JP2006266767A

JP2006266767A - 配管網の流体リーク監視装置

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Publication number: JP2006266767A
Application number: JP2005082937A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Yano; 正矢野
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-03-23
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】装置構成を複雑、高価にすることなく、配管網の二次元および三次元での流体のリーク検出およびリーク位置を特定する。
【解決手段】配管が立体分布する流体配管網ＰＮに対して、１本の狭指向性マイク２Ｘ，２Ｙをアクチュエータ機構３Ｘ，３ＹでＸ,Ｙ,Ｚ軸方向に走査制御し、各走査角度方向からの音圧を信号処理部４Ｘ，４Ｙで該走査角度と対応付けた音圧と走査角度の組データとして集音する２台の集音装置１Ｘ，１Ｙを設ける。監視用コンピュータ５は、走査指令部８によってアクチュエータ機構を走査制御し、受信する音圧と走査角度の組データをデータベース９に保存し、比較部１０によって音圧を閾値と比較してリーク発生を検出し、リーク位置判定部１１によって走査角度信号を基にリーク位置を三次元で特定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラントにおける高圧ガス等の流体配管網からの流体のリーク（漏洩）を監視する監視装置に係り、特に音響信号によって流体のリークを検出およびリーク位置を特定する監視装置に関する。

高圧ガス等の流体（気体、液体）を使用するプラントには、タンク，配管またはバルブを組み合わせた配管網が設備されており、流体のリークは重大な事故原因にもなりかねないため、その監視が必須となる。

この監視方式として、監視員が配管網を巡回して点検監視するのでは、リーク発生からその発見までの時間遅れがあることや、目に見えないガスの場合にはリークを見落としてしまうという問題がある。

このため、計測器を利用してリークを監視する自動監視方式がある。例えば、流量計による流量減や、圧力計による圧力減を目安とするリーク監視方式があるが、これらではリークがある程度大きくないと検出できないことや、リーク位置を特定するのが難しい。また、偏光レンズを使用した工業用テレビカメラによる大気の温度分布を観測し、その不均一によりリークを検出する方式があるが、大気とリークする流体との温度差が少ないときは、可視化技術が充分でないため、リーク検出ができない場合があり、検出遅れを生じることや、微少量のリークを識別できないことがある。

これらの不都合を解消しようとする他の前記自動監視方式として、音響信号の変化を基にしてリークの発生およびリーク位置を特定する監視方式が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特許文献１の漏洩検査方法は、配管の両端に設けた音圧センサにより両センサ位置での音圧を検出し、両音圧信号から流体の流動音や機械音などがもつ周波数帯域を除去した後に基準音圧（閾値）と比較して漏洩の有無を判定する。さらに、両センサ位置の音圧データから漏洩音の伝播時間差を基にして漏洩地点を特定する。

特許文献２のリーク監視装置は、超音波マイクによってノイズの影響を受けない超音波領域で漏洩音の検出を行う方式であり、監視領域に向けて、無指向性の超音波マイクを複数本配置し、それらが集音する音響波形の時間差（音伝播時間差）と超音波マイクの位置関係から、二次元（面分布）さらには三次元（立体分布）で漏洩位置を特定する。
特開平５−８７６６９号公報特開平１１−５１３００号公報

特許文献１の監視方式は、配管のような軸線方向のリーク位置を検出できるが、二次元や三次元での位置検出ができない。

この点、特許文献２の監視方式は、二次元や三次元でのリーク位置検出ができるが、精度を高めたリーク位置の特定には、多数本の超音波マイクの設置とそれらの多数の集音信号の処理装置（ノイズ除去フィルタやＦＦＴ演算手段など）を必要とし、装置が高価になることや、大型化も招く。

本発明の目的は、装置構成を複雑、高価にすることなく、配管網の二次元および三次元での流体のリーク検出およびリーク位置を特定できる配管網の流体リーク監視装置を提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、流体リーク監視対象となる配管網に対して、１本または２本の狭指向性マイクをＸ,Ｙ,Ｚ軸方向に走査制御することで二次元または三次元での各走査角度方向からの音圧を走査角度と対応付けた音圧と走査角度の組データとして集音し、この音圧と走査角度の組データを基にしたデータ処理によって、流体のリーク検出およびリーク位置を二次元または三次元で特定できるようにしたもので、以下の構成を特徴とする。

（１）配管が面分布する流体配管網からの流体のリーク検出およびリーク位置を特定する監視装置であって、
流体配管網に対して、１本の狭指向性マイクをＸ,Ｚ軸方向に走査制御し、各走査角度方向からの音圧を該走査角度と対応付けた音圧と走査角度の組データとして集音する１台の集音装置と、
前記音圧と走査角度の組データを基に、流体配管網からの流体のリーク検出およびリーク位置を二次元で特定するデータ処理装置とを備えたことを特徴とする。

