JP4461432B2

JP4461432B2 - 高圧気体地下貯蔵施設

Info

Publication number: JP4461432B2
Application number: JP2005025586A
Authority: JP
Inventors: 哲夫奥野; 成樹若林
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2005-02-01
Filing date: 2005-02-01
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2025-02-01
Also published as: JP2006214772A

Description

本発明は、地下に構築されて内部に高圧気体を貯蔵する高圧気体地下貯蔵施設に関する。

従来から、ガスホルダー、液化天然ガス（ＬＮＧ）タンクなどのエネルギー貯蔵施設や、ガス導管、パイプライン等の流体流通管路における漏洩検知方法として、種々の方法が用いられている。例えば、直接的な方法としてガス検知器等のガス濃度計測や非破壊検査による方法がある。また、漏洩位置の検知として気体漏れ試験や液体漏れ試験等の方法があり、さらに漏洩個所の音響特性計測による方法もある。

また、近年では、温度測定及び位置測定を行って温度分布を測定するＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometry）形温度計やＯＦＤＲ（Optical Frequency Domain Reflectometry）形温度計等の光ファイバを用いた測定装置が提供されている。例えば、光ファイバに近接するように配置させた発熱体や冷却体を配置し、予め測定対象の基準温度分布を測定し、環境変化に伴う光ファイバからの奪熱或いは与熱によって生じる温度変化を測定するものである。この測定装置を漏洩検知手段として用いる場合、例えば、筒形状の発熱体内に光ファイバが挿装された構成からなる検出部を流体が流通する管体内に挿入し、基準となる光ファイバの熱放散分布を測定するとともに、光ファイバの温度を常時測定する。管体に破損が生じて管内流体が漏洩すると、漏洩箇所よりも上流側では、流体の流速が速くなり、光ファイバの温度が低下し、漏洩箇所よりも下流側では、流体の流速が遅くなり、光ファイバの温度が上昇する。よって、光ファイバの熱放散分布を測定すれば、何れの箇所で漏洩しているかを検知することができる（例えば、特許文献１参照。）。

また、ＬＮＧ貯蔵施設などでは、ＬＮＧの低温特性を利用した漏洩検知方法があり、例えば、貯蔵タンクの外側に設置された断熱材の中に光ファイバを設置し、この光ファイバの温度低下を検知することで漏洩を検知する方法がある。これは、貯蔵タンクから低温のＬＮＧが漏洩すると、貯蔵タンク周囲の温度が低下するため、貯蔵タンク周囲の温度低下を検知することで漏洩を検知するものである（例えば、特許文献２参照。）。
特開平５−１０７１２１号公報特開平９−３２３７８４号公報

しかしながら、上記した従来の漏洩検知方法によると、ガス濃度計測による方法では、ガス検知器等の設置可能な空間（例えばアクセストンネル等）が限られるため、漏洩発生箇所（例えば貯槽等）の近辺に設置することができず、早期検知が困難になる場合がある。
また、非破壊検査や気体漏れ試験、液体漏れ試験等では、漏洩発生の可能性がある位置で直接検査する必要があり、検査員が進入できる範囲に検査位置が限定されるため、地下貯槽の外周の検査を行うことができず、また常時検査することも困難になる。
また、音響特性に基づいてガス漏洩を検知する方法では、貯槽内部壁面にセンサーを設置することになるが、センサーから離れた位置での漏洩の検知が困難であるため、貯槽全体を網羅した検知ができない。さらに、貯槽内部壁面にセンサーを設置すると、貯槽の開放点検時を利用してセンサーのメンテナンスを行うことになるため、メンテナンスの機会が限られ、また、センサーを埋め込み式にすると、メンテナンスは困難となる。

また、特許文献１に記載されたような光ファイバを用いた漏洩検知方法によると、高圧気体を貯蔵する貯槽内部は、気密性を確保させる必要があるため、頻繁に開放することはできず、一旦内部に検出部を設置した後のメンテナンスは容易に行うことはできないという問題が存在する。

