JP2017523421A - 天然ガスと沼気ガスを識別する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地下の都市ガスパイプラインに対する日常的なリーク検査において、検知されたガス信号の発生源を判定するための改良された方法の提供。【解決手段】ガス試料が、生物学的過程から生じるか、または検査されている都市ガスを含むガス設備から生じるかを判定する方法において、都市ガス中に比べて試料中の水素濃度が高いことが、その試料は検査されているガス設備からではなく生物学的分解過程から生じることの根拠として使用することを特徴とする方法。【選択図】図１

Description

本発明は、地下の都市ガス配管におけるリークを調べる際に、検知されたガス信号の原因が沼気ガス(swamp gas)かまたは都市ガス(utility gas)かを非常に速く判定するための方法に関する。

世界中の規制は、未確認の漏洩をチェックするために、ガス・ネットワークの定期点検を必要としている。この理由は、主に人々を建物や他の密閉空間に蓄積するガスによる火事や爆発から守るためである。リーク試験は、一般的に、ガスの主要成分の１つに対し感度が高い検知器をガス配管上の地表面にわたって動かすことにより実施される。

圧縮天然ガス（ＣＮＧ）の主要成分は一般的にメタンであり、一方、液化石油ガス（ＬＰＧ）は主にブタンとプロパンを含む。これら２つのよく知られた種類のガスに加え、パイプネットワークが依然非常に限られているものの、バイオガスの生産が増加している。バイオガスは主にメタンを含む。パイプラインや圧力容器で供給されるそうした全ての可燃性ガスは、以下において都市ガスと記載される。

４つ目のタイプの可燃性ガスは世界の一部の地域で使用され、石炭ガス（coal gas）または製造ガス（ＭＧ;manufactured gas）と呼ばれる。このガスは水素を高い割合で含有し、上記の都市ガスの定義から除外される。

都市ガス信号が検知・記録される場合、その信号は、点検中のガス設備または生物学的分解過程（biological decay process）の２つの主な発生源から生じる。そうした生物学的な発生源の例としては、廃棄物集積場、分解中の下水、埋立地などである。それらの発生源から生じるガスは、沼気ガス（marsh gas）、土壌ガス（soil gas）、埋立地ガス(landfill gas)、下水ガス(sewer gas)を含む多くの名前で知られる。以下において、生物学由来（biological origin）の可燃性ガスに共通の用語として、沼気ガスという用語が使用される。沼気ガス信号に基づいて不要な掘削をすることを避けるため、検査中の配管からの本当のガス・リークと沼気ガスの兆候とを区別できることが望ましい。

都市ガスと沼気ガスとを識別する最も一般的な方法は、エタンガス及び／またはプロパンやブタンなどのより重い炭化水素の存在を判定するために、ガスの成分分析を行うことである。ほとんどの天然ガス源は０．５〜８％のエタンを含むが、それに対し、沼気ガスはエタンを有意な量では含まない。

現在のところ、メタンとエタンの間に十分高い選択性を有し、そうした分析をリアルタイムで行うことが可能な市販のガスセンサは存在しない。したがって、この分析は一般的に、ガス試料の異なる成分が異なる時間にクロマトグラフカラムに現れるパルスに分離するガスクロマトグラフ（ＧＣ）を使って実施される。異なる成分は時間によって分離されるため、この分析は選択性を有しないセンサを使ってでも行うことが可能である。

ＧＣは研究室用計器であってもよく、その場合、ガス試料は何らかの容器に集められ、分析のために研究室に送られる。現場で操作可能なＧＣ（Field operable GCs）も存在する。これらは専用機器、つまりパイプラインのリーク検知器に組み込まれた小型のＧＣモジュールであってもよい。現場用のＧＣおよび特にリーク検知器に組み込まれたものは、一般的に研究室用のユニットよりも感度が低く、試料中のエタンを確実に検知するためには試料の濃度が１％以上か、少なくとも０．５％以上でなければならない。

このため、十分に高濃度のガスを集めるために、舗装にプローブ孔をあける必要がしばしばある。これにより、実際の検査時間がかなり長くなり、一般的に約３０分以上になる。

もう一つの識別方法は、ガスの臭いを嗅ぐことにより、または特定の検知器を使うことにより、臭気剤（odorant）が含まれることを検知する方法である。この「手動の」方法は簡易且つ低コストであるが完全に確実なものではなく、また、臭気剤用の検知器は一般的に、エタン検知に使用されたものと同等のディレイ（delay）且つ比較的高いコストを要する、よりグレードが高いＧＣである。臭気剤の濃度はエタンの濃度より何桁も低いため、より高性能のＧＣを必要とする。

いずれの場合でも、沼気ガスと都市ガスとの確実な識別方法は、時間がかかり、また常に完全に確実なものではないため、より簡易且つより速い方法を求めるニーズがある。

本発明の目的は、地下の都市ガスパイプラインに対する日常的なリーク検査において、検知されたガス信号の発生源を判定するための改良された方法を提供することである。

上記の目的は、独立請求項１と４に記載する特徴部によって達成される。

エタンの分析方法に関する主な課題は、メタンとエタンを独立に測定することが可能な手ごろで選択性を備えたセンサがないことである。区別すべき２つのガスの混合物の組成を見ると、水素という、差異となる少なくとも１つのその他の成分が見受けられる。

報告された都市ガスの含有物を調査すると、水素含有量が表示されることはほとんどない。したがって、水素量はわずかであると思われる。一方、沼気ガスは一般的にかなりの量の水素を含む。多くのさまざまな微生物が嫌気下において水素を生成し、したがって、沼気ガスには通常水素が含まれる。報告された水素濃度のレベルは、数百ppmから１〜２％までである。

