(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイプラインの特定箇所において、パイプライン中の流体の圧力を所定時間毎に測定して、圧力変動の伝搬の開始を検知する工程と、前記圧力変動の伝搬の開始が検知された時点以降の一定時間内に測定される複数の圧力値から、その時間内における圧力値変化の勾配Ａを求める工程と、圧力変動の伝搬の開始が検知された時点以降の一定時間内よりも長い時間内において測定される複数の圧力値から、その時間内における圧力値変化の勾配Ｂを求める工程と、勾配Ａと勾配Ｂとの比Ａ／Ｂが閾値を超えているか否かを判定する工程とにより、ガス漏洩を検知することを特徴とするパイプラインにおけるガス漏洩検知方法。
【請求項２】
前記圧力変動の伝搬の開始を検知する工程が、一定時間内における圧力の平均値を求める工程と、この平均値と最新の測定された圧力値との差の絶対値が閾値を超えているか否かを判定する工程とからなるものであることを特徴とする請求項１に記載のパイプラインにおけるガス漏洩検知方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、天然ガス等の流体を輸送するガスパイプラインにおいて、ガスの漏洩を検知するガス漏洩検知方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パイプラインによって輸送される流体には、液体の他に種々のガス等の気体がある。パイプラインで液体を輸送する液体輸送システムにおいては、パイプラインの内部圧力を測定することによって、液体の漏洩を検知する各種の液体漏洩検知装置が開発され、パイプラインに設置されている。
【０００３】
図２は、このような液体輸送システムにおいて、パイプラインから液体が漏洩した場合に、パイプラインの内部圧力が経時的にどのように変化するかを示すグラフである。図中ａの曲線は漏洩点に最も近い地点における圧力変動を、ｂの曲線は漏洩地点からやや離れた地点の圧力変動を、ｃの曲線は漏洩地点から最も離れた地点の圧力変動を示している。また、ｓｔは液体の漏洩開始時点を表し、ｅｎは液体の漏洩終了時点を表している。
【０００４】
図２から分かるように、ａ地点では漏洩開始時点ｓｔおよび漏洩終了時点ｅｎに比較的大きな圧力変動が生じ、この圧力変動がわずかな時間の遅れと変動量の減衰をともなって、ｂ地点およびｃ地点に伝搬されている。
【０００５】
このように、圧力変動の伝搬が広い範囲に及んでいるので、漏洩地点から離れた地点でも、管内圧力の経時的な変化を検出することにより、比較的簡単かつ確実に液体の漏洩は検知できる。
【０００６】
しかしながら、ガスは液体に比べて圧縮性が大きいため、パイプラインの１点で漏洩が発生しても管内圧力の変動は小さく、漏洩地点でもガスの漏洩は検知しにくい上に、圧力変動がパイプラインの上下流に伝搬する際の圧力変動の減衰率も大きいので、漏洩個所から離れた地点でガスの漏洩を検知しようとしても、圧力変動が小さすぎて検知はなおさら困難である。
【０００７】
また、パイプラインの操業下で生じている圧力変動と識別することも困難である。
【０００８】
したがって、前述の液体漏洩検知装置をそのままガス漏洩検知装置として適用すると、パイプラインの操業時に、ガスの漏洩を見逃すような事態が発生する可能性がある。
【０００９】
このように、液体漏洩検知装置では、検知できないガスの漏洩を検知する従来の技術としては、特開昭６３−３０７３７号公報に開示されたガスラインの漏洩検知装置を使用した方法がある（従来技術１）。このガスラインの漏洩検知装置は、ガスラインに付設された導圧配管に容量要素と抵抗要素との少なくとも一方を備え、上記導圧配管の特定箇所間の差圧を検知する差圧検知手段と、あらかじめ１つ以上のガス漏洩検知アルゴリズムが記憶され、前記差圧検知手段からの検知信号を所定の周期で順次サンプリングし、このサンプリングデ−タから１つまたは適宜な複数の前記ガス漏洩検知アルゴリズムに基づいてガス漏洩に関する相対値デ−タを取得するガス漏洩デ−タ取得手段と、このガス漏洩デ−タ取得手段で取得された相対値デ−タを用いて前記ガスラインからガスが漏洩しているか否かを判断する判断手段とを具備しているものである。
【００１０】
