JP4442036B2 - 非接触型流体漏洩計測方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配管保温材で覆われたプロセス配管からの流体の漏洩量を非接触にて計測し、流体漏洩箇所の同定を行なうことができる非接触型流体漏洩計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電プラントや火力発電プラントでは主要なプロセス配管に内部流体として高温・高圧の蒸気または水等の流体を案内しているため、配管材料の劣化や配管施工不良等により、配管フランジ部や、配管溶接部、弁グランド部等に不具合が発生する虞がある。配管フランジ部や配管溶接部等に不具合が発生した場合、不具合箇所から高圧水や蒸気等の流体が漏洩する虞がある。流体漏洩発生時には、漏洩箇所の検知とともに漏洩流量の推定あるいは計測が必要となる。流体の漏洩箇所如何によっては、漏洩部位を隔離し、早急に必要な修復工事が求められることがある。
【０００３】
原子力発電プラントのプロセス配管から流体の漏洩が万一生じた場合、特に漏洩流体が放射性物質を含む一次系の冷却材であれば、速やかに放射線放出量を計測して評価し、国や地方自治体、マスコミ等へ報告し、発表する責務がある。そのためには、冷却材の漏洩流量を正確に精度よく非接触で測定し、流体漏洩箇所を正確に同定することが必要となる。
【０００４】
従来の原子力発電プラントや火力発電プラントにおいては、発電所運転員や補修員等の作業員による定期的な現場パトロール時に、目視あるいは監視用カメラを用いてプロセス配管からの流体の漏洩を検知している。
【０００５】
また、高温・高圧の流体を流すプロセス配管では、配管全体が配管保温材で覆われ、流体の温度降下を防止している。プロセス配管からの流体漏洩発生時には、配管保温材の継ぎ目等から漏出する流体を、仮設置のドレンタンクで受け、ドレンタンク内の流体流入体積を測定することにより、流体の漏洩流量を予測している。
【０００６】
一方、原子力発電プラントにおいては、原子炉運転中に原子炉格納容器内に作業員が立ち入ることができない。作業員が立ち入ることができない原子炉格納容器内の機器については、原子炉格納容器の空気調和機の凝縮水量、床ドレンポンプ流入量、原子炉格納容器内ダスト放射線量等とにより原子炉格納容器内の流体（冷却材）漏洩を検知し、流体漏洩量を推定していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
高温・高圧の蒸気や水等の流体を流すプロセス配管、特に一次系配管の多くは、配管保温材で覆われており、さらに、配管保温材の外周側はアルミニウム外板等の外装金属板で覆われ、配管内を通る流体の温度降下を防止している。
【０００８】
配管保温材や外装金属板で被覆している関係から、プロセス配管から微小漏洩が発生しても、漏洩流体が外部に滲み出てくる場合が少なく、配管保温材を開放したり、取り除くことをせずに、流体の漏洩箇所を同定したり、漏洩流量を計測し、漏洩流量を評価することが困難であった。
【０００９】
また、配管保温材をプロセス配管から開放し、取り除くためには、プロセス配管の流体漏洩箇所に接近して作業する必要がある。原子力発電プラントでは、配管保温材の開放・取り除き作業時に、流体の漏洩箇所に接近すると、放射能汚染の問題が発生する。このため、配管保温材を非分解状態で流体漏洩箇所の同定や流体漏洩流量の測定・評価が必要となる。
【００１０】
さらに、定期的な現場パトロール時に作業員の目視による流体漏洩の検知は、床に凝縮水が落ちていれば発見可能である。しかし、プロセス配管からの流体漏洩が微小量あるいは少量である場合には、プロセス配管を取り囲む配管保温材内に漏洩流体が染み込んで吸収されてしまい、配管保温材の外部に出てこない可能性がある。
【００１１】
この場合には、プロセス配管からの流体漏洩箇所の検知や流体漏洩量の推定が困難となる。
【００１２】
原子炉格納容器内で発生した流体の漏洩についても、流体の漏洩流量の推定を正確に精度よく行なうことが難しく、流体漏洩箇所の同定は困難となっている。
【００１３】
一部には、赤外線カメラを用いてプロセス配管からの流体漏洩の検知が行なわれているが、この流体漏洩の検知は、流体漏洩の有無だけの検知であって、流体漏洩量の推定（測定）や流体漏洩箇所の同定が可能なシステムとなっていない。
【００１４】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、高温・高圧流体を案内するプロセス配管からの流体漏洩量を精度よく迅速に計測（推定）し、流体漏洩箇所の同定を非接触にて正確に行なうことができる非接触型流体漏洩計測方法を提供することを目的とする。
【００１５】
本発明の他の目的は、赤外線カメラで撮影したプロセス配管の赤外線画像データをデータ処理し、配管保温材で覆われたプロセス配管からの流体漏洩の有無や大小に拘らず、流体漏洩量を精度よく計測し、流体漏洩箇所の同定を非接触にて正確に行なうことができる非接触型流体漏洩計測方法を提供するにある。
【００１６】
本発明の別の目的は、プロセス配管を被覆する配管保温材の局所的な低温部もしくは高温部の大きさや温度、周囲との温度差を赤外線カメラで測定し、赤外線画像データを流体漏洩試験で得られた既知の熱流量解析モデルと相関付けを行なって流体漏洩流量を計測（推定）し、流体漏洩箇所の同定を行なうようにした非接触型流体漏洩計測方法を提供するにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る非接触型流体漏洩計測方法は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載したように、配管保温材で覆われたプロセス配管を配管画像撮影手段で外側から撮影し、撮影されたプロセス配管の画像データをパソコンに入力し、上記画像データを、パソコンにて流体温度と流体流量を相関付けた熱流量解析モデルと比較してデータ処理し、配管保温材で覆われたプロセス配管からの流体漏洩量を非接触にて計測し、その流体漏洩箇所を同定する非接触型流体漏洩計測方法において、前記熱流量解析モデルは、プロセス配管を模擬した配管保温材被覆の試験配管から流出する流体流出箇所対応部位を赤外線カメラで撮影し、得られた赤外線画像データを処理して得られるものであり、前記熱流量解析モデルは、試験配管を覆う外装金属板表面温度分布の最高温度が漏洩点付近にあって周囲に次第に温度が低下する場合には流体最高温度と流体流量の関係を、最高温度が漏洩点の周囲にあってその内側の漏洩点温度分布が低下し、最低温度を囲むような温度分布の場合では流体最低温度と流体流量の関係を、それぞれ相関付けた関係曲線であることを特徴とする方法である。
【００１８】
