JPS61153100A - ガスパイプラインの漏洩検知方法および装置 - Google Patents

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〕 この発明はガスパイプラインにおけるガスの漏洩を検知
するガスパイプラインの漏洩検知方法及び装置に関する
◇ 〔発明の背景〕 従来、液体輸送パイプラインについては各棟の漏洩検知
方法が提唱されているが、液本楢送パイプラインとガス
パイプラインには以下のような大きなちがいがあるため
、液体輸送パイプラインに対して提唱されている漏洩検
知方法全そのままガスパイプラインに摘要することはで
きない。

１）ガスは圧縮性流体であるため、パイプライン内のガ
スのラインパックｔにダイナミックな変動がある。この
ため液体パイプラインでは現われない次のような現象が
みられる。

例えば一端での圧力、流量等の変化の影響が他端に現わ
れるのにかなり時間がかかる。しかもその影響はパイプ
ライン内を伝僅していく途中で減衰・拡散し、かなりな
まった形で到達する。当然ながら両者の同期はとれず、
また単純に一定時間の時間遅れをもって現われるもので
はない。

２）漏洩発生により生ずる圧力、流量等の変化は液体の
場合に比べてはるかに小さく、また減衰も大きく、通常
操業下で常に生じている様々の変動との識別がきわめて
困難である。また、変化の伝播していく時間も液体の場
合よりはるかに遅い。

そこで、ガスパイプラインの漏洩検知の現状は以下のよ
うである。

従来、ガスの漏洩検知は漏洩したガス成分を直接センナ
で感知するガス検知器を用いた方法が主流でヤード内で
あれば、漏洩したガスが浮遊する確率の高い所へガス検
知器を設置し、また、ガスパイプラインであれば、パル
プハウス内へガス検知器を設置、又はガス検知器を備え
たパトロールカーで巡回して監視しているのが現状であ
る。

また、ガスが漏洩するときく漏洩孔で発する漏洩音を可
搬型のマイクロホンで捕えようとする方法が報告されて
いる。

ガスパイプラインの操業上は、発基地、着基地またはパ
イプライン途中の圧力を計測し、その上限、下限設定値
と比較して異常を発見した場合に間接的に漏洩を判断し
ている程度で、大量の漏洩でなければ検知できないのが
通例である。

また、設定値はオペレータ個人の経験に依存している例
が多い。

上記のような従来の方法では、漏洩ガスのセンサによる
直接検知、漏洩音の捕獲の場合、倹却のために多大の労
力を要し、かつ、パイプライン全域の連続的な監視がで
きない。また、圧力下限値の監視により検知できる漏洩
量はきわめて大量の漏洩Ｌｌｃ＠られると言う問題点が
あった。

そこで、発明者はマスバランス法によるガス漏洩検知方
法として次のような方法を考えた。

以下、この方法について詳述する。

第１図はガスパイプラインをモデル化して示した説明図
である。第１図において、Ｑｉｎｌ及びＱｉｎ２はガス
パイプライン（１）の入口（１ａ１）及び（１ｍ２）か
ら流入する流入量、Ｑｏｕｔｌ及びＱｏｕＪはガスパイ
プライン（１）の出口（１ｂ１）及び（１ｂ２）から流
出する流出量を示す。

第２図は時間に対する流量変動を示すグラフで、流入量
Ｑ　ｌ　ｎｌ＃　Ｑ　ｉ　ｎ２と流出量Ｑｏｕｔｌ、　
Ｑｏｕｔ！を時々刻刻測定し、横軸を時間、縦軸を流量
として示したものである。図示のように供給元の流量コ
ントロール、需要側の負荷変動などによって大きく変動
している。

第３図はＦＤを縦軸に横軸を積算時間としてＦＤの変動
を示したグラフである。第３図において、ＦＤ＝Σ／Ｑ
ｄｔ　＝　ＪＱｉｎｄｔ　−ＪＱｏｕｔ　ｄｔＪＱｉｎ
ｄｔは流入量の時間積分値の総和ＪＱｏｕｔｄｔは流出
量の時間積分値の総和である。