（２）配管が立体分布する流体配管網からの流体のリーク検出およびリーク位置を特定する監視装置であって、
流体配管網に対して、２本の狭指向性マイクを有し、一方の狭指向性マイクをＸ,Ｚ軸方向に走査制御し、他方の狭指向性マイクをＹ,Ｚ軸方向に走査制御し、各走査角度方向からの音圧を該走査角度と対応付けた音圧と走査角度の組データとして集音する２台の集音装置と、
前記音圧と走査角度の組データを基に、流体配管網からの流体のリーク検出およびリーク位置を三次元で特定するデータ処理装置とを備えたことを特徴とする。

（３）前記集音装置と配管網の各集音部位との距離の違いに応じて、前記音圧と走査角度の組データの音圧データを補正、またはリーク検出のために該音圧データと比較する閾値を補正する手段を備えたことを特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、流体リーク監視対象となる配管網に対して、１本または２本の狭指向性マイクをＸ,Ｙ,Ｚ軸方向に走査制御することで二次元または三次元での各走査角度方向からの音圧を走査角度と対応付けた音圧と走査角度の組データとして集音し、この音圧と走査角度の組データを基にしたデータ処理によって流体のリーク検出およびリーク位置を二次元または三次元で特定できるようにしたため、１本の狭指向性マイクと走査制御用アクチュエータからなる１台または２台の集音装置と、ソフトウェア構成にしたコンピュータなどの情報処理装置で実現され、監視装置としては従来の装置構成に比べて複雑でなく、二次元または三次元の配管網のリーク検出およびリーク位置特定が可能で、かつ小型化およびコストダウンを図ることができる。

図１は、本発明の実施形態を示す装置構成図である。流体リーク監視対象となる配管網ＰＮの領域外で、その中心部位からＸ軸方向とＹ軸方向の部位に２台の集音装置１Ｘと１Ｙを設ける。

これら集音装置１Ｘ、１Ｙは、それぞれ運台に載置される狭指向性マイク２Ｘ、２Ｙと、これら狭指向性マイク２Ｘ、２Ｙの集音部を配管網ＰＮの領域（上下と左右方向をもつ三次元）に向けた左右方向（ＸまたはＹ軸方向）の走査とその上下方向（Ｚ軸方向、俯角）の走査をさせるアクチュエータ機構３Ｘ、３Ｙと、狭指向性マイク２Ｘ、２Ｙからの集音信号およびアクチュエータ３Ｘ、３Ｙの走査角度（左右角度と上下角度）信号をディジタル化して伝送するための信号処理部４Ｘ、４Ｙとを備える。

ここで、狭指向性マイク２Ｘ、２Ｙは、集音部が向いた方向に感度が高く、それ以外の方向からの音を抑制するマイクであり、単一指向性マイクに比べて狙った方向から集音し易くなっており、遠くで鳴く小鳥や、スタジオで俳優のせりふを集音するものと同等のものである。

アクチュエータ機構３Ｘ、３Ｙは、運台に載置される狭指向性マイク２Ｘ、２Ｙをモータ駆動によって走査角度（左右角度と上下角度）を各々のアクチェータで二次元制御するものであり、受信する制御角度指令とその角度検出による自動制御系を設けて高い分解能をもつ遠隔監視カメラの撮影方向を制御する機構のもの等で実現される。

信号処理部４Ｘ、４Ｙは、狭指向性マイク２Ｘ、２Ｙで集音した音圧信号およびそのときのアクチュエータ３Ｘ、３Ｙの走査角度（左右角度と上下角度）信号をディジタル化し、音圧と走査角度の組データとして順次ディジタル化するもので、例えば、ノイズ除去のフィルタリング処理とサンプリング処理およびＡ／Ｄ変換器によって構成される。

次に、データ処理装置としての監視用コンピュータ５は、集音装置１Ｘ、１Ｙとはディジタル信号による有線または無線の送受信手段（送信器６と受信器７）を備える。送信器６は、走査指令部８から発生するマイク２Ｘ，２Ｙの走査角度信号（例えば角度１°刻みの数値信号）または走査指令（例えば走査開始信号）を集音装置１Ｘ、１Ｙのアクチュエータ３Ｘ、３Ｙに送信する。受信器７は、信号処理部４Ｘ、４Ｙに得る音圧と走査角度の組データ郡を受信し、これらをデータベース９に一旦保存する。

監視用コンピュータ５の比較部１０は、データベース９に保存される音圧と走査角度の組データ郡のうち、音圧データが閾値を超えた組データをリーク発生組データとして抽出する。リーク位置判定部１１は、比較部１０が検出したリーク発生組データが持つ走査角度データを基に、三角関数演算によって、リーク発生位置を特定する。出力部１２は、リーク位置判定部１１が特定したリーク発生位置をディスプレイ上に画面表示またはプリンタで印字出力、もしくはその両方を出力する。

なお、走査指令部８、比較部１０、リーク位置判定部１１等は、ソフトウェア構成としてコンピュータ５に搭載され、データベース９はハードディスク等の外部記憶装置や内部メモリを利用したオンライン処理とすることができる。

以上の構成になる流体リーク監視装置の動作を説明する。コンピュータ５は、リーク監視の開始で、その走査指令部８から集音装置１Ｘと１Ｙに走査指令を送信する。この走査指令を受信した集音装置１Ｘと１Ｙのアクチュエータ３Ｘ、３Ｙはそれぞれ狭指向性マイク２Ｘ、２Ｙをステップ的に三次元の走査制御を行う。

