JP6497583B2 - プラントの漏洩検出システムとその方法 - Google Patents
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Description
本発明は、種々のプラントの工業プロセスとして用いられる流体（用水、流体薬品、排水等）の制御や監視を行うために設置されている各計測器から採取した情報（計測値）を統合することで漏洩検知を行うプラントの漏洩検出システムとその方法に関する。
発電所をはじめとするプラントには様々な系統が設けられており、これらはシステム配管、タンク、ポンプあるいは弁と言った容器や機器から構成されている。また、系統にはプロセス流体が流れており、各プロセス量を制御することで、プラントの運転操作整理が行われている。
その際には、システム配管やタンク等に設置された流量計、温度計、液位計等の計測器で採取された情報を用いており、その情報に基づいてポンプや弁の動作を制御している。
一方、プラント運転上問題となるのが、システム配管や弁、あるいはタンクからの流体漏洩であり、流体漏洩によるシステム配管や機器の破損のような物的被害はもちろんのこと、作業員の負傷等の人的被害も発生する可能性がある。
そこで、従来、プラントにおける漏洩を検知するために様々な発明がなされてきた。
その際には、システム配管やタンク等に設置された流量計、温度計、液位計等の計測器で採取された情報を用いており、その情報に基づいてポンプや弁の動作を制御している。
一方、プラント運転上問題となるのが、システム配管や弁、あるいはタンクからの流体漏洩であり、流体漏洩によるシステム配管や機器の破損のような物的被害はもちろんのこと、作業員の負傷等の人的被害も発生する可能性がある。
そこで、従来、プラントにおける漏洩を検知するために様々な発明がなされてきた。
例えば特許文献１に開示される「漏洩検知装置」では、配水池に水を張る送水管からの漏水を検知するために、配水池に流入する流入量を検出するセンサからの出力と配水池から流出する流出量を検出するセンサからの出力と配水池の底面積に基づいて配水池の理論水位を求め、実測水位との差を求めて送水管の漏水を検知する演算回路を設けた考案が開示されている。
このような演算回路を設けることによって、送水管に漏水があれば理論水位が実測水位を上回ることになり、漏水が発生していることを検知できる。
このような演算回路を設けることによって、送水管に漏水があれば理論水位が実測水位を上回ることになり、漏水が発生していることを検知できる。
また、特許文献２では「流体の漏洩検出方法及び流量検出装置」という名称で、配管内を流れる流体の漏洩検出に係る発明が開示されている。
この発明では、漏洩検出を希望する箇所の上下流に流量検出装置を配置して、順方向、逆方向の流量を検出し、それぞれの流量検出装置における測定流量の差分を演算することで配管における流体の漏洩を検出することができる。
この発明では、漏洩検出を希望する箇所の上下流に流量検出装置を配置して、順方向、逆方向の流量を検出し、それぞれの流量検出装置における測定流量の差分を演算することで配管における流体の漏洩を検出することができる。
特許文献３は「タンク内液体の漏れ検知装置」という名称で、タンク内液位による圧力を測定可能な圧力センサーによって液位の時間変化率を測定してタンク内の液体の漏れを検知する発明が開示されている。
また、この装置では、漏れ検知回路の出力を用いて算出される流量対応値に基づく第１の漏れ検知と液位の時間変化率の大きさに基づく第２の漏れ検知とを行い、第２の漏れ検知において時間変化率の大きさが所定範囲内の時は第２の漏れ検知の結果を出力し、所定範囲の下限より小さい時は第１の漏れ検知の結果を出力し、所定範囲の上限を越える時は漏れに関する出力を停止して消費電力低減を可能としている。
また、この装置では、漏れ検知回路の出力を用いて算出される流量対応値に基づく第１の漏れ検知と液位の時間変化率の大きさに基づく第２の漏れ検知とを行い、第２の漏れ検知において時間変化率の大きさが所定範囲内の時は第２の漏れ検知の結果を出力し、所定範囲の下限より小さい時は第１の漏れ検知の結果を出力し、所定範囲の上限を越える時は漏れに関する出力を停止して消費電力低減を可能としている。
しかしながら、特許文献１に開示される考案においては、予め漏水を予測している送水管について、流入量センサと流出量センサを設置し、この出力を用いて配水池の理論水位を演算するので、新たにセンサの設置が必要であるという課題があった。