また、上述した課題を解決するために、本発明に係る非接触型流体漏洩計測方法は、請求項２に記載したように、配管保温材で覆われたプロセス配管を配管画像撮影手段で外側から撮影し、撮影されたプロセス配管の画像データをパソコンに入力し、上記画像データを、パソコンにて流体温度と流体流量を相関付けた熱流量解析モデルと比較してデータ処理し、配管保温材で覆われたプロセス配管からの流体漏洩量を非接触にて計測し、その流体漏洩箇所を同定する非接触型流体漏洩計測方法において、前記熱流量解析モデルは、プロセス配管を模擬した配管保温材被覆の試験配管を用いて、漏洩流体試験装置により作成したもので、試験配管から流出した流体流量と試験配管を覆う外装金属板表面温度分布の相関関係を表わす熱流量解析データをモデル化したものであり、さらに、前記熱流量解析モデルは、プロセス配管を模擬した配管保温材被覆の試験配管から流出する流体流出箇所対応部位を赤外線カメラで撮影し、得られた赤外線画像データを処理して得られるものであり、前記熱流量解析モデルは、試験配管を覆う外装金属板表面温度分布の最高温度が漏洩点付近にあって周囲に次第に温度が低下する場合には流体最高温度と流体流量の関係を、最高温度が漏洩点の周囲にあってその内側の漏洩点温度分布が低下し、最低温度を囲むような温度分布の場合では流体最低温度と流体流量の関係を、それぞれ相関付けた関係曲線であることを特徴とする方法である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る非接触型流体漏洩計測方法の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、原子力発電プラントや火力発電プラント等に付設される主要なプロセス配管１０を示す。このプロセス配管１０は、ＳＵＳ材料等の管材で形成される配管で、主蒸気配管、給水配管、抽気系配管および復水系配管等に用いられる。プロセス配管１０は高温・高圧の蒸気または水等の流体を案内するために、耐熱性の配管保温材１１で覆われる。
【００２５】
配管保温材１１には、例えばけい酸カルシウムやロックウール等の耐熱性保温材料が用いられる。耐熱性保温材料はプロセス配管１０の外径に応じて使用材料が使い分けられ、例えば外径１２５ｍｍφ以上のプロセス配管１０にはけい酸カルシウム製の２分割タイプの配管保温材が、外径１００ｍｍφ以下のプロセス配管１０には断熱ウールとしてのロックウール製の配管保温材が一般的に用いられる。外径１００ｍｍφ〜１２５ｍｍφのプロセス配管１０には、けい酸カルシウム製あるいはロックウール製のいずれかが選択される。
【００２６】
プロセス配管１０を覆設した配管保温材１１には外側から補強用針金１２あるいは補強用メッシュ（図示せず）が巻き付けられて、締め付けられる。さらに、プロセス配管１０内を通る高温・高圧流体の温度降下を防止するために、配管保温材１１はアルミホイール等の熱反射材料製の薄板状の被覆材１３で覆われ、この被覆材１３の上からアルミニウム板等の外装金属板１４で被覆され、外装されて周囲環境から断熱される。
【００２７】
一般的に、外装金属板１４の板厚は、配管保温材１１装着後の外径が例えば２５０ｍｍφ未満では０．４ｍｍ，４００ｍｍφ未満では０．５ｍｍ，４００ｍｍφ以上では０．６ｍｍとされる。外装金属板１４は、配管保温材１１を覆う被覆材１３を外側から巻き付けて、周方向全体を覆い、被覆している。プロセス配管１０の配管長手方向に沿う外装金属板１４の合せ目は、図２（Ａ）に示すように１０〜１５ｍｍ程度の重ね幅Ｗでハゼ掛け継ぎあるいはパンチハゼ継ぎを行なったり、図２（Ｂ）に示すように重ね継ぎが行なわれる。また、隣接する外装金属板１４同士は、図２（Ｃ）に示すように４０ｍｍ〜６０ｍｍ程度の重ね幅ｄをもって周方向全体に亘って重ね合される。
【００２８】
一方、プロセス配管１０のフランジ部１６は図３に示すようにボルト・ナットの締結手段１７で締結される。締結手段１７の緩み止めが、緩み止めワイヤあるいは針金１８の巻き掛けにより行なわれる一方、締結手段１７で締結されたプロセス配管１０のフランジ部１６も配管保温材１９で覆われ、熱的に保護される。
【００２９】
また、プロセス配管１０は直管部やフランジ部１６だけでなく、曲管部も図示しない配管保温材で覆われ、図１に示されたプラント配管１０の直管部と同様に断熱被覆構造とされ、熱的に保護される。
【００３０】
次に、原子力発電プラント等に用いられるプロセス配管１０の流体漏洩を計測する基準となる熱流動解析データを得る流体漏洩試験について説明する。
【００３１】
この流体漏洩試験は、プロセス配管を模擬した試験配管を用いて、試験配管から流出する温度と流量の相関データを得るようにしたものである。
【００３２】
図４は、流体漏洩試験を行なう流体漏洩試験装置２０を示すものである。この試験装置２０は、プロセス配管を模擬した試験配管２１から取出管として流体漏洩模擬用枝管２２を直管部２１ａに取り付ける。この模擬用枝管２２の途中に流量止め弁２３、電磁弁２４および流量調節弁２５を順次設け、流量調節弁２５で流量調節された流体流量は流量計２６で測定された後、図示しない目盛付きタンクに供給され、このタンクへの流入量からも流体流量の目盛計測が可能なようになっている。流量計２６は電磁弁２４の下流側で流量調節弁２５の上流側に設けてもよい。
【００３３】
流量止め弁２３は流体漏洩試験中は開放され、試験停止時には閉塞される。電磁弁２４は流体漏洩試験中に遠隔地から開閉操作されるようになっている。
【００３４】
また、流量調節弁２５の下流側には切換弁２７，２８が２段に例えば多段構造に配置され、上流段切換弁２７から分岐された供給枝管２９は例えば試験配管２１の直管部２１ａに延設され、この直管部２１ａの外表面近くに流体を供給可能となっている。
【００３５】
さらに、下流段切換弁２８から分岐された供給枝管３０は試験配管２１のフランジ２１ｂに延設され、フランジ部２１ｂの配管保温材１９内に流体を供給可能となっている。上流段切換弁２７からの分岐管２９をフランジ部２１ｂに、下流段切換弁２８からの分岐管３０を直管部２１ａに供給するようにしてもよい。なお、模擬用枝管２２や供給枝管２９，３０は管内を通る流体の温度降下を防止するため、アルミホイール等の熱反射材料製保温材で覆われている。
【００３６】
図４に示された流体漏洩試験装置２０での流体漏洩試験は、試験配管２１に配管保温材１１，１９を被着させた状態で行なわれ、様々な流体漏洩流量における外装金属板１４の表面温度を配管画像撮像手段としての赤外線カメラ３３で撮影し、測定したものである。図４の流体漏洩試験装置２０においては、試験配管２１の直管部２１ａの外装金属板１４を一部破断した状態で示してある。
【００３７】
流体漏洩試験に用いられる試験配管２１は、ＳＵＳ３１６Ｌ製で外径１１４ｍｍφ、管肉厚６．０ｍｍのものを用意し、配管保温材１４，１９として厚さ６５ｍｍのけい酸カルシウムを、また外装金属板１４として板厚０．６ｍｍのアルミニウム外板を用いた。
【００３８】
けい酸カルシウムは例えば密度１３５ｋｇ／ｍ２、熱伝導率０．０４９Ｗ／ｍ・Ｋ、気孔率０．６の物性値のものを保温材として用いた。
【００３９】
この流体漏洩試験では、試験配管２１内を流体の圧力は、例えば０．５ＭＰａ（ゲージ圧）、流体温度は１３３℃（０．２ＭＰａでの飽和水）、流体流量が約１ｔｏｎ／ｈｒの単相流を使用した。流体流出（漏洩）流量は、流量調節弁２５を調整することにより行なわれた。漏洩流量は、例えば毎分３０ｃｃ，６０ｃｃ，１３０ｃｃ，１８０ｃｃ，２３０ｃｃで行なったが、流量調節弁２５の微調整如何によっては例えば１ｃｃ／分毎のデータ取りが可能となる。
【００４０】
具体的には、図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、試験配管２１の直管部２１ａの表面上に、毎分３０ｃｃ，６０ｃｃ，１００ｃｃ，１３０ｃｃ，１８０ｃｃ，２３０ｃｃの流体を流体漏洩口に相当する供給枝管２９を介して供給したときの、外装金属板１４表面の温度を配管画像撮影手段としての赤外線カメラ３３を用いて撮影したものである。なお、符号３４は隣接する配管保温材１１同士の継ぎ目を合わし、符号３５は半筒状配管保温材１１の合せ目である。継ぎ目の間隔Ｌは例えば６１０ｍｍである。
【００４１】
赤外線カメラ３３で撮影された赤外線カメラ画像に色フィルタをかけて画像処理すると、図６および図７に示される２色画像が得られた。図６に示された画像は、試験配管２１内に流れる流体を１００ｃｃ／分の割合で供給した場合で、例えば６６℃を境にして上側に低温部（５６．４℃〜６６℃）３６、下側に高温部（６６℃〜７２．９℃）３７が表われ、高温部３７は山型形状あるいはおむすび形状に形成される。また、図７は１３０ｃｃ／分の試験配管２１内を流れる流体を供給したもので、赤外線カメラ３３で撮影した赤外線カメラ画像を色フィルタにかけて画像処理すると、例えば９０．２℃を境にして上側に高温部（９０．２℃〜９９．６℃）３８が、下側に低温部１８０．８℃〜９０．２℃）３９が表われ、低温部３９は山型形状あるいはおむすび形状に形成される。符号４０は流体漏洩Ｄに相当する注ぎ口である。
