JP5227635B2 - 流体漏洩検知システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば極低温である液化天然ガス等の流体を輸送する際に用いられる流体輸送用管および流体輸送用管からの流体の漏洩を検知するための流体漏洩検知システムに関するものである。

従来、海底の油田等から算出した石油等を貯蔵する海上の浮体施設（基地）等から、輸送用のタンカへ石油等を積み込み、または、地上のタンク等へ積みおろす際には、タンカに浮遊式の可撓管を接続し、石油等の輸送が行われている。石油等の常温の流体を輸送するための可撓管としては、通常樹脂製のものが使用される。このような流体輸送用の樹脂製の可撓管としては、樹脂製の内管の外周部に補強層、断熱層および防水層等を有する可撓性流体輸送管がある（特許文献１）。

一方、地上または近海のガス田等から算出した天然ガス等は、基地で液化され貯蔵される。液化天然ガス（以下「ＬＮＧ」）を輸送用のタンカに積み込む際には、沿岸基地に設けられた多関節型のローディングアーム等が用いられる。ＬＮＧ受け入れ基地としては、例えばローディングアーム方式を採用した特許文献１記載のＬＮＧ受け入れ基地およびＬＮＧ出荷基地システムがある（特許文献２）。

また、ＬＮＧタンクに接続された機器からのＬＮＧの漏洩を、導液管および集液ますに沿って敷設された光ファイバによって監視するＬＮＧ漏洩監視装置がある（特許文献３）。

特開平５−１８０３７５号公報 特開平５−６５７１８号公報 特開平１０−２０６２４０号公報

しかし、従来の石油の輸送方法のように、特許文献１のような樹脂製の浮遊式の可撓管を用いて、流体をタンカで輸送する方式では、ＬＮＧ等の極低温流体への対応が困難であるという問題がある。これは、ＬＮＧは約−１６０℃と極低温であるため、従来の樹脂製の浮遊式の可撓管は、このような極低温ではもろくなり、十分な可撓性が得られず、脆化によりＬＮＧを圧送する圧力により可撓管が破壊するためである。したがって、極低温でも使用できる耐久性と断熱性を併せ持つ可撓管が要求されるが、従来、ＬＮＧ等の極低温流体を海上での輸送に使用可能な、浮遊式の可撓管は存在しないという問題がある。

また、特許文献２のようなローディングアーム方式は、地上基地からタンカへの積み込みは可能であるが、外海のガス田に設置されたＬＮＧを生産貯蔵するような浮体施設から、タンカへＬＮＧを積み込む際には、波、風等によって相互に大きく揺れる施設とタンカ間の動きにローディングアームが追従することができず、また、設備の大型化を招くという問題がある。

また、特許文献３のような漏洩監視装置では、ＬＮＧタンクに接続された機器からの漏洩を、光ファイバ敷設位置の温度変化によりＬＮＧの漏洩を検知することが可能であるが、ＬＮＧの輸送用管の連結部（接続部）近傍は、断熱が十分行なうことができず、このため通常時から低温であるため、漏洩による温度変化を検出することができないという問題がある。

また、光ファイバ温度センサを使用する場合、ある程度の測定距離（皮下路パルスの入射位置からの距離）がないと、測定感度が落ちるため、流体輸送用管の漏洩を光ファイバの設置により検知しようとすると、流体輸送用管の端部近傍である連結部の漏洩の検出感度が低くなるという問題がある。

また、ＬＮＧ配管内の圧力低下をもって、ＬＮＧの漏洩を検知する方法も記載されているが、この方法では、ＬＮＧ配管内の圧力が低下するほどの大規模な漏洩は検知できるが、ピンホールからの少量の漏洩については検出ができないという問題がある。

特に、前述の通り、ＬＮＧの海上での輸送用管として可撓管を使用した場合には、連結部近傍は無理な力がかかりやすく、漏洩に関する重要監視箇所となるが、ＬＮＧ等輸送用配管の接続部の漏洩を確実に検知する方法はないという問題がある。また、海上での輸送用管として使用する場合には、特許文献３に記載のような地上での固定配管の場合と比較して、漏洩位置の特定が困難であり、離れた場所から、漏洩の有無と位置を迅速かつ確実に特定する必要があるが、このような方法はないという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、ＬＮＧ等の極低温流体の輸送を可能とし、また、内部での流体の漏洩および位置を早急に、かつ確実に検知することが可能な、流体輸送用管および流体漏洩検知システムを提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、本発明は、管体と、前記管体の外周部に設けられた断熱層と、前記断熱層に連続的に巻き付けられた光ファイバと、前記管体の端部に設けられた連結部と、前記連結部の近傍に設けられ、前記管体の流体の漏洩情報を前記連結部外部へ伝達可能な漏洩情報伝達手段と、を具備する流体輸送用管を用い、前記光ファイバは温度計測器と接続され、光ファイバ温度センサとして機能し、前記光ファイバ温度センサにより計測された温度分布から、前記管体からの流体の漏洩を検出するとともに、前記漏洩情報伝達手段による漏洩情報から、前記連結部近傍での前記管体からの流体の漏洩を検出することが可能であり、前記漏洩情報伝達手段に接続された光式圧力センサと、前記光式圧力センサによる情報を圧力情報に変換する光式圧力センサ変換機と、を更に具備し、流体輸送用管には、前記光ファイバが複数本設けられ、前記複数本の光ファイバの一部は、前記温度計測器と接続され、光ファイバ温度センサとして機能するとともに、前記複数本の光ファイバの他の一部は、前記光式圧力センサ変換機と接続され、前記光式圧力センサの情報伝達媒体として機能することを特徴とする流体漏洩検知システムである。

