JP2560978B2 - パイプラインの監視方法及びその監視装置 - Google Patents

パイプラインの監視方法及びその監視装置

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JP2560978B2 JP5145958A JP14595893A JP2560978B2 JP 2560978 B2 JP2560978 B2 JP 2560978B2 JP 5145958 A JP5145958 A JP 5145958A JP 14595893 A JP14595893 A JP 14595893A JP 2560978 B2 JP2560978 B2 JP 2560978B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、天然ガス等の気体また
は石油や水等の液体を輸送するパイプラインにおける漏
洩や、その他の流体過渡現象を生ずる事象の発生状況を
監視するパイプラインの監視方法及びその監視装置に係
わり、特にパイプラインの漏洩や、その他の流体過渡現
象を生ずる事象によって生じ、パイプライン中の流体を
伝播する圧力先頭波を検出し、当該圧力先頭波の伝搬方
向および極性、或いはその圧力先頭波の伝搬方向のみを
決定する技術手段を設けたパイプラインの監視方法及び
その監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】多くのパイプラインにおいては、必要な
個所にポンプ等が設置され、また必要な個所に種々の枝
管が設置され、或いは随所に弁が設けられている。従っ
て、このようなパイプラインでは、パイプラインの破断
による流体の漏洩の他、ポンプの運転・停止や弁の開閉
操作などの運転事象などにより、パイプライン中に流体
過渡現象が生じたとき、その該当個所において流体圧力
が急激に変化し、例えば漏洩の場合には図３のイに示す
ようにそれまでの圧力に対して相対的な負の圧力変化が
生ずる。この圧力変化は、以後時間の経過とともに当該
個所から図示矢印のごとくパイプラインの上・下流方向
に向かって、パイプライン中を流れる流体中をその流体
における音速にほぼ等しい速度で伝搬し、最終的には一
例として図示ロに示すような圧力状態になることが知ら
れている。ここでは、この伝播する波面を負の圧力先頭
波と呼び、これと位相を逆にする圧力先頭波を正の圧力
先頭波と呼ぶこととする。
【０００３】そこで、従来、かかるパイプラインの破断
などの発生を検出するために、様々なパイプラインの監
視方法が提案されている。その１つはファーマー（Farm
ar）によって提案されたものであって、このパイプライ
ンの監視方法は、パイプラインの長さ方向にそってセン
サーを設置してパイプライン中の圧力の変化を検出して
いるが、急激な圧力の変化を示す圧力先頭波を検出する
ことが非常に難しいという認識に立ち、次のような条件
の下にパイプラインの破断などの発生を検出している。
すなわち、各センサーの設置位置における検出圧力は、
通常のパイプラインの運転状態では，ある大きさのノイ
ズを含み図４のハに示すようにある変動を繰り返してい
るが、パイプラインに破断などが生じた場合、同図のニ
に示すごとく圧力は時間の経過とともに徐々に低下して
いくので、例えば現時点を含む過去の一定期間の圧力平
均値とこの過去の一定期間よりも短い現時点を含む期間
の圧力平均値とを比較することにより，検出圧力の低下
状態（トレンド）をみながら破断などが発生したと判断
する方法である（米国特許４，７９６，４６６号明細書
参照）。
【０００４】他の１つはコビィントン（Covington ）に
よって提案されたものであって、これはファーマーと同
様にパイプラインにセンサーを設置し、各センサーの検
出圧力について、一定時間ごとの圧力変化率を演算し、
その圧力変化率が予め定めたしきい値を越えたとき、破
断などが発生したと判断する方法である（米国特許４，
０１２，９４４号明細書、４，０９１，６５８号および
４，１４４，７４８明細書参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ようなパイプラインの監視方法には次のような種々の問
題がある。先ず、ファーマーによって提案された前記明
細書記載の技術は、流体の過渡現象の発生場所からパイ
プライン内の流体中をその音速にほぼ等しい速度で伝播
する圧力先頭波の検出に基づいて当該過渡現象の発生を
検出しているものでないので、迅速なパイプラインの異
常状態の監視に適するものではない。
【０００６】次に、コビィントンによって提案された前
記明細書記載の技術は、検出圧力には種々のノイズが含
まれているにも拘らず、そのノイズを適切に除去するこ
とが難しく、検出精度上に問題がある。
【０００７】さらに、これら２つの監視方法に共通して
言えることは、対象とする流体の過渡現象が２つのセン
サで挟むパイプラインの個所から発生しない限り、意味
のある結果を得ることができないことである。
【０００８】ところで、当該過渡現象による圧力先頭波
の伝播方向を決定できるようになれば、その利用価値が
高くなる。例えばパイプライン上に所定の間隔ごとにセ
ンサーを設置し、互いに相隣接するセンサの測定信号か
ら圧力先頭波の伝播方向が分かれば、何れの２つのセン
サーの区間で過渡現象が発生したかを特定できる。前述
する４つの明細書記載の技術には圧力先頭波の伝播方向
を検出する技術は含まれていない。
【０００９】しかし、この技術の１例がコビィントンか
ら提案されたもう１つの明細書に示されている（米国特
許３，９０３，７２９号明細書参照）。このコビィント
ンによる技術は、図５に示すごとくパイプライン１の末
端側にポンプやコンプレッサ２などが設置されている場
合、これらポンプ２などの運転・停止に伴って生じる流
体の過渡現象によって生ずる圧力先頭波についてはこれ
を無視し、これらポンプ２などの運転による以外のパイ
プライン１の流体の漏洩等により伝播する圧力先頭波を
検出するために、ポンプ２側に比較的近いパイプライン
１の適当な個所に所定の距離を離して２つのセンサー３