【００４２】
図６および図７から漏洩流量如何によって漏洩箇所近傍が高温となったり、低温となることが分かる。
【００４３】
図６に示すように、漏洩流量（供給流量）が少ないときは、約１３０℃の飽和水が漏洩口（注ぎ口）４０から配管保温材１１に染み出て、減圧沸騰した熱水が、漏洩箇所を中心に重力の影響で下方により拡散するので、相対的に漏洩箇所をほぼ中心にその下方の温度が山型形状あるいはおむすび形状に上方に高く、周辺の温度が低くなるものと考えられる。また、漏洩流量が多くなると、約１３０℃の飽和水は蒸気となって上方に上がり、隙間から吹き出されて周囲を温めるので、上側に高温部３８が、下側に外装金属板表面で凝縮された低温部３９が表われるものと考えられる。
【００４４】
また、図６および図７に示される画像から、流体漏洩箇所に相当する流体供給箇所は山型形状の頂点の延長線に表われることが知見できた。一方、流体漏洩流量に相当する試験配管２１からの流体供給流量毎の試験結果に基づき、赤外線カメラ３３で撮影された外装金属板１４表面温度の最高温度と最低温度をプロットすると図８に示すように表われる。そして、赤外線カメラ３３で撮影された局所部の各流体流量毎の最高温度同士を結んだ最高温度曲線ａと、最低温度同士を結んだ最低温度曲線ｂとは、図８に示すように表示される。この図８から、流体漏洩流量（流体供給流量）と外装金属板表面温度（配管保温材表面温度）との相関関係を熱流量解析データとして得ることができる。
【００４５】
図８は、特定の試験配管２１における流体漏洩試験における熱流量解析データを示しており、この熱流量解析データから、流体漏洩流量が少ないときは、最高温度曲線ａを用いて、測定温度から流体漏洩流量を求め、流体漏洩流量が多いときは、最低温度曲線ｂを用いて流体得流量を求め得ることがわかる。最高温度曲線ａは、周囲環境の影響から１００℃で飽和してしまうため、大気圧下では飽和温度である例えば１００℃以上となることはない。したがって、配管保温材１１の表面温度から流体漏洩量を求める曲線は、図８に示されるものでは、表面温度が飽和温度に達する前に最高温度曲線ａから最低温度曲線ｂに切り換えることが必要となり、この切換えにより、流体漏洩流量を求めることができる。最高温度曲線ａが飽和温度に達する前、例えば９５℃で最高温度曲線Ａから最低温度曲線Ｂに切り換えた曲線を標準的熱流量解析曲線と設定し、種々の試験配管２１毎に標準的熱流量解析曲線を求める。
【００４６】
なお、図４に示された流体漏洩試験では、流体漏洩箇所が試験配管２１の頂部付近から漏洩した例を模擬したが、試験配管２１の各側方や底部から漏出する場合も、同様にしてサンプリングし、図８に対応する熱流量解析データ（標準的熱流量解析曲線）を予め用意しておく。また、フランジ部２１ｂについても同様な流体漏洩試験となり、フランジ部に対応する熱流量解析データを用意しておく。
【００４７】
図８に示される熱流量解析データは原子力発電プラントや火力発電プラントのプロセス配管１０の種類や管径に応じ、これらのプロセス配管１０を模擬した種々の試験配管２１を用いてそれぞれ作成する。各管径や種類に応じた試験配管２１の熱流量解析データをデータベース化し、対応する種類のプロセス配管用熱流量解析モデルとして予め作成し、パソコンのデータベースに格納しておく。
【００４８】
すなわち、図４の流体漏洩試験を各プロセス配管１０の管径や種類に対応する試験配管２１毎に熱流量解析データを作成し、この熱流量解析データをデータベース化し、流体温度と流体流量を相関付けた熱流量解析モデルとしてデータベースに格納し、図９に示すパソコン４６に入力しておく。パソコン４６は画像データを処理するデータ演算処理手段として機能し、プロセス制御計算機を構成している。
【００４９】
次に、プロセス配管の流体漏洩計測について説明する。
【００５０】
図９は、非接触型流体漏洩計測装置４４を示す原理図である。
【００５１】
この流体漏洩計測装置４４は、配管画像撮影手段として原子力発電プラントのプロセス配管１０を撮影する赤外線カメラ３３を備える。赤外線カメラ３３は、プロセス配管１０に沿って撮影可能なように携帯用として形成される。また、赤外線カメラ３３は自動走行可能と自走式としてもよい。後者の場合は、プロセス配管１０に沿って図示しないガイドレールを延設し、このガイドレールに沿って走行可能に赤外線カメラ３３を設けてもよい。赤外線カメラ３３は作業員が直接あるいは遠隔地から自動的に撮影できるようになっており、赤外線カメラ３３でプロセス配管１０を外側から非接触で撮影できるようになっている。
【００５２】
プロセス配管１０は配管保温材１１および外装金属板１４等で覆われており、配管保温材１１等で覆われたプロセス配管１０からの流体漏洩が少なく、あるいは微少で、配管保温材１１および外装金属板１４としてのアルミニウム外板内に漏洩流体が内包されて滞留し、外部に漏洩流体が滴下しない場合の流体漏洩計測に適するものである。
【００５３】
プロセス配管１０は、内部に高温・高圧の蒸気や水等の流体を案内するようになっており、図１に示す配管構造を有する。プロセス配管１０は高温・高圧の流体の温度降下を防止するため、配管保温材１１や外装金属板１４等で覆われ、断熱被覆構造とされる。
【００５４】
赤外線カメラ３３で撮影された赤外線カメラ画像は、赤外線画像データとしてＦＤやＭＯ等の画像搬送ディスク４５あるいは画像伝送ケーブル（図示せず）を介してプロセス制御計算機あるいはデータ演算処理手段としてのパソコン４６に入力される。
【００５５】
パソコン４６には、流体漏洩試験装置４４で熱流量解析された各種試験配管２１毎の熱流量解析データがデータベース化され、熱流量解析モデルとして格納されている。熱流量解析モデルは、試験配管２１による流体温度分布と流体流量の相関関係をデータベース化したものである。
【００５６】
パソコン４６に入力された赤外線画像データは、データベースからの熱流量解析モデルと比較して画像処理され、流体漏洩流量の計測（流体漏洩量の一次評価）と流体漏洩箇所の特定（同定）が行なわれる。画像処理結果は液晶画面やＣＲＴ画面の表示画面４７に表示され、配管保温材１１，１４で覆われたプロセス配管１０からの流体漏洩流量が計測され、流体漏洩箇所の同定が行なわれる。
【００５７】
プロセス配管１０の流体漏洩流量の計測や流体漏洩箇所の同定は、配管画像撮影手段であり、かつ流体漏洩計測手段としての赤外線カメラ３３を用いて行なうことができる。赤外線カメラ３３で撮影した赤外線カメラ画像はパソコン４６で処理することにより、プロセス配管１０を配管保温材１１や外装金属板１４で覆った状態で、外側から非接触で迅速かつ容易に計測することができる。
【００５８】
パソコン４６における赤外線画像データの処理は、図１０に示す画像処理回路にて行なわれる。
【００５９】
赤外線カメラ３３で撮影された赤外線画像データは、インターフェース４８を介してＡ／Ｄ変換器４９でディジタル信号に変換された後、増幅器５０にて増幅され、データベース５１から熱流量解析モデルとＣＰＵとしての比較・演算回路５２にて比較データ処理される。赤外線カメラ３３からの画像データがデジタル処理されている場合には、Ａ／Ｄ変換器４９は不要である。データベース５１からは、プロセス配管１０の管径、配管種類やプロセス条件データ（流体温度、圧力、状態等の物理量）に対応する試験配管２１からの熱流量解析モデルが比較演算回路５２に送られる。