また、特許文献２に開示される発明においても、各ブロックは漏洩検出を希望する箇所であり、その箇所に多数の流量検出装置を設ける必要があるという課題があった。また、流体が流れるシステム全体が狭い範囲であればわざわざ流量検出装置を設置することも煩わしくないとも考えられるが、大型のプラントの広い範囲で漏洩を検知するために多数の流量検出装置を設けることは現実的ではないという課題があった。
さらに、ブロック毎に流量という１つの物理量を検出して漏洩を検知しているので、ブロック毎に２つの流量検出装置を必要としており、分岐や合流が存在した際にも、その分岐しているブロックや配管毎に２つの流量検出装置を設置する必要があり、この点でも煩雑であるという課題があった。
さらに、ブロック毎に流量という１つの物理量を検出して漏洩を検知しているので、ブロック毎に２つの流量検出装置を必要としており、分岐や合流が存在した際にも、その分岐しているブロックや配管毎に２つの流量検出装置を設置する必要があり、この点でも煩雑であるという課題があった。
特許文献３に開示される発明では、タンク内の液位による圧力センサーを新たに設ける必要があるという課題があった。また、この技術によればタンク内液体の漏れは検知可能であるものの、システム配管を流れる流体の漏洩については検知できないという課題もあった。
また、特許文献１乃至３共に、それぞれ漏洩検知を行うという目的の下に流量計や圧力センサを設けているものの、プラントに元々流体の制御や状態監視のために設けられている計測器の計測値を本来の目的を越えて、個々の情報を統合することで漏洩を検知するという観点からなされている発明は発見することができなかった。
従って、漏洩検出には基本的に漏洩量を測定可能なセンサが設けられていたり、漏洩を監視可能なカメラ等が設置されており、予め漏洩を検知するという目的の下に個別に検知することしかできないという課題があった。さらに、このような課題の環境下であるため、流体の濃度や熱量（温度）といった他の物理量に関する計測も併せることでシステム配管の分岐や合流のような複雑なシステムで連立方程式を解いて漏洩を検知するという発想もなく、プラントに多数の測定器が設置されているにも関わらず、単純な漏洩検知しかできないという課題があった。
また、特許文献１乃至３共に、それぞれ漏洩検知を行うという目的の下に流量計や圧力センサを設けているものの、プラントに元々流体の制御や状態監視のために設けられている計測器の計測値を本来の目的を越えて、個々の情報を統合することで漏洩を検知するという観点からなされている発明は発見することができなかった。
従って、漏洩検出には基本的に漏洩量を測定可能なセンサが設けられていたり、漏洩を監視可能なカメラ等が設置されており、予め漏洩を検知するという目的の下に個別に検知することしかできないという課題があった。さらに、このような課題の環境下であるため、流体の濃度や熱量（温度）といった他の物理量に関する計測も併せることでシステム配管の分岐や合流のような複雑なシステムで連立方程式を解いて漏洩を検知するという発想もなく、プラントに多数の測定器が設置されているにも関わらず、単純な漏洩検知しかできないという課題があった。
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、その目的は、種々のプラントの工業プロセスとして用いられる流体に関する各計測器から採取した情報（計測値）を用いて、漏洩検知を行うプラントの漏洩検出システムとその方法を提供することである。さらに、その計測値の中でも複数の物理量を備える計測値を用いることで、特にプラントのシステム配管が分岐や合流した場合でも個別のシステム配管における流体の計測値を用いなくとも漏洩検知を行うことができるプラントの漏洩検出システムとその方法を提供することである。
上記目的を達成するため第１の発明であるプラントの漏洩検出システムは、 流体を扱うプラントのシステム配管又は容器に設置されるプロセス量測定装置で計測されたプロセス量を入力部を介して読み出し可能に格納するプロセス量データベースと、このプロセス量データベース又は前記入力部から複数箇所の前記プロセス量測定装置で計測された前記プロセス量を読み出してそれぞれの前記プロセス量測定装置間での前記プロセス量又はこのプロセス量から演算される他のプロセス量の変化量を演算する演算部と、前記複数箇所のプロセス量測定装置間で計測された前記プロセス量又は前記他のプロセス量の変化量が前記複数箇所のプロセス量測定装置間におけるプロセス量又は他のプロセス量の保存則を満足するか否かを判断し、満足しない場合には警報を出力部を介して発信する判断部と、を有することを特徴とするものである。
