開2008−83038号公報
【特許文献３】特開2009−74923号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１〜３に記載された技術では、単純な形状の割れ、亀裂、肉厚減少等については、比較的精度よく特定できるといえる。しかし、特許文献１〜３に記載された技術では、例えば、図２に示すような蜘蛛の巣状あるいは樹枝状のような、複雑な形状を呈するきずについては、その発生位置や進展の程度を、精度よくモニターすることが、難しいという問題がある。というのは、このような複雑な形状を呈するきずは、その進展方向が複雑に変化し、とくにその深さを予測することが困難であり、単純な予備的実験や解析では、マスターカーブ等を作成できないためである。
【００１０】
本発明は、かかる従来の技術の問題を有利に解決し、石油プラントの配管等の導電材料製構造物で使用中に発生する、複雑な形状を呈するきずについて、そのきずの発生、進展深さを監視できる、導電材料製構造物におけるきずの深さ推定方法を提供することを目的とする。
なお、本発明で対象とする「複雑形状を呈するきず」は、上記した「蜘蛛の巣状」あるいは「樹枝状」のようなきず、あるいは、凹凸が激しい腐食など、に限定されるものではなく、破壊試験を行ってはじめてその深さを特定できるきず、あるいは、内部観察を行ってはじめて特定できるきずを言うものとする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記した目的を達成するために、「複雑形状を呈するきず」の進展深さを推定する方策について、鋭意研究した。その結果、まず、対象とする導電材料製構造物で実際に発生した「複雑形状を呈するきず」について、目視、浸透探傷法（ＰＴ）、電位差法等できずの位置を特定し、位置を特定されたきずについて、電位差法で電位差を測定するとともに、研磨等の破壊試験を行って、または腐食の凹凸であればデプスゲージ等で、そのきずの深さを実測し、電位差と実測きず深さを対応させて相関関係を求め、マスターカーブとする必要があることに思い至った。そして、得られたマスターカーブを利用し、他のきずについて測定した電位差に基づき、きずの深さを推定し、その中から、寿命に到達する恐れのあるきずなど、監視を行う必要のあるきずを選定し、さらに、当該きずの監視を電位差法を用いて行えば、複雑形状を呈するきずであっても、きずの深さ等の進展状況を容易に監視できることに想到した。
【００１２】
本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨はつぎのとおりである。
（１）導電材料製構造物に発生する複雑形状を呈するきずの電位差法を用いたきず深さ推定方法であって、
前記導電材料製構造物の前記複雑形状を呈するきずが複数発生した領域を被測定領域とし、該きずの位置を特定し、該特定された各きずの近傍にそれぞれ、複数の電位差測定用端子を所定の間隔で離間して格子状に配置するとともに、該導電材料製構造物の欠陥が発生しない健全部表面に複数の参照電位差測定用端子を所定の間隔で離間して配置し、さらに、前記複数の電位差測定用端子および前記複数の参照電位差測定用端子を挟んで少なくとも一対の電極を設ける第一の工程と、
前記一対の電極を介して、前記被測定領域表面に電流を供給しながら、前記複数の電位差測定用端子のうちの二つを一対として形成される複数の電位差測定端子対について、該複数の測定端子対に生じる電位差を、前記複数の参照電位差測定用端子間に生じる電位差とともに測定し、前記複数の電位差測定端子対の電位差変化率を算出し、そのうちの最大の電位差変化率を当該きずの電位差変化率とする第二の工程と、
前記電位差変化率を求めたきずのうち、高い電位差変化率を示した複数のきずについて、該きずの深さを実測する第三の工程と、
前記深さを実測された複数のきずについて、得られたきずの深さと得られた電位差変化率との相関関係を求め、マスターカーブを作成する第四の工程と、
前記第二の工程で電位差変化率を求めた各きずについて、前記マスターカーブを利用して、前記電位差変化率からそのきずの深さを推定する第五の工程と、
前記推定されたきずの深さから、監視を必要とするきずを選定する第六の工程と、
選定された前記監視を必要とするきずについて、該きずが監視可能な領域を被測定領域として、該領域に、複数の電位差測定用端子を所定の間隔で離間して格子状に配置するとともに、前記導電材料製構造物の欠陥が発生しない健全部表面に複数の参照電位差測定用端子を所定の間隔で離間して配置し、さらに、前記複数の電位差測定用端子および前記複数の参照電位差測定用端子を挟んで少なくとも一対の電極を設ける第七の工程と、
該第七の工程終了後、
前記一対の電極を介して、前記被測定領域表面に電流を供給しながら、前記複数の電位差測定用端子のうちの二つを一対として形成される複数の測定端子対について、該複数の測定端子対に生じる電位差を前記複数の参照電位差測定用端子間に生じる電位差とともに、間歇的または連続的に測定し、当該きずについての電位差変化率を算出する第八の工程と、
算出された前記当該きずについての電位差変化率から、前記マスターカーブを利用して、当該きずの深さを推定する第九の工程と、
前記推定された当該きずの深さときずの進展速度とに基づいて、許容可能な限界きず深さに到達するまでの時間を余寿命として推定し、補修の必要性について判定する第十の工程と、
を順次行うことを特徴とする、導電材料製構造物における複雑形状を呈するきずのきず深さ推定方法。
【００１３】
（２）（１）において、前記一対の電極に代えて、電流印加方向が異なる複数対の電極とすることを特徴とする導電材料製構造物における複雑形状を呈するきずのきず深さ推定方法。
（３）（１）または（２）において、前記電流が、直流または直流パルスであることを特徴とする導電材料製構造物における複雑形状を呈するきずのきず深さ推定方法。
【００１４】
（４）（１）ないし（３）のいずれかにおいて、前記第九の工程において、前記各測定端子対における前記推定されたきずの深さから、前記被測定領域における推定されたきずの深さの分布（きず深さ分布）を作成し、きずの発生・進展状況を把握することを特徴とする導電材料製構造物における複雑形状を呈するきずのきず深さ推定方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、例えば石油精製プラントの配管等の導電材料製構造物に生じる複雑形状のきずを非破壊的に、しかも簡便に検出でき、さらにきず発生位置およびきず進展深さを高い精度で検出・推定でき、産業上格段の効果を奏する。本発明によれば、きず発生位置が溶接部や曲がり部であっても問題なく検出できるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明方法の手順を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明が対象とする複雑な形状を呈するきずの一例を模式的に示す説明図である。
【図３】本発明で使用する、電位差測定装置の概略構成を模式的に示す説明図である。
【図４】推定きず深さの分布の一例を示すグラフである。
【図５】実施例で用いた電位差測定用端子の配置を模式的に示す説明図である。
【図６】実施例で用いた電位差測定用端子の配置を模式的に示す説明図である。
【図７】実施例で得られた被測定領域における推定きず深さ分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、例えば、石油精製プラントの配管等の導電材料製構造物に発生する、蜘蛛の巣状あるいは樹枝状など、あるいは凹凸の激しい腐食など、複雑な形状を呈するきずを対象とし、プラントの操業に伴い、きずの発生、進展に伴うきず深さを、簡便に推定、さらには監視することができる方法であり、十段階の工程からなる。
