JP2005293236A - 導管網圧力制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧力計や流量計が設置されていない位置も含めて高精度に導管網の圧力制御を行うことが可能な、導管網圧力制御方法および装置を提供する。
【解決手段】 地域に分布する顧客１１，１２，１３，…に都市ガス等を供給するために敷設される導管網１での圧力を制御するため、複数の整圧器３１，３２，３３，…、複数の圧力計３５，３６，…、ならびに複数流量計３８，３９，…を設け、それらの位置情報と地図情報とを、ホストコンピュータ２１にマップデータとして認識させる。圧力および流量の測定結果および導管網解析による算出結果に基づいて、圧力が規定の範囲内に入っていないなど、不適切に制御が行われている不適切制御箇所を検出する導管網１で圧力および流量を適切化するために必要な適切設定を、各整圧器３１，３２，３３，…毎に導管網解析によって求め、各整圧器３１，３２，３３，…の設定を、それぞれ求められた適切設定に変更する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流体を供給するために敷設される導管網で圧力を制御する導管網圧力制御方法および装置に関する。

従来から、都市ガスや水道水などの流体を需要者に供給するために、需要者が分布する地域に導管網が敷設されている。流体の導管網では、流体に対する流路抵抗があり、圧力低下は避けられない。しかし顧客には、所定の圧力で流体を供給する必要がある。たとえば都市ガスでは、大気圧より数ｋＰａ（数１００ｍｍ水柱）程度高い圧力で顧客に供給する必要がある。このため、都市ガスの製造所では、数１００ｋＰａ程度以上の圧力で都市ガスを導管網に送出する。製造所から遠方の顧客まで都市ガスを送ると、途中の流体抵抗に寄って圧力が低下してしまうからである。

顧客に供給する都市ガスの圧力は、供給する流量が変化しても一定に保たれることも必要である。そこで、導管網には、整圧器と呼ばれる減圧弁が設けられ、上流側の一次圧を下流側の二次圧に減圧している。整圧器は、設定されている二次圧を保持するように、流量が増大すれば弁開度を大きくし、流量が減少すれば弁開度を小さくするようにして、二次圧を動的に制御する整圧を行っている。都市ガスの導管網では、整圧器を、複数段階に設けて、たとえば高圧、中圧、低圧の３段階に整圧して、顧客に都市ガスを供給している。さらに、安定した供給を可能にするために、導管網では、複数の経路から顧客に都市ガスを供給可能にしている。

導管網に、複数の圧力計、流量計などの測定器を配置して、測定データを管理センタで遠隔的に収集し、複数の整圧器の設定圧を自動調整して導管の圧力管理を行う手法は、種々提案されている。これらの技術では、整圧器や測定器の設置場所で、圧力、流量などのプロセスデータや、ガス洩れ検知器の検知情報、遮断弁の開閉状況等の情報の収集とそれらのデータを無線、専用線、あるいは一般回線を経由してホストコンピュータへ送信する。これらの用途に製品化されている例には、米国FISHER社のFLOBOSS と呼ばれる多機能データ収集伝送器を挙げることができる。

特開２００３−１８５１００号公報

導管網に配置された圧力計、流量計などの測定データなどの情報をフィードバックして、導管網の圧力を管理する既存の手法には、以下のような問題点がある。

１．導管網を効率的に運用するには、導管網の末端の圧力まで正確にコントロールする必要があるけれども、導管網の末端で測定データが得られない場所での圧力の特定は困難であるため、導管網に沿って多数の測定器を配置する必要がある。
２．導管網に外部漏洩が生じやすいライン・エリアがある場合、そのライン・エリアに連なる導管内の圧力を不用意に上げると、漏洩頻度が増加してしまう。実際に得られる複数の測定データのみを元に、その測定位置の周辺圧力を通常圧力レベルに抑えつつ、導管網の末端での圧力を規定値以上に保つことは非常に困難である。また、実際的な運用としては、外部漏洩が生じやすいライン・エリア周辺のみを、通常よりも低い圧力にする方がよい場合もあるけれども、同様の理由で正確な制御は困難である。
３．導管の管内に飛散しやすい異物がある場合、圧力自動調整時に発生する管内流速変化や流れ方向の反転が飛散を促進し、下流側フィルタなどで異物詰まりを発生させる場合がある。これをコントロールするには、流量計を導管網に多数設置し、整圧器の圧力設定にフィードバックする必要がある。しかし、流量計の設置は、圧力計に比べて工事が大掛かりとなるので、多く設置することは困難である。

