電磁超音波共鳴法を用いた配管検査技術の実施適用性の検討
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カテゴリ: 第9回
1. 緒言
本研究ではEMAR を用いて停止中の原子力発電所に り,実機適用が期待されている(45). 1. 緒言本研究では, EMAR を用いて停止中の原子力発電所に 原子力発電所において,配管減肉管理は重要な課題で おいて実機配管の肉厚を測定し,別途測定した超音波厚 ある. 配管減肉は高経年化に伴い進行することが知られさ検査による測定結果と比較することにより,配管形状 ており、安全・安定運転の維持のために配管の減肉状態 (エルボー,直管,配管径),溶接部の影響,減肉状態等 を適切に把握することが求められている.原子力発電プの関連因子による測定結果への影響を検討する. ラントにおける配管減肉管理は、社団法人日本機械学会
2. 試験方法 で定める「発電用原子力設備規格 配管減肉管理に関す。 る技術規格 沸騰水型及び加圧水型原子力発電所」 2.1 電磁超音波共鳴法の原理 (JSME S NHING1 - 2006)の配管肉厚測定要領に従っ 電 磁超音波を送受信するプローブである電磁超音波探 て、主に超音波厚さ計(Ultrasonic thickness gage, UT) を 触子 (electromagnetic acoustic transducer, EMAT)はコイル 用いて実施されている.配管肉厚測定結果により算出さ及び永久磁石から構成される.試験体が非磁性体のとき れた減肉率に基づき, 配管取替え時期が評価されるため, は、コイルに流れる高周波パルス電流により試験体表面 適切な配管取替え時期を評価するためには、精度の良い近傍に渦電流が誘導され,そこに永久磁石による静磁場 配管肉厚測定が必要である.
を印加すると試験体表面近傍にアンペール力が発生し, * 電磁超音波共鳴法(electromagnetic acoustic resonance, 試験体内をコイルに印加した高周波パルスと同じ周波数 EMAR)は非接触のため,配管外面の塗膜による測定結の横波が伝播する.また,磁性材料の試験体ではコイル 果への影響が少なく取り付けが簡単など、作業性に優れの誘導磁場と永久磁石の静磁場による磁歪効果に基づい」 減肉のモニタリング用に開発が進められている(12) また, て磁歪が周期的に変化し,超音波が発生する.このバイアス磁場と周期的な動磁場は磁歪力による振動を発生し, 連絡先:高木敏行, 〒980-8577 仙台市青葉区片平2-1-1, 横波が試験体内を垂直に伝播することとなる。受信は上 東北大学流体科学研究所、記の逆過程によりコイルに発生する電圧変化を受信する e-mail: takagi@ifs.tohoku.ac.jpことにより行うの 良好な測定精度が,ラボ試験結果等により確認されてお ここで,振動源と受信源が試験体表面内部にあるため- 32 - れた減肉率に基づき,配管取替え時期が評価されるため、1 電磁超音波共鳴法の原理 電磁超音波を送受信するプローブである電磁超音波探 を印加すると試験体表面近傍にアンペール力が発生し, 試験体内をコイルに印加した高周波パルスと同じ周波数 の誘導磁場と永久磁石の静磁場による磁歪効果に基づい アス磁場と周期的な動磁場は磁歪力による振動を発生し、. no welding region O vicinity of weldKK-001 00:100000... 0000...1900/01/031900/01/041900/01/0510111900/01/117 8 9 UT thickness (mm)マーキングされた測定位置の範囲で測定厚さが最小. no welding region O vicinity of weldno welding region O vicinity of weldEMAR thickness (mm)Peak of SNC amplitude (a.u.)-----------M0000-20204.12.000...1900/01/031900/01/041900/01/0510117 8 9 UT thickness (mm)1900/01/111899/12/31-2-1| 0. 01. 02. 