本発明で、きずの発生・進展に伴うきず深さの推定、監視用として使用する装置は、とくに限定する必要はないが、図３に示すように、電源１と、電源１から被測定領域Ｗに電流を印加するための少なくとも一対の電極11,11と、さらには印加方向が異なる一対の電極12,12と、複数の電位差測定用端子２と、電位差測定手段３と、演算手段４と、データ保存手段５と、を有する装置とすることが好ましい。
【００１８】
本発明では、まず、第一の工程を行う。
第一の工程では、まず、定期点検など、好ましくは、プラントの操業が一時停止している期間に、複雑形状のきずが発生した導電材料製構造物のきず発生領域を被測定領域とし、該被測定領域で、浸透探傷法等できずの発生位置を特定し、そして、位置を特定されたきず（複数）の周辺に測定端子等を配設する。
【００１９】
すなわち、特定された各きずの近傍を被測定領域Ｗとして、その表面に、図３に示すように、複数の電位差測定用端子2a,2b・・を所定の間隔で離間して格子状に配置する。さらに、導電材料製構造物の欠陥が発生しない健全部表面に複数の参照電位差測定用端子（図示せず）を所定の間隔で離間して配置する。そして、さらに、複数の電位差測定用端子および複数の参照電位差測定用端子を挟んで一対の電極11,11、さらには電流の印加方向が異なる一対の電極12,12を設ける。
【００２０】
参照電位差測定用端子は、構造物の温度変化、公差、被測定領域外の軽微な腐食損傷、劣化など、きず以外の抵抗変化（電位差の変化）を消去するために設けられる。そのため、参照電位差測定用端子は、被測定領域と同じ環境下にある健全部に配設することが好ましい。
なお、電位差測定用端子２は、被測定領域表面に、ばね等を利用した押圧により被測定領域表面に十分に接触させて配設する方式の端子とすることが好ましいが、これに限定されない。圧接、溶接、圧着、接着等の接合手段で、接合し、配設してもよい。なお、接合は、接触抵抗が変化しない方法であればよく、とくに限定されない。
【００２１】
また、少なくとも一対の電極の配置は、きずの成長方向に応じて適宜設定することが好ましい。そのため、複雑な形状のきずを対象にした場合、印加方向が異なる複数の電極対を設けることが好ましい。というのは、きずの進展方向が複雑な場合でも、異なる印加方向から電流を印加することにより、きずの発生・進展を精度よく検知することができるからである。
【００２２】
ついで、第二の工程を行う。
第二の工程では、第一の工程で配設された一対の電極11,11または12,12を介して、被測定領域表面に電流を供給しながら、複数の電位差測定用端子2a,2b‥のうちの二つを一対として形成される複数の測定端子対について、該複数の測定端子対に生じる電位差Ａiを、複数の参照電位差測定用端子間（参照電位差測定端子対）に生じる電位差Ｂiとともに測定し、複数の電位差測定端子対について、健全部の電位差を基準にした電位差変化率ΔＶをそれぞれ算出する。ここで使用する電位差変化率ΔＶは、次（１）式
ΔＶ＝（（Ａi／Ｂi）−１）×100 ‥‥（１）
で定義される。
【００２３】
そして、得られた複数の電位差測定端子対の電位差変化率のうち、最大の電位差変化率を当該きずの電位差変化率とする。なお、最大電位差変化率を示した測定端子対に挟まれた区間あるいは囲まれる領域できず深さが最大となっていると推定した。
なお、１対の電極11,11または12,12には、電流供給用電源が配線され、電源１から電流が供給可能とされる。なお、電位差測定領域と参照電位差測定領域とが、電気的に直列となるように電極11,11または12,12を配置することは言うまでもない。本発明では印加する電流は、直流或いは直流パルス電流とすることが好ましい。印加する電流は、被測定領域で電位差が測定可能であれば、その値は特に限定されない。
【００２４】
ついで、第三の工程を行う。
第三の工程では、第二の工程で得られた各きずの電位差変化率のうち、高い電位差変化率を示した複数のきずについて、破壊試験、好ましくは研磨を行い、破壊的にきずの深さをそれぞれ実測する。研磨以外にきずの深さを測定する方法はいくつかあるが、精度よくきず深さを実測することができる、研磨を用いるのが最も好ましい。なお、きず深さを実測することは、電位差変化率との相関関係を確かなものとするうえで有効である。最大電位差変化率を示した測定端子対に挟まれる区間あるいは囲まれる領域できず深さが最大となっていると推定して、当該箇所で、表面から肉厚方向にきず指示模様が消えるまで研磨し、当該きずの深さ（最大深さ）を実測する。
【００２５】
ついで、第四の工程を行う。
第四の工程では、深さを実測した複数のきずについて、電位差変化率ときずの深さ（実測値）との相関関係を求め、その相関関係に基づき、推定きず深さを電位差変化率から推定する関係式として、マスターカーブを作成する。
マスターカーブは、実測したきず深さと当該きずについての電位差変化率との関係から、単位きず深さ当たりの電位差変化率ａ（％／mm）を算出し、次（２）式
推定きず深さ＝｛（電位差変化率）／ａ｝×ｂ ‥‥（２）
ここで、ａ：単位きず深さ当たりの電位差変化率（％／mm）、
ｂ：基準肉厚に対する肉厚変動補正係数（測定部肉厚／基準肉厚）
で表されることになる。なお、マスターカーブは、電流印加方向が異なったり、あるいは対象とする導電材料製構造物が異なれば、別のマスターカーブとなるため、別途、測定して決定しておく必要があることは言うまでもない。また、得られた電位差変化率に対しては、基準肉厚に対する当該電位差変化率が得られた箇所の肉厚の違いを補正係数ｂで補正しておく必要がある。さらに、きず深さを実測し同時に電位差変化率を求めることを複数の複雑形状を呈するきずについて実施し、マスターカーブの妥当性を検証することにより、精度を高めておくことが好ましい。
【００２６】
ついで、第五の工程を行う。
第五の工程では、第二の工程で電位差変化率を測定した各きずについて、第四の工程で作成したマスターカーブを利用して、各きずの電位差変化率からそのきずの深さを推定する。
ついで、第六の工程を行う。
【００２７】
第六の工程では、推定されたきずの深さから、監視を必要とするきずを選定する。ここでいう「監視を必要とするきず」は、次回の操業中に構造物が許容可能な限界深さに到着するような深さを有するきず、あるいは進展が注意を要するきず等である。このような「監視を必要とするきず」を選定し、該きずを監視して、きずの進展状況を把握しておけば、その後の検査時期や補修の時期の設定が容易となる。
【００２８】
そして、選定された監視を必要とするきずについて、電位差測定のための、測定端子、電極を配設する、第七の工程を行う。
すなわち、第七の工程では、監視を必要とするきずの近傍で監視が可能な領域に、複数の電位差測定用端子を所定の間隔で離間して格子状に配置するとともに、該導電材料製構造物の欠陥が発生しない健全部表面に複数の参照電位差測定用端子を所定の間隔で離間して配置し、さらに、前記複数の電位差測定用端子および前記複数の参照電位差測定用端子を挟んで一対の電極を設ける。なお、複数の電位差測定端子は、作業上、構造物外面側とすることが好ましいが、外面側に設置できない場合には、きずが存在する側（構造物内面側）に設置しても、何ら問題はない。
【００２９】
第七の工程が終了し、測定端子等を構造物の所定の箇所に設置が完了したのち、プラントを一時停止していた場合にはプラントを再稼動させ、導電材料製構造物における操業を再開し、第八の工程を行う。
