特開 2024-85456 管端部検査用補助具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024085456

(43)【公開日】2024-06-27

(54)【発明の名称】管端部検査用補助具

(51)【国際特許分類】

   G01B 17/02 20060101AFI20240620BHJP

   G01N 29/24 20060101ALI20240620BHJP

   G01N 29/265 20060101ALI20240620BHJP

【ＦＩ】

G01B17/02 B

G01N29/24

G01N29/265

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022199917

(22)【出願日】2022-12-15

(71)【出願人】

【識別番号】000211307

【氏名又は名称】中国電力株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001254

【氏名又は名称】弁理士法人光陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山本 英生

【テーマコード（参考）】

2F068

2G047

【Ｆターム（参考）】

2F068AA28

2F068BB09

2F068DD12

2F068FF18

2G047AA07

2G047AB01

2G047BB06

2G047BC11

2G047BC18

2G047DB03

2G047DB18

2G047GA03

2G047GA06

2G047GJ11

(57)【要約】

【課題】被検査管の端部の肉厚を水浸超音波探傷試験において正確に測定することが可能な管端部検査用補助具を提供する。
【解決手段】管端部検査用補助具１１は、被検査管１０の内径とほぼ等しい内径を有する筒部１２と、筒部１２の一端部から径方向外側に延設され、被検査管１０の端部を固定する管板２２と対峙する端面を備えた鍔部１３と、を備え、鍔部１３に該鍔部を管板２２に着磁させる磁石１４を設ける。被検査管１０を筒部１２によって実質延長させ、プローブ５が被検査管１０から突出した状態においてもプローブ５の傾きを防止し、被検査管１０の端部の肉厚を測定可能とする。磁石１４は、鍔部１３の管板２２と対峙する端面とは反対側の面に設けるようにしてもよい。筒部１２は、プローブ５の軸方向の長さと略等しい長さにするのがよい。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検査管の端部の厚みを測定するために用いられる管端部検査用補助具であって、
前記被検査管の内径とほぼ等しい内径を有する筒部と、
前記筒部の一端部から径方向外側に延設され、前記被検査管の端部を固定する管板と対峙させる端面を備えた鍔部と、を備え、
前記鍔部に該鍔部を前記管板に着磁させる磁石を設けた
ことを特徴とする管端部検査用補助具。

【請求項2】

前記磁石は、前記鍔部の前記管板と対峙する端面とは反対側の面に設けられることを特徴とする請求項１記載の管端部検査用補助具。

【請求項3】

前記筒部は、前記被検査管に挿入されるプローブの軸方向の長さに略等しい長さを有することを特徴とする請求項１又は２記載の管端部検査用補助具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱交換器の伝熱管等の被検査管の端部の肉厚を検査するために有効な管端部検査用補助具に関する。

【背景技術】

【0002】

火力、原子力発電プラントにおいては、蒸気タービンからの抽気を用いてボイラーまたは原子炉への給水を加熱し、熱効率を向上させるために給水加熱器（以下、熱交換器という）が使用されている。
この熱交換器に用いられる伝熱管は、熱効果器の本体胴内部に収容された多数のＵ字管によって構成され、それぞれの伝熱管は、本体胴内においてサポートによって支持されると共に、端部が管板に所定の間隔で固定されるようになっている。

【0003】

このような伝熱管は、腐食や摩耗等により経年的に肉厚が減少し、これを放置すると破口に至り、給水が漏洩することになる。このため、伝熱管の健全性を確認するために、定期的に直管部分の全周、全長の肉厚を測定するようにしている。
伝熱管のようなチューブの測定には、水などの接触媒質が不要である渦流探傷法も有効であるが、渦流探傷法は、材料特性の変化や接触面の変化などに影響されるため、検査精度は超音波探傷法に比べて劣っている。このため、現状においては、水浸法による超音波探傷法（水浸超音波探傷法）によって検査を行うようにしている。

