JPH02190734A

JPH02190734A - ガスの漏洩場所および漏洩量を推定する方法

Info

Publication number: JPH02190734A
Application number: JP1159089A
Authority: JP
Inventors: Toru Tanaka; 亨田中; Michihiro Osakabe; 刑部　道博; Masahiro Ezaki; 雅弘江崎; Junichi Sato; 準一佐藤; Yukio Arisaka; 有坂　靭男; Kentaro Nagahori; 永堀　謙太郎
Original assignee: JGC Corp; Riken Keiki KK
Current assignee: JGC Corp; Riken Keiki KK
Priority date: 1989-01-20
Filing date: 1989-01-20
Publication date: 1990-07-26
Anticipated expiration: 2013-04-02
Also published as: JP2736669B2

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、ガスの漏洩している場所を推定する方法に関
する。　本発明の方法は、とくに可燃性や毒性を有する
ガスを取り扱う工業プラントにおける、危険防止に有用
である。

ここで、「ガス」とは常態でガス状の物質のほかに揮発
性の液体の蒸気をも含む意味であって、以下の記述にお
いては、この語で両者を代表させる。

また、「漏洩」とは、配管フランジ部のような、本来は
ガスが外部へ出るはずのない部分から、材料の劣化や破
損によって漏洩が起る場合と、スタックのような大気中
への放出口から誤操作や突発的な原因で放出が起る場合
と、両方を包含する。

［従来の技術］たとえば石油化学工業の各種プラントにおいては、種々
の可燃性ガスや有毒ガスが配管や諸設備の中を流れてお
り、それが漏洩するおそれは常にある。　従って、漏洩
があったときはその場所を速やかに見出し、安全対策を
とることによって二次災害を未然に防止しなければなら
ない。

ガスの漏洩を知る目的で、プラント内の適宜の場所をい
くつかえらんで、ガス検知器を設置することが行なわれ
ている。

カス検知器を使用してプラント内のガス漏洩場所を推定
する技術として、少なくとも三つの地点のガス検知器が
ガスを検知することを前提とした方法が提案されている
（特開昭６１−１５５９３２号）。

この方法は、実質上無風の状況下にあっては、最もガス
濃度の高い３地点を特定し、その中の最高ガス濃度地点
と他の２地点との間における仮想漏洩源を、これらガス
濃度と仮想漏洩源との距離の比によって求め、この仮想
漏洩源からガス漏洩源を推定する。　風のある状況下で
は、やはり最もガス濃度の高い３地点を特定し、その中
の最高ガス濃度地点と次に高い濃度との距離を求め、こ
れらガス濃度と距離との比を用いてガス漏洩源を推定す
る。

ところが、実際の工業プラントにおいては、設置されて
いるガス検知器間の距離が比較的長く、ガス検知器は広
い敷地内に点在するだけである。

というのは、危険性あるガスを取り扱う設備が屋内にあ
る場合はその周囲の長さを１０ｍで除した数を、屋外に
ある場合は２０ｍで除した数を基準として、設置個数を
算出し、上記の設備をとり囲むように配置することが多
いからである。　このような条件の下で異なる３以上の
地点でガスが検知されるまでには、かなりの規模までガ
スの漏洩が進行し、また、かなりの時間が経過すること
になる。

従って、上記の方法は迅速にガス漏洩場所を発見し、安
全対策を施すという観点からは、不満足であって、二次
災害の防止をはじめとして漏洩の影響を最小限に止める
という意図が達成できない。

本発明者らは、工業プラントにおける危険性あるガスの
漏洩場所の推定を、少なくとも１個のガス検知器がガス
を検知したとき（行なうことによって迅速に結果を得る
推定方法を確立し、すでに開示したく特願昭６３−１９
８５４９＠）。

ひきつづき研究の結果、２個のガス検知器がガスを検知
したときにガス漏洩場所を追求することによって、所要
時間を実質上長くすることなく、ざらに正確に漏洩場所
を特定する手法を見出した。