ａ，３ｂを設置するとともに、これら２つのセンサー３
ａ，３ｂの間にディレイ回路４を設け、パイプライン１
の一方向（図５の場合には下流）から伝播してくる圧力
先頭波を検出するものである。つまり、圧力先頭波の伝
搬速度とセンサー３ａ，３ｂ間の距離が既知とすれば、
ポンプ２などの運転・停止に伴うセンサー３ａの検出圧
力値は一定時間後に他方のセンサー３ｂでも同様の大き
さで検出できるので、センサー３ａの検出圧力値をディ
レイ回路４で一定時間遅らせ、この遅延された検出圧力
値と他方のセンサー３ｂの検出圧力値とを減算回路５に
よって減算処理すれば、ポンプ２などの運転・停止に伴
う圧力先頭波の伝播による検出圧力信号が打ち消され、
結果としてポンプ設置側とは反対側から伝播する圧力先
頭波だけを検出できるとするものである。
【００１０】ただし、この技術は、１つの方向からくる
圧力先頭波を完全に無視し、他の方向から伝搬してくる
圧力先頭波だけを検出する方法であるので、例えばセン
サーの設置個所を境にして両側の何れの方向からも伝播
してくる可能性のある圧力先頭波に対して、そのそれぞ
れの伝播方向を決定することができない。
【００１１】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、その圧力にノイズ成分を含むパイプラインにあって
何れの方向から伝播してくる圧力先頭波に対しても、そ
の伝播方向を迅速、かつ、確実に決定するパイプライン
の監視方法を提供することを目的とする。
【００１２】さらに、本発明の他の目的は、その圧力に
ノイズ成分を含むパイプラインにあって何れの方向から
伝播してくる先頭波に対しても、その伝播方向をその圧
力先頭波が正・負の何れの圧力変化を示すかの情報とと
もに迅速、かつ、確実に特定するパイプラインの監視装
置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に対応する発明は、パイプライン中の流体
に圧力変動を発生させる事象に起因して前記流体を媒体
として伝搬する圧力先頭波の伝搬方向を決定するパイプ
ラインの監視方法において、前記パイプラインにそって
配置された第１，第２のセンサによって流体圧力の過渡
的変化を示す応答特性値をそれぞれ測定し、この各応答
特性値から圧力の時間に対する傾きの程度をそれぞれ求
め、この各傾きの程度をそれぞれ絶対値信号に変換し、
この絶対値信号に所定の値を上乗せし、この各絶対値信
号より大きい所望の値をそれぞれ第１のしきい値と決定
し、前記各傾きの程度が、所定時間だけ前に生成された
最新の前記各第１のしきい値を越えたことをもって前記
圧力先頭波の到達を検出し、さらに、前記第１，第２の
センサによって測定された最新の前記応答特性値の差を
絶対値信号に変換し、この絶対値信号に所定の値を上乗
せし、この各絶対値信号より大きい所望の値を第２のし
きい値と決定し、前記各応答特性値が、所定時間だけ前
に生成された最新の前記各第２のしきい値を越えたこと
をもって前記圧力先頭波の相対的な変化を求め、前記圧
力先頭波の到達検出信号と前記圧力先頭波の相対的な変
化の検出信号とを比較して予め決められた条件に合致す
るかどうかをもって前記圧力先頭波の伝搬方向と極性、
或いは前記圧力先頭波の伝搬方向のみを決定することを
特徴とするパイプラインの監視方法である。
【００１４】請求項２に対応する発明は、パイプライン
中の流体に圧力変動を発生させる事象に起因して前記流
体を媒体として伝搬する圧力先頭波の伝搬方向を決定す
るパイプラインの監視方法において、前記パイプライン
にそって配置された第１，第２のセンサによって流体圧
力の過渡的変化を示す応答特性値をそれぞれ測定し、こ
の各応答特性値から圧力の時間に対する傾きの程度をそ
れぞれ求め、この各傾きの程度をそれぞれ絶対値信号に
変換し、この絶対値信号に所定の値を上乗せし、この各
絶対値信号より大きい所望の値をそれぞれ第１のしきい
値と決定し、前記各傾きの程度が、所定時間だけ前に生
成された最新の前記各第１のしきい値を越え、かつこれ
が所定期間の間保持したことをもって前記圧力先頭波の
到達を検出し、さらに、前記第１，第２のセンサによっ
て測定された最新の前記応答特性値の差を絶対値信号に
変換し、この絶対値信号に所定の値を上乗せし、この各
絶対値信号より大きい所望の値を第２のしきい値と決定
し、前記各応答特性値が、所定時間だけ前に生成された
最新の前記各第２のしきい値を越えたことをもって前記
圧力先頭波の相対的な変化を求め、前記センサの一方側
から先に前記圧力先頭波の到達を検出した後、前記セン
サの他方側より当該圧力先頭波の到達を検出する前に、
前記相対的な変化の検出信号と先に検出した前記圧力先
頭波到達信号とを比較して予め決められた条件に合致す
るかどうかをもって当該圧力先頭波の伝搬方向と極性、
或いは当該圧力先頭波の伝搬方向のみを決定することを
特徴とするパイプラインの監視方法である。
【００１５】次に請求項３に対応する発明は、パイプラ
イン中の流体に圧力変動を発生させる事象に起因して前
記流体を媒体として伝搬する圧力先頭波の伝搬方向を決
定するパイプラインの監視装置において、前記パイプラ
インにそって配置され流体圧力の過渡的変化を示す応答
特性値をそれぞれ測定する第１，第２の測定手段と、前
記第１，第２の測定手段によって測定された応答特性値
をそれぞれ圧力の時間に対する傾きの程度を求める第１
及び第２の微分手段と、前記各傾きの程度をそれぞれ絶
対値信号に変換する絶対値手段と、前記各絶対値信号に
所定の値を上乗せし、この各絶対値信号より大きい所望
の値をそれぞれ第１のしきい値と決定する第１及び第２
の演算手段と、前記第１の各しきい値のピーク値をそれ
ぞれ検出する第１及び第２のピーク検出手段と、前記各
微分手段の出力が、所定時間だけ前に生成された最新の
前記各第１のしきい値のピーク値が越えたことをもって
前記圧力先頭波の到達を検出する第１及び第２の比較手
段と、前記第１及び第２の測定手段によって測定された
応答特性値の差を絶対値信号に変換する減算手段と、前
記減算手段からの絶対値信号に所定の値を上乗せし、こ
の各絶対値信号より大きい所望の値を第２のしきい値と
