鈴木 裕晶
世界を震撼させたパンデミックは，我が国でも本年5 月から「5 類感染症」となり，一定の収束とされている。しかしながら，新型コロナウイルス感染症がなくなったわけではなく，依然として高齢者や既往症を持つ方々には注意が必要であり，テレワークの継続など不可逆的な社会生活の変容も招いた。一方，ロシアによるウクライナ侵攻から1 年以上が既に経過したが，戦争の見通しは不透明で，戦争終結の道筋は見えていない。最近，このような先行きが不透明で将来の予測が困難な状態を表す「VUCA（ブーカ）」という言葉をよく聞くようになった。VUCA とは，Volatility（変動性），Uncertainty（不確実性），Complexity（複雑性），Ambiguity（曖昧性）の4 つの要素の略称である。
建造から築50 年を経たインフラ設備の保守検査が重要であると言われて久しい。基幹インフラ設備の老朽化が深刻になり，補修保全するにも少子高齢化の影響により人材確保が難しい。エネルギー産業分野においては，2025 年に熟練技術者が大量引退することから，後継者不足も大きな社会課題となっている。それらに加えて，VUCA の時代には，予想外の出来事が起こり，従来のような予測や計画が立てづらく，突発的なトラブル回避が重要となった。今まで以上に保守検査による状態監視を高度化し，設備を健全に安定的に維持管理することが求められており，その手段として期待されているのが，ICT 分野，IoT/AI 技術，ロボットなどを活用した保守検査の効率化や高機能化である。
昨年末に公開された生成AI は従来のAI の能力をはるかに超える性能を示し，世界に衝撃を与えた。近い将来，日本の労働人口の半数がAI やロボットに代替されるという推計もなされている。しかしながら，AIは経験したことがない課題解決や数値化できない創造的なアイデアを生み出す仕事は不得意であり，言い換えれば，AI を「人工知能」として捉えるのか，人間の「拡張知能」として捉えるのかを問われている。AIとの共存社会においては，AI を「拡張知能」の道具として使い，人間にしかできない「考える力」を高めていく必要がある。老朽化したインフラ設備においては，今後ますます今までに経験したことのないようなトラブルが増えると予想される中，保守検査を担うエンジニアはAI に使われてしまうのではなく，AI を拡張知能として保守検査のツールとして縦横無尽に使うことが肝要であろう。
保守検査部門では社会インフラ，プラント設備などの構造信頼性を維持・向上させるため，既存の非破壊検査技術の現場適用事例の紹介の他，新しい技術を活用した非破壊検査技術を紹介する場を設けている。このような場を通して設備を運営，または管理する方々と信頼性と経済性を両立した効率的な保守検査を検討し，その実施を促すことを部門活動の目的としている。今回の特集は，ロボットを用いた国内外のプラント設備の保守検査の最新事例紹介と，水素ステーションならびに燃料電池自動車の最先端の非破壊検査技術について，この分野でご活躍されている第一人者に執筆をお願いした。
保守検査ロボットの進化は目覚ましく，様々な非破壊検査装置を搭載したロボットが人間の代替として，あるいは人間が近寄れない場所の検査を実用化している。また，最近のAI 技術との連携によってロボットが自律的に行動し，自動的に検査データを収集する試みも始まっている。一方，2020 年10 月に政府は2050 年までに温室効果ガスの排出を全体としてゼロにする，カーボンニュートラルを目指すことを宣言し，環境とエネルギーセキュリティをともに解決する水素は，我が国にとって究極のエネルギーになり得ると期待されている。そして，水素エネルギーの普及のためには，水素の供給量の拡大と，需要の喚起，インフラ整備に資する取り組みを一体的に講ずる必要があるとされた。保守検査ロボットや水素社会の実現に向けた非破壊検査の取り組みは，いずれも社会・輸送インフラや産業の安全・安心を支えるために不可欠である。本特集が会員諸氏のご参考になれば幸甚である。なお，末筆ながらご多忙中にもかかわらず執筆頂きました著者の方々に誌面を借りて厚く御礼申し上げる。
Hibot corporation Michele GUARNIERI and Paulo DEBENEST
Abstract
Petrochemical and power plants are vital elements of infrastructure. To ensure their safe operation, the pipes used in boilers,heatexchangers and pipelines and other assets in general must be maintained regularly. Any defects in those infrastructures, such as corrosion or cracks, must be repaired properly to avoid accidents with potentially fatal consequences. This requires frequent inspections. However, the inspection works are sometimes hampered by difficult access (too high, too narrow), presence of insulation (hides defects), geometry (pipes too complex or too small to inspect), schedule (downtime must be kept to a minimum), and others.