ここで、漏洩情報とは、輸送管中を流れる流体の漏洩に関する情報であり、具体的には、ガス圧力やガス濃度等の測定データである。前記漏洩情報伝達手段は、前記連結部近傍のガス圧力またはガス濃度を、前記連結部近傍に設けられた端子により、前記連結部外部へ伝達してもよく、この場合、前記漏洩情報伝達手段は、前記断熱層と連通する中空管により、前記連結部近傍のガス圧力またはガス濃度を検出することが望ましい。また、前記管体は、波付き金属管であり、可撓性を有してもよい。

このようにすることで、断熱層により、管体内の流体と輸送用管外部とを断熱するため、流体が外温の影響を受けることがない。また、断熱層に光ファイバが連続的に巻きつけられるため、管体から流体が漏洩した場合には、光ファイバ温度センサが断熱層内に浸透する流体の温度を検知することができ、流体の漏洩部の存否及び漏洩箇所を検知することができる。

また、連結部近傍に設けられた漏洩情報伝達手段は、断熱層におけるガス圧力またはガス濃度等を検出可能であるため、光ファイバでは検出が困難な連結部近傍の漏洩情報を検知することができる。特に、断熱層に中空管が設けられ、中空管が連結部外部に端子を介して伝達可能であれば、連結部近傍における流体の漏洩を、断熱層におけるガス圧力の変化または断熱層におけるガス濃度変化から漏洩を検知することができ、このため、連結部近傍におけるわずかな漏洩であっても確実に流体の漏洩情報を検知することができる。

また、管体が波付き金属管である場合には、流体輸送用管は海上での輸送にも使用することができ、この場合には、特に連結部近傍の漏洩が問題となるが、離れた位置からも確実に漏洩の存否と位置を検知することができる。

前記光ファイバと接続された光スイッチを更に具備し、前記光ファイバは、前記光スイッチにより前記温度計測器および前記光式圧力センサ変換機のいずれかに接続切り替えが可能であり、前記温度計測器と接続された場合には、光ファイバ温度センサとして機能し、前記光式圧力センサ変換機と接続された場合には、前記光式圧力センサの情報伝達媒体として機能することが可能であってもよい。

本発明によれば、流体輸送用管の漏洩を検知するため、光ファイバ温度センサを用いるとともに、流体輸送用管の連結部近傍の漏洩を、漏洩情報伝達手段により検知することができる流体漏洩検知システムを得ることができる。

ここで、漏洩情報とは、管体からの流体の漏洩に伴う、流体輸送用管内部のガス圧力やガス濃度等の状況の変化を指し、漏洩情報伝達手段とは、漏洩情報を流体輸送用管外部に導出・伝達して、流体輸送用管外部で漏洩の存否等を検出可能にするための手段を指す。

また、漏洩情報としての断熱層内のガス圧力変化を、流体輸送用管外部に設けられた光式圧力センサへ導出して、圧力変化から漏洩の存否を検出するとともに、光式圧力センサからの情報を光ファイバにより情報伝達を行うことで、流体輸送用管全長および連結部近傍の漏洩を光ファイバによって得ることができ、また、光スイッチを使用して、光式圧力センサと光ファイバ温度センサとを切り替えれば、１本の光ファイバでも複数の情報を得ることができ、更に、複数の光ファイバを用いれば、光ファイバの断線時においても、流体輸送用管の漏洩を確実に感知することが可能な流体漏洩検知システムを得ることができる。

本発明によれば、ＬＮＧ等の極低温流体の輸送を可能とし、また、内部での流体の漏洩および位置を早急に、かつ確実に検知することが可能な、流体輸送用管および流体漏洩検知システムを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態にかかる可撓管１について説明する。図１は、可撓管１ａの使用状況を示す図である。タンカ７が運搬したＬＮＧ等の流体は、タンク５へ可撓管１ａにより輸送される。可撓管１ａは、ドラム等に巻きつけられて保管され、使用時にはドラム等により海上へ送り出される。海上では、小型船等で可撓管１ａの端部（連結部３ｂ）がタンカ７へ誘導される。

タンカ７は連結部３ｂで可撓管１ａと連結される。すなわち、タンカ７は可撓管１ａを介して、タンク５と接続される。可撓管１ａの両端には連結部３ａ、３ｂが設けられており、夫々は図示を省略したタンカ７およびタンク５の設けられた連結部と連結される。可撓管１ａは海面９に浮遊しており、波や風等により揺動するが、可撓管１ａは可撓性を有するため、海面９の変動等に追従することができる。したがって、連結部３ａ、３ｂは、可撓管１ａの揺動等により常に力を受けるため、劣化しやすく、漏洩の危険度が高い部位である。

次に、可撓管１ａについて説明する。図２は、可撓管１ａの構成を示す斜視図であり、図３は、可撓管１ａの部分断面図である。可撓管１ａは、主に波付き管１１、断熱層１３ａ、１３ｂ、防水層１５、および光ファイバ１７等から構成される。

通常、流体の輸送効率を考慮して、海上での流体輸送に使用されるタンカ７としては、１０万から１５万トンクラスのタンカ７が利用される。また、海上は天候の変動も激しいため、タンカ等からの流体の輸送作業は、通常２４時間以内に終了することが望まれる。したがって、輸送効率を考慮すると、流体の速度を５ｍ／ｓｅｃとすると、可撓管１ａの径は４００ｍｍ〜５００ｍｍ程度のものが数本同時に用いられるものである。但し、可撓管１ａの径は、流体の輸送効率を高めるためには大きい方が望ましいが、可撓管１ａの許容曲げ半径が大きくなり、可撓管１ａの敷設装置が大型化するため、可撓管１ａの径は使用条件等に応じて適宜決定される。

