肉厚測定方法
【課題】測定箇所が直接に目視できない狭い場所にある場合においても、精度良く、かつ、簡易に測定が可能な肉厚測定方法を提供することを目的とする。
【解決手段】測定対象物である伝熱管１１の外壁面における減肉部分の表面に超音波振動子を押し当てて超音波を入射し、底面（内壁面）から反射される複数の底面エコーを受信し、連続して受信した底面エコーの受信時間差データに基づいて減肉部分の肉厚を測定する。このとき、底面エコーが３つ以上観測されたときに、最も減肉が大きい部分に超音波振動子２１が当たっていると判定して肉厚測定を行う。このような方法によれば、減肉部分が狭い隙間内に存在し、減肉部分を目視しながら超音波振動子を押し当てる位置を正確に判断することが困難な場合であっても、減肉部分のうち最も大きく減肉している部分の減肉量をある程度正確に把握することが可能となる。
【解決手段】測定対象物である伝熱管１１の外壁面における減肉部分の表面に超音波振動子を押し当てて超音波を入射し、底面（内壁面）から反射される複数の底面エコーを受信し、連続して受信した底面エコーの受信時間差データに基づいて減肉部分の肉厚を測定する。このとき、底面エコーが３つ以上観測されたときに、最も減肉が大きい部分に超音波振動子２１が当たっていると判定して肉厚測定を行う。このような方法によれば、減肉部分が狭い隙間内に存在し、減肉部分を目視しながら超音波振動子を押し当てる位置を正確に判断することが困難な場合であっても、減肉部分のうち最も大きく減肉している部分の減肉量をある程度正確に把握することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、肉厚測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、火力発電所におけるボイラ装置の内部に設置される過熱器・再熱器等の熱交換器は、多数の伝熱管が並列して配設されることにより構成されるものである。このようなボイラ装置のうち、特に火炉の上部に吊り下げられる吊り下げ式の過熱器・再熱器等においては、その外部を流れる燃焼ガスによって運転中に伝熱管がばたつくことがある。このようなばたつきを回避するために、伝熱管にスペーサと呼ばれる金具を溶接し、隣接する伝熱管に設けられたスペーサ同士を互いに係合させることによって、隣り合う伝熱管間の相対的な位置を規制することが一般的である。
【０００３】
このような構成のものでは、スペーサの係合部分において、伝熱管とスペーサとが擦れあうことにより、伝熱管の外壁に磨耗・減肉が生じることがある。したがって、定期的に減肉の大きさを測定し、必要に応じて伝熱管の交換等のメンテナンスを行う必要がある。
【０００４】
ここで、磨耗・減肉等を測定する手法として、従来、超音波による肉厚測定方法が広く用いられている。この測定方法では、管の外壁面に超音波振動子を接触させて超音波を入射し、管壁の底面での反射により生じる底面エコーを受信する。管の肉厚値ｄは、管を構成する材料の音速Ｃと、超音波が管壁の内部を伝播し往復した時間（路程）ｔから以下の式を用いて算出することができる。
【０００５】
ｄ＝Ｃ・ｔ／２ ...（１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２８７７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のような構成のスペーサ付き伝熱管では、伝熱管とスペーサとの間隔が非常に狭い。このため、伝熱管とスペーサとの狭い隙間に振動子を差し入れて手探りで減肉部分に接触させ、測定を行う他はなく、測定の精度が今一つ確保できない状況であった。このため、正確に減肉厚を知るためには、減肉部分をパテにより型取りして減肉厚を測定する等の煩雑な方法を取らざるを得なかった。
【０００８】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、測定箇所が直接に目視できない狭い場所にある場合においても、精度良く、かつ、簡易に測定が可能な肉厚測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するための手段として、本発明は、測定対象物の表面から超音波を入射して底面から反射される底面エコーに基づいて肉厚を測定する肉厚測定方法において、前記底面エコーが３つ以上観測されたときに、連続して受信した２つの底面エコーの受信時間差データに基づいて肉厚測定を行うものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、肉厚を測定したい箇所が狭い隙間内に存在し、当該箇所を目視しながら測りたい箇所に超音波振動子が位置しているか否かを判断することが困難な場合であっても、肉厚をある程度正確に把握することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態におけるボイラ装置の概略図
【図２】スペーサが設けられた伝熱管の斜視図
【図３】図２のＡ−Ａ断面図
【図４】超音波プローブの一例を示す斜視図
【図５】超音波プローブの一例を示す側断面図
【図６】減肉部分の超音波による肉厚測定の様子を示す図
【図７】試験例１における試験サンプルの側面図
【図８】試験例１において超音波探触子を試験サンプルの研削部に接触させて測定を行う様子を示す断面図
【図９】試験例２における、使用済み吊り下げ再熱器管の減肉部の断面の写真−１
【図１０】試験例２における、使用済み吊り下げ再熱器管の減肉部の断面の写真−２
【図１１】試験例２における、使用済み吊り下げ再熱器管の減肉部の超音波測定チャート−１
【図１２】試験例２における、使用済み吊り下げ再熱器管の減肉部の超音波測定チャート−２
【図１３】試験例４における、スペーサが設けられた伝熱管の斜視図
【図１４】図１３のＢ−Ｂ断面図
【図１５】試験例４における、他のスペーサが設けられた伝熱管の斜視図
【図１６】図１５のＣ−Ｃ断面図
【図１７】試験例５において、ストッパ付きスペーサが設けられた伝熱管の斜視図
【図１８】図１７のＤ−Ｄ断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態を図１〜図６によって説明する。本実施形態では、本発明を、火力発電所のボイラ装置内に設置される伝熱管において、隣接する伝熱管と連結金具によって連結されている部分において伝熱管がスペーサと擦れ合うことにより生じる減肉部分の肉厚測定に適用する例によって説明する。
【００１３】
図１には、ボイラ装置１の概略図を示した。ボイラ装置１は、燃料である微粉炭を燃焼させる火炉２と、火炉２の側方に配され、上部で火炉２と連結される排ガス流路３とを有している。火炉２の上部および排ガス流路３には、過熱器４、５、６、再熱器７および節炭器（図示せず）の配管が配置されている。
【００１４】
過熱器、再熱器および節炭器の熱交換器はそれぞれ、多数の伝熱管１１を並列して配設することにより構成されるものであるが、特に火炉２の上部において天井壁から吊り下げられる吊り下げ式の過熱器４、５、６、および再熱器７は、多数の伝熱管１１が並列して垂直に吊り下げられた構成となっている。
【００１５】
このような吊り下げ式の過熱器４、５、６および再熱器７においては、伝熱管１１にスペーサ１２（本発明の連結金具に該当）が設けられ、隣り合う伝熱管１１のスペーサ１２が互いに係合することで、伝熱管１１のばたつきが抑制されるようになっている。
【００１６】
図２、図３には、隣り合う伝熱管１１Ａ、１１Ｂがスペーサ１２Ａ、１２Ｂにより係合している様子を示した。スペーサ１２Ａ、１２Ｂは、金属材料により断面略Ｌ字状に形成されている。このスペーサ１２Ａ、１２Ｂにおいて、Ｌ字を構成する２辺のうち１方の辺は取付基部１３Ａ、１３Ｂとされ、その端縁は溶接により伝熱管１１Ａ、１１Ｂの外壁に固着されている。また他方の辺は、隣接する伝熱管１１Ａ、１１Ｂのスペーサ１２Ａ、１２Ｂと嵌合する嵌合片１４Ａ、１４Ｂとされている。伝熱管１１Ａ、１１Ｂの外壁と、各伝熱管１１Ａ、１１Ｂに固着されるスペーサ１２Ａ、１２Ｂにおける嵌合片１４Ａ、１４Ｂとの間の空間は、それぞれ、これと隣接する伝熱管１１Ｂ、１１Ａのスペーサ１２Ｂ、１２Ａにおける嵌合片１４Ｂ、１４Ａを受け入れ可能な嵌合溝１５Ａ、１５Ｂとされている。
【００１７】
