JP2688792B2 - 流体流通管路における温度異常検出構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、液化天然ガス（ＬＮ
Ｇ）の如き低温流体、あるいは高温蒸気の如き高温流体
など、各種流体を輸送、流通させるためのパイプライン
や配管において、その管路の異常を温度によって検出す
るための流体流通管路における温度異常検出構造に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】液化天然ガス等の流体輸送用パイプライ
ンにおいては、輸送用管体における亀裂の発生や管体の
損傷、破壊などによって内部を流れる流体が外部へ吹き
出せば、大事故に至る危険がある。またプラント設備や
工場において各種化学品や薬品等の液体や各種ガスある
いは高温蒸気等を輸送する配管においても同様な問題が
ある。さらに、ビル等における暖房用の配管その他の熱
交換設備などにおいては、管体からの高温熱媒体の漏出
は、大事故は招かないまでも、暖房効率、熱交換効率の
低下などを招くおそれがある。したがってこれらの流体
流通管路においては、内部を流通する流体の漏洩、流出
があった場合にその部分の修理等を迅速に行なうべく、
その漏洩、流出のあった位置を直ちに検出することが望
まれる。

【０００３】前述のような流体輸送用、流体流通用のパ
イプラインや配管などの管路においては、大気温度と一
定の温度差がある流体を輸送、流通させる場合が多い
が、そのような管路においては、管路の近傍の温度を検
出することによって、管路内を流れる流体の管路外への
漏洩、流出を検出することが可能である。例えばＬＮＧ
輸送用のパイプラインでは、ＬＮＧ自体が極低温である
から、管路内のＬＮＧが管体の亀裂の発生などにより管
路外へ漏洩、流出すれば、その付近の温度が急激に低下
するから、管路の長さ方向の温度分布を常時監視してお
くことによって、ＬＮＧの漏洩箇所を検出することがで
きる。また高温蒸気などの高温媒体の配管においては、
逆に漏洩箇所付近で温度上昇が生じることから、管路の
長さ方向の温度分布を常時監視しておくことによって、
高温媒体の漏洩箇所を検出することができる。

【０００４】ところで管路の長さ方向の温度分布を監視
し得るセンサとしては、ラマン散乱型光ファイバ式分布
温度センサが知られており、このような分布型温度セン
サを電力ケーブル線路における地絡事故発生地点検出に
用いた例として、例えば特開平１−２６７４２８号公報
に示されるシステムがある。

【０００５】前述のようなラマン散乱型光ファイバ式分
布型温度センサによる温度分布計測原理は次の通りであ
る。すなわち、光フィバに光を入射すれば、光ファイバ
内のわずかな屈折率のゆらぎや光ファイバを構成する分
子、原子による吸収、再発光などによる光の散乱が生じ
る。この散乱光には、入射光と同じ波長の光であるレー
レ散乱光と、入射光とは異なる波長の光であるラマン散
乱光とがある。後者のラマン散乱光は、光ファイバを構
成する分子、原子の熱振動により発生する散乱光で、そ
の強さは温度に大きく依存する。そこで入射光として特
定波長のパルス光（通常はレーザパルス）を使用し、散
乱光により光が戻ってくるまでの時間の遅れとラマン後
方散乱光の強さを検出することで、光ファイバの長さ方
向各位置の温度を計測することができるのである。そし
てこのようなラマン散乱型光ファイバ式分布型温度セン
サの温度検出部である光ファイバを、前述のようなパイ
プラインや配管の管路に沿わせておくことが、既に特開
平４−９６２７号において提案されており、このように
すれば管体の亀裂発生や損傷、破壊などによって管路内
を流れる流体が管路外へ漏洩、流出した場合の管路外側
での温度異常を検出し、その異常発生位置を知ることが
できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところでパイプライン
等の管路の保守については、長距離の管路の全長にわた
って同一の担当部署や担当者が保守・管理を行なうこと
は稀であり、一般にはパイプラインの管路が複数の保守
区間に分けられて、各保守区間について別の部署あるい
は保守責任者が担当するのが通常である。このような場
合、パイプライン等の管路の保守管理については、温度
異常が生じた箇所がいずれの保守区間に属するものかを
知る必要があり、特に保守区間の境界近傍ではいずれの
側の保守区間で温度異常が生じたかを正確に知る必要が
ある場合が多い。

【０００７】また一方、工場の建屋内やビル内における
配管では、高温蒸気や暖房用熱媒体などを流通させる配
管が各室間の壁を貫通して複数の部屋に引廻されること
が多いが、この場合、温度異常がいずれの部屋で生じた
かを知る必要があり、特に各室間の境界である壁の付近
では、いずれの側の部屋で温度異常が生じたかを正確に
知る必要がある場合が多い。