【００６０】
この比較演算回路５２で赤外線画像データがデータ処理され、熱流量解析モデルと相関付けることで、流体漏洩量の一次評価（ラフな計測）を一次評価回路（評価手段）５３で行なうことができ、その評価結果は表示手段５４により表示画面４７（図９参照）上に表示される。
【００６１】
また、赤外線画像データは画像処理回路５５に送られて画像処理され、温度分布画像が作成される。この温度分布画像の分析により、漏洩箇所特定回路５６で流体漏洩箇所の同定を行なうことができる。流体漏洩箇所の同定結果は表示手段５４により表示画面上に表示される。
【００６２】
流体漏洩箇所が特定された後、流体漏洩箇所や流体漏洩量如何によって、流体漏洩量のより詳細な二次評価のための計測が必要に応じて行なわれる。
【００６３】
流体漏洩量の二次評価のための計測は、流体漏洩箇所の前後に設置された弁を閉じて流体漏洩箇所を隔離させる。
【００６４】
流体漏洩箇所を隔離した後、対応箇所の外装金属板１４や配管保温材１１を取り除き、プロセス配管１０の欠陥部を露出させて観察する。観察は作業員の肉眼によっても、あるいはカメラ撮影によるカメラ画像で行なってもよい。欠陥部である流体漏洩箇所の観察結果から、欠陥部の損傷程度（亀裂の大きさ、形状やピンホールの大きさ等の大きさや形状に基づく損傷程度）やプロセス配管１０内を送られる冷却材等の流体物理量であるプロセス条件データがパソコン４６に入力される。
【００６５】
入力された欠陥部の損傷の程度やプロセス条件データにより、パソコン４６のプログラム作成手段５７にて流体漏洩量の二次評価プログラムを順次作成することができる。この二次評価プログラムを図示しない記憶回路に順次堆積させ、ストックさせることもできる。
【００６６】
この二次評価プログラムには流体漏洩試験装置４４にてピンホール径やプロセス条件データを代えた模擬試験を種々行なってプロセス条件データとピンホール径の対応関係をプロセス配管（試験配管）の径毎に試験し、予め作成しておいてもよい。
【００６７】
そして、流体漏洩量の二次評価プログラムと新しくパソコンに入力されたプロセス配管１０の観察結果からより詳細な流体漏洩量の二次評価回路５８にて二次評価を行なうことができる。その評価結果も表示手段５４にて表示される。
【００６８】
このようにして、非接触型流体漏洩計測装置４４によって、配管保温材１１，１４で覆われたプロセス配管１０からの高温・高圧流体の漏洩量を、流体流量と流体温度を相関付けた熱流量解析モデルを用いて非接触で計測することができ、赤外線カメラ３３で撮影される赤外線画像の温度分布を解析することにより、流体漏洩箇所の特定（同定）を行なうことができる。
【００６９】
すなわち、プロセス配管１０から漏出する流体漏洩量をより正確に計測するためには、流体漏洩箇所を周りのプロセス配管から隔離させる。この隔離後、配管保温材１１等を取り外して欠陥部を露出させ、欠陥部の程度（亀裂やピンホール等の大きさ、形状等）を観察し、プロセス配管１０を流れる流体の物理量をプロセス条件データとしてパソコン４６でデータ処理することにより、流体漏洩量の二次評価を行なって、より正確に計測することができる。
【００７０】
なお、非接触型流体漏洩計測装置４４の一実施形態では、原子力発電プラントに敷設されるプロセス配管からの流体漏洩流量の計測や流体漏洩箇所の同定に適用した例を示したが、この計測装置４４は、火力発電プラントや他のプラントにも適用でき、高温・高圧流体を取り扱うプロセス配管からの漏洩流量や漏洩箇所の計測に広く適用することができる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明に係る非接触型流体漏洩計測方法においては、配管保温材で被覆されたプロセス配管を赤外線カメラ等の配管画像撮影手段で撮影し、撮影された画像データを、流体温度と流体流量を相関付けた熱流量解析モデルを用いてパソコンにてデータ処理し、配管保温材で被覆されたままのプロセス配管からの流体漏洩流量を非接触で正確に計測でき、前記画像データを処理して温度分布データにより流体漏洩箇所の同定を円滑かつスムーズに非接触にて行なうことができる。
【００７２】
また、プロセス配管からの流体漏洩流量をより正確に評価するために、流体漏洩箇所を周辺から隔離し、この隔離後に配管保温材を取り外して欠陥部を露出させ、この欠陥部の程度を観察し、この欠陥状態とプロセス条件データをパソコンにてデータ処理することにより、流体漏洩流量のより正確な計測を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】原子力発電プラントや火力発電プラントに敷設されるプロセス配管の斜視図。
【図２】図１に示されたプロセス配管を覆う外装金属板の継ぎ目を簡略して表わすもので、（Ａ）および（Ｂ）は図１のＡ部の拡大断面図、（Ｃ）は図１のＢ部の拡大断面図。
【図３】図１に示されたプロセス配管のフランジ部を示す図。
【図４】プロセス配管を模擬した試験配管を用いた流体漏洩試験装置を示す斜視図。
【図５】（Ａ）は図４に示された試験配管を模式化した図、（Ｂ）は（Ａ）のＶ−Ｖ線に沿う断面図。
【図６】流体漏洩試験装置で撮影された試験配管の配管画像をデータ処理して表わす配管温度分布図。
【図７】図６と同様な配管温度分布図。
【図８】図４の流体漏洩試験装置で得られた試験配管による熱流量解析データ曲線を示す図。
【図９】 非接触型流体漏洩計測装置を示す原理図。
【図１０】プロセス配管からの流体漏洩を計測するためのパソコンのデータ処理回路を示す図。
【符号の説明】
１０ プロセス配管
１１ 配管保温材
１２ 補強用針金（補強用メッシュ）
１３ 被覆材（アルミホイール）
１４ 外装金属板（アルミニウム外板）
１６ フランジ部
１７ 締結手段
１８ 緩み止めワイヤ（針金）
１９ 配管保温材
２０ 流体漏洩試験装置
２１ 試験配管
２１ａ 直管部
２１ｂ フランジ部
２２ 流体漏洩模擬用枝管
２３ 流量止め弁
２４ 電磁弁
２５ 流量調節弁
２６ 流量計
２７，２８ 切換弁
２９，３０ 供給枝管
３３ 赤外線カメラ（配管画像撮影手段）
３４ 継ぎ目
３５ 合せ目
３６，３９ 低温部
３７，３８ 高温部
４４ 非接触型流体漏洩計測装置
４５ 画像搬送ディスク
４６ パソコン（プロセス制御計算機）
４８ インターフェース
５１ データベース
５２ 比較・演算回路（ＣＰＵ）
５３ 一次評価回路
５４ 表示手段
５５ 画像処理回路
５６ 漏洩箇所特定回路
５７ プログラム作成手段
５８ 二次評価回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、配管保温材で覆われたプロセス配管からの流体の漏洩量を非接触にて計測し、流体漏洩箇所の同定を行なうことができる非接触型流体漏洩計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電プラントや火力発電プラントでは主要なプロセス配管に内部流体として高温・高圧の蒸気または水等の流体を案内しているため、配管材料の劣化や配管施工不良等により、配管フランジ部や、配管溶接部、弁グランド部等に不具合が発生する虞がある。配管フランジ部や配管溶接部等に不具合が発生した場合、不具合箇所から高圧水や蒸気等の流体が漏洩する虞がある。流体漏洩発生時には、漏洩箇所の検知とともに漏洩流量の推定あるいは計測が必要となる。流体の漏洩箇所如何によっては、漏洩部位を隔離し、早急に必要な修復工事が求められることがある。
【０００３】
原子力発電プラントのプロセス配管から流体の漏洩が万一生じた場合、特に漏洩流体が放射性物質を含む一次系の冷却材であれば、速やかに放射線放出量を計測して評価し、国や地方自治体、マスコミ等へ報告し、発表する責務がある。そのためには、冷却材の漏洩流量を正確に精度よく非接触で測定し、流体漏洩箇所を正確に同定することが必要となる。