互いに隣接する伝熱管１１Ａ、１１Ｂにおいて対向する位置に、互い違いの姿勢で設けられたスペーサ１２Ａ、１２Ｂは、互いの嵌合片１４Ａ、１４Ｂが相手側スペーサ１２Ｂ、１２Ａの嵌合溝１５Ｂ、１５Ａに嵌まり合うことで係合し、これにより、隣り合う伝熱管１１Ａ、１１Ｂ間の相対的な位置が規制される。
【００１８】
ここで、隣接する伝熱管１１Ａ、１１Ｂに設けられたスペーサ１２Ａ、１２Ｂが互いに係合している部分では、伝熱管１１Ａ、１１Ｂの外壁面と、相手側の伝熱管１１Ｂ、１１Ａに設けられたスペーサ１２Ｂ、１２Ａにおける嵌合片１４Ｂ、１４Ａの外壁面（伝熱管１１Ａ、１１Ｂの外壁面と対向する面）とが擦れあうことにより、伝熱管１１Ａ、１１Ｂの外壁に磨耗・減肉が生じることがある。したがって、定期的に減肉の大きさを測定し、必要に応じて伝熱管１１の交換等のメンテナンスを行う必要がある。
【００１９】
伝熱管１１Ａ、１１Ｂにおける磨耗・減肉等を測定する手法としては、超音波による肉厚測定方法が用いられる。本実施形態では、超音波の発信および受信が可能な超音波振動子を薄板状の支持部に固定した超音波プローブを用意し、これを伝熱管１１とスペーサ１２との隙間に差し込んで測定を行う。
【００２０】
本実施形態に好適な超音波プローブ２０の例を、図４および図５に示した。この超音波プローブ２０は、超音波の発信および受信が可能な超音波振動子２１と、この超音波振動子２１を支持するための支持板２２とを備えている。支持板２２は、金属等により細長い帯状に形成された薄板を２枚張り合わせたもので、そのうち上側となる１枚には、先端部に、超音波振動子２１をほぼ緊密に収容可能な貫通孔２３が設けられている。そして、この貫通孔２３の内部に超音波振動子２１が固定される。これにより、超音波振動子２１はその上面側（測定対象物に向けられる側）の一部が支持板２２の上面から僅かに突出する形で支持板２２に取り付けられる。超音波振動子２１からはケーブル２４が支持板２２の表面に沿わせるようにして延出され、このケーブル２４は、超音波発信器や受信した信号を処理するデータ処理部等を備えた超音波探傷器（図示せず）に接続されている。支持板２２において超音波振動子２１が取り付けられている先端部を除く部分は、保護フィルム２５により覆われている。
【００２１】
次に、このような超音波プローブ２０を用いて伝熱管１１における減肉部分の肉厚を測定する方法について、伝熱管１１Ａの減肉部分を測定対象とする場合を例にとり説明する。
【００２２】
まず、測定対象となる伝熱管１１Ａの外壁面と、隣接する伝熱管１１Ｂに設けられたスペーサ１２Ｂにおける嵌合片１４Ｂの外壁面（伝熱管１１Ａの外壁面と対向する面）との隙間に、超音波プローブ２０において超音波振動子２１が取り付けられている先端部分を挿入する。このとき、超音波プローブ２０において超音波振動子２１が取り付けられている側の面を測定対象となる伝熱管１１Ａ側に向けた姿勢で挿入を行う。そして、伝熱管１１Ａの減肉部分に超音波振動子２１を押し当てる。
【００２３】
ここで、伝熱管１１の適切なメンテナンスを行い、火力発電所の運転に支障をきたさないようにするためには、減肉部分のうち最も大きく減肉している部分の減肉量をある程度正確に把握し、適切な交換時期を判断する必要がある。
【００２４】
しかし、伝熱管１１Ａの外壁面と相手側スペーサ１２Ｂにおける嵌合片１４Ｂの外壁面との隙間は非常に狭いため、最も減肉量が大きい部分に超音波振動子２１が位置していることを目視で正確に確認することは難しい。
【００２５】
そこで、作業者は、最も減肉量が大きい部分に超音波振動子２１が当たっていると思われる位置で超音波プローブ２０を支持し、超音波振動子２１から超音波を発信させる。発信された超音波の一部は管壁の底面（伝熱管１１Ａの内壁面）で反射して再び表面（伝熱管１１Ａの外壁面）まで戻り、超音波振動子２１により受信される。これが底面エコーとして観測される。作業者は、底面エコーが３つ以上確認された場合に、減肉部分の底部（最も減肉が大きい部分）に超音波振動子２１が当たっていると判定し、エコー間距離測定法によって減肉部分の肉厚を測定する。超音波が伝熱管１１Ａの管壁内部を伝播し往復した時間、すなわち連続する２つの底面エコーの受信時間差をｔ、伝熱管１１Ａを構成する材料中の音速をＣとすると、肉厚ｄは下記式（１）で算出される。
【００２６】
ｄ＝Ｃ・ｔ／２ ...（１）
【００２７】
ここで、底面エコーが３つ以上確認された場合に、減肉部分の底部に超音波振動子２１が当たっていると判定する理由は、以下のようである。
【００２８】
図６には、伝熱管１１Ａの減肉部分Ｗに超音波振動子２１を押し当てて測定を行う様子を示している（なお、分かりやすく示すため、超音波プローブ２０における超音波振動子２１以外の構成、隣接する伝熱管１１Ｂ、およびスペーサ１２Ａ、１２Ｂを省略して示してある）。超音波振動子２１から発信された超音波は、伝熱管１１Ａの管壁内部を伝わり、底面（伝熱管１１Ａの内壁面）で反射されて再び表面（伝熱管１１Ａの外壁面）へ戻る。表面へ戻った超音波の一部は、表面で反射されて伝熱管１１Ａの内部に戻り、底面で反射されることを繰り返す。図中、超音波の経路を１点鎖線で示している。
【００２９】
ここで、超音波振動子２１が減肉部分Ｗの底部（最も減肉量が大きい部分）に当たっていれば、超音波はほぼ伝熱管１１Ａの直径方向に沿って入射し、伝熱管１１Ａの内壁断面が描く曲線の接線に対してほぼ垂直に当たって反射されると考えてよい。言い換えれば、入射波および反射波は伝熱管１１Ａの内壁断面が描く曲線の法線に沿って往復する。このため、超音波の管壁内部での往復が数度繰り返されても、反射波の到達位置は超音波振動子２１の押し当て位置から大きくずれることはない。このため、底面エコーが繰り返し観測されることとなる。
【００３０】
これに対し、超音波振動子２１が減肉部分Ｗの底部からずれた位置に当たっていると、超音波は伝熱管１１Ａの直径方向に対して斜めに入射し、伝熱管１１Ａの内壁断面が描く曲線の接線に対して斜めに当たり、接線への入射角と等しい反射角をとる方向へ反射される。このため、反射波の到達位置が超音波振動子２１の設置位置からずれることとなる。超音波振動子２１の減肉部分Ｗの底部からのずれが大きいほど、あるいは超音波の反射回数が多くなるほど、超音波振動子２１の押し当て位置からの反射波到達位置のずれが大きくなると考えられる。
【００３１】
したがって、底面エコーの観測回数が多ければ、超音波振動子２１の減肉部分の底部からのずれが小さく、逆に、底面エコーが観測されないか観測回数が少なければ、超音波振動子２１の減肉部分の底部からのずれが大きいと判断できる。このため、底面繰返しエコーが３つ以上確認された場合に、減肉部分の底部に超音波振動子２１が当たっていると判定することとした。
【００３２】
以上のように本実施形態によれば、測定対象物である伝熱管１１Ａの外壁面における減肉部分Ｗの表面に超音波振動子２１を押し当てて超音波を入射し、底面（伝熱管１１の内壁面）から反射される底面エコーを受信する。このとき、底面エコーが３つ以上観測されたときに、最も減肉が大きい部分に超音波振動子２１が当たっていると判定し、連続して受信した２つの底面エコーの受信時間差データに基づいて減肉部分Ｗの肉厚を測定する。このような方法によれば、減肉部分Ｗが狭い隙間内に存在し、減肉部分Ｗを目視しながら超音波振動子２１を押し当てる位置を正確に判断することが困難な場合であっても、減肉部分Ｗのうち最も大きく減肉している部分の減肉量をある程度正確に把握し、適切な交換時期等を判断することが可能となる。
【実施例】
【００３３】
[配管減肉試験片による肉厚測定試験]
外壁面を所定の厚さだけ研削して減肉部を形成したモデル配管を用いて、超音波による肉厚測定を行った試験例について説明する。
【００３４】
＜試験例１＞
図７には、モデル配管３０の側面図を示した。外径４５ｍｍ、公称肉厚８．４ｍｍの鋼管（ＴＰ１−Ａ）、および外径５４ｍｍ、公称肉厚４．０ｍｍの鋼管（ＴＰ１−Ｂ）を準備した。各鋼管の外壁面の３箇所を、それぞれ、研削面が鋼管の外壁断面および内壁断面が作る曲線の接線と平行となるように研削した。３箇所の研削部３１、３２、３３の研削量Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３はそれぞれ０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍとした。これを試験サンプルとした。
【００３５】
