複合監視装置による異常検知技術の開発（第 2 報）〈後藤58治久〉

報

文1

複合監視装置による異常検知技術の開発（第2報）
中央技術研究所

燃料研究所

MA 技術グループ

1. はじめにごとう後藤はるひさ治久

このため容器は厚さ 10 mm 程度の金属製になっており、そのままでは容器内のマイクロフォンに外部の音が伝わら製油所では原油から液化石油ガス、ガソリン、ナフサ、ない。そこで、発泡金属と一部が開口した薄板を組み合灯油、軽油、重油等の留分を効率良く生産するために、わせることで、音は伝わるが火炎は通過しない音響窓を開24 時間連続操業し、各種の石油製品を社会へ供給してい発した 5）。

る。そのためには、石油精製設備、回転機器、配管設備、電気設備、計装制御機器等から構成される巨大なプラントともいえる製油所を安全かつ安定して稼動させる必要がある。製油所の運転現場においては、運転員が五感を駆使して点検することで異常を早期に発見し、トラブルの未然防止を図っている。しかし、運転員が常時現場に居る事は困難であり、異常の早期発見をより確実に行なうため、カメラ可動タイプ内蔵（PSM02） カメラ固定タイプ内蔵（PSM03）赤外カメラ内蔵（PSM04）

監視業務を機械化し人間の五感を代替できる監視技術の写真 1開発が望まれている。

開発した複合監視装置

前報（第 55 巻 第 1 号 2013 年 2 月発行）では人間の視覚・聴覚・臭覚を代替できる無線通信可能な複合監視

PSM－ 02 の重量は単体で約 13kg、三脚等と合わせる装置を開発し、音によるガス漏洩と可視画像による白煙発と 20㎏近くになり重いことから、高所や長距離の移動は生を検知できる技術開発を報告した

1）2）

。

重労働であった。そこで、搭載するカメラ仕様を限定し、更に複合監視装置を軽量化し、更なる異常検知能力向上を図ったので本稿で報告する。

複合監視装置の軽量化を図るために容器の形状を見直した。従来の PSM02 の容器形状が直方体であったのに対して、PSM－ 03 は円筒形と直方体を組み合わせた形状と2. 複合監視装置の軽量化と性能向上 3）した。これにより、爆発した場合の圧力が容器内に均等に加わるようにし、容器の厚さも PSM－ 02 よりも薄くする

当社では、製油所の異常を早期に検知するための監視ことが可能となり、その結果、装置重量が従来の 13kg か装置を開発しており、人間の五感のうち、視覚・聴覚・臭ら 9kg と軽量化に成功した。また、耐荷重 10kg 未満の覚を代替して監視できることから複合監視装置と称してい三脚が使用できるようになったので、軽量な汎用品を利用る。写真 1 にカメラ・マイク・無線アンテナ等を装置容器することにより本体と三脚の重量が 10kg 程度となり、一人内に収納できるカメラ可動タイプ（型番 PSM－ 02）、これでの運搬が容易となった。
また、表 1 にこれら一連の複合監視装置の仕様を示す。と比較して軽量化を図ったカメラ固定タイプ（型番 PSM－ 03）、更に赤外カメラを内蔵したタイプ（型番PSM －PSM－ 02 は、2 つのタイプのマイクロフォン付カメラを内04）の外観を示す。PSM－ 02 は前報で報告した装置であ蔵しており、タイプ 1 は音による監視に、タイプ 2 は映像るが、本体の前面に光を通すカメラ窓、側面に音および臭による監視に重点を置いている。タイプ 1 のマイクロフォ気を通す音響窓、上面に電波を通すアンテナ窓を設けた。

ンは周波数 8 kHz までの音が取れるので、音で異常検出

容器は、製油所で使用するために労働安全衛生法の規定できる利用範囲が広い。タイプ 2 は、カメラの首振りがでに基づいた耐圧防爆構造とした。これは全閉構造の容器

き、またズーム機能を強化した物である。水平方向の首振に着火源となる電気機器を収納することにより、万一可燃り角度 102°はおよそ人間の視野に相当する。PSM－03 は、性ガスが容器の内部に侵入して爆発を生じた場合におい可視光カメラ・水素火炎可視化カメラのうちから一つを選ても、容器が爆発圧力に耐えかつ爆発による火炎が容器んで搭載することが可能であり、PSM－ 04 は赤外線カメ

