JP4379649B2 - 高圧気体貯蔵施設および高圧気体貯蔵施設における漏洩検知方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤内を掘削して空洞を形成し、この空洞の内面をライニング材により覆うことにより、ライニング材の内部を、圧縮空気や天然ガスなどの高圧気体を貯蔵するためのタンクとして形成した高圧気体貯蔵施設およびこの施設に適用される高圧気体の漏洩検知方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、岩盤内に空洞を形成し、この空洞内を圧縮空気や天然ガスなどの高圧気体を貯蔵するタンクとして利用する施設が、近年実現している。この種の施設においては、高圧気体が施設外部に拡散することを防止するために、高度な漏洩防止の管理が必要とされている。
【０００３】
従来、施設稼働時における高圧気体の漏洩防止の管理の方法としては、以下に示すようなものが提案されている。
▲１▼ 受入／払出量管理
施設の貯蔵圧、貯蔵温度より算出される高圧気体の貯蔵量と、高圧気体の受入／払出量の累計量を比較し、これらの値の差により漏洩を検知する方法。
▲２▼ ガス検知センサー
貯蔵施設周辺の地盤内にガス検知用のセンサーを埋設し、漏洩したガスを検知する方法。または、貯蔵した高圧気体にトレーサーを添加しておき、このトレーサーをセンサーにより検知する方法。
▲３▼ 地下水、地中ガスモニタリング
貯蔵施設周辺に観測用の坑井、ボーリング孔を設置しておき、ここで採取した地下水、地中ガスに含まれる貯蔵ガスの濃度により漏洩を検知する方法。
▲４▼ その他
漏洩に伴って発生する音を検知する方法（アコースティックエミッション）。、温度変化などを計測することにより漏洩を検知する方法。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような漏洩防止の管理方法は、それぞれ以下のような問題点を有している。
まず、▲１▼の方法については、漏洩の検知精度が、貯蔵圧、貯蔵温度、受入／払出流量の計測精度に依存するために、一般に検知精度が低く、また、漏洩の有無は検知できても、漏洩箇所については、全く情報が得られないという問題点がある。
【０００５】
また、▲２▼、▲３▼の方法は、漏洩ガスを直接捕捉できる点で、▲１▼の方法より検知精度が高く、検出位置により漏洩箇所をある程度予測することが可能であるが、漏洩したガスがセンサー、または観測孔まで到達するまでは漏洩が検出されないため、漏洩発生から検知までにタイムラグがある。また、漏洩したガスを高い確率で捕捉するためには、センサー、観測孔を高い密度で配置する必要があり、設備が高額となる可能性がある。
【０００６】
さらに、▲４▼の方法については、漏洩を迅速に検知する点で有利であるが、漏洩に伴って大きな音、温度変化が生じるような条件の場合にのみ有効であり、適用上の制限がある。
【０００７】
また、これらの方法の他に、電気探査、電磁探査などによって地盤の比抵抗分布を計測することにより、漏洩気体の拡散領域（不飽和領域）を間接的に検知する方法も考えられるが、これらの手法では、地盤内のかなりの部分が不飽和にならないと比抵抗の変化が検出できず、少量、または、局所的な漏洩を検知することは困難と考えられる。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、貯蔵気体の漏洩の検知が、高精度に、低コストで、なおかつ、適用条件に制約なく実現可能であるような高圧気体貯蔵施設および漏洩検知方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明においては以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１記載の発明は、地盤内を掘削して空洞を形成し、該空洞の内面をライニング材により覆うことにより、該ライニング材の内部を、高圧気体を貯蔵するためのタンクとして形成した高圧気体貯蔵施設であって、