上記構成の発明においては、プロセス量データベースが、流体を扱うプラントのシステム配管又は容器に設置されるプロセス量測定装置で計測されたプロセス量を入力部を介して読み出し可能に格納するように作用する。また、演算部がプロセス量測定装置間で計測されたプロセス量又はこのプロセス量から演算される他のプロセス量の変化量を演算し、複数箇所のプロセス量測定装置間で計測された前記プロセス量又は前記他のプロセス量の変化量が前記複数箇所のプロセス量測定装置間におけるプロセス量又は他のプロセス量の保存則を満足するか否かを判断するように作用する。
なお、プロセス量とは、圧力、流量、液位、濃度など工業プロセスの状態量をいい、また、プロセス量から演算される他のプロセス量とは、例えば流体の流量と温度から演算される流体のエンタルピーや流体の流量と溶質の濃度から演算される流体の物質量（溶質量）等を意味する。また、容器は一般的には、密閉容器であるタンクと開放容器であるプールがある。
上記構成の発明においては、プロセス量データベースが、流体を扱うプラントのシステム配管又は容器に設置されるプロセス量測定装置で計測されたプロセス量を入力部を介して読み出し可能に格納するように作用する。また、演算部がプロセス量測定装置間で計測されたプロセス量又はこのプロセス量から演算される他のプロセス量の変化量を演算し、複数箇所のプロセス量測定装置間で計測された前記プロセス量又は前記他のプロセス量の変化量が前記複数箇所のプロセス量測定装置間におけるプロセス量又は他のプロセス量の保存則を満足するか否かを判断するように作用する。
なお、プロセス量とは、圧力、流量、液位、濃度など工業プロセスの状態量をいい、また、プロセス量から演算される他のプロセス量とは、例えば流体の流量と温度から演算される流体のエンタルピーや流体の流量と溶質の濃度から演算される流体の物質量（溶質量）等を意味する。また、容器は一般的には、密閉容器であるタンクと開放容器であるプールがある。
第２の発明であるプラントの漏洩検出システムは、第１の発明のプラントの漏洩検出システムであって、前記判断部は、誤警報を防止するための閾値を格納するデータベースを備え、前記プロセス量の保存則を満足するか否かの判断の際に、前記プロセス量又は前記他のプロセス量の変化量と前記閾値とを比較して、前記変化量が前記閾値を上回った場合に前記警報を出力部を介して発信することを特徴とするものである。
上記構成の発明は、第１の発明と同じ作用に加えて、判断部が閾値を用いてプロセス量又は他のプロセス量の保存則を満足か否かを判断する場合に、閾値を用いて判断するように作用する。
上記構成の発明は、第１の発明と同じ作用に加えて、判断部が閾値を用いてプロセス量又は他のプロセス量の保存則を満足か否かを判断する場合に、閾値を用いて判断するように作用する。
第３の発明であるプラントの漏洩検出システムは、第１又は第２の発明のプラントの漏洩検出システムであって、前記判断部は、前記複数箇所のプロセス量測定装置間のうち共通する前記プロセス量測定装置間で、異なる複数種類の前記プロセス量又は前記他のプロセス量の変化量が、それぞれの種類の前記プロセス量又は前記他のプロセス量毎に保存則を満足するか否かを判断し、満足しない場合には警報を前記出力部を介して発信することを特徴とするものである。
上記構成の発明は、第１又は第２の発明と同様の作用に加え、判断部は、共通するプロセス量測定装置間で、異なる複数種類のプロセス量又は他のプロセス量の変化量が、それぞれの種類のプロセス量又は他のプロセス量毎に保存則を満足するか否かを判断するように作用する。
なお、本願でいうプロセス量測定装置は、単独のセンサのみならず、複数のセンサ（例えば温度計と濃度計）を備えていてもよいし、近傍に単独のプロセス量を計測可能なセンサが複数存在する場合もまとめてその領域における一つのプロセス量測定装置と概念してもよい。
上記構成の発明は、第１又は第２の発明と同様の作用に加え、判断部は、共通するプロセス量測定装置間で、異なる複数種類のプロセス量又は他のプロセス量の変化量が、それぞれの種類のプロセス量又は他のプロセス量毎に保存則を満足するか否かを判断するように作用する。