決定する第３の演算手段と、前記第２のしきい値のピー
ク値を検出する第３のピーク検出手段と、前記減算手段
の出力が、所定時間だけ前に生成された最新の前記各第
２のしきい値のピーク値を越えたことをもって前記圧力
先頭波の相対的な変化を検出する第３の比較手段と、前
記第３の比較手段の出力と前記第１及び第２の比較手段
の出力が予め決められた条件に合致するかをもって前記
圧力先頭波の伝搬方向と極性、或いはその圧力先頭波の
伝搬方向のみを決定する決定手段とを備えたことを特徴
とするパイプラインの監視装置である。
【００１６】さらに、請求項４に対応する発明は、パイ
プライン中の流体に圧力変動を発生させる事象に起因し
て前記流体を媒体として伝搬する圧力先頭波の伝搬方向
を決定するパイプラインの監視装置において、前記パイ
プラインにそって配置され流体圧力の過渡的変化を示す
応答特性値をそれぞれ測定する第１，第２のセンサと、
この第１，第２のセンサによって測定された応答特性値
をそれぞれ微分し、圧力の時間に対する傾きの程度を求
める第１及び第２の微分回路と、前記各傾きの程度をそ
れぞれ絶対値信号に変換する第１及び第２の絶対値回路
と、前記各絶対値信号に所定の値を上乗せし、この各絶
対値信号より大きい所望の値をそれぞれ第１のしきい値
と決定する第１及び第２の演算器と、前記各第１のしき
い値のピーク値を所定期間の間保持する第１及び第２の
ピーク検出回路と、前記第１及び第２のピーク検出回路
からそれぞれ出力され、所定時間だけ前に生成された最
新の第１のしきい値のピーク値と対応する微分回路の出
力とを比較して前記圧力先頭波の到達を検出する第１及
び第２の比較回路と、前記第１及び第２のセンサによっ
て測定された応答特性値の差を演算する減算回路と、こ
の減算回路の出力を絶対値信号に変換する第３の絶対値
回路と、前記第３の絶対値回路からの絶対値信号に所定
の値を上乗せし、この各絶対値信号より大きい所望の値
を第２のしきい値と決定する第３の演算器と、前記第２
のしきい値のピーク値を検出する第３のピーク検出回路
と、前記第２のしきい値のピーク値と前記減算回路の出
力のうちで、所定時間だけ前に生成された最新の出力と
を比較して前記圧力先頭波の相対的な変化を判定する第
３の比較回路と、この第３の比較回路の出力と前記第１
及び第２の比較回路の出力が予め決められた条件に合致
するかをもって前記圧力先頭波の伝搬方向と極性、或い
はその圧力先頭波の伝搬方向のみを決定する論理回路と
を備えたことを特徴とするパイプラインの監視装置であ
る。
【００１７】
【作用】従って、請求項１に対応する発明によれば、流
体圧力の過渡的変化を示す応答特性値の傾きの程度が、
所定時間だけ前に生成された最新の第１のしきい値を越
えたことをもって圧力先頭波の到達を検出しているの
で、前記応答特性値が多少のノイズを含んでいても確
実、かつ、適切に圧力先頭波を検出できる。また、流体
圧力の過渡的変化を示す応答特性値が、所定時間だけ前
に生成された最新の第２のしきい値を越えたことをもっ
て圧力先頭波の相対的な変化を求めているので、同様に
ノイズの影響を受けずに圧力先頭波の相対的な変化を求
めることができる。しかも２つの測定位置に対応してそ
れぞれ圧力先頭波の到達を監視しており、かつ、圧力先
頭波の到達検出信号と圧力先頭波の相対的な変化の検出
信号とを比較して予め決められた条件に合致するかどう
かをもって圧力先頭波の伝搬方向と極性、或いは前記圧
力先頭波の伝搬方向のみを決定するようにしているの
で、迅速に圧力先頭波の伝搬方向と極性、或いは圧力先
頭波の伝搬方向のみを決定できる。
【００１８】次に、請求項２に対応する発明において
は、請求項１に対応する発明と同様な作用を有する他、
２つの測定位置間の距離によって定まる時間の間、２つ
の流体圧力の過渡的変化を示す応答特性値に追随するし
きい値を保持しつつ２つの測定位置の何れかに先に圧力
先頭波が到達したかを識別しているので、確実に圧力先
頭波の伝搬方向と極性、或いは先頭波の伝搬方向を決定
できる。
【００１９】さらに、請求項３に対応する発明は、各測
定位置から測定された流体圧力の過渡的変化を示す応答
特性値が当該応答特性値に追随しながら変化すると共に
所定時間だけ前に生成された最新の第１のしきい値を越
えたかを判断するとともに、前記２つの測定位置の何れ
の測定位置側に前記圧力先頭波が到達したかを示す信号
を出力し、かつ、２つの測定位置から測定された流体圧
力の過渡的変化を示す応答特性値の差が当該流体圧力の
過渡的変化を示す値の差に追随しながら変化するととも
に、所定時間だけ前に生成された最新の第２のしきい値
を越えたかに応じて圧力先頭波の相対的な変化を決定し
出力するので、各測定位置に正・負の何れの圧力先頭波
が何れの方向から進行してきたのかを迅速に検出でき
る。
【００２０】さらに、請求項４に対応する発明は、２つ
のセンサーからの流体圧力に関係する応答特性値の変化
率を微分回路によって求めた後、これら微分回路の出力
に応じて変化するとともに、所定時間だけ前に生成され
た最新のる第１のしきい値のピーク値を第１、第２のピ
ーク検出回路にて所定期間保持し、そのしきい値のピー
ク値と対応する微分回路の出力とを第１、第２の比較回
路で比較し圧力先頭波の到達を検出している。
【００２１】一方、減算回路にて２つのセンサーによっ
て測定された流体圧力の過渡的変化を示す応答特性値の
差を演算し、ここで得られた減算出力に応じて変化する
とともに、所定時間だけ前に生成された最新の第２のし
きい値のピーク値を第３のピーク検出回路によって所定
期間の間保持し、この保持されたしきい値と前記減算回
路の出力とを第３の比較回路によって比較して圧力先頭
波の相対的な変化を判定する。そして、圧力先頭の到達
信号と圧力先頭波の相対的な変化とから前記圧力先頭波
の伝搬方向と極性、或いはその圧力先頭波の伝搬方向を
決定している。
【００２２】
【実施例】以下、本発明装置の一実施例について図１お
よび図２を参照して説明する。図１は本発明に係わる方
法および装置の実施例を説明するための全体構成を示す
ブロック図である。
【００２３】同図において１１は例えば天然ガス等の気
