JP2009544981A - 海底パイプライン内の漏れを検出するための熱触媒炭化水素測定装置 - Google Patents

Abstract

本装置は、測定データを記録するために用いられ、且つ、ハウジング（１）、ハウジング内側室（２）及び、ハウジング（１）に支えられ且つハウジング内側室（２）の一部と境界を接している膜（４）を有している。少なくとも一つのセンサー（３）がハウジング内側室（２）内に設置される。更に、少なくとも一つのガスを分解するための熱触媒要素（８）がハウジング内側室内に設置される。

Description

本発明は、ハウジングと、ハウジングの内側室、ハウジングによって支えられ且つハウジングの内側室の一部と境界を接している膜を有し、ハウジングの内側室内に少なくとも一つのセンサーが設置される、測定データを得るための装置に関している。

この種の装置は、例えば膜を通過するガスを特定するための測定技術を用いている。これに関して、第一に膜はセンサーを周辺から遮蔽し、第二に膜は予め決められたガスのみが測定可能な濃度でセンサーの領域に入ることができることを確保する。この種のセンサーシステムは、例えば特許文献１及び２に記載されている。

この種のセンサー及び測定システムの使用に係る一つの問題は、膜を通り抜けてセンサーの周辺に入るガスが、測定システム周辺のガス濃度が変化する場合には、比較的遅い速度のみにおいて、センサーの領域から漏れ出て戻るということである。検出されるべきガスが時間の関数として変化する濃度で存在する場合には、このことは、全システムの測定機能を十分に果たさないという結果をもたらす、著しく大きな時定数を生じさせる。

したがって、異なる測定濃度を有する、又は時の関数として変化する測定濃度を有する局所測定領域を通る移動の場合、先行する公知測定システムは、最適な測定品質に出される要求の全てを今尚満たすことができない。

EP 0 823 055 B1 EP 1 114 297 B1

したがって本発明の課題は、改良した測定動特性（Messdynamik）が得られるように、上記した種の装置を改良することである。

本発明によると、この課題は、少なくとも一つのガス状炭化水素を分解するためにハウジングの内側室内に熱触媒要素を取り付けることによって、及び、ハウジングの内側室を、ガス循環を維持するように設計することによって解決される。

ハウジングの内側室内に熱触媒要素を取り付けることによって、短期間での干渉するガス凝縮を著しく最小化することが可能となる。これらは、測定されるべきガスと共に膜を透過し、且つ他の点では測定結果をゆがめるかもしれないガスであり得る。しかしながら特に、測定されるべきガスは、ほんの僅かな時間的ずれ効果（Traegheitseffekten）で高い動的な測定を維持するために、熱触媒作用で分解され得る。特に、ぺリスターと呼ばれる熱触媒センサーは、熱触媒要素として用いられ得る。

本発明の測定システムは、例えば、沖のパイプライン内の漏れを検出することに適している。その非常に迅速な応答時間により、水中で作動可能の車内でも用いられ得る。長期的安定性が非常に高いので、本発明の測定システムは、一年以上の期間に渡る長期的用途にも適している。光学センサーが用いられる場合、十年までの長期的安定性が達成される。

ガス循環が、インペラによって能動的に生じ得る、又は、熱触媒分解の二次的効果として作り出され得る。熱触媒分解は、ハウジングの内側室に封入されたガスの動きを生じる、局所的ガス加熱を通常もたらす。局所的ガス流れ又はガス乱流は、特にハウジング内側室の壁の適切な設計によって生じ得、且つ、このことは、膜を通ってハウジングの内側室に浸透する炭化水素と熱触媒センサーとの接触を促進する。