In addition, it is not rare for inspectors to have to risk their lives inspecting pipes in high, hazardous or confined environments.
For 20 years, the authors have been working with robotic solutions to make inspection missions safer, faster and more reliable.
This paper presents some of the recent solutions, currently in operation, used for inspection of pipes from inside (boiler water pipes,cooling water pipes) and from outside (pipe racks).
Key Words:Snake like robots, Visual and UT inspection, Robotic inspection, Robot as a Service (RaaS)
Introduction
Non-Destructive Testing (NDT) techniques are used to assess the properties of materials and to assure the integrity of components or structures, without causing any damage to them.
These testing methods are normally performed manually and may be laborious and time-consuming. For this reason, there is much interest in developing automated equipment for NDT applications, with robotics playing a major role. Flying, wheeled,climbing or articulated robots are already being used together with some NDT techniques, such as Ultrasonic Testing (UT),Eddy Current Testing (ECT) and Radiographic Testing (RT).
Interest in such automated platforms has increased recently,driven by the need to increase efficiency, reliability and repeatability of NDT. In addition, it is becoming more important to keep inspectors out of hazardous environments of places that are difficult to reach. In fact, one of the advantages of remote inspection robots is that they are able to reach places such as storage tanks or pipe racks in high locations while the operators remain in a safe area. Another major advantage is the reduction of costs associated with the use of scaffolding, which is no longer needed with remote inspection robots.
Articulated robots can navigate in narrow spaces and enter confined spaces due to their ability to bend and twist. They can also be used to inspect infrastructure containing toxic or radioactive products. Aside from the safety advantages,inspection carried out with such robots tends to be quicker,more precise and more uniform, resulting in less downtime for the plant. In petrochemical and nuclear industries, remote NDT is often performed to detect corrosion and cracks, mostly by making use of visual inspection, ultrasonic inspection,magnetic/radiographic inspection and eddy current inspection.
In this paper, we introduce a few novel robotic systems for visual and ultrasonic inspection, which hibot１） has developed and deployed for real services in partnership with service providers and or end users globally.
Three are three main robotic solutions proposed by hibot proposes for different type of assets integrity checks: the Float Arm, a robotic arm for difficult to reach and confined spaces inspections, the boiler inspection solution, a portable unit which is in use for the inspection of water boilers in Japan and lastly a mobile crawler snake like robot which is being utilized for the inspection of underground drain water lines, heating districts and in general confined spaces.
All solutions２） connect to a digital platform called Hibox, as shown in Fig.1, that allow to collect and manage all inspection data. The platform is available in the field as offline and offers also additional features such as: fast data validation,management of inspection works, AI detection of important areas and last but least, a fast reporting of the overall inspection.
SPRINT Robotics Collaborative Tjibbe BOUMA
Abstract
The Oil & Gas, Chemical, Power Plant and Energy industry, both onshore and offshore, is seeing an increase in demand for robots systems and modern technology. These technologies are inspection, maintenance and monitoring driven by a desire to reduce the danger of human exposure to hazardous situations while also lowering operational costs. Unfortunately, there is a gap between present labor competence and fast emerging technologies. Deploying robots in asset inspection, monitoring, and maintenance necessitates a thorough understanding of robotic systems. It includes the ability to identify a specific use case, assess the impact of robotics on the business, and maintain the value of the robot to ensure it continues to operate safely and profitably.