なお、本願でいうプロセス量測定装置は、単独のセンサのみならず、複数のセンサ（例えば温度計と濃度計）を備えていてもよいし、近傍に単独のプロセス量を計測可能なセンサが複数存在する場合もまとめてその領域における一つのプロセス量測定装置と概念してもよい。
第４の発明であるプラントの漏洩検出システムは、第３の発明のプラントの漏洩検出システムであって、前記判断部は、前記異なる複数種類の前記プロセス量又は前記他のプロセス量の変化量について、それぞれの種類の前記プロセス量又は前記他のプロセス量毎の保存則が満足されない場合に、これらを連立方程式として解くことで、いずれのプロセス量測定装置間で漏洩が発生しているかの判断を行うことを特徴とするものである。
上記構成の発明は、第３の発明と同様の作用に加え、判断部は異なる複数種類のプロセス量又は他のプロセス量毎の保存則が満足されない場合に、これらを連立方程式として解くように作用し、さらに、その解によって、いずれのプロセス量測定装置間で漏洩が発生しているかを特定するように作用する。
なお、連立方程式は、異なる複数種類のプロセス量又は他のプロセス量毎の保存則が満足されない場合に、その変化量の保存則の式に、漏洩量を変数として代入しながら変化量を０とする連立方程式を立てるとよい。
上記構成の発明は、第３の発明と同様の作用に加え、判断部は異なる複数種類のプロセス量又は他のプロセス量毎の保存則が満足されない場合に、これらを連立方程式として解くように作用し、さらに、その解によって、いずれのプロセス量測定装置間で漏洩が発生しているかを特定するように作用する。
なお、連立方程式は、異なる複数種類のプロセス量又は他のプロセス量毎の保存則が満足されない場合に、その変化量の保存則の式に、漏洩量を変数として代入しながら変化量を０とする連立方程式を立てるとよい。
第５の発明であるプラントの漏洩検出システムは、第３又は第４の発明のプラントの漏洩検出システムであって、前記プロセス量又は前記他のプロセス量は前記流体のエンタルピー又は前記流体の濃度を含むことを特徴とするものである。
上記構成の発明は、第３又は第４の発明と同様に作用するが、特に発電プラントにおいては、燃料の燃焼に基づいて発電していることから、流体の温度や圧力及び熱量を管理する場合が多く、エンタルピーは流量や流体の容積に次いで漏洩を検知する際には用いることが可能なプロセス量であると考えられる。また、発電プラントの他、化学プラントにおいては、何らかの溶質を溶かした溶液を用いるシステムも多く、濃度は流量や流体の容積に次いで漏洩を検知する際には用いることが可能なプロセス量であると考えられる。
上記構成の発明は、第３又は第４の発明と同様に作用するが、特に発電プラントにおいては、燃料の燃焼に基づいて発電していることから、流体の温度や圧力及び熱量を管理する場合が多く、エンタルピーは流量や流体の容積に次いで漏洩を検知する際には用いることが可能なプロセス量であると考えられる。また、発電プラントの他、化学プラントにおいては、何らかの溶質を溶かした溶液を用いるシステムも多く、濃度は流量や流体の容積に次いで漏洩を検知する際には用いることが可能なプロセス量であると考えられる。
第６の発明であるプラントの漏洩検出方法は、流体を扱うプラントのシステム配管又は容器に設置される複数箇所のプロセス量測定装置で計測されたプロセス量又はこのプロセス量から演算される他のプロセス量のそれぞれの前記プロセス量測定装置間の変化量を演算し、前記変化量が前記複数箇所のプロセス量測定装置間における前記プロセス量又は前記他のプロセス量の保存則を満足するか否かを判断し、満足しない場合には警報を出力することを特徴とするものである。
上記構成の発明は、第１の発明であるシステム発明を方法発明として捉えたものであり、その作用は第１の発明と同様である。
上記構成の発明は、第１の発明であるシステム発明を方法発明として捉えたものであり、その作用は第１の発明と同様である。
第７の発明であるプラントの漏洩検出方法は、第６の発明のプラントの漏洩検出方法であって、前記複数箇所のプロセス量測定装置間のうち共通する前記プロセス量測定装置間で、異なる複数種類の前記プロセス量又は前記他のプロセス量の変化量が、それぞれの種類の前記プロセス量又は前記他のプロセス量毎に保存則を満足するか否かを判断し、満足しない場合には警報を出力することを特徴とするものである。
上記構成の発明は、第３の発明であるシステム発明を方法発明として捉えたものであり、その作用は第３の発明と同様である。
上記構成の発明は、第３の発明であるシステム発明を方法発明として捉えたものであり、その作用は第３の発明と同様である。
