インテリジェント ECT の実機適用
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カテゴリ: 第3回
1. 緒言
加圧水型原子力プラント(PWR)には全長が 20m、 外径が20mm 程度のインコネル合金製の伝熱管を 3000本以上収納した蒸気発生器 (SG)が設置されてい る。これら伝熱管の全長全数検査を定期検査期間中に 実施するために、高速な検査技術として、ボビンコイ ル方式の渦流(ECT)プローブが適用されている。ボ ビン型 ECT プローブは伝熱管板厚 (約 1.3mm)の 40% 深さ程度の欠陥を検出可能であり、検査速度は 400mm/s が達成できる。一方、欠陥の検出性能に優れ る接触型回転方式の ECT プローブは、20%深さの欠陥 を検出可能であるが、検査速度が 5mm/s 程度に制限さ れるため、部分的な精密検査として使用されている。 検出性能と検査速度の関係を図1に示す。 ・ 弊社では、従来のボビン型 ECT プローブ並の高速検 査速度と回転ECTプローブ並の欠陥検出性を兼ね備え た、新型の高性能インテリジェント ECT プローブ及び システムを開発した。その概要について説明する。
2. インテリジ 2. インテリジェント ECT システム 2.1 インテリジェント ECT システムの特徴 図2にインテリジェント ECT の外観を示す。 24 個のコイルからなるプローブヘッド、電子回路及 びコネクタから構成されている。電子回路(マルチプ レクサ)をプローブコンジット部に搭載することによ り 24 コイルに必要な信号線を大幅に低減することを 実現している。 本プローブの主な特徴は以下の通りである。 ・ 周方向 24 コイル配置 1. 相互誘導自己比較方式 ・ 周方向/軸方向のきずが検出可能 検出コイルには形状均一性が高い薄膜アレイコ イルを採用
2.2 全自動探傷システム検査工程の短縮、作業員の削減及び被ばく線量の低 減を実現するため、全自動探傷システムを採用してい る(図3参照)。現地の電力サイトに設置したコンテナ よりロボット操作からプローブの挿入引抜き、データ 採取に至るまで遠隔操作可能なシステムとなっている。(現地)蒸気 発生器探傷ロボット (MR-III)データ収集 ユニット4連プッシャーPana M管支持板伝熱管インテリジェント ECTプローブ図3 全自動探傷システム概要2.3 分析システム24 コイルマルチアレイタイプのプローブを採用する ことにより、従来のボビンコイルと比較し、データ量 は24倍と増加する。これら増加したデータを信頼高く 効率的に分析するための分析システムを開発した。図 4にデータ処理全体フローを示す。自動分析有意機抽出マニュアル分析、フィルタリングスクリーニング、定獸譯衛【 その他」に指示信号図4 データ処理フロー・有意信号抽出増加したデータ全てを分析員が確認することは作業 量が膨大であり、現実的ではない。そこで、有意信号 抽出では、探傷信号からドリフト成分を除去した後、 閾値処理により全ての有意信号をピックアップし、こ れらの近傍区間を自動抽出する。同時に、構造物信号の自動認識を行い、分析時のデ ータ確認時間を大幅に低減している。これらの処理は 自動化することにより、大量データに対しても高い信 頼性と高速処理を実現した。・フィルタリング|探傷データには支持板や拡管等によるノイズが必然 的に重畳されるため、欠陥の見落としがなく、かつ過 剰指示の少ない分析のためにはフィルタリング技術が 有効である。インテリジェント ECT は、ボビン型プローブと異な り、周/軸方向に 2 次元分布をもった信号が得られる ため、従来型のフィルタに加えて信号の分布特徴を用 いたフィルタが適用可能である。フィルタリングの適 用例を図5に示す。図5は、支持板部に重畳した外面 欠陥(放電加工きず・深さ 20%t)の例で、フィルタリ ングの結果、ノイズである支持板信号のみが低減し、 SN 比が向上しているのがわかる。欠陥信号管支持板部/~28.3原信号caco-28.3管支持板信号メイドとか、1328.3処理結果をC820--20.3 . . 周方向軸方向図5 フィルタリング処理例207 -・スクリーニング - スクリーニング手法は抽出された信号からきずの可 能性がある信号を振るい分けする手法である。まず、 フィルタリング後に残ったECT信号をピックアップし、 信号処理する領域を確定した後、位相や電圧等の特徴 量を計算する。次に、きずの特徴に整合する信号をき ずとして検出し、分析システムの表示画面上にマーキ ング表示する。