体または石油や水等の液体を輸送するのに用いられるパ
イプラインであって、このパイプライン１１にそって所
定の距離だけ離れた２つの測定位置にパイプライン内部
の流体圧力の過渡的変化を示す応答特性値（以下流体圧
力に関係する特性値、あるいは特性値と称する）をアナ
ログ電気信号に変換して出力するセンサー１２（Ｔ
A ），１３（ＴB ）が設置されている。
【００２４】これらのセンサー１２，１３は、通常，圧
力検出器が用いられるが、その他例えばパイプライン１
１の管壁の変形を測定する歪ゲージまたはマイクロホン
或いは圧力の過渡的な変化に応答するその他のセンサー
類を含む。
【００２５】この実施例においては、最大流体圧力及び
雑音を処理するに十分な機能範囲を備え、さらにパイプ
ライン内における圧力先頭波の減衰に鑑み、測定が望ま
れる長距離のパイプラインにおける微少な圧力先頭波の
強度も分析するに充分な機能を備える高品質の工業用圧
力検出器が使用されている。
【００２６】また、その周波数応答は、過渡的変化事象
の圧力先頭波の形状を正確に測定するに充分なものでな
ければならない。例えばガソリン輸送のパイプラインの
場合、少くとも0.03psi の分解能をもち、また少くとも
５０Hzの応答周波数をもち、かつ、0 〜2000PSi の圧力
測定レンジを有する圧力検出器であれば、0.1psiの過渡
的圧力変化の検出が可能である。
【００２７】さらに、２つのセンサー１２，１３間の距
離は、パイプライン１１内を流れる流体中のノイズ特性
等によって異なる。この距離として望ましい値について
はこの実施例で後記する。ところで、２つのセンサー１
２，１３間の距離および圧力先頭波の伝播速度に基づい
て両センサー間を圧力先頭波が伝播するのに要する時間
は決まるが、以下の説明においては、圧力先頭波がある
１つのセンサー例えば１２から他のセンサー１３に到達
するのに要する時間を便宜上，Ｔtap と定めるものとす
る。
【００２８】この装置は、これら２つのセンサー１２，
１３によって測定された流体圧力に関係する特性値を信
号処理装置１４に導入し、ここで前記パイプライン１１
の漏洩、或いはパイプライン１１に付随する各種機器
（例えばポンプ，弁等）の運転などによって発生する過
渡現象，つまり流体圧力の変化による圧力先頭波がセン
サー１２からセンサー１３の方向（Ａ→Ｂ）およびセン
サー１３からセンサー１２の方向（Ｂ→Ａ）の何れの方
向に伝播しているかを決定するものである。因みに、図
１のホは過渡現象による圧力先頭波を示している。
【００２９】次に、図２は図１の信号処理装置１４の具
体的構成を示す図である。なお、図２はアナログ処理技
術によって具体化されているが、ディジタル処理技術を
適用しても容易に実現できることは言うまでもなく、ま
たソフトウエア的に処理することも可能である。以下の
説明は、アナログ処理技術を適用した例について行うも
のとする。
【００３０】一般に、センサー１２，１３の出力には、
流体自体の乱れによるノイズやパイプライン１１に付随
する各種機器の作動によるノイズその他の種々のノイズ
が含まれており、またその他に前記センサー設置場所で
のパイプライン１１の運転圧力における直流成分（オフ
セット）が含まれている。これらのノイズ等は、センサ
ー１２，１３の出力信号から圧力先頭波を検出する上
で、また当該圧力先頭波の伝播方向を決定する上で妨げ
となる。
【００３１】そこで、各センサー１２，１３で測定され
た流体圧力に関係する特性値を示すアナログ電気信号は
図１の信号処理装置１４に含まれるところの、図２に示
すノイズフィルタ１５，１６に導かれ、ここで高域周波
数に関係するノイズ成分が除去される。パイプライン１
１のノイズや２つのセンサー１２，１３間の距離によ
り、フィルタ１５，１６の適切なカットオフ周波数の値
は異なる。この実施例では、これらノイズフィルタ１
５，１６として、ほぼ５０Ｈｚのカットオフ周波数をも
ったローパスフイルタが用いられている。
【００３２】以上のようにして各センサー１２，１３の
出力信号はフィルタ１５，１６を通過した後、変化率検
出回路２０，３０および相対変化検出回路４０に送られ
る。これら変化率検出回路２０，３０は互いに同様の機
能を持つ。例えば変化率検出回路２０について説明する
と、フィルタ１５の出力を微分回路２１に導き、ここで
センサー１２で測定された流体圧力に関係する特性値の
時間的変化率を求めた後、２つに分岐し、その一方はし
きい値を決定する手段２２〜２５に送られ、他方は比較
回路２７，２８に送られる。
【００３３】この比較回路２７，２８では、特性値の時
間的変化率としきい値とを比較し、当該変化率がしきい
値を越えたとき、圧力先頭波が対応するセンサー１２の
設置位置に到達したことを示す信号を出力する。
【００３４】ここで、変化率検出回路２０および３０に
おけるしきい値決定手段について説明する。パイプライ
ン１１に含まれるノイズは、センサー１２，１３の設置
場所によるだけでなく、時間によっても変化する。従っ
て、しきい値としては、センサー１２，１３で測定され
た流体圧力の特性値信号自体によって変化するようにす
ることが望ましい。
【００３５】そこで、本発明の方法および装置では、微
分回路２１，３１からの出力信号を絶対値回路２２，３
２に導入し、ここで絶対値信号に変換した後、乗算回路
２３，３３に供給する。これら乗算回路２３，３３は、
絶対値信号に「１」よりも大きい乗算係数２３ａ，３３
ａを乗算する。この乗算係数２３ａ，３３ａの値は、本
発明を適用する個々のパイプラインの条件にもよるが、
約１．２が有効と考えられる。このように絶対値信号に
約１．２の乗算係数を乗算する理由は、センサー１２，
１３で測定されるところのノイズを含む流体特性値の変
動巾の外側に，できる限り前記変動巾に近接したしきい
値を設定するためである。
【００３６】そして、絶対値信号に約１．２の乗算係数
を乗算した後、加算回路２４，３４に導入される。これ
ら加算回路２４，３４では、乗算回路２３，３３からの
出力信号に所定のオフセット値（バイアスの意）２４
ａ，３４ａを加算し、適正なしきい値を生成している。