また、特許文献２に記載されたような光ファイバを用いた漏洩検知方法によると、地下貯槽の外部は岩盤等の地盤に囲まれているため、光ファイバの設置空間が限られ、貯槽全体を網羅して漏洩検知を行うことは困難であるという問題が存在する。
また、低温等の温度特性をもつ気体の漏洩検知に限定されており、様々な高圧気体を検知することはできないという問題が存在する。

本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、高圧気体の漏洩を継続的に検知するとともに、漏洩が生じた場合に早期に発見することができ、且つ、地中に埋設された貯槽全体を網羅して漏洩検知を行うことができるとともに、特定の種類の高圧気体に限定されることなく、広範囲の高圧気体の漏洩を検知することができる高圧気体地下貯蔵施設を提供することを目的としている。また、漏洩検知する箇所のメンテナンスを容易に行うことができる高圧気体地下貯蔵施設を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、地盤中に埋設されて内部に高圧気体を貯蔵する貯槽の外周全体に、地盤中の地下水を集水する有孔排水管が網目状に設置され、且つ、貯槽が、少なくとも、貯槽内部の気密性を確保する気密材と、気密材と地盤との間に介在されているとともに有孔排水管と交差するひび割れが全体的に分散して発生している裏込め材とから構成されている高圧気体地下貯蔵施設において、少なくとも、有孔排水管内に配設された光ファイバ検温部と、光ファイバ検温部の設置箇所の温度を継続的に測定して有孔排水管内の温度分布を時系列的に観測する測定部とからなる光ファイバ温度計が備えられ、光ファイバ温度計によって有孔排水管内の温度変化を検知することを特徴としている。

このような特徴により、貯槽から高圧気体が漏洩した場合、貯槽から高圧気体が漏洩した場合、気密材の漏洩箇所から漏出した高圧気体は、裏込め材に発生したひび割れ内に流入する。ひび割れと交差する有孔排水管内の圧力は、高圧気体を貯蔵する貯槽の内圧に比べて低くなるため、ひび割れ内に漏出した高圧気体は、貯槽の内圧より低圧の有孔排水管内に流入する。高圧気体が、低圧の有孔排水管内に流入すると、断熱膨張的な現象を起し、気体の体積が膨張するとともに気体の温度が低下し、有孔排水管内の温度が低下する。この温度低下を測定部で検出することで気体の漏洩の有無を検知するとともに、漏洩位置を検知する。また、有孔排水管内の温度と温度差がある高圧気体については、貯槽から高圧気体が漏洩した際に、断熱膨張的な現象による温度低下が顕著でなくても温度変化が生じ、漏洩の有無および漏洩位置がそれぞれ検知される。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の高圧気体地下貯蔵施設において、光ファイバ検温部はケーブル状に形成されていることを特徴としている。

このような特徴により、光ファイバ検温部のメンテナンスを行うとき、ケーブル状の光ファイバ検温部は有孔排水管の端部から引き抜かれて有孔排水管外でメンテナンスされ、メンテナンス終了後は適当な位置の有孔排水管内に再び挿入される。

本発明に係る高圧気体地下貯蔵施設によれば、光ファイバ検温部の設置箇所の温度分布を時系列的に測定するため、高圧気体の漏洩を継続的に検知することができる。また、有孔排水管内の温度変化は直ちに測定部で検出されるため、漏洩が生じた場合には早期に発見することができる。また、貯槽外周全体に網目状に設置された有孔排水管内に光ファイバ検温部が適宜配設されるため、貯槽全体を網羅して漏洩検知を行うことができる。また、漏洩した気体が高圧気体であれば、如何なる高圧気体でも断熱膨張的な現象が生じて温度低下が起こるため、広範囲の高圧気体の漏洩を検知することができる。

さらに、光ファイバ検温部はケーブル状に形成することで、光ファイバ検温部のメンテナンスを行うとき、光ファイバ検温部は引き差し自在であるため、点検作業、或いは故障時の交換や修理などのメンテナンスを容易に行うことができる。