【０００４】
従来の原子力発電プラントや火力発電プラントにおいては、発電所運転員や補修員等の作業員による定期的な現場パトロール時に、目視あるいは監視用カメラを用いてプロセス配管からの流体の漏洩を検知している。
【０００５】
また、高温・高圧の流体を流すプロセス配管では、配管全体が配管保温材で覆われ、流体の温度降下を防止している。プロセス配管からの流体漏洩発生時には、配管保温材の継ぎ目等から漏出する流体を、仮設置のドレンタンクで受け、ドレンタンク内の流体流入体積を測定することにより、流体の漏洩流量を予測している。
【０００６】
一方、原子力発電プラントにおいては、原子炉運転中に原子炉格納容器内に作業員が立ち入ることができない。作業員が立ち入ることができない原子炉格納容器内の機器については、原子炉格納容器の空気調和機の凝縮水量、床ドレンポンプ流入量、原子炉格納容器内ダスト放射線量等とにより原子炉格納容器内の流体（冷却材）漏洩を検知し、流体漏洩量を推定していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
高温・高圧の蒸気や水等の流体を流すプロセス配管、特に一次系配管の多くは、配管保温材で覆われており、さらに、配管保温材の外周側はアルミニウム外板等の外装金属板で覆われ、配管内を通る流体の温度降下を防止している。
【０００８】
配管保温材や外装金属板で被覆している関係から、プロセス配管から微小漏洩が発生しても、漏洩流体が外部に滲み出てくる場合が少なく、配管保温材を開放したり、取り除くことをせずに、流体の漏洩箇所を同定したり、漏洩流量を計測し、漏洩流量を評価することが困難であった。
【０００９】
また、配管保温材をプロセス配管から開放し、取り除くためには、プロセス配管の流体漏洩箇所に接近して作業する必要がある。原子力発電プラントでは、配管保温材の開放・取り除き作業時に、流体の漏洩箇所に接近すると、放射能汚染の問題が発生する。このため、配管保温材を非分解状態で流体漏洩箇所の同定や流体漏洩流量の測定・評価が必要となる。
【００１０】
さらに、定期的な現場パトロール時に作業員の目視による流体漏洩の検知は、床に凝縮水が落ちていれば発見可能である。しかし、プロセス配管からの流体漏洩が微小量あるいは少量である場合には、プロセス配管を取り囲む配管保温材内に漏洩流体が染み込んで吸収されてしまい、配管保温材の外部に出てこない可能性がある。
【００１１】
この場合には、プロセス配管からの流体漏洩箇所の検知や流体漏洩量の推定が困難となる。
【００１２】
原子炉格納容器内で発生した流体の漏洩についても、流体の漏洩流量の推定を正確に精度よく行なうことが難しく、流体漏洩箇所の同定は困難となっている。
【００１３】
一部には、赤外線カメラを用いてプロセス配管からの流体漏洩の検知が行なわれているが、この流体漏洩の検知は、流体漏洩の有無だけの検知であって、流体漏洩量の推定（測定）や流体漏洩箇所の同定が可能なシステムとなっていない。
【００１４】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、高温・高圧流体を案内するプロセス配管からの流体漏洩量を精度よく迅速に計測（推定）し、流体漏洩箇所の同定を非接触にて正確に行なうことができる非接触型流体漏洩計測方法を提供することを目的とする。
【００１５】
本発明の他の目的は、赤外線カメラで撮影したプロセス配管の赤外線画像データをデータ処理し、配管保温材で覆われたプロセス配管からの流体漏洩の有無や大小に拘らず、流体漏洩量を精度よく計測し、流体漏洩箇所の同定を非接触にて正確に行なうことができる非接触型流体漏洩計測方法を提供するにある。
【００１６】
本発明の別の目的は、プロセス配管を被覆する配管保温材の局所的な低温部もしくは高温部の大きさや温度、周囲との温度差を赤外線カメラで測定し、赤外線画像データを流体漏洩試験で得られた既知の熱流量解析モデルと相関付けを行なって流体漏洩流量を計測（推定）し、流体漏洩箇所の同定を行なうようにした非接触型流体漏洩計測方法を提供するにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る非接触型流体漏洩計測方法は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載したように、配管保温材で覆われたプロセス配管を配管画像撮影手段で外側から撮影し、撮影されたプロセス配管の画像データをパソコンに入力し、上記画像データを、パソコンにて流体温度と流体流量を相関付けた熱流量解析モデルと比較してデータ処理し、配管保温材で覆われたプロセス配管からの流体漏洩量を非接触にて計測し、その流体漏洩箇所を同定する非接触型流体漏洩計測方法において、前記熱流量解析モデルは、プロセス配管を模擬した配管保温材被覆の試験配管から流出する流体流出箇所対応部位を赤外線カメラで撮影し、得られた赤外線画像データを処理して得られるものであり、前記熱流量解析モデルは、試験配管を覆う外装金属板表面温度分布の最高温度が漏洩点付近にあって周囲に次第に温度が低下する場合には流体最高温度と流体流量の関係を、最高温度が漏洩点の周囲にあってその内側の漏洩点温度分布が低下し、最低温度を囲むような温度分布の場合では流体最低温度と流体流量の関係を、それぞれ相関付けた関係曲線であることを特徴とする方法である。
【００１８】
また、上述した課題を解決するために、本発明に係る非接触型流体漏洩計測方法は、請求項２に記載したように、配管保温材で覆われたプロセス配管を配管画像撮影手段で外側から撮影し、撮影されたプロセス配管の画像データをパソコンに入力し、上記画像データを、パソコンにて流体温度と流体流量を相関付けた熱流量解析モデルと比較してデータ処理し、配管保温材で覆われたプロセス配管からの流体漏洩量を非接触にて計測し、その流体漏洩箇所を同定する非接触型流体漏洩計測方法において、前記熱流量解析モデルは、プロセス配管を模擬した配管保温材被覆の試験配管を用いて、漏洩流体試験装置により作成したもので、試験配管から流出した流体流量と試験配管を覆う外装金属板表面温度分布の相関関係を表わす熱流量解析データをモデル化したものであり、さらに、前記熱流量解析モデルは、プロセス配管を模擬した配管保温材被覆の試験配管から流出する流体流出箇所対応部位を赤外線カメラで撮影し、得られた赤外線画像データを処理して得られるものであり、前記熱流量解析モデルは、試験配管を覆う外装金属板表面温度分布の最高温度が漏洩点付近にあって周囲に次第に温度が低下する場合には流体最高温度と流体流量の関係を、最高温度が漏洩点の周囲にあってその内側の漏洩点温度分布が低下し、最低温度を囲むような温度分布の場合では流体最低温度と流体流量の関係を、それぞれ相関付けた関係曲線であることを特徴とする方法である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る非接触型流体漏洩計測方法の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、原子力発電プラントや火力発電プラント等に付設される主要なプロセス配管１０を示す。このプロセス配管１０は、ＳＵＳ材料等の管材で形成される配管で、主蒸気配管、給水配管、抽気系配管および復水系配管等に用いられる。プロセス配管１０は高温・高圧の蒸気または水等の流体を案内するために、耐熱性の配管保温材１１で覆われる。
【００２５】