このように乗算回路２３，３３の出力信号に所定のオフ
セット値２４ａ，３４ａを加算する理由は、例えば流体
圧力に関する特性値に何ら時間的変化がないときには、
各微分回路２１，３１の変化率信号がゼロとなり、ひい
ては乗算回路２３，３３の出力がゼロとなって適正なし
きい値が得られなくなるので、かかる場合でも所定のオ
フセット値２４ａ，３４ａを加算することでしきい値を
得て、ピーク検出回路２５，３５に与えるためである。
なお、これらオフセット値２４ａ，３４ａは、非常に小
さくすることが必要で、例えば絶対値信号のフルスケー
ルの約１％程度を用いることが効果的である。
【００３７】ピーク検出回路２５，３５は、ＲＣ時定数
回路によって構成され、各加算回路２４，３４からの出
力のうち、最も最新の最大出力のピーク値を保持するも
のであるが、そのときの充・放電効率を高める観点から
して、その時定数は例えば充電に対しては前述した２つ
のセンサー１２，１３間を圧力先頭波が通り過ぎる時間
Ｔtap 、放電に対しては１．０秒に設定される。従っ
て、最も最新の最大出力のピーク値は時間Ｔtap だけ保
持されることになり、これが最終的に正のしきい値とし
て比較回路２７，３７の（−）端子に送られ、またイン
バータ２６，３６を介して負のしきい値とした後に他方
の比較回路２８，３８の（＋）端子に送られる。
【００３８】ここで、比較回路２７，２８のうち、一方
の比較回路２７では、ピーク検出回路２５からの正のし
きい値と微分回路２１からの変化率信号とを比較し、こ
の変化率信号が正のしきい値を越えたとき、センサー１
２に加わる正の圧力先頭波がセンサー１２の測定位置に
到達したことを示す信号を出力し、他方の比較回路２８
では、インバータ２６からの負のしきい値と微分回路２
１からの変化率信号とを比較し、この変化率信号が負の
しきい値を越えたとき、センサ−１２に加わる負の圧力
先頭波がセンサー１２の測定位置に到達したことを示す
信号を出力する。
【００３９】また、比較回路３７，３８においては、前
記比較回路２７，２８と同様に正或いは負の圧力先頭波
がセンサー１３の測定位置に到達したことを示す信号を
出力する。
【００４０】なお、微分回路２１，３１とピーク検出回
路２５，３５の時定数は、センサー間を圧力先頭波が通
過するとき、前記比較回路からの出力信号が約Ｔtap の
間持続するように調整されるものである。この時定数と
Ｔtap との関係は、極力ノイズの影響を受けにくい構成
とする目的で考えられたものである。なぜならば、時定
数が短かすぎるときには圧力先頭波とノイズとを区別し
て各比較回路２７，２８，３７，３８を動作させること
が困難となり、一方、時定数が長すぎるときには先行の
ノイズによるピークが後続の別のピークを覆いかくして
しまうように働くためである。
【００４１】さらに、一方では、各センサー１２，１３
によって測定された流体圧力に関係する特性値はフイル
タ１５，１６を通過した後、前述した相対変化検出回路
４０に送られる。
【００４２】この相対変化検出回路４０は、２つの測定
位置で測定された最も最新の前記特性値の差からしきい
値を決定し、このしきい値と前記特性値の差とから前記
圧力先頭波の相対的な変化を検出するものであり、具体
的には、各センサー１２，１３の出力について減算回路
４１で減算処理した後、ハイパスフィルタ４２を通すこ
とによりパイプライン１１の運転圧力における直流成分
およびその他の低域周波数信号成分を取り除く。このハ
イパスフィルタ４２は、例えば０．１Ｈｚのカットオフ
周波数を持つものが用いられる。このようにして得られ
た減算回路４１の出力信号は絶対値回路４３に送られ、
ここで前述の絶対値回路２２等と同様の処理を行った
後、乗算回路４４に導入され、さらに加算回路４５、ピ
ーク検出回路４６、またはこれらに加えてさらにインバ
ータ４７を通すことにより、変化率検出回路２０，３０
と同様な機能により正負のしきい値を得ている。
【００４３】なお、乗算回路４４に適用される乗算係数
４４ａは例えば１．３程度に設定し、また加算回路４５
のオフセット値４５ａは前記２４ａ，３４ａとほぼ同様
な値に設定するものとする。
【００４４】前記ハイパスフィルタ４２の出力と正・負
のしきい値は比較回路４８、４９に送られる。これら比
較回路４８，４９のうち、一方の比較回路４８は正のし
きい値とハイパスフイルタ４２の出力とを比較し、セン
サー１２の測定位置に、センサー１２から見てセンサー
１３が設置されている方向とは反対の方向から正の圧力
先頭波が、またはセンサー１３の測定位置に、センサー
１３から見てセンサー１２が設置されている方向とは反
対の方向から負の圧力先頭波が到達してハイパスフィル
タ４２の出力が前記正のしきい値を越えたときに信号を
出力し、他方の比較回路４９は、負のしきい値とハイパ
スフイルタ４２の出力とを比較し、センサー１２の測定
位置に、センサー１２から見てセンサー１３が設置され
ている方向とは反対の方向から負の圧力先頭波が、また
はセンサー１３の測定位置に、センサー１３から見てセ
ンサー１２が設置されている方向とは反対の方向から正
の圧力先頭波が到達して、ハイパスフィルタ４２の出力
が前記負のしきい値を越えたときに信号を出力する機能
をもっている。
【００４５】５１〜５４はＡＮＤゲートであって、これ
らは変化率検出回路２０，３０から出力される圧力先頭
波の到達信号と相対変化検出回路４０からの相対的な変
化を示す信号とに基づいて前記圧力先頭波の正・負の種
別情報を含んでのセンサー位置への到達を示す信号を発
する機能と、その圧力先頭波の伝播方向を示す信号を発
する機能を有する。そのうち、ＡＮＤゲート５１はセン
サー１２からセンサー１３の方向（Ａ→Ｂ）に負の圧力
先頭波が伝播したときに信号を出力し、ＡＮＤゲート５
２はセンサー１２からセンサー１３の方向（Ａ→Ｂ）に
正の圧力先頭波が伝播したときに信号を出力し、ＡＮＤ
ゲート５３はセンサー１３からセンサー１２の方向（Ｂ
→Ａ）に正の圧力先頭波が伝播したときに信号を出力
し、ＡＮＤゲート５４はセンサー１３からセンサー１２
の方向（Ｂ→Ａ）に負の圧力先頭波が伝播したときに信
号を出力する。そして、各ＡＮＤゲート５１，５２の出