図８に示すように、超音波振動子２１を研削部３１、３２、３３において幅方向の中心位置（最も深く研削されている位置；図８中点線で示す）から両外側方向に向かってそれぞれ０．５ｍｍピッチで移動させ、超音波を照射して底面繰返しエコーを観察した。また、エコー間距離測定法によって減肉部分の肉厚を測定した。
【００３６】
なお、超音波探傷器としてＰＡＮＡＭＥＴＯＲＩＸ社製 ＥＰＯＣＨ III、超音波振動子として株式会社検査技術研究所製 １０Ｋ３Ｉ−ＬＰ（周波数：１０ＭＨｚ、帯域：広帯域）をそれぞれ使用し、接触媒質としてはソニコートを使用した。
【００３７】
肉厚測定値をＢ１−Ｂ２エコー法により測定した。なお、探傷感度は研削部上の中心でＢ１エコーが８０％程度となるような感度とした。但し、サンプルＴＰ１−Ｂでは残肉厚が薄いことにより、研削量１．０ｍｍ、１．５ｍｍの研削部ではＢ１エコーが送信エコーおよびノイズに接近しすぎて明確に識別できなくなったため、探傷感度を研削部上の中心でＢ２エコーが８０％程度となるような感度とし、Ｂ２−Ｂ３エコー間で肉厚を測定した。
【００３８】
表１には、サンプルＴＰ１−Ａにおける研削深さ０．５ｍｍの研削部において、探触子を研削部の中心から図８の＋方向、−方向に０．５ｍｍピッチで、最大±３．０ｍｍまで移動させた場合における、エコー識別状態、およびエコー間距離測定法による肉厚測定値を示した。エコー識別状態は、Ｂ１〜Ｂ４エコーについて、明確に識別できた場合を○、明確でないが識別は可能であった場合を△、識別できなかった場合を×で示した。
【００３９】
同様に、ＴＰ１−Ａの研削深さ１．０ｍｍの研削部での試験結果を表２に、ＴＰ１−Ａの研削深さ１．５ｍｍの研削部での試験結果を表３に、ＴＰ１−Ｂの研削深さ０．５ｍｍの研削部での試験結果を表４に、ＴＰ１−Ｂの研削深さ１．０ｍｍの研削部での試験結果を表５に、ＴＰ１−Ｂの研削深さ１．５ｍｍの研削部での試験結果を表６に、それぞれ示した。
【００４０】
【表１】
【００４１】
【表２】
【００４２】
【表３】
【００４３】
【表４】
【００４４】
【表５】
【００４５】
【表６】
【００４６】
表１〜表６より、明確な二つのエコー（Ｂ１−Ｂ２エコーまたはＢ２−Ｂ３エコー）が得られた範囲の肉厚測定値は安定しており、０．１ｍｍ程度のバラツキしかなかった。ただし、ＴＰ１−Ｂの研削深さ１．０ｍｍの研削部では例外的に肉厚測定値のバラツキが大きかったが、これは測定部裏面側のスケールが部分的に剥離して不均一な状態になっていたのが原因であった。
【００４７】
以上のことより、今回測定試験した配管減肉試験片と同程度の管径、管肉厚の管において、３つ以上の明確な底面エコーが得られている状態であれば、精度良く肉厚が測定できているといえる。
【００４８】
[発電所における使用済み鋼管を用いた肉厚測定試験]
発電所における過熱器、再熱器から使用済みの伝熱管を取り外して減肉部の超音波による肉厚測定を行った上、切断して肉厚を実測した結果と比較した試験例について説明する。
【００４９】
＜試験例２＞
中部電力株式会社碧南火力発電所３号機において、使用済み吊り下げ式再熱器管のスペーサ取り付け箇所を数箇所切断して試験サンプルとした。各試験サンプルにおいて減肉箇所１箇所ずつ、計２箇所（サンプル２−１、２−２）を測定対象とした。超音波振動子を減肉部の底部（最も減肉している部分）表面に接触させ、超音波を照射してエコー間距離測定法により肉厚を測定した。また、各試験サンプルにおいて、測定対象となる減肉箇所を含む断面を光学顕微鏡により観察して減肉部の最小肉厚（最も減肉している部分の肉厚）を測定した。また、減肉部周辺の健全箇所の肉厚をノギスで測定した。
【００５０】
２本の試験サンプルについて測定結果を例示する。サンプル２−１の減肉部の断面写真を図９に、超音波のチャートを図１１にそれぞれ示した。また、サンプル２−２の減肉部の断面写真を図１０に、超音波のチャートを図１２にそれぞれ示した。
【００５１】
図１１、図１２から分かるように、超音波測定ではＢ１〜Ｂ４エコーを識別できた。また、サンプル２−１では顕微鏡観察による減肉部の最小肉厚が３．６４ｍｍ、超音波により測定した減肉部の肉厚が３．６ｍｍであり、サンプル２−２では顕微鏡観察による減肉部の最小肉厚が３．９６ｍｍ、超音波により測定した減肉部の肉厚が３．９ｍｍであった。このように、超音波による肉厚測定値は顕微鏡観察による実測値とよく一致していた。
【００５２】
＜試験例３＞
中部電力株式会社碧南火力発電所１号機および４号機において、使用済み吊り下げ式再熱器管および二次過熱器管におけるスペーサ取り付け箇所を数箇所切断して試験サンプルとした。再熱器管において減肉箇所９箇所（サンプル３−１〜３−９）、二次過熱器管において減肉箇所２箇所（サンプル３−１０、３−１１）を測定対象とした。
【００５３】
各試験サンプルを対となるスペーサと組み合わせた状態で、管の外壁面とスペーサとの間隙を、スキマゲージを用いて測定した。そして、この隙間に小型の超音波振動子を差し込んで減肉部の表面に接触させて超音波を照射し、波形を観測した。底面エコーが３つ以上現われる状態の時にエコー間距離測定法により肉厚を測定した。
【００５４】
また、対となるスペーサを外した状態で、減肉部を目視して最大限肉部位を確認しつつその表面に超音波振動子を接触させ、超音波を照射してエコー間距離測定法により肉厚を測定した。
【００５５】
その後、試験サンプルを、断面が最大減肉部位を含むように切断し、切断面を光学顕微鏡により観察して減肉部の最小肉厚（最も減肉している部分の肉厚）と減肉部周辺の健全部の肉厚を測定した。
【００５６】
なお、スキマゲージとしてはＪＩＳ Ｂ７５２４に規定されるもの（株式会社永井ゲージ製作所製）を使用した。超音波探傷器としてオリンパス社製 ＥＰＯＣＨ１０００ｉ、超音波振動子として株式会社検査技術研究所製 １０Ｋ３Ｉ−ＬＰ（周波数：１０ＭＨｚ、帯域：広帯域）をそれぞれ使用し、接触媒質としてはソニコートを使用した。
【００５７】
表７には、各測定箇所について、管の表面とスペーサとの間隙、スペーサと組み合わせた状態およびスペーサを取り外した状態での超音波による肉厚測定値、切断面の実測による減肉部および周辺健全部の肉厚測定値をそれぞれ示した。
【００５８】
【表７】
【００５９】
全ての測定箇所で、底面エコーが３つ以上得られた良好な状態で肉厚測定が実施できた。対となるスペーサを組み合わせた狭い状態での測定値とスペーサ部を外して測定しやすくした状態での測定値を比較した結果、ほぼ同様の測定値が得られていた。またと超音波による肉厚測定値は切断面の顕微鏡観察による肉厚の実測値によく一致していた。
【００６０】
[発電所において据え付けられた状態の伝熱管の肉厚測定試験]
発電所において据え付けられた状態の過熱器、再熱器における伝熱管のスペーサ部で超音波による肉厚測定を行った試験例について説明する。
【００６１】
＜試験例４＞
中部電力株式会社碧南火力発電所１号機に設置されている吊り下げ式二次過熱器、三次過熱器、および再熱器管のスペーサ設置箇所２０４箇所を測定対象とした。なお、測定対象としたスペーサ設置箇所は、図１３および図１４に示すタイプのスペーサ、または、図１５および図１６に示すタイプのスペーサが設置されている箇所である。
図１３および図１４に示す構成の伝熱管４０に設けられるスペーサ４１は、上下方向に延びる一対の直線部４２，４３が並列して設けられ、その一対の直線部４２、４３における長さ方向の一端部が互いに連結したＵ形形状を有している。一対の直線部４２、４３のうち一方の直線部４２は断面楔形に形成されている。楔形に形成された直線部４２と他方の直線部４３との間の空間は、相手側スペーサ４１における楔形に形成された直線部４２の先端部（連結されている側とは逆側の端部）を受け入れ可能な楔形断面のガイド溝４４とされている。隣接して互いに同一方向に配置された伝熱管４０Ａ、４０Ｂにおける互いに対向する位置に設けられる一対のスペーサ４１Ａ、４１Ｂは、互いに上下方向が逆となる向きで配置され、楔形に形成された直線部４２Ａ、４２Ｂとガイド溝４４Ａ、４４Ｂとが互いに嵌まり合うことで、隣接する伝熱管４０Ａ、４０Ｂが互いに連結される。
図１５および図１６に示す構成のものは、隣接する伝熱管５０Ａ、５０Ｂのうち一方の伝熱管５０Ａに１個の雄形スペーサ５２を溶接固着し、他方の伝熱管５０Ｂに２個の雌形スペーサ５３を固着して設けている。雄形スペーサ５２は、伝熱管５０Ａの外壁面から外側方向に向かって突出する基端部５４と、この基端部５４の上半部および下半部における突出端から伝熱管５０Ａの外周方向に沿って延設される突条部５５Ａ、５５Ｂを備えている。上半部および下半部の突条部５５Ａ、５５Ｂは互いに逆方向へ向かって延設されている。２個の雌形スペーサ５３は、雄形スペーサ５２の突条部５５Ａ、５５Ｂに対応する位置にそれぞれ設けられ、突条部５５Ａ、５５Ｂを緩く拘束する溝部５６を備えている。