このガスラインの漏洩検知装置を、図３に基づいて説明すると、気体が流通するガスパイプライン２１の一定距離離れた２地点ＡおよびＢに、導圧配管２２および２３を付設し、導圧配管２２に抵抗要素２４および容量要素２５を直列に配設し、容量要素２５と導圧配管２２とを接続するとともに、導圧配管２２の途中に、ガスパイプラインの圧力と抵抗要素２４と容量要素２５を介した圧力との差圧を測定する差圧検出器２６が設けられているものであり、差圧検出器２６の出力信号に基づいて、漏洩検知アルゴリズムによってガスの漏洩を検知するものである。
【００１１】
ガスの漏洩に起因して発生する圧力変動が、パイプラインの上下流に伝搬する速度は、ほぼ管内ガスの音速に等しく、約３００〜４００ｍ／ｓｅｃである。また、図３のＡ地点とＢ地点間の距離は、設置される位置の敷地面積等との関係から例えば５ｍ程度になる。図３のガスラインの漏洩検知装置において、抵抗要素２４および容量要素２５がない場合を考えると、漏洩により発生する圧力先頭波がＡ地点とＢ地点の間を通過するのに要する時間は、前記圧力先頭波の速度および前記２地点間距離から、約０．０１２〜０．０１７ｓｅｃとなる。
【００１２】
このような短時間における圧力変動の波形を捕らえようとする場合、サンプリングのピッチを速くして仮に圧力変動の波形が捕らえられたとしても、その波形は図４のグラフに示すように、高周波の応答が瞬時に終わるパルス状の波形となる。そして、このような波形を漏洩検知アルゴリズムに通し、移動平均等の統計処理を施せば、高周波のノイズとともに平均化され、ノイズと識別できなくなってしまう。
【００１３】
特開昭６３−３０７３７に開示されたガスラインの漏洩検知装置は、このような問題を解消するためになされたものであり、抵抗要素２４と容量要素２５を備えることにより、疑似的な一次遅れ要素が構成され、差圧検出器２６により検出される圧力変動の波形は、図５のグラフに示すように、ステップ状の波形となる。
【００１４】
そして、このような波形であれば、ガス漏洩検知アルゴリズムにおいて移動平均等の統計処理を施しても、圧力変動が到達する以前における統計処理後の信号値と、圧力変動が到達した後における統計処理後の信号値との間の有意差が見つけやすくなり、小さな圧力変動でも検知が可能となるというものである。
【００１５】
また、他のガスの漏洩を検知する従来の技術としては、特開平６−１２９９４１号公報に開示された技術（従来技術２）がある。この技術に基づく圧力先頭波の到達時刻を検出する方法は、パイプライン中の流体圧力変動を発生させる事象に起因して前記流体を媒体として伝搬する圧力先頭波の到達時刻を検出する方法において、前記パイプライン中の流体圧力に関係する特性値を測定する工程と、この測定された特性値を電気信号に変換する工程と、所定時間にわたる前記電気信号を記憶保持する工程と、この記憶保持された所定時間の電気信号から統計的手法を用いて前記圧力先頭波の到達時刻を決定する工程とを備えた圧力先頭波の到達時刻検出方法である。
【００１６】
そして、このような圧力先頭波（圧力変動）の到達時刻を、パイプラインの離間した２ヶ所に設けた圧力検出器により検出し、その時間差によりガス漏洩等の事象の発生位置を推定するものである。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のパイプラインのガス漏洩を検知する方法には、次のような問題点がある。
従来技術１および従来技術２とも、パイプライン中の流体の流動変動に起因する圧力変動を捕捉することは可能であるが、ガスの漏洩に起因する圧力変動と、通常操業時に行われる減圧弁操作等により発生する圧力変動とを区別することは困難である。
【００１８】
ガスの漏洩に起因した圧力変動が、差圧検出器の設置個所に到達したときの圧力変動の波形は、図６のグラフに示すように、圧力が短時間で急激に低下した後、徐々に一定圧力まで回復するような波形となるが、減圧弁操作等により発生した圧力変動の波形は、図７に示すように、圧力が時間とともになだらかに降下する波形となる。
【００１９】
そして、上述した従来技術では、一定時間間隔で差圧信号をサンプリングし、得られた差圧値群から算出される近似直線の傾きの変動を監視し、その変動量がある閾値を超えたときに漏洩したと判断する方法であるので、図６の波形の場合も、図７の波形の場合も、近似直線の傾きは同じようなものになってしまい、ガスの漏洩に起因する圧力変動と、通常操業時発生する圧力変動とを区別することは困難である。
