JP2007256072A - ガスパイプライン監視設備 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスパイプラインで水素等可燃性ガスを輸送するときに、可燃性ガスが一旦漏洩すると素早く検知する。
【解決手段】
水素パイプライン３０を監視計測点Ａ、Ｂ・・・に区切れるとともに、サンプリング管１の末端部に設けられた制御弁１４を開弁し、吐出ポンプ２２でサンプリング管１内の水素ガスを排出した後に、当該制御弁１４を閉弁し、吸引ポンプ２１で吸引口１１から水素ガスを吸引して、その水素ガスの吸引時間に基づいてガス漏洩の位置（監視計測点）を特定することができ、水素パイプライン３０に対する万全な監視を実現できる。
【選択図】 図１

Description

本発明はガスパイプラインの漏洩監視設備、特に水素ガスパイプラインの水素漏洩を検知する監視設備に関する。

ガスパイプラインとは、例えば都市ガスの場合、精製されたガスの運搬を目的として、ガス製造所及びコンビナートと、ガス使用場所となる市中と配管を繋ぐものである。供給元と供給先で圧力／流量計測を行い、集中監視設備にて常時監視している（例えば特許文献１に参照）。

：特開２００４−１３８６２７号公報

しかし、水素をパイプラインで輸送する場合、水素は分子量が小さいので、計器や弁類の隙間に侵入しやすく、水素脆性で溶接部の劣化部から漏洩易いため、微量的な水素漏れがあるときに、流量および圧力の監視方法でなかなか検知しにくく、早期発見が難しいという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、所定ガスの運搬に利用されるガスパイプラインの外側に沿って配設されて、その側面に吸引口が設けられるサンプリング管と、当該サンプリング管を介してガスを吸引する吸引手段と、吸引されたガスの成分を分析する分析手段とを備え、上記分析手段により所定ガスの漏洩を検出することを特徴とする。

また、上記ガスパイプラインが複数の監視計測点に区切られるとともに、上記サンプリング管の末端部に設けられた制御弁と、上記サンプリング管内のガスを排出せしめる排出手段と、上記制御弁を開弁して排出手段によりサンプリング管内のガスを排出した後に、当該制御弁を閉弁して、上記吸引手段によりガスを吸引し、所定ガスの吸引時間に基づきガス漏洩の監視計測点を特定する特定手段と、を備えていることを特徴とする。

また、上記ガスパイプラインが複数の監視計測点に区切られるとともに、上記サンプリング管が監視計測点ごとに複数配設され、該複数のサンプリング管を選択的に上記分析手段に接続する選択手段を備え、ガス漏洩の監視計測点を特定することを特徴とする。

また、上記ガスパイプラインの漏れやすい部位には、上記吸引口を密に設置することを特徴とする。

また、上記分析手段は、質量分析計を使用することを特徴とする。

本発明によれば、所定ガスの運搬に利用されるガスパイプラインの外側に沿って配設されて、その側面に吸引口が設けられるサンプリング管と、当該サンプリング管を介してガスを吸引する吸引手段と、吸引されたガスの成分を分析する分析手段とを備えるため、サンプリング管はリニア的にガスパイプライン周囲の雰囲気を採取することができ、ガスパイプラインを監視する範囲が広い。また吸引方式を使用するため、漏洩された所定ガスが容易に分析装置までに運ばれ、検出時間が短い。さらに、監視計測点を特定すればガス漏洩の位置が分かる。

この発明に関わるガスパイプライン、ガスパイプライン監視設備のシステム構成を図１に示している。図２はそのガスパイプラインとサンプリング管の断面で、図３は斜面図である。

実施形態１
水素パイプライン３０は、例えば水素製造の供給元側と水素消費の供給先側とを連結して水素ガスを運搬する配管であり、通常は保護管を介して地中に埋設されている。

ガスパイプライン監視設備１００は、主にサンプリング管１と、検出部２と、連動制御装置３と、で構成されている。サンプリング管１は、図１に示すように、水素パイプライン３０に沿って、すなわち水素パイプライン３０と平行しながら密着に配設されている。検出部２は、吸引手段としての吸引ポンプ２１と、排出手段としての吐出ポンプ２２と、分析手段としての質量分析計２３と、データ変換部２４と、で構成されている。連動制御装置３は、検出部２からの検出信号により例えばガスの濃度を表示したり、ガス漏洩の警報を発したり、あるいは後述の制御弁１４の開閉を制御したりことにして、ガスパイプライン監視設備１００をコントロールしている。