【００６２】
上記の「発明を実施するための形態」の欄において説明したものと同様の形状の超音波プローブを準備した。支持板となる板材としては、上側の板材として厚さ０．３ｍｍのスキマゲージ用リーフ、下側の板材として厚さ０．０５ｍｍのスキマゲージ用リーフを準備した。上側のリーフの先端部に貫通孔を形成し、このリーフを下側のリーフと重ね合わせて接着し、貫通孔の内部に超音波振動子を接着剤により固定した。超音波振動子から導出されているケーブルを上側のスキマゲージ用リーフの表面に沿わせるようにして導出し、超音波探傷器に接続した。ケーブル保護のため、スキマゲージ用リーフにおいて超音波振動子が固定されている先端部分を除く全体をビニールにより包み込んで固定した。
【００６３】
なお、超音波探傷器としてＰＡＮＡＭＥＴＯＲＩＸ社製 ＥＰＯＣＨ III、超音波振動子として株式会社検査技術研究所製 １０Ｋ３Ｉ−ＬＰ（周波数：１０ＭＨｚ、帯域：広帯域）をそれぞれ使用し、接触媒質としてはソニコートを使用した。
【００６４】
隣り合う管の間にくさびを打ち込んで可能な限り隙間を開いた状態で、各測定箇所となる管の外壁面とスペーサとの間隙を、スキマゲージを用いて測定した。
【００６５】
次いで、この隙間に上記した超音波プローブの先端部を差し込み、超音波振動子を管の表面に接触させた。超音波探傷器をＳＵＳ３４７ＨＴＢ材で音速５７００ｍ／ｓとなるように設定して超音波を照射し、波形を観測した。底面エコーが３つ以上現われる状態の時に、エコー間距離測定法により肉厚を測定した。測定結果を表８に示した。
【００６６】
【表８】
【００６７】
間隙測定値が１．２ｍｍ上の箇所では全て、超音波プローブを差し込んでの肉厚測定が可能であり、間隙測定値が１．１ｍｍの場合、１３箇所のうち９箇所で超音波プローブを差し込んでの肉厚測定が可能であった。測定可能な全ての箇所で、多数の底面エコーが確認でき、エコー間距離測定法による肉厚測定が可能であった。
【００６８】
＜試験例５＞
中部電力株式会社碧南火力発電所２号機に設置されている吊り下げ式二次過熱器、三次過熱器、および再熱器管のスペーサ設置箇所９４箇所を測定対象とした。
【００６９】
なお、測定対象としたスペーサ設置箇所は全て、ストッパを有するタイプのスペーサが設置されている箇所であるので、その構成を図１７、図１８を参照しつつ説明する。スペーサ６１Ａ、６１Ｂは、金属材料により断面略Ｌ字状に形成されている。Ｌ字を構成する２辺のうち１方の辺は取付基部６２Ａ、６２Ｂとされ、その端縁は溶接により伝熱管６０Ａ、６０Ｂの外壁に固着されている。また他方の辺は嵌合片６３Ａ、６３Ｂとされ、この嵌合片６３Ａ、６３Ｂと伝熱管６０Ａ、６０Ｂの外壁との間の空間は嵌合溝６４Ａ、６４Ｂとされている。隣接する伝熱管６０Ａ、６０Ｂにおいて互いに対向する位置に、互い違いの姿勢で設けられたスペーサ６１Ａ、６１Ｂは、互いの嵌合片６３Ａ、６３Ｂが相手側スペーサ６２Ｂ、６２Ａの嵌合溝６４Ｂ、６４Ａに嵌まり合うことで係合し、これにより、隣り合う伝熱管６０Ａ、６０Ｂ間の相対的な位置が規制される。さらに、スペーサ６１Ａ、６１Ｂの係合状態が解除されないように、一方の伝熱管６０Ａの側面にストッパ６５Ａが溶接によって取り付けられている。このような場合、ストッパ６５Ａによって伝熱管６０Ａの外壁面と相手側スペーサ６１Ａの嵌合片６３Ｂとの隙間がストッパ６５Ａによって前方から塞がれる状態となるので、減肉箇所の目視による確認がいっそう困難となる。
【００７０】
超音波プローブとしては、先端（超音波振動子を固定する側の端部）から約２０ｍｍ内側までの部分を幅７ｍｍに加工したこと、スキマゲージ用リーフにおいて超音波振動子が固定されている先端部分を除く全体を裏面側からアクリル板で補強したこと、支持板（重ね合わせた２枚のリーフ）の厚さが０．２〜０．３ｍｍとなるように２枚のリーフを選択したこと以外は、上記試験例４と同様にして作成したものを用いた。
【００７１】
なお、超音波探傷器としてＰＡＮＡＭＥＴＯＲＩＸ社製 ＥＰＯＣＨ III、超音波振動子として株式会社検査技術研究所製 １０Ｋ３Ｉ−ＬＰ（周波数：１０ＭＨｚ、帯域：広帯域）をそれぞれ使用し、接触媒質としてはソニコートを使用した。
【００７２】
隣り合う管の間にくさびを打ち込んで可能な限り隙間を開いた状態で、各測定箇所となる管の外壁面とスペーサとの間隙を、スキマゲージを用いて測定した。
【００７３】
この隙間に上記した超音波プローブの先端部を差し込み、超音波振動子を管の表面に接触させた。超音波探傷器をＳＴＢＡ２４−Ｓ材で音速５９００ｍ／ｓ、ＳＡ２１３Ｔ９１材で音速５９００ｍ／ｓ、ＳＵＳ３４７ＨＴＢ材で音速５７００ｍ／ｓとなるように設定して超音波を照射し、波形を観測した。底面エコーが３つ以上現われる状態の時にエコー間距離測定法により肉厚を測定した。測定結果を表９に示した。
【００７４】
【表９】
【００７５】
間隙測定値が１．３ｍｍ以上では全て、超音波プローブを差し込んでの肉厚測定が可能であり、間隙測定値が１．２ｍｍの５箇所のうち４箇所で超音波プローブを差し込んでの肉厚測定が可能であった。測定可能な全ての位置で多数の底面繰り返しエコーが確認でき、エコー間距離測定法による肉厚測定が可能であった。
【００７６】
＜試験例６＞
中部電力株式会社碧南火力発電所２号機に設置されている吊り下げ式過熱器において、垂直に設置されている管と水平に設置されている管とが交差する箇所３３箇所を測定対象とした。
【００７７】
超音波探傷器としてＰＡＮＡＭＥＴＯＲＩＸ社製 ＥＰＯＣＨ III、超音波振動子として株式会社検査技術研究所製 １０Ｋ３Ｉ−ＬＰ（周波数：１０ＭＨｚ、帯域：広帯域）をそれぞれ使用し、接触媒質としてはソニコートを使用した。
【００７８】
隣り合う管の間にくさびを打ち込んで可能な限り隙間を開いた状態で、各測定箇所となる管の交差部分の間隙を、スキマゲージを用いて測定した。
【００７９】
この隙間に超音波振動子を差し込んで管の表面に接触させた。超音波探傷器をＳＴＢＡ２４−Ｓ材で音速５９００ｍ／ｓ、ＳＡ２１３Ｔ９１材で音速５９００ｍ／ｓ、ＳＵＳ３４７ＨＴＢ材で音速５７００ｍ／ｓとなるように設定して超音波を照射し、波形を観測した。底面エコーが３つ以上現われる状態の時にエコー間距離測定法により肉厚を測定した。測定結果を表１０に示した。
【００８０】
【表１０】
【００８１】
全ての測定対象箇所で多数の底面エコーが確認でき、エコー間距離測定法による肉厚測定が可能であった。このように、伝熱管とスペーサとの隙間だけでなく、管の交差部分においても、本発明の方法で測定が可能であった。
【００８２】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、超音波プローブ２０の支持板２２を、２枚の薄板を貼り合わせ、上側の１枚に超音波振動子２１を収容可能な貫通孔２３を設けたものとしたが、超音波プローブの構成は上記実施形態の限りではなく、例えば１枚の薄板からなる支持板に貫通孔または非貫通孔を設け、この貫通孔または非貫通孔の内部に超音波振動子を収容したものであっても構わない。
（２）本発明の肉厚測定方法は、実施形態および実施例に例示したような、ボイラ装置に設置される伝熱管とスペーサとの隙間や伝熱管の交差部分の隙間における減肉部分の測定に限らず、目視による測定箇所の確認が困難な狭い場所での肉厚測定に好ましく適用することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１...ボイラ装置
１１...伝熱管
１２...スペーサ（連結金具）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、肉厚測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、火力発電所におけるボイラ装置の内部に設置される過熱器・再熱器等の熱交換器は、多数の伝熱管が並列して配設されることにより構成されるものである。このようなボイラ装置のうち、特に火炉の上部に吊り下げられる吊り下げ式の過熱器・再熱器等においては、その外部を流れる燃焼ガスによって運転中に伝熱管がばたつくことがある。このようなばたつきを回避するために、伝熱管にスペーサと呼ばれる金具を溶接し、隣接する伝熱管に設けられたスペーサ同士を互いに係合させることによって、隣り合う伝熱管間の相対的な位置を規制することが一般的である。
