(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海洋深部から海面付近で海面より下方にある取水ピットまで配管されて海洋深層水を取水するための取水管の閉塞位置推定方法であって、
前記取水ピットにおいて海面より高水頭の圧力を前記取水管にかけて経時毎の管内圧力を計測し、
取水ピットから閉塞位置までの長さを複数仮定し、
前記各仮定長さ毎に、前記経時毎の管内圧力から閉塞位置までの管内容積を初期から所定時間毎に算出し、
前記算出値から経時−管内容積変化グラフ（１）を各仮定長さ毎に描き、
前記取水ピットにおいて取水管を開放した状態における取水管からの海水噴出量を計測し、
前記噴出量に基づいて閉塞位置の開孔断面積を算出し、
前記計測された経時毎の管内圧力と前記開孔断面積に基づいて各経時毎の海水の流出量を算出し、
前記流出量に各経時毎の間隔時間を乗じて各径時間隔での海水流出総量を算出し、
前記各仮定長さ毎に、前記初期管内容積から前記各経時毎に前記海水流出総量を累積して減じることで、経時毎の管内容積を算出し、
前記算出値から経時−管内容積変化グラフ（２）を各仮定長さ毎に描き、
前記各仮定長さに対応する経時−管内容積変化グラフ（１）と経時−管内容積変化グラフ（２）を重ね合わせ、
前記経時−管内容積変化グラフ（１）と経時−管内容積変化グラフ（２）とがほぼ一致するところに対応する仮定長さを閉塞位置と推定することを特徴とする海洋深層水取水管の閉塞位置推定方法。
【請求項２】
請求項１記載の海洋深層水取水管の閉塞位置推定方法において、
前記取水管に圧力を一時的にかけてウォーターハンマーを発生させてウォーターハンマーの圧力周期を計測し、
その圧力周期に基づいて閉塞位置を算出し、
前記ウォーターハンマーによる閉塞位置算出値と、請求項１において推定した閉塞位置との範囲をもって閉塞位置と推定することを特徴とする海洋深層水取水管の閉塞位置推定方法。
【請求項３】
請求項１記載の海洋深層水取水管の閉塞位置推定方法において、
前記取水管に圧力を一時的にかけてウォーターハンマーを発生させてウォーターハンマーの圧力周期を計測し、
その圧力周期に基づいて閉塞位置を算出し、
前記算出した閉塞位置近傍において前記仮定長さを複数設定することを特徴とする海洋深層水取水管の閉塞位置推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は海洋深層水取水管の閉塞位置推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示されるように、海洋深層水（一般的には海面下200〜300m以深の海水）を取水管によって地上まで汲み上げる施設が実用化されている。
この種の施設では、内径300mm程度、全長が十数km以上にも及ぶような取水管を海底に敷設するのであるが、何らかの原因により取水管に異物が吸い込まれたり取水管内に砂が堆積して閉塞してしまう事態も想定されることから、その復旧のためには閉塞位置を正確に把握する必要がある。
【０００３】
そのような取水管の閉塞位置を把握するためには、たとえば
(1)取水管の外側から音波を発信してその反射の状況から閉塞物の有無や位置を探査する。
(2)アクティブ・ソナーにより管内に音響を発信して反射して帰ってくるエコーから閉塞位置を測定する。
(3)取水管内に音響トランスポンダーを投入して閉塞位置を特定する。
(4)取水管内にCCDカメラを挿入して目視観察する。
(5）いわゆる水中TVカメラロボットの類の装置（たとえば特許文献２に示されるような管内点検装置）を取水管内に送り込んで遠隔操作により観察する。
といった手法が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５７９８２２号公報
【特許文献２】特開２００３−１２１３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、内径が300mm程度と小径でありしかも海底に十数kmにも及ぶように敷設される取水管に対しては、上記従来の一般的な手法(1)〜(5)はいずれもそのまま適用できるものではない。
すなわち、
(1)では取水管が鉄線鎧装部により被覆されている場合には音波が遮断されて有効に検知できない。
(2)では管壁からの反射と閉塞物との反射が区別できず、閉塞位置を特定できない。
(3)では音響トランスポンダーを閉塞位置まで送り込むことが困難である。
(4)では取水管の全長に相当する長大なカメラケーブルが必要となるので現実的ではない。
(5)では小径の取水管内に挿入できる程度に小形でありかつ充分な耐水圧性能を有するロボットの開発が必要であり、現実的ではない。
【０００６】