本発明の目的は、圧力計や流量計が設置されていない位置も含めて高精度に導管網の圧力制御を行うことが可能な、導管網圧力制御方法および装置を提供することである。

本発明は、地域に分布する需要者に流体を供給するために敷設される導管網に関して、複数の整圧器を含む圧力制御手段と、複数の圧力測定手段と、流量および流れ方向を測定する複数の流れ測定手段とを設けておき、
コンピュータに導管網、圧力制御手段、圧力測定手段、および流れ測定手段の位置情報と地図情報とをマップデータとして認識させ、
各圧力制御手段の稼働状態、各圧力測定手段によって測定される圧力、および各流れ測定手段によって測定される流体の流量および流れ方向についての測定情報に基づいて導管網解析を行って、導管網で、圧力測定手段または流れ測定手段が設けられていない位置を含めて、各位置での圧力および流量を算出し、
圧力および流量の測定結果および算出結果に基づいて、該導管網で不適切に制御が行われている不適切制御箇所を検出し、
該不適切制御制御箇所での圧力および流量を適切化するために必要な適切設定を、各整圧器毎に導管網解析によって求め、
各圧力制御手段の設定を、それぞれ求められた適切設定に変更することを特徴とする導管網圧力制御方法である。

本発明に従えば、地域に分布する需要者に流体を供給するために敷設される導管網での圧力を制御するため、複数の整圧器を含む圧力制御手段、複数の圧力測定手段、ならびに流量および流れ方向を測定する複数の流れ測定手段を設けておく。導管網、圧力制御手段、圧力測定手段、および流れ測定手段の位置情報と地図情報とを、コンピュータにマップデータとして認識させる。各圧力制御手段の稼働状態、各圧力測定手段によって測定される圧力、および各流れ測定手段によって測定される流体の流量および流れ方向についての測定情報に基づいて導管網解析を行う。圧力および流量の測定結果および導管網解析による算出結果に基づいて、圧力が規定の範囲内に入っていないなど、不適切に制御が行われている不適切制御箇所を検出する。不適切制御箇所は、導管網解析によって検出するので、実際には圧力計や流量計が設けられていない位置でも、精度よく検出することができる。その不適切制御箇所での圧力および流量を適切化するために必要な適切設定を、各圧力制御手段毎に導管網解析によって求める。たとえば、整圧器の設定圧力を変化させてみて、導管網解析を行い、不適切制御箇所での圧力および流量が適切になる適切設定を求める。各整圧器の設定を、それぞれ求められた適切設定に変更するので、圧力計や流量計が設置されていない位置も含めて高精度に導管網の圧力制御を行うことができる。

さらに本発明は、地域に分布する需要者に流体を供給するために敷設され、複数の整圧器を含む圧力制御手段、複数の圧力測定手段、ならびに流量および流れ方向を測定する複数の流れ測定手段が設けられる導管網の圧力を制御する装置であって、
各圧力制御手段の稼働状態、各圧力測定手段によって測定される圧力、および各流れ測定手段によって測定される流体の流量および流れ方向についての測定情報に基づいて導管網解析を行う解析手段と、
解析手段による圧力および流量の測定結果および算出結果に基づいて、該導管網で不適切に制御が行われている不適切制御箇所を検出し、該不適切制御箇所での圧力および流量を適切化するために必要な適切設定を、各圧力制御手段毎に、解析手段の導管網解析によって求める処理を行う処理手段と、
処理手段によって求められる適切設定を、各圧力制御手段に遠隔的に設定する設定手段とを含むことを特徴とする導管網圧力制御装置である。

