JPH0365608A - 配管内のスケール厚さ計測方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は配管内のスケール厚さ計測方法及び装置に関す
るものである。

［従来の技術］ ボイラでは、経年劣化により炉壁管や過熱管等の管内に
スケールが付着する。このため管外から管内への熱伝達
が阻害され、管内流体に対する成熱不良によって管温度
が上昇し、管が破損する虞れがある。

そこで、従来は定検時に、管の一部を切取り、スケール
の付着傾向を顕微鏡検査で凋べ、スケールが許容量を越
えている場合には、管内を酸洗し、スケール除去を行っ
ていた。

ところが、上述のように、スケール付着状況を調べるた
めに管の一部を切取った場合には、その部分を修復する
必要があった。

このため、管を切取らず、スケールの厚さを非破壊で計
測する方法として、第４図及び第５図に示すごとく、超
音波探触子３を配管ｌの外周１°に当て、超音波送受信
器から送信された超音波１１を超音波探触子３から配管
１の軸線ｌに対して交叉する方向へ発信させ、配管ｉの
内周１２°と該内周１２°に付着したスケール２との境
界１２から反射して戻って来た境界部超音波エコー１３
及びスケール２内周１４から反射して戻って来た内周部
超音波エコー１５を超音波送受信器で受信し、画題音波
エコー１３．１５が送受信器に受信される際の時間差Ａ
ｔを求め、この時間差Ａｔを基に、スケールの厚さｄＳ
を ｄ、−Ｊｔ−Ｃ／２　　　　　・（１）により求めるこ
とが考えられる。ただし、Ｃは配管金属中を伝わる音速
である。

［発明が解決しようとする課題］ しかるに、上記計測方法では、スケール２の厚さが厚く
、時間差Ａｔがあり、第６図に示すように、超音波送受
信器により受信された超音波エコー１Ｂ中の境界部超音
波エコー１３と内周部超音波エコー１５とを明確に区別
できる場合は計測可能であるが、スケール２の厚さが薄
く、時間差Ａｔが小さい場合には、境界部超音波エコー
１３と内周部超音波エコー１５が重なって重畳波形とな
り両者を区別することができず、計測が不可能である。

すなわち、上記計測方法ではスケール２の厚さが５００
μ以上であれば計測可能であるが、それ以下の場合は計
測することはできない。なお第６図中ｔは超音波送信波
２１が超音波送受信器から発信された後戻射し、境界部
超音波エコー１３として超音波送受信器に受信されるま
での時間である。

一方、大形ボイラは、配管ｌ内を流れる蒸気は高温、高
圧であるためスケール厚さ管理についても厳しい管理が
要求され、１００ｇ１程度の厚さを計測できなければ意
味がなく、従って上記計測方法を大形ボイラに適用する
のは難しく、仮に適用してもスケール厚さを正確に求め
ることはできない。

本発明は、上述の実情に鑑み、スケールの厚さが薄い場
合にも、その厚さを正確に計測し得るようにすることを
目的としてなしたものである。

［本発明の原理］ 先ず本発明の原理を第２図及び１３図により説明する。

すなわち、音源Ａから発信された音波１８．１９は反射
体１７にぶつかり反射するが、反射した超音波散乱波ｔ
ｇ’、ｔ９°は波として広がり、互に干渉し合う。今音
波の波長をλとし、反射体１７の傾きをθ、ＢＣ間の間
隔をｄとすれば、音波の法則から ２ｄ＠ｓｉｎθ−ｎλ　　　・・・■ λ−Ｃ／ｆ　　　　　　　　　・・・（至）が成立する
。ここでｎは整数、ｆは周波数、Ｃは配管金属中を伝わ
る音速である。

０式をＯｉ）式に入れて整理すると、超音波散乱波１８
′、１９°の干渉によりエネルギピークが生じる周波数
ｆｎは ｆｙｌ　−ｎＣ／２　ｄ　＊　ｓ　ｉ　ｎθ−ｆｈｅに
より表わされ、干渉により生じた土ネルギビーク部２０
間の周波数間隔Ｊｆは ΔｆＭｆｎ−ｆｎ−。