【００２０】
この発明は、従来技術の上述のような問題点を解消するためになされたものであり、ガスの漏洩に起因する圧力変動と、通常操業時発生する圧力変動とを区別することができるので、ガスの漏洩が正確に検知できるパイプラインにおけるガス漏洩検知方法を提供することを目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るパイプラインにおけるガス漏洩検知方法は、パイプラインの特定箇所において、パイプライン中の流体の圧力を所定時間毎に測定して、圧力変動の伝搬の開始を検知する工程と、前記圧力変動の伝搬の開始が検知された時点以降の一定時間内に測定される複数の圧力値から、その時間内における圧力値変化の勾配Ａを求める工程と、圧力変動の伝搬の開始が検知された時点以降の一定時間内よりも長い時間内において測定される複数の圧力値から、その時間内における圧力値変化の勾配Ｂを求める工程と、勾配Ａと勾配Ｂとの比Ａ／Ｂが閾値を超えているか否かを判定する工程とにより、ガス漏洩を検知するものである。
【００２２】
また、前記圧力変動の伝搬の開始を検知する工程が、一定時間内における圧力の平均値を求める工程と、この平均値と最新の測定された圧力値との差の絶対値が閾値を超えているか否かを判定する工程とからなるものである。
【００２３】
この発明に係るパイプラインにおけるガス漏洩検知方法においては、圧力変動の伝搬の開始を検知し、圧力変動の開始時点近傍の一定時間内の圧力値の変化の勾配と、この一定の時間よりも長い時間帯における圧力値の変化の勾配の比に基づいて、ガス漏洩の有無の判定をしているので、ガス漏洩に基づく圧力変動と減圧弁の操作等操業上の要因に基づく圧力変動との識別が可能であり、パイプラインにおけるガス漏洩を正確に把握することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は本発明のパイプラインのガス漏洩検知方法の実施の形態を説明するためのガス漏洩検知系統図である。
ガスパイプライン１には、ガス漏洩点２の下流側に導圧配管３が付設されている。この導圧配管３は途中で分岐管４と分岐管５に分岐され、分岐管４には抵抗要素６と容量要素７（抵抗要素６と容量要素７とを合わせて機械的圧力整形要素という）とがこの順に設けられている。
そして、分岐管５には、分岐管５を通して導かれるパイプライン１の導圧配管３が付設されている地点Ａの圧力と、分岐管４により抵抗要素６と容量要素７を通して導かれる圧力との差圧を検知する差圧検知器８が設けられている。
【００２６】
差圧検知器８には、フィルタ機能を備えた増幅回路９が接続されており、この増幅回路９において、差圧検知器８により検知された差圧信号の中の高周波のノイズ成分が除去される。
【００２７】
増幅回路９には、電気的波形整形要素１０が接続されており、この電気的波形整形要素１０には、ある程度低周波の波形の信号をステップ状の波形に変換する電気回路が組み込まれている。
【００２８】
また、電気的波形整形要素１０には、電気的波形整形要素１０からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路１１が接続され、Ａ／Ｄ変換回路１１にはＡ／Ｄ変換回路１１からのデジタル信号をサンプリングするとともに、本発明のパイプラインのガス漏洩検知方法に基づくガス漏洩検知用の数値演算アルゴリズムにより、ガス漏洩を判断するコンピュ−タ１２が接続されている。
【００２９】
このガス漏洩検知用の数値演算アルゴリズムは、圧力変動の伝搬の開始を検知することを目的とする部分と、検知した圧力変動がガスの漏洩により発生したものか、減圧弁操作等により発生したものかを波形の形状から判断する部分の２段階からなり、この２段階の判定基準により、ガスの漏洩による圧力変動を検知するものである。
【００３０】
まず、圧力変動の伝搬の開始は、下記（１）式に基づいて判定する。
【００３１】
【数１】
0004423459.tif 000002
【００３２】
上記（１）式の意味は次のとおりである。
【００３３】