可撓管１ａの最内層には管体である波付き管１１が設けられる。可撓管１ａの使用時には、流体（以下、ＬＮＧが流れるものとして説明する）は波付き管１１内を流される。波付き管１１は、可撓性を有する管体であり、ある程度の強度を有し、低温耐性が優れる。すなわち、内部にＬＮＧ等の極低温流体が流れても可撓性を維持でき、割れやクラック等の発生しにくい材質が好ましい。

波付き管１１は、例えば金属製の波付き管であり、望ましくはステンレス製のベロー管である。なお、波付き管１１に代えて、同様の可撓性を有し、低温耐性に優れる管体であれば、他の態様の管体を使用することも可能である。

波付き管１１の外周には断熱層１３ａ、１３ｂが設けられる。断熱層１３ａ、１３ｂは、波付き管１１内を流れるＬＮＧと可撓管１ａの外部とを断熱するとともに、波付き管１１の可撓性に追従して変形可能である。すなわち、ＬＮＧの熱は、可撓管１ａの外面へはほとんど伝達されない。このため、後述する最外層である防水層１５が、ＬＮＧの温度の影響を受けることがない。同様に可撓管１ａの外温はＬＮＧへは伝達されず、ＬＮＧが可撓管１ａ内で気化することが防止される。

断熱層１３ａ、１３ｂは、断熱性を有し、通気性が優れる材質が望ましい。断熱層１３ａ、１３ｂとしては、例えば不織布が使用でき、ポリエステル繊維不織布であることが望ましい。また、断熱層１３ａ、１３ｂの厚さは、５ｍｍ以上であることが望ましい。

また、断熱層１３ｂとして、繊維系不織布にエアロジェルを含有させたものが使用できる。エアロジェルとしては、例えばシリカ系エアロジェルが使用でき、エアロジェルを不織布へ含有（含浸）させる。エアロジェルは極めて高い断熱性を有し、また、高い耐荷重特性を有する。さらに、エアロジェルが含有された不織布は、きわめて液浸透性が悪い。このため、ＬＮＧが断熱層１３ｂに達しても、断熱層１３ｂに対しては、ＬＮＧはほとんど浸透しない。また、エアロジェルを含有させた不織布はつぶれにくいため、後述する防水層１５が緩むことがない。

ここで、エアロジェルとは、水分をガスに置換してゲル状に生成した物質のことであり、体積のおよそ９割以上の空気を含んでおり、極めて軽く、また高い断熱性を有する物質をいう。エアロジェルは、例えばシリカ、アルミナ等を主成分として生成され、触媒や吸着剤として使用される場合が多い。

なお、波付き管１１と断熱層１３ａとの間には必要に応じて図示を省略した座床層を設けてもよい。座床層は、波付き管１１の外周における凹凸（波付き形状による凹凸）を略平らにならすための層である。座床層としては、例えば不織布等が使用できる。内管の外周面に波付き等による大きな凹凸がない場合や、凹凸を有している場合であっても、外周部に設けられる断熱層１３ａ、１３ｂ等に悪影響を与えない場合には、座床層は不要である。

また、断熱層１３ａの内周には、必要に応じて図示を省略した補強層を設けてもよい。補強層は、主に波付き管１１が可撓管１ａの軸方向へ変形する（伸びる）ことを抑える。例えば、波付き管１１内へＬＮＧを流す際には、波付き管１１内部には１ＭＰａ程度の内圧が生じる。波付き管１１は、波付き管１１の内周面への圧力には耐えうるが、可撓性を得るために設けられる波付き形状によって、波付き管１１の軸方向へは内圧により容易に変形する（伸びる）。このため、波付き管１１の軸方向の変形を抑制するために補強層が設けられる。

補強層としては、繊維テープや金属テープ等の補強テープが使用できる。繊維テープとしては、たとえば、ポリエステル繊維織物テープ、アラミド繊維織物テープ、アリレート繊維織物テープ、超高分子ポリエチレン繊維織物テープ、炭素繊維織物テープなどが使用できる。また、金属テープとしては、例えばステンレステープ等が使用できる。

更に、補強層の外周部には、必要に応じて、図示を省略した補強テープの押さえ巻き層を設けても良い。押さえ巻き層としては、例えば不織布テープが使用でき、不織布テープを交互巻きされた補強テープの外面や各巻き層の外面に巻きつけても良い。

断熱層１３ｂの外周には、防水層１５が設けられる。防水層１５は、外部からの水の浸入を防ぐとともに、波付き管１１の可撓性に追従して変形可能である。すなわち、可撓管１ａが海上に浮かべられて、ＬＮＧの輸送を行う際にも、海水等が可撓管１ａ内へ浸入することはない。なお、防水層１５は、例えば樹脂製であり、ポリエチレン製が望ましい。前述したように、断熱層１３ａ、１３ｂにより、極低温であるＬＮＧの温度の影響は防水層１５へはほとんど及ばない。このため、防水層１５が低温になることで脆化して、波付き管１１の可撓性に追従できなくなることはない。

可撓管１ａは更に、光ファイバ１７を有する。光ファイバ１７は、断熱層１３ａ、１３ｂの間に設けられ、連続的に防水層９の外周へ螺旋状に巻きつけられる。光ファイバ１７は、防水層１３ａの外周部に等ピッチで巻きつけられることが望ましい。光ファイバ１７の巻き付けピッチは、例えば２００ｍｍ程度が好ましく、更に好ましくは１００ｍｍ程度である。なお、光ファイバ１７は後述する金属管１９に挿入されて、可撓管１ａに巻き付けられる。