−Ｃ／２ｄ−ｓｉｎθ　−（Ｖ） となる。

スケール２の厚さを計測する場合、θ−９０″であるか
ら、（Ｖ）式は ｄ−Ｃ／２Δｆ　　　　　　　・・・０Ｄとなる。但し
Δｆ≠０とする。

従って、干渉縞の場合と同様の考え方で音波の干渉によ
り生じるエネルギビーク部２０の周波数間隔Δｆを求め
れば、スケールの厚さｄを計測することができる。

［課題を解決するための手段］ 本発明方法は、配管外周に接触させた超音波探触子から
配管軸線に対して直交する方向へ向けて超音波を発信さ
せ、配管内周と該内周に付着したスケールとの境界にお
いて反射した境界部超音波エコー及び前記スケール内周
において反射した内周部超音波エコーが干渉して生じる
エネルギピーク部の周波数から、エネルギピーク部間の
周波数間隔を求め、該周波数間隔と、配管金属材料中を
伝わる音速からＣ／２Ａｔ（ただし、Δｆは周波数間隔
、Ｃは配管金属材料中を伝わる音速である）によりスケ
ールの厚さを求めるものであり、本発明装置は、配管軸
線に対して直交する方向へ超音波を発信させる超音波探
触子と、該超音波探触子へ超音波を送信すると共に配管
内周と該内周に付着したスケールとの境界において反射
した境界部超音波エコー及び前記スケール内周において
反射した内周部超音波エコーを受信する超音波送受信器
と、該超音波送受信器から入力された両超音波エコーを
周波数分析すると共に両超音波エコーの干渉により生じ
たエネルギピーク部間の周波数間隔を求める周波数分析
器と、該周波数分析器で得られた前記エネルギビーク部
の周波数間隔及び配管金属中を伝わる音速からスケール
の厚さを求める演算器を設けたものである。

［作　　　用］ 超音波探触子から発信された超音波は配管内周とスケー
ルとの境界で反射すると共にスケール内周で反射し、反
射して戻って来た境界部超音波エコー及び内周部超音波
エコーは周波数分析されると共に両超音波エコーが干渉
して生じるエネルギピークの周波数から該エネルギビー
ク部の周波数間隔が求められ、該周波数間隔と配管金属
中を伝わる音速からスケールの厚さが求められる。スケ
ールの厚さは周波数間隔をΔｆ、配管金属材料中を伝わ
る音速をＣとすると、Ｃ／２Δｆにより演算される。

［実　施　例］ 以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する
。

第１図は本発明の一実施例で、図中ｌは内周１２°にス
ケール２の付着したボイラ配管等の配管、３は配管ｌ外
周ｌ°に当接させ、超音波１１を配管ｌの軸線！に対し
て交叉する方向へ向けて発信する超音波探触子、４は超
音波探触子３へ超音波を送信すると共に、配管ｌの内周
１２’と内周１２’に付着したスケール２との境界１２
から反射して戻って来た境界部超音波エコー１３及びス
ケール２内周１４から反射して戻って来た内周部超音波
エコー１５を受信する超音波送受信器、５は超音波送受
信器４からの両超音波エコー１３゜１５が通過し得るよ
うにしたゲート回路、６はゲート回路５からアナログ信
号として与えられた両超音波エコー１３．１５をディジ
タル信号に変えるＡ／Ｄ変換器、７はＡ／Ｄ変換器６か
らのディジタル信号化した両超音波エコー１３．１５を
周波数分析すると共に両超音波エコー１３．１５が干渉
することにより生じるエネルギピーク部２０（１＠３図
参照）の周波数間隔Δｆを求める周波数分析器、８は周
波数分析器７で分析して得られたエネルギピーク部２０
の周波数間隔Δｆと予め入力されている配管金属中を伝
わる音速Ｃから９Ｄ式に従いスケール２の厚さｄを求め
る演算器、９は求められたスケール２の厚さｄを表示す
るブラウン管等の表示装置、ｌＯは計測したスケール２
の厚さｄを必要に応じ記録する記録装置である。

配管ｌ内周１２゛に付着したスケール２の厚さｄを計測
する場合には、超音波探触子３を配管ｌ外周ｌ°に当接
させ、超音波送受信器４から送給された超音波１１を配
管１の軸線Ｉに対し直交する方向へ向け、発信させる。

発信された超音波１１は、一部は配管ｌとスケール２の
境界１２で反射し、又他はスケール２の内周１４で反射
し、反射により生じた境界部超音波エコーＩ３及び内周
部超音波エコー１５は分離波形又は重畳波形をした超音
波エコーとして超音波探触子３から超音波送受信器４へ
戻され、超音波送受信器４からゲート回路５へ入力され
、ゲート回路５へ入力された超音波エコー１３．１５は
ゲート回路５から出力されて周波数分析器７へ送られる
。