【０００３】
このような構成のものでは、スペーサの係合部分において、伝熱管とスペーサとが擦れあうことにより、伝熱管の外壁に磨耗・減肉が生じることがある。したがって、定期的に減肉の大きさを測定し、必要に応じて伝熱管の交換等のメンテナンスを行う必要がある。
【０００４】
ここで、磨耗・減肉等を測定する手法として、従来、超音波による肉厚測定方法が広く用いられている。この測定方法では、管の外壁面に超音波振動子を接触させて超音波を入射し、管壁の底面での反射により生じる底面エコーを受信する。管の肉厚値ｄは、管を構成する材料の音速Ｃと、超音波が管壁の内部を伝播し往復した時間（路程）ｔから以下の式を用いて算出することができる。
【０００５】
ｄ＝Ｃ・ｔ／２ ...（１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２８７７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のような構成のスペーサ付き伝熱管では、伝熱管とスペーサとの間隔が非常に狭い。このため、伝熱管とスペーサとの狭い隙間に振動子を差し入れて手探りで減肉部分に接触させ、測定を行う他はなく、測定の精度が今一つ確保できない状況であった。このため、正確に減肉厚を知るためには、減肉部分をパテにより型取りして減肉厚を測定する等の煩雑な方法を取らざるを得なかった。
【０００８】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、測定箇所が直接に目視できない狭い場所にある場合においても、精度良く、かつ、簡易に測定が可能な肉厚測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するための手段として、本発明は、測定対象物の表面から超音波を入射して底面から反射される底面エコーに基づいて肉厚を測定する肉厚測定方法において、前記底面エコーが３つ以上観測されたときに、連続して受信した２つの底面エコーの受信時間差データに基づいて肉厚測定を行うものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、肉厚を測定したい箇所が狭い隙間内に存在し、当該箇所を目視しながら測りたい箇所に超音波振動子が位置しているか否かを判断することが困難な場合であっても、肉厚をある程度正確に把握することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態におけるボイラ装置の概略図
【図２】スペーサが設けられた伝熱管の斜視図
【図３】図２のＡ−Ａ断面図
【図４】超音波プローブの一例を示す斜視図
【図５】超音波プローブの一例を示す側断面図
【図６】減肉部分の超音波による肉厚測定の様子を示す図
【図７】試験例１における試験サンプルの側面図
【図８】試験例１において超音波探触子を試験サンプルの研削部に接触させて測定を行う様子を示す断面図
【図９】試験例２における、使用済み吊り下げ再熱器管の減肉部の断面の写真−１
【図１０】試験例２における、使用済み吊り下げ再熱器管の減肉部の断面の写真−２
【図１１】試験例２における、使用済み吊り下げ再熱器管の減肉部の超音波測定チャート−１
【図１２】試験例２における、使用済み吊り下げ再熱器管の減肉部の超音波測定チャート−２
【図１３】試験例４における、スペーサが設けられた伝熱管の斜視図
【図１４】図１３のＢ−Ｂ断面図
【図１５】試験例４における、他のスペーサが設けられた伝熱管の斜視図
【図１６】図１５のＣ−Ｃ断面図
【図１７】試験例５において、ストッパ付きスペーサが設けられた伝熱管の斜視図
【図１８】図１７のＤ−Ｄ断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態を図１〜図６によって説明する。本実施形態では、本発明を、火力発電所のボイラ装置内に設置される伝熱管において、隣接する伝熱管と連結金具によって連結されている部分において伝熱管がスペーサと擦れ合うことにより生じる減肉部分の肉厚測定に適用する例によって説明する。
【００１３】
図１には、ボイラ装置１の概略図を示した。ボイラ装置１は、燃料である微粉炭を燃焼させる火炉２と、火炉２の側方に配され、上部で火炉２と連結される排ガス流路３とを有している。火炉２の上部および排ガス流路３には、過熱器４、５、６、再熱器７および節炭器（図示せず）の配管が配置されている。
【００１４】
過熱器、再熱器および節炭器の熱交換器はそれぞれ、多数の伝熱管１１を並列して配設することにより構成されるものであるが、特に火炉２の上部において天井壁から吊り下げられる吊り下げ式の過熱器４、５、６、および再熱器７は、多数の伝熱管１１が並列して垂直に吊り下げられた構成となっている。
【００１５】
このような吊り下げ式の過熱器４、５、６および再熱器７においては、伝熱管１１にスペーサ１２（本発明の連結金具に該当）が設けられ、隣り合う伝熱管１１のスペーサ１２が互いに係合することで、伝熱管１１のばたつきが抑制されるようになっている。
【００１６】
図２、図３には、隣り合う伝熱管１１Ａ、１１Ｂがスペーサ１２Ａ、１２Ｂにより係合している様子を示した。スペーサ１２Ａ、１２Ｂは、金属材料により断面略Ｌ字状に形成されている。このスペーサ１２Ａ、１２Ｂにおいて、Ｌ字を構成する２辺のうち１方の辺は取付基部１３Ａ、１３Ｂとされ、その端縁は溶接により伝熱管１１Ａ、１１Ｂの外壁に固着されている。また他方の辺は、隣接する伝熱管１１Ａ、１１Ｂのスペーサ１２Ａ、１２Ｂと嵌合する嵌合片１４Ａ、１４Ｂとされている。伝熱管１１Ａ、１１Ｂの外壁と、各伝熱管１１Ａ、１１Ｂに固着されるスペーサ１２Ａ、１２Ｂにおける嵌合片１４Ａ、１４Ｂとの間の空間は、それぞれ、これと隣接する伝熱管１１Ｂ、１１Ａのスペーサ１２Ｂ、１２Ａにおける嵌合片１４Ｂ、１４Ａを受け入れ可能な嵌合溝１５Ａ、１５Ｂとされている。
【００１７】
互いに隣接する伝熱管１１Ａ、１１Ｂにおいて対向する位置に、互い違いの姿勢で設けられたスペーサ１２Ａ、１２Ｂは、互いの嵌合片１４Ａ、１４Ｂが相手側スペーサ１２Ｂ、１２Ａの嵌合溝１５Ｂ、１５Ａに嵌まり合うことで係合し、これにより、隣り合う伝熱管１１Ａ、１１Ｂ間の相対的な位置が規制される。
【００１８】
ここで、隣接する伝熱管１１Ａ、１１Ｂに設けられたスペーサ１２Ａ、１２Ｂが互いに係合している部分では、伝熱管１１Ａ、１１Ｂの外壁面と、相手側の伝熱管１１Ｂ、１１Ａに設けられたスペーサ１２Ｂ、１２Ａにおける嵌合片１４Ｂ、１４Ａの外壁面（伝熱管１１Ａ、１１Ｂの外壁面と対向する面）とが擦れあうことにより、伝熱管１１Ａ、１１Ｂの外壁に磨耗・減肉が生じることがある。したがって、定期的に減肉の大きさを測定し、必要に応じて伝熱管１１の交換等のメンテナンスを行う必要がある。
【００１９】
伝熱管１１Ａ、１１Ｂにおける磨耗・減肉等を測定する手法としては、超音波による肉厚測定方法が用いられる。本実施形態では、超音波の発信および受信が可能な超音波振動子を薄板状の支持部に固定した超音波プローブを用意し、これを伝熱管１１とスペーサ１２との隙間に差し込んで測定を行う。
【００２０】
本実施形態に好適な超音波プローブ２０の例を、図４および図５に示した。この超音波プローブ２０は、超音波の発信および受信が可能な超音波振動子２１と、この超音波振動子２１を支持するための支持板２２とを備えている。支持板２２は、金属等により細長い帯状に形成された薄板を２枚張り合わせたもので、そのうち上側となる１枚には、先端部に、超音波振動子２１をほぼ緊密に収容可能な貫通孔２３が設けられている。そして、この貫通孔２３の内部に超音波振動子２１が固定される。これにより、超音波振動子２１はその上面側（測定対象物に向けられる側）の一部が支持板２２の上面から僅かに突出する形で支持板２２に取り付けられる。超音波振動子２１からはケーブル２４が支持板２２の表面に沿わせるようにして延出され、このケーブル２４は、超音波発信器や受信した信号を処理するデータ処理部等を備えた超音波探傷器（図示せず）に接続されている。支持板２２において超音波振動子２１が取り付けられている先端部を除く部分は、保護フィルム２５により覆われている。