上記事情に鑑み、本発明は簡易な手法で取水管の閉塞位置を精度良く推定可能な推定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、海洋深部から海面付近で海面より下方にある取水ピットまで配管されて海洋深層水を取水するための取水管の閉塞位置推定方法であって、前記取水ピットにおいて海面より高水頭の圧力を前記取水管にかけて経時毎の管内圧力を計測し、取水ピットから閉塞位置までの長さを複数仮定し、前記各仮定長さ毎に、前記経時毎の管内圧力から閉塞位置までの管内容積を初期から所定時間毎に算出し、前記算出値から経時−管内容積変化グラフ（１）を各仮定長さ毎に描き、前記取水ピットにおいて取水管を開放した状態における取水管からの海水噴出量を計測し、前記噴出量に基づいて閉塞位置の開孔断面積を算出し、前記計測された経時毎の管内圧力と前記開孔断面積に基づいて各経時毎の海水の流出量を算出し、前記流出量に各経時毎の間隔時間を乗じて各径時間隔での海水流出総量を算出し、前記各仮定長さ毎に、前記初期管内容積から前記各経時毎に前記海水流出総量を累積して減じることで、経時毎の管内容積を算出し、前記算出値から経時−管内容積変化グラフ（２）を各仮定長さ毎に描き、前記各仮定長さに対応する経時−管内容積変化グラフ（１）と経時−管内容積変化グラフ（２）を重ね合わせ、前記経時−管内容積変化グラフ（１）と経時−管内容積変化グラフ（２）とがほぼ一致するところに対応する仮定長さを閉塞位置と推定することを特徴とする。
【０００８】
本発明においては、前記取水管に圧力を一時的にかけてウォーターハンマーを発生させてウォーターハンマーの圧力周期を計測し、その圧力周期に基づいて閉塞位置を算出し、前記ウォーターハンマーによる閉塞位置算出値と、請求項１において推定した閉塞位置との範囲をもって閉塞位置と推定することもできる。
【０００９】
また、本発明においては、前記取水管に圧力を一時的にかけてウォーターハンマーを発生させてウォーターハンマーの圧力周期を計測し、その圧力周期に基づいて閉塞位置を算出し、前記算出した閉塞位置近傍において前記仮定長さを複数設定すると良い。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、取水管に一時的な加圧送水を行い、その後の圧力変化の状況を取水管の弾性変形を考慮して経時的に観測することにより閉塞位置を推定可能であり、従来一般的な各種の推定手法に比較して遙かに簡便にしかも精度良く閉塞位置を推定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の推定方法を適用する海洋深層水取水施設の概要を示す図である。
【図２】本発明の推定方法の手順を示す図である。
【図３】本発明の推定方法の手順を示す図である。
【図４】本発明の推定方法の手順を示す図である。
【図５】本発明の推定方法による計算結果を示す図（仮定長Ｌ＝12000〜3000mの場合）である。
【図６】本発明の推定方法による計算結果を示す図（仮定長Ｌ＝1000〜350mの場合）である。
【図７】本発明の推定方法による計算結果をグラフとして示す図（仮定長Ｌ＝12000mの場合）である。
【図８】本発明の推定方法による計算結果をグラフとして示す図（仮定長Ｌ＝6000mの場合）である。
【図９】本発明の推定方法による計算結果をグラフとして示す図（仮定長Ｌ＝3000mの場合）である。
【図１０】本発明の推定方法による計算結果をグラフとして示す図（仮定長Ｌ＝1000mの場合）である。
【図１１】本発明の推定方法による計算結果をグラフとして示す図（仮定長Ｌ＝500mの場合）である。
【図１２】本発明の推定方法による計算結果をグラフとして示す図（仮定長Ｌ＝400mの場合）である。
【図１３】本発明の推定方法による計算結果をグラフとして示す図（仮定長Ｌ＝350mの場合）である。
【図１４】本発明の推定方法の他の手順を示す図である。
【図１５】本発明の推定方法の手順を示す図である。
【図１６】本発明の推定方法の手順を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は本発明の推定方法の適用対象である海洋深層水の取水施設の概要を示すものである。
これは海岸付近に設置した取水ピット２内に取水ポンプ３を主体とする取水設備１を設置し、通常時には海底に敷設した取水管４を通して破線矢印で示すように海洋深層水を取水するためのものである。
符号５は取水ポンプ３の前段に設置されたストレーナ、６はストレーナ５に付設されたエア抜き弁、７は圧力計であり、一連の取水管路系の要所にはバルブ８ａ〜８ｅおよび逆止弁が適宜設置されているものである。
【００１３】