図示のように、ガスパイプラインが正常な場合ＦＤは特
定な巾σをもって変動している。ところがガスパイプラ
インに漏洩があると、点線で示すように平均値Ｍがずれ
てくる。したがって、特定な巾σを逸脱したときガスの
漏洩があったと判断することができる。なお、このＦＤ
の集合は正規分布をしているものとする。

ＦＤの平均値Ｍは積算時間によって増減する傅ス漏洩に
よるＦＤおよび計器の器差によるＦＤを含み、またＦＤ
の分布を示すＦＤの標準偏差値は、パイプラインのライ
ンパックされているガス量変動によるＦＤ、計器の繰り
返し誤差によるＦ’Ｄおよび流量補正計算の誤差による
ＦＤｋＭんでいると考えられる。これらの値は積算時間
に対して第４図のように表わされる。すなわち、平均値
Ｍはほぼリニアに上昇する直線で表わされ、標準偏差σ
はある所で電相し、最終的には零に近付くと考えられる
。

なお、第４図の横軸は積算時間、縦軸はＦＤ″′Ｃある
。

次に、第４図のグラフは、積算時間が多くなる程Ｍが大
きくなって行きわかりにくいので、さらに縦軸をＪＱｉ
ｎ　ｄｔで割った値にしてグラフをかくと第５図のよう
になる。なお、以下、ＦＤ／Ｊｑｌｎａｔ七Ｆ’Ｄ”と
記す。

第５図において、ＦＤ４′は積算時間Δｔｄの増加に伴
い、ＦＤ４′の平均値ｍに近づくと考えられる。その理
由は、ＦＤの平均値Ｍに含まれる器差なとは、Δｔｄの
増加と共に増加するが、その誤差が常に一定割合を保つ
と考えられるため、パイプライン全体に流入するガス量
に対して一定比率になる。またΔｔｄの増加に伴いＦＤ
の標準偏差値は一定値になり、パイプライン全体の積算
流入量ＪＱｉｎｄｔ　（以下ΣＱｉｎと略記する）は増
大するため、その比率は０に近づく傾向になる。したが
って、Ｆ’Ｄ’はΔｔｄが増加すれば、ＦＤ”の平均値
ｍに間近することが明らかである。

なお、ＦＤ’ｔ！ＦＤと同様の正規分布になっていると
する。

第５図はガス漏洩が発生していないガスパイプラインに
おけるＦＤ′″の平均値、標準偏差とΔｔｄの関係を示
し、９９７％確率のＦＤ’は、その平均値ｍを中心に±
６σ０の範囲におさまる。

いま、ガスパイプラインのＦＤを積算時間Δｔｄ。

で測定しているものとすると、正常なＦ　Ｄ　”Ｈ第６
図の実線のように９９７％の確率をもってｍ６±３σｏ
０の範囲で変動する。このパイプラインに３σ。”％の
ガス漏洩が発生したとすると、漏洩発生時のＦＤ”は正
常なＦＤ”に比べて、その＋Ｓ＄偏差値は変わらないの
で平均値だけが６σ”％平行移動すると考えられるので
、この９９７％確率のＦＤ”は（ｍ６　＋　３σ０）±
３σ０の範囲で変動し、４９．８５％＝９９．７／２　
　の確率でＦＤ”は、ｍｏ＋３σ０′″の線を越える。

（第６図の破線参照）ｍ６±３σｏ０の線を越えたＦＤ
’は正常なＦＤ”変動Ｃｍｏ±６σｏ”）に対して明ら
かに異常な値であって、漏洩を意味するものである。

したがって、漏洩が発生していない正常なガスパイプラ
インのＦＤ”の変動限界ｍＯ±６σＧ”を１９９，７％
確率でＦＤ’が越えるガス漏洩率は６００９％である。

（第６図の二点鎖編参照。）ガ スパイプラインの検知できる漏洩率とその最低流量積算
時間は第５図から求めることができ、積算時間管長（と
れば漏洩検知能力は、増大することがわかる。