This article shows some examples and explains how modern technology is changing the NDT business in industry.
Key Words:NDT business, Digital transformation, Robotics inspection, Digital twin, Autonomous robots, Mixed Reality
Introduction
Currently, NDT, Inspection, Maintenance industry faces many issues, such as lack of qualified manpower, increased safety requirements, time scheduling and more. These issues are mutual topics for asset owner, engineering company, NDT service vendor that need to be resolved.
Recent technical improvement and progress in mechatronics,software, sensing and communication is enormous. This progress is now driving innovation in the work-place, thus delivering real value.
JFE スチール（株） 岡野 拓史、JFE コンテイナー（株） 高野 俊夫、千代田化工建設（株） 鈴木 裕晶
Non-destructive Testing of High-pressure Hydrogen Accumulators during
Shipment and Operation
JFE Steel Corporation Hiroshi OKANO
JFE Container Co., Ltd. Toshio TAKANO
Chiyoda Corporation Hiroaki SUZUKI
キーワード:水素蓄圧器，低合金鋼，疲労損傷，磁粉探傷，超音波探傷，供用中検査，アコーステック・エミッション，AE
はじめに
地球温暖化抑制のため，種々の取り組みが行われている。その一つとして，水素エネルギー社会の構築がある。日本は水素エネルギー社会構築に必要な水素製造・貯蔵・輸送・使用のそれぞれの分野で世界最先端の技術開発および実用化に向けた活動を行うとともに，毎年，水素閣僚会議１）を主催し，世界の水素社会構築連携を主導している。政府は2017 年に「水素基本戦略（案）」を作成し，その後，2023年6月6日に改定案も提出されるなど水素社会構築を目指し積極的な推進活動が行われている２）。ロードマップでは燃料電池自動車の普及に先行して水素ステーションを建設する計画であり，2030年度までに1000ヵ所の建設を目標としている。水素ステーションの建設が進んでいる。
本稿ではその水素ステーションに設置されている水素蓄圧器の非破壊検査の現状および運用中の検査基準について述べる。また本稿の最後に，水素ステーションの水素蓄圧器の保全コスト削減を目的に受託したNEDO プロジェクト（蓄圧器供給メーカであるJFE スチール，JFE コンテナーとプラントO&M の知見を有する千代田化工建設の共同実施）である「水素ステーション用タイプ2 蓄圧器の供用中検査手法の研究開発」にて得られた，アコースティック・エミッション法（以降，AE 法）の適用可能性について述べる。
横浜国立大学 田島 千尋 岡崎 慎司 笠井 尚哉
Hydrogen Response Properties of WO3 Film and Its Applicability
for Hydrogen Leakage Detection Device
Yokohama National University Chihiro TAJIMA, Shinji OKAZAKI and Naoya KASAI
キーワード:水素漏洩，ガスセンサ，ガスクロミズム，酸化タングステン，薄膜作製技術
はじめに
産業の発達等により，エネルギー需要は世界全体で増加の一途をたどっている。しかし，それと同時に気候変動や自然災害といった地球温暖化の影響が世界中で年々深刻化しており，その要因と考えられているCO2 をはじめとした温室効果ガスの削減や回収が強く求められている。日本においてもあらゆる業界での省エネルギー技術の開発に加え，2020年には脱炭素宣言が発表された。昨今では市区町村もゼロカーボンシティ宣言を発表し，約600 もの地方自治体が脱炭素化を目指す取り組みを行うことを表明し，2050年までの目標であるカーボンニュートラルの実現に向けた施策が全国的に進められつつある。
その重要な柱の一つに，水素自動車の普及や水素ステーションの拡充といった水素エネルギー社会構築への取り組みが挙げられる。水素は燃焼させてエネルギーを取り出す際にNOxやSOx といった有害物質やCO2 を理論上排出しないという特徴を持ち，次世代のエネルギーキャリアとして注目を集めている物質の一つである１）。