前記地盤内における前記ライニング材の外面の周囲の位置に孔部が設けられ、
該孔部は、前記地盤内の地下水をその内部に導入可能な構成とされ、
前記孔部の内部の地下水圧を測定可能な圧力測定装置が備えられていることを特徴としている。
【００１０】
この高圧気体貯蔵施設においては、タンクから気体の漏洩が生じた場合に、漏洩気体が地盤内の地下水圧分布を変化させることを利用し、圧力測定装置により地下水圧の変化を検出することで、気体の漏洩を検知することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の高圧気体貯蔵施設であって、
前記ライニング材の外面の周囲の互いに異なる位置に、独立した前記孔部がそれぞれ設けられ、
これら孔部にそれぞれ前記圧力測定装置が設けられていることを特徴としている。
【００１２】
この高圧気体貯蔵施設においては、複数の孔部における地下水圧を比較することにより、ライニング材のどの部分において気体の漏洩が生じているかを推定することが可能である。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の高圧気体貯蔵施設であって、前記圧力測定装置としてピトー管が用いられていることを特徴としている。
【００１４】
この高圧気体貯蔵施設においては、簡便な設備により地下水圧の測定が可能となる。
【００１５】
請求項４記載の発明は、地盤内を掘削して空洞を形成し、該空洞の内面をライニング材により覆うことにより、該ライニング材の内部を、高圧気体を貯蔵するためのタンクとして形成した高圧気体貯蔵施設において適用されて、前記高圧気体の漏洩を検知するための方法であって、
前記地盤内における前記ライニング材の外面の周囲の位置に孔部を設け、
該孔部内に、前記地盤内の地下水を導入し、
該地下水の水圧を測定しておき、
該水圧が変化したことにより、前記高圧気体の漏洩を検知することを特徴としている。
【００１６】
このような構成により、タンクから気体の漏洩が生じた場合における漏洩気体の地盤内の地下水圧分布の変化を検出することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、地中に形成された貯蔵施設１の概略構成を模式的に示す立断面図、図２は、同平面図である。この貯蔵施設１は、岩盤（地盤）Ｒ内に高圧気体Ｇを貯蔵するためのものであり、岩盤Ｒ内を掘削して空洞２を形成し、この空洞２の内面をライニング材３により覆うとともに、ライニング材３の内部を高圧気体（圧縮空気、天然ガスなど）を貯蔵するためのタンク４として形成したものとなっている。
【００１８】
また、この貯蔵施設１においては、ライニング材３と岩盤Ｒとの間に、裏込めコンクリートＣが充填されており、さらに、裏込めコンクリートＣの外側には、複数の互いに独立したモニタリング孔（孔部）５，５，…が、ライニング材３の外面に沿った状態で形成されている。
【００１９】
各モニタリング孔５は、ライニング材３の下端３ａの外面から上端３ｂの外面を通って再び下端３ａの外面に沿った位置を循環するループ部６を有した構成となっている。また、各モニタリング孔５のループ部６は、ライニング材３の外面の互いに異なる位置に沿ってそれぞれ設けられている。
【００２０】
また、モニタリング孔５は、有孔管により形成されており、その図示しない複数の小孔が岩盤Ｒ内に向けて開口し、この小孔により岩盤Ｒに滞留する地下水Ｗを内部に導入可能となっている。これにより、モニタリング孔５は、地下水Ｗによってその内部が満たされた状態となっている。
【００２１】