図４は光ファイバ温度センサ２１の構成を示す断面図である。光ファイバ温度センサ２１は金属管１９と光ファイバ１７等から構成される。光ファイバ１７は、金属管１９内に挿入される。金属管１９は、例えば直径１〜２ｍｍ程度のステンレス管が使用できる。なお、光ファイバ１７は、可撓管１ａが変形した際に、可撓管１ａの変形に追従可能なように、余長率（金属管１９の長さに対する光ファイバ１７の長さの増分率）は１％以上であることが望ましい。

光ファイバ温度センサ２１は、ラマン散乱光の強度が温度に依存する性質と、光パルスが光ファイバ１７を往復する時間でラマン散乱光の発生場所が分かるという性質によって、温度分布が測定される。光ファイバ１７に光パルスを一定周期で入射させると、後方散乱光としてラマン散乱光が発生する。ラマン散乱光のうち、アンチストークス光とストークス光の強度比は、光ファイバ１７の温度に依存する。

すなわち、散乱光の強度（アンチストークス光Ｉａとストークス光Ｉｓの強度比）は、温度が上昇すると大きくなり、温度が低下すると小さくなる。従って、入射した光パルスに対するアンチストークス光とストークス光との強度比を時間軸上で観察することにより、測定位置ごとの温度を知ることができる。すなわち、光ファイバ温度センサ２１は可撓管１ａの温度分布を計測することができる。

図５は、光ファイバ温度センサ２１の一部に温度低下部２３が生じた際のラマン散乱光（アンチストークス光Ｉａとストークス光Ｉｓの強度比）計測値の変化を示す模式図である。光ファイバ温度センサ２１は、断熱層１３ａの外部にあるため、通常時には波付き管１１内を流れるＬＮＧの温度の影響は少ない。したがって、光ファイバ温度センサ２１は、可撓管１ａの全長（光ファイバ温度センサ２１の全長）にわたり、ほぼ常温の一定の温度分布を示す。この場合には、光パルスＬに対して、計測されるアンチストークス光Ｉａとストークス光Ｉｓの強度比は光ファイバ温度センサ２１の全長にわたり略一定となる。

一方、波付き管１１が破損して、波付き管１１の一部からＬＮＧ等が流出すると、ＬＮＧは断熱層１３ａ内に浸透し、該当する部位の光ファイバ温度センサ２１の温度が急激に低下する。すなわち、光ファイバ温度センサ２１の一部に温度低下部２３が生じる。

光ファイバ温度センサ２１の一部に急激な温度低下部２３が生じた場合には、温度低下部２３におけるラマン散乱光の強度（アンチストークス光Ｉａとストークス光Ｉｓの強度比）が低下する。したがって、光ファイバ温度センサ２１は、温度低下部２３のおおよその位置と、その位置での温度低下を検出することができる。したがって、可撓管１ａ内部の一部で波付き管１１からＬＮＧが漏洩した場合には、漏洩部近傍の光ファイバ温度センサ２１が、直ちに急激な温度低下を検知し、可撓管１ａの内部におけるＬＮＧの漏洩を知ることができる。

次に、可撓管１ａの連結部３について説明する。図６は、連結部３の断面図である。連結部３は、可撓管１ａを他の部位、例えばタンク５やタンカ７等に設けられた連結部（接続部）と連結される部位である。

連結部３は可撓管１ａの端部に設けられ、可撓管１ａの端部全周にわたり外周方向に突出しフランジ状の形状を有している。連結部３は一方の端部が波付き管１１の端部と接合されている。また、連結部３の他方の端部は防水層１５の外周面と接合される。連結部３内部には光ファイバ１７が挿入された金属管１９と中空管２７が設けられる。中空管２７は、端部が断熱層１３ａ、１３ｂの間に挿入されている。

連結部３には、端子２５ａ、２５ｂが設けられる。端子２５ａ、２５ｂは連結部３内部と外部とを連通する。可撓管１ａに巻き付けられた光ファイバ１７の端部は、端子２５ａに接続され連結部３の外部と接続が可能である。また中空管２７は、断熱層１３ａ、１３ｂから端子２５ｂまで設けられる。なお、端子２５ａ、２５ｂは単なる孔でも良く、または、光コネクタ、チューブ継手などを具備しても良く、接続される部材に応じて変更することができる。

波付き管１１端部と連結部３との接合は、例えば溶接でよい。また、連結部３と防水層１５外周面との接合は、図示を省略したパッキンおよびリング状の押さえ具等により固定される。また、連結部３の内部には、エポキシ樹脂２９が充填される。すなわち、連結部３は、防水層１５表面と波付き管１１端部との間に気密を保った状態で接合され、可撓管１ａ外部から液体や気体が断熱層１３ａ、１３ｂへ流入することがない。したがって、断熱層１３ａ、１３ｂは外周を防水層１５、内周を波付き管１１、端部を連結部３（エポキシ樹脂２９）で覆われている。

前述の通り、可撓管１ａの全長にわたり、光ファイバ１７（光ファイバ温度センサ２１）が連続的に巻きつけられているため、波付き管１１の一部から内部のＬＮＧが漏洩した場合には、ＬＮＧが断熱層１３ａに浸透し、即座にＬＮＧの漏洩を検出することができる。すなわち、光ファイバ温度センサ２１により検出された漏洩情報（温度変化情報）は、端子２５ａを介して、外部に設けられた温度計測器へ伝達される。

一方、連結部３近傍で同様の漏洩が生じた場合には、光ファイバ温度センサ２１では検出が困難である。連結部３近傍は断熱材１３ａ、１３ｂを設けられず、常に低温であるため、漏洩した際の温度変化が少ないためである。また、連結部３の近傍に温度計測器等を設けた場合、連結部３近傍は、光の入射位置と測定位置が近すぎるため、感度の良い測定が困難である。