しかし，水素の供給システムの構築やコストなど，水素を基盤としたインフラの実現にはいまだ多くの課題が残されており，その中の一つが安全面におけるリスクである。表1 に代表的な可燃性気体の物性を示した。天然ガスの主成分であるメタンやLP ガスの主成分であるプロパン，ブタン等，現在のライフラインに用いられている気体と比較すると，水素は着火に必要な最小エネルギーが最も小さいため着火が起こりやすく，燃焼速度も約6 倍速いため，一度着火したら燃え広がりやすいことが分かる。それに加え，燃焼が起こりうる可燃性気体の濃度範囲も非常に広いことから，4％の低濃度から75％の高濃度まで，様々な濃度での燃焼や爆発の危険性が高い物質である。これらの特徴から，水素の大規模な利用の際には，広範な区画をカバーし，かつわずかな漏洩でも素早く感知可能な水素センサの開発が不可欠と考えられている。
ここでは，水素センサの一種である光学式水素センサについて概要を紹介した後，近年注目されている光学式センサ材料の一つである酸化タングステン（WO3）の特性とその周辺技術および研究開発事例について解説する。
南浦 七海，鎌田 敏郎，服部 晋一，寺澤 広基，田中 勇気
Study on Non-destructive Evaluation Methods for Quality of Vertical Joints
Influencing Rebar Corrosion in Patch Repaired RC Members
Nami MINAMIURA, Toshiro KAMADA, Shinichi HATTORI, Koki TERASAWA and Yuki TANAKA
Abstract
In this paper, non-destructive evaluation methods for the quality of vertical joints influencing rebar corrosion in patch repaired RC members were investigated.
The relation between the quality of vertical joints and the generation of rebar corrosion due to salt attack was also confirmed.
As a result, the bonding status at vertical joint was evaluated effectively using the difference of impedance before and after watering the joint by applying the two-electrode method.
The quality of existing concrete was reflected in spectrum intensity by applying the impact elastic wave method.
Furthermore, it was found that the difference of electric resistivity between the patch repaired part and the existing concrete was effective for evaluating rebar corrosion.
These methods detected the difference of qualities of vertical joints in relation to the generation of corrosion.
Finally, a concept flowchart for evaluating quality of vertical joints influencing rebar corrosion in patch repaired RC members was presented.
Key Words:Patch repair, Vertical joint, Macrocell corrosion, Two electrode method, Impact elastic wave method
緒言
鉄筋コンクリート構造物において内部鉄筋に腐食が生じた場合，その耐久性確保の観点から，断面修復工法による補修を施すのが一般的である。しかしながら，補修後に，鉛直打継部の近傍でマクロセル腐食等が生じ，構造物の再劣化が生じる事例１）が報告されている。マクロセル腐食の事例では，ひび割れや鉛直打継部における欠陥部で，水や酸素，塩化物イオンが浸透し，それ以外の部分との塩化物イオン濃度が不均一となることで再劣化が発生する。一方，母材である既設コンクリートの品質が良くない場合は，欠陥部の有無にかかわらずマクロセル腐食等が発生する可能性がある。Fig.1 に断面修復工法による補修の事例を示す。
ここで，断面修復部の鉛直打継部近傍における再劣化の代表例としてマクロセル腐食を取り上げ，その概要をFig.2 に示す。マクロセル腐食は，通常のミクロセル腐食と比較して，その進行速度が速いことから構造物の維持管理においては特に注意が必要である２）−４）。
上記の背景を踏まえると，断面修復により補修した構造物においてマクロセル腐食等による再劣化を未然に防ぐ上では，点検において鉛直打継部の品質が把握できれば理想的であるが，現時点ではそのための適切な手法は十分に検討されていない。