第八の工程では、第七の工程で設置した一対の電極を介して、被測定領域表面に電流を供給しながら、複数の電位差測定用端子のうちの二つを一対として形成される複数の測定端子対について、複数の電位差測定端子対に生じる電位差を、間歇的または連続的に測定する。そして、同時に測定される複数の参照電位差測定用端子間に生じる電位差を基準として、当該きずについての電位差変化率を算出する。
【００３０】
導電材料製構造物の操業再開前の電位差変化率を基準として、操業中、あるいは操業終了後の適正な時期に、電位差測定端子対の電位差を測定し、操業再開前に比べて電位差が大きくなっていれば、当該きずが操業中に進展したことが容易に判定できる。
なお、操業前にきずが認められない領域に、複数の電位差測定用端子を配置しておけば、操業中（あるいは操業後）に得られた電位差変化率から、きずの発生がいつ生じたか、を精度よく判定できる。また、操業前にきずが存在する領域に設置した複数の電位差測定用端子間の電位差の変化から、そのきずの進展状況が容易に把握できる。
【００３１】
ついで、第八の工程で算出された各きずの電位差変化率から、第四の工程で求めた例えば、（２）式で表されるマスターカーブを利用して、当該きずの深さを推定する、第九の工程を行う。
第九の工程では、マスターカーブを利用して、電位差測定により得られた電位差変化率から、各測定端子対における推定きず深さをもとめ、測定時刻ごとの被測定領域内の推定きず深さ分布として図示することができる。その一例を図４に示す。図面内で濃い色調で表示された箇所にきずが存在または発生していることになる。このような推定きず深さ分布を測定時刻ごとに作成すれば、被測定領域での推定きず深さの変化状況が明瞭となり、きずの進展状況をより明確に把握することができる。
【００３２】
ついで、第十の工程を行う。
第十の工程では、第九の工程で得られた推定きず深さに基づいて、寿命に到達するまでの時間、すなわち、許容可能な限界深さ（寿命深さ）に到達するまでの時間を余寿命として推定する。例えば、次回の操業中に寿命深さに到達するきずがあれば、補修または更新を行う必要がある。推定きず深さが浅く、次回の操業が終了するまでは、きずの進展は少なく、寿命深さに到達することがないと確信できれば、補修の必要性なしと判定する。なお、余寿命の推定は、きず深さが明確であれば、例えば、きずの進展速度から推定することができる。また、補修、更新を行う場合、研磨等の破壊試験を行ってきず深さを実測しておくことが重要で、マスターカーブの精度向上につながる。
【００３３】
以下、実施例に基づき、さらに本発明について説明する。
【実施例】
【００３４】
石油精製プラントの配管（ＳＵＳ３０４Ｈ製鋼管）の溶接部近傍に発生した、蜘蛛の巣状（樹枝状）を呈する複雑な形状のきずを、浸透探傷法で７箇所についてその位置を特定した。その特定された７箇所の各きずについて、図５に示すように、格子状に複数の電位差測定用端子（No.１〜12：計12個）設置し、被測定領域Ｗを形成した。各格子間の間隔は20mmとした。また、複数の参照電位差測定端子を、対象構造物である配管のきず発生が考えられない健全部（図示せず）に設置した。そして、被測定領域Ｗ、複数の参照電位差測定端子の周辺に一対の電極11、11を設置した（第一の工程）。
【００３５】
なお、一対の電極は、複数の電位差測定端子、複数の参照電位差測定端子とが直列となるように、配置し、電流印加方向は配管の長手方向とした。印加した電流は直流パルスとした。
直流電位差計を使用して、上記した複数の電位差測定端子のうちの二つを一対として電位差測定端子対とし、各電位差測定端子対の電位差Ａｉを測定した。
【００３６】
測定端子対No.１は１−２、No.２は２−３、No.３は４−５、No.５は６−７、No.６は７−８、No.７は８−９、No.８は10−11、No.９は11−12とした。なお、各測定端子対には予め測定用リード線が取り付けられ、切替スイッチにより切換え可能に設置されることは言うまでもない。また、参照電位差測定端子対の電位差Ｂｉを同時に測定し、きず以外の電位差の変化を消去した。
【００３７】
得られた各電位差測定端子対の電位差Ａｉと各参照電位差測定端子対の電位差Ｂｉを用いて、各電位差測定端子対の電位差変化率ΔＶを次（１）式
ΔＶ＝（（Ａi／Ｂi）−１）×100 ‥‥（１）
を用いて算出した（第二の工程）。
特定された７個のきずすべてについて、同様に電位差変化率を得た。
【００３８】
得られた結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】
ついで、測定した７箇所のきずのうちの、２箇所（きずNo. A、No.B）について、きず模様表示が消滅するまで研磨し、最大きず深さを実測した（第三の工程）。
測定された最大きず深さは、きずNo.Aで1.9mm、きずNo.Bで3.1mmであった。一方、表１に示す電位差変化率の最大値は、きずNo.Aで10.1％、きずNo.Bで14.2％であり、これらの結果から、きず深さ1mm当たりの電位差変化率は4.88％となり、なお、基準肉厚：16.8mmであった。これらの結果から、配管長手方向を電流印加方向とした場合の推定きず深さは、肉厚の違いによる電位差変化率に対する補正を加えると、
推定きず深さ（mm）＝｛（電位差変化率）／4.88｝×（肉厚／16.8）
となる。この式をマスターカーブと利用する。（第四の工程）
ついで、上記したマスターカーブを利用して、きず深さを実測したNo.A,No.B以外のきずについて、きず深さを推定した（第五の工程）。
【００４１】
得られた結果を表２に示す。
【００４２】
【表２】
【００４３】
ついで、第五の工程で得られたきず深さを参照して、きずの進展を監視する必要があるきずとして、きずNo. F を選定した（第六の工程）。
選定された監視を必要とするきず（きずNo. F）について、電位差測定のための、測定端子、電極を配設した（第七の工程）。
第七の工程では、選定されたきずが存在する領域に、図６に示すように、格子状に複数の電位差測定用端子（No.１〜25：計25個）設置し、被測定領域Ｗを形成した。各格子間の間隔は20mmとした。そして、被測定領域Ｗに電流を印加するために、被測定領域Ｗの周辺に一対の電極11、11を設置した。なお、電流印加方向は配管の周方向とした。印加する電流は直流パルスとした。電位差測定手段としては、直流電位差計を使用して、複数の電位差測定端子のうちの二つを一対として測定端子対とし、各測定端子対の電位差Ａｉを、間歇的に測定した。
【００４４】
測定端子対No.１は１−２、No.２は２−３、No.３は３−４、No.４は４−５、No.５は６−７、‥‥No.８は９−10、No.９は11−12、‥‥No.12は14−15、‥‥No.20は24−25とした。なお、各測定端子対には予め測定用リード線が取り付けられ、切替スイッチにより切換え可能に設置されることは言うまでもない。また、複数の参照電位差測定端子を、対象構造物である配管のきず発生が考えられない健全部に設置した。参照端子対の電位差Ｂｉを同時に測定し、きず以外の電位差の変化を消去した。
【００４５】
測定開始時と、測定開始から210日目に、各測定端子対の電位差をそれぞれ測定した。得られた各測定端子対の電位差Ａｉを用い、測定開始時刻ｓの各測定端子対の電位差Ａsを基準として、測定時刻における、電位差変化率である電場指紋係数ＦＣ
ＦＣ＝（Ａi/Ａs−１）×100
を算出した（第八の工程）。
【００４６】