第８の発明であるプラントの漏洩検出方法は、第７の発明のプラントの漏洩検出方法であって、前記異なる複数種類の前記プロセス量又は前記他のプロセス量の変化量について、それぞれの種類の前記プロセス量又は前記他のプロセス量毎の保存則が満足されない場合に、これらを連立方程式として解くことで、いずれのプロセス量測定装置間で漏洩が発生しているかの判断を行うことを特徴とするものである。
上記構成の発明は、第４の発明であるシステム発明を方法発明として捉えたものであり、その作用は第４の発明と同様である。
上記構成の発明は、第４の発明であるシステム発明を方法発明として捉えたものであり、その作用は第４の発明と同様である。
本発明の第１の発明のプラントの漏洩検出システムによれば、プラントのシステム配管又は容器に設置されるプロセス量測定装置で計測されたプロセス量を入力部を介して一旦プロセス量データベースに格納して、それを読み出して変化量を演算することができるので、漏洩検知のために別個にセンサを設けることなく、漏洩検知を行うことが可能である。もちろん、元々漏洩検知の目的でなく、プロセス量を制御するためや状態監視のために設けられているプロセス量測定装置のみでカバーできない場所もあると考えられるものの、利用可能なプロセス量測定装置について、その計測値をデータベースに取り込むことで、演算部によってプロセス量データの変化量を演算することが可能であり、これを漏洩検知に利用することができる。
また、元々システム配管や容器においてプロセス量測定装置が設けられていない場合に必要に応じて追加してもよいことは言うまでもない。
また、元々システム配管や容器においてプロセス量測定装置が設けられていない場合に必要に応じて追加してもよいことは言うまでもない。
第２の発明のプラントの漏洩検出システムによっては、閾値を用いることで、プロセス量の保存則が成立していると判断可能か否かの基準を与えることが可能である。プロセス量毎やプロセス量測定装置間毎に閾値を予め設定しておくと、プロセス量の保存則からのかい離を流体の種類や状態、あるいはプロセス量測定装置の設置場所等に基づいて個別に精度高く判断することが可能である。
第３の発明のプラントの漏洩検出システムによれば、第１又は第２の発明と同様な効果を発揮することができることに加えて、判断部は、複数箇所のプロセス量測定装置間のうち共通するプロセス量測定装置間で、異なる複数種類のプロセス量又は他のプロセス量の変化量が、それぞれの種類のプロセス量又は他のプロセス量毎に保存則を満足するか否かを判断するので、例えば同一のプロセス量測定装置間で、２つのプロセス量に関する保存則から漏洩検知を行うことが可能であり、より精度の高い判断が可能となる。
第４の発明のプラントの漏洩検出システムによれば、第３の発明と同様な効果を発揮することができることに加え、複数のプロセス量に着目することで、それぞれのプロセス量毎に保存則の連立方程式を立てることが可能であり、それを解くことで、合流や分岐が存在するシステム配管において、いずれのプロセス量測定装置間で漏洩が発生しているかを特定することができる。
第５の発明のプラントの漏洩検出システムによれば、第３又は第４の発明と同様な効果を発揮することができる。また、特に発電プラントにおいてはエンタルピーが利用が容易なプロセス量であると考えられ、化学プラントにおいては濃度が利用容易なプロセス量であると考えられ、流量等のプロセス量と組み合わせることで、いずれもプラントの漏洩検出システムの構築に対する汎用性を高くすることができる。
第６の発明のプラントの漏洩検出方法によれば、第１の発明と同様の効果を発揮することができる。
第７の発明のプラントの漏洩検出方法によれば、第３の発明と同様の効果を発揮することができる。
第８の発明のプラントの漏洩検出方法によれば、第４の発明と同様の効果を発揮することができる。
本発明の実施の形態に係る漏洩検出システムについて図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。なお、これらの図を用いて漏洩検出システムを説明することは、それを漏洩検出のための方法についての説明と同等である。
図１は本発明の実施の形態に係るプラントの漏洩検出システムのシステム構成図である。
図１において、漏洩検出システム１は、入力部２、データベース３、演算部４、判断部５及び出力部６から構成されている。