本発明に従えば、地域に分布する需要者に流体を供給するために敷設され、複数の整圧器を含む圧力制御手段、複数の圧力測定手段、ならびに流量および流れ方向を測定する複数の流れ測定手段が設けられる導管網の圧力を制御する装置は、解析手段と、処理手段と、設定手段とを含む。解析手段は、各圧力制御手段の稼働状態、各圧力測定手段によって測定される圧力、および各流れ測定手段によって測定される流体の流量および流れ方向についての測定情報に基づいて導管網解析を行う。処理手段は、解析手段による圧力および流量の測定結果および算出結果に基づいて、解析対象となる導管網で不適切に制御が行われている不適切制御箇所を検出する。不適切制御箇所は、導管網解析によって検出するので、実際には圧力計や流量計が設けられていない位置でも、精度よく検出することができる。処理手段は、さらにその不適切制御箇所での圧力および流量を適切化するために必要な適切設定を、各圧力制御手段毎に、解析手段の導管網解析によって求める処理を行う。設定手段は、処理手段によって求められる適切設定を、各圧力制御手段に遠隔的に設定するので、圧力計や流量計が設置されていない位置も含めて高精度に導管網の圧力制御を行うことができる。

また本発明で、前記導管網には、少なくとも一部を遮断可能な遮断弁が設けられ、
前記解析手段は、遮断弁の開閉の影響を含めて前記導管網解析を行い、
前記処理手段は、前記適切設定を、遮断弁の開閉状態も含めて求め、
処理手段によって求められる適切設定に従うように、遮断弁を遠隔的に開閉させる開閉手段をさらに含むことを特徴とする。

本発明に従えば、導管網に配置される遮断弁を遠隔的に開閉するので、整圧器などの設定のみでは、不充分な場合でも、適切な圧力制御が可能となる、
さらにまた本発明は、コンピュータを、前述の導管網圧力制御装置として機能させるためのプログラムである。

本発明に従えば、パーソナルコンピュータやワークステーションなどのコンピュータに、プログラムをインストールして、圧力計や流量計が設置されていない位置も含めて高精度に導管網の圧力制御を行うことができる導管網圧力制御装置として使用することができる。

本発明によれば、導管網での圧力を制御するため、複数の整圧器を含む圧力制御手段、複数の圧力測定手段、ならびに流量および流れ方向を測定する複数の流れ測定手段を設けておく。導管網、圧力制御手段、圧力測定手段、および流れ測定手段の位置情報と地図情報とを、コンピュータにマップデータとして認識させ、測定される圧力、流体の流量および流れ方向についての測定情報に基づいて導管網解析を行う。不適切に制御が行われている不適切制御箇所を検出して、その不適切制御箇所での圧力および流量を適切化するために必要な適切設定を、各圧力制御手段毎に導管網解析によって求め、各圧力制御手段の設定を、それぞれ求められた適切設定に変更するので、圧力計や流量計が設置されていない位置も含めて高精度に導管網の圧力制御を行うことができる。

さらに本発明によれば、導管網圧力制御装置は、解析手段で各圧力制御手段の稼働状態、各圧力測定手段によって測定される圧力、および各流れ測定手段によって測定される流体の流量および流れ方向についての測定情報に基づいて導管網解析を行う。処理手段で、圧力および流量の測定結果および算出結果に基づき、不適切に制御が行われている不適切制御箇所を検出する。不適切制御箇所は、導管網解析によって検出するので、実際には圧力計や流量計が設けられていない位置でも、精度よく検出することができる。処理手段は、さらにその不適切制御箇所での圧力および流量を適切化するために必要な適切設定を、各圧力制御手段毎に、解析手段の導管網解析によって求める処理を行い、設定手段は、適切設定を、各圧力制御手段に遠隔的に設定するので、圧力計や流量計が設置されていない位置も含めて高精度に導管網の圧力制御を行うことができる。
また本発明によれば、遮断弁の遠隔的な開閉も含めて圧力制御を行うことができる。

さらにまた本発明によれば、コンピュータを、圧力計や流量計が設置されていない位置も含めて高精度に導管網の圧力制御を行うことができる導管網圧力制御装置として使用することができる。