また、同様の手法を用いてガスの漏洩量を推定する方法
をも見出した。

［発明が解決しようとする課題］本発明の目的は、上記の知見にもとづき、工業プラント
における危険性あるガスの漏洩場所と漏洩量を迅速に推
定し、それによって速やかに安全対策をとることを可能
にする、ガス漏洩場所および漏洩量の推定方法を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段］本発明のガスの漏洩場所を推定する方法は、プラントに
おけるガスの漏洩場所を推定する方法であって、下記の
諸段階からなることを特徴とする。

１）　２個のガス検知器Ｄ　およびＤ２がガスを検知し
た時点で、そのときの風向風速のデータにもとづいてガ
スの拡散角αを算出するとともに、風向の平均振れ角β
を算出すること、２）　ガス検知器Ｄ１およびＤ２から
それぞれ、風上に向って、平均風向をあらわす直線を中
心にして上記角（α十β）をなす二直線をひき、それら
二直線に挟まれる領域Ａ１およびＡ２を定めること、３）　過去の一定時間内における気象条件の変化の状況
にもとづいて次式のパラメータαを選択すること、ｌｏｇ　Ｃ＝ａ　−ｌｏｇ　ｘ＋ｂ４）　ガス検知器Ｄ１およびＤ２において検知されたガ
ス濃度Ｃ１およびＣ２の値を用い、漏洩場所からガス検
知器Ｄ１までの距離をＸとし、ガス検知器Ｄ１とＤ２ど
の平均風向方向における距離ΔＸの値をも用い、Ｉ（Ｘｌ　　Ｃ１＝　ａ　　１１　ｔｏｏ　　Ｘ　十ｂ
１０（ｌ　Ｃ２＝　ａ　・ｌｏｇ（Ｘ十へＸ＞　＋ｂの
関係からＸｔ算出すること、５）　ガス検知器Ｄ１から平均風向方向に沿って風上へ
Ｘの長さだけ遡った点で、平均風向方向の直線に垂直線
を立て、その垂直線が前記領域Ａ１およびＡ２の中にあ
る線分Ｗ１をひくこと、６）　ある時間経過後に上記１
）〜５）を行ない、新たな線分Ｗ２をひくこと、および７）　線分Ｗ１およびＷ２の交点近傍をもって、ガス漏
洩場所と推定すること。

また、本発明のガスの漏洩量を推定する方法は、プラン
トにおけるガスの漏洩量を推定する方法であって、下記
の諸段階からなることを特徴とする。

１）　上記したガスの漏洩場所を推定する方法の段階１
）に従って、風向の平均振れ角βを算出し、平均風向を
求めること、２）　過去の一定時間内における気象条件の変化の状況
にもとづいて次式のパラメータａを選択すること、ｌｏｇ　Ｃ＝ａ　−ｔｏｏ　ｘ＋ｂ３）　ガス検知器Ｄ１およびＤ２において検知されたガ
ス濃度Ｃ１およびＣ２の値を用い、漏洩場所からガス検
知器Ｄ１までの距離をＸとし、ガス検知器Ｄ１とＤ２と
の平均風向方向における距離ΔＸの値をも用い、ｌｏｇ　ｃ１＝＝ａ−ｌｏｇ　ｘ＋ｂ１０（１１０２＝ａ　・ｌｏｇ　　（Ｘ十ΔＸ）　＋ｂ
の関係からｂを篩用すること、および４）　風向風速計によりガスを検知した時点における風
速Ｕを知り、パラメータｂの値にもとづいて、あらかじ
め作成しておいた（ガスＩＱ／風速Ｕ）の値とパラメー
タｂとの関係から、漏洩ガス量Ｑを求めること。

（作　用］ガスの拡散をあらわす理論式はいくつか提出されている
が、わが国では下記の「板上の式」がよく知られている
。

Ｃ（Ｘ、Ｖ、Ｚ）：漏洩源の座標を（０，Ｏ，Ｈ）とし
たとき、任意の位置（ｘ、ｙ、ｚ）におけるガス濃度Ｑ：漏洩ガス量Ｕ：風速ＱＡ、φＡ、ｑＢ−φ、：漏洩源の地表からの高さと大
気安定度によって定まるパラメータＪｏ　（ｉξ）：ξ
を変数とする０次の第一種ベッセル関数で、ｉは虚数単
位いま、簡単にするため、漏洩ガス量が一定であり漏洩源
高さがＨ＝０として、大気安定度が「不安定」、「中立
」、「安定」の三種の場合につき計惇すると、後記する
シミュレーションにみるとおり、漏洩場所からの距離Ｘ
の点におけるガス濃度Ｃは、第１図に概念的に示すよう
に、両対数グラフにあられしたときほぼ直線になる。　
従って、次式であられすことができる。