【0004】

ところで、水浸超音波探傷検査装置を使用して被検査管を正しく検査するには、水浸探触子（以下、プローブという）を被検査管の中心に軸心と平行に保持する必要がある。このため、プローブを被検査管の中心に軸心と平行に保持するために、プローブに調芯具を装着させて被検査管内に挿入させるようにしている（例えば、特許文献１参照）。そして、プローブを被検査管の直線状部分（直管部）の終端近くまで挿入し、巻き取り器によってプローブに接続されるホースをゆっくり巻取り、プローブを被検査管の開口端に向かって移動させる過程で被検査管の肉厚を測定するようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１７－３３４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、プローブを用いて被検査管（伝熱管）の開口端部の肉厚を測定しようとする場合には、プローブの一部を被検査管の開口端から突出させなければならなくなる。このため、図３（ｂ）に示されるように、プローブの一部の調芯具が被検査管から外れ、プローブの突出した部分を手で支える等の手段を講じなければ、プローブが被検査管の軸心に対して傾き、被検査管の開口端部の厚みを精度よく測定することができないものであった。
このような事情にも拘わらず、特に熱交換器の伝熱管の端部は、乱流が生じやすく、摩耗の進行が早いため、被検査管の端部の肉厚を正確に測定する要請は強い。

【0007】

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、被検査管の端部の肉厚を水浸超音波探傷試験において正確に測定することが可能な管端部検査用補助具を提供することを主たる課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を達成するために、本発明に係る管端部検査用補助具は、被検査管の端部の厚みを測定するために用いられる管端部検査用補助具であって、
前記被検査管の内径とほぼ等しい内径を有する筒部と、前記筒部の一端部から径方向外側に延設され、前記被検査管の端部を固定する管板に対峙させる端面を備えた鍔部を備え、前記鍔部に該鍔部を前記管板に着磁させる磁石を設けた
ことを特徴としている。

【0009】

したがって、被検査管の端部の厚みを測定するに当たり、筒部の軸心を被検査管の軸心に合せて鍔部を管板に当接させれば、鍔部に設けられた磁石の磁力で鍔部を管板に磁着させることが可能となる。このため、被検査管に続いて管端部検査用補助具の筒部が設けられるので、プローブを被検査管の開口端から突出させた状態においても、プローブの水平状態を保つことが可能となり、被検査管の端部の厚みを正確に測定することが可能となる。

【0010】

ここで、磁石は、鍔部の管板と対峙する端面とは反対側の面に設けるようにしてもよい。磁石は、管板と対峙する端面に埋め込む等して管板に直接磁着させるようにしてもよいが、管端部検査用補助具を取り外す際に磁石が管板と対峙する面にあると、磁石が外れて管板に残されたままとなり、補助具だけが外れる不都合が想定されるが、磁石が管板と対峙する面と反対側の面に設けられる場合には、管端部検査用補助具を取り外す際に磁石が管板に残される不都合を回避することが可能となる。

【0011】

なお、磁石は、永久磁石であっても、電磁石であってもよい。
また、プローブが被検査管の端部から突出した状態においても水平状態を保つようにするためには、前記筒部は、プローブの軸方向の長さと略等しい長さにすることが望ましい。

【発明の効果】

【0012】

以上述べたように、本発明に係る管端部検査用補助具は、被検査管の内径とほぼ等しい内径を有する筒部と、この筒部の一端部から径方向外側に延設され、被検査管の端部を固定する管板と対峙させる端面を備えた鍔部と、を有し、鍔部に該鍔部を管板に着磁させる磁石を設けるようにしたので、筒部の軸心を被検査管の軸心と一致させた状態で管端部検査用補助具を管板に磁着させれば、被検査管の端部からプローブを突出させた状態においても、プローブを被検査管の軸心と平行に保つことが可能となり、被検査管の端部においても精度よく厚みを測定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本発明に係る管端部検査用補助具を用いる給水加熱器（熱交換器）の例を示す図であり、（ａ）はその全体図、（ｂ）は給水入口と給水出口が設けられた水室ヘッダとその近傍を示す拡大断面図である。

【図2】図２（ａ）は、伝熱管（被検査管）の端部が固定された管板を正面から見た図であり、図２（ｂ）は、給水出口側の管端部形状を示す図、（ｃ）は、給水入口側の管端部形状を示す図である。

【図3】図３（ａ）は、被検査管にプローブを挿入して超音波により肉厚を測定する状態を説明する断面図、図３（ｂ）は、被検査管の端部からプローブの一部が外れた状態を説明する図である。

【図4】図４は、本発明に係る管端部検査用補助具を示す図であり、（ａ）は、その正面図、（ｂ）は、その底面図、（ｃ）はその平面図、（ｄ）は、その斜視図である。

【図5】図５は、図４の管端部検査用補助具を用いて被検査管の端部の肉厚を測定する状態を説明する図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳述する。

【0015】

図１において、本発明に係る管端部検査用補助具が用いられる給水加熱器１が示されている。
この給水加熱器１は、復水器（図示せず）からの給水（復水）が導入される水室ヘッダ２と、蒸気タービンからの抽気が流通する本体胴３とを備えている。