本発明は、この種の取水施設において何らかの原因により取水管４に閉塞が生じた場合に、その閉塞位置を把握するために取水ピット２から閉塞位置までの距離を精度良く推定するための方法であって、そのために上記の取水設備１に逆送設備１０を付設し、その逆送設備１０により取水管４を一時的に加圧してその際の管内圧力の変化の状況から閉塞位置を推定することを主眼とするものである。
逆送設備１０はストレーナ５の上流側の位置で取水設備１に対して接続された管路系であって、逆送用ポンプ１１を主体として要所に逆送用流量計１２、逆送用圧力計１３ａ〜１３ｂ、バルブ１４ａ〜１４ｃ、逆止弁１５が適宜設置されており、取水管４に閉塞が生じてその閉塞位置の推定を行う際には、図中の実線矢印で示すように海岸付近の表層部から海水を汲み上げて取水管４に加圧送水するとともに、取水管４の圧力変化を逆送用圧力計１３ｂにより測定するように構成されている。
なお、この逆送設備１０は閉塞が生じてその位置を推定する必要が生じた時点で設置することでも良いし、あるいは取水設備１を設置する際に当初から組み込んでおくことでも良い。
【００１４】
上記の逆送設備１０を用いて閉塞位置を推定することが可能であるためには、取水管４が加圧により弾性変形可能であること、閉塞位置での閉塞状況が海水の流通は多少は許容される不完全閉塞であること、取水ピット２内における取水管路系の最高位置（上記の逆送用圧力計１３ｂの設置位置）が海水位（DL±0m）よりも低い位置にあることが条件である。
以下、取水管４が弾性変形可能なポリエチレン管であり、その全長が12kmであり、取水管路系の最高位置がDL-11.5mである場合における推定手順を説明する。
【００１５】
（手順１）
図２に示すように、取水ポンプ３が停止しており、取水管路系におけるバルブ８ａのみが開とされ他のバルブ８ｂ〜８ｅが閉とされている状態で、逆送用ポンプ１１を運転して海水を取水管４に加圧送水する。
この際の圧力は取水管４の耐圧限界の範囲内で充分に高くすることが好ましく、たとえば取水管４が外鎧ポリエチレン管である場合には耐圧限界が0.76MPaであるのでそれを超えない範囲とすれば良い。但し、本例の場合には取水管４の内外に常に11.5Aq（0.115MPa）の静水圧が作用しているので、それを考慮すれば最大圧力を0.87MPaとすることが可能である。
【００１６】
（手順２）
図３に示すように逆送用ポンプ１１を停止しバルブ１４ａ〜１４ｃを閉じると、取水管４は不完全閉塞状態であるので取水管４内に加圧送水された海水は閉塞位置を通過して取水管４の先端から海中に流出していき、したがって取水管４内の圧力は次第に低下していくので、逆送用圧力計１３ｂによりその際の圧力変化をたとえば１分間隔で測定して経時変化を記録する。
【００１７】
（手順３）
次に、図４に示すように、ストレーナ５に付設しているバルブ８ｂおよびエア抜き弁６を開放して取水管路系の圧力を降圧し、逆送用圧力計１３ｂによる計測値が潮位に一致するまで降圧した後、エア抜き弁６から取水管４内の海水を噴出させてその噴出量Ｑを計測する。
【００１８】
（手順４）
手順３で得られた噴出量Ｑから、閉塞位置での開孔断面積Ｓを次式により算定する。なお、ここで求めた開孔断面積Ｓは以下の算定では不変であると仮定する。
【数１】
0005440868.tif 000002
【００１９】
（手順５）  
一方、図１に示したように取水ピット１から閉塞位置までの距離を複数（たとえば後述するように７段階にわたって）の仮定長Ｌとして設定し、それらの各仮定長Ｌごとに、手順２で得られた経時的に低下していく各圧力段階における取水管４の管内容積Ｖ1の経時変化を、弾性変形を考慮して次の（１）式により算定し、その結果を各仮定長Ｌごとに図５〜図６に示すように整理するとともに、図７〜図１３に示すような経時−管内容積変化グラフ（１）を作成する。
なお、ここでは取水管４の径方向の弾性変形のみを考慮すれば良く、長さ方向の弾性変形は無視して差し支えない。
【数２】
0005440868.tif 000003
【００２０】
（手順６）
さらに、手順５で得られた取水管内の初期管内容積から、手順２で得られた経時的に低下していく各圧力段階ごとの噴出量Ｑを差し引いた管内容積Ｖ2を次の（２）式により算定し、その結果を同じく図５〜図６に示すように整理し、図７〜図１３に示すような経時−管内容積変化グラフ（２）を作成する。
【数３】
0005440868.tif 000004
【００２１】
（手順７）
そして、手順５と手順６で得られた取水管内容積の経時変化から、その変化状況が最も一致する仮定長Ｌを求め、その仮定長Ｌの位置を閉塞位置として推定する。
すなわち、上記の推定によれば、仮定が正しい場合には（１）式により求めた管内容積Ｖ1と（２）式により求めた管内容積Ｖ2とが一致し、したがってグラフ（１）とグラフ（２）とが重なるから、それらの比すなわち図５〜図６に示す整合比＝Ｖ1/Ｖ2が最も１に近くなっている仮定長Ｌ、あるいはグラフ（１）とグラフ（２）がほぼ完全に重なっている仮定長Ｌを以て閉塞位置として推定することができる。