図１は、本発明の実施の一形態である導管網の圧力制御方法で制御の対象とする導管網１の例を簡略化して示す。導管網１は、１つの地区に対して、流体、たとえば都市ガスを、企業や住民の家庭などに供給するために敷設される。導管網１には、都市ガスの製造所から順次隣接する地区などを経由して、中圧導管２，３，４，…で都市ガスが供給される。導管網１を地区単位で管理するために、地区の境界には遮断弁であるブロックバルブ５，６，７，…が設けられ、全部のブロックバルブ５，６，７，…を閉止すると、導管網１を介する都市ガスの供給を停止することができる。中圧導管２，３，４，…は、大気圧の数倍程度の圧力で都市ガスを輸送する。低圧導管１０は、たとえばゲージ圧で２ｋＰａＧなど、大気圧より少し高い程度の圧力で都市ガスを輸送する。低圧導管１０は網状に敷設され、顧客１１，１２，１３，…に都市ガスを直接供給する。

導管網１の管理のために、管理センタ２０が設置される。管理センタ２０では、複数の地区にわたって敷設されている導管網１を全体的に制御する。管理センタ２０には、ホストコンピュータ２１、入力装置２２、表示装置２３および通信装置２４などが設けられる。ホストコンピュータ２１は複数設けることもできる。ホストコンピュータ２１を複数設ける場合、ホストコンピュータ２１間で通信を行い、その情報を導管網解析に反映させることも可能である。

低圧導管１０と中圧導管２，３，４，…との接続は、複数の整圧器３１，３２，３３，…を介して行われる。各導管網１は、地域に分布する需要者に流体、たとえば都市ガスを供給するために敷設される。導管網１には、複数の圧力測定手段である圧力計３５，３６，…、ならびに流量および流れ方向を測定する複数の流れ測定手段である流量計３８，３９，…も設けられる。整圧器３１，３２，３３，…、圧力計３５，３６，…および流量計３８，３９，…の設置場所またはその近傍には、データ収集伝送器４１，４２，４３，…が設置され、整圧器３１，３２，３３，…の設定状態、圧力計３５，３６，…および流量計３８，３９の測定値などのデータを、無線や専用回線、一般通信回線などを介して管理センタ２０の通信装置２４に伝送することができる。

図２は、図１のホストコンピュータ２１での概略的な処理手順を示す。準備完了後、ステップｓ０で、たとえば電源を投入すると、一連の処理手順が開始される。ステップｓ１では、ホストコンピュータ２１に導管網１、整圧器３１，３２，３３，…、圧力計３５，３６，…および流量計３８，３９，…の位置情報と、地域の地図情報とをマップデータとして認識させる。ステップｓ２で、ホストコンピュータ２１は通信装置２４を介して、データ収集伝送器４１，４２，…に対するアクセスを行い、データを収集する。ステップｓ３では、各整圧器３１，３２，３３，…の稼働状態、各圧力計３５，３６，…によって測定される圧力、および各流量計３８，３９，…によって測定される流量および流れ方向についての測定情報に基づいて、ホストコンピュータ２１は導管網解析を行い、導管網１で、整圧器３１，３２，３３，…、圧力計３５，３６，…および流量計３８，３９，…が設けられていない位置での流量および圧力を算出する。ステップｓ４では、ステップｓ２で収集した圧力および流量の測定結果と、導管網解析による圧力および流量の算出結果とに基づいて、たとえば圧力が過大または過小になるような、導管網１で不適切に制御が行われている不適切制御箇所を検出する。

ステップｓ５では、不適切制御箇所が検出されているか否かを判断する。不適切箇所が検出されているときは、ステップｓ６で、たとえば流れの方向に従い、不適切制御箇所の上流側の整圧器３１，３２，３３，…の設定圧を一定量だけ変更する。不適切制御箇所での圧力が過大であれば、設定圧を低下させ、不適切制御箇所での圧力が過小であれば、設定圧を上昇させる。ステップｓ６での設定圧の変更後、ステップｓ３に戻り、変更した設定圧での導管網解析を行う。設定圧の変更が適切になれば、ステップｓ５での判断で、不適切制御箇所は無いと判断される。ステップｓ５で不適切制御箇所が検出されると、ステップｓ３からステップｓ６までの処理手順を繰返す。