石油産業における本発明の測定システムの使用は、熱触媒要素が少なくとも一つの炭化水素の分解用に設計される場合に可能となる。

ハウジングを水中使用用に設計することによって、沖での使用が可能となる。

測定システムを水中ガス検出用に設計することによって、パイプライン漏れ検出が促進される。

センサーを光学センサーとして設計することによって、著しく高い測定精度が実現され得る。

低いエネルギー消費を助長するために、センサーを半導体センサーとして設計することが提案された。

膜をガス浸透可能となるように設計することが有利である。

生産工学の観点から、膜の単純な実現化は、膜をコーティングとして形成することによって促進される。

センサー上の膜の設置は、簡潔な設計に寄与する。

ガス浸透可能なキャリヤ上に膜を装着することによって高圧安定性が実現され得る。

測定されるべきガスに対する低い流体抵抗と組み合わせられた高圧耐性は、キャリヤを多孔質材料で構成することによって成し遂げられ得る。

膜を両方向にガス浸透可能となるように設計することは、高度な測定動特性に寄与する。

短い応答時間が、ハウジングの外側にポンプを設置することによって促進される。

膜が防汚特性を有しているならば、持続した海中使用に資する。

ハウジングの内側室内へ温度安定装置を設置することは、更に高い精度の測定結果を確保することを助ける。

応答時間の更なる縮小は、少なくとも一つのポンプをハウジングの内側室内に設置することによって成し遂げられ得る。

本発明の具体的な実施形態を図中に概略的に図示する。

測定システムを通る概略断面図である。 操作原理を図示する概略図である。 関連した電子構成部品を有する測定システムの、より詳細な概略図である。

図１に示された実施形態において、測定システムは、一つの内側室２を有する一つのハウジング１から構成される。センサー３が内側室２内に設置される。膜４は、内側室２の部分と境界を接し、且つ、ハウジング１によって支えられている。膜は従来の膜のように設計され得る、又はコーティングとして形成され得る。図の実施形態において、膜は部分的にキャリヤ５を越えて延びる。これは、機械安定性を増すようにもたらす。キャリヤ５は、いかなる所望のガス浸透可能な材料から構成されてもよい。特に多孔質材料の使用が予想される。

膜４は両方向にガス浸透可能であり、それによってガス流れが、流入方向６と流出方向７の両方に発生し得る。

センサー３は、例えば炭化水素又は他のガスの検出用に設計され得る。例えば、メタン、ブタン又はプロパンが測定され得る。しかしながら、いかなる他の所望の物理的、化学的、又は生物学的パラメータを決定するために、センサー３を用いることも基本的に可能である。

熱触媒要素８も、内側室２内のセンサー３の隣に設置される。熱触媒要素８は、例えば熱触媒センサーとして実現され得る。熱触媒センサーは通常、分解されるべき物質の燃焼を行う。例えば、酸素の添加によって、メタンを熱触媒作用的に二酸化炭素と水に分解することが可能である。

図２は、測定システムの使用の一つを図示している。この場合、ガス循環が、例えば少なくとも一つのポンプ（図示されず）によってハウジング１内に設けられる。外部媒体９、例えば水から膜４を通り抜けるガスはセンサー３まで、それが通って流れるライン１０を通って運ばれる。次にガスは、ライン１１を介して熱触媒要素８を通って運ばれ、且つ、膜４を通り抜け出て戻る。この接続において、測定対象のガス留分は、熱触媒要素８の使用によって、発生するガスが、（測定）対象の濃度に関して、流入方向６に入るガスに容易に感知できる程度混ざらないように減少される。

用いられ得るセンサー３の例は、光学センサー又は半導体センサーである。膜４は、現行の膜と膜様性質を有するコーティングの両方を含むと理解される。

シリコーン又はシリコーン様物質が、膜４を作るための材料として用いられ得るが、原則として様々な他の材料を用いることも可能である。膜４は、測定されるべきガスをセンサー３に選択的に供給する機能と、水中使用の場合にセンサー３に水が浸入するのを防ぐ機能の両方を典型的に有する。水に含まれた全てのガスを貫通させる膜の他の態様を用いることも可能である。特に測定システムが深い水深で用いられる場合には、キャリヤ５が有利であることが判明した、というのは、膜４の機械安定性を大いに改善するからである。当該設計は、６，０００メートルまでの深さにおける使用を可能にする。

測定システムの使用によって、水に溶解したガスと、例えばガス泡の形態で水中に存在するガス又は吸着したガスとの両方を測定することが可能である。測定システムは、堆積土砂内に又は海底に、そこに存在するガス例えば炭化水素を測定するために挿入されてもよい。炭化水素、例えば、メタン、エタン、プロパン、及びブタンの上記測定の他に、他のガス、例えば、二酸化炭素、又は硫化水素も、適切なセンサー３を選択することによって測定され得る。