また、各ループ部６には、ピトー管（圧力測定手段）７がそれぞれ接続されており、これにより、モニタリング孔５内部の地下水Ｗの水圧が測定可能となっている。これらピトー管７，７，…は、その上端に、ピトー管７内に導かれた水面の水位変化を測定するための水位測定部７ａをそれぞれ有する構成とされており、また、これら水位測定部７ａ，７ａ，…は、貯蔵施設１にアクセスするための坑道８内において水平方向に配列されている。
【００２２】
このような構成の貯蔵施設１は、タンク４から高圧気体Ｇの漏洩があった際には、以下のように機能する。
貯蔵施設１の周囲に大きな地下水の流れが無いと仮定すると、通常時において、各モニタリング孔５内の地下水Ｗの圧力は一様であり、したがって、ピトー管７，７，…の水位測定部７ａ，７ａ，…における水面は、図３に示すように一様となる。
【００２３】
この状態で、タンク４から高圧気体Ｇの漏洩が発生すると、岩盤Ｒ内に流出した貯蔵気体の圧力が地下水Ｗに伝播し、図４に示すように、漏洩位置１０を中心とした地下水圧の圧力分布Ｐが形成される。この場合、地下水Ｗの水圧変化は、ピトー管７，７，…の水位測定部７ａ，７ａ，…における水位変化として現れ、また、地下水Ｗに生じた圧力分布Ｐは、ピトー管７，７，…の水位測定部７ａ，７ａ，…における水位差として現れる。したがって、水位測定部７ａ，７ａ，…における水位変化、および各水位測定部７ａ，７ａ，…間の水位差を観測することにより、高圧気体Ｇの漏洩を検知することができる。
【００２４】
なお、タンク４から高圧気体Ｇの漏洩が発生した場合、地下水Ｗの圧力分布の変化は、高圧気体Ｇ自体の拡散に先行して岩盤Ｒ内を伝播する。これを示すのが図５および図６であり、図５は、貯蔵気体の漏洩が発生した場合の貯蔵施設１周辺の地下水の圧力変化の解析による予測結果、図６は、貯蔵気体（圧力２０ＭＰａ）の拡散範囲の変化の解析による予測結果を示す。なお、これらの図において（ａ）は、漏洩発生から１時間後、（ｂ）は１日後、（ｃ）は３日後、（ｄ）は１０日後、（ｅ）は、４０日後の地下水圧（単位：ＭＰａ）の変化およびガス飽和率（単位：無次元）をそれぞれ示している。また、これらの解析においては、貯蔵施設１におけるタンク４の天井部１１（図１参照）から貯蔵気体の漏洩が発生したものとしている。また、ここでは、岩盤Ｒ内において、タンク４の天井部１１を通る鉛直軸線を中心に物性が円周方向に均一であると仮定し、軸対称の２次元断面モデルを用いて、地下水の圧力変化および貯蔵気体の拡散範囲の変化の解析を行っており、計算結果をタンク４の右半分側のみに示している。また、図中において、縦軸は、深度（単位：ｍ）を表し、横軸は、タンク４の中心からの水平方向距離（単位：ｍ）を表す。
【００２５】
これらの解析結果から理解されるように、漏洩発生後の岩盤Ｒ内のガスの拡散は比較的緩やかに進行するのに対し、地下水圧の変化の伝播速度は非常に速く、早い時刻に遠方まで影響が及ぶ。また、漏洩ガスは、貯蔵施設１の下方にはあまり進行しないが、地下水圧の変化は、この方向にも伝播する。このことにより、モニタリング孔５，５，…内の地下水圧の変化を利用して漏洩を検出することで、従来のガスセンサーを用いる方法などに比較し、迅速、かつ、高精度に漏洩を検知できると考えられる。
【００２６】
以上述べた貯蔵施設１においては、ライニング材３の外面の周囲の位置にモニタリング孔５，５，…が設けられるとともに、これらモニタリング孔５，５，…が、その内部に地下水Ｗを導入可能な構成とされ、なおかつ、これらモニタリング孔５，５，…に、内部の地下水Ｗの圧力を測定するためのピトー管７，７，…が接続されているために、タンク４から高圧気体Ｇの漏洩が生じた場合に、漏洩気体が岩盤Ｒ内の地下水圧分布を変化させることを逆に利用し、ピトー管７，７，…により地下水圧の変化を検出することで、気体の漏洩を検知することができる。これにより、ガスセンサーを用いて漏洩気体を検知する施設や、地下水／ガスを採取・分析する場合に比較して、貯蔵気体の漏洩を簡便な設備で検知することが可能である。また、漏洩にあたって大きな音や温度変化などが生じるなどの適用上の条件がなく、低コストで、適用条件に制約なく、高圧気体Ｇの漏洩を検知することができ、安全性・経済性に優れている。