【0016】

水室ヘッダ２は、水室鏡板２１と、管板２２と、給水入口部２３と、給水出口部２４と、水室マンホール部２５と、水室仕切板２６とを備えており、水室鏡板２１と管板２２との間で水室２８が形成されている。

【0017】

管板２２は、水室ヘッダ２に導入される給水を加熱するための後述する伝熱管１０を支持している。水室鏡板２１は、管板２２に溶接された半球形の部分であり、水室鏡板２１には、給水入口部２３と、給水出口部２４と、水室マンホール部２５とが設けられている。給水入口部２３は、復水器からの給水が導入される部分であり、給水出口部２４は、伝熱管１０を通過する際に蒸気によって加熱された給水が導出される部分である。水室マンホール部２５は、マンホール蓋２７が取付けられ、点検等で作業者が管板等にアクセスする際に利用される部分である。

【0018】

水室仕切板２６は、水室内に固定されて水室２８を仕切るもので、水室２８は、この水室仕切板２６によって、入口水室２８ａと、出口水室２８ｂとに分けられている。

【0019】

管板２２には、図２にも示されるように、ここを貫通する多数の管孔２９（図２（ａ）の管板２２の下半分が図２（ｃ）に示される給水入口側の管端部が固定される管孔２９ａ、図２（ａ）の管板２２の上半分が図２（ｂ）に示される給水出口側の管端部が固定される管孔２９ｂ）が水室２８に開口するように固定されている。この管板２２に設けられた多数の管孔２９のそれぞれには、本体胴３側からＵ字状の伝熱管１０が挿入され、溶接や拡管等によって固定されている。管束を構成する複数の伝熱管１０は、本体胴３のほぼ全長にわたって配設されている。なお、図１においては便宜上、一部の伝熱管１０のみが図示されている。

【0020】

本体胴３の内部には、複数の支持板３１が立設され、管束を構成する複数の伝熱管１０はこれらの支持板３１に支持されている。また、本体胴３には、その上部に加熱蒸気入口部３２が設けられており、ここから、本体胴３の内部に蒸気タービンから抽気された加熱蒸気が流入するようになっている。また、本体胴３の下部には、ドレン出口部３３が設けられ、ドレン水が流出するようになっている。

【0021】

このような構成の給水加熱器１において、給水入口部２３から入口水室２８ａ内に流入した給水は、管板２２の略中央より下側の多数の管孔２９ａに固定されている管束を構成する複数のＵ字状のそれぞれの伝熱管１０に流入して本体胴３側へ導かれ、本体胴３内の流入された蒸気と伝熱管１０を介して熱交換して加熱され、その後、管板２２の上側の管孔２９ｂに固定されている管束を構成する複数の伝熱管１０から出口水室２８ｂに流出し、給水出口部２４から給水加熱器１の外部へ流出される。一方、本体胴３内に流入した加熱蒸気は本体胴３内を流動しながら、複数の伝熱管１０内を流れる給水との間で熱交換し、凝縮してドレン水となり、本体胴３の下部に設けられたドレン出口部３３から排出される。

【0022】

このような給水加熱器（熱交換器）１の伝熱管１０は、長年の使用により伝熱管内が腐食や摩耗等により肉厚が減少し、これを放置すると破口に至り、給水が漏洩することになる。このため、伝熱管の健全性を確認するために伝熱管の肉厚測定を定期的に行う必要がある。そこで、この伝熱管の肉厚を測定するためにＩＵＴ（Inner Ultrasonic Testing）装置が用いられる。

【0023】

このＩＵＴ装置は、伝熱管（被検査管）１０の内部に挿入するプローブ５と、このプローブ５からのパルス信号を受信する探傷器６と、プローブに水を供給する送水装置７と、プローブを移動させるケーブル巻取器８と、ケーブル巻取器８の巻取制御を行う巻取制御器９と、データを処理し被検査管の各位置での肉厚を記録するレコーダ４ａを備えたデータ処理装置４とを備えている。
ここで、送水装置７は、水槽７ａに貯留されている水を水中ポンプ７ｂで汲み上げ、高圧ポンプ７ｃによって送水するようにしている。

【0024】

プローブ５は、特に限定されるものではないが、例えば、図３(ａ)に示されるように、局部水浸式のもので、プローブ本体５１の略中央に設けられ、超音波を管の径方向に発信する超音波発信部と、管の内周面およぎ外周面によって反射された超音波を受信する超音波受信部と、を備えた超音波測定ユニット５２と、プローブ５を伝熱管１０の中心に保持し、プローブ５の軸心と伝熱管１０の管軸とを一致させる調芯具５３とを有している。