力側にはＯＲゲート５５が接続され、ここから正・負に
よらず何れかの圧力先頭波がセンサー１２からセンサー
１３の方向（Ａ→Ｂ）に伝播するときに信号が出力さ
れ、またＡＮＤゲート５３，５４の出力側にはＯＲゲー
ト５６が接続され、ここから正・負によらず何れかの圧
力先頭波がセンサー１３からセンサー１２の方向（Ｂ→
Ａ）に伝播するときに信号が出力される。
【００４６】次に、以上のような方法および装置の一連
の動作について例を挙げて説明する。今、図１のパイプ
ライン１１内を負の圧力先頭波が伝播し、先ず最初にセ
ンサー１２の測定位置に到達し、次いでＴtap 秒後にセ
ンサー１３の測定位置に到達するものと仮定する。
【００４７】ところで、圧力先頭波の到達前の段階で
は、センサー１２，１３で測定された流体圧力に関係す
る特性値には時間的変化が少なく、図２の回路２２〜２
６，３２〜３６の各系統においては通常の圧力ノイズの
範囲よりも僅かに外側に大きなレベルをもつ各しきい値
が生成されており、このしきい値が各比較回路２７，２
８および３７，３８に入力されている。
【００４８】この状態において負の圧力先頭波がセンサ
ー１２の測定位置に到達すると、微分回路２１の出力信
号が負の方向に大きく変化し、その信号が各比較回路２
７，２８に印加される。このとき、センサー１３側の測
定位置には未だ当該圧力先頭波による影響が現れていな
い。
【００４９】比較回路２８の（＋）端子には圧力先頭波
到達前の圧力ノイズによって定まる負のしきい値が加わ
っているが、このとき、この負のしきい値を越えるレベ
ルの信号が（−）端子に加わるので、比較回路２８から
センサー１２の測定位置に負の圧力先頭波が到達したこ
とを示す信号が出力される。
【００５０】一方、相対変化検出回路４０においては、
負の圧力先頭波がまずセンサー１２の測定位置に到達す
ると、センサー１２，１３から流体圧力に関係する特性
値を受けて減算回路４１の出力が負の方向に大きく変化
し、この信号がハイパスフィルタ４２を経由して比較回
路４８，４９に印加される。このとき、比較回路４９で
は、インバータ４７からの負のしきい値とハイパスフィ
ルタ４２からの負の圧力先頭波に係わる信号とを比較
し、その信号が負のしきい値を越えるので、比較回路４
９は信号を出力することになる。
【００５１】その結果、ＡＮＤゲート５１の２つの入力
条件が成立し、ＯＲゲート５５よりセンサー１２からセ
ンサー１３へ向かう圧力先頭波が伝搬している旨の信号
が出力される。
【００５２】そして、負の圧力先頭波がセンサー１３の
測定位置に到達すると、その位置での流体圧力も急激に
低下する。このとき、前記比較回路２８の出力はセンサ
ー１３の測定位置での流体圧力の低下によって何ら影響
を受けることがない。その比較回路２８の出力は、ピー
ク検出回路２５の出力が時間の経過ととともに減衰し圧
力の過渡状態に応答するようになり、微分回路２１の出
力よりも外側にしきい値が設定されるようになるまで継
続する。一方、減算回路４１の出力信号はセンサー１
２，１３の出力信号が互いに等しくなるにしたがってゼ
ロ近くまで低下する。これによって、比較回路４９は動
作しなくなり、ＡＮＤゲート５１からのＡ→Ｂの方向を
示す信号も終息する。
【００５３】負の圧力先頭波がセンサー１３の測定位置
に到達すると、センサー１３の出力信号の低下により、
比較回路３８から負の圧力先頭波の到達を示す信号が出
力されるが、このとき前述のように比較回路４８からは
信号が出力されていないので、ＡＮＤゲート５４からは
センサー１３からセンサー１２の方向に負の圧力先頭波
が伝播することを示す信号は出力されない。
【００５４】同様に、センサー１２からセンサー１３の
方向に正の圧力先頭波が伝播するとき、変化率検出回路
２０の比較回路２７と相対変化検出回路４０の比較回路
４８とからそれぞれ信号が出力され、ＡＮＤゲート５２
でＡＮＤ条件が成立し、ＯＲゲート５５からセンサー１
２からセンサー１３の方向に圧力先頭波が伝播した旨の
信号が出力される。
【００５５】さらに、センサー１３からセンサー１２の
方向に圧力先頭波が伝播するときも、前記と類似の経過
をたどる。このとき、先ず、変化率検出回路３０からの
信号と相対変化検出回路４０からの信号が出力され、Ａ
ＮＤゲート５３または５４、さらにはＯＲゲート５６か
ら信号が出力される。この場合には減算回路４１からの
信号は圧力先頭波がセンサー１２から１３に伝播する場
合とは反対の符号をもつ。
【００５６】相対変化検出回路４０は、センサー１２か
らセンサー１３の方向に伝播する負の圧力先頭波の場
合、およびセンサー１３からセンサー１２の方向に伝播
する正の圧力先頭波の場合には同一の信号、つまり比較
回路４９から信号が出力され、また前記とは逆の圧力先
頭波の場合，つまりセンサー１２からセンサー１３の方
向に正の圧力先頭波が伝播する場合、およびセンサー１
３からセンサー１２の方向に負の圧力先頭波が伝播する
場合には比較回路４８から信号が出力される。なお、変
化率検出回路２０，３０の出力は圧力先頭波の伝播方向
に関係しない。但し、両者が多少の時間ずれをもって発
生するということが、結果として圧力先頭波の伝播を示
すこととなる。ゆえに、変化率検出回路２０，３０の出
力と相対変化検出回路４０の出力とをＡＮＤゲート５１
〜５４で論理積することにより、正しい方向信号を得る
ことができる。
【００５７】一方、ＯＲゲート５５，５６は、同一方向
に伝播する正の圧力先頭波と負の圧力先頭波とを表す信
号を結合するために使用される。もし、結合しないなら
ば、ＯＲゲート５５，５６は不要である。また、正の圧
力先頭波または負の圧力先頭波の伝播に関する検出のみ
を実施したい場合は、その様態に応じて変化率検出回路
２０．３０のそれぞれから絶対値回路２２，３２および
比較回路２７，２８の内１つ，３７，３８の内１つ、さ
らにＡＮＤゲート５１，５２の内１つ，５３，５４の内
１つを削除することができる。１つの方向だけが問題と
なるときには、片方の変化率検出回路の全部を削除する
ことができる。
【００５８】また、各フィルタ１５，１６，４２のパラ
メータの調整と微分回路２１，３１，ピーク検出回路２