【００２７】
また、上述の貯蔵施設１においては、複数の独立したモニタリング孔５，５，…が、ライニング材３の外面の互いに異なる位置に沿って配置されているために、これらモニタリング孔５，５，…内の地下水圧をピトー管７，７，…によりそれぞれ検出し、これらを比較することで、岩盤Ｒ内の地下水圧分布を推定できる。これにより、ライニング材３のどの部分において漏洩が生じているかを把握することができ、緊急時の対応が容易となる。
【００２８】
さらに、上述の貯蔵施設１においては、モニタリング孔５，５，…内の地下水圧を測定する圧力測定装置としてピトー管７，７，…が用いられているために、簡便な設備により、貯蔵気体の漏洩の検知が実現可能であり、貯蔵施設１の管理に係るコストを削減させることが可能となる。
【００２９】
また、上述の貯蔵施設１における貯蔵気体の漏洩検知方法は、ライニング材３の外面の周囲の位置に設けたモニタリング孔５，５，…の内部に岩盤Ｒ内の地下水を導入し、この地下水Ｗの水圧を測定しておき、高圧気体Ｇの漏洩が生じた際には、地下水圧が鋭敏に変化することを利用して、高圧気体Ｇの漏洩を検知するものであるために、ガスセンサーなどを用いて漏洩気体を直接的に検知する従来の方法に比較して、貯蔵気体の漏洩を、迅速、かつ、高精度に検知することが可能である。
【００３０】
なお、上記実施の形態において、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において他の構成を採用するようにしてもよい。
例えば、上記実施の形態において、モニタリング孔５は、有孔管により形成されていたが、これに代えて、モニタリング孔５を岩盤Ｒ内に形成された裸孔としてもよい。
【００３１】
また、貯蔵施設１において、ライニング３の施工時に地下水圧を低下させるために敷設した排水管を、上述のモニタリング孔５として使用するようにしても良い。これにより、モニタリング孔５を形成するのに必要なコストを削減することができる。
【００３２】
さらに、上記実施の形態において、モニタリング孔５の内部の圧力を測定する手段としてピトー管７，７，…が用いられていたが、これに代えて、通常の圧力計、差圧計などを用いるようにしても良い。
【００３３】
また、上述の図５，６に示した解析結果においては、岩盤Ｒ内が水理的に均質であると仮定したが、岩盤Ｒ内において、割れ目などの局所的に透水性が高い部分に卓越して漏洩が進行する場合においても、同様の効果を得ることが可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る高圧気体貯蔵施設においては、ライニング材の外面の周囲の位置に孔部が設けられるとともに、この孔部が、その内部に地下水を導入可能な構成とされており、なおかつ、孔部の内部の地下水の圧力を測定するための圧力測定装置が備えられているために、タンクから高圧気体の漏洩が生じた場合に、漏洩気体が地盤内の地下水圧分布を変化させることを利用し、地下水圧の変化を検出することで、逆に気体の漏洩を検知することができる。これにより、ガスセンサーを用いて漏洩気体を検知する施設や、地下水／ガスを採取・分析する場合に比較して、貯蔵気体の漏洩を簡便な設備で検知することが可能である。また、漏洩にあたって大きな音や温度変化などが生じるなどの適用上の条件がなく、低コストで、適用条件に制約なく、高圧気体の漏洩を検知することができ、安全性・経済性に優れている。
【００３５】
請求項２に係る高圧気体貯蔵施設によれば、複数の独立した孔部が、ライニング材の外面の互いに異なる位置に沿って配置され、これら孔部に対してそれぞれ圧力測定装置が設けられるために、これら孔部内の地下水圧を圧力測定装置によりそれぞれ検出し、これらを比較することで、地盤内の地下水圧分布を推定できる。これにより、ライニング材のどの部分において漏洩が生じているかを把握することができ、緊急時の対応が容易となる。