【0025】

調芯具５３は、プローブ本体５１の軸方向（挿入方向）の両端部近傍にそれぞれ設けられ、この対をなす調芯具５３ａ，５３ｂを伝熱管に挿入した状態においては、プローブ５を常に伝熱管の中心に管軸と平行に配置させ、超音波測定ユニット５２と対をなす調芯具５３ａ，５３ｂと伝熱管（被検査管）１０の内周面との間で画成された空間に配置されるようにしている。
ここで、プローブの伝熱管１０に挿入する先端側を前方とし、その反対側を後方として説明する。

【0026】

このプローブ５には、探傷器６に接続される信号ケーブル５４と、送水装置７の高圧ポンプ７１に接続されて水を送水する送水ホース５５がプローブ本体５１の後方端に接続され、送水ホース５５から供給される水を伝熱管内部に供給し測定箇所を満水にすることで水浸超音波探傷を可能としている。

【0027】

そして、プローブ５を伝熱管１０の開口端から伝熱管１０の直管部１０ａを湾曲部１０ｂとの境まで挿入し、その後、巻取器８によって伝熱管（被検査管）１０の開口端に向かって引き戻しながら伝熱管（被検査管）１０の肉厚を全周に亘って計測する。
ここで、肉厚測定は、超音波測定ユニット５２から管内表面に対し垂直に超音波を入射させ，管内表面からの反射工コー（Ｓエコー）と管外表面からの反射工コー（Ｂエコー）の間の時間を計測し，これに管材の音速を乗じることにより厚さを測定するそれ自体公知の手法が用いられる。

【0028】

このような浸水法によって伝熱管（被検査管）１０の肉厚を測定するに当たり、伝熱管１０の開口端部の肉厚を検査しようとする場合には、プローブ５を開口端よりさらに手前に引いてプローブ５の一部を伝熱管（被検査管）１０の開口端から突出させる必要がある。
この際、プローブ５は、図３（ｂ）に示されるように、調芯具５３の一方（後方側の調芯具５３ｂ）が伝熱管（被検査管）から外れるため、プローブ１０の軸心が伝熱管１０の軸心に対して傾き、互いの軸心の平行が保てなくなるため管端部の肉厚を測定することができない。
そこで、以下の管端部検査用補助具１１が用いられる。

【0029】

以下、この管端部検査用補助具１１について説明すると、管端部検査用補助具１１は、図４に示されるように、円筒状に形成された筒部１２と、この筒部１２の一端に設けられた鍔部１３と、鍔部１３に設けられた磁石１４とから構成されている。

【0030】

筒部１２は、被検査管１０の内径とほぼ等しい内径を有し、外径も被検査管１０の外径とほぼ等しく形成されている。この筒部１２の軸方向の長さは、必要以上に長いと重量が重くなり、短すぎると被検査管１０の開口端から突出したプローブ５の水平状態を保持しにくくなる。このため、筒部１２は、プローブ５とほぼ同じ長さに形成されるのが好ましい。
このような筒部１２は、被検査管１０と異なる材質（例えば、プラスチック等）で形成してもよいが、この例では、被検査管１０と同じ材質の鋼管によって形成されている。

【0031】

鍔部１３は、筒部１２の端部に固定されているもので、筒部１２の一端部から径方向外側に延設され、被検査管１０の端部を固定する管板２２と対峙する端面１３ａを備えている。鍔部１３においても特に材質はこだわるものではないが、この例では、筒部１２と同じ材質（鋼材）で形成され、筒部１２に溶接等によって一体に固定するようにしている。なお、筒部１２と鍔部１３は、成形時に一体成形するようにしてもよい。また、鍔部１３は、管端部検査用補助具自体を管板２２に磁着できる程度の大きさを有していればよく、必要以上に大きくする必要はない。また、鍔部１３の形状も円板に限らず、矩形や多角形であっても、十字状等であってもよい。

【0032】

磁石１４は、鍔部１３に常時固定させるものであっても、鍔部１３に着脱自在に固定させるものであってもよい。
磁石１４を鍔部１３に常時固定する場合には、鍔部１３の管板２２と対峙する面１３a、又は、対峙する面１３ａとは反対側の面１３ｂに磁石１４を埋め込むようにしても、また、鍔部１３の管板２２と対峙する面１３ａ、又は、対峙する面１３ａとは反対側の面１３ｂに磁石１４を接着剤等で固定してもよい。