そして、破壊試験により求めておいた当該配管についての、推定きず深さと電位差変化率（電場指紋係数ＦＣ）との関係（マスターカーブ）を利用して、各測定端子対における推定きず深さを算出し、推定きず進展深さを求めた（第九の工程）。
得られた推定きず進展深さの分布を、被測定領域について、図７に示す。図面の色調で推定きず進展深さの大きさを表示している。図７から、測定開始時に比較して、0.06mmほどきずが進展している領域が確認された。本発明方法により、確実にきずの進展状況が検出できることがわかる。
【００４７】
この程度の少ないきずの進展量であれば、肉厚の減少は少なく、余寿命は十分あり、補修を必要としないと判断した（第十の工程）。
【符号の説明】
【００４８】
１ 電源
11、12 電極
２ 電位差測定用端子
３ 電位差測定手段
４ 演算手段
５ データ保存手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電材料製構造物に発生するきずの深さ推定に係り、とくに、石油精製プラントの配管等の導電材料製構造物に、使用中に発生する、蜘蛛の巣状あるいは樹枝状など、複雑な形状を呈するきずについて、その深さを、非破壊的に精度よく、監視できる、導電材料製構造物におけるきずの深さ推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油精製プラントでは、鋼材等の金属材料製の装置および配管等（以下、配管等ともいう）が強い腐食環境や侵食環境に晒される場合が多く、そのため、配管等の構造物を構成する金属材料には、きず、割れや亀裂、さらに腐食等による肉厚減少などの損傷が生じる場合がある。これら金属材料に生じた損傷は、配管等の構造物の破壊原因となることが多いため、配管等の構造物の安全確保という観点から早期に検知する必要がある。
【０００３】
配管等の構造物の損傷を検知する方法としては、従来から超音波探きず法、Ｘ線透過法等の非破壊検査方法が提案されている。しかし、これらの検知方法には、曲がりや溶接部等が存在すると測定できないという、測定個所の制限があり、さらに損傷の度合いおよびその変化量を精度高く得ることが難しいことや、あるいは測定が複雑でかつ解析が難しいため、測定・解析の実施にあたっては有資格者の協力を必要とすることなどの問題があった。
【０００４】
また、比較的精度高く、きず等の欠陥の大きさ、形状に関する情報が得られる非破壊検査方法として、電位差法がある。亀裂等の欠陥を含む被測定材に電流を流した際に、欠陥は寸法に応じた電気抵抗を有し、欠陥を挟む両側でこれに対応した電位差が生じる。電位差法は、被測定物に電流を流し、この欠陥を挟む位置での電位差を測定し、その結果から予め求めた校正曲線を利用して、被測定物に含まれる欠陥の形状、寸法に関する情報を得ようとするものである。
【０００５】
例えば、特許文献１には、電位差法を利用した、きずの非破壊検査方法が提案されている。特許文献１に記載された技術では、被測定物表面に複数の電位差測定用端子をマトリックス状に所定の間隔で離隔して配置し、該被測定物に電流を供給しながら、各電位差測定用端子間に生じる電位差または電位差変化率分布を求め、予め関連づけられた電位差分布または電位差変化率分布ときずの寸法形状との関係を参照して、被測定物に含まれるきずの位置、寸法形状さらにはきずの進展状況を検知できるとしている。
【０００６】
また、特許文献２には、電位差法を利用した、導電材料製構造物の損傷検出方法が記載されている。特許文献２に記載された技術では、被測定物である、導電材料製構造物表面に複数の電位差測定用端子を該導電材料製構造物の長手方向に直線状に少なくとも一列、所定の間隔で離隔して配置し、各端子間に生じる電位差を測定し、測定領域における電位差分布を求め、損傷発生の有無を評価する第一の工程を行う。第一の工程で損傷ありと評価され、さらに詳細な測定が必要と判定された場合には、当該領域でさらに狭い測定間隔で、直線状に複数の電位差測定用端子を配置し、各端子間に生じる電位差を測定し、測定領域における電位差分布を求め、損傷発生の有無をさらに精度よく、測定する第二の工程を行う。この第二の工程で損傷ありと評価された場合には、さらに第三の工程として当該領域で、複数の電位差測定用端子をさらに狭い間隔で格子状に配置し、損傷の種類、その度合を評価する。さらに必要に応じて、複数の電位差測定用端子をさらに狭い間隔で格子状に配置し、各端子間に生じる電位差を測定し、測定領域における電位差分布を求め、損傷の度合をさらに精度高く測定する第四の工程を追加してもよいとしている。特許文献２に記載された技術によれば、実構造物における損傷の粗いスクリーニング検査として利用できるとともに、必要に応じて損傷の種類およびその度合を高い精度で検出できるとしている。
【０００７】
また、特許文献３には、導電材料製構造物の損傷検出方法が記載されている。特許文献３に記載された技術では、導電材料製構造物の被測定領域を囲んで、複数の電位差測定用端子を所定の間隔で隔離して配置し、複数の電位差測定用端子を挟んで一対の電極端子を配し、該一対の電極端子を介し導電材料製構造物の特定方向に電流を供給しながら、導電材料製構造物の被測定領域を囲んで相対する各電位差測定用端子間に生じる電位差を測定し、ついで、前記一対の電極端子とは別に複数の電位差測定用端子を挟んで他の一対の電極端子を介し、前記特定方向とは異なる方向に電流を供給しながら、導電材料製構造物の被測定領域を囲んで相対する各電位差測定用端子間に生じる電位差を測定し、被測定領域における損傷状態を評価する。これにより、電位差測定端子を設置できない被測定領域においても、損傷発生領域を特定することができるとしている。電位差測定端子間隔を狭くすることにより、さらに精度のよく損傷発生領域を特定することができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2005−208039号公報
【特許文献２】特開2008−83038号公報
【特許文献３】特開2009−74923号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１〜３に記載された技術では、単純な形状の割れ、亀裂、肉厚減少等については、比較的精度よく特定できるといえる。しかし、特許文献１〜３に記載された技術では、例えば、図２に示すような蜘蛛の巣状あるいは樹枝状のような、複雑な形状を呈するきずについては、その発生位置や進展の程度を、精度よくモニターすることが、難しいという問題がある。というのは、このような複雑な形状を呈するきずは、その進展方向が複雑に変化し、とくにその深さを予測することが困難であり、単純な予備的実験や解析では、マスターカーブ等を作成できないためである。
【００１０】
本発明は、かかる従来の技術の問題を有利に解決し、石油プラントの配管等の導電材料製構造物で使用中に発生する、複雑な形状を呈するきずについて、そのきずの発生、進展深さを監視できる、導電材料製構造物におけるきずの深さ推定方法を提供することを目的とする。