次に、ＦＤ４１の大きさの要因について検討すると、第
７図に示すようにＩおよび■の２つに分けることができ
る。

１のＦＤ”の要因は、流出入する流量変動によって生ず
るラインパックガス量変動が主であり、この値は積算時
間Δｔｄの増加によって減少する。

■のＦＤ３の要因は、パイプラインに取り付いている計
器全体の器差によるのが主であり、その割合は流量に対
して常に一定であるため、この値は積算時間Δｔｄに依
存せず、一定値になる傾向にある０ ■のＦＤ’は設備の運転状況などにより決まる値である
ので、漏洩検知を実施する上で避けきれないＦＤ”の大
きさである。しかしＨのＦＤ”は設備の仕様（計装設備
の４類、数など）Ｋよって決まる値であるが、その値は
Δｔｄに対して一定値になると考えられるので、■のＦ
Ｄ”は計器の器差なとを考慮して、補正することができ
る。いま、ＦＤ”の平均値ｍ’ｚ補正したとすると、つ
まり、ＦＤ”からｍを引いたとすると、第７図のＦＤ”
はｍ±６２の範囲から±６σ”の範囲に移行する。これ
を第８図に示す。

器差補正後、９９７％確率におさまるＦＤ”の限界は、
Δｔｄの増加に伴って限りなく小さくなるので、Δｔｄ
の増加によって漏洩検知能力は増大する。

しかし、実用上、漏洩倹矧ヲ行うためのデータ処理能力
などを考慮すると、漏洩検知能力を上げるために容易に
Δｔｄを大きくすることは問題がある。

したがって、ＦＤ”４算出する積算時間は、ある任意の
積算時間Δｔｄｏに設定し、そして漏洩検知能力を２ｎ
Ｄ％に下げて漏洩検知を行なう。

上記２ｎｏ％の漏洩率でガス漏Ｔ！Ｌを検知するための
ＦＤ’の積算時間のとり方は、先づ第９図のように行な
う方法が考えられる。

いま、Δｔｄ積算時間におけるＦＤ”は、漏洩が発生し
ていない時、９９７％確率でｍ±６σ０の範囲に集中し
、そしてその漏洩検知能力は、ｍｋ補正した時６σ”％
であると前述した。この６σ１％漏洩検知能力をもって
いるラインに１１．（（Δｔｄ）時刻に６σ”％の漏洩
が発生したとする。この時ＦＤ’はΔｔｄ時間時間計算
されているため、正常ＦＤ”変動範囲±３　ａ　９％を
漏洩が発生した時のＦＤ”が９９．７％確率で越すのに
必要な時間は、２Δｔｄ時刻以降であることが第９図よ
り明らかである。したがって、この積算時間のとり方を
用いると、漏洩が発生してから、最小Δｔｄ時間後、最
大２Δｔｄ時間後に漏洩を検知できると言える。

上述の方法は、漏洩検知時間が最大２倍の積算時間を要
する。そこで、この漏洩検知時間の遅延を、以下述べる
方法で改善する。

第１０図に示すように、この手法は積算時間Δｔｄの積
算開始時刻を順次６２８時間ずつずらしながら、ＦＤ”
をΔｔｄ時間分積算する。この手法によってΔｔｄ時間
内に発生した漏洩（漏洩率６σ”％）は、積算時間Ａｔ
ｄをもって順次Δｔｓ時刻毎に積算されるため、漏洩発
生がより早く確認でき、漏洩検知時間は前述の最小Δｔ
ｄ最大２Δｔｄの検知時間から、最小Δｔｄ最大（Δｔ
ｄ＋Δｔｓ）の検知時間に短縮される０ またこの手法は、Δｔｄ時間における漏洩検知能力６ａ
″％を超える漏洩がラインに発生した場合、漏洩検知時
間がさらに短縮すると言う利点を持つている。その理由
は次のとおりである。

