JP2008185468A - インリーク流量計測装置およびインリーク流量計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配管の任意の場所に配設して内部の流れを外部から測定し、リークの方向およびリーク流量の計測を可能にする。
【解決手段】インリーク流量計測装置は、配管１の長さ方向の一部を加熱するヒータ２と、ヒータ２により加熱された部位の配管長さ方向両側の配管１表面温度を測定する熱電対温度計４ａ、４ｂなどの温度測定手段と、温度測定手段により測定された測定値から配管長さ方向温度分布の偏りを算出する演算装置７と、演算装置７により算出された温度分布の偏りから配管１内の流量とその方向を判定する比較判定装置９と、配管長さ方向温度分布の偏りと配管内流量との関係をあらかじめ記憶する基準データ記憶装置８を備える。比較判定装置９は、演算装置７により算出された温度分布の偏りと、基準データ記憶装置８に記憶された温度分布の偏りと配管内流量との関係とに基づいて、配管内のリーク流量とその方向を求める。
【選択図】図１

Description

この発明は、配管系内のリーク流量を計測する装置および方法に関する。

従来、配管系でのリークを検出する検出装置は、運転監視時に通常用いているセンサを利用していた。すなわち、検出対象の配管系統に設けられた運転監視用センサからの計測値を用いてリークの検知およびその発生箇所の特定を行っていた。

このようなリーク検出装置の一例として、特許文献１に示すような流量センサと振動センサを組み合わせてリークの発生を検知する配管漏洩監視装置が知られている。
特開２００４−１３８６２７号公報

しかしながら、特許文献１に示すような配管系のリーク検出装置は、通常の監視に使用するセンサによってリークを検出するため、そのセンサ数が少なく、リーク発生場所の特定が困難であった。特に、プラントから隔離されている系統や待機状態にある系統のように、本来流れがないはずの配管系において弁の故障や誤操作・ピンホール等で内部リークが発生した場合、リーク流量が微小であるため、通常の監視に使用するようなセンサでは、測定そのものが困難であるなどの課題もあった。

そこで本発明は、配管系内のわずかなインリークを簡単に測定できる装置および方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るインリーク流量計測装置は、配管の長さ方向の一部を加熱するヒータと、このヒータにより加熱された部位の配管長さ方向両側の配管表面温度を測定する温度測定手段と、この温度測定手段により測定された測定値から配管長さ方向温度分布の偏りを算出する演算手段と、この演算手段により算出された温度分布の偏りから配管内のリーク流量とその方向を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係るインリーク流量計測方法は、配管の長さ方向の一部を加熱し、加熱された前記配管の部位の配管長さ方向両側の配管表面温度を測定し、測定された配管表面温度の偏りを算出し、この算出された温度分布の偏りと、予め記憶された温度分布の偏りとリーク流量の関係とに基づいて配管内の流量とその方向を判定することを特徴とする。

本発明によれば、配管系内のわずかなインリークを容易に計測できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。

［第１の実施形態］
図１は本発明に係るインリーク流量測定装置の第１の実施形態の基本的構成を示した概略図である。図１において、測定対象となる配管１の外側円周上に、配管１を加熱するためのヒータ２が配設され、このヒータ２の加熱量を調整する加熱量制御装置３が設けられている。ヒータ２は、配管１の長さ方向（軸方向）に所定の長さを持ち、配管１の外周上に配置されるリング状のものである。

ヒータ２の両側の配管１の長さ方向の位置Ａ〜Ｆに配管表面の温度を測定するための温度測定手段である熱電対温度計４ａ〜４ｆが等間隔に配設されている。さらに、この熱電対温度計４ａ〜４ｆからの測定データを入力するデータ入力装置５、データ入力装置５からの測定データを記録するデータ記録装置６、データ記録装置６に記録された測定データの温度分布の偏りを算出する演算装置７とが設けられている。さらに、この演算装置７からの測定データによる温度分布の偏りを入力し、基準データ記憶装置８に保存されたリーク流量と温度分布の偏りの関係とを比較することによりリークの方向と流量を判定する比較判定装置９と、この比較判定装置９による結果を表示する表示装置１０とが設けられている。

ここで、配管１は通常流れがない配管系、または測定時には弁等によって上流側と下流側が閉止された配管系であり、図中の矢印方向に少量のリークによる流量が生じているものとする。

以上のような構成のインリーク流量測定装置による作用を説明する。ヒータ２によって配管１表面が加熱されると、熱伝導によって配管１内部の流体の温度も上昇する。ここで配管１の内部にリークによる流れがあると、温まった流体が下流（リーク発生場所の方向、すなわち、図中、矢印方向）に移動する。これによって下流側（図中Ｄ，Ｅ，Ｆ位置）の配管１の内壁温度が上昇し、上流側（図中Ａ，Ｂ，Ｃ位置）の内壁温度よりも高くなる。