なお、本発明で対象とする「複雑形状を呈するきず」は、上記した「蜘蛛の巣状」あるいは「樹枝状」のようなきず、あるいは、凹凸が激しい腐食など、に限定されるものではなく、破壊試験を行ってはじめてその深さを特定できるきず、あるいは、内部観察を行ってはじめて特定できるきずを言うものとする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記した目的を達成するために、「複雑形状を呈するきず」の進展深さを推定する方策について、鋭意研究した。その結果、まず、対象とする導電材料製構造物で実際に発生した「複雑形状を呈するきず」について、目視、浸透探傷法（ＰＴ）、電位差法等できずの位置を特定し、位置を特定されたきずについて、電位差法で電位差を測定するとともに、研磨等の破壊試験を行って、または腐食の凹凸であればデプスゲージ等で、そのきずの深さを実測し、電位差と実測きず深さを対応させて相関関係を求め、マスターカーブとする必要があることに思い至った。そして、得られたマスターカーブを利用し、他のきずについて測定した電位差に基づき、きずの深さを推定し、その中から、寿命に到達する恐れのあるきずなど、監視を行う必要のあるきずを選定し、さらに、当該きずの監視を電位差法を用いて行えば、複雑形状を呈するきずであっても、きずの深さ等の進展状況を容易に監視できることに想到した。
【００１２】
本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨はつぎのとおりである。
（１）導電材料製構造物に発生する複雑形状を呈するきずの電位差法を用いたきず深さ推定方法であって、
前記導電材料製構造物の前記複雑形状を呈するきずが複数発生した領域を被測定領域とし、該きずの位置を特定し、該特定された各きずの近傍にそれぞれ、複数の電位差測定用端子を所定の間隔で離間して格子状に配置するとともに、該導電材料製構造物の欠陥が発生しない健全部表面に複数の参照電位差測定用端子を所定の間隔で離間して配置し、さらに、前記複数の電位差測定用端子および前記複数の参照電位差測定用端子を挟んで少なくとも一対の電極を設ける第一の工程と、
前記一対の電極を介して、前記被測定領域表面に電流を供給しながら、前記複数の電位差測定用端子のうちの二つを一対として形成される複数の電位差測定端子対について、該複数の測定端子対に生じる電位差を、前記複数の参照電位差測定用端子間に生じる電位差とともに測定し、前記複数の電位差測定端子対の電位差変化率を算出し、そのうちの最大の電位差変化率を当該きずの電位差変化率とする第二の工程と、
前記電位差変化率を求めたきずのうち、高い電位差変化率を示した複数のきずについて、該きずの深さを実測する第三の工程と、
前記深さを実測された複数のきずについて、得られたきずの深さと得られた電位差変化率との相関関係を求め、マスターカーブを作成する第四の工程と、
前記第二の工程で電位差変化率を求めた各きずについて、前記マスターカーブを利用して、前記電位差変化率からそのきずの深さを推定する第五の工程と、
前記推定されたきずの深さから、監視を必要とするきずを選定する第六の工程と、
選定された前記監視を必要とするきずについて、該きずが監視可能な領域を被測定領域として、該領域に、複数の電位差測定用端子を所定の間隔で離間して格子状に配置するとともに、前記導電材料製構造物の欠陥が発生しない健全部表面に複数の参照電位差測定用端子を所定の間隔で離間して配置し、さらに、前記複数の電位差測定用端子および前記複数の参照電位差測定用端子を挟んで少なくとも一対の電極を設ける第七の工程と、
該第七の工程終了後、
前記一対の電極を介して、前記被測定領域表面に電流を供給しながら、前記複数の電位差測定用端子のうちの二つを一対として形成される複数の測定端子対について、該複数の測定端子対に生じる電位差を前記複数の参照電位差測定用端子間に生じる電位差とともに、間歇的または連続的に測定し、当該きずについての電位差変化率を算出する第八の工程と、
算出された前記当該きずについての電位差変化率から、前記マスターカーブを利用して、当該きずの深さを推定する第九の工程と、
前記推定された当該きずの深さときずの進展速度とに基づいて、許容可能な限界きず深さに到達するまでの時間を余寿命として推定し、補修の必要性について判定する第十の工程と、
を順次行うことを特徴とする、導電材料製構造物における複雑形状を呈するきずのきず深さ推定方法。
【００１３】
（２）（１）において、前記一対の電極に代えて、電流印加方向が異なる複数対の電極とすることを特徴とする導電材料製構造物における複雑形状を呈するきずのきず深さ推定方法。
（３）（１）または（２）において、前記電流が、直流または直流パルスであることを特徴とする導電材料製構造物における複雑形状を呈するきずのきず深さ推定方法。
【００１４】
（４）（１）ないし（３）のいずれかにおいて、前記第九の工程において、前記各測定端子対における前記推定されたきずの深さから、前記被測定領域における推定されたきずの深さの分布（きず深さ分布）を作成し、きずの発生・進展状況を把握することを特徴とする導電材料製構造物における複雑形状を呈するきずのきず深さ推定方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、例えば石油精製プラントの配管等の導電材料製構造物に生じる複雑形状のきずを非破壊的に、しかも簡便に検出でき、さらにきず発生位置およびきず進展深さを高い精度で検出・推定でき、産業上格段の効果を奏する。本発明によれば、きず発生位置が溶接部や曲がり部であっても問題なく検出できるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明方法の手順を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明が対象とする複雑な形状を呈するきずの一例を模式的に示す説明図である。
【図３】本発明で使用する、電位差測定装置の概略構成を模式的に示す説明図である。
【図４】推定きず深さの分布の一例を示すグラフである。
【図５】実施例で用いた電位差測定用端子の配置を模式的に示す説明図である。
【図６】実施例で用いた電位差測定用端子の配置を模式的に示す説明図である。
【図７】実施例で得られた被測定領域における推定きず深さ分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、例えば、石油精製プラントの配管等の導電材料製構造物に発生する、蜘蛛の巣状あるいは樹枝状など、あるいは凹凸の激しい腐食など、複雑な形状を呈するきずを対象とし、プラントの操業に伴い、きずの発生、進展に伴うきず深さを、簡便に推定、さらには監視することができる方法であり、十段階の工程からなる。
本発明で、きずの発生・進展に伴うきず深さの推定、監視用として使用する装置は、とくに限定する必要はないが、図３に示すように、電源１と、電源１から被測定領域Ｗに電流を印加するための少なくとも一対の電極11,11と、さらには印加方向が異なる一対の電極12,12と、複数の電位差測定用端子２と、電位差測定手段３と、演算手段４と、データ保存手段５と、を有する装置とすることが好ましい。
【００１８】
本発明では、まず、第一の工程を行う。
第一の工程では、まず、定期点検など、好ましくは、プラントの操業が一時停止している期間に、複雑形状のきずが発生した導電材料製構造物のきず発生領域を被測定領域とし、該被測定領域で、浸透探傷法等できずの発生位置を特定し、そして、位置を特定されたきず（複数）の周辺に測定端子等を配設する。
【００１９】
すなわち、特定された各きずの近傍を被測定領域Ｗとして、その表面に、図３に示すように、複数の電位差測定用端子2a,2b・・を所定の間隔で離間して格子状に配置する。さらに、導電材料製構造物の欠陥が発生しない健全部表面に複数の参照電位差測定用端子（図示せず）を所定の間隔で離間して配置する。そして、さらに、複数の電位差測定用端子および複数の参照電位差測定用端子を挟んで一対の電極11,11、さらには電流の印加方向が異なる一対の電極12,12を設ける。
【００２０】
参照電位差測定用端子は、構造物の温度変化、公差、被測定領域外の軽微な腐食損傷、劣化など、きず以外の抵抗変化（電位差の変化）を消去するために設けられる。そのため、参照電位差測定用端子は、被測定領域と同じ環境下にある健全部に配設することが好ましい。