2.4 定量評価 ・ きずの深さ評価手法としてはリサージュ波形の位相 角から定量化する手法が知られているが、これはプロ ーブの通過位置やきずの長さに影響を受け変化するた め、誤差要因となる。これらの誤差要因を低減するた め本プローブにおいては、複数周波数の信号特徴を用 いた重回帰分析により定量評価精度を向上した。図 6 に外面減肉における定量評価性能検証結果を示す。 10%~40%の減肉試験片を使用し、20%以上と評価さ れた信号の評価誤差は最大で 5%(20)であった。傾き0°404深さ-AD傾き3 -- 又は5““30 深さ!!和きく傾きインテリジェントECT評価深さ(%)0≒2.5%10 | +5%■矩形減肉・傾き5°・直管部 4矩形減肉・傾き5・Uベンド部 ・ 矩形減肉・傾き3°・直管部 ・ 矩形減肉・傾き3° ・Uベンド部 |・矩形減肉・傾き0°・直管部矩形減肉・傾き0・Uベンド部±0%1-0.054010_ 10....20 30 に..微小減肉(20%未満)と評価実深さ(%) 図6 欠陥深さ定量評価性能(外面減肉)2.5 検出性人工 SCC試験片および EDM 試験片による検出性確 認試験の結果、内面・外面の周・軸方向欠陥にて 20% の検出が可能であることを確認した。図7に検出が難 しい拡管境界部のSCC内面軸方向試験片の結果を示す。A_B拡管境界SCC原信号(トンイC23フィルタリング信号C1728「破壞調?結果(SCC 破面)(外面)36%ttha(内面)A部(外面)54%t(内面)B部 図7 SCC 検出試験結果3.国内における適用結果国内においては2003年8月に発電設備技術検査協会 での確性試験を完了し、TT600 プラントの全長全数検 査に同年 12月より適用されている。これまでの適用本 数は 2006 年春現在、累計で 12 万本に及んでいる(図 8参照)。2006年度では14万本を突破する予定である。1600002006/4以降~ 1~2006/4まで総適用本数140,000 120,000 100,00080,000 60,000 40,000200002003200411 , 20052006 図8 国内でのインテリジェント ECT 適用本数 .2084.海外における適用結果・米国 - 米国では 2002年2月から実機試行を実施し、翌 2003 年9月より実機にて適用されてきている。適用結果を 表1に示す。また、適用に必要な EPRI Appendix H の 認証も随時取得してきた。表1 米国における適用実績 適用年月 プラントSG型式 適用本数、 管径項目2002/2Prairie Island 2WH 511247/8““2002/4Palo Verde 2CE System 80413/4““2002/4Sequoyah 2WH 517/8““美機2002/6San Onofre 2CE 34103/4““試行2002/10Palo Verde 1CE System 801423/4““2002/10Arkansas 1B&W OTSG2112019/05/082003/1Commanche Peak 1WH D4-2213/4““20032Diablo Canyon 2WH 517/8““2003/9Watts Bar 1WH D330007/8““実機2003/10Sequoyah 2WH 513000・7/8““適用2004/4CallawayWHF17863/4““また、本プローブは 2005 年に初の海外における取替 え SG の使用前検査にも適用された。NRC により管板 部の全長検査が要求されたためであり、これを満足す るための回転プローブの適用はコスト、工程にインパ クトがあるため、高速・高検出性を有した本プローブ が採用された。弊社工場内にて行われたこの PSI 検査 工事においては、コスト低減、工程短縮に寄与すると ともに本プローブにより全数全長データも採取され、 将来の ISI 工事における有用なデータベースとなる貴 重なデータが採取された。・台湾 * 台湾では 2002 年 11 月から実機試行を実施してきて いる。試行結果を表2に示す。これまでの試行結果に おいては、客先から検出性の高さ、データ採取及び分 析の速さ等について高評価を得ており、今後は、本格 的な実機適用も計画されている。