03.04.0 Difference of EMAR and UT(mm)Fig. 1 Relationship between UT and EMAR.Fig.2 Relationship between difference and SNC peak.1d | 1dUT8.5UT は EMAR と同じ定期点検中に測定し,測定者は発NBC 電用原子力設備規格 JSME SNH1 /NG1 - 2006に定めた 技量を有することの認定を得た者である. UT の測定法 は、マーキングされた測定位置の範囲で測定厚さが最小2d となる点を測定するものである.これに対して,EMAR の測定は測定箇所に EMAT を固定して測定している.Fig.3 Measurement points of straight pipe No.3. UT が測定範囲内の最小厚さを観測するのに対して, EMAR は測定箇所において EMAT のコイル範囲の信号 Table2 Measurement thickness of EMAR and UT. [mm] を評価する違いがある.EMARA 4. 実験結果及び考察No. BC AB 8.66| 8.68 | 616.1 8.7 8.6 図1にUT と EMAR の肉厚測定結果の関係を示す. 図9.34 8.71 8.68 6.3 8.7 8.6 中の黒丸が溶接部がない箇所での測定結果であり,白丸8.86 8.92 8.92 6.58.8 が溶接部近傍での測定結果である. 溶接部近傍の一部で8.53 8.71 8.68 6.8 8.6 EMAR と UT との差が大きくなる傾向がある.また,溶8.42 8.39 |8.39 6.4 8.4 8.2 接部を除いた直管とエルボの差の RMS はともに 0.26 で6 | 8.178.41 | 8.37| 6.5J 8.31 8.3 あり,また配管径による大きな影響は見られなかった. UT の過去の測定結果から算出された減肉率の大小から | 7 | 8.32 | 8.54 | 8.58| 6.21.8.7 8.5 も影響は見られなかった.1 8 | 8.54 | 8.54 | 8.6 6.2 8.5 8.5 図2に SNC ピーク値と EMAR と UT の差の関係を示 す. SNC ピーク値が低下するに従いUT との差が大きく を比較する.図4, 5 に EMAT プローブを溶接部から軸 なる傾向にある. SNC ピーク値が 0.5 以上のときに UT 方向にそれぞれ 10mm, 20mm 離したときの SNCの結果 との差は 0.2mm 以下であり信頼性の高い関係を示して を示す. EMAR の厚さ測定結果は、8.39, 8.31mm で差 いる.しかし, ピーク値が 0.1 以下になるとその差は拡 が小さく公称肉厚 8.6mm に近い値を示している. A-5 で 大して最大で3mm の差が見られる.のUT の測定結果は 6.4mm であった, EMAT プローブが UT との値に差が認められるのは道管の No.3 である. 溶接部から10mm離れた位置では、 SNC ピークが低いが, 図3に直管 No.3 の配管部の概要と測定位置を示す.また, 20mm の位置では次第にピーク値が大きくなり明確なピ 表2に直管 No.3 のEMARとUTの厚さ測定結果を示す. ークが観測されている.溶接部近傍では SNC ピーク値が 溶接部に近い周方向の測定箇所 A列でUT との差が大き 減衰し UT との差が大きくなる傾向が現れたことから, くなっている。溶接部の裏面若しくは溶接部周辺に超音波を散乱させる 測定点が A-5 の溶接部からの距離によるEMAR 信号 1 底面形状の変化があると思われる.- 34 - 中の黒丸が溶接部がない箇所での測定結果であり, UT の過去の測定結果から算出された減肉率の大小から も影響は見られなかった. 図3に直管 No.3 の配管部の概要と測定位置を示す.43.5no welding region O vicinity of weld1900/01/021900/01/01 12:00:001900/01/011899/12/31 12:00:0010.50.0 11
“ “電磁超音波共鳴法を用いた配管検査技術の実施適用性の検討“ “浦山 良一,Ryoichi URAYAMA,高木 敏行,Toshiyuki TAKAGI,内一 哲哉,Tetsuya UCHIMOTO,兼本 茂,Shigeru KANEMOTO,大平 拓,Taku OHIRA,菊池 貴好,Takayoshi KIKUCHI