以下、本発明に係る高圧気体地下貯蔵施設の実施の形態について、図面に基いて説明する。

まず、高圧気体地下貯蔵施設の構成について説明する。
図１は高圧気体地下貯蔵施設の断面図である。図１に示すように、岩盤Ａを掘削することにより空洞部１が形成されている。空洞部１はアクセストンネル２を介して地表と接続されている。アクセストンネル２は、空洞部１の上部に接続されている上部アクセストンネル２ａと空洞部１の下部に接続されている下部アクセストンネル２ｂとが途中で合流して構成されている。空洞部１の上方には、頂部トンネル３が岩盤Ａ内に形成されており、空洞部１と頂部トンネル３は立坑４を介して接続されている。頂部トンネル３は、アクセストンネル２と接続されている。

岩盤Ａ内の空洞部１内には、高圧気体を貯蔵するための貯槽２１が構築されている。貯槽２１は、空洞部１の内壁１ａに沿って設置されたライニング材５と、ライニング材５外周面と空洞部１の内壁１ａの間に介在された裏込めコンクリート材６と、ライニング材５外周面と裏込めコンクリート材６内周面との間に介在された緩衝材７とから構成されている。

ライニング材５は、貯槽２１の内部空間の気密性を確保する板状部材であり、例えば鋼製ライニング材等が使用される。無論、気密性を確保できるものであれば鋼製以外のライニング材でもよく、例えばコンクリート製の内側面に樹脂膜を被膜させたものでもよい。

裏込めコンクリート材６は、貯槽２１の内圧を岩盤Ａに伝達するための鉄筋コンクリート体であり、空洞部１内壁１ａに沿って鉄筋を配筋するとともに、空洞部１内壁１ａとの間に所定間隔をあけてライニング材５を配設させた後、ライニング材５と空洞部１内壁１ａとの間にコンクリートを打設することで構築される。なお、貯槽２１の内圧は高圧であるため、裏込めコンクリート材６には引張応力によるひび割れ６ａが発生する。このひび割れ６ａが過度に集中すると、ライニング材５の局部的な変形が大きくなり、貯槽２１の気密性に悪影響を与えることになるため、裏込めコンクリート材６のひび割れ６ａが、適切な間隔を保って形成されて全体的に分散して発生するように、裏込めコンクリート材６内の鉄筋が配筋される。

緩衝材７は、裏込めコンクリート材６のコンクリート打設時に、ライニング材５が変形や損傷しないようにコンクリート打設時の衝撃や圧力を緩和するものである。

図２は貯槽２１の斜視図である。図２で示すように、貯槽２１の外周には、貯槽２１に内圧が作用しない高圧気体地下貯蔵施設の建設時や、開放点検時などの運用時における内圧低下時に、岩盤Ａの亀裂Ｃからの地下水圧（外水圧）が作用しないように、岩盤Ａ中の地下水を集水する複数の有孔排水管８が網目状に設置されている。有孔排水管８は、外周面全体に亘って張り巡らされており、複数の有孔排水管８は、貯槽２１の外周に沿って配管された集水管９に接続されている。

図３は貯槽２１の部分拡大断面図である。図３に示すように、有孔排水管８は貯槽２１の外周全体に張り巡らされているため、有孔排水管８と裏込めコンクリート材６に全体的に分散されて発生したひび割れ６ａとは互いに交差した状態になっている。

図４は有孔排水管８の拡大図である。図３に示すように、有孔排水管８は、外周面に地下水を取り入れるための孔が複数設けられたパイプ材からなっている。なお、有孔排水管８は、周面がメッシュ状に成形された網状管を用いてもよく、周面に複数の孔８ａを有する構成の管体であれば、何れを用いても良い。

図５は高圧気体地下貯蔵施設における高圧気体の漏洩を検知するための光ファイバ温度計１０を表す図である。図１，図４，図５に示すように、光ファイバ温度計１０は、複数の有孔排水管８内にそれぞれ配設された複数の光ファイバ検温部１１と、光ファイバ検温部１１の設置箇所の温度分布を時系列的に測定する測定部１２と、光ファイバ検温部１１と測定部１２とを繋ぐ光ファイバ接続部１３とから構成されている。