なお、電位差測定用端子２は、被測定領域表面に、ばね等を利用した押圧により被測定領域表面に十分に接触させて配設する方式の端子とすることが好ましいが、これに限定されない。圧接、溶接、圧着、接着等の接合手段で、接合し、配設してもよい。なお、接合は、接触抵抗が変化しない方法であればよく、とくに限定されない。
【００２１】
また、少なくとも一対の電極の配置は、きずの成長方向に応じて適宜設定することが好ましい。そのため、複雑な形状のきずを対象にした場合、印加方向が異なる複数の電極対を設けることが好ましい。というのは、きずの進展方向が複雑な場合でも、異なる印加方向から電流を印加することにより、きずの発生・進展を精度よく検知することができるからである。
【００２２】
ついで、第二の工程を行う。
第二の工程では、第一の工程で配設された一対の電極11,11または12,12を介して、被測定領域表面に電流を供給しながら、複数の電位差測定用端子2a,2b‥のうちの二つを一対として形成される複数の測定端子対について、該複数の測定端子対に生じる電位差Ａiを、複数の参照電位差測定用端子間（参照電位差測定端子対）に生じる電位差Ｂiとともに測定し、複数の電位差測定端子対について、健全部の電位差を基準にした電位差変化率ΔＶをそれぞれ算出する。ここで使用する電位差変化率ΔＶは、次（１）式
ΔＶ＝（（Ａi／Ｂi）−１）×100 ‥‥（１）
で定義される。
【００２３】
そして、得られた複数の電位差測定端子対の電位差変化率のうち、最大の電位差変化率を当該きずの電位差変化率とする。なお、最大電位差変化率を示した測定端子対に挟まれた区間あるいは囲まれる領域できず深さが最大となっていると推定した。
なお、１対の電極11,11または12,12には、電流供給用電源が配線され、電源１から電流が供給可能とされる。なお、電位差測定領域と参照電位差測定領域とが、電気的に直列となるように電極11,11または12,12を配置することは言うまでもない。本発明では印加する電流は、直流或いは直流パルス電流とすることが好ましい。印加する電流は、被測定領域で電位差が測定可能であれば、その値は特に限定されない。
【００２４】
ついで、第三の工程を行う。
第三の工程では、第二の工程で得られた各きずの電位差変化率のうち、高い電位差変化率を示した複数のきずについて、破壊試験、好ましくは研磨を行い、破壊的にきずの深さをそれぞれ実測する。研磨以外にきずの深さを測定する方法はいくつかあるが、精度よくきず深さを実測することができる、研磨を用いるのが最も好ましい。なお、きず深さを実測することは、電位差変化率との相関関係を確かなものとするうえで有効である。最大電位差変化率を示した測定端子対に挟まれる区間あるいは囲まれる領域できず深さが最大となっていると推定して、当該箇所で、表面から肉厚方向にきず指示模様が消えるまで研磨し、当該きずの深さ（最大深さ）を実測する。
【００２５】
ついで、第四の工程を行う。
第四の工程では、深さを実測した複数のきずについて、電位差変化率ときずの深さ（実測値）との相関関係を求め、その相関関係に基づき、推定きず深さを電位差変化率から推定する関係式として、マスターカーブを作成する。
マスターカーブは、実測したきず深さと当該きずについての電位差変化率との関係から、単位きず深さ当たりの電位差変化率ａ（％／mm）を算出し、次（２）式
推定きず深さ＝｛（電位差変化率）／ａ｝×ｂ ‥‥（２）
ここで、ａ：単位きず深さ当たりの電位差変化率（％／mm）、
ｂ：基準肉厚に対する肉厚変動補正係数（測定部肉厚／基準肉厚）
で表されることになる。なお、マスターカーブは、電流印加方向が異なったり、あるいは対象とする導電材料製構造物が異なれば、別のマスターカーブとなるため、別途、測定して決定しておく必要があることは言うまでもない。また、得られた電位差変化率に対しては、基準肉厚に対する当該電位差変化率が得られた箇所の肉厚の違いを補正係数ｂで補正しておく必要がある。さらに、きず深さを実測し同時に電位差変化率を求めることを複数の複雑形状を呈するきずについて実施し、マスターカーブの妥当性を検証することにより、精度を高めておくことが好ましい。
【００２６】
ついで、第五の工程を行う。
第五の工程では、第二の工程で電位差変化率を測定した各きずについて、第四の工程で作成したマスターカーブを利用して、各きずの電位差変化率からそのきずの深さを推定する。
ついで、第六の工程を行う。
【００２７】
第六の工程では、推定されたきずの深さから、監視を必要とするきずを選定する。ここでいう「監視を必要とするきず」は、次回の操業中に構造物が許容可能な限界深さに到着するような深さを有するきず、あるいは進展が注意を要するきず等である。このような「監視を必要とするきず」を選定し、該きずを監視して、きずの進展状況を把握しておけば、その後の検査時期や補修の時期の設定が容易となる。
【００２８】
そして、選定された監視を必要とするきずについて、電位差測定のための、測定端子、電極を配設する、第七の工程を行う。
すなわち、第七の工程では、監視を必要とするきずの近傍で監視が可能な領域に、複数の電位差測定用端子を所定の間隔で離間して格子状に配置するとともに、該導電材料製構造物の欠陥が発生しない健全部表面に複数の参照電位差測定用端子を所定の間隔で離間して配置し、さらに、前記複数の電位差測定用端子および前記複数の参照電位差測定用端子を挟んで一対の電極を設ける。なお、複数の電位差測定端子は、作業上、構造物外面側とすることが好ましいが、外面側に設置できない場合には、きずが存在する側（構造物内面側）に設置しても、何ら問題はない。
【００２９】
第七の工程が終了し、測定端子等を構造物の所定の箇所に設置が完了したのち、プラントを一時停止していた場合にはプラントを再稼動させ、導電材料製構造物における操業を再開し、第八の工程を行う。
第八の工程では、第七の工程で設置した一対の電極を介して、被測定領域表面に電流を供給しながら、複数の電位差測定用端子のうちの二つを一対として形成される複数の測定端子対について、複数の電位差測定端子対に生じる電位差を、間歇的または連続的に測定する。そして、同時に測定される複数の参照電位差測定用端子間に生じる電位差を基準として、当該きずについての電位差変化率を算出する。
【００３０】
導電材料製構造物の操業再開前の電位差変化率を基準として、操業中、あるいは操業終了後の適正な時期に、電位差測定端子対の電位差を測定し、操業再開前に比べて電位差が大きくなっていれば、当該きずが操業中に進展したことが容易に判定できる。
なお、操業前にきずが認められない領域に、複数の電位差測定用端子を配置しておけば、操業中（あるいは操業後）に得られた電位差変化率から、きずの発生がいつ生じたか、を精度よく判定できる。また、操業前にきずが存在する領域に設置した複数の電位差測定用端子間の電位差の変化から、そのきずの進展状況が容易に把握できる。
【００３１】
ついで、第八の工程で算出された各きずの電位差変化率から、第四の工程で求めた例えば、（２）式で表されるマスターカーブを利用して、当該きずの深さを推定する、第九の工程を行う。
第九の工程では、マスターカーブを利用して、電位差測定により得られた電位差変化率から、各測定端子対における推定きず深さをもとめ、測定時刻ごとの被測定領域内の推定きず深さ分布として図示することができる。その一例を図４に示す。図面内で濃い色調で表示された箇所にきずが存在または発生していることになる。このような推定きず深さ分布を測定時刻ごとに作成すれば、被測定領域での推定きず深さの変化状況が明瞭となり、きずの進展状況をより明確に把握することができる。