【０００８】前述のようなラマン散乱型光ファイバ式分
布型温度センサは、その光ファイバの長さ方向の温度分
布を検出することは可能ではあるが、実際上その距離分
解能、特に温度異常が生じた位置の点検出精度はそれほ
ど高くはなく、したがってこのような温度センサの光フ
ァイバを単純に管路に沿わせただけでは、温度異常の発
生位置が前述のようなパイプラインにおける保守区間境
界付近でいずれの側の区間で生じたかを正確に検出した
り、また前述のような複数の部屋に引廻される配管での
温度異常箇所が隣り合う各部屋間の境界付近におけるい
ずれの側の部屋に属するかを正確に検出したりすること
は極めて困難であった。

【０００９】この発明は以上の事情を背景としてなされ
たもので、パイプラインや配管などの流体流通用管路に
おける温度異常を、ラマン散乱型光ファイバ式分布型温
度センサを用いて検出するにあたり、その流体流通管路
における保守区間の境界位置付近や各部屋の境界位置付
近で、温度異常の発生位置を正確に検出することができ
るようにすることを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、ラマン散乱
型光ファイバ式分布型温度センサの温度検出部である光
ファィバを流体流通管路に沿わせ、流体流通管路におけ
る温度異常位置を検出するための流体流通管路における
温度異常検出構造において、流体流通管路がその長さ方
向に複数の区間に区分されており、かつ各区間相互の境
界付近の少なくとも１箇所の部分においては、光ファイ
バの長さ方向の一部に、流体流通管路の長さ方向の位置
と無関係となるように流体流通管路から離隔させた余長
部分が形成されていることを特徴としている。

【００１１】

【作用】この発明の温度異常検出構造では、流体流通管
路における区間境界付近の領域（以下これを区間境界領
域と記す）の少なくとも１箇所の部分において、検出用
の光ファイバの長さ方向の一部が、流体流通管路の長さ
方向の位置と無関係となるように流体流通管路から離隔
された余長部分とされている。すなわち、この種の流体
流通管路異常温度発生点検出システムでは、検出用の光
ファイバを流体流通管路に沿わせてその光ファイバの長
さ方向の各位置を流体流通管路の長さ方向の各位置（距
離）に対応されることにより、光ファイバにより検出さ
れる温度ピーク位置を流体流通管路上の位置（距離）と
関連付けて、流体流通管路上における温度ピーク位置す
なわち事故発生位置を検出することができるのである
が、この発明の場合は、特に区間境界領域付近の少なく
とも１箇所の部分では光ファイバに余長部分を持たせ
て、その余長部分が流体流通管路の長さ方向の位置と対
応しないように流体流通管路から離隔させる。この余長
部分は、流体流通管路から離隔されているため、流体流
通管路の異常温度が直ちには加えられない。すなわち通
常は余長部分には流体流通管路に温度異常が発生した時
に温度ピークが表われない。そしてこの余長部分は、流
通流通管路における温度ピーク位置とは無関係であるか
ら、その余長部分の存在によって区間境界領域付近にお
ける見掛け上の距離検出精度が高くなり、その余長部分
形成箇所に対して温度ピーク位置がいずれの側に位置し
ているかを正確に検出することが可能となる。

【００１２】具体的には、流体流通管路における区間境
界付近で管体からの流体の漏洩、流出等の事故により異
常な温度変化が生じた場合、前述のように光ファイバに
余長部分を形成していなければ、温度変化のピーク位置
すなわち異常発生位置が区間境界を境とするいずれの側
で生じたかを明確に判別できないことがあるが、例えば
ちょうど区間境界に相当する位置において光ファイバに
前述のような余長部分を形成しておけば、その余長部分
の長さ分だけ検出精度が向上して、区間境界に対してい
ずれの側の区間に温度ピーク位置すなわち異常発生位置
が属するかを明確に判別することが可能となる。

【００１３】

【実施例】図１に、この発明の実施例の全体的な構成を
模式的に示す。

【００１４】図１において、流体流通管路１は、例えば
ＬＮＧ等を輸送するめたのパイプラインの管路、あるい
は高温蒸気や熱媒体、その他各種流体を輸送、流通させ
るための配管の管路であり、この流体流通管路１はその
長さ方向に複数の区間２Ａ，２Ｂ，２Ｃに区分されてい
る。これらの区間２Ａ〜２Ｃは、例えばパイプラインに
おける各保守区間に相当し、また工場建屋内やビル内に
おける各部屋に相当する。したがって区間２Ａ〜２Ｃの
間の境界（区間境界）３Ａ，３Ｂは、それぞれ保守区間
の境界あるいは各部屋の境界（壁）などに相当する。そ
してこの各区間境界３Ａ，３Ｂを含むその両側の所定長
さの範囲が区間境界領域４Ａ，４Ｂとされている。