ステップｓ５で不適切制御箇所が無いと判断するときは、ステップｓ７で、整圧器３１，３２，３３，…に対する設定の変更があるか否かを判断する。いったん不適切制御箇所が検出されて、整圧器３１，３２，３３，…の設定値変更で解消されているような場合は、ステップｓ８で実際に整圧器３１，３２，３３，…の設定値を適切設定の状態になるように、遠隔的に設定する制御を行う。ステップｓ７で設定値変更が無いと判断するとき、またはステップｓ８の後は、ステップｓ９で、ステップｓ１で認識している情報に変更があるか否かを判断する。変更があれば、ステップｓ１に戻る。ステップｓ９で変更が無いと判断するときは、ステップｓ１０で処理が終了か否かを判断する。たとえば、図１の入力装置１に停止の指示が入力されているような場合は、終了と判断する。ステップｓ１０で処理が終了ではないと判断するときは、ステップｓ２に戻る。ステップｓ１０で終了と判断するときには、ステップｓ１１で処理手順を終了する。

図３は、図２の処理手順での解析結果で判る不適切制御箇所の例を（ａ）、整圧器を適切設定に変更して得られる状態を（ｂ）で、それぞれ示す。たとえば顧客１１の圧力がたとえば１．９ｋＰａＧに低下していることが検出されると、整圧器３１の設定がたとえば２．１ｋＰａＧに変更される。（ｂ）では、顧客１１の圧力がたとえば２．０ｋＰａＧとなり、圧力低下が解消する。

以上の説明は、導管網１で圧力および流量を適切化するために必要な適切設定を、各整圧器３１，３２，３３，…毎に導管網解析によって求め、各整圧器３１，３２，３３，…の設定を、それぞれ求められた適切設定に変更する導管網圧力制御方法についてである。すなわち、地域に分布する需要者である顧客１１，１２，１３，…に流体である都市ガス等を供給するために敷設される導管網１での圧力を制御するため、複数の整圧器３１，３２，３３，…、複数の圧力計３５，３６，…、ならびに複数流量計３８，３９，…を設け、それらの位置情報と地図情報とを、ホストコンピュータ２１にマップデータとして認識させる。圧力および流量の測定結果および導管網解析による算出結果に基づいて、圧力が規定の範囲内に入っていないなど、不適切に制御が行われている不適切制御箇所を検出するので、実際には圧力計３５，３６，…や流量計３８，３９，…が設けられていない位置でも、精度よく不適切制御箇所を検出することができる。その不適切制御箇所での圧力および流量を適切化するために必要な適切設定を、各整圧器３１，３２，３３，…毎に導管網解析によって求める。たとえば、整圧器３１，３２，３３，…の設定圧力を変化させてみて、導管網解析を行い、不適切制御箇所での圧力および流量が適切になる適切設定を求める。各整圧器３１，３２，３３，…の設定状態がそれぞれ求められた適切設定を反映するように変更するので、圧力計３５，３６，…や流量計３８，３９，…が設置されていない位置も含めて高精度に導管網１の圧力制御を行うことができる。

さらに以上で説明している導管網圧力制御は、導管網圧力制御装置などで、自動的に行うこともできる。このような導管網圧力制御装置は、地域に分布する需要者である顧客１１，１２，１３，…に流体である都市ガスを供給するために敷設され、複数の整圧器３１，３２，３３，…、複数の圧力計３５，３６，…、ならびに複数の流量計３８，３９，…が設けられる導管網１の圧力を制御する装置であって、解析手段と、処理手段と、設定手段とを含むように、パーソナルコンピュータやワークステーションなどをホストコンピュータ２１とするコンピュータのプログラム処理などによって実現される。

解析手段は、各整圧器３１，３２，３３，…の稼働状態、各圧力計３５，３６，…によって測定される圧力、および各流量計３８，３９，…によって測定される都市ガスなどの流量および流れ方向についての測定情報に基づいて導管網解析を行う。処理手段は、解析手段による圧力および流量の測定結果および算出結果に基づいて、解析対象となる導管網１で不適切に制御が行われている不適切制御箇所を検出する。不適切制御箇所は、導管網解析によって検出するので、実際には圧力計３５，３６，…や流量計３８，３９，…が設けられていない位置でも、精度よく検出することができる。処理手段は、さらにその不適切制御箇所での圧力および流量を適切化するために必要な適切設定を、各整圧器３１，３２，３３，…毎に、解析手段の導管網解析によって求める処理を行う。設定手段は、処理手段によって求められる適切設定を、各整圧器３１，３２，３３，…に遠隔的に設定するので、圧力計３５，３６，…や流量計３８，３９，…が設置されていない位置も含めて高精度に導管網１の圧力制御を行うことができる。