次に、サンプリング管１の配設について説明する。

サンプリング管１は、その一端が吸引ポンプ２１と接続され、吸引ポンプ２１の起動によって、サンプリング管１内のガスが吸引され、質量分析計２３に送られる。また、サンプリング管１のこの端は吐出ポンプ２２にも接続されており、吐出ポンプ２２の起動で、サンプリング管１内のガスをこの端の反対側、つまり管の末端部より排出することができる。吸引ポンプ２１と吐出ポンプ２２の出口側に、それぞれ制御弁１２ａと１２ｂを設けて、そして制御弁１２に選択スイッチ１３が取付けられている。これによって、サンプリング管１に対して吸引を施すか、それとも排出を施すかの作業を選択することができる。また、サンプリング管１の末端部に制御弁１４が設けられて、連動制御装置３がこの制御弁１４の開閉動作を連動制御している。

サンプリング管１は、細長い配管で形成され、その配管の内径は、例えば１０ｍｍのものである。一方、サンプリング管１の側面に複数の吸引口１１が横設されており、吸引口１１の直径は、上記サンプリング管１の内径より小さく、例えば１ｍｍである。吸引口１１の設置間隔は、水素パイプライン３０の監視計測点（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点・・・）の間隔に一致するように設定される。例えば水素パイプライン３０の監視計測点の間隔（Ａ〜Ｂ）が５ｍの場合、吸引口１１ａと吸引口１１ｂの設置間隔も５ｍとすればよい。また、水素パイプライン３０の漏れやすい部位、例えば溶接部、計器や弁類の接続部の付近には、吸引口１１を所定間隔より密に設置して、この場合、溶接部３１の付近に吸引口１１ｂ１を設置するほか、該吸引口１１ｂ１の両側に吸引口１１ｂ２と吸引口１１ｂ３を例えば０．５ｍの間隔で併設する。そうすると、水素の漏れやすい所にガスサンプリングの範囲が広められ、水素ガスの漏れをより早く検知することができる。

質量分析計２３はガス成分を分析する装置で、高精度，高応答性の特性を有し、特に水素は分子量２であり他のガスと区別しやすいため、微量的な水素が漏洩してもすぐ検知することができる。データ変換部１２は質量分析計２３の検知データを変換して連動制御装置３に送信する装置である。連動制御装置３はガス濃度の表示や警報を行い、またポンプの吸引・吐出及び制御弁１４を制御するなど機能を持っている。

以下、このガスパイプライン監視設備１００の動作手順を図４に参照しながら説明する。

常時、制御弁１２ａと制御弁１２ｂがそれぞれ開放と閉鎖の状態となり、サンプリング管１の末端部にある制御弁１４が閉鎖されている。吸引ポンプ２１が吸引口１１により水素パイプライン３０周囲のガスを採取し、質量分析計２３は採取されたガスの成分を分析している（Ｓ１）。

溶接部３１から水素ガスの漏洩が発生し、質量分析計２３で水素ガスを検出した（Ｓ２）。

質量分析計２３は、水素ガス検出の信号をデータ変換部２４を介して、連動制御装置３に送出する。連動制御装置３において水素漏洩の濃度を表示するとともに、予備警報を発する（Ｓ３）。

連動制御装置３は、制御弁１４を開放させ（Ｓ４）、吸引ポンプ２１を停止して、選択スイッチ１３の操作で制御弁１２ａを閉鎖するとともに、制御弁１２ｂを開放させ、吐出ポンプ２２を起動する（Ｓ５）。

吐出ポンプ２２が起動したため、サンプリング管１内水素を含むガスが一旦管の末端部より排出される（Ｓ６）。この場合、サンプリング管１の管径は吸引口１１の径より大きく設計されていたため、サンプリング管１内のガスが殆ど末端部から排出される。

サンプリング管１内のガスが排出された後、すなわちサンプリング管１内に水素ガスがない状態で、制御弁１４を閉鎖させ（Ｓ７）、吐出ポンプ２２を停止して制御弁１２ｂを閉鎖するとともに、制御弁１２ａを開放させ、吸引ポンプ２２を起動する。このとき、吸引時間のカウントを開始する（Ｓ８）。

質量分析計２３において再度水素ガスを検出するときに（Ｓ９）、吸引時間及び吸引速度に基づき、連動制御装置３は吸引口１１の位置を特定することができる（Ｓ１０）。そしてその位置に対応する監視計測点を特定することができる（Ｓ１１）。

そして連動制御装置３において、水素パイプライン３０からの水素漏洩の位置や濃度を表示し、警報を発する（Ｓ１２）。

もし質量分析計２３において水素ガスを再度検出できなければ、水素ガスの漏洩を断定せず、サンプリング管１により監視作業を継続する（Ｓ９）。

ここで、２台ポンプ（吸引ポンプ２１と吐出ポンプ２２）の利用を記載したが、一台のポンプを使用して、ポンプの回転によりサンプリング管１に対する吸引や吐出を実現することもできる。