このときの熱電対温度計４ａ〜４ｆによる測定データの例を図２に示す。図２において、中央の縦線がヒータ２位置であり、その上流側の計測位置Ａ，Ｂ，Ｃと下流側計測位置Ｄ，Ｅ，Ｆでのそれぞれの配管表面の温度が示されている。

ここで、リークがなければ、ヒータ２からの熱伝導が均等であるから、ヒータ２からの距離が等しい計測位置ＡとＦ、ＢとＥ、ＣとＤとは同じ温度となり、図２における測定データは、ヒータ２の上下流側で対称となるはずである。一方で、図１に示すようにリークが生じていると、図２に示すように計測位置ＡとＦ、ＢとＥ、ＣとＤでは、それぞれ下流側の計測位置Ｆ，Ｅ，Ｄの配管表面の温度が対応する上流側の計測位置Ａ，Ｂ，Ｃよりも高くなり、温度分布がヒータ位置の上下流で非対称となって分布に偏りが生じる。

これらの熱電対温度計４ａ〜４ｆの信号をデータ入力装置５に入力し、この計測データ入力装置５を介してデータ記録装置６に取り込む。演算装置７では、データ記録装置６に記録された計測データから温度分布の偏り度を逐次算出する。このときの温度分布の偏り度の計算結果の時間変化の例を図３に示す。この温度分布の偏り度は、たとえば温度分布の重心位置、あるいは温度分布を任意の関数で近似して得られる最大温度を示す計測位置、あるいは、ヒータ前後の温度分布の面積差または比として求めることができる。

基準データ記憶装置８には、図４に示すような温度分布の偏り度と流量の関係を示す基準データが予め記憶されている。比較判定装置９では、演算装置７で算出された温度分布の偏り度から加熱開始後どちらの方向に変化するかで、配管内部の流れ方向を判定する。さらに、加熱後一定時間経過後の偏り度の大きさ、または、偏り度の変化速度等から前記基準データ記憶装置８に記憶されている分布の偏り度と流量の関係とを比較し、インリーク流量を求める。

なお、熱電対温度計４ａ〜４ｆにはそれぞれ測定誤差があるので、リークによる流れがない場合でも温度分布に偏りが生じる場合がある。このため、ヒータ２加熱前の各温度計測値の差をデータ記録装置６に記録し、ヒータ２加熱後に計測した温度計測値を補正することで温度計の測定誤差を是正しておく。

以上により、本実施の形態によれば、配管１の任意の位置にヒータ２と熱電対温度計４を配設し、加熱による温度分布の偏り度からリークの方向およびリーク流量を計測することができる。さらに、原子力発電所などの大規模プラントの配管系のように、通常流量のない待機系や監視対象となっていない配管系のインリークを計測するのに、特に有用である。

［第２の実施形態］
図５は本発明に係るインリーク流量計測装置の第２の実施形態の構成を示した概略図である。図５において、測定対象となる配管１の外側円周上に、配管１を加熱するためのヒータ２が配設され、この配管１の温度を測定するための赤外線カメラ１１を設けている。

この第２の実施形態は、第１の実施形態における温度を測定するための熱電対温度計およびデータ入力装置を赤外線カメラ１１に置き換えたものであり、それ以外の構成要素は、第１の実施形態と同様である。

この構成によれば、赤外線カメラ１１を用いてヒータ２両側の配管１表面に沿った温度画像を作成し、その温度画像から数値化した温度分布を求めることで配管１内部の流れの方向と流量を計測することができる。このときの温度画像の一例を図６に示す。ここで、ヒータ位置を中心とすると、図中右側の温度が高く、流れが右側に向かっている（矢印方向である）ことがわかる。

したがって、本実施の形態のインリーク流量計測装置においても、第１の実施形態と同様に配管の任意の位置にヒータと赤外線カメラを設置し、加熱による温度分布の偏り度からリークの方向およびリーク流量を計測することができる。

［第３の実施形態］
図７は本発明に係るインリーク流量計測装置の第３の実施形態の構成を示した概略図である。図７において、測定対象となる配管１の外側円周上に、配管を加熱するためのヒータ２が配設され、この配管１の温度を測定するためのファイバブラッググレーティング（Fiber Bragg Grating）１２を用いた温度センサを設けている。

この第３の実施形態は、第１の実施形態における温度を測定するための熱電対温度計をファイバブラッググレーティング１２に置き換えたものであり、それ以外の構成要素は、第１の実施形態と同様である。

ここで、ファイバブラッググレーティング１２は、光ファイバのコアに紫外線を照射し、光の波長オーダーの周期で屈折率が変化するもので、ファイバブラッググレーティング１２に入射した光のうち、ある特定の波長のみが反射される。反射波長は屈折率とその周期に依存しており、温度が加わることで変化する性質を利用して温度計測を行うものである。