本発明は、高い感度と水素選択性を備えたガス検知器を使用することによって、エタン検査に関する上述の制限を解決する。この処理法が適切に機能するためには、検知器が、天然ガス中に存在する、主に可燃性のガスであり二酸化炭素も含むどのガスに対してよりも、水素に対して数桁（several orders of magnitude）高い感度を備える必要がある。また、低い酸素含有量に検知器が反応（可燃性ガスセンサでは珍しくない）しないことも必要である。

水素選択性センサを使用して天然ガスを検査することにより、天然ガス中に水素が含まれないことは容易に確認できる。

所望の品質を有する検知器は、スウェーデンのINFICON ABにより製造・販売されている。これらの検知器の水素に対する選択性は、メタンに比較すると５桁以上（5 more than orders of magnitude)高い。

言い換えれば、本発明は、ガス設備のリーク試験の間に集められたガス試料を、その試料がガス設備内の都市ガスから生じているか、または生物学的分解過程から発生するガスから生じているかを判定するために、追加的に使用するという原理に基づく。都市ガスの水素含有量は、既知でないのであれば、測定されるべきである。検知されたガスの水素含有量が非常に高い場合、その試料は生物学的分解過程から生じている。したがって、本発明の方法は、以下に記載する工程、
‐地下からガス試料を取得する工程と、
‐水素の存在についてガス試料を検査する工程と、
‐ガス試料中の水素含有量を、検査されるガス設備内の都市ガスの既知の水素含有量と比較する工程と、
‐試料の水素濃度が都市ガスの水素濃度以上である場合、そのガス試料が生物学的分解過程から生じていると判断する工程と、を含む。

生物学的分解過程から生じるガス試料に対する代替可能且つ簡易な指標（indicator）
は、水素濃度が５ppm以上または１００ppm以上である。

本発明の実施形態を示す図である。

ガスパイプライン１２は地表面１４より下にあるガス設備の一部である。ガスパイプライン１２の気密性は、リーク検知器１６を使って検査される。リーク検知器１６の測定プローブ１８は、地表面１４上、またはガスパイプライン１２があり且つガス漏洩の可能性がある場所において地表面１４下に掘られた孔に配置される。沼気ガス発生部分２０は地表面１４より下にあり、検査プローブ１８の近くにある。したがって、プローブ１８は、パイプライン１２からリークするガス、または沼気ガス発生部分２０内における生物学的分解過程から生じるガスをサンプリングする。

ガス分析器１６はガス試料内のガスを検知する。ガス設備内の都市ガスはメタン及び／またはより重い炭化水素を含み、それに対し、生物学的分解過程から生じるガス（沼気ガス）は主にメタンを含む。どの場合においても、これは検知器の感知機構（sensing mechanism）によりピックアップされる。

試料が、都市ガス設備（ガスパイプライン１２）から生じているか、沼気ガス発生部分２０（生物学的分解過程から生じるガス）から生じているかを判定するため、ガス試料の水素含有量をリーク検知器１６により測定する。リーク検知器は、水素選択性センサ１７を備え、したがって水素に対し感度が高い。水素含有量が特定の閾値以上であるか否かが検知される。その閾値は都市ガスに含まれる既知の水素濃度に基づいてもよい。その代替として、閾値は、都市ガスの組成とガス設備の施設において予測される生物学的分解過程の種類によって、例えば5ppmまたは１００ppm、あるいはそれ以上でもよい。

１２ ガスパイプライン
１４ 地表面
１６ リーク検知器(ガス検知器)
１７ 水素選択性ガスセンサ
１８ 検査プローブ
２０ 沼気ガス発生部分

Claims (9)

1. ガス試料が、生物学的過程から生じているか、または検査される都市ガスを含むガス設備から生じているかを判定する方法において、
   前記都市ガス中に比べて前記試料中の水素濃度が高いことが、前記試料は検査されている前記ガス設備からではなく生物学的分解過程から生じていることの根拠として使用することを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、水素選択性ガスセンサを、前記試料中の水素含有量の評価のために使用することを特徴とする方法。
3. 請求項１または２に記載の方法において、水素選択性ガスセンサを、前記ガス設備に含まれる前記都市ガス中の水素濃度（concentration of hydrogen）が、前記試料中の水素含有量(hydrogen content)の評価以前に予め設定された濃度以下であることをチェックするために使用することを特徴とする方法。
4. ガス試料が、生物学的分解過程から生じているか、または検査されている都市ガスを含むガス設備から生じているかを判定する装置において、
   水素選択性ガスセンサ（１７）が、前記試料中の水素含有量の評価に使用される現場操作可能な検知器（field operable detector）（１６）に組み込まれ、前記検知器（１６）がパイプライン（１２）漏洩検査ガス検知器（１６）と同時に使用可能であることを特徴とする装置。
5. 請求項４に記載の装置において、前記水素選択性ガスセンサ（１７）がパイプライン（１２）漏洩検査ガス検知器（１６）に組み込まれていることを特徴とする装置。
6. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法または請求項４または５に記載の装置において、前記水素分析がガス・リーク試験と同時に行われることを特徴とする方法または装置。
7. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法、または請求項６に記載の装置において、生物学的分解過程から生じる不要な信号（unwanted signals）がリアルタイムでブロックされることを特徴とする方法、または装置。
8. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法、または請求項４〜７のいずれか一項に記載の装置において、５ppm以上の水素含有量(hydrogen content)は、前記試料が生物学的分解過程から生じることの根拠として使用する方法、または装置。
9. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法、または請求項４〜８のいずれか一項に記載の装置において、少なくとも１００ppmの水素濃度（hydrogen concentration）は、前記試料が生物学的分解過程から生じることの根拠として使用する方法、または装置。