光ファイバ検温部１１は、周知の光ファイバ１４からなるものであり、貯槽２１の外周面全体に網目状に張り巡らせるように、複数の有孔排水管８のうち、所定位置の有孔排水管８の中に挿装されている。光ファイバ１４は、引っ張った際に破断しない程度の引張強度を有するとともに熱伝導性に優れた被膜材１４ａで被覆されたケーブル状のものである。測定部１２は、頂部トンネル３内に配置されており、測定部１２と貯槽２１頂部側の集水管９との間には、立坑４内から頂部トンネル３内にかけて延在された接続管１５が配管されている。光ファイバ接続部１３は、貯槽２１の頂部側で光ファイバ検温部１１を構成する光ファイバ１４を束ねた構成からなっており、集水管９及び接続管１５内に挿装されている。なお、接続管１５及び光ファイバ接続部１３を地上まで延在させ、測定部１２を地上に設置してもよい。

なお、有孔排水管８の孔８ａの形状、分布、設置方法等は、裏込めコンクリート内への施工性を考慮して排水機能および漏洩高圧気体の流入・収集に支障がないように設計する。例えば、ひび割れ６ａと交差する箇所に孔８ａがなければ、漏洩高圧気体が有孔排水管８内に流入されないため、孔８ａは、ひび割れ６ａと交差する箇所に必ず形成されるように、有孔排水管８の外周に満遍無く複数形成されていることが必要であり、どの断面を切っても孔８ａと交わるように形成することが好ましい。

一方、図１に示すように、下部アクセストンネル２ｂ内には、有孔排水管８内に流入して集水管９内に集水された地下水を、下部アクセストンネル２ｂ内に設置された集水ピット１８内に送水する第１の排水本管１６が配管されている。第１の排水本管１６の一端は貯槽２１底部側の集水管９に接続され、他端は集水ピット１８内に配置されており、第１の排水本管１６の中間部には排水弁１７が介装されている。

また、アクセストンネル２内には、集水ピット１８内に集められた地下水を地上に排出する第２の排水本管１９が配管されている。第２の排水本管１９は、集水ピット１８内からアクセストンネル２内を経由し、地表に至るまで配管されており、第２の排水本管１９には、集水ピット１８内の地下水を汲み上げる排水ポンプ２０が介装されている。

次に、上記した構成からなる高圧気体地下貯蔵施設における高圧気体の漏洩検知方法について説明する。

まず、高圧気体地下貯蔵施設が、建設時や内圧低下時以外の通常の運用期間中においては、排水ポンプ２０を停止させ、岩盤Ａからの湧水（地下水）を排出する排水機能は稼動させない。これによって、貯槽２１の外周全体に張り巡らされた有孔排水管８内は、地下水流動がほとんどなく、熱流も定常状態に近く、一定温度状態に保たれる。
また、有孔排水管８内に配設される光ファイバ検温部１１の設置経路を事前に定めて設置し、適当に定めて基準位置からの距離により貯槽２１外周の位置特定を可能にしておく。

次いで、高圧気体地下貯蔵施設の運用期間中、有孔排水管８内の温度を継続して測定し、測定部１２で有孔排水管８内の温度分布を時系列的に観測する。前述したように、平常時の有孔排水管８内の温度は一定に保たれるため、高圧気体が漏洩していないときは、測定部１２で測定される温度分布は一定となり、このときの温度分布の値が基準温度分布となる。

貯槽２１から高圧気体が漏洩した場合、ライニング材５の漏洩箇所から漏出した高圧気体は、裏込めコンクリート材６に発生したひび割れ６ａ内に流入する。ひび割れ６ａと交差する有孔排水管８内の圧力は、高圧気体を貯蔵する貯槽２１の内圧に比べて著しく低くなるため、ひび割れ６ａ内に漏出した高圧気体は、貯槽２１の内圧より低圧の有孔排水管８内に流入する。高圧気体が、低圧の有孔排水管８内に流入すると、断熱膨張的な現象を起し、気体の体積が膨張するとともに気体の温度が低下し、有孔排水管８内の温度が低下する。この温度低下を、有孔排水管８内の温度分布を時系列的に観測する測定部１２で検知し、漏洩の有無を検知する。また、適当に定めて基準位置からの距離により、貯槽２１外周における温度低下箇所の位置を特定し、漏洩位置を３次元的に特定する。