- 209 -表2 台湾における適用実績 | 項目 | 適用年月 | プラント | SG型式 | 適用本数 | 管径Linkou Nuclear 2002/11 Training Center (探傷及び分析トレーニング)1 1100 美機 2004/11 Maanshan 1 WH Model F (half length and| 11/16““ 試行Candy cone)1253 2005/4 Maanshan2 | WH Model F | (20% Candt cone | 11/16““and 80%)5.結言弊社は高速・高性能なECT 手法としてインテリジェ ントECTプローブを核とした全自動探傷システムを構 築し、国内にて全数・全長検査の適用実績を積んでき た。また、米国、台湾での検査工事においても本プロ ーブを適用し、高速・高検出性による工程短縮、コス ト低減に寄与してきた。今後も多くのプラントに適用 していく予定である。参考文献[1] Y. Iwahashi, et al, “High Speed Performance ECTSystem”, Proceeding the 2nd International Conference on NDE in Relation to Structural Integrity for Nuclear andPressurized Components, New Orleans, 2000, 17-29 [2]K. Kawata, M. Kurokawa, N. Kawase, Y. Asada,“Intelligent ECT System” Inspection Technology, 2005.610-666-72 [3] M. Kurokawa, et al “Recent Improvement of IntelligentECT System” 20th EPRI Steam Generator NDEWorkshop, 2001 [4]T. Shichida, et al “Recent Intelligent ECT ProbeExperience”, 24th EPRI Steam Generator NDE Workshop, San Diego, 2005“ “インテリジェント ECT の実機適用“ “浅田 義浩,Yoshihiro ASADA,川田 かよ子,Kayoko KAWATA,川瀬 直人,Naoto KAWASE,七田 知紀,Tomonori SHICHIDA,高次 正弥,Masaya TAKATSUGU
加圧水型原子力プラント(PWR)には全長が 20m、 外径が20mm 程度のインコネル合金製の伝熱管を 3000本以上収納した蒸気発生器 (SG)が設置されてい る。これら伝熱管の全長全数検査を定期検査期間中に 実施するために、高速な検査技術として、ボビンコイ ル方式の渦流(ECT)プローブが適用されている。ボ ビン型 ECT プローブは伝熱管板厚 (約 1.3mm)の 40% 深さ程度の欠陥を検出可能であり、検査速度は 400mm/s が達成できる。一方、欠陥の検出性能に優れ る接触型回転方式の ECT プローブは、20%深さの欠陥 を検出可能であるが、検査速度が 5mm/s 程度に制限さ れるため、部分的な精密検査として使用されている。 検出性能と検査速度の関係を図1に示す。 ・ 弊社では、従来のボビン型 ECT プローブ並の高速検 査速度と回転ECTプローブ並の欠陥検出性を兼ね備え た、新型の高性能インテリジェント ECT プローブ及び システムを開発した。その概要について説明する。
2. インテリジ 2. インテリジェント ECT システム 2.1 インテリジェント ECT システムの特徴 図2にインテリジェント ECT の外観を示す。 24 個のコイルからなるプローブヘッド、電子回路及 びコネクタから構成されている。電子回路(マルチプ レクサ)をプローブコンジット部に搭載することによ り 24 コイルに必要な信号線を大幅に低減することを 実現している。 本プローブの主な特徴は以下の通りである。 ・ 周方向 24 コイル配置 1. 相互誘導自己比較方式 ・ 周方向/軸方向のきずが検出可能 検出コイルには形状均一性が高い薄膜アレイコ イルを採用