しかし、連結部３近傍でＬＮＧが漏洩すると、前述の通り、ＬＮＧは断熱層１３ａ、１３ｂの部位にのみしか行き場がないため、断熱層１３ａ、１３ｂ内にＬＮＧが浸透する。この際、波付き管１１内のＬＮＧの内圧や、ＬＮＧが気化する際の圧力により、断熱層１３ａ、１３ｂ内部のガス圧力が増加する。断熱層１３ａ、１３ｂ内の圧力が増加すると、中空管２７を介して、端子２５ｂまでガスの圧力変化情報が伝達される。端子２５ｂの外部から中空管やチューブ等を接続して、圧力計等に接続すれば、連結部３内の圧力変化情報を知ることができる。すなわち、ＬＮＧ漏洩に伴うガス圧力変化という漏洩情報が、中空管２７により連結部３外部へ伝達され、漏洩を検知することができる。なお、連結部内部がエポキシ樹脂で充填された形態で、連結部近傍にＬＮＧが漏洩したときのメカニズムを説明したが、連結部内部はエポキシ樹脂で充填されていなくてもよい。その場合には、中空管は無くてもよく漏洩情報が端子に直接伝達される。または、波付き管端部と連結部との溶接接合部の近傍（連結部内部）に空隙を設けて、その空隙内の漏洩情報が中空管を介して端子に伝達される形態でもよい。この場合、溶接接合部の効率よい漏洩検知が可能となる。

次に、可撓管１を使用した、漏洩検知システム３０について説明する。図７は、漏洩検知システム３０の構成を示す図である。漏洩検知システム３０は、主に、可撓管１ａ、圧力計３３ａ、３３ｂ、温度計測器３１等から構成される。可撓管１ａの一方の端部には連結部３ｂが設けられ、連結部３ｂには端子２５ｃが設けられる。また、可撓管１ａの他方の端部には連結部３ａが設けられ、端子２５ａ、２５ｂが設けられる。端子２５ａの内部には、可撓管１ａの内部に連続的に巻き付けられた光ファイバ温度センサ２１が接続されている。

また、端子２５ｂ、２５ｃには、それぞれ連結部３ａ、３ｂ内部に設けられ、断熱層１３ａ、１３ｂに端部が挿入された中空管２７がそれぞれ接続されている。端子２５ａは例えば光コネクタであり、内部に接続された光ファイバ１７と連結部３外部に設けられた光ファイバ１８とが光学的に接続される。また、端子２５ｂ、２５ｃはガスカプラであり、内部に接続された中空管２７と連結部３の外部に設けられた中空管２８ａ、２８ｂとがそれぞれ連通する。

光ファイバ１８は、温度計測器３１に接続される。温度計測器３１は光ファイバ１８を介して光ファイバ１７への光パルスの入射を行うことができる。また、温度計測器３１は、光ファイバ１８を介して光ファイバ１７から伝達された反射光強度情報を温度情報に変換し、可撓管１ａの全長にわたり、温度変化部が生じていないかどうかを監視可能である。すなわち、光ファイバ１７は、光ファイバ温度センサ２１として機能し、可撓管１ａの全長にわたるＬＮＧ漏洩の検出が可能である。

一方、中空管２８ａ、２８ｂはそれぞれ圧力計３３ａ、３３ｂに接続される。圧力計３３ａ、３３ｂは、中空管２８ａ、２８ｂから伝達されたガス圧力から、可撓管１ａの特に連結部３近傍に圧力変化が生じていないかどうかを監視可能である。すなわち、連結部３近傍の断熱層１３ａ、１３ｂ内のガス圧力変化から、連結部３近傍の漏洩を検出可能である。

以上説明したように、本実施の形態にかかる漏洩検知システム３０によれば、可撓管１ａの漏洩を検知するため、光ファイバ温度センサ２１を用いるとともに、連結部３近傍の漏洩を、中空管２７および圧力計３３ａ、３３ｂにより検知することができるため、連結部３近傍の漏洩も検知可能な流体漏洩検知システムを得ることができる。

特に、断熱層１３ａ、１３ｂは周囲を防水層１５で覆われており、連結部３に設けられた中空管２７は、断熱層１３ａ、１３ｂにおけるガス圧力の変化を端子２５ｂ、２５ｃに伝達可能である。このため、ピンホールなどの微量の漏洩であっても、確実に漏洩を検出することができる。また、端子２５ａ、２５ｂ、２５ｃが連結部３外部と接続可能であるため、内部での漏洩情報を可撓管１ａ外部に伝達可能であり、連結部３近傍におけるＬＮＧの漏洩を容易に検知することができる。

なお、圧力計３３ａ、３３ｂに代えて、ガス濃度計を取り付けることもできる。この場合には、断熱層１３ａ、１３ｂ内に充満したＬＮＧが中空管２７、２８ａ等を介してガス濃度計に送られ、ガス濃度変化によって、連結部３近傍のＬＮＧの漏洩を知ることができる。

次に、第２の実施の形態にかかる可撓管１ｂおよびこれを用いた漏洩検知システム４０について説明する。以下の実施の形態において、図１〜図７に示す可撓管１ａおよび漏洩検知システム３０と同一の機能を果たす構成要素には、図１〜図７と同一番号を付し、重複した説明を避ける。第２の実施の形態にかかる可撓管１ｂは可撓管１ａとほぼ同様の構成であるが、次の点で異なる。すなわち、可撓管１ｂは可撓管１ａに対して、さらに光式圧力センサが設けられ、光ファイバ１７の一方の先端が光式圧力センサと接続されている点で異なる。

図８は、可撓管１ｂの断面図で、図８（ａ）は連結部３ａ近傍、図８（ｂ）は連結部３ｂ近傍を示す図である。可撓管１ｂでは、中空管２７ａが端子２５ｂを介して連結部３ａ外部まで延伸され、先端に光式圧力センサ４１ａが接続される。光式圧力センサ４１ａは、さらに光ファイバ４３ａが接続される。光ファイバ１７も同様に端子２５ａを介して外部まで延伸される。