すなわち、ｎ回前からの差圧検知信号のサンプリングデ−タの平均値、言い換えれば差圧検知信号のサンプリングデ−タの移動平均値と、最新の差圧検知信号のサンプリングデ−タとの比較を行い、その結果両者の差が閾値Ｃを超えれば圧力変動が発生したと判断することになる。なお、サンプリング間隔は一定とする。
【００３４】
次に、（１）式の左辺の値が閾値Ｃを超えた場合には、それがガスの漏洩によるものか否かを次の（２）〜（４）式に基づき判定する。
【００３５】
【数２】
0004423459.tif 000003
【００３６】
【数３】
0004423459.tif 000004
【００３７】
【数４】
0004423459.tif 000005
【００３８】
なお、（２）式のＡは検出したステップ状の圧力変動の波形において、圧力変動の検知開始（サンプリングデ−タの移動平均値と、最新のデ−タとの差が閾値Ｃを超えた時点）から、検知終了（サンプリングデ−タの移動平均値と、最新のデ−タとの差が閾値Ｃ以下の一定値に戻った時点）までの時間帯における連続したｍ個のサンプリング点の中の、任意の連続したｋ個のサンプリング点に基づいた傾きの最大値を示し、波形の局所傾斜の最大値を示すものである。（３）式のＢはｍ個のサンプリング点による傾きの最大値を示し、波形の全体傾斜の最大値を示している。
【００３９】
今、局所傾斜を算出するためのサンプリング数を５点、全体傾斜を算出するためのサンプリング数を１２５点とした場合、減圧弁操作等により発生する圧力変動の波形は、前記図７で示したようになだらかに傾斜した波形となるので、ＡおよびＢは同じような傾きとなる。一方、ガス漏洩による圧力変動の波形は、前記図６で示したように局部的に大きく傾斜した波形となるので、ＡはＢに比較して大きな傾きとなる。
【００４０】
したがって、（４）式に示すＡ／Ｂの値は、減圧弁操作等による場合は小さく、ガス漏洩による場合は大きくなるので、閾値Ｃ′を適正に設定することで、パイプラインにおけるガスの漏洩を検知することが可能となる。
【００４１】
この発明の実施の形態の説明では、圧力変動の伝搬の開始を検知する工程として、一定時間内における複数の圧力値の平均値と、最新の測定された圧力値との差の絶対値が閾値を超えているか否かを判定する工程を例にとって述べたが、圧力変動の伝搬の開始を検知する工程として、移動平均等の統計処理を施す工程や、一定時間間隔で差圧信号をサンプリングし、得られた差圧値群から算出される近似直線の傾きの変動を監視し、その変動量がある閾値を超えているか否かを判定する工程でもよいし、他の方法を適用してもよい。
【００４２】
【発明の効果】
この発明により、圧力変動の発生が操業に起因するものか、ガス漏洩に起因するものかが識別できるので、パイプラインにおけるガスの漏洩を正確に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパイプラインのガス漏洩検知方法の実施の形態を説明するためのガス漏洩検知系統図である。
【図２】液体輸送システムにおいて、パイプラインから液体が漏洩した場合に、パイプラインの内部圧力が経時的にどのように変化するかを示すグラフである。
【図３】従来のガスラインの漏洩検知装置の説明図である。
【図４】従来のガスラインの漏洩検知装置に抵抗要素や容量要素が設置されていない場合に検知される圧力変動の波形のグラフである。
【図５】図３に示す従来のガスラインの漏洩検知装置により検知される圧力変動の波形のグラフである。
【図６】ガスの漏洩に起因した圧力変動の波形のグラフである。
【図７】減圧弁操作等により発生した圧力変動の波形のグラフである。
【符号の説明】
１  ガスパイプライン
２  ガス漏洩点
３  導圧配管
４、５  分岐管
６ 抵抗要素
７ 容量要素
８  差圧検知器
９  増幅回路
１０  電気的波形整形要素
１１  Ａ／Ｄ変換回路
１２  コンピュ−タ
【図１】
0004423459.tif 000006
【図２】
0004423459.tif 000007
【図３】
0004423459.tif 000008
【図４】
0004423459.tif 000009
【図５】
0004423459.tif 000010
【図６】
0004423459.tif 000011
【図７】
0004423459.tif 000012