配管保温材１１には、例えばけい酸カルシウムやロックウール等の耐熱性保温材料が用いられる。耐熱性保温材料はプロセス配管１０の外径に応じて使用材料が使い分けられ、例えば外径１２５ｍｍφ以上のプロセス配管１０にはけい酸カルシウム製の２分割タイプの配管保温材が、外径１００ｍｍφ以下のプロセス配管１０には断熱ウールとしてのロックウール製の配管保温材が一般的に用いられる。外径１００ｍｍφ〜１２５ｍｍφのプロセス配管１０には、けい酸カルシウム製あるいはロックウール製のいずれかが選択される。
【００２６】
プロセス配管１０を覆設した配管保温材１１には外側から補強用針金１２あるいは補強用メッシュ（図示せず）が巻き付けられて、締め付けられる。さらに、プロセス配管１０内を通る高温・高圧流体の温度降下を防止するために、配管保温材１１はアルミホイール等の熱反射材料製の薄板状の被覆材１３で覆われ、この被覆材１３の上からアルミニウム板等の外装金属板１４で被覆され、外装されて周囲環境から断熱される。
【００２７】
一般的に、外装金属板１４の板厚は、配管保温材１１装着後の外径が例えば２５０ｍｍφ未満では０．４ｍｍ，４００ｍｍφ未満では０．５ｍｍ，４００ｍｍφ以上では０．６ｍｍとされる。外装金属板１４は、配管保温材１１を覆う被覆材１３を外側から巻き付けて、周方向全体を覆い、被覆している。プロセス配管１０の配管長手方向に沿う外装金属板１４の合せ目は、図２（Ａ）に示すように１０〜１５ｍｍ程度の重ね幅Ｗでハゼ掛け継ぎあるいはパンチハゼ継ぎを行なったり、図２（Ｂ）に示すように重ね継ぎが行なわれる。また、隣接する外装金属板１４同士は、図２（Ｃ）に示すように４０ｍｍ〜６０ｍｍ程度の重ね幅ｄをもって周方向全体に亘って重ね合される。
【００２８】
一方、プロセス配管１０のフランジ部１６は図３に示すようにボルト・ナットの締結手段１７で締結される。締結手段１７の緩み止めが、緩み止めワイヤあるいは針金１８の巻き掛けにより行なわれる一方、締結手段１７で締結されたプロセス配管１０のフランジ部１６も配管保温材１９で覆われ、熱的に保護される。
【００２９】
また、プロセス配管１０は直管部やフランジ部１６だけでなく、曲管部も図示しない配管保温材で覆われ、図１に示されたプラント配管１０の直管部と同様に断熱被覆構造とされ、熱的に保護される。
【００３０】
次に、原子力発電プラント等に用いられるプロセス配管１０の流体漏洩を計測する基準となる熱流動解析データを得る流体漏洩試験について説明する。
【００３１】
この流体漏洩試験は、プロセス配管を模擬した試験配管を用いて、試験配管から流出する温度と流量の相関データを得るようにしたものである。
【００３２】
図４は、流体漏洩試験を行なう流体漏洩試験装置２０を示すものである。この試験装置２０は、プロセス配管を模擬した試験配管２１から取出管として流体漏洩模擬用枝管２２を直管部２１ａに取り付ける。この模擬用枝管２２の途中に流量止め弁２３、電磁弁２４および流量調節弁２５を順次設け、流量調節弁２５で流量調節された流体流量は流量計２６で測定された後、図示しない目盛付きタンクに供給され、このタンクへの流入量からも流体流量の目盛計測が可能なようになっている。流量計２６は電磁弁２４の下流側で流量調節弁２５の上流側に設けてもよい。
【００３３】
流量止め弁２３は流体漏洩試験中は開放され、試験停止時には閉塞される。電磁弁２４は流体漏洩試験中に遠隔地から開閉操作されるようになっている。
【００３４】
また、流量調節弁２５の下流側には切換弁２７，２８が２段に例えば多段構造に配置され、上流段切換弁２７から分岐された供給枝管２９は例えば試験配管２１の直管部２１ａに延設され、この直管部２１ａの外表面近くに流体を供給可能となっている。
【００３５】
さらに、下流段切換弁２８から分岐された供給枝管３０は試験配管２１のフランジ２１ｂに延設され、フランジ部２１ｂの配管保温材１９内に流体を供給可能となっている。上流段切換弁２７からの分岐管２９をフランジ部２１ｂに、下流段切換弁２８からの分岐管３０を直管部２１ａに供給するようにしてもよい。なお、模擬用枝管２２や供給枝管２９，３０は管内を通る流体の温度降下を防止するため、アルミホイール等の熱反射材料製保温材で覆われている。
【００３６】
図４に示された流体漏洩試験装置２０での流体漏洩試験は、試験配管２１に配管保温材１１，１９を被着させた状態で行なわれ、様々な流体漏洩流量における外装金属板１４の表面温度を配管画像撮像手段としての赤外線カメラ３３で撮影し、測定したものである。図４の流体漏洩試験装置２０においては、試験配管２１の直管部２１ａの外装金属板１４を一部破断した状態で示してある。
【００３７】
流体漏洩試験に用いられる試験配管２１は、ＳＵＳ３１６Ｌ製で外径１１４ｍｍφ、管肉厚６．０ｍｍのものを用意し、配管保温材１４，１９として厚さ６５ｍｍのけい酸カルシウムを、また外装金属板１４として板厚０．６ｍｍのアルミニウム外板を用いた。
【００３８】
けい酸カルシウムは例えば密度１３５ｋｇ／ｍ２、熱伝導率０．０４９Ｗ／ｍ・Ｋ、気孔率０．６の物性値のものを保温材として用いた。
【００３９】
この流体漏洩試験では、試験配管２１内を流体の圧力は、例えば０．５ＭＰａ（ゲージ圧）、流体温度は１３３℃（０．２ＭＰａでの飽和水）、流体流量が約１ｔｏｎ／ｈｒの単相流を使用した。流体流出（漏洩）流量は、流量調節弁２５を調整することにより行なわれた。漏洩流量は、例えば毎分３０ｃｃ，６０ｃｃ，１３０ｃｃ，１８０ｃｃ，２３０ｃｃで行なったが、流量調節弁２５の微調整如何によっては例えば１ｃｃ／分毎のデータ取りが可能となる。
【００４０】
具体的には、図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、試験配管２１の直管部２１ａの表面上に、毎分３０ｃｃ，６０ｃｃ，１００ｃｃ，１３０ｃｃ，１８０ｃｃ，２３０ｃｃの流体を流体漏洩口に相当する供給枝管２９を介して供給したときの、外装金属板１４表面の温度を配管画像撮影手段としての赤外線カメラ３３を用いて撮影したものである。なお、符号３４は隣接する配管保温材１１同士の継ぎ目を合わし、符号３５は半筒状配管保温材１１の合せ目である。継ぎ目の間隔Ｌは例えば６１０ｍｍである。
【００４１】
赤外線カメラ３３で撮影された赤外線カメラ画像に色フィルタをかけて画像処理すると、図６および図７に示される２色画像が得られた。図６に示された画像は、試験配管２１内に流れる流体を１００ｃｃ／分の割合で供給した場合で、例えば６６℃を境にして上側に低温部（５６．４℃〜６６℃）３６、下側に高温部（６６℃〜７２．９℃）３７が表われ、高温部３７は山型形状あるいはおむすび形状に形成される。また、図７は１３０ｃｃ／分の試験配管２１内を流れる流体を供給したもので、赤外線カメラ３３で撮影した赤外線カメラ画像を色フィルタにかけて画像処理すると、例えば９０．２℃を境にして上側に高温部（９０．２℃〜９９．６℃）３８が、下側に低温部１８０．８℃〜９０．２℃）３９が表われ、低温部３９は山型形状あるいはおむすび形状に形成される。符号４０は流体漏洩Ｄに相当する注ぎ口である。
【００４２】
図６および図７から漏洩流量如何によって漏洩箇所近傍が高温となったり、低温となることが分かる。
【００４３】
図６に示すように、漏洩流量（供給流量）が少ないときは、約１３０℃の飽和水が漏洩口（注ぎ口）４０から配管保温材１１に染み出て、減圧沸騰した熱水が、漏洩箇所を中心に重力の影響で下方により拡散するので、相対的に漏洩箇所をほぼ中心にその下方の温度が山型形状あるいはおむすび形状に上方に高く、周辺の温度が低くなるものと考えられる。また、漏洩流量が多くなると、約１３０℃の飽和水は蒸気となって上方に上がり、隙間から吹き出されて周囲を温めるので、上側に高温部３８が、下側に外装金属板表面で凝縮された低温部３９が表われるものと考えられる。
【００４４】