【0033】

また、磁石１４を鍔部１３に着脱自在に固定する場合には、磁石１４を鍔部１３の管板２２と対峙する面１３ａとは反対側の面１３ｂに取付ける。
磁石１４を鍔部１３の管板２２と対峙する面１３ａと反対側の面１３ｂに取付ける場合は、管端部検査用補助具１１を管板２２から取り外す際に管板２２に磁石１４だけが残る不都合を回避することが可能となる。
ここでは、磁石１４を鍔部１３に着脱自在に固定する場合について説明する。

【0034】

以上の構成において、プローブ５を用いた水浸超音波探傷法による被検査管１０の肉厚測定を行うには、先ず、図５に示されるように、測定したい伝熱管１０の開口端に管端部検査用補助具１１の筒部１２を合せるようにして鍔部１３を管板２２に当接する。その後、作業者は、筒部１２を手で持って、被検査管１０の軸心と筒部１２の軸心とを一致させる作業を行う。この作業は、例えば、適当な棒材を筒部１２から被検査管１０まで挿入し、被検査管１０の内周面に沿って円を描くように棒材を回すことで被検査管１０の軸心と筒部１２の軸心とを一致させる。
そして、その後に鍔部１３を管板２２に当接させた状態で、鍔部１３の管板２２が対峙する端面１３ａと反対側の面１３ｂの適所に磁石１４を取り付ければ、その磁力が鍔部１３を介して管板２２に作用し、鍔部１３を管板２２に磁着させることが可能となる。

【0035】

以上のようにして、管端部検査用補助具１１を被検査管１０の開口端に固定した後に、プローブ５による水浸探傷試験は、プローブ５を被検査管１０の直管部分１０ａの終端近くまで挿入し（湾曲部１０ｂとの境まで挿入し）、ケーブル巻取器８によりプローブ５を被検査管１０の開口端へ向かって移動させ、その過程で水を噴射させつつ肉厚測定を行う。

【0036】

このような測定において、被検査管１０の開口端部の手前までは、対をなす調芯具５３ａ，５３ｂによりプローブ５の軸心と被検査管１０の軸心とは一致し、それぞれの軸心は平行に保つことが可能であるが、プローブ５の軸方向の長さよりも開口端に近い部分は、プローブ５の後部が被検査管１０から突出し、後方の調芯具が被検査管１０から外れることになる。このため、管端部検査用補助具１１がなければ、ブローブ５の軸心は被検査管１０の軸心に対して傾き超音波の受信ができなくなり、水浸法による被検査管１０の肉厚測定ができなくなる。

【0037】

しかしながら、被検査管１０の開口端には管端部検査用補助具１１が磁着されているので、被検査管１０の開口端に続いて筒部１２が配置されており、実質的に被検査管１０が延長された状態となるので、プローブ５が被検査管１０の開口端から突出した場合においても、プローブ５の軸心を被検査管１０の軸心と一致させた状態を保持することが可能となる。このため、被検査管１０の端部においても、肉厚の測定を正確に行うことが可能となる。

【0038】

なお、上述の例では、鍔部１３の管板側とは反対側の面（管板２２と対峙する面とは反対側の面）に磁石１４を取り付け、鍔部１３を管板２２に磁着させるようにしたが、磁石１４の取り付け位置や数、配置範囲等は、鍔部１３が管板２２に問題なく磁着されて管端部検査用補助具１１が固定されるのであれば特に限定されるものではない。

【0039】

また、磁石１４も、永久磁石を用いた例を示したが、電磁石を用い、スイッチのオンオフによってコイルへの通電を制御し、磁力の発生・停止を行うようにしてもよい。このような電磁石を鍔部１３に設ける場合には、被検査管１０の軸心と管端部検査用補助具１１の筒部１２の軸心とを一致させた後にスイッチをＯＮにするだけで管端部検査用補助具１１を管板２２に磁着させることが可能となり、また、管端部検査用補助具１１を管板２２から取り外す場合もスイッチをＯＦＦにすれば容易に外すことができるので、着脱作業が容易となる。

【0040】

なお、被検査管１０が複数ある場合には、鍔部１３に複数の筒部１２を設けた管端部検査用補助具を用いることも考えられるが、被検査管１０の間隔が常に同じであるとは限らないので、筒部１２は１つであることが望ましい。

【符号の説明】

【0041】

１０ 被検査管（伝熱管）
１１ 管端部検査用補助具
１２ 筒部
１３ 鍔部
１４ 磁石
２２ 管板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】