4）の外部の可燃性ガスに点火しないようにしたものである 。
ENEOS Technical Review・第 58巻第2号（ 2016 年 6月）

ラを搭載している。

− 16 −

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複合監視装置による異常検知技術の開発（第 2 報）〈後藤

表1治久〉

複合監視装置の仕様

監視システムは図 1 に示すように、複合監視装置・防爆無線器・モニター PC から構成され、無線通信環境を構

3. 1 ガスセンサによる早期のガス漏洩検知 3）（1）実験方法築するための防爆無線器も開発した。この防爆無線器は、

図 2 に、複合監視装置 PSM－ 03 に内蔵したガスセン防爆容器に収納した無線機とアンテナをケーブルで接続すサによるガス検知実験の装置構成を示す。密封された透ることにより、通信し易い方向に自由にアンテナを設置す
6）

明な樹脂チャンバー内に PSM－ 03 を収 納し、接触燃焼ることができる 。製油所内は装置や配管等の構造物によ式ガスセンサの電圧出力トレンドをモニター用 PC で測定

り無線通信の見通しが悪い場所が多いが、そのような場した。

合でも電波が安定して届く場所にアンテナを設置させることができる。アンテナには、無指向性（ダイポール）と指向性（平面）を用意した。通信距離は、指向性アンテナの場合、見通しが良い条件で約 500m である。モニター PC に当社

チャンバー蓋で開発した監視ソフトウエアをインストールすることにより、音や画像から異常を自動で検知できるようにした。

チャンバー
ガスセンサ出力電圧モニター用 PC
複合監視装置（PSM-03）
テストガス挿入口

図2

ガスセンサ検知実験の装置構成（2）実験結果
図 3 に実験結果を示す。横軸は測定時間、縦軸はガス
図1

監視システム構成

センサからの出力電圧である。ガスセンサは検知したガス濃度が高くなるにつれて出力電圧が小さくなる物を使用し3. 更なる異常検知技術の向上た。本実験では、樹脂チャンバー内のメタンガス濃度が5,000ppm になるようにメタンガスを注入した。なお、メタ製油所での可燃性ガスや油の漏洩は爆発につながる危

ンガスの爆発下限界濃度は 5.0％（50,000ppm）
であるので、険がある。その検知技術として、前報では音響処理によりこのメタンガス濃度 5,000ppm は爆発下限界の 1 ／ 10 と音を伴ったガス漏洩の検知技術および画像処理により白非常に薄い濃度である。

煙を伴った油漏洩の検知技術を紹介した。今回は、複合実験結果から複合監視装置内のガスセンサ前面に設置

監視装置に搭載したガスセンサにより早期にガス漏洩を検したファンを使用しない場合、チャンバー内にメタンガス知する技術と赤外線カメラの使用による油蒸気の漏洩をを入れてもほとんどガスセンサの出力電圧は変化しなかっ検知する技術を開発したので紹介する。

た。これは、チャンバー内の空気は静止しており、複合監− 17 −

ENEOS Technical Review・第58巻第2号（2016年6月）

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視装置内にメタンガスが入っていかなかったためである。
これに対し、ファンを使用することによって複合監視装置内にメタンガスが吸引されて濃度が増加することにより、ガスセンサの出力電圧が低下し、500 秒ぐらいで出力電圧が 0V 近くまで低下した。その後、チャンバーの蓋を開けると、チャンバー内のガス濃度が低下するとともに出力電圧が徐々に高くなった。これらにより、チャンバー内のガス濃度を複合監視装置に内蔵したガスセンサでモニター

図5できることがわかった。なお、ガスセンサからは所定の測白煙検知手法

定電圧以下になると警報を出すことができ、本実験ではこの設定を 1V とした。この電圧はガス濃度 4,000ppm に相（2）実験結果当する。以上のように、ガスセンサの前面にファンを設置