ｌｏｇ　Ｃ＝ａ　φｌｏｇ　ｘ＋ｂこの直線は、漏洩ガス量の大小に応じて位置を変えるが
、各大気安定度においては平行である。

つまり、パラメータａは大気安定度によって決定される
値であり、パラメータｂは大気安定度と漏洩ガス量によ
って決定される値である。

ガスの漏洩場所の推測は、つぎの根拠による。

すなわち、まずガス検知器がガスケ検知した時点におけ
る風向風速のデータにもとづいて、ガスの拡散角αを決
定する。

風向風速が一定でガスの漏洩量も一定な状態においては
、ガスの拡散は、第３図に示すような紡錘型の等濃度線
（Ｃ１，Ｃ２、Ｃ３・・・）であられされる。　ガス濃
度が所定の濃度Ｃ６、たとえば危険と考えられる濃度レ
ベル（図で、たとえばＣ２）に注目して、ガス漏洩場所
Ｐからその等瀧曲線に接線をひけば、それらに挟まれる
角度αがガス拡散角である。

一方、ガスを検知した時点から一定時間過去にさかのぼ
った時間内における風向の変化を風向の平均振れ角βと
すると、ガスの拡散する可能性がある角度は、第４図に
示すように、平均風向を中心として（α＋β）の角であ
って、ガス漏洩場所Ｐの風下におけるこの角度の範囲内
がガスが拡散して行く方向である。

このことは、ひるかえってガス検知器Ｄ１およびＤ２に
おいて検知されたガスの漏洩場所が存在し得る領域は、
第５図に示すように、それぞれの風上において、平均風
向方向を中心に上記の角（α＋β）をなす二重線で挟ま
れた領域ということになる。　ガス検知器Ｄ１にとって
は領域Ａ１であり、Ｄ２にとっては領域Ａ２である。　
ＤｌとＤ２の両方でガスを検知したのであるから、漏洩
場所はＡ１とＡ２の重なる領域になければならない。

ガス漏洩場所とガス検知器Ｄ１との平均風向方向の距離
を第５図でＸとすると、漏洩場所とガス検知器Ｄ２との
距離は、Ｘ＋ΔＸである。　すでに説明したように、漏
洩ガス量が一定であれば、漏洩場所からの距離とガス濃
度との関係は両対数グラフにおいて直線であられすこと
ができ、第５図の関係はｌｏｇ　Ｃ１＝　ａ　”　ｌｏｇ　Ｘ　十ｂｔｏｇＣ２
＝ａ　−ＩｏＯ（Ｘ十ΔＸ）　十すであられすことがで
きる。

ΔＸの値はガス検知器Ｄ１およびＤ２の位置関係から既
知であるし、パラメータａは、あらかじめシミュレーシ
ョンを行なって算出しておき、検知時点における大気安
定度に応じて決定できるから、検知したガス濃度Ｃ、Ｃ
２と上記の関係から、Ｘおよびパラメータｂの値が得ら
れる。

すると、ガス漏洩場所はガス検知器Ｄ１およびＤ２にと
って、上記した風上のガス漏洩場所が存在し得る範囲内
で、ガス検知器Ｄ１を通る平均風向の直線に対して、Ｄ
ｌからＸの距離において垂直線をひくと、その上記範囲
内にある線分Ｗ１上にガス漏洩場所があるはずである。

一定時間経過後、各ガス検知器Ｄ１およびＤ２の検知し
たガス濃度、その時点までの風向と風速の平均値などを
利用して、同様の操作を行なって、第６図に示すように
第二の線分Ｗ２を引く。　すると、ガス漏洩場所は、第
一の線分Ｗ１と第二の線分Ｗ２との交点近傍に存在する
はずである。