５，３５の時定数の調整とを正しく行うには、パイプラ
イン１１にそって設置される各センサー１２，１３の間
隔が関係してくる。これらセンサー１２，１３の測定位
置は、圧力先頭波が２つの測定位置間にあるときには、
信号処理装置１４において圧力先頭波の伝播に係わる信
号がノイズと区別できるほど長く継続するように離さな
ければならない。
【００５９】なお、２つの測定位置間の距離が大きく離
れているときは、微分回路２１，３１、ピーク検出回路
２５，３５の時定数は、両センサーからの信号が正しく
重なるように非常に大きな値である必要があるが、この
ようにするとハイパスフィルタ４２において低域周波数
ノイズが効率的に除去できなくなる。経験的には、２つ
の測定位置間の距離としては１０〜１００ミリ秒のＴta
p に相当する程度が効果的である。因みに、ガソリンパ
イプラインの場合、先頭波伝播速度を約１０００ｍ／ｓ
ｅｃとすれば、このＴtap の数値は距離にして１０〜１
００ｍの範囲に相当する。
【００６０】上記発明の設置形態としては、まず、圧力
先頭波の発生位置を決定するのに役立つ当該圧力先頭波
の伝播方向情報とともに、圧力先頭波のセンサー位置へ
の到達を検出することにより、その検出警報を発するこ
とに用いることが考えられる。さらに、少し前記設置形
態を発展させたものとしては、パイプライン１１の数個
所のセンサーで圧力先頭波の到達時刻と方向情報とを検
出し、それらを中央局に送信し、そこでオペレータまた
は中央コンピュータがかかる情報を用いて漏洩およびパ
イプライン１１の通常操業を維持するために必要な例え
ばポンプの運転・停止によって生じた圧力変化など、そ
の他の圧力過渡現象の発生場所を決定するのに用いるこ
とができる。
【００６１】さらに具体的には、パイプライン上に設置
された弁から数マイルも離れた場所に本発明の方法およ
び装置をもとにしたリモートステーションを設け、中央
操作室から弁操作命令が発せられるごとに、前記リモー
トステーションで正または負の圧力先頭波およびその伝
播方向、到達時刻を検出することにより、弁操作命令と
の単純な論理比較により、その弁が正しく操作されたか
否かを確認することができる。上記の事例は、多くのノ
イズを含むパイプライン１１の流体圧力に関する特性値
の検出信号から、圧力先頭波の到達および伝播方向を一
度検出すると、種々の応用分野でそれをいかに使用でき
るかを示した多数の事例のごく一部である。その他、本
発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施で
きるものである。
【００６２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
のような種々の効果を奏する。先ず、請求項１，２の発
明においては、高ノイズ環境であっても何れの方向から
伝播してくる圧力先頭波に対しても、その伝播方向およ
びそれが正・負の何れの圧力先頭波であるかを迅速、か
つ、確実に決定するパイプラインの監視方法を提供でき
る。
【００６３】次に、請求項３，４の発明においては、高
ノイズ環境であっても何れの方向から伝播してくる圧力
先頭波に対しても、その伝播方向およびそれが正・負の
何れの圧力先頭波であるかを迅速、かつ、確実に特定す
るパイプラインの監視装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるパイプラインの監視方法および
その監視装置を説明する全体構成図。
【図２】図１の信号処理装置の一具体例を説明するハー
ド構成を示す図。
【図３】パイプラインに、漏洩等によって流体過渡現象
が生じたときの一般的な圧力変化の推移の一例を説明す
る図。
【図４】パイプラインに、漏洩等によって流体過渡が生
じたときの従来の監視方法を説明する図。
【図５】パイプラインに、漏洩等によって流体過渡が生
じたときの従来の監視方法を説明する図。
【符号の説明】
１１…パイプライン、１２，１３…センサー、１４…信
号処理装置、１５，１６…ノイズフィルタ、２０，３０
…変化率検出回路、２１，３１…微分回路、２２，３２
…絶対値回路、２５，３５…ピーク検出回路、２６，３
６…インバータ、２７，２８，３７，３８…比較回路、
４０…相対変化検出回路、４１…減算回路、４２…ハイ
パスフィルタ、４３…絶対値回路、４６…ピーク検出回
路、４７…インバータ、４８，４９…比較回路、５１〜
５４…ＡＮＤ回路、５５，５６…ＯＲ回路。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 パイプライン中の流体に圧力変動を発生
    させる事象に起因して前記流体を媒体として伝搬する圧
    力先頭波の伝搬方向を決定するパイプラインの監視方法
    において、 前記パイプラインにそって配置された第１，第２のセン
    サによって流体圧力の過渡的変化を示す応答特性値をそ
    れぞれ測定し、この各応答特性値から圧力の時間に対す
    る傾きの程度をそれぞれ求め、この各傾きの程度をそれ
    ぞれ絶対値信号に変換し、この絶対値信号に所定の値を
    上乗せし、この各絶対値信号より大きい所望の値をそれ
    ぞれ第１のしきい値と決定し、前記各傾きの程度が、所
    定時間だけ前に生成された最新の前記各第１のしきい値
    を越えたことをもって前記圧力先頭波の到達を検出し、 さらに、前記第１，第２のセンサによって測定された最
    新の前記応答特性値の差を絶対値信号に変換し、この絶
    対値信号に所定の値を上乗せし、この各絶対値信号より
    大きい所望の値を第２のしきい値と決定し、前記各応答
    特性値が、所定時間だけ前に生成された最新の前記各第
    ２のしきい値を越えたことをもって前記圧力先頭波の相
    対的な変化を求め、 前記圧力先頭波の到達検出信号と前記圧力先頭波の相対
    的な変化の検出信号とを比較して予め決められた条件に
    合致するかどうかをもって前記圧力先頭波の伝搬方向と
    極性、或いは前記圧力先頭波の伝搬方向のみを決定する
    ことを特徴とするパイプラインの監視方法。