いま、Δｔｄ、時間の漏洩検知能力６σ１．ｈを超える
ｎ％の漏洩が発生したとすると、ΔｔａＯ時間にｎ％の
漏洩で発生する漏洩量はＮｏである。（第１１図参照）
　Ｎｏは６σ”％漏洩のΔｔｃｉｏ積算したガス量より
大きいので、ｎ％で積算したガス量はΔｔｄＮ時間で６
σ”％の限界量を超えてしまい、Δｔｃｔｏ積算時間の
漏洩検知限界に到達するににΔｔｃｌＮの積算時間で良
いことがわかる。このΔｔｄＮは次式で求まる。

６σ” Δｔｄ、　＝□・Δｔｄ、（Δｔｄ。

したがって、ｎ％（〉６σ８％）の漏洩が発生した場合
、第１０図ような流量積算を行ったならば、第１２図に
示すように漏洩検知時間は最小Δｔ　ｃｔＮ。

最大（ΔｔｄＮ＋Δ１．）に短縮する。

上記の検知方法によれば、漏洩ガスのセンナによる直接
検知、漏洩量の捕獲の場合、検知のために多大の労力を
要し、かつ、パイプライン全域の連続的な監視ができな
い。また、圧力下限値の監視により検知できる漏洩量は
きわめて大量の漏洩に限られると言う問題点は解決でき
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、ガスパイプラインの流出入する流量の実測値を
もって計算されたＦＤは、そのラインの漏洩検相を行う
ための検知能力ぢよび検知時［■に対して重要な因子に
なっている。前述のように、実測データを用いた漏洩検
知能力は、積算時間を多くとればとる程向上するが、し
かし漏洩検知の意ｄ８を考慮すると、小漏洩を短時間で
倹矧できることが最適であるので、マスバランスによる
検知は検知時間に問題があると１える。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、実測値により演算されたＦＤとシミュレーション
により得られたＦＤとの間の差はガスパイプラインが正
常な場合所定の巾以内にあること全利用して、瞬時にガ
ス漏洩全検知できるガスパイプラインの漏洩検知方法及
び装置’を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るガスパイプラインの漏洩検知９法は、ガ
スパイプラインの全部の出入口について時々刻々流入量
Ｑｔｎと流出量ＱＯｕｔを測定し、測定された上記流入
量Ｑｉｎと上記流出量Ｑｏｕｔと、同時に上記ガスパイ
プラインのダイナミックシュミレーションによって得ら
れた流入量と流出量を用いて、両者の差が所定の値を越
えた時ガスの漏洩であると判断するようにしたものであ
る。

〔作用〕

この発明においては、実測値によル演算されたＦＤとシ
ンユレークヨンによシ得られたＦＤとの間の差はガスパ
イプラインが正常な場合所定の巾へ以内であることを利
用して、上記差が一定値を越えた時ガス漏洩であると判
断すると共に警報信号を出力する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

Ｊ７図よｊ２ＦＤ”の変動要因は■のラインバックによ
るＦＤ’ｊｌ［の器差によるＦ’Ｄ”から成っている。

■のＦＤ’は設備の仕様上の問題であるため、容易に補
正を行うことは可能であるが、ＩのＦＤ”は設備の運転
変化によって生じるため、容易に一１１正を行うことは
難しいｏしかし計算によって運転変化による流量変動を
シンニレ−ジョンすることができればＩのＦＤ〜補正す
ることは可能である〇第１図のパイプラインモデルにお
いて、流入する点の流量Ｑｉｎｌ及びＱｉｎ２　を流量
境界条件、流出する点の圧力ＰＯｕｉｌ及びＰｏｕｔ２
を圧力境界条件として、モデルラインをシミュレーショ
ンすると、計算結果としてＰｉｎｌ、　Ｐｉｎｌ　、　
Ｑｏｕｔｉ　、　Ｑｏｕｔ２が得られる。第１図で（）
を付したものはシミュレーションによって求まる結果を
示す。