【００２１】
次に、このような超音波プローブ２０を用いて伝熱管１１における減肉部分の肉厚を測定する方法について、伝熱管１１Ａの減肉部分を測定対象とする場合を例にとり説明する。
【００２２】
まず、測定対象となる伝熱管１１Ａの外壁面と、隣接する伝熱管１１Ｂに設けられたスペーサ１２Ｂにおける嵌合片１４Ｂの外壁面（伝熱管１１Ａの外壁面と対向する面）との隙間に、超音波プローブ２０において超音波振動子２１が取り付けられている先端部分を挿入する。このとき、超音波プローブ２０において超音波振動子２１が取り付けられている側の面を測定対象となる伝熱管１１Ａ側に向けた姿勢で挿入を行う。そして、伝熱管１１Ａの減肉部分に超音波振動子２１を押し当てる。
【００２３】
ここで、伝熱管１１の適切なメンテナンスを行い、火力発電所の運転に支障をきたさないようにするためには、減肉部分のうち最も大きく減肉している部分の減肉量をある程度正確に把握し、適切な交換時期を判断する必要がある。
【００２４】
しかし、伝熱管１１Ａの外壁面と相手側スペーサ１２Ｂにおける嵌合片１４Ｂの外壁面との隙間は非常に狭いため、最も減肉量が大きい部分に超音波振動子２１が位置していることを目視で正確に確認することは難しい。
【００２５】
そこで、作業者は、最も減肉量が大きい部分に超音波振動子２１が当たっていると思われる位置で超音波プローブ２０を支持し、超音波振動子２１から超音波を発信させる。発信された超音波の一部は管壁の底面（伝熱管１１Ａの内壁面）で反射して再び表面（伝熱管１１Ａの外壁面）まで戻り、超音波振動子２１により受信される。これが底面エコーとして観測される。作業者は、底面エコーが３つ以上確認された場合に、減肉部分の底部（最も減肉が大きい部分）に超音波振動子２１が当たっていると判定し、エコー間距離測定法によって減肉部分の肉厚を測定する。超音波が伝熱管１１Ａの管壁内部を伝播し往復した時間、すなわち連続する２つの底面エコーの受信時間差をｔ、伝熱管１１Ａを構成する材料中の音速をＣとすると、肉厚ｄは下記式（１）で算出される。
【００２６】
ｄ＝Ｃ・ｔ／２ ...（１）
【００２７】
ここで、底面エコーが３つ以上確認された場合に、減肉部分の底部に超音波振動子２１が当たっていると判定する理由は、以下のようである。
【００２８】
図６には、伝熱管１１Ａの減肉部分Ｗに超音波振動子２１を押し当てて測定を行う様子を示している（なお、分かりやすく示すため、超音波プローブ２０における超音波振動子２１以外の構成、隣接する伝熱管１１Ｂ、およびスペーサ１２Ａ、１２Ｂを省略して示してある）。超音波振動子２１から発信された超音波は、伝熱管１１Ａの管壁内部を伝わり、底面（伝熱管１１Ａの内壁面）で反射されて再び表面（伝熱管１１Ａの外壁面）へ戻る。表面へ戻った超音波の一部は、表面で反射されて伝熱管１１Ａの内部に戻り、底面で反射されることを繰り返す。図中、超音波の経路を１点鎖線で示している。
【００２９】
ここで、超音波振動子２１が減肉部分Ｗの底部（最も減肉量が大きい部分）に当たっていれば、超音波はほぼ伝熱管１１Ａの直径方向に沿って入射し、伝熱管１１Ａの内壁断面が描く曲線の接線に対してほぼ垂直に当たって反射されると考えてよい。言い換えれば、入射波および反射波は伝熱管１１Ａの内壁断面が描く曲線の法線に沿って往復する。このため、超音波の管壁内部での往復が数度繰り返されても、反射波の到達位置は超音波振動子２１の押し当て位置から大きくずれることはない。このため、底面エコーが繰り返し観測されることとなる。
【００３０】
これに対し、超音波振動子２１が減肉部分Ｗの底部からずれた位置に当たっていると、超音波は伝熱管１１Ａの直径方向に対して斜めに入射し、伝熱管１１Ａの内壁断面が描く曲線の接線に対して斜めに当たり、接線への入射角と等しい反射角をとる方向へ反射される。このため、反射波の到達位置が超音波振動子２１の設置位置からずれることとなる。超音波振動子２１の減肉部分Ｗの底部からのずれが大きいほど、あるいは超音波の反射回数が多くなるほど、超音波振動子２１の押し当て位置からの反射波到達位置のずれが大きくなると考えられる。
【００３１】
したがって、底面エコーの観測回数が多ければ、超音波振動子２１の減肉部分の底部からのずれが小さく、逆に、底面エコーが観測されないか観測回数が少なければ、超音波振動子２１の減肉部分の底部からのずれが大きいと判断できる。このため、底面繰返しエコーが３つ以上確認された場合に、減肉部分の底部に超音波振動子２１が当たっていると判定することとした。
【００３２】
以上のように本実施形態によれば、測定対象物である伝熱管１１Ａの外壁面における減肉部分Ｗの表面に超音波振動子２１を押し当てて超音波を入射し、底面（伝熱管１１の内壁面）から反射される底面エコーを受信する。このとき、底面エコーが３つ以上観測されたときに、最も減肉が大きい部分に超音波振動子２１が当たっていると判定し、連続して受信した２つの底面エコーの受信時間差データに基づいて減肉部分Ｗの肉厚を測定する。このような方法によれば、減肉部分Ｗが狭い隙間内に存在し、減肉部分Ｗを目視しながら超音波振動子２１を押し当てる位置を正確に判断することが困難な場合であっても、減肉部分Ｗのうち最も大きく減肉している部分の減肉量をある程度正確に把握し、適切な交換時期等を判断することが可能となる。
【実施例】
【００３３】
[配管減肉試験片による肉厚測定試験]
外壁面を所定の厚さだけ研削して減肉部を形成したモデル配管を用いて、超音波による肉厚測定を行った試験例について説明する。
【００３４】
＜試験例１＞
図７には、モデル配管３０の側面図を示した。外径４５ｍｍ、公称肉厚８．４ｍｍの鋼管（ＴＰ１−Ａ）、および外径５４ｍｍ、公称肉厚４．０ｍｍの鋼管（ＴＰ１−Ｂ）を準備した。各鋼管の外壁面の３箇所を、それぞれ、研削面が鋼管の外壁断面および内壁断面が作る曲線の接線と平行となるように研削した。３箇所の研削部３１、３２、３３の研削量Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３はそれぞれ０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍとした。これを試験サンプルとした。
【００３５】
図８に示すように、超音波振動子２１を研削部３１、３２、３３において幅方向の中心位置（最も深く研削されている位置；図８中点線で示す）から両外側方向に向かってそれぞれ０．５ｍｍピッチで移動させ、超音波を照射して底面繰返しエコーを観察した。また、エコー間距離測定法によって減肉部分の肉厚を測定した。
【００３６】
なお、超音波探傷器としてＰＡＮＡＭＥＴＯＲＩＸ社製 ＥＰＯＣＨ III、超音波振動子として株式会社検査技術研究所製 １０Ｋ３Ｉ−ＬＰ（周波数：１０ＭＨｚ、帯域：広帯域）をそれぞれ使用し、接触媒質としてはソニコートを使用した。
【００３７】
肉厚測定値をＢ１−Ｂ２エコー法により測定した。なお、探傷感度は研削部上の中心でＢ１エコーが８０％程度となるような感度とした。但し、サンプルＴＰ１−Ｂでは残肉厚が薄いことにより、研削量１．０ｍｍ、１．５ｍｍの研削部ではＢ１エコーが送信エコーおよびノイズに接近しすぎて明確に識別できなくなったため、探傷感度を研削部上の中心でＢ２エコーが８０％程度となるような感度とし、Ｂ２−Ｂ３エコー間で肉厚を測定した。
【００３８】
表１には、サンプルＴＰ１−Ａにおける研削深さ０．５ｍｍの研削部において、探触子を研削部の中心から図８の＋方向、−方向に０．５ｍｍピッチで、最大±３．０ｍｍまで移動させた場合における、エコー識別状態、およびエコー間距離測定法による肉厚測定値を示した。エコー識別状態は、Ｂ１〜Ｂ４エコーについて、明確に識別できた場合を○、明確でないが識別は可能であった場合を△、識別できなかった場合を×で示した。
【００３９】
同様に、ＴＰ１−Ａの研削深さ１．０ｍｍの研削部での試験結果を表２に、ＴＰ１−Ａの研削深さ１．５ｍｍの研削部での試験結果を表３に、ＴＰ１−Ｂの研削深さ０．５ｍｍの研削部での試験結果を表４に、ＴＰ１−Ｂの研削深さ１．０ｍｍの研削部での試験結果を表５に、ＴＰ１−Ｂの研削深さ１．５ｍｍの研削部での試験結果を表６に、それぞれ示した。
【００４０】
【表１】
【００４１】
【表２】
【００４２】
【表３】
【００４３】
【表４】
【００４４】
【表５】
【００４５】
【表６】
【００４６】