  2. 【請求項２】 パイプライン中の流体に圧力変動を発生
    させる事象に起因して前記流体を媒体として伝搬する圧
    力先頭波の伝搬方向を決定するパイプラインの監視方法
    において、 前記パイプラインにそって配置された第１，第２のセン
    サによって流体圧力の過渡的変化を示す応答特性値をそ
    れぞれ測定し、この各応答特性値から圧力の時間に対す
    る傾きの程度をそれぞれ求め、この各傾きの程度をそれ
    ぞれ絶対値信号に変換し、この絶対値信号に所定の値を
    上乗せし、この各絶対値信号より大きい所望の値をそれ
    ぞれ第１のしきい値と決定し、前記各傾きの程度が、所
    定時間だけ前に生成された最新の前記各第１のしきい値
    を越え、かつこれが所定期間の間保持したことをもって
    前記圧力先頭波の到達を検出し、さらに、前記第１，第
    ２のセンサによって測定された最新の前記応答特性値の
    差を絶対値信号に変換し、この絶対値信号に所定の値を
    上乗せし、この各絶対値信号より大きい所望の値を第２
    のしきい値と決定し、前記各応答特性値が、所定時間だ
    け前に生成された最新の前記各第２のしきい値を越えた
    ことをもって前記圧力先頭波の相対的な変化を求め、前
    記センサの一方側から先に前記圧力先頭波の到達を検出
    した後、前記センサの他方側より当該圧力先頭波の到達
    を検出する前に、前記相対的な変化の検出信号と先に検
    出した前記圧力先頭波到達信号とを比較して予め決めら
    れた条件に合致するかどうかをもって当該圧力先頭波の
    伝搬方向と極性、或いは当該圧力先頭波の伝搬方向のみ
    を決定することを特徴とするパイプラインの監視方法。
  3. 【請求項３】 パイプライン中の流体に圧力変動を発生
    させる事象に起因して前記流体を媒体として伝搬する圧
    力先頭波の伝搬方向を決定するパイプラインの監視装置
    において、 前記パイプラインにそって配置され流体圧力の過渡的変
    化を示す応答特性値をそれぞれ測定する第１，第２の測
    定手段と、 前記第１，第２の測定手段によって測定された応答特性
    値をそれぞれ圧力の時間に対する傾きの程度を求める第
    １及び第２の微分手段と、 前記各傾きの程度をそれぞれ絶対値信号に変換する絶対
    値手段と、 前記各絶対値信号に所定の値を上乗せし、この各絶対値
    信号より大きい所望の値をそれぞれ第１のしきい値と決
    定する第１及び第２の演算手段と、 前記第１の各しきい値のピーク値をそれぞれ検出する第
    １及び第２のピーク検出手段と、 前記各微分手段の出力が、所定時間だけ前に生成された
    最新の前記各第１のしきい値のピーク値が越えたことを
    もって前記圧力先頭波の到達を検出する第１及び第２の
    比較手段と、 前記第１及び第２の測定手段によって測定された応答特
    性値の差を絶対値信号に変換する減算手段と、 前記減算手段からの絶対値信号に所定の値を上乗せし、
    この各絶対値信号より大きい所望の値を第２のしきい値
    と決定する第３の演算手段と、 前記第２のしきい値のピーク値を検出する第３のピーク
    検出手段と、 前記減算手段の出力が、所定時間だけ前に生成された最
    新の前記各第２のしきい値のピーク値を越えたことをも
    って前記圧力先頭波の相対的な変化を検出する第３の比
    較手段と、 前記第３の比較手段の出力と前記第１及び第２の比較手
    段の出力が予め決められた条件に合致するかをもって前
    記圧力先頭波の伝搬方向と極性、或いはその圧力先頭波
    の伝搬方向のみを決定する決定手段とを備えたことを特
    徴とするパイプラインの監視装置。
  4. 【請求項４】 パイプライン中の流体に圧力変動を発生
    させる事象に起因して前記流体を媒体として伝搬する圧
    力先頭波の伝搬方向を決定するパイプラインの監視装置
    において、 前記パイプラインにそって配置され流体圧力の過渡的変
    化を示す応答特性値をそれぞれ測定する第１，第２のセ
    ンサと、 この第１，第２のセンサによって測定された応答特性値
    をそれぞれ微分し、圧力の時間に対する傾きの程度を求
    める第１及び第２の微分回路と、 前記各傾きの程度をそれぞれ絶対値信号に変換する第１
    及び第２の絶対値回路と、 前記各絶対値信号に所定の値を上乗せし、この各絶対値
    信号より大きい所望の値をそれぞれ第１のしきい値と決
    定する第１及び第２の演算器と、 前記各第１のしきい値のピーク値を所定期間の間保持す
    る第１及び第２のピーク検出回路と、 前記第１及び第２のピーク検出回路からそれぞれ出力さ
    れ、所定時間だけ前に生成された最新の第１のしきい値
    のピーク値と対応する微分回路の出力とを比較して前記
    圧力先頭波の到達を検出する第１及び第２の比較回路
    と、 前記第１及び第２のセンサによって測定された応答特性
    値の差を演算する減算回路と、 この減算回路の出力を絶対値信号に変換する第３の絶対
    値回路と、 前記第３の絶対値回路からの絶対値信号に所定の値を上
    乗せし、この各絶対値信号より大きい所望の値を第２の
    しきい値と決定する第３の演算器と、 前記第２のしきい値のピーク値を検出する第３のピーク
    検出回路と、 前記第２のしきい値のピーク値と前記減算回路の出力の
    うちで、所定時間だけ前に生成された最新の出力とを比
    較して前記圧力先頭波の相対的な変化を判定する第３の
    比較回路と、 この第３の比較回路の出力と前記第１及び第２の比較回
    路の出力が予め決められた条件に合致するかをもって前
    記圧力先頭波の伝搬方向と極性、或いはその圧力先頭波
    の伝搬方向のみを決定する論理回路とを備えたことを特
    徴とするパイプラインの監視装置。
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