一方、連結部３ｂにも同様に中空管２７ｂが設けられ、端子２５ｃを介して連結部３ｂ外部まで延伸され、先端に光式圧力センサ４１ｂが接続される。光ファイバ１７は、端子２５ｄを介して連結部３ｂ外部に導出され、光ファイバ１７の先端が光式圧力センサ４１ｂに接続される。

図９は、光式圧力センサ４１を示す図である。光式圧力センサ４１は、主に壁体４５ａ、４５ｂ、支持体５５ａ、５５ｂ、ダイアフラム４９、光ファイバ変位センサ５３等から構成される。

一対の壁体４５ａ、４５ｂは間に空隙４７を設けて互いに固定される。壁体４５ａの一部にはガス導入部５１が設けられる。ガス導入部５１はガスが外部から導入される部位である。壁体４５ａの内面にはダイアフラム４９が設けられる。ダイアフラム４９はガス導入部５１からのガス圧力に応じて、空隙４７内で上下方向に移動可能である。壁体４５ｂの内面にはスペーサ５７が設けられる。

空隙４７には光ファイバ変位センサ５３が設けられる。光ファイバ変位センサ５３の上方は、支持体５５ａを介してダイアフラムと接合される。一方、光ファイバ変位センサ５３の下方は、支持体５５ｂを介してスペーサ５７と接合される。

光ファイバ変位センサ５３は、シングルモードの光ファイバがループ状に形成されたもので、支持体５５ａ、５５ｂの相対変位により、楕円形状に変化する。楕円形に変形した光ファイバ変位センサ５３は、この変形によって支持体５５ａ、５５ｂ設置位置と９０°ずれた位置での曲げ半径が変化する。光ファイバ変位センサ５３に対する入射光は、光ファイバ変位センサ５３の曲げ半径の変化に伴い光の伝達損失が変化する。伝達損失を計測することで、光ファイバ変位センサ５３の変位量を知ることができる。

図９に示すように、ガス導入部５１から矢印Ａ方向にガスの圧力が加わると、ダイアフラム４９、支持体５５ａを介して、光ファイバ変位センサ５３が矢印Ｂ方向に変形し、楕円形状となる（図中点線）。この状態における伝達損失を計測し、光ファイバ変位センサ５３の変位量をガス圧力へ変換することで、ガス圧力を知ることができる。

なお、このような光式圧力センサとしては、例えば特開平１０−８２６２１に記載の圧力センサ等が使用できる。また、この他、光ファイバからの入射光を石英小型ロッドレンズにより収束させて、反射ミラーで反射させ、反射光の強度を測定することで、反射ミラーに対する石英小型ロッドレンズの変位を測定して、圧力に変換するセンサも使用することができる。

また、シングルモードの通信用光ファイバに光を照射し、ブラッグ格子によって周期的に屈折率を変化させた光ファイバを用い、ブラッグ格子におけるひずみと光の反射波長が比例する現象を利用し、反射光の波長を計測することで力により生じる変位を測定する、光ファイバグレーティングセンサ（ＦＢＧセンサ）なども使用できる。すなわち、光を利用した圧力センサであればいずれの方法のセンサも利用することができる。

図１０は、可撓管１ｂを使用した漏洩検知システム４０を示す図である。漏洩検知システム４０は、主に、可撓管１ｂ、圧力センサ変換機４２ａ、４２ｂ、光式圧力センサ４１ａ、４１ｂ、光スイッチ５９、温度計測器３１等から構成される。

可撓管１ｂの一方の端部に設けられた連結部３ａには、端子２５ｂを介して光式圧力センサ４１ａが接続される。光式圧力センサ４１ａは光ファイバ４３ａを介して圧力センサ変換機４２ａと接続される。圧力センサ変換機４２ａは、光ファイバ４３ａを介して光式圧力センサ４１ａに入射光を入射させることができる。また、圧力センサ変換機４２ａは、光ファイバ４３ａを介して、光式圧力センサ４１ａで計測された変位情報を受け取り、連結部３ａ近傍のガスの圧力に変換することができる。

すなわち、可撓管１ｂ内部の断熱層１３ａ、１３ｂの圧力は、中空管２７ａを通じて、光式圧力センサ４１ａへ伝達される。光式圧力センサ４１ａで計測された光ファイバ変位センサ５３による変位量は、圧力センサ変換機４２ａで圧力情報に変換され、連結部３ａ近傍の断熱層１３ａ、１３ｂのガス圧力として計測することができる。

光ファイバ１７は、一方の端部が光スイッチ５９に接続される。光ファイバ１７は、端子２５ａから可撓管１ｂ内に導入され、可撓管１ｂ内に連続的に巻きつけられ、他方の端部が連結部３ｂに設けられた端子２５ｄから外部へ導出されて光式圧力センサ４１ｂと接続される。光式圧力センサ４１ｂは中空管２７ｂを介して連結部３ｂと接続される。

光スイッチ５９は、光ファイバ１７からの情報を、光ファイバ５８ｂ、５８ｃそれぞれを介して、圧力センサ変換機４２ｂと温度計測器３１のいずれかに切り替えて伝達することができる。したがって、光スイッチ５９を切り替えて、光ファイバ１７の情報を、圧力センサ変換機４２ｂへ伝達するように選択すれば、光式圧力センサ４１ｂからの情報を得ることができる。