【００３６】
請求項３に係る高圧気体貯蔵施設においては、圧力測定装置としてピトー管が用いられているために、簡便な設備により、貯蔵気体の漏洩の検知が実現可能であり、施設の管理に係るコストを削減させることが可能となる。
【００３７】
請求項４に係る高圧気体貯蔵施設における漏洩検知方法によれば、ライニング材の外面の周囲の位置に設けた孔部の内部に岩盤内の地下水を導入し、この地下水の水圧を測定しておき、高圧気体の漏洩が生じた際には、地下水圧が鋭敏に変化することを利用して、高圧気体の漏洩を検知することができるために、ガスセンサーなどを用いて漏洩気体を直接的に検知する従来の方法に比較して、貯蔵気体の漏洩を、迅速、かつ、高精度に検知することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１ 】 本発明の一実施の形態である高圧気体貯蔵施設の立面図である。
【図２ 】 同、平面図である。
【図３ 】 図１，２に示した高圧気体貯蔵施設において、平常時に各ピトー管によって検出される地下水圧を模式的に示す概念図である。
【図４ 】 図１，２に示した高圧気体貯蔵施設において、タンクから気体の漏洩が生じた際に各ピトー管によって検出される水圧変化を模式的に示す概念図である。
【図５ 】 貯蔵気体（圧力２０ＭＰａ）の漏洩が発生した場合の貯蔵施設周辺の地下水の圧力変化の解析による予測結果を示す図であって、（ａ）は、漏洩発生から１時間後、（ｂ）は１日後、（ｃ）は３日後、（ｄ）は１０日後、（ｅ）は、４０日後の岩盤Ｒ中の地下水圧（単位：ＭＰａ）を示すコンター図である。
【図６ 】 貯蔵気体の拡散範囲の変化の解析による予測結果を示す図であって、（ａ）は、漏洩発生から１時間後、（ｂ）は１日後、（ｃ）は３日後、（ｄ）は１０日後、（ｅ）は、４０日後の岩盤Ｒ中のガス飽和率（単位：無次元）を示すコンター図である。
【符号の説明】
１ 貯蔵施設
２ 空洞
３ ライニング材
４ タンク
５ モニタリング孔（孔部）
７ ピトー管
Ｒ 岩盤（地盤）
Ｗ 地下水

Claims (4)

1. 地盤内を掘削して空洞を形成し、該空洞の内面をライニング材により覆うことにより、該ライニング材の内部を、高圧気体を貯蔵するためのタンクとして形成した高圧気体貯蔵施設であって、
   前記地盤内における前記ライニング材の外面の周囲の位置に孔部が設けられ、
   該孔部は、前記地盤内の地下水をその内部に導入可能な構成とされ、
   前記孔部の内部の地下水圧を測定可能な圧力測定装置が備えられていることを特徴とする高圧気体貯蔵施設。
2. 請求項１記載の高圧気体貯蔵施設であって、
   前記ライニング材の外面の周囲の互いに異なる位置に、独立した前記孔部がそれぞれ設けられ、
   これら孔部に対して、それぞれ前記圧力測定装置が設けられていることを特徴とする高圧気体貯蔵施設。
3. 請求項１または２記載の高圧気体貯蔵施設であって、
   前記圧力測定装置としてピトー管が用いられていることを特徴とする高圧気体貯蔵施設。
4. 地盤内を掘削して空洞を形成し、該空洞の内面をライニング材により覆うことにより、該ライニング材の内部を、高圧気体を貯蔵するためのタンクとして形成した高圧気体貯蔵施設において適用されて、前記高圧気体の漏洩を検知するための方法であって、
   前記地盤内における前記ライニング材の外面の周囲の位置に孔部を設け、
   該孔部内に、前記地盤内の地下水を導入し、
   該地下水の水圧を測定しておき、
   該水圧が変化したことにより、前記高圧気体の漏洩を検知することを特徴とする高圧気体貯蔵施設の漏洩検知方法。

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