いま、このシミュレーションに諸調整ヲ行い、最適値を
得たものとすると、各需給点の流量変動は第１３図のよ
うＫなる。

第１３図のシミュレーション結果から、９９．７％確Ｉ
ＫＫおさまるシミュレーションによるＦｌ）“を描くと
第１４図のようＫなシ、シはニレ−ジョンによる値は実
測値に近似すると考えられる。

ここで実測されたＦＤ脣の主要因はラインパック量変動
および器差によるものであり、シミュレーションによる
ＦＤ“の主要因はラインパック量変動、器差およびシミ
ュレーション精度によるものであるため、実測されたＦ
Ｄ憂（ＦＤ”ｍｅａｓ）をシミュレーションによるＦＤ
”（ＦＤ”ＣＡＬ）で補正されたＦＤ”（ＦＤ”ＯＯＭ
　）は、シミュレーション精度だけの要因になる。ＦＤ
”ＣＯＭは次の式で表わされる。

ＦＤ”門Ｉ　ＦＤ”　−ＦＤ”ＣＡＬ’　　−Ｑ）Ｍ　
　　　　　　　　ｎ’１ｉｌｌｋｌ（シミュレーション
精度） シミュレーション精度が積算時間４ｔｄＫかかわらず積
算流量に対して一定比率罠なっているとすると、シミュ
レーションによって補正されたＦＤ’ＣＯＭ　の変動中
の大きさは積算時間の制約を受けず、一定値になると推
測される。したがって流量をシミュレーションすると云
うことは、前述のマスバランスで述べた積算流量差の比
較を行って漏洩検知をすることと違って、流量積算を行
わす瞬時流量の実測値とシミユレーション値を比較する
ことによって漏洩検知を行うことができる。

次にこの発明の方法を実施する装置について説明する◎ 第１５図はこの発明の方法を実施する装置のブロック図
である。第１６図において、俣υ及びα２は夫々入口（
１ａｌ　）及び（１ａ２’）の流入量を測定する流量計
、（１３１及び（１４１は夫、＊出口（１ｂ１）　及ヒ
（１ｂ２）の流出量を測定する流量計である。（１５は
計算機、（１５ａ）は中央演算処理装置（ＣＰＵ）、（
１５ｂ）はメモリ、ａｅはインターフェイス装置で、流
量計ａυ。

α２．αＪ、α滲によって測定された流量を”ろ変換し
た後計算機崗へ送出するもの、鰭はキーボード、ヴラウ
ン管表示装置（ＣＲＴ）を備えたデータ入出力装置、（
ハ）及び（２）は夫々出口の圧力を測定する圧力計であ
る。

以上の構成において、前述のように流量計αυｐ（１３
，ｆ１３．　（１４ｉＣよって測定された流量は、計算
機に入力されて、第４図、第５図及び第８図について説
明した手順によシ、実測値に基づく計算が行なわれ、第
１４図に示す実測値の曲線が求められる。

同時に１前述のようなシミュレーションが計算機によっ
て行なわれ、第１４図に示すシミユレーション値の曲線
が求められる。

常時、両者の差を求め、その差が一定値を越えると、ガ
ス漏洩と判断して警報を出力する。

なお、シミュレーションはパイプ要素部分で流体の過度
状態を記述する基礎式である次の質量保存の式、運動量
保°存の式、エネルギ保存の式、状態方程式またはその
簡略式を用いて行なう〇ここで、Ｘはパイプライン上の
位置、ｔは時刻であり、以下 ρ、：　ガス密度　　　　ｅ　：　地内部エネルギーＵ
：　ガス流速　　　　Ｈ：　比エンタルピＦ：　　ガス
流路断面積　　　Ｑ　：　供給熱量Ｐ：　ガス圧力　　
　　Ｒ：　ガス定数ｆ：　摩擦力　　　Ｃｐ：　　定圧
比熱ｇ−二　　重　力　Ｋ：　比熱比 である。