基本的に、多くの様々な用途分野が存在する、例えば以下のとおりである。沖のパイプライン中の漏れ検出、海底火山における測定、熱水噴出孔における測定、投棄場の汚水処理プラント内の測定、道路用トンネルシャフト内のメタン排気口、ボーリング孔中のメタンの測定、海洋学における一般的測定、干潟内のメタン、バイオガスプラント、足場に穴あけ且つ掘り出すことにおける沖での安全、実験室内でのメタンハイドレートの製造、天然ガス及び石油鉱床の探査、海岸線近くの地下水出現の検出、海洋内及び海峡（海洋浸透地域）内のメタンガス源でのメタン測定である。

図３は、測定システムの、より詳細な設計態様を表している。ハウジングの内側室２内に二つのセンサー３が設置されている。第一センサー３は、少なくとも一つのガスを検出するための、半導体センサーとして設計されている。第二センサー３は、特にNDIR波長範囲内において、少なくとも一つのガスを検出するための、赤外センサーとして設計されている。ペリスターとして実施された熱触媒センサーは、熱触媒要素８として用いられる。このセンサーは炭化水素の検出に適しており、且つ、特に炭化水素の燃焼を実施可能である。

ハウジング１の外側に、ポンプ１２が設置されている。外部媒体９が水である場合には、ポンプ１２は水ポンプとして態様する。ポンプ１２が水の流れを作り出し、こうして膜４の方向へ水中に溶解したガスの流れを作り出す、それによって膜４の外側境界付近に乱流を生じる。この乱流は、膜４によってガスの脱着を増加するという結果に導く。ハウジングの内側室２には、ガス循環を促すために、これによって測定効率を更に増すために、ポンプ１３が備えつけられる。

測定システムは電源１４を有している。移動式の利用を可能にするために、電源１４は、例えば電池又は二次電池として実施される。典型的な実施形態では、一つの又は複数のセンサー３は、測定信号を更に処理され得るデジタル信号に変換する一つ以上のアナログ−デジタルコンバータ１５にその出力信号が供給される、アナログセンサーとして実施される。アナログ−デジタルコンバータ１５は、例えば、測定効率を文書に記録し及び／又はタイムシフトしたデータの評価を可能にする、データ記憶装置１６と接続され得る。

測定システムにも、メモリ１８、モニターユニット１９、及びインターフェイス２０を有する制御ユニット１７が備えられている。メモリ１８は、例えばフラッシュROMとして設計され得る。一つ以上のマイクロプロセッサと他の電子構成要素を備えたミニPCは、モニターユニット１９として用いられ得る。インターフェイス２０は、データ伝達、任意にオンライン又はオフラインを実施するために特に用いられる。

ハウジング１の内側室２内に装着された温度安定装置２１は、測定品質の更なる改良に寄与する。湿潤条件を伴う用途において、温度安定装置２１は、特に温度が露点を下回ることを防ぐ。だがさらにまた、大きな温度変動が、測定精度において好ましくない影響を備えているのだろう。

Claims (15)

1. ハウジングと、
   ハウジングの内側室と、及び、
   ハウジングによって支えられ且つハウジングの内側室の一部と境界を接している膜とを有し、且つ、
   ハウジングの内側室内に少なくとも一つのセンサーが設置されている、測定データを得るための装置において、
   少なくとも一つのガス状炭化水素を分解するための熱触媒要素（８）が、ハウジングの内側室（２）内に設置されること、及び、
   ハウジングの内側室（２）が、ガス循環を維持するように設計されることを特徴とする、装置。
2. ハウジング（１）が、水中で使用するように設計されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 測定システムが、水中のガスの特定用に設計されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
4. センサー（３）が、光学センサーとして設計されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. センサー（３）が、半導体センサーとして設計されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
6. 膜（４）が、ガス浸透可能となるように設計されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 膜（４）が、コーティングとして形成されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 膜（４）が、センサー（３）上に配置されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 膜（４）が、ガス浸透可能なキャリヤ（５）上に装着されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
10. キャリヤ（５）が多孔質材料で作られることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
11. 膜（４）が、両方向にガス浸透可能となるように設計されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
12. ポンプがハウジング（１）の外側に設置されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 膜（４）が防汚特性を有していることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 温度安定装置（２１）がハウジング（１）内に設置されることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 少なくとも一つのポンプ（１３）が、ハウジングの内側室（２）内に設置されることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の装置。

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