【００２２】
図５〜図１３は仮定長Ｌを12000m（取水管４の全長12kmに相当）、6000m、3000m、1000m、500m、400m、350mの７段階に設定して上記の推定を行った場合の結果を示すものである。
本例の場合は、図６に示すように、仮定長Ｌを400mと仮定した場合の整合比は１弱であり、仮定長を350mと仮定した場合の整合比は１強となっているから、このことから真の閉塞位置は350m〜400mの範囲内にあると推定できる。また、図１２〜図１３に示すように、仮定長Ｌを400mと仮定した場合および350mと仮定した場合にはグラフ（１）とグラフ（２）はいずれもほぼ重なっており、このことからも真の閉塞位置は350m〜400mの範囲内にあると推定できる。
【００２３】
以上のように，本発明によれば取水管内を一時的に加圧してその後の圧力変化の状況を経時的に観測することのみで、従来一般的な各種の推定手法に比較して遙かに簡便にしかも精度良く閉塞位置を推定することが可能である。
【００２４】
なお、本発明においては、推定精度のさらなる向上あるいは推定手順の簡略化を目的として、取水管４に対してウォーターハンマーを生じさせて閉塞位置の推定を行う手法を併用することも好ましい。
【００２５】
その場合には、まず図１４に示すようにバルブ８ａ〜８ｂを開とした状態でエア抜き弁６を開放して取水管４内に空気溜まりを生じさせた後、図１５に示すようにバルブ８ｂおよびエア抜き弁６を閉じ、バルブ１４ｃを閉じたままで逆送用ポンプ１１を運転する。
そして、逆送用ポンプ１１を停止し、図１６に示すようにそのバルブ１４ｃを急開して取水管４内に一気に送水すれば、取水管４内の空気溜まりに瞬時に体積変化が生じてウォーターハンマーが生じる。
このウォーターハンマーによる波長は閉塞位置までの長さにより決まるから、ウォーターハンマーによる管内圧力の変動を逆送用圧力計１３ｂにより計測してその圧力周期Ｔを求め、その圧力周期Ｔから取水管４の閉塞位置（仮定長Ｌ）を次式により算定し、その結果を上記で求めた推定結果と比較することで推定精度を確認することができる。
【数４】
0005440868.tif 000005
【００２６】
なお、取水管４が複数の管種の組合せで構成されている場合にはそれを考慮する必要がある。たとえば取水管４が３種の素材からなる場合、たとえばＰＥライニング管からなる管路１と、高密度ポリエチレン管からなる管路２と、鎧装ポリエチレン管からなる管路３の組み合わせによる場合には、上式に代えて次式を用いれば良い。
【数５】
0005440868.tif 000006
【００２７】
上記のウォーターハンマーによる推定手法を上記実施形態に適用した場合の具体例での推定結果はＬ＝390mとなり、上記実施形態での推定結果である350m〜400mの範囲と精度良く合致することが確認できた。
【００２８】
さらに、上記のウォーターハンマーによる推定手法を本発明の推定方法に先立って行えば閉塞位置を概略的に把握し得るから、本発明の推定方法における仮定長Ｌをその閉塞位置の前後となるように設定することにより、本発明による推定手順をより簡略化することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  取水設備
２  取水ピット
３  取水ポンプ
４  取水管
５  ストレーナ
６  エア抜き弁
７  圧力計
８ａ〜８ｅ  バルブ
９  逆止弁
１０  逆送設備
１１  逆送用ポンプ
１２  逆送用流量計
１３ａ〜１３ｂ  逆送用圧力計
１４ａ〜１４ｃ  バルブ
１５  逆止弁
【図１】
0005440868.tif 000007
【図２】
0005440868.tif 000008
【図３】
0005440868.tif 000009
【図４】
0005440868.tif 000010
【図５】
0005440868.tif 000011
【図６】
0005440868.tif 000012
【図７】
0005440868.tif 000013
【図８】
0005440868.tif 000014
【図９】
0005440868.tif 000015
【図１０】
0005440868.tif 000016
【図１１】
0005440868.tif 000017
【図１２】
0005440868.tif 000018
【図１３】
0005440868.tif 000019
【図１４】
0005440868.tif 000020
【図１５】
0005440868.tif 000021
【図１６】
0005440868.tif 000022