【００３２】
ついで、第十の工程を行う。
第十の工程では、第九の工程で得られた推定きず深さに基づいて、寿命に到達するまでの時間、すなわち、許容可能な限界深さ（寿命深さ）に到達するまでの時間を余寿命として推定する。例えば、次回の操業中に寿命深さに到達するきずがあれば、補修または更新を行う必要がある。推定きず深さが浅く、次回の操業が終了するまでは、きずの進展は少なく、寿命深さに到達することがないと確信できれば、補修の必要性なしと判定する。なお、余寿命の推定は、きず深さが明確であれば、例えば、きずの進展速度から推定することができる。また、補修、更新を行う場合、研磨等の破壊試験を行ってきず深さを実測しておくことが重要で、マスターカーブの精度向上につながる。
【００３３】
以下、実施例に基づき、さらに本発明について説明する。
【実施例】
【００３４】
石油精製プラントの配管（ＳＵＳ３０４Ｈ製鋼管）の溶接部近傍に発生した、蜘蛛の巣状（樹枝状）を呈する複雑な形状のきずを、浸透探傷法で７箇所についてその位置を特定した。その特定された７箇所の各きずについて、図５に示すように、格子状に複数の電位差測定用端子（No.１〜12：計12個）設置し、被測定領域Ｗを形成した。各格子間の間隔は20mmとした。また、複数の参照電位差測定端子を、対象構造物である配管のきず発生が考えられない健全部（図示せず）に設置した。そして、被測定領域Ｗ、複数の参照電位差測定端子の周辺に一対の電極11、11を設置した（第一の工程）。
【００３５】
なお、一対の電極は、複数の電位差測定端子、複数の参照電位差測定端子とが直列となるように、配置し、電流印加方向は配管の長手方向とした。印加した電流は直流パルスとした。
直流電位差計を使用して、上記した複数の電位差測定端子のうちの二つを一対として電位差測定端子対とし、各電位差測定端子対の電位差Ａｉを測定した。
【００３６】
測定端子対No.１は１−２、No.２は２−３、No.３は４−５、No.５は６−７、No.６は７−８、No.７は８−９、No.８は10−11、No.９は11−12とした。なお、各測定端子対には予め測定用リード線が取り付けられ、切替スイッチにより切換え可能に設置されることは言うまでもない。また、参照電位差測定端子対の電位差Ｂｉを同時に測定し、きず以外の電位差の変化を消去した。
【００３７】
得られた各電位差測定端子対の電位差Ａｉと各参照電位差測定端子対の電位差Ｂｉを用いて、各電位差測定端子対の電位差変化率ΔＶを次（１）式
ΔＶ＝（（Ａi／Ｂi）−１）×100 ‥‥（１）
を用いて算出した（第二の工程）。
特定された７個のきずすべてについて、同様に電位差変化率を得た。
【００３８】
得られた結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】
ついで、測定した７箇所のきずのうちの、２箇所（きずNo. A、No.B）について、きず模様表示が消滅するまで研磨し、最大きず深さを実測した（第三の工程）。
測定された最大きず深さは、きずNo.Aで1.9mm、きずNo.Bで3.1mmであった。一方、表１に示す電位差変化率の最大値は、きずNo.Aで10.1％、きずNo.Bで14.2％であり、これらの結果から、きず深さ1mm当たりの電位差変化率は4.88％となり、なお、基準肉厚：16.8mmであった。これらの結果から、配管長手方向を電流印加方向とした場合の推定きず深さは、肉厚の違いによる電位差変化率に対する補正を加えると、
推定きず深さ（mm）＝｛（電位差変化率）／4.88｝×（肉厚／16.8）
となる。この式をマスターカーブと利用する。（第四の工程）
ついで、上記したマスターカーブを利用して、きず深さを実測したNo.A,No.B以外のきずについて、きず深さを推定した（第五の工程）。
【００４１】
得られた結果を表２に示す。
【００４２】
【表２】
【００４３】
ついで、第五の工程で得られたきず深さを参照して、きずの進展を監視する必要があるきずとして、きずNo. F を選定した（第六の工程）。
選定された監視を必要とするきず（きずNo. F）について、電位差測定のための、測定端子、電極を配設した（第七の工程）。
第七の工程では、選定されたきずが存在する領域に、図６に示すように、格子状に複数の電位差測定用端子（No.１〜25：計25個）設置し、被測定領域Ｗを形成した。各格子間の間隔は20mmとした。そして、被測定領域Ｗに電流を印加するために、被測定領域Ｗの周辺に一対の電極11、11を設置した。なお、電流印加方向は配管の周方向とした。印加する電流は直流パルスとした。電位差測定手段としては、直流電位差計を使用して、複数の電位差測定端子のうちの二つを一対として測定端子対とし、各測定端子対の電位差Ａｉを、間歇的に測定した。
【００４４】
測定端子対No.１は１−２、No.２は２−３、No.３は３−４、No.４は４−５、No.５は６−７、‥‥No.８は９−10、No.９は11−12、‥‥No.12は14−15、‥‥No.20は24−25とした。なお、各測定端子対には予め測定用リード線が取り付けられ、切替スイッチにより切換え可能に設置されることは言うまでもない。また、複数の参照電位差測定端子を、対象構造物である配管のきず発生が考えられない健全部に設置した。参照端子対の電位差Ｂｉを同時に測定し、きず以外の電位差の変化を消去した。
【００４５】
測定開始時と、測定開始から210日目に、各測定端子対の電位差をそれぞれ測定した。得られた各測定端子対の電位差Ａｉを用い、測定開始時刻ｓの各測定端子対の電位差Ａsを基準として、測定時刻における、電位差変化率である電場指紋係数ＦＣ
ＦＣ＝（Ａi/Ａs−１）×100
を算出した（第八の工程）。
【００４６】
そして、破壊試験により求めておいた当該配管についての、推定きず深さと電位差変化率（電場指紋係数ＦＣ）との関係（マスターカーブ）を利用して、各測定端子対における推定きず深さを算出し、推定きず進展深さを求めた（第九の工程）。
得られた推定きず進展深さの分布を、被測定領域について、図７に示す。図面の色調で推定きず進展深さの大きさを表示している。図７から、測定開始時に比較して、0.06mmほどきずが進展している領域が確認された。本発明方法により、確実にきずの進展状況が検出できることがわかる。
【００４７】
この程度の少ないきずの進展量であれば、肉厚の減少は少なく、余寿命は十分あり、補修を必要としないと判断した（第十の工程）。
【符号の説明】
【００４８】
１ 電源
11、12 電極
２ 電位差測定用端子
３ 電位差測定手段
４ 演算手段
５ データ保存手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電材料製構造物に発生する複雑形状を呈するきずの電位差法を用いたきず深さ推定方法であって、
前記導電材料製構造物の前記複雑形状を呈するきずが複数発生した領域を被測定領域とし、該きずの位置を特定し、該特定された各きずの近傍にそれぞれ、複数の電位差測定用端子を所定の間隔で離間して格子状に配置するとともに、該導電材料製構造物の欠陥が発生しない健全部表面に複数の参照電位差測定用端子を所定の間隔で離間して配置し、さらに、前記複数の電位差測定用端子および前記複数の参照電位差測定用端子を挟んで少なくとも一対の電極を設ける第一の工程と、
前記一対の電極を介して、前記被測定領域表面に電流を供給しながら、前記複数の電位差測定用端子のうちの二つを一対として形成される複数の電位差測定端子対について、該複数の測定端子対に生じる電位差を、前記複数の参照電位差測定用端子間に生じる電位差とともに測定し、前記複数の電位差測定端子対の電位差変化率を算出し、そのうちの最大の電位差変化率を当該きずの電位差変化率とする第二の工程と、