表１〜表６より、明確な二つのエコー（Ｂ１−Ｂ２エコーまたはＢ２−Ｂ３エコー）が得られた範囲の肉厚測定値は安定しており、０．１ｍｍ程度のバラツキしかなかった。ただし、ＴＰ１−Ｂの研削深さ１．０ｍｍの研削部では例外的に肉厚測定値のバラツキが大きかったが、これは測定部裏面側のスケールが部分的に剥離して不均一な状態になっていたのが原因であった。
【００４７】
以上のことより、今回測定試験した配管減肉試験片と同程度の管径、管肉厚の管において、３つ以上の明確な底面エコーが得られている状態であれば、精度良く肉厚が測定できているといえる。
【００４８】
[発電所における使用済み鋼管を用いた肉厚測定試験]
発電所における過熱器、再熱器から使用済みの伝熱管を取り外して減肉部の超音波による肉厚測定を行った上、切断して肉厚を実測した結果と比較した試験例について説明する。
【００４９】
＜試験例２＞
中部電力株式会社碧南火力発電所３号機において、使用済み吊り下げ式再熱器管のスペーサ取り付け箇所を数箇所切断して試験サンプルとした。各試験サンプルにおいて減肉箇所１箇所ずつ、計２箇所（サンプル２−１、２−２）を測定対象とした。超音波振動子を減肉部の底部（最も減肉している部分）表面に接触させ、超音波を照射してエコー間距離測定法により肉厚を測定した。また、各試験サンプルにおいて、測定対象となる減肉箇所を含む断面を光学顕微鏡により観察して減肉部の最小肉厚（最も減肉している部分の肉厚）を測定した。また、減肉部周辺の健全箇所の肉厚をノギスで測定した。
【００５０】
２本の試験サンプルについて測定結果を例示する。サンプル２−１の減肉部の断面写真を図９に、超音波のチャートを図１１にそれぞれ示した。また、サンプル２−２の減肉部の断面写真を図１０に、超音波のチャートを図１２にそれぞれ示した。
【００５１】
図１１、図１２から分かるように、超音波測定ではＢ１〜Ｂ４エコーを識別できた。また、サンプル２−１では顕微鏡観察による減肉部の最小肉厚が３．６４ｍｍ、超音波により測定した減肉部の肉厚が３．６ｍｍであり、サンプル２−２では顕微鏡観察による減肉部の最小肉厚が３．９６ｍｍ、超音波により測定した減肉部の肉厚が３．９ｍｍであった。このように、超音波による肉厚測定値は顕微鏡観察による実測値とよく一致していた。
【００５２】
＜試験例３＞
中部電力株式会社碧南火力発電所１号機および４号機において、使用済み吊り下げ式再熱器管および二次過熱器管におけるスペーサ取り付け箇所を数箇所切断して試験サンプルとした。再熱器管において減肉箇所９箇所（サンプル３−１〜３−９）、二次過熱器管において減肉箇所２箇所（サンプル３−１０、３−１１）を測定対象とした。
【００５３】
各試験サンプルを対となるスペーサと組み合わせた状態で、管の外壁面とスペーサとの間隙を、スキマゲージを用いて測定した。そして、この隙間に小型の超音波振動子を差し込んで減肉部の表面に接触させて超音波を照射し、波形を観測した。底面エコーが３つ以上現われる状態の時にエコー間距離測定法により肉厚を測定した。
【００５４】
また、対となるスペーサを外した状態で、減肉部を目視して最大限肉部位を確認しつつその表面に超音波振動子を接触させ、超音波を照射してエコー間距離測定法により肉厚を測定した。
【００５５】
その後、試験サンプルを、断面が最大減肉部位を含むように切断し、切断面を光学顕微鏡により観察して減肉部の最小肉厚（最も減肉している部分の肉厚）と減肉部周辺の健全部の肉厚を測定した。
【００５６】
なお、スキマゲージとしてはＪＩＳ Ｂ７５２４に規定されるもの（株式会社永井ゲージ製作所製）を使用した。超音波探傷器としてオリンパス社製 ＥＰＯＣＨ１０００ｉ、超音波振動子として株式会社検査技術研究所製 １０Ｋ３Ｉ−ＬＰ（周波数：１０ＭＨｚ、帯域：広帯域）をそれぞれ使用し、接触媒質としてはソニコートを使用した。
【００５７】
表７には、各測定箇所について、管の表面とスペーサとの間隙、スペーサと組み合わせた状態およびスペーサを取り外した状態での超音波による肉厚測定値、切断面の実測による減肉部および周辺健全部の肉厚測定値をそれぞれ示した。
【００５８】
【表７】
【００５９】
全ての測定箇所で、底面エコーが３つ以上得られた良好な状態で肉厚測定が実施できた。対となるスペーサを組み合わせた狭い状態での測定値とスペーサ部を外して測定しやすくした状態での測定値を比較した結果、ほぼ同様の測定値が得られていた。またと超音波による肉厚測定値は切断面の顕微鏡観察による肉厚の実測値によく一致していた。
【００６０】
[発電所において据え付けられた状態の伝熱管の肉厚測定試験]
発電所において据え付けられた状態の過熱器、再熱器における伝熱管のスペーサ部で超音波による肉厚測定を行った試験例について説明する。
【００６１】
＜試験例４＞
中部電力株式会社碧南火力発電所１号機に設置されている吊り下げ式二次過熱器、三次過熱器、および再熱器管のスペーサ設置箇所２０４箇所を測定対象とした。なお、測定対象としたスペーサ設置箇所は、図１３および図１４に示すタイプのスペーサ、または、図１５および図１６に示すタイプのスペーサが設置されている箇所である。
図１３および図１４に示す構成の伝熱管４０に設けられるスペーサ４１は、上下方向に延びる一対の直線部４２，４３が並列して設けられ、その一対の直線部４２、４３における長さ方向の一端部が互いに連結したＵ形形状を有している。一対の直線部４２、４３のうち一方の直線部４２は断面楔形に形成されている。楔形に形成された直線部４２と他方の直線部４３との間の空間は、相手側スペーサ４１における楔形に形成された直線部４２の先端部（連結されている側とは逆側の端部）を受け入れ可能な楔形断面のガイド溝４４とされている。隣接して互いに同一方向に配置された伝熱管４０Ａ、４０Ｂにおける互いに対向する位置に設けられる一対のスペーサ４１Ａ、４１Ｂは、互いに上下方向が逆となる向きで配置され、楔形に形成された直線部４２Ａ、４２Ｂとガイド溝４４Ａ、４４Ｂとが互いに嵌まり合うことで、隣接する伝熱管４０Ａ、４０Ｂが互いに連結される。
図１５および図１６に示す構成のものは、隣接する伝熱管５０Ａ、５０Ｂのうち一方の伝熱管５０Ａに１個の雄形スペーサ５２を溶接固着し、他方の伝熱管５０Ｂに２個の雌形スペーサ５３を固着して設けている。雄形スペーサ５２は、伝熱管５０Ａの外壁面から外側方向に向かって突出する基端部５４と、この基端部５４の上半部および下半部における突出端から伝熱管５０Ａの外周方向に沿って延設される突条部５５Ａ、５５Ｂを備えている。上半部および下半部の突条部５５Ａ、５５Ｂは互いに逆方向へ向かって延設されている。２個の雌形スペーサ５３は、雄形スペーサ５２の突条部５５Ａ、５５Ｂに対応する位置にそれぞれ設けられ、突条部５５Ａ、５５Ｂを緩く拘束する溝部５６を備えている。
【００６２】
上記の「発明を実施するための形態」の欄において説明したものと同様の形状の超音波プローブを準備した。支持板となる板材としては、上側の板材として厚さ０．３ｍｍのスキマゲージ用リーフ、下側の板材として厚さ０．０５ｍｍのスキマゲージ用リーフを準備した。上側のリーフの先端部に貫通孔を形成し、このリーフを下側のリーフと重ね合わせて接着し、貫通孔の内部に超音波振動子を接着剤により固定した。超音波振動子から導出されているケーブルを上側のスキマゲージ用リーフの表面に沿わせるようにして導出し、超音波探傷器に接続した。ケーブル保護のため、スキマゲージ用リーフにおいて超音波振動子が固定されている先端部分を除く全体をビニールにより包み込んで固定した。
【００６３】
なお、超音波探傷器としてＰＡＮＡＭＥＴＯＲＩＸ社製 ＥＰＯＣＨ III、超音波振動子として株式会社検査技術研究所製 １０Ｋ３Ｉ−ＬＰ（周波数：１０ＭＨｚ、帯域：広帯域）をそれぞれ使用し、接触媒質としてはソニコートを使用した。
【００６４】
隣り合う管の間にくさびを打ち込んで可能な限り隙間を開いた状態で、各測定箇所となる管の外壁面とスペーサとの間隙を、スキマゲージを用いて測定した。
【００６５】
次いで、この隙間に上記した超音波プローブの先端部を差し込み、超音波振動子を管の表面に接触させた。超音波探傷器をＳＵＳ３４７ＨＴＢ材で音速５７００ｍ／ｓとなるように設定して超音波を照射し、波形を観測した。底面エコーが３つ以上現われる状態の時に、エコー間距離測定法により肉厚を測定した。測定結果を表８に示した。
【００６６】
【表８】
【００６７】