また、図６および図７に示される画像から、流体漏洩箇所に相当する流体供給箇所は山型形状の頂点の延長線に表われることが知見できた。一方、流体漏洩流量に相当する試験配管２１からの流体供給流量毎の試験結果に基づき、赤外線カメラ３３で撮影された外装金属板１４表面温度の最高温度と最低温度をプロットすると図８に示すように表われる。そして、赤外線カメラ３３で撮影された局所部の各流体流量毎の最高温度同士を結んだ最高温度曲線ａと、最低温度同士を結んだ最低温度曲線ｂとは、図８に示すように表示される。この図８から、流体漏洩流量（流体供給流量）と外装金属板表面温度（配管保温材表面温度）との相関関係を熱流量解析データとして得ることができる。
【００４５】
図８は、特定の試験配管２１における流体漏洩試験における熱流量解析データを示しており、この熱流量解析データから、流体漏洩流量が少ないときは、最高温度曲線ａを用いて、測定温度から流体漏洩流量を求め、流体漏洩流量が多いときは、最低温度曲線ｂを用いて流体得流量を求め得ることがわかる。最高温度曲線ａは、周囲環境の影響から１００℃で飽和してしまうため、大気圧下では飽和温度である例えば１００℃以上となることはない。したがって、配管保温材１１の表面温度から流体漏洩量を求める曲線は、図８に示されるものでは、表面温度が飽和温度に達する前に最高温度曲線ａから最低温度曲線ｂに切り換えることが必要となり、この切換えにより、流体漏洩流量を求めることができる。最高温度曲線ａが飽和温度に達する前、例えば９５℃で最高温度曲線Ａから最低温度曲線Ｂに切り換えた曲線を標準的熱流量解析曲線と設定し、種々の試験配管２１毎に標準的熱流量解析曲線を求める。
【００４６】
なお、図４に示された流体漏洩試験では、流体漏洩箇所が試験配管２１の頂部付近から漏洩した例を模擬したが、試験配管２１の各側方や底部から漏出する場合も、同様にしてサンプリングし、図８に対応する熱流量解析データ（標準的熱流量解析曲線）を予め用意しておく。また、フランジ部２１ｂについても同様な流体漏洩試験となり、フランジ部に対応する熱流量解析データを用意しておく。
【００４７】
図８に示される熱流量解析データは原子力発電プラントや火力発電プラントのプロセス配管１０の種類や管径に応じ、これらのプロセス配管１０を模擬した種々の試験配管２１を用いてそれぞれ作成する。各管径や種類に応じた試験配管２１の熱流量解析データをデータベース化し、対応する種類のプロセス配管用熱流量解析モデルとして予め作成し、パソコンのデータベースに格納しておく。
【００４８】
すなわち、図４の流体漏洩試験を各プロセス配管１０の管径や種類に対応する試験配管２１毎に熱流量解析データを作成し、この熱流量解析データをデータベース化し、流体温度と流体流量を相関付けた熱流量解析モデルとしてデータベースに格納し、図９に示すパソコン４６に入力しておく。パソコン４６は画像データを処理するデータ演算処理手段として機能し、プロセス制御計算機を構成している。
【００４９】
次に、プロセス配管の流体漏洩計測について説明する。
【００５０】
図９は、非接触型流体漏洩計測装置４４を示す原理図である。
【００５１】
この流体漏洩計測装置４４は、配管画像撮影手段として原子力発電プラントのプロセス配管１０を撮影する赤外線カメラ３３を備える。赤外線カメラ３３は、プロセス配管１０に沿って撮影可能なように携帯用として形成される。また、赤外線カメラ３３は自動走行可能と自走式としてもよい。後者の場合は、プロセス配管１０に沿って図示しないガイドレールを延設し、このガイドレールに沿って走行可能に赤外線カメラ３３を設けてもよい。赤外線カメラ３３は作業員が直接あるいは遠隔地から自動的に撮影できるようになっており、赤外線カメラ３３でプロセス配管１０を外側から非接触で撮影できるようになっている。
【００５２】
プロセス配管１０は配管保温材１１および外装金属板１４等で覆われており、配管保温材１１等で覆われたプロセス配管１０からの流体漏洩が少なく、あるいは微少で、配管保温材１１および外装金属板１４としてのアルミニウム外板内に漏洩流体が内包されて滞留し、外部に漏洩流体が滴下しない場合の流体漏洩計測に適するものである。
【００５３】
プロセス配管１０は、内部に高温・高圧の蒸気や水等の流体を案内するようになっており、図１に示す配管構造を有する。プロセス配管１０は高温・高圧の流体の温度降下を防止するため、配管保温材１１や外装金属板１４等で覆われ、断熱被覆構造とされる。
【００５４】
赤外線カメラ３３で撮影された赤外線カメラ画像は、赤外線画像データとしてＦＤやＭＯ等の画像搬送ディスク４５あるいは画像伝送ケーブル（図示せず）を介してプロセス制御計算機あるいはデータ演算処理手段としてのパソコン４６に入力される。
【００５５】
パソコン４６には、流体漏洩試験装置４４で熱流量解析された各種試験配管２１毎の熱流量解析データがデータベース化され、熱流量解析モデルとして格納されている。熱流量解析モデルは、試験配管２１による流体温度分布と流体流量の相関関係をデータベース化したものである。
【００５６】
パソコン４６に入力された赤外線画像データは、データベースからの熱流量解析モデルと比較して画像処理され、流体漏洩流量の計測（流体漏洩量の一次評価）と流体漏洩箇所の特定（同定）が行なわれる。画像処理結果は液晶画面やＣＲＴ画面の表示画面４７に表示され、配管保温材１１，１４で覆われたプロセス配管１０からの流体漏洩流量が計測され、流体漏洩箇所の同定が行なわれる。
【００５７】
プロセス配管１０の流体漏洩流量の計測や流体漏洩箇所の同定は、配管画像撮影手段であり、かつ流体漏洩計測手段としての赤外線カメラ３３を用いて行なうことができる。赤外線カメラ３３で撮影した赤外線カメラ画像はパソコン４６で処理することにより、プロセス配管１０を配管保温材１１や外装金属板１４で覆った状態で、外側から非接触で迅速かつ容易に計測することができる。
【００５８】
パソコン４６における赤外線画像データの処理は、図１０に示す画像処理回路にて行なわれる。
【００５９】
赤外線カメラ３３で撮影された赤外線画像データは、インターフェース４８を介してＡ／Ｄ変換器４９でディジタル信号に変換された後、増幅器５０にて増幅され、データベース５１から熱流量解析モデルとＣＰＵとしての比較・演算回路５２にて比較データ処理される。赤外線カメラ３３からの画像データがデジタル処理されている場合には、Ａ／Ｄ変換器４９は不要である。データベース５１からは、プロセス配管１０の管径、配管種類やプロセス条件データ（流体温度、圧力、状態等の物理量）に対応する試験配管２１からの熱流量解析モデルが比較演算回路５２に送られる。
【００６０】
この比較演算回路５２で赤外線画像データがデータ処理され、熱流量解析モデルと相関付けることで、流体漏洩量の一次評価（ラフな計測）を一次評価回路（評価手段）５３で行なうことができ、その評価結果は表示手段５４により表示画面４７（図９参照）上に表示される。
【００６１】
また、赤外線画像データは画像処理回路５５に送られて画像処理され、温度分布画像が作成される。この温度分布画像の分析により、漏洩箇所特定回路５６で流体漏洩箇所の同定を行なうことができる。流体漏洩箇所の同定結果は表示手段５４により表示画面上に表示される。
【００６２】
流体漏洩箇所が特定された後、流体漏洩箇所や流体漏洩量如何によって、流体漏洩量のより詳細な二次評価のための計測が必要に応じて行なわれる。
【００６３】
流体漏洩量の二次評価のための計測は、流体漏洩箇所の前後に設置された弁を閉じて流体漏洩箇所を隔離させる。
【００６４】
流体漏洩箇所を隔離した後、対応箇所の外装金属板１４や配管保温材１１を取り除き、プロセス配管１０の欠陥部を露出させて観察する。観察は作業員の肉眼によっても、あるいはカメラ撮影によるカメラ画像で行なってもよい。欠陥部である流体漏洩箇所の観察結果から、欠陥部の損傷程度（亀裂の大きさ、形状やピンホールの大きさ等の大きさや形状に基づく損傷程度）やプロセス配管１０内を送られる冷却材等の流体物理量であるプロセス条件データがパソコン４６に入力される。