すなわち、可撓管１ｂ内部の連結部３ｂ近傍の断熱層１３ａ、１３ｂの圧力は、中空管２７ｂを通じて、光式圧力センサ４１ｂへ伝達され、光式圧力センサ４１ｂで計測された光ファイバ変位センサ５３による変位量は、光ファイバ１７を経由して圧力センサ変換機４２ｂで圧力情報に変換される。このため、連結部３ｂ近傍の断熱層１３ａ、１３ｂのガス圧力を計測することができる。

一方、光スイッチ５９を切り替えて、光ファイバ１７の情報を、温度計測器３１へ伝達するように選択すると、光ファイバ１７からの情報は光ファイバ温度センサ２１として利用でき、可撓管１ｂ全長にわたるＬＮＧの漏洩情報を得ることができる。

第２の実施の形態にかかる漏洩検知システム４０によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、圧力計として光式圧力センサ４１ａ、４１ｂを用いるため、圧力情報を光ファイバで伝達することが可能である。また、光ファイバ１７は一方の端部が光式圧力センサ４１ｂと接続され、他方の端部が光スイッチ５９に接続され、更に、光スイッチ５９によって温度計測器３１と圧力センサ変換機４２ｂとの接続を切り替えることができるため、光ファイバ１７は、光圧力センサ４１ｂの情報伝達媒体としての機能と、光ファイバ温度センサ２１としての機能の両方を有し、任意に切り替えることができる。このため、連結部３ａ側から可撓管１ｂの反対側の端部である連結部３ｂ近傍の漏洩情報を得ることができる。

次に、第３の実施の形態にかかる可撓管１ｃおよびこれを用いた漏洩検知システム６０について説明する。第３の実施の形態にかかる可撓管１ｃは可撓管１ｂとほぼ同様の構成であるが、次の点で異なる。すなわち、可撓管１ｃは可撓管１ｂに対してさらに光ファイバ１７が複数設けられる点で異なる。

図１１は、可撓管１ｃの断面図で、図１１（ａ）は連結部３ａ近傍、図１１（ｂ）は連結部３ｂ近傍を示す図である。可撓管１ｃでは、中空管２７ａが端子２５ｂを介して連結部３ａ外部まで延伸され、先端に光式圧力センサ４１ａが接続される。光式圧力センサ４１ａは、さらに光ファイバ４３ａが接続される。

可撓管１ｃには、複数の光ファイバ１７ａ、１７ｂが金属管１９に挿入されて巻きつけられる。光ファイバ１７ａ、１７ｂは、それぞれ連結部３ａに設けられた端子２５ａ、２５ｅを介して外部まで延伸される。

一方、連結部３ｂにも同様に中空管２７ｂが設けられ、端子２５ｃを介して連結部３ｂ外部まで延伸され、先端に光式圧力センサ４１ｂが接続される。光式圧力センサ４１ｂには、光ファイバ１７ａの先端が接続される。

図１２は、可撓管１ｃを使用した漏洩検知システム６０を示す図である。漏洩検知システム６０は主に、可撓管１ｃ、圧力センサ変換機４２ａ、４２ｂ、光式圧力センサ４１ａ、４１ｂ、光スイッチ５９、温度計測器３１等から構成される。

可撓管１ｃの一方の端部に設けられた連結部３ａには、端子２５ｂを介して光式圧力センサ４１ａが接続される。光式圧力センサ４１ａは光ファイバ５８ａを介して圧力計変換機４２ａと接続される。したがって、可撓管１ｃの連結部３ａ近傍の断熱層１３ａ、１３ｂの圧力は、中空管２７ａを通じて、光式圧力センサ４１ａへ伝達される。光式圧力センサ４１ａで計測された光ファイバ変位センサ５３による変位量は、圧力センサ変換機４２ａで圧力情報に変換され、連結部３ａ近傍の断熱層１３ａ、１３ｂのガス圧力を計測することができる。

光ファイバ１７ａは、一方の端部を光スイッチ５９に接続される。光ファイバ１７ａは、端子２５ａから可撓管１ｃ内に導入され、可撓管１ｃ内に連続的に巻きつけられ、他方の端部が連結部３ｂに設けられた端子２５ｄから外部へ導出されて光式圧力センサ４１ｂと接続される。光式圧力センサ４１ｂは中空管２７ｂを介して連結部３ｂと接続される。

光ファイバ１７ｂは、一方の端部が温度計測器３１に接続されており、連結部３ａの端子２５ｅから可撓管１ｃ内に導入され、可撓管１ｃ内の全長にわたり連続的に巻きつけられる。光ファイバ１７ｂは光ファイバ温度センサ２１として機能し、可撓管１ｃの全長にわたる温度分布を計測可能である。

光スイッチ５９は、光ファイバ１７ａからの情報を、圧力センサ変換機４２ｂと温度計測器３１のいずれかに切り替えて伝達可能である。したがって、光スイッチ５９を切り替えて、光ファイバ１７ａの情報を、圧力センサ変換機４２ｂへ伝達するように選択すれば、光式圧力センサ４１ｂからの情報を得ることができる。すなわち、可撓管１ｃ内部の連結部３ｂ近傍の断熱層１３ａ、１３ｂの圧力は、中空管２７ｂを通じて、光式圧力センサ４１ｂへ伝達され、光式圧力センサ４１ｂで計測された光ファイバ変位センサ５３による変位量は、光ファイバ１７ａを経由して圧力センサ変換機４２ｂで圧力情報に変換される。このため、連結部３ｂ近傍の断熱層１３ａ、１３ｂのガス圧力を計測することができる。

一方、光スイッチ５９を切り替えて、光ファイバ１７ａの情報を、温度計測器３１へ伝達するように選択すると、光ファイバ１７ａは光ファイバ温度センサ２１として利用でき、可撓管１ｃ全長にわたるＬＮＧの漏洩情報を得ることができる。