【００１５】流体流通管路１の全体にわたって、光ファ
イバ５がその流体流通管路１に沿うように布設されてい
る。この光ファイバ５は、分布型温度センサ計測部６に
接続されており、かつこの分布型温度センサ計測部６
は、ホストコンピュータ９に接続されている。ここで区
間境界領域４Ａの中央位置すなわち区間境界３Ａでは、
光ファイバ５はその長さ方向の一部がループ状に巻かれ
て、その部分が余長部分５１とされている。また区間境
界領域４Ｂの中央位置すなわち区間境界３Ｂでも同様に
光ファイバ５はその長さ方向の一部がループ状に巻かれ
て、その部分が余長部分５２とされている。なおこれら
のループ状に巻かれた余長部分５１，５２はいずれも流
体流通管路１から離隔されている。

【００１６】光ファイバ５が接続されている分布型温度
センサ計測部６の具体的構成は一般的なものと同様であ
れば良いが、通常は図２に示すように構成される。すな
わちこの計測部６は、光ファイバ５に入射光としてレー
ザパルス光を与えるとともに、光ファイバ５から戻るラ
マン後方散乱光を分離してこれを受光しかつ増幅・平均
化するためのものであって、図２に示しているように、
入射光としてのレーザパルス光を発振するためのレーザ
光源１０と、そのレーザ光源１０を駆動するための駆動
回路１１と、光ファイバ５から戻る反射散乱光からラマ
ン散乱光を分離するための分離用分波器１２と、ラマン
散乱光中におけるラマン光以外の光成分をカットするた
めのカット用分波器１３と、そのカット用分波器１３か
ら出力されるラマン散乱光を電気信号に変換するための
受光素子１４と、受光素子１４からの電気信号を増幅す
るためのアンプ１５と、電気信号のＳ／Ｎ比改善のため
の平均化回路１６とによって構成されている。そして計
測部６の出力信号（平均化回路１６の出力信号）はホス
トコンピュータ９へ与えられ、またホストコンピュータ
９からの制御のための信号が計測部６に与えられる。こ
のホストコンピュータ９においては、計測部６からの電
気信号を演算処理して光ファイバ５における長さ方向の
温度分布が求められ、さらにその温度ピーク位置、すな
わち温度上昇ピーク位置もしくは温度低下ピーク位置が
求められる。このとき、前述のように区間境界領域４
Ａ，４Ｂの中央位置すなわち区間境界３Ａ，３Ｂには、
光ファイバの長さ方向の一部に余長部分５１，５２が形
成されているから、その余長部分５１，５２の長さの情
報を予めコンピュータ９に記憶させておき、光ファイバ
からの信号により得られた情報をホストコンピュータ９
において演算処理することによって温度変化のピーク位
置すなわち温度異常発生位置を求めることができ、特に
その位置が区間境界領域４Ａ，４Ｂの中央（区間境界３
Ａ，３Ｂ）に対しいずれの側に属するかを正確に検出す
ることができる。例えば区間境界領域４Ａの中央の区間
境界３Ａの右側において温度ピークが生じた場合、図３
に示すようにその温度ピーク位置Ｐが光ファイバ５の余
長部分５１の右側に位置することを確実に検出すること
ができる。

【００１７】そして例えば、流体流通管路１がＬＮＧ等
の低温流体を輸送、流通させる管路であるとすれば、管
体の亀裂発生や損傷あるいは破壊などによって低温流体
の漏洩、流出事故が発生した場合には、その漏洩、流出
による周囲温度の低下を光ファイバ５が検出することに
なるが、その事故発生位置が特に区間境界３Ａ，３Ｂの
いずれかの近傍である場合、温度低下ピーク位置すなわ
ち事故発生地点がその区間境界に対しいずれの側の区間
に属するかを正確に判断することができる。ここで、各
区間２Ａ〜２Ｃが保守のために定められた区間（保守区
間）であれば、事故発生地点がいずれの保守区間に属し
ているかを正確かつ迅速に認識して、修理作業等を迅速
かつ円滑に行なうことが可能となる。

【００１８】また例えば流体流通管路１が、高温蒸気や
その他の熱媒体の如き高温流体を流通させる管路である
とすれば、管路の管体の亀裂発生等により高温流体の漏
洩事故が発生した場合には、その位置で周囲の温度が上
昇し、これが光ファイバ５のいずれかによって検出され
ることになるが、その事故発生位置が特に区間境界３
Ａ，３Ｂのいずれかの近傍である場合、温度上昇ピーク
位置すなわち事故発生位置がその区間境界に対していず
れの側の区間に属するかを正確に判別することができ
る。ここで、各区間２Ａ〜２Ｃがそれぞれ工場建屋内や
ビル内の各部屋に対応して定められている場合には、事
故がいずれの部屋で生じたかを正確かつ迅速に認識し
て、修理作業等を迅速かつ円滑に行なうことができる。