なお、流体は都市ガスである場合について説明しているけれども、水などの液体を供給する導管網であっても、同様に本発明を適用することができる。また導管網１に設けられる遮断弁であるブロックバルブ５，６，７，…や整圧器３１，３２，３３…とともに設置される遮断弁など、遮断弁を遠隔的に開閉させる場合の導管網解析を行い、適切設定に遮断弁を含めることもできる。さらに、整圧器３１，３２，３３…による圧力制御ばかりでなく、ブースタやタンクも使用する圧力制御にも本発明を同様に適用することができる。

本発明の実施の一形態である導管網の圧力制御方法で制御の対象とする導管網１の例を簡略化して示す図である。 図１のホストコンピュータ２１での概略的な処理手順を示すフローチャートである。 図２の処理手順での解析結果で判る不適切制御箇所の例と、整圧器を適切設定に変更して得られる状態とを示す図である。

符号の説明

１ 導管網
２，３，４，… 中圧導管
５，６，７，… ブロックバルブ
１０ 低圧導管
１１，１２，１３，… 顧客
２０ 管理センタ
２１ ホストコンピュータ
２４ 通信装置
３１，３２，３３，… 整圧器
３５，３６，… 圧力計
３８，３９，… 流量計
４１，４２，４３，… データ収集伝送器

Claims (4)

1. 地域に分布する需要者に流体を供給するために敷設される導管網に関して、複数の整圧器を含む圧力制御手段と、複数の圧力測定手段と、流量および流れ方向を測定する複数の流れ測定手段とを設けておき、
   コンピュータに導管網、圧力制御手段、圧力測定手段、および流れ測定手段の位置情報と地図情報とをマップデータとして認識させ、
   各圧力制御手段の稼働状態、各圧力測定手段によって測定される圧力、および各流れ測定手段によって測定される流体の流量および流れ方向についての測定情報に基づいて導管網解析を行って、導管網で、圧力測定手段または流れ測定手段が設けられていない位置を含めて、各位置での圧力および流量を算出し、
   圧力および流量の測定結果および算出結果に基づいて、該導管網で不適切に制御が行われている不適切制御箇所を検出し、
   該不適切制御制御箇所での圧力および流量を適切化するために必要な適切設定を、各整圧器毎に導管網解析によって求め、
   各圧力制御手段の設定を、それぞれ求められた適切設定に変更することを特徴とする導管網圧力制御方法。
2. 地域に分布する需要者に流体を供給するために敷設され、複数の整圧器を含む圧力制御手段、複数の圧力測定手段、ならびに流量および流れ方向を測定する複数の流れ測定手段が設けられる導管網の圧力を制御する装置であって、
   各圧力制御手段の稼働状態、各圧力測定手段によって測定される圧力、および各流れ測定手段によって測定される流体の流量および流れ方向についての測定情報に基づいて導管網解析を行う解析手段と、
   解析手段による圧力および流量の測定結果および算出結果に基づいて、該導管網で不適切に制御が行われている不適切制御箇所を検出し、該不適切制御箇所での圧力および流量を適切化するために必要な適切設定を、各圧力制御手段毎に、解析手段の導管網解析によって求める処理を行う処理手段と、
   処理手段によって求められる適切設定を、各圧力制御手段に遠隔的に設定する設定手段とを含むことを特徴とする導管網圧力制御装置。
3. 前記導管網には、少なくとも一部を遮断可能な遮断弁が設けられ、
   前記解析手段は、遮断弁の開閉の影響を含めて前記導管網解析を行い、
   前記処理手段は、前記適切設定を、遮断弁の開閉状態も含めて求め、
   処理手段によって求められる適切設定に従うように、遮断弁を遠隔的に開閉させる開閉手段をさらに含むことを特徴とする請求項２記載の導管網圧力制御装置。
4. コンピュータを、請求項２または３記載の導管網圧力制御装置として機能させるためのプログラム。

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