入力部２は、漏洩検出システム１のデータベース３に格納される液位データ２１をはじめ、各データベースに格納されるプロセスデータ３０が読み出し可能に入力されるものである。
入力部２の具体例としては、キーボード、マウス、ペンタブレット、光学式の読取装置あるいはコンピュータ等の解析装置や測定装置等から通信回線を介してデータを受信する受信装置など単独あるいは複数種類の装置からなり目的に応じた使い分けが可能な装置が考えられる。また、漏洩検出システム１への入力に対するインターフェースのようなものであってもよい。
また、出力部６は漏洩検出システム１からの出力情報３１が出力されるものであるが、出力情報の具体例としては、演算部４に含まれる各演算部で実行されたそれぞれの演算内容の演算結果や判断部５の漏洩検知部１９によって発信される警報、さらには必要に応じて演算部４内で実行されるそれぞれの演算に必要なデータ入力を促すための入力画面（インターフェース画面）等の情報について、あるいは各データベースから読み出されたデータ等がある。また、出力部６そのものの具体例としては、ＣＲＴ、液晶、プラズマあるいは有機ＥＬなどによるディスプレイ装置、あるいはプリンタ装置などの出力装置、さらには外部装置への伝送を行うためのトランスミッタなどの発信装置などが考えられる。もちろん、外部装置への伝送のための出力に対するインターフェースのようなものであってもよい。
図１は本発明の実施の形態に係るプラントの漏洩検出システムのシステム構成図である。
図１において、漏洩検出システム１は、入力部２、データベース３、演算部４、判断部５及び出力部６から構成されている。
入力部２は、漏洩検出システム１のデータベース３に格納される液位データ２１をはじめ、各データベースに格納されるプロセスデータ３０が読み出し可能に入力されるものである。
入力部２の具体例としては、キーボード、マウス、ペンタブレット、光学式の読取装置あるいはコンピュータ等の解析装置や測定装置等から通信回線を介してデータを受信する受信装置など単独あるいは複数種類の装置からなり目的に応じた使い分けが可能な装置が考えられる。また、漏洩検出システム１への入力に対するインターフェースのようなものであってもよい。
また、出力部６は漏洩検出システム１からの出力情報３１が出力されるものであるが、出力情報の具体例としては、演算部４に含まれる各演算部で実行されたそれぞれの演算内容の演算結果や判断部５の漏洩検知部１９によって発信される警報、さらには必要に応じて演算部４内で実行されるそれぞれの演算に必要なデータ入力を促すための入力画面（インターフェース画面）等の情報について、あるいは各データベースから読み出されたデータ等がある。また、出力部６そのものの具体例としては、ＣＲＴ、液晶、プラズマあるいは有機ＥＬなどによるディスプレイ装置、あるいはプリンタ装置などの出力装置、さらには外部装置への伝送を行うためのトランスミッタなどの発信装置などが考えられる。もちろん、外部装置への伝送のための出力に対するインターフェースのようなものであってもよい。
データベース３は、タンクやプール等で液位計（水位計）を用いて計測される液位データ２１を格納する液位データベース７、システム配管やポンプ出口等で流量計を用いて計測される流量データ２２を格納する流量データベース８、タンク、プールやシステム配管、ポンプ入口・出口等で温度計を用いて計測される温度データ２３を格納する温度データベース９、タンクやシステム配管、ポンプ入口・出口等で圧力計を用いて計測される圧力データ２４を格納する圧力データベース１０、システム配管等で差圧計を用いて計測される差圧データ２５を格納する差圧データベース１１、タンクやシステム配管で温度計や圧力計等複数のセンサを用いて計測され、あるいは演算されたエンタルピーデータ２６を格納するエンタルピーデータベース１２、タンクやシステム配管等で濃度計を用いて計測される濃度データ２７を格納する濃度データベース１３を備えている。もちろん、これらのデータについてはいずれのプロセス量測定装置で検出されたデータであるか、あるいはいずれのプロセス量測定装置で検出されたデータを基に演算されたデータであるか特定可能なデータを付帯情報として含むものである。
また、演算部４は、液位データ２１の変化量を演算する液位変化演算部１４、流量データ２２をはじめ圧力データ２４や差圧データ２５の変化量を用いて演算する流量変化演算部１５、濃度データ２７の変化量を用いて演算する物質量変化演算部１６、流量データ２２と温度データ２３からエンタルピーデータ２６を演算するエンタルピー演算部１７、エンタルピーデータ２６の変化量を演算するエンタルピー変化演算部１８を備えている。