間隙測定値が１．２ｍｍ上の箇所では全て、超音波プローブを差し込んでの肉厚測定が可能であり、間隙測定値が１．１ｍｍの場合、１３箇所のうち９箇所で超音波プローブを差し込んでの肉厚測定が可能であった。測定可能な全ての箇所で、多数の底面エコーが確認でき、エコー間距離測定法による肉厚測定が可能であった。
【００６８】
＜試験例５＞
中部電力株式会社碧南火力発電所２号機に設置されている吊り下げ式二次過熱器、三次過熱器、および再熱器管のスペーサ設置箇所９４箇所を測定対象とした。
【００６９】
なお、測定対象としたスペーサ設置箇所は全て、ストッパを有するタイプのスペーサが設置されている箇所であるので、その構成を図１７、図１８を参照しつつ説明する。スペーサ６１Ａ、６１Ｂは、金属材料により断面略Ｌ字状に形成されている。Ｌ字を構成する２辺のうち１方の辺は取付基部６２Ａ、６２Ｂとされ、その端縁は溶接により伝熱管６０Ａ、６０Ｂの外壁に固着されている。また他方の辺は嵌合片６３Ａ、６３Ｂとされ、この嵌合片６３Ａ、６３Ｂと伝熱管６０Ａ、６０Ｂの外壁との間の空間は嵌合溝６４Ａ、６４Ｂとされている。隣接する伝熱管６０Ａ、６０Ｂにおいて互いに対向する位置に、互い違いの姿勢で設けられたスペーサ６１Ａ、６１Ｂは、互いの嵌合片６３Ａ、６３Ｂが相手側スペーサ６２Ｂ、６２Ａの嵌合溝６４Ｂ、６４Ａに嵌まり合うことで係合し、これにより、隣り合う伝熱管６０Ａ、６０Ｂ間の相対的な位置が規制される。さらに、スペーサ６１Ａ、６１Ｂの係合状態が解除されないように、一方の伝熱管６０Ａの側面にストッパ６５Ａが溶接によって取り付けられている。このような場合、ストッパ６５Ａによって伝熱管６０Ａの外壁面と相手側スペーサ６１Ａの嵌合片６３Ｂとの隙間がストッパ６５Ａによって前方から塞がれる状態となるので、減肉箇所の目視による確認がいっそう困難となる。
【００７０】
超音波プローブとしては、先端（超音波振動子を固定する側の端部）から約２０ｍｍ内側までの部分を幅７ｍｍに加工したこと、スキマゲージ用リーフにおいて超音波振動子が固定されている先端部分を除く全体を裏面側からアクリル板で補強したこと、支持板（重ね合わせた２枚のリーフ）の厚さが０．２〜０．３ｍｍとなるように２枚のリーフを選択したこと以外は、上記試験例４と同様にして作成したものを用いた。
【００７１】
なお、超音波探傷器としてＰＡＮＡＭＥＴＯＲＩＸ社製 ＥＰＯＣＨ III、超音波振動子として株式会社検査技術研究所製 １０Ｋ３Ｉ−ＬＰ（周波数：１０ＭＨｚ、帯域：広帯域）をそれぞれ使用し、接触媒質としてはソニコートを使用した。
【００７２】
隣り合う管の間にくさびを打ち込んで可能な限り隙間を開いた状態で、各測定箇所となる管の外壁面とスペーサとの間隙を、スキマゲージを用いて測定した。
【００７３】
この隙間に上記した超音波プローブの先端部を差し込み、超音波振動子を管の表面に接触させた。超音波探傷器をＳＴＢＡ２４−Ｓ材で音速５９００ｍ／ｓ、ＳＡ２１３Ｔ９１材で音速５９００ｍ／ｓ、ＳＵＳ３４７ＨＴＢ材で音速５７００ｍ／ｓとなるように設定して超音波を照射し、波形を観測した。底面エコーが３つ以上現われる状態の時にエコー間距離測定法により肉厚を測定した。測定結果を表９に示した。
【００７４】
【表９】
【００７５】
間隙測定値が１．３ｍｍ以上では全て、超音波プローブを差し込んでの肉厚測定が可能であり、間隙測定値が１．２ｍｍの５箇所のうち４箇所で超音波プローブを差し込んでの肉厚測定が可能であった。測定可能な全ての位置で多数の底面繰り返しエコーが確認でき、エコー間距離測定法による肉厚測定が可能であった。
【００７６】
＜試験例６＞
中部電力株式会社碧南火力発電所２号機に設置されている吊り下げ式過熱器において、垂直に設置されている管と水平に設置されている管とが交差する箇所３３箇所を測定対象とした。
【００７７】
超音波探傷器としてＰＡＮＡＭＥＴＯＲＩＸ社製 ＥＰＯＣＨ III、超音波振動子として株式会社検査技術研究所製 １０Ｋ３Ｉ−ＬＰ（周波数：１０ＭＨｚ、帯域：広帯域）をそれぞれ使用し、接触媒質としてはソニコートを使用した。
【００７８】
隣り合う管の間にくさびを打ち込んで可能な限り隙間を開いた状態で、各測定箇所となる管の交差部分の間隙を、スキマゲージを用いて測定した。
【００７９】
この隙間に超音波振動子を差し込んで管の表面に接触させた。超音波探傷器をＳＴＢＡ２４−Ｓ材で音速５９００ｍ／ｓ、ＳＡ２１３Ｔ９１材で音速５９００ｍ／ｓ、ＳＵＳ３４７ＨＴＢ材で音速５７００ｍ／ｓとなるように設定して超音波を照射し、波形を観測した。底面エコーが３つ以上現われる状態の時にエコー間距離測定法により肉厚を測定した。測定結果を表１０に示した。
【００８０】
【表１０】
【００８１】
全ての測定対象箇所で多数の底面エコーが確認でき、エコー間距離測定法による肉厚測定が可能であった。このように、伝熱管とスペーサとの隙間だけでなく、管の交差部分においても、本発明の方法で測定が可能であった。
【００８２】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、超音波プローブ２０の支持板２２を、２枚の薄板を貼り合わせ、上側の１枚に超音波振動子２１を収容可能な貫通孔２３を設けたものとしたが、超音波プローブの構成は上記実施形態の限りではなく、例えば１枚の薄板からなる支持板に貫通孔または非貫通孔を設け、この貫通孔または非貫通孔の内部に超音波振動子を収容したものであっても構わない。
（２）本発明の肉厚測定方法は、実施形態および実施例に例示したような、ボイラ装置に設置される伝熱管とスペーサとの隙間や伝熱管の交差部分の隙間における減肉部分の測定に限らず、目視による測定箇所の確認が困難な狭い場所での肉厚測定に好ましく適用することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１...ボイラ装置
１１...伝熱管
１２...スペーサ（連結金具）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の表面から超音波を入射して底面から反射される底面エコーに基づいて肉厚を測定する肉厚測定方法において、
前記底面エコーが３つ以上観測されたときに、連続して受信した２つの底面エコーの受信時間差データに基づいて肉厚測定を行うものである、肉厚測定方法。
【請求項２】
前記測定対象物が、火力発電所のボイラ装置内に設置される伝熱管の減肉部分であって、
前記減肉部分が、前記伝熱管において隣接する伝熱管と連結金具によって連結されている部分において生じるものである、請求項１に記載の肉厚測定方法。
【請求項３】
前記測定対象物が、火力発電所のボイラ内に設置される伝熱管の減肉部分であって、
前記減肉部分が、管軸方向を互いに異なる方向に向けて配置される複数の伝熱管が互いに交差する部分において生じるものである、請求項１に記載の肉厚測定方法。
【請求項１】
測定対象物の表面から超音波を入射して底面から反射される底面エコーに基づいて肉厚を測定する肉厚測定方法において、
前記底面エコーが３つ以上観測されたときに、連続して受信した２つの底面エコーの受信時間差データに基づいて肉厚測定を行うものである、肉厚測定方法。
【請求項２】
前記測定対象物が、火力発電所のボイラ装置内に設置される伝熱管の減肉部分であって、
前記減肉部分が、前記伝熱管において隣接する伝熱管と連結金具によって連結されている部分において生じるものである、請求項１に記載の肉厚測定方法。
【請求項３】
前記測定対象物が、火力発電所のボイラ内に設置される伝熱管の減肉部分であって、
前記減肉部分が、管軸方向を互いに異なる方向に向けて配置される複数の伝熱管が互いに交差する部分において生じるものである、請求項１に記載の肉厚測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−２１９３０（Ｐ２０１２−２１９３０Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６１５１８（Ｐ２０１０−１６１５１８）
【出願日】平成２２年７月１６日（２０１０．７．１６）
【出願人】（０００２１３２９７）中部電力株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１６日（２０１０．７．１６）
【出願人】（０００２１３２９７）中部電力株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
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