この実施形態１によれば、水素ガスの運搬に利用される水素パイプライン３０において、該水素パイプライン３０の外側に沿って配設されてその側面に吸引口１１が設けられるサンプリング管１と、当該サンプリング管１を介してガスを吸引する吸引ポンプ２１と、吸引されたガスの成分を分析する質量分析計２３とを備えているガスパイプライン監視設備１００は、質量分析計２３が水素ガスを検出すると、水素パイプライン３０から水素ガスが漏洩していることを判明できる。そして、水素パイプライン３０を監視計測点Ａ、Ｂ・・・に区切れるとともに、サンプリング管１の末端部に設けられた制御弁１４を開弁し、吐出ポンプ２２でサンプリング管１内の水素ガスを排出した後に、当該制御弁１４を閉弁し、吸引ポンプ２１で吸引口１１から水素ガスを吸引して、その水素ガスの吸引時間に基づいて水素ガスの漏洩位置（監視計測点）を特定することができ、水素パイプライン３０に対する万全な監視を実現できる。

また、水素パイプライン３０の水素ガスが漏れやすい部位、例えば溶接部３１には、吸引口１１を密に設置する。そうすると、溶接部３１の周囲にガスサンプリングの範囲が広められ、水素ガスの漏れがあればより早く検知することができる。

また、分析装置としての質量分析計２３は高精度，高応答性の特性を有し、特に水素は分子量２であり他のガスと区別しやすいため、微量的な水素ガスが漏洩してもすぐ検知することができる。

実施形態２
水素パイプライン３０に複数の監視計測点（Ａ、Ｂ、Ｃ）を設け、各監視計測点にそれぞれサンプリング管１を沿わして対応させ、選択弁４の切換えにより各監視計測点のガスを吸引して監視する（図５）。

この場合、例えばサンプリング管１ａを監視計測点Ａと対応し、サンプリング管１ｂを監視計測点Ｂと対応し、サンプリング管１ｃを監視計測点Ｃと対応して、選択弁４の操作でサンプリング管１が吸引口１１を介して、それぞれの監視計測点のガスを採取して、質量分析計２３においてガスを分析する。水素パイプライン３０から水素ガスの漏洩が発生すると、連動制御装置３は、送られた水素ガスのサンプリング管１を判断して、監視計測点を特定することができる。

この実施形態２によれば、上記実施形態１の２台のポンプや制御弁１４を省略することができる。水素パイプライン３０から水素ガスの漏洩が発生すると、ガスパイプライン監視設備２００における連動制御装置３は、送られた水素ガスのサンプリング管１を判断して、ガス漏洩の場所（監視計測点）を特定することができ、水素パイプライン３０に対する万全な監視を実現できる。

実施形態１および実施形態２では、水素ガスのパイプラインを例として挙げて記載したが、水素ガスに限定することなく、質量分析計の多成分ガスを分析できる特徴を活用して、他の可燃性あるいは有毒ガスのパイプラインにおけるガスの漏洩を監視することもできる。

実施形態１に係わるガスパイプライン監視設備１００の説明図である。 実施形態１に係わる水素パイプライン３０とサンプリング管１の断面図である。 実施形態１に係わる水素パイプライン３０とサンプリング管１の斜面図である。 実施形態１に係わる動作手順のフローチャートである。 実施形態２に係わるガスパイプライン監視設備２００の説明図である。

符号の説明

１００ ガスパイプライン監視設備
１ サンプリング管
２ 検知部
３ 連動制御装置
４ 選択弁
１１ 吸引口
１３ 選択スイッチ
１４ 制御弁
２１ 吸引ポンプ
２２ 吐出ポンプ
２３ 質量分析計
２４ データ変換部
３０ 水素パイプライン
３１ 溶接部
Ａ、Ｂ、Ｃ 監視計測点

Claims (5)

1. 所定ガスの運搬に利用されるガスパイプラインの外側に沿って配設されて、その側面に吸引口が設けられるサンプリング管と、当該サンプリング管を介してガスを吸引する吸引手段と、吸引されたガスの成分を分析する分析手段と、を備え、上記分析手段により所定ガスの漏洩を検出することを特徴とするガスパイプライン監視設備。
2. 上記ガスパイプラインが複数の監視計測点に区切られるとともに、上記サンプリング管の末端部に設けられた制御弁と、上記サンプリング管内のガスを排出せしめる排出手段と、上記制御弁を開弁して排出手段によりサンプリング管内のガスを排出した後に、当該制御弁を閉弁して、上記吸引手段によりガスを吸引し、所定ガスの吸引時間に基づきガス漏洩の監視計測点を特定する特定手段と、を備えていることを特徴とする請求項１記載のガスパイプライン監視設備。
3. 上記ガスパイプラインが複数の監視計測点に区切られるとともに、上記サンプリング管が監視計測点ごとに複数配設され、該複数のサンプリング管を選択的に上記分析手段に接続する選択手段を備え、ガス漏洩の監視計測点を特定することを特徴とする請求項１記載のガスパイプライン監視設備。
4. 上記ガスパイプラインの漏れやすい部位には、上記吸引口を密に設置することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のガスパイプライン監視設備。
5. 上記分析手段は、質量分析計を使用することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のガスパイプライン監視設備。