2.2 全自動探傷システム検査工程の短縮、作業員の削減及び被ばく線量の低 減を実現するため、全自動探傷システムを採用してい る(図3参照)。現地の電力サイトに設置したコンテナ よりロボット操作からプローブの挿入引抜き、データ 採取に至るまで遠隔操作可能なシステムとなっている。(現地)蒸気 発生器探傷ロボット (MR-III)データ収集 ユニット4連プッシャーPana M管支持板伝熱管インテリジェント ECTプローブ図3 全自動探傷システム概要2.3 分析システム24 コイルマルチアレイタイプのプローブを採用する ことにより、従来のボビンコイルと比較し、データ量 は24倍と増加する。これら増加したデータを信頼高く 効率的に分析するための分析システムを開発した。図 4にデータ処理全体フローを示す。自動分析有意機抽出マニュアル分析、フィルタリングスクリーニング、定獸譯衛【 その他」に指示信号図4 データ処理フロー・有意信号抽出増加したデータ全てを分析員が確認することは作業 量が膨大であり、現実的ではない。そこで、有意信号 抽出では、探傷信号からドリフト成分を除去した後、 閾値処理により全ての有意信号をピックアップし、こ れらの近傍区間を自動抽出する。同時に、構造物信号の自動認識を行い、分析時のデ ータ確認時間を大幅に低減している。これらの処理は 自動化することにより、大量データに対しても高い信 頼性と高速処理を実現した。・フィルタリング|探傷データには支持板や拡管等によるノイズが必然 的に重畳されるため、欠陥の見落としがなく、かつ過 剰指示の少ない分析のためにはフィルタリング技術が 有効である。インテリジェント ECT は、ボビン型プローブと異な り、周/軸方向に 2 次元分布をもった信号が得られる ため、従来型のフィルタに加えて信号の分布特徴を用 いたフィルタが適用可能である。フィルタリングの適 用例を図5に示す。図5は、支持板部に重畳した外面 欠陥(放電加工きず・深さ 20%t)の例で、フィルタリ ングの結果、ノイズである支持板信号のみが低減し、 SN 比が向上しているのがわかる。欠陥信号管支持板部/~28.3原信号caco-28.3管支持板信号メイドとか、1328.3処理結果をC820--20.3 . . 周方向軸方向図5 フィルタリング処理例207 -・スクリーニング - スクリーニング手法は抽出された信号からきずの可 能性がある信号を振るい分けする手法である。まず、 フィルタリング後に残ったECT信号をピックアップし、 信号処理する領域を確定した後、位相や電圧等の特徴 量を計算する。次に、きずの特徴に整合する信号をき ずとして検出し、分析システムの表示画面上にマーキ ング表示する。2.4 定量評価 ・ きずの深さ評価手法としてはリサージュ波形の位相 角から定量化する手法が知られているが、これはプロ ーブの通過位置やきずの長さに影響を受け変化するた め、誤差要因となる。これらの誤差要因を低減するた め本プローブにおいては、複数周波数の信号特徴を用 いた重回帰分析により定量評価精度を向上した。図 6 に外面減肉における定量評価性能検証結果を示す。 10%~40%の減肉試験片を使用し、20%以上と評価さ れた信号の評価誤差は最大で 5%(20)であった。傾き0°404深さ-AD傾き3 -- 又は5““30 深さ!!和きく傾きインテリジェントECT評価深さ(%)0≒2.5%10 | +5%■矩形減肉・傾き5°・直管部 4矩形減肉・傾き5・Uベンド部 ・ 矩形減肉・傾き3°・直管部 ・ 矩形減肉・傾き3° ・Uベンド部 |・矩形減肉・傾き0°・直管部矩形減肉・傾き0・Uベンド部±0%1-0.054010_ 10....20 30 に..微小減肉(20%未満)と評価実深さ(%) 図6 欠陥深さ定量評価性能(外面減肉)2.5 検出性人工 SCC試験片および EDM 試験片による検出性確 認試験の結果、内面・外面の周・軸方向欠陥にて 20% の検出が可能であることを確認した。図7に検出が難 しい拡管境界部のSCC内面軸方向試験片の結果を示す。A_B拡管境界SCC原信号(トンイC23フィルタリング信号C1728「破壞調?結果(SCC 破面)(外面)36%ttha(内面)A部(外面)54%t(内面)B部 図7 SCC 検出試験結果3.国内における適用結果国内においては2003年8月に発電設備技術検査協会 での確性試験を完了し、TT600 プラントの全長全数検 査に同年 12月より適用されている。これまでの適用本 数は 2006 年春現在、累計で 12 万本に及んでいる(図 8参照)。2006年度では14万本を突破する予定である。1600002006/4以降~ 1~2006/4まで総適用本数140,000 120,000 100,00080,000 60,000 40,000200002003200411 , 20052006 図8 国内でのインテリジェント ECT 適用本数 .2084.海外における適用結果・米国 - 米国では 2002年2月から実機試行を実施し、翌 2003 年9月より実機にて適用されてきている。