この構成によれば、ファイバブラッググレーティング１２による温度測定手段を用いて温度計測を行うことで配管１内部の流れの方向と流量を計測することができる。

したがって、本実施の形態のインリーク流量計測装置においても、第１の実施形態と同様に配管１の任意の位置にヒータ２とファイバブラッググレーティング１２を装着し、加熱による温度分布の偏り度からリークの方向およびリーク流量を計測することができる。さらに、ファイバブラッググレーティング１２を用いることで１本のファイバで多点計測ができ、特に多数の配管を対象とする場合に配線を簡略化できるという効果も奏する。

［第４の実施形態］
図８は本発明に係るインリーク流量計測装置の第４の実施形態の構成を示した概略図である。図８において、測定対象となる配管１の外側円周上に、配管を加熱するためのヒータ２が配設され、この配管１表面にサーモテープ１３が貼付され、サーモテープを撮像するビデオカメラ１４を設けている。

この第４の実施形態は、第１の実施形態における温度を測定するための熱電対温度計およびデータ入力装置をサーモテープ１３およびビデオカメラ１４に置き換えたものであり、それ以外の構成要素は、第１の実施形態と同様である。

ここで、サーモテープは物質の温度による化学変化を利用し、温度に対応した色変化あるいは濃度変化で温度計測する示温材である。

この構成によれば、サーモテープ１３およびビデオカメラ１４を用いてヒータ両側の配管表面に沿った温度画像を作成し、その温度画像から数値化した温度分布を求めることで配管内部の流れの方向と流量を計測することができる。このときの温度画像の一例は図６に示す赤外線カメラによる画像と略同一である。

したがって、本実施の形態のインリーク流量計測装置においても、第１の実施形態と同様に配管の任意の位置にヒータとサーモテープおよびビデオカメラを設置し、加熱による温度分布の偏り度からリークの方向およびリーク流量を計測することができる。

本発明に係るインリーク流量計測装置の第１の実施形態の構成を示す概略図。 第１の実施形態のインリーク流量計測装置による温度分布計測結果の例を示すグラフ。 第１の実施形態のインリーク流量計測装置による温度分布の偏り度計算結果の時間変化の例を示すグラフ。 第１の実施形態のインリーク流量計測装置において基準データ記憶装置に記憶されている温度分布の偏り度とリーク流量の関係の例を示すグラフ。 本発明に係るインリーク流量計測装置の第２の実施形態の構成を示す概略図。 第２の実施形態のインリーク流量計測装置で得られる赤外線カメラによる計測結果画像の一例を示す図。 本発明に係るインリーク流量計測装置の第３の実施形態の構成を示す概略図。 本発明に係るインリーク流量計測装置の第４の実施形態の構成を示す概略図。

符号の説明

１： 配管
２： ヒータ
３： 加熱量制御装置
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ： 熱電対温度計（温度測定手段）
５： データ入力装置
６： データ記録装置（データ記録手段）
７： 演算装置（演算手段）
８： 基準データ記憶装置（基準データ記憶手段）
９： 比較判定装置（判定手段）
１０： 表示装置
１１： 赤外線カメラ（温度測定手段）
１２： ファイバブラッググレーティング（温度測定手段）
１３： サーモテープ（温度測定手段）
１４： ビデオカメラ

Claims (8)

1. 配管の長さ方向の一部を加熱するヒータと、
   このヒータにより加熱された部位の配管長さ方向両側の配管表面温度を測定する温度測定手段と、
   この温度測定手段により測定された測定値から配管長さ方向温度分布の偏りを算出する演算手段と、
   この演算手段により算出された温度分布の偏りから配管内のリーク流量とその方向を判定する判定手段と、
   を備えることを特徴とするインリーク流量計測装置。
2. 配管長さ方向温度分布の偏りと配管内流量との関係をあらかじめ記憶する基準データ記憶手段をさらに備え、
   前記判定手段は、前記演算手段により算出された温度分布の偏りと、前記基準データ記憶手段に記憶された前記温度分布の偏りと配管内のリーク流量との関係とに基づいて、配管内流量を求めること、
   を特徴とする請求項１に記載のインリーク流量計測装置。
3. 前記ヒータにより加熱する前に配管の表面温度を測定し、この配管の表面温度の測定結果を用いて加熱後の温度計測値を補正する手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のインリーク流量計測装置。
4. 前記温度測定手段として熱電対を用いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のインリーク流量計測装置。
5. 前記温度測定手段として赤外線カメラを用いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のインリーク流量計測装置。
6. 前記温度測定手段として光ファイバによる多点計測を用いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のインリーク流量計測装置。
7. 前記温度測定手段として化学反応による色変化を利用したサーモテープを用いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のインリーク流量計測装置。
8. 配管の長さ方向の一部を加熱し、
   加熱された前記配管の部位の配管長さ方向両側の配管表面温度を測定し、
   測定された配管表面温度の偏りを算出し、
   この算出された温度分布の偏りと、予め記憶された温度分布の偏りとリーク流量の関係とに基づいて配管内のリーク流量とその方向を判定すること、
   を特徴とするインリーク流量計測方法。

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