前記電位差変化率を求めたきずのうち、高い電位差変化率を示した複数のきずについて、該きずの深さを実測する第三の工程と、
前記深さを実測された複数のきずについて、得られたきずの深さと得られた電位差変化率との相関関係を求め、マスターカーブを作成する第四の工程と、
前記第二の工程で電位差変化率を求めた各きずについて、前記マスターカーブを利用して、前記電位差変化率からそのきずの深さを推定する第五の工程と、
前記推定されたきずの深さから、監視を必要とするきずを選定する第六の工程と、
選定された前記監視を必要とするきずについて、該きずが監視可能な領域を被測定領域として、該領域に、複数の電位差測定用端子を所定の間隔で離間して格子状に配置するとともに、前記導電材料製構造物の欠陥が発生しない健全部表面に複数の参照電位差測定用端子を所定の間隔で離間して配置し、さらに、前記複数の電位差測定用端子および前記複数の参照電位差測定用端子を挟んで少なくとも一対の電極を設ける第七の工程と、
該第七の工程終了後、
前記一対の電極を介して、前記被測定領域表面に電流を供給しながら、前記複数の電位差測定用端子のうちの二つを一対として形成される複数の測定端子対について、該複数の測定端子対に生じる電位差を前記複数の参照電位差測定用端子間に生じる電位差とともに、間歇的または連続的に測定し、当該きずについての電位差変化率を算出する第八の工程と、
算出された前記当該きずについての電位差変化率から、前記マスターカーブを利用して、当該きずの深さを推定する第九の工程と、
前記推定された当該きずの深さときずの進展速度とに基づいて、許容可能な限界きず深さに到達するまでの時間を余寿命として推定し、補修の必要性について判定する第十の工程と、
を順次行うことを特徴とする、導電材料製構造物における複雑形状を呈するきずのきず深さ推定方法。
【請求項２】
前記一対の電極に代えて、電流印加方向が異なる複数対の電極とすることを特徴とする請求項１に記載の導電材料製構造物における複雑形状を呈するきずのきず深さ推定方法。
【請求項３】
前記電流が、直流または直流パルスであることを特徴とする請求項１または２に記載の導電材料製構造物における複雑形状を呈するきずのきず深さ推定方法。
【請求項４】
前記第九の工程において、前記各測定端子対における前記推定されたきずの深さから、前記被測定領域における推定されたきずの深さの分布を作成し、きずの発生・進展状況を把握することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の導電材料製構造物における複雑形状を呈するきずのきず深さ推定方法。
【請求項１】
導電材料製構造物に発生する複雑形状を呈するきずの電位差法を用いたきず深さ推定方法であって、
前記導電材料製構造物の前記複雑形状を呈するきずが複数発生した領域を被測定領域とし、該きずの位置を特定し、該特定された各きずの近傍にそれぞれ、複数の電位差測定用端子を所定の間隔で離間して格子状に配置するとともに、該導電材料製構造物の欠陥が発生しない健全部表面に複数の参照電位差測定用端子を所定の間隔で離間して配置し、さらに、前記複数の電位差測定用端子および前記複数の参照電位差測定用端子を挟んで少なくとも一対の電極を設ける第一の工程と、
前記一対の電極を介して、前記被測定領域表面に電流を供給しながら、前記複数の電位差測定用端子のうちの二つを一対として形成される複数の電位差測定端子対について、該複数の測定端子対に生じる電位差を、前記複数の参照電位差測定用端子間に生じる電位差とともに測定し、前記複数の電位差測定端子対の電位差変化率を算出し、そのうちの最大の電位差変化率を当該きずの電位差変化率とする第二の工程と、
前記電位差変化率を求めたきずのうち、高い電位差変化率を示した複数のきずについて、該きずの深さを実測する第三の工程と、
前記深さを実測された複数のきずについて、得られたきずの深さと得られた電位差変化率との相関関係を求め、マスターカーブを作成する第四の工程と、
前記第二の工程で電位差変化率を求めた各きずについて、前記マスターカーブを利用して、前記電位差変化率からそのきずの深さを推定する第五の工程と、
前記推定されたきずの深さから、監視を必要とするきずを選定する第六の工程と、
選定された前記監視を必要とするきずについて、該きずが監視可能な領域を被測定領域として、該領域に、複数の電位差測定用端子を所定の間隔で離間して格子状に配置するとともに、前記導電材料製構造物の欠陥が発生しない健全部表面に複数の参照電位差測定用端子を所定の間隔で離間して配置し、さらに、前記複数の電位差測定用端子および前記複数の参照電位差測定用端子を挟んで少なくとも一対の電極を設ける第七の工程と、
該第七の工程終了後、
前記一対の電極を介して、前記被測定領域表面に電流を供給しながら、前記複数の電位差測定用端子のうちの二つを一対として形成される複数の測定端子対について、該複数の測定端子対に生じる電位差を前記複数の参照電位差測定用端子間に生じる電位差とともに、間歇的または連続的に測定し、当該きずについての電位差変化率を算出する第八の工程と、
算出された前記当該きずについての電位差変化率から、前記マスターカーブを利用して、当該きずの深さを推定する第九の工程と、
前記推定された当該きずの深さときずの進展速度とに基づいて、許容可能な限界きず深さに到達するまでの時間を余寿命として推定し、補修の必要性について判定する第十の工程と、
を順次行うことを特徴とする、導電材料製構造物における複雑形状を呈するきずのきず深さ推定方法。
【請求項２】
前記一対の電極に代えて、電流印加方向が異なる複数対の電極とすることを特徴とする請求項１に記載の導電材料製構造物における複雑形状を呈するきずのきず深さ推定方法。
【請求項３】
前記電流が、直流または直流パルスであることを特徴とする請求項１または２に記載の導電材料製構造物における複雑形状を呈するきずのきず深さ推定方法。
【請求項４】
前記第九の工程において、前記各測定端子対における前記推定されたきずの深さから、前記被測定領域における推定されたきずの深さの分布を作成し、きずの発生・進展状況を把握することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の導電材料製構造物における複雑形状を呈するきずのきず深さ推定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−４４６００（Ｐ２０１３−４４６００Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８１６８０（Ｐ２０１１−１８１６８０）
【出願日】平成２３年８月２３日（２０１１．８．２３）
【出願人】（０００００４４４４）ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社 (1,898)
【出願人】（５０３４６９８１０）株式会社アトラス (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２３日（２０１１．８．２３）
【出願人】（０００００４４４４）ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社 (1,898)
【出願人】（５０３４６９８１０）株式会社アトラス (8)
【Ｆターム（参考）】
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