適用結果を 表1に示す。また、適用に必要な EPRI Appendix H の 認証も随時取得してきた。表1 米国における適用実績 適用年月 プラントSG型式 適用本数、 管径項目2002/2Prairie Island 2WH 511247/8““2002/4Palo Verde 2CE System 80413/4““2002/4Sequoyah 2WH 517/8““美機2002/6San Onofre 2CE 34103/4““試行2002/10Palo Verde 1CE System 801423/4““2002/10Arkansas 1B&W OTSG2112019/05/082003/1Commanche Peak 1WH D4-2213/4““20032Diablo Canyon 2WH 517/8““2003/9Watts Bar 1WH D330007/8““実機2003/10Sequoyah 2WH 513000・7/8““適用2004/4CallawayWHF17863/4““また、本プローブは 2005 年に初の海外における取替 え SG の使用前検査にも適用された。NRC により管板 部の全長検査が要求されたためであり、これを満足す るための回転プローブの適用はコスト、工程にインパ クトがあるため、高速・高検出性を有した本プローブ が採用された。弊社工場内にて行われたこの PSI 検査 工事においては、コスト低減、工程短縮に寄与すると ともに本プローブにより全数全長データも採取され、 将来の ISI 工事における有用なデータベースとなる貴 重なデータが採取された。・台湾 * 台湾では 2002 年 11 月から実機試行を実施してきて いる。試行結果を表2に示す。これまでの試行結果に おいては、客先から検出性の高さ、データ採取及び分 析の速さ等について高評価を得ており、今後は、本格 的な実機適用も計画されている。- 209 -表2 台湾における適用実績 | 項目 | 適用年月 | プラント | SG型式 | 適用本数 | 管径Linkou Nuclear 2002/11 Training Center (探傷及び分析トレーニング)1 1100 美機 2004/11 Maanshan 1 WH Model F (half length and| 11/16““ 試行Candy cone)1253 2005/4 Maanshan2 | WH Model F | (20% Candt cone | 11/16““and 80%)5.結言弊社は高速・高性能なECT 手法としてインテリジェ ントECTプローブを核とした全自動探傷システムを構 築し、国内にて全数・全長検査の適用実績を積んでき た。また、米国、台湾での検査工事においても本プロ ーブを適用し、高速・高検出性による工程短縮、コス ト低減に寄与してきた。今後も多くのプラントに適用 していく予定である。参考文献[1] Y. Iwahashi, et al, “High Speed Performance ECTSystem”, Proceeding the 2nd International Conference on NDE in Relation to Structural Integrity for Nuclear andPressurized Components, New Orleans, 2000, 17-29 [2]K. Kawata, M. Kurokawa, N. Kawase, Y. Asada,“Intelligent ECT System” Inspection Technology, 2005.610-666-72 [3] M. Kurokawa, et al “Recent Improvement of IntelligentECT System” 20th EPRI Steam Generator NDEWorkshop, 2001 [4]T. Shichida, et al “Recent Intelligent ECT ProbeExperience”, 24th EPRI Steam Generator NDE Workshop, San Diego, 2005“ “インテリジェント ECT の実機適用“ “浅田 義浩,Yoshihiro ASADA,川田 かよ子,Kayoko KAWATA,川瀬 直人,Naoto KAWASE,七田 知紀,Tomonori SHICHIDA,高次 正弥,Masaya TAKATSUGU