上記した構成からなる高圧気体地下貯蔵施設の漏洩検知方法および高圧気体地下貯蔵施設によれば、光ファイバ検温部１１の設置箇所の温度分布を時系列的に測定するため、高圧気体の漏洩を継続的に検知することができる。また、有孔排水管８内の温度変化は直ちに測定部１２で検知されるため、高圧気体の漏洩が生じた場合には早期に発見することができる。また、貯槽２１外周全体に網目状に設置された有孔排水管８内に光ファイバ検温部が適宜配設されるため、貯槽全体を網羅して漏洩検知を行うことができる。また、漏洩した気体が高圧気体であれば、如何なる高圧気体でも断熱膨張的な現象が生じて温度低下が起こるため、広範囲の高圧気体の漏洩を検知することができる。

さらに、光ファイバ検温部１１はケーブル状に形成されているため、光ファイバ検温部１１のメンテナンスを行うとき、光ファイバ検温部１１を有孔排水管８から引き抜いて点検作業、或いは故障時の交換や修理などを行うことができ、また、点検等が終了したあとは、再び有孔排水管８内に挿入させることができ、光ファイバ温度計１０のメンテナンスを容易に行うことができる。

また、断熱膨張的な現象による温度低下が顕著でない場合にも、貯槽２１内に貯蔵された高圧気体の貯蔵温度と平常時の有孔排水管８内の温度との間に温度差があれば、温度変化を検知することができ、漏洩を検知することができる。
また、光ファイバ検温部１１を設置する有孔排水管８の間隔、光ファイバ１４の側線の設置数および設置経路を調整することで、漏洩位置の特定精度を向上させることができる。

以上、本発明に係る高圧気体地下貯蔵施設の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した実施の形態では、光ファイバ検温部１１は、貯槽２１の外周面全体に網目状に張り巡らせるように、全体的に均等に配設されているが、本発明は、特に漏洩の虞がある箇所に光ファイバ検温部を密に配設させてもよい。

また、上記した実施の形態では、岩盤Ａ内に構築される高圧気体地下貯蔵施設について説明しているが、本発明は、無論、その他の地盤内に構築される高圧気体地下貯蔵施設であってもよい。
また、上記した実施の形態では、光ファイバ１４を用いて有孔排水管８内の温度を測定しているが、本発明に係る高圧気体地下貯蔵施設の漏洩検知方法は、光ファイバによる温度測定以外の方法で有孔排水管内の温度を測定してもよい。
また、上記した実施の形態では、光ファイバ検温部１１はケーブル状に形成されているが、本発明は、光ファイバ検温部１１を引き抜かないことを前提に、ケーブル状の光ファイバ検温部以外の検温部でもよく、例えば、棒状の光ファイバ検温部でもよい。

本発明に係る実施の形態を説明するための高圧気体地下貯蔵施設の断面図である。本発明に係る実施の形態を説明するための貯槽の斜視図である。本発明に係る実施の形態を説明するための部分断面図である。本発明に係る実施の形態を説明するための有孔排水管の斜視図である。本発明に係る実施の形態を説明するための光ファイバ温度計を表す図である。

符号の説明

５ライニング材（気密材）
６ａひび割れ
６裏込めコンクリート材（裏込め材）
８有孔排水管
１０光ファイバ温度計
１１光ファイバ検温部
１２測定部
２１貯槽
Ａ岩盤（地盤）

Claims

地盤中に埋設されて内部に高圧気体を貯蔵する貯槽の外周全体に、地盤中の地下水を集水する有孔排水管が網目状に設置され、且つ、貯槽が、少なくとも、貯槽内部の気密性を確保する気密材と、気密材と地盤との間に介在されているとともに有孔排水管と交差するひび割れが全体的に分散して発生している裏込め材とから構成されている高圧気体地下貯蔵施設において、
少なくとも、有孔排水管内に配設された光ファイバ検温部と、光ファイバ検温部の設置箇所の温度を継続的に測定して有孔排水管内の温度分布を時系列的に観測する測定部とからなる光ファイバ温度計が備えられ、
光ファイバ温度計によって有孔排水管内の温度変化を検知することを特徴とする高圧気体地下貯蔵施設。
請求項１記載の高圧気体地下貯蔵施設において、
光ファイバ検温部はケーブル状に形成されていることを特徴とする高圧気体地下貯蔵施設。