一方、ガスの漏洩量の推定は、つぎの根拠による。　す
なわち、前に言及した第１図からも明らかなように、パ
ラメータｂは漏洩ガス量Ｑの増加につれて増大している
。　ｂと、漏洩ガス１０を風速Ｕで除した値（Ｑ／ｕ）
との関係は、やはり後記のシミュレーションの例にみる
ように、第２図に示した曲線の形をとる。

この関係を利用して、あらかじめシミュレーションを行
なってパラメータａを定めるとともに、パラメータｂと
（ガス漏洩量Ｑ／風速Ｕ）の関係をあらわすグラフない
し式を作成しておく。

この用意ができていれば、ガスの漏洩を検知したときに
、大気安定度に応じてパラメータａを選択し、前記の式
によってパラメータｂ’を算出すれば、ｂと（Ｑ／ｕ）
の関係をあられしたグラフまたは式から（Ｑ／ｕ）が求
められ、風速Ｕは測定値として知られているところから
、ガス漏洩ｔｉＱが推定できるわけである。

［実施例］前掲の「板上の式」において、漏洩ガス量Ｑ＝０．００２０８〜１６．７［Ｎｍ３／ｓ
ｅｃ　］風速ｕ　＝　１　、　Ｏ［ｍ／ｓｅｃ］大気安定度：不
安定、中立、安定漏洩源高さ　　Ｈ＝Ｏ，Ｏ［ｍｌガス検知位置　ｘ＝１〜１０００［ｗｌ、］ｙ＝ｏ　［
ｍｌ　　ｚ＝ｏ　［ｍｌの条件で計算し、漏洩場所からの距離とガス濃度との関
係につき、第７図ないし第９図に示すグラフを得た。　
第７図は大気の状態が「不安定」、第８図は「中立」、
第９図は「安定」の場合である。

最小二乗法によって、式％式％のパラメータａおよびｂを計算した。　第７図ないし第
９図にグラフを示した場合に対応する値を示すと、下表
のとおりである。

パラメータａは各大気安定度ごとに一定であり、パラメ
ータｂだけが漏洩ガス量の増加につれて増大しているこ
とが、表から明らかである。

また、パラメータｂと（ガス漏洩量Ｑ／風速Ｕ）との関
係をグラフにすると、第１０図ＡおよびＢのとおりであ
る。　第１０図Ｂは、Ａのグラフの左端つまりＱ／ｕ＝
ｏ〜０．１の範囲を拡大して示したグラフである。　第
１０図のグラフが、第２図の概念的なグラフに対し、縦
軸と横軸とを入れかえた関係にあることはいうまでもな
い。

このようなシミュレーションを行なって、ガス漏洩場所
の特定または漏洩ガス量の推定に進むに当っては、ざら
にそのプラントに固有の因子、たとえば近隣の地形や季
節的な風向風速の傾向などを考慮して、さまざまな観点
からパラメータａおよびｂに補正を加えることが、実際
により近い推定をする上で好ましい。

【発明の効果１本発明によれば、プラントにおいて危険性あるガスが漏
洩したとき、ガス検知器の検知データと風向風速のデー
タとから、ガス漏洩場所を迅速につきとめ、漏洩ガス量
を推定することができる。

漏洩場所が特定され漏洩ガス量が推定できれば、それに
もとづいて漏洩ガスの拡散領域を予測することができ、
さらにガス危険濃度域の拡大速度を予測して、ある地点
が危険になるまでに残された時間を算出することも可能
になる。