図 6 にビーカー上部から発生した油蒸気の赤外画像をする事で、ガス漏洩を早期に検知できる技術を開発した。

示す。比較のために可視画像も示す。湯煎として使用した500ml ビーカーの開口部は包装用フィルムで覆い、水蒸気の映り込みを無くした。図 6 ②の可視画像では油蒸気発生を捉えることができなかったが、図 6 ①の赤外画像ではビーカー上部に油蒸気（薄緑色）の映像が撮影された。また、
図 6 ①の赤外画像では湯煎の前に赤外線を遮蔽する物体を置き、サンプルを入れたビーカー上部を撮影した。この赤外線画像（カラー画像）を白黒画像に変換し、図 5 で示した画像処理を実施した。図 7 に示すように、二値化 注）した油蒸気の画像を抽出することができた。表 2 に図 7 中の二値化画像 1 と二値化画像 2 の白色部分の画素数を計測し、それぞれの画素数 S1 と S2 の比を白煙検知パラメー

図3ガス検知実験結果

ター r として計算した。白煙が発生していない時の白煙検知パラメーターの値は 0 であるが、本結果では 0.37 となっ

3. 2 赤外線カメラによる油蒸気発生検知た。白煙検知パラメーターのしきい値を設定することにより（1）実験方法（例えば 0.1）、油蒸気の発生を検知できる技術を開発した。

図 4 に、赤外線カメラを搭載した複合監視装置 PSM

注）

濃淡のある画像について、各画素の値がしきい値を上－ 04 を使用し、油蒸気を検知する実験の装置構成を示す。

回っていれば白、下回っていれば黒の 2 階調に変換す

油のサンプルとして製油所で生産された軽質ガソリン留分る処理（沸点範囲：30℃～ 100℃）を使用した。100ml ビーカーにサンプルを 50ml 程度入れ、500ml ビーカーを湯煎として使用し、サンプルをドラフト内において 60℃程度に温めた。

油蒸気

油を入れたビーカー

複合監視装置からの赤外画像は、製油所監視用に開発し包装用フィルムた複数画面を表示できるソフトウエアを使用してパーソナルコンピューター内に保存した。保存された赤外画像につ湯煎いて、前報で報告した白煙検知手法（図 5）による画像解析を実施した。

①赤外画像

図6

ドラフト

②可視画像

軽質ガソリン蒸気の撮影結果

複合監視装置（PSM-04）
炭化水素蒸気無線機

炭化水素サンプル
湯煎

可視カメラ

図4

二値化画像 1

画像解析用 PC

図7

ガスセンサ検知実験の装置構成

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赤外画像を白煙検知処理した結果

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複合監視装置による異常検知技術の開発（第 2 報）〈後藤表2治久〉

白煙検知処理による検知パラメーター値
二値化画像 1（画素数：S1）

194

二値化画像 2（画素数：S2 ）72

検知パラメータ : r = S2/S1

0.37

4. まとめ製油所の安全を確保するために、人間の視覚・聴覚・臭覚を代替した複合監視装置によって異常を自動で検知できる技術を開発した。
① 軽量化した複合監視装置 PSM－03 および赤外線カメラを搭載した PSM－ 04 を新たに開発した。
② 監視装置内のガスセンサ前面にファンを組み込むことにより、早期にガス漏洩を検知できる技術を開発した。
③ 複合監視装置 PSM－04 で監視した赤外画像を画像解析することにより、油蒸気の発生を検知できる技術を開発した。
今後も、異常検知技術をさらに高度化させ、製油所の安全性向上に寄与していく。
− 参考文献 −1）後藤治久 ;ENEOS Technical Review,55,1,14（2013）2）後藤治久 ; 配管技術 ,10,36（2013）3）後藤治久 ; アロマティックス ,67, 秋季号 ,1（2015）4）公 益社団法人）産業安全技術協会編；防爆 構造電気
機械器具

型式検定ガイド

5）特許第 5271292 号（JX エネルギー、IDEC 共願）
6）特許第 4361034 号（JPEC、JX エネルギー共願）− 19 −

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