本研究ではEMAR を用いて停止中の原子力発電所に り,実機適用が期待されている(45). 1. 緒言本研究では, EMAR を用いて停止中の原子力発電所に 原子力発電所において,配管減肉管理は重要な課題で おいて実機配管の肉厚を測定し,別途測定した超音波厚 ある. 配管減肉は高経年化に伴い進行することが知られさ検査による測定結果と比較することにより,配管形状 ており、安全・安定運転の維持のために配管の減肉状態 (エルボー,直管,配管径),溶接部の影響,減肉状態等 を適切に把握することが求められている.原子力発電プの関連因子による測定結果への影響を検討する. ラントにおける配管減肉管理は、社団法人日本機械学会
2. 試験方法 で定める「発電用原子力設備規格 配管減肉管理に関す。 る技術規格 沸騰水型及び加圧水型原子力発電所」 2.1 電磁超音波共鳴法の原理 (JSME S NHING1 - 2006)の配管肉厚測定要領に従っ 電 磁超音波を送受信するプローブである電磁超音波探 て、主に超音波厚さ計(Ultrasonic thickness gage, UT) を 触子 (electromagnetic acoustic transducer, EMAT)はコイル 用いて実施されている.配管肉厚測定結果により算出さ及び永久磁石から構成される.試験体が非磁性体のとき れた減肉率に基づき, 配管取替え時期が評価されるため, は、コイルに流れる高周波パルス電流により試験体表面 適切な配管取替え時期を評価するためには、精度の良い近傍に渦電流が誘導され,そこに永久磁石による静磁場 配管肉厚測定が必要である.
を印加すると試験体表面近傍にアンペール力が発生し, * 電磁超音波共鳴法(electromagnetic acoustic resonance, 試験体内をコイルに印加した高周波パルスと同じ周波数 EMAR)は非接触のため,配管外面の塗膜による測定結の横波が伝播する.また,磁性材料の試験体ではコイル 果への影響が少なく取り付けが簡単など、作業性に優れの誘導磁場と永久磁石の静磁場による磁歪効果に基づい」 減肉のモニタリング用に開発が進められている(12) また, て磁歪が周期的に変化し,超音波が発生する.このバイアス磁場と周期的な動磁場は磁歪力による振動を発生し, 連絡先:高木敏行, 〒980-8577 仙台市青葉区片平2-1-1, 横波が試験体内を垂直に伝播することとなる。受信は上 東北大学流体科学研究所、記の逆過程によりコイルに発生する電圧変化を受信する e-mail: takagi@ifs.tohoku.ac.jpことにより行うの 良好な測定精度が,ラボ試験結果等により確認されてお ここで,振動源と受信源が試験体表面内部にあるため- 32 - れた減肉率に基づき,配管取替え時期が評価されるため、1 電磁超音波共鳴法の原理 電磁超音波を送受信するプローブである電磁超音波探 を印加すると試験体表面近傍にアンペール力が発生し, 試験体内をコイルに印加した高周波パルスと同じ周波数 の誘導磁場と永久磁石の静磁場による磁歪効果に基づい アス磁場と周期的な動磁場は磁歪力による振動を発生し、. no welding region O vicinity of weldKK-001 00:100000... 0000...1900/01/031900/01/041900/01/0510111900/01/117 8 9 UT thickness (mm)マーキングされた測定位置の範囲で測定厚さが最小. no welding region O vicinity of weldno welding region O vicinity of weldEMAR thickness (mm)Peak of SNC amplitude (a.u.)-----------M0000-20204.12.000...1900/01/031900/01/041900/01/0510117 8 9 UT thickness (mm)1900/01/111899/12/31-2-1| 0. 01. 02. 