漏洩ガスの拡散領域の予測については、本発明者らが別
に提案する方法が有用である。

こうした予測により、適切な安全対策をとることが容易
となる。　従って本発明は、各種工業プラントの安全の
向上に寄与するとともに、周辺に対する被害の防止に有
用である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は、本発明のガスの漏洩場所を推定
する方法の原理を説明するためのものであって、第１図は、ガス漏洩場所からの距離とガス濃度との関係
を概念的に示したグラフであり、第２図は、第１図のグ
ラフをあらわす式のパラメータｂと（ガス漏洩量Ｑ／風
速Ｕ）との関係を、やはり概念的に示したグラフであり
、第３図は、ガス等濃度曲線とガス拡散角とを示す図であ
り、第４図は、ガスの拡散する可能性のある方向を示す図で
あり、第５図は、ガス検知器からみて、ガス漏洩場所が存在す
る可能性のある領域と、とくにその上に漏洩場所が存在
するはずの線分とを示し、第６図は第５図の線分の交点
を求めてガス漏洩場所とすることを示す。第７図、第８図および第９図は、いずれも本発明の実施
例においてシミュレーションにより作成した、第１図に
対応するグラフの実例である。第１０図ＡおよびＢは、やはり本発明の実施例においで
シミュレーションにより作成した、第２図に対応するグ
ラフの実例であって、Ａは（ガス量Ｑ／風速Ｕ）の値が
大きい範囲、Ｂは小さい範囲のものである。Ｐ・・・ガス漏洩場所Ｃ，Ｃ，Ｃ３・・・ガス等濃度曲線０．０２・・・ガス検知器 α・・・ガス拡散角　　　　β・・・・風向の平均振れ
角Ｗ１．Ｗ２・・・その上にガス漏洩場所が存在するは
ずの線分

Claims

【特許請求の範囲】

（１）プラントにおけるガスの漏洩場所を推定する方法
であつて、下記の諸段階からなることを特徴とする方法１）２個のガス検知器Ｄ＿１およびＤ＿２がガスを検知
した時点で、そのときの風向風速のデータにもとづいて
ガスの拡散角αを算出するとともに、風向の平均振れ角
βを算出すること、２）ガス検知器Ｄ＿１およびＤ＿２からそれぞれ、風上
に向つて、平均風向をあらわす直線を中心にして上記角
（α＋β）をなす二直線をひき、それら二直線に挟まれ
る領域Ａ＿１およびＡ＿２を定めること、３）過去の一定時間内における気象条件の変化の状況に
もとづいて、次式のパラメータａを選択すること、ｌｏｇＣ＝ａ・ｌｏｇＸ＋ｂ４）ガス検知器Ｄ＿１およびＤ＿２において検知された
ガス濃度Ｃ＿１およびＣ＿２の値を用い、漏洩場所から
ガス検知器Ｄ＿１までの距離をＸとし、ガス検知器Ｄ＿
１とＤ＿２との平均風向方向における距離ΔＸの値をも
用い、ｌｏｇＣ＿１＝ａ・ｌｏｇＸ＋ｂｌｏｇＣ＿２＝ａ・ｌｏｇ（Ｘ＋ΔＸ）＋ｂの関係から
Ｘを算出すること、５）ガス検知器Ｄ＿１から平均風向方向に沿つて風上へ
Ｘの長さだけ遡った点で、平均風向方向の直線に垂直線
を立て、その垂直線が前記領域Ａ＿１およびＡ＿２の中
にある線分Ｗ＿１をひくこと、６）ある時間経過後に上記１）〜５を行ない、新たな線
分Ｗ＿２をひくこと、および７）線分Ｗ＿１およびＷ＿２の交点近傍をもつて、ガス
漏洩場所と推定すること。
（２）プラントにおけるガスの漏洩量を推定する方法で
あつて、下記の諸段階からなることを特徴とする方法１）請求項１の段階１）に従って風向の平均振れ角βを
算出し、平均風向を求めること、２）過去の一定時間内
における気象条件の変化の状況にもとづいて、次式のパ
ラメータａを選択すること、ｌｏｇＣ＝ａ・ｌｏｇＸ＋ｂ３）ガス検知器Ｄ＿１およびＤ＿２において検知された
ガス濃度Ｃ＿１およびＣ＿２の値を用い、漏洩場所から
ガス検知器Ｄ＿１までの距離をＸとし、ガス検知器Ｄ＿
１とＤ＿２との平均風向方向における距離Δ＿Ｘの値を
も用い、ｌｏｇＣ＿１＝ａ・ｌｏｇＸ＋ｂｌｏｇＣ＿２＝ａ・ｌｏｇ（Ｘ＋ΔＸ）＋ｂの関係から
ｂを算出すること、および４）風向風速計によりガスを検知した時点における風速
ｕを知り、パラメータｂの値にもとづいて、あらかじめ
作成しておいた（ガス量Ｑ／風速ｕ）の値とパラメータ
ｂとの関係から、漏洩ガス量Ｑを求めること。