この制御により、監視対象となる配管網ＰＮの三次元位置から狭指向性マイク２Ｘ、２Ｙが集音する。例えば、左右方向の走査制御には、図１に示すように、角度θｙ，θｘの走査を行う。また、上下方向の走査制御には、図２に示すように、角度θｚの走査を行う。

このような走査制御により、狭指向性マイク２Ｘ、２Ｙには配管網ＰＮの三次元位置での音圧データ郡として集音され、これらデータ郡は走査角度と対応付けた音圧と走査角度の組データ群としてデータベース９に保存される。図３にデータベースの保存データ例を示し、狭指向性マイク２Ｘ、２Ｙの両方の検出値Ｐｘ，Ｐｙからなる組データをその走査角度θｘ，θｙ，θｚと共に三次元配列で保存する。

コンピュータ５は、データベース９に収集したデータ郡を順次読み出し、比較部１０により各走査角度位置での音圧データ（Ｐｘ，Ｐｙ）が共に閾値を超えたか否か（リークが発生が予測される組データか否か）を判定する。この判定がなされたとき、この組データがもつ走査角度データθｘ、θｙ、θｚから、リーク位置判定部１１は三角関数演算によってリーク位置Ｐを算出し、そのリーク位置情報を出力部１２に出力する。なお、リーク位置情報は狭指向性マイク２Ｘ、２Ｙからの距離と角度情報を目盛り変換することで、監視員等によるリーク位置認識を容易にする。

したがって、本実施形態によれば、配管網の近傍に、狭指向性マイクを左右方向と上下方向の三次元で走査制御して集音できる集音装置を設け、これら集音装置で得る音圧と走査角度の組データ郡を基に、監視用コンピュータによる制御と演算処理により、流体のリークの発生検出および三次元で流体のリーク位置を特定することができる。また、装置構成上は、１本の狭指向性マイクと走査制御用アクチュエータからなる１台または２台の集音装置と、比較的簡単なソフトウェア構成にした監視用コンピュータなどの情報処理装置で実現され、小型化およびコストダウンを図ることができる。

なお、実施形態は、三次元で流体のリーク位置を特定する場合を示すが、二次元（面分布）の配管網での流体のリークを検出および位置を特定する場合には、１つの集音装置１Ｘまたは１Ｙにより走査制御と集音を行い、この音圧と走査角度の組データ群からコンピュータ５で流体のリーク検出と位置特定ができる。

また、集音装置１Ｘ，１Ｙと配管網ＰＮの各集音部位とは距離の変化があるため、距離の二乗で音圧レベルが低下するため、配管網が比較的広い範囲になる場合は、集音データの補正処理を行うのが好ましい。この補正処理は、集音装置１Ｘ，１Ｙの信号処理部４Ｘ、４Ｙで補正、または比較部１０に設定する閾値の切り替えで済む。

また、集音装置１Ｘ，１Ｙは、配管網の中心位置で互いに直交する走査方向とする場合を示すが、互いに離間させた位置であればよい。

本発明の実施形態を示す装置構成図。実施形態における上下方向の走査制御の模式図。実施形態におけるデータベースの保存データ例。

符号の説明

１Ｘ，１Ｙ集音装置
２Ｘ，２Ｙ狭指向性マイク
３Ｘ，３Ｙアクチュエータ機構
４Ｘ，４Ｙ信号処理部
５監視用コンピュータ
６送信器
７受信器
８走査指令部
９データベース
１０比較部
１１リーク位置判定部
１２出力部

Claims

配管が面分布する流体配管網からの流体のリーク検出およびリーク位置を特定する監視装置であって、
流体配管網に対して、１本の狭指向性マイクをＸ,Ｚ軸方向に走査制御し、各走査角度方向からの音圧を該走査角度と対応付けた音圧と走査角度の組データとして集音する１台の集音装置と、
前記音圧と走査角度の組データを基に、流体配管網からの流体のリーク検出およびリーク位置を二次元で特定するデータ処理装置とを備えたことを特徴とする配管網の流体リーク監視装置。
配管が立体分布する流体配管網からの流体のリーク検出およびリーク位置を特定する監視装置であって、
流体配管網に対して、２本の狭指向性マイクを有し、一方の狭指向性マイクをＸ,Ｚ軸方向に走査制御し、他方の狭指向性マイクをＹ,Ｚ軸方向に走査制御し、各走査角度方向からの音圧を該走査角度と対応付けた音圧と走査角度の組データとして集音する２台の集音装置と、
前記音圧と走査角度の組データを基に、流体配管網からの流体のリーク検出およびリーク位置を三次元で特定するデータ処理装置とを備えたことを特徴とする配管網の流体リーク監視装置。
前記集音装置と配管網の各集音部位との距離の違いに応じて、前記音圧と走査角度の組データの音圧データを補正、またはリーク検出のために該音圧データと比較する閾値を補正する手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の配管網の流体リーク監視装置。