これらの変化演算部１４，１５，１６，１８及びエンタルピー演算部１７を備える演算部４は、それぞれのデータ２１〜２７を入力部２から直接あるいはそれぞれのデータベース７〜１３から読み出して演算を行うものである。演算部４における「変化量」とは、本来保存則が維持されるならば同一であるはずのプロセス量に関するデータにおける変化量を意味するので、経時的な変化量のみならず、ある一時点におけるバランスからのかい離という意味での変化量も含むものである。もちろん、この変化量を演算する場合にもいずれのプロセス量測定装置間の変化量であるかを特定可能なデータはそのまま付帯情報として維持されている。
これらの変化演算部１４，１５，１６，１８及びエンタルピー演算部１７を備える演算部４は、それぞれのデータ２１〜２７を入力部２から直接あるいはそれぞれのデータベース７〜１３から読み出して演算を行うものである。演算部４における「変化量」とは、本来保存則が維持されるならば同一であるはずのプロセス量に関するデータにおける変化量を意味するので、経時的な変化量のみならず、ある一時点におけるバランスからのかい離という意味での変化量も含むものである。もちろん、この変化量を演算する場合にもいずれのプロセス量測定装置間の変化量であるかを特定可能なデータはそのまま付帯情報として維持されている。
なお、本実施の形態に係るプラントの漏洩検出システムでデータベース３に格納されるのは、プラントのシステム配管やタンク、プールあるいはシステム配管に設置される機器の上流側あるいは下流側に設置されているプロセス量測定装置で計測されるプロセス量（状態量）データであるが、これらのデータはいわゆる示量性を示すものと示強性を示すものの２通りがある。
示量性とは系の大きさ、体積、質量に比例する性質であり、示強性とはそのような性質を備えていない場合を意味している。図１に示されるデータでは、液位データ２１、流量データ２２、エンタルピーデータ２６が示量性を備えており、温度データ２３、圧力データ２４、差圧データ２５が示強性を備えている。
本実施の形態では、複数箇所のプロセス量測定装置間における漏洩、すなわち系内から系外への漏洩を検出するためにそれらのプロセス量測定装置で計測されたプロセス量に関するデータの変化量を演算するため、示強性を備えたデータのままでは漏洩を検知することが難しい。
従って、演算部４では、示量性を備えたデータに対して変化量を演算するものである。なお、示強性のデータを用いても組合せ方で示量性のデータを求めることができることから、データベース３に格納されるプロセス量測定装置のデータとしては示強性、示量性の両方のデータを取得してもよい。具体例としては、流体が液体で熱膨張を無視できる場合には、示強性データである温度データ２３を示量性データである流量データ２２と組み合わせることでエンタルピーデータ２６を演算することが可能である。
この演算を行っているのが、演算部４のエンタルピー演算部１７である。エンタルピー演算部１７は、データベース３の流量データベース８及び温度データベース９から流量データ２２と温度データ２３をそれぞれ読み出し、式（１）に示されるような積を取ることでエンタルピーデータ２６を演算し、読み出し可能にエンタルピーデータベース１２に格納している。その際には、流量データ２２と温度データ２３が同一のプロセス量測定装置で計測されたものであることが必要であり、それぞれのデータに付されているプロセス量測定装置を特定可能なデータもそのまま演算後のエンタルピーデータ２６に含まれている。
なお、既に説明した通り、プロセス量測定装置は１つのセンサのみならず、複数のセンサ（例えば温度計と濃度計）を備えていてもよいし、近傍に単独の物理量を計測可能なセンサが複数存在する場合もまとめてプロセス量測定装置としてもよい。従って、同一のプロセス量測定装置とは、それぞれ近傍にあってプロセス量を測定している系が同一である複数の異なる測定装置をも含む概念である。
示量性とは系の大きさ、体積、質量に比例する性質であり、示強性とはそのような性質を備えていない場合を意味している。図１に示されるデータでは、液位データ２１、流量データ２２、エンタルピーデータ２６が示量性を備えており、温度データ２３、圧力データ２４、差圧データ２５が示強性を備えている。
本実施の形態では、複数箇所のプロセス量測定装置間における漏洩、すなわち系内から系外への漏