03.04.0 Difference of EMAR and UT(mm)Fig. 1 Relationship between UT and EMAR.Fig.2 Relationship between difference and SNC peak.1d | 1dUT8.5UT は EMAR と同じ定期点検中に測定し,測定者は発NBC 電用原子力設備規格 JSME SNH1 /NG1 - 2006に定めた 技量を有することの認定を得た者である. UT の測定法 は、マーキングされた測定位置の範囲で測定厚さが最小2d となる点を測定するものである.これに対して,EMAR の測定は測定箇所に EMAT を固定して測定している.Fig.3 Measurement points of straight pipe No.3. UT が測定範囲内の最小厚さを観測するのに対して, EMAR は測定箇所において EMAT のコイル範囲の信号 Table2 Measurement thickness of EMAR and UT. [mm] を評価する違いがある.EMARA 4. 実験結果及び考察No. BC AB 8.66| 8.68 | 616.1 8.7 8.6 図1にUT と EMAR の肉厚測定結果の関係を示す. 図9.34 8.71 8.68 6.3 8.7 8.6 中の黒丸が溶接部がない箇所での測定結果であり,白丸8.86 8.92 8.92 6.58.8 が溶接部近傍での測定結果である. 溶接部近傍の一部で8.53 8.71 8.68 6.8 8.6 EMAR と UT との差が大きくなる傾向がある.また,溶8.42 8.39 |8.39 6.4 8.4 8.2 接部を除いた直管とエルボの差の RMS はともに 0.26 で6 | 8.178.41 | 8.37| 6.5J 8.31 8.3 あり,また配管径による大きな影響は見られなかった. UT の過去の測定結果から算出された減肉率の大小から | 7 | 8.32 | 8.54 | 8.58| 6.21.8.7 8.5 も影響は見られなかった.1 8 | 8.54 | 8.54 | 8.6 6.2 8.5 8.5 図2に SNC ピーク値と EMAR と UT の差の関係を示 す. SNC ピーク値が低下するに従いUT との差が大きく を比較する.図4, 5 に EMAT プローブを溶接部から軸 なる傾向にある. SNC ピーク値が 0.5 以上のときに UT 方向にそれぞれ 10mm, 20mm 離したときの SNCの結果 との差は 0.2mm 以下であり信頼性の高い関係を示して を示す. EMAR の厚さ測定結果は、8.39, 8.31mm で差 いる.しかし, ピーク値が 0.1 以下になるとその差は拡 が小さく公称肉厚 8.6mm に近い値を示している. A-5 で 大して最大で3mm の差が見られる.のUT の測定結果は 6.4mm であった, EMAT プローブが UT との値に差が認められるのは道管の No.3 である. 溶接部から10mm離れた位置では、 SNC ピークが低いが, 図3に直管 No.3 の配管部の概要と測定位置を示す.また, 20mm の位置では次第にピーク値が大きくなり明確なピ 表2に直管 No.3 のEMARとUTの厚さ測定結果を示す. ークが観測されている.溶接部近傍では SNC ピーク値が 溶接部に近い周方向の測定箇所 A列でUT との差が大き 減衰し UT との差が大きくなる傾向が現れたことから, くなっている。溶接部の裏面若しくは溶接部周辺に超音波を散乱させる 測定点が A-5 の溶接部からの距離によるEMAR 信号 1 底面形状の変化があると思われる.- 34 - 中の黒丸が溶接部がない箇所での測定結果であり, UT の過去の測定結果から算出された減肉率の大小から も影響は見られなかった. 図3に直管 No.3 の配管部の概要と測定位置を示す.43.5no welding region O vicinity of weld1900/01/021900/01/01 12:00:001900/01/011899/12/31 12:00:0010.50.0 11
“ “電磁超音波共鳴法を用いた配管検査技術の実施適用性の検討“ “浦山 良一,Ryoichi URAYAMA,高木 敏行,Toshiyuki TAKAGI,内一 哲哉,Tetsuya UCHIMOTO,兼本 茂,Shigeru KANEMOTO,大平 拓,Taku OHIRA,菊池 貴好,Takayoshi KIKUCHI