【００６５】
入力された欠陥部の損傷の程度やプロセス条件データにより、パソコン４６のプログラム作成手段５７にて流体漏洩量の二次評価プログラムを順次作成することができる。この二次評価プログラムを図示しない記憶回路に順次堆積させ、ストックさせることもできる。
【００６６】
この二次評価プログラムには流体漏洩試験装置４４にてピンホール径やプロセス条件データを代えた模擬試験を種々行なってプロセス条件データとピンホール径の対応関係をプロセス配管（試験配管）の径毎に試験し、予め作成しておいてもよい。
【００６７】
そして、流体漏洩量の二次評価プログラムと新しくパソコンに入力されたプロセス配管１０の観察結果からより詳細な流体漏洩量の二次評価回路５８にて二次評価を行なうことができる。その評価結果も表示手段５４にて表示される。
【００６８】
このようにして、非接触型流体漏洩計測装置４４によって、配管保温材１１，１４で覆われたプロセス配管１０からの高温・高圧流体の漏洩量を、流体流量と流体温度を相関付けた熱流量解析モデルを用いて非接触で計測することができ、赤外線カメラ３３で撮影される赤外線画像の温度分布を解析することにより、流体漏洩箇所の特定（同定）を行なうことができる。
【００６９】
すなわち、プロセス配管１０から漏出する流体漏洩量をより正確に計測するためには、流体漏洩箇所を周りのプロセス配管から隔離させる。この隔離後、配管保温材１１等を取り外して欠陥部を露出させ、欠陥部の程度（亀裂やピンホール等の大きさ、形状等）を観察し、プロセス配管１０を流れる流体の物理量をプロセス条件データとしてパソコン４６でデータ処理することにより、流体漏洩量の二次評価を行なって、より正確に計測することができる。
【００７０】
なお、非接触型流体漏洩計測装置４４の一実施形態では、原子力発電プラントに敷設されるプロセス配管からの流体漏洩流量の計測や流体漏洩箇所の同定に適用した例を示したが、この計測装置４４は、火力発電プラントや他のプラントにも適用でき、高温・高圧流体を取り扱うプロセス配管からの漏洩流量や漏洩箇所の計測に広く適用することができる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明に係る非接触型流体漏洩計測方法においては、配管保温材で被覆されたプロセス配管を赤外線カメラ等の配管画像撮影手段で撮影し、撮影された画像データを、流体温度と流体流量を相関付けた熱流量解析モデルを用いてパソコンにてデータ処理し、配管保温材で被覆されたままのプロセス配管からの流体漏洩流量を非接触で正確に計測でき、前記画像データを処理して温度分布データにより流体漏洩箇所の同定を円滑かつスムーズに非接触にて行なうことができる。
【００７２】
また、プロセス配管からの流体漏洩流量をより正確に評価するために、流体漏洩箇所を周辺から隔離し、この隔離後に配管保温材を取り外して欠陥部を露出させ、この欠陥部の程度を観察し、この欠陥状態とプロセス条件データをパソコンにてデータ処理することにより、流体漏洩流量のより正確な計測を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】原子力発電プラントや火力発電プラントに敷設されるプロセス配管の斜視図。
【図２】図１に示されたプロセス配管を覆う外装金属板の継ぎ目を簡略して表わすもので、（Ａ）および（Ｂ）は図１のＡ部の拡大断面図、（Ｃ）は図１のＢ部の拡大断面図。
【図３】図１に示されたプロセス配管のフランジ部を示す図。
【図４】プロセス配管を模擬した試験配管を用いた流体漏洩試験装置を示す斜視図。
【図５】（Ａ）は図４に示された試験配管を模式化した図、（Ｂ）は（Ａ）のＶ−Ｖ線に沿う断面図。
【図６】流体漏洩試験装置で撮影された試験配管の配管画像をデータ処理して表わす配管温度分布図。
【図７】図６と同様な配管温度分布図。
【図８】図４の流体漏洩試験装置で得られた試験配管による熱流量解析データ曲線を示す図。
【図９】 非接触型流体漏洩計測装置を示す原理図。
【図１０】プロセス配管からの流体漏洩を計測するためのパソコンのデータ処理回路を示す図。
【符号の説明】
１０ プロセス配管
１１ 配管保温材
１２ 補強用針金（補強用メッシュ）
１３ 被覆材（アルミホイール）
１４ 外装金属板（アルミニウム外板）
１６ フランジ部
１７ 締結手段
１８ 緩み止めワイヤ（針金）
１９ 配管保温材
２０ 流体漏洩試験装置
２１ 試験配管
２１ａ 直管部
２１ｂ フランジ部
２２ 流体漏洩模擬用枝管
２３ 流量止め弁
２４ 電磁弁
２５ 流量調節弁
２６ 流量計
２７，２８ 切換弁
２９，３０ 供給枝管
３３ 赤外線カメラ（配管画像撮影手段）
３４ 継ぎ目
３５ 合せ目
３６，３９ 低温部
３７，３８ 高温部
４４ 非接触型流体漏洩計測装置
４５ 画像搬送ディスク
４６ パソコン（プロセス制御計算機）
４８ インターフェース
５１ データベース
５２ 比較・演算回路（ＣＰＵ）
５３ 一次評価回路
５４ 表示手段
５５ 画像処理回路
５６ 漏洩箇所特定回路
５７ プログラム作成手段
５８ 二次評価回路
Claims (2)
- 配管保温材で覆われたプロセス配管を配管画像撮影手段で外側から撮影し、撮影されたプロセス配管の画像データをパソコンに入力し、上記画像データを、パソコンにて流体温度と流体流量を相関付けた熱流量解析モデルと比較してデータ処理し、配管保温材で覆われたプロセス配管からの流体漏洩量を非接触にて計測し、その流体漏洩箇所を同定する非接触型流体漏洩計測方法において、
前記熱流量解析モデルは、プロセス配管を模擬した配管保温材被覆の試験配管から流出する流体流出箇所対応部位を赤外線カメラで撮影し、得られた赤外線画像データを処理して得られるものであり、
前記熱流量解析モデルは、試験配管を覆う外装金属板表面温度分布の最高温度が漏洩点付近にあって周囲に次第に温度が低下する場合には流体最高温度と流体流量の関係を、最高温度が漏洩点の周囲にあってその内側の漏洩点温度分布が低下し、最低温度を囲むような温度分布の場合では流体最低温度と流体流量の関係を、それぞれ相関付けた関係曲線であることを特徴とする非接触型流体漏洩計測方法。 - 配管保温材で覆われたプロセス配管を配管画像撮影手段で外側から撮影し、撮影されたプロセス配管の画像データをパソコンに入力し、上記画像データを、パソコンにて流体温度と流体流量を相関付けた熱流量解析モデルと比較してデータ処理し、配管保温材で覆われたプロセス配管からの流体漏洩量を非接触にて計測し、その流体漏洩箇所を同定する非接触型流体漏洩計測方法において、
前記熱流量解析モデルは、プロセス配管を模擬した配管保温材被覆の試験配管を用いて、漏洩流体試験装置により作成したもので、試験配管から流出した流体流量と試験配管を覆う外装金属板表面温度分布の相関関係を表わす熱流量解析データをモデル化したものであり、
さらに、前記熱流量解析モデルは、プロセス配管を模擬した配管保温材被覆の試験配管から流出する流体流出箇所対応部位を赤外線カメラで撮影し、得られた赤外線画像データを処理して得られるものであり、
前記熱流量解析モデルは、試験配管を覆う外装金属板表面温度分布の最高温度が漏洩点付近にあって周囲に次第に温度が低下する場合には流体最高温度と流体流量の関係を、最高温度が漏洩点の周囲にあってその内側の漏洩点温度分布が低下し、最低温度を囲むような温度分布の場合では流体最低温度と流体流量の関係を、それぞれ相関付けた関係曲線であることを特徴とする非接触型流体漏洩計測方法。
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