第３の実施の形態にかかる漏洩検知システム６０によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、複数の光ファイバ１７ａ、１７ｂが可撓管１ｃに設けられ、一方の光ファイバ１７ｂは常に可撓管１ｃの漏洩を検知するとともに、光ファイバ１７ａは光スイッチ５９によって、温度計測器３１および圧力センサ変換機４２ｂとの接続を切り替えることができる。このため、光ファイバ１７ａ、１７ｂのいずれかが断線した場合であっても、可撓管１ｃ全長にわたる漏洩検知が可能である。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、漏洩検知システム６０において、２本の光ファイバ１７ａ、１７ｂを設けたが、光ファイバの本数はこれに限られず、更に多くの光ファイバ１７を設け、光スイッチ５９を利用することで、光ファイバの断線等による漏洩検知不能状態を回避することができ、より信頼性の高い漏洩検知システムを得ることができる。

また、本実施の形態における可撓管１ａ等はＬＮＧ輸送用管に限られない。この他種々の流体の輸送用に使用することができる。特に、常温以外の流体に対しては、光ファイバ温度センサ２１が利用でき、更に中空管２７および圧力計等によって連結部近傍の漏洩検知機能を発揮することもできる。

また、本実施の形態においては、海上において使用される可撓管を用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。例えば、可撓管に変えて、地上におけるＬＮＧ等の流体輸送用の固定配管などにも本漏洩検知システムを使用することができる。この場合でも、流体輸送用配管の全長にわたる漏洩を検知することができるとともに、連結部近傍の漏洩をも検知することができ、同様の効果を得ることができる。

可撓管１ａの使用状態を示す図。 可撓管１ａの構成を示す斜視図。 可撓管１ａの構成を示す部分断面図。 光ファイバ温度センサ２１を示す断面図。 光ファイバ温度センサ２１により温度低下部２３を検知した状態を示す模式図。 可撓管１ａの連結部３ａ近傍の断面図。 漏洩検知システム３０の構成を示す図。 （ａ）は可撓管１ｂの連結部３ａ近傍の断面図、（ｂ）は可撓管１ｂの連結部３ｂ近傍の断面図。 光式圧力センサ４１の構成を示す図。 漏洩検知システム４０の構成を示す図。 （ａ）は可撓管１ｃの連結部３ａ近傍の断面図、（ｂ）は可撓管１ｃの連結部３ｂ近傍の断面図。 漏洩検知システム６０の構成を示す図。

符号の説明

１ａ、１ｂ、１ｃ………可撓管
３ａ、３ｂ………連結部
５………タンク
７………タンカ
９………海面
１１………波付き管
１３ａ、１３ｂ………断熱層
１５……防水層
１７、１８………光ファイバ
１９………金属管
２１………光ファイバ温度センサ
２３………温度低下部
２５ａ、２５ｂ………端子
２７、２８ａ、２８ｂ………中空管
２９………エポキシ樹脂
３０、４０、６０………漏洩検知システム
３１………温度計測器
３３ａ、３３ｂ………圧力計
４１………光式圧力センサ
４２ａ、４２ｂ………圧力センサ変換機
４３………光ファイバ
４５ａ、４５ｂ………壁体
４７………空隙
４９………ダイアフラム
５１………ガス導入部
５３………光ファイバ変位センサ
５５ａ、５５ｂ………支持体
５７………スペーサ
５８ａ、５８ｂ、５８ｃ………光ファイバ
５９………光スイッチ

Claims (5)

1. 管体と、
   前記管体の外周部に設けられた断熱層と、
   前記断熱層に連続的に巻き付けられた光ファイバと、
   前記管体の端部に設けられた連結部と、
   前記連結部の近傍に設けられ、前記管体の流体の漏洩情報を前記連結部外部へ伝達可能な漏洩情報伝達手段と、
   を具備する流体輸送用管を用い、
   前記光ファイバは温度計測器と接続され、光ファイバ温度センサとして機能し、前記光ファイバ温度センサにより計測された温度分布から、前記管体からの流体の漏洩を検出するとともに、
   前記漏洩情報伝達手段による漏洩情報から、前記連結部近傍での前記管体からの流体の漏洩を検出することが可能であり、
   前記漏洩情報伝達手段に接続された光式圧力センサと、
   前記光式圧力センサによる情報を圧力情報に変換する光式圧力センサ変換機と、
   を更に具備し、
   流体輸送用管には、前記光ファイバが複数本設けられ、
   前記複数本の光ファイバの一部は、前記温度計測器と接続され、光ファイバ温度センサとして機能するとともに、前記複数本の光ファイバの他の一部は、前記光式圧力センサ変換機と接続され、前記光式圧力センサの情報伝達媒体として機能することを特徴とする流体漏洩検知システム。
2. 前記漏洩情報は、ガス圧力またはガス濃度であり、
   前記漏洩情報伝達手段は、
   前記連結部近傍のガス圧力またはガス濃度を、前記連結部近傍に設けられた端子により、前記連結部外部へ伝達することを特徴とする請求項１記載の流体漏洩検知システム。
3. 前記漏洩情報伝達手段は、前記断熱層と連通する中空管により、前記連結部近傍のガス圧力またはガス濃度を検出することを特徴とする請求項２記載の流体漏洩検知システム。
4. 前記管体は、波付き金属管であり、可撓性を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の流体漏洩検知システム。
5. 前記光ファイバと接続された光スイッチを更に具備し、
   前記光ファイバは、
   前記光スイッチにより前記温度計測器および前記光式圧力センサ変換機のいずれかに接続切り替えが可能であり、前記温度計測器と接続された場合には、光ファイバ温度センサとして機能し、前記光式圧力センサ変換機と接続された場合には、前記光式圧力センサの情報伝達媒体として機能することが可能であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の流体漏洩検知システム。
   

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