【００１９】図４にはこの発明の第２の実施例を示す。
図４の実施例では、区間境界領域４Ａ，４Ｂの両端位置
に相当する位置においてそれぞれ光ファイバ５にループ
状の余長部分５１Ａ，５１Ｂ；５２Ａ，５２Ｂが形成さ
れている。

【００２０】この実施例では、区間境界領域４Ａ，４Ｂ
付近で温度ピークが生じた場合に、その温度ピーク位置
が区間境界領域４Ａ，４Ｂ内かあるいは区間境界領域４
Ａ，４Ｂの外側であるかを正確に判別することができ
る。図５に、区間境界領域４Ａ内で温度ピークＰが生じ
た場合の光ファイバの長さ方向の位置と検出温度との関
係を示す。

【００２１】このような図４、図５に示す第２の実施例
によれば、例えば工場建屋やビル内の各部屋に配管が引
廻されている場合に、各部屋間の壁の厚み分を区間境界
領域に設定しておけば、配管からの流体の漏洩や流出に
よる温度異常が、壁の内部（区間境界領域内）で生じた
かまたは壁の外側（区間境界領域外）で生じたかを正確
に判別することが可能となる。

【００２２】図６には、図１に示した実施例と図４に示
した実施例とを組合せた第３の実施例を示す。この場合
は、各区間境界領域４Ａ，４Ｂの両端および中央（区間
境界３Ａ，３Ｂ）の３箇所において光ファイバ５にルー
プ状の余長部分５１，５１Ａ，５１Ｂ；５２，５２Ａ，
５２Ｂが形成されている。この第３の実施例では、区間
境界領域４Ａ，４Ｂの中央（区間境界３Ａ，３Ｂ）にお
ける余長部分５１，５２の存在によって温度ピーク位置
がその区間境界３Ａ，３Ｂの左右いずれの側に属するか
を容易かつ正確に判別できると同時に、区間境界領域４
Ａ，４Ｂの両端における余長部分５１Ａ，５１Ｂ；５２
Ａ，５２Ｂの存在によって温度ピーク位置が区間境界領
域４Ａ，４Ｂ内に属するかまたはその外側に属するかを
容易かつ正確に判別することができる。

【００２３】なお以上の各実施例において、流体流通管
路１に光ファイバ５を沿わせる具体的態様は任意である
が、例えば流体流通管路１にその長さ方向に沿って直線
状に光ファイバ５を沿わせて適宜の支持手段によって支
持させたり、あるいは流体流通管路１の外周上に光ファ
イバ５を螺旋状に巻付けたりすれば良い。

【００２４】

【発明の効果】この発明の流体流通管路における温度異
常検出構造によれば、ラマン散乱型光ファイバ式分布型
温度センサの温度検出部である光ファイバを流体流通管
路に沿わせておいて、管路内の液体の漏洩、流出などに
よる温度異常の発生位置を検出するにあたり、流体流通
管路における区間境界付近の少なくとも１箇所の部分に
おいて、流体流通管路の長さ方向の位置と無関係となる
ように流体流通管路から離隔された余長部分が光ファイ
バに形成されているため、温度ピーク位置すなわち液体
の漏洩、流出等の事故発生位置がその余長部分形成箇所
に対していずれの側であるかを高精度で検出することが
でき、したがって事故発生位置が隣り合う区間のいずれ
で発生したかを容易に判別することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の流体流通管路における温度異常検出
構造の第１の実施例の全体構成を示す略解図である。

【図２】この発明の温度異常検出構造に使用される計測
部の一例を示すブロック図である。

【図３】図１の実施例による光ファイバの長さ方向の位
置と検出温度との関係を示す線図である。

【図４】この発明の温度異常検出構造の第２の実施例を
示す略解図である。

【図５】図４の実施例による光ファイバの長さ方向の位
置と検出温度との関係を示す線図である。

【図６】この発明の温度異常検出構造の第３の実施例を
示す略解図である。

【符号の説明】

１ 流体流通管路 ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 区間 ３Ａ，３Ｂ 区間境界 ４Ａ，４Ｂ 区間境界領域 ５ 光ファイバ ５１，５１Ａ，５１Ｂ，５２，５２Ａ，５２Ｂ 余長部
分

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ラマン散乱型光ファイバ式分布型温度セ
   ンサの温度検出部である光ファイバを流体流通管路に沿
   わせ、流体流通管路における温度異常位置を検出するた
   めの流体流通管路における温度異常検出構造において、 流体流通管路がその長さ方向に複数の区間に区分されて
   おり、かつ各区間相互の境界付近の少なくとも１箇所の
   部分においては、光ファイバの長さ方向の一部に、流体
   流通管路の長さ方向の位置と無関係となるように流体流
   通管路から離隔された余長部分が形成されていることを
   特徴とする、流体流通管路における温度異常検出構造。