この基礎式では、パイプの断面積の変化を考慮しておシ
、また、流体に作用する力は、以下のものを １）　　圧　　　力 ２）摩擦力 ５）　　重　　　力 ４）　壁面反力 授受されるエネルギーとして、以下のものを考慮してい
る。

１）　圧力による仕事 ２）　系外からの供給熱量 ３）重力による仕事 ４）断面積変化による内部エネルギーの変化〔発明の効
果〕 この発明は以上説明したとおシ、実測値により演算され
たＦＤとシミュレーションにより得られたＦＤとの差を
求め、この差が一定値を越えた時、ガスの漏洩であると
判断するようＫしたから、漏洩が発生すると直ちに検知
することができ、安全確保のため多大の効果を有する◎

【図面の簡単な説明】

第１図はガスパイプラインをモデル化して示した説明図
、第２図は時間に対する流量変動を示すグラフ、第３図
は時間に対するＦＤの変動を示すグラフ、第４図は積算
時間に対するＦＤの平均値及び標準偏差を示すグラフ、
第５図はＦＤ”の平均値及び標準偏差を示すグラフ、第
６図は積算時間Δｔｄ・のＦＤ”変動を示すグラフ、第
７図はＦＤ”の変動限界を示すグラフ、第８図はＦＤ”
の補正（９ρ７％限界）を示すグラフ、第９図は積算時
間のとシ方を示すグラフ、第１０図は積算時間のとシ方
の他の例を示すグラフ、第１１図は積算時間と漏洩量の
関係を示すグラフ、第１１２図は検知能力以上の漏洩に
よる検知時間の短縮を示すグラフ、第１６図はシミュレ
ーションによる流量変動を示すグラフ、第１４図はシミ
ュレーション補正によるＦＤ４）　　を示すグラフ、第
１５図はこの発明の方法を実施する装置のブロック図で
ある。 図において、（１１はガスパイプライン、（１ａ１）ｔ
（１ａ２）は入口、（１ｂ１）　ｅ　　（１ｂ２）は出
口、αυ。 α２．α３．（１４１は流量計、ａ９は計算機、（１５
ａ）はＣＰ　Ｕ　、　　（１５ｂ）はメモリ、αｅはイ
ンターフェイス装置、ａｎはデータ入出力製蓋である。 代理人　弁理士　木　村　三　朗 第１図 第２図 将藺 第１２図 第１３図 ｅｃ°シミ〉レジ遜：／＠Ｌ 第１４図 第１５図 ２１、２２’丘７ＳＴ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガスパイプラインの全部の出入口について時時刻
   々流入量Ｑｉｎと流出量Ｑｏｕｔを測定し、測定された
   上記流入量Ｑｉｎと上記流出量Ｑｏｕｔと、同時に上記
   ガスパイプラインのダイナミツクシミユレーシヨンによ
   つて得られた流入量と流出量を用いて、両者の差が所定
   の値を越えた時ガスの漏洩であると判断することを特徴
   としたガスパイプラインの漏洩検知方法。
2. （２）ガスパイプラインの全部の出入口に設けられ時々
   刻々流入量Ｑｉｎと流出量Ｑｏｕｔを測定する流量計と
   、この流量計で測定されたデータを取り込み、測定され
   た流入量Ｑｉｎと流出量Ｑｏｕｔと、同時に上記ガスパ
   イプラインのダイナミツクシミユレーシヨンによつて得
   られた流入量と流出量を用いて、両者の差を演算し、こ
   の差が所定の値を越えた時警報信号を出力する演算処理
   装置とを備えたことを特徴とするガスパイプラインの漏
   洩検知装置。