周波数分析器７では、超音波エコーが細かい周波数帯域
に分けられると共に各周波数帯域に対応したエネルギが
求められ、その結果から、境界部超音波エコー１３と内
周部超音波エコー１５が干渉することにより生じたエネ
ルギビーク部２０間の周波数間隔Δｆが求められる（第
３図参照）。

エネルギビーク部２０間の周波数間隔Ａｔは演算器８へ
入力され、該演算器８では、予め設定された金属材料中
を伝わる音速Ｃとエネルギビーク部２０間の周波数間隔
Δｆから、０Ｄ式によりスケール２の厚さｄが求められ
、求められた厚さｄは必要に応じて表示装置９に表示さ
れ、或いは記録装置１０に記録される。

エネルギビーク部２０間の周波数間隔Δｆは、境界部超
音波エコー１３及び内周部超音波エコー１５が超音波送
受信器４へ戻るまでの画題音波エコー１３．１５の時間
差とは関係なく求めることができるため、スケール２の
厚さｄが薄い場合でもその計測を正確に行うことが可能
となる。

又、成る周波数帯域間で求めたエネルギピーク部２０間
の周波数間隔／Ｉｆが他の周波数帯域間で求めた周波数
間隔Δｆと異なる場合は、得られた複数の周波数間隔Δ
ｆを算術平均して、周波数帯域Δｆを求めるようにする
。

なお、本発明の実施例においては、ボイラ配管内のスケ
ールを計測する場合について説明したが、ボイラ配管に
限らず種々の配管に付着したスケールの計測に適用でき
ること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種
々変更を加え得ること、等は勿論である。

［発明の効果］ 本発明の配管内のスケール厚さ計測方法及び装置によれ
ば、配管内に付着したスケールの厚さが薄い場合でも、
該厚さを正確に求めることができ、又配管を切取る必要
がないため検査期間の短縮、検査費用の削減を図ること
ができる、等種々の優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の配管内のスケール厚さ計測方法及び装
置の一実施例の系統図、第２図は本発明の詳細な説明す
るための概念図、第３図は本発明の原理に従い超音波エ
コーのエネルギピーク部間の周波数間隔を表わすグラフ
、第４図は配管を切取らないでスケールの厚さを計測す
る場合に一般的に考えられる方法を説明するための正面
図、第５図は同一般的に考えられる方法において超音波
の反射を説明するための概念図、第６図は同一般的に考
えられる方法において発信された超音波が配管内周とス
ケールとの境界及びスケール内周で反射して戻って来る
ときの状態を示す超音波波形の図である。 図中１は配管、１゛は外周、２はスケール、３は超音波
探触子、４は超音波送受信器、７は周波数分析器、８は
演算器、１１は超音波、１２は境界、１２゛は内周、１
３は境界部超音波エコー、１４は内周、１５は内周部超
音波エコー、２０はエネルギピーク部、ｆは周波数、Δ
ｆはエネルギピーク部間の周波数間隔、Ｃは配管金属中
を伝わる音速、ｄは厚さ、ｌは軸線を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）配管外周に接触させた超音波探触子から配管軸線に
   対して直交する方向へ向けて超音波を発信させ、配管内
   周と該内周に付着したスケールとの境界において反射し
   た境界部超音波エコー及び前記スケール内周において反
   射した内周部超音波エコーが干渉して生じるエネルギピ
   ーク部の周波数から、エネルギピーク部間の周波数間隔
   を求め、該周波数間隔と、配管金属材料中を伝わる音速
   からＣ／２Δｆ（ただし、Δｆは周波数間隔、Ｃは配管
   金属材料中を伝わる音速である）によりスケールの厚さ
   を求めることを特徴とする配管内のスケール厚さ計測方
   法。 ２）配管軸線に対して直交する方向へ超音波を発信させ
   る超音波探触子と、該超音波探触子へ超音波を送信する
   と共に配管内周と該内周に付着したスケールとの境界に
   おいて反射した境界部超音波エコー及び前記スケール内
   周において反射した内周部超音波エコーを受信する超音
   波送受信器と、該超音波送受信器から入力された両超音
   波エコーを周波数分析すると共に両超音波エコーの干渉
   により生じたエネルギピーク部間の周波数間隔を求める
   周波数分析器と、該周波数分析器で得られた前記エネル
   ギピーク部の周波数間隔及び配管金属中を伝わる音速か
   らスケールの厚さを求める演算器を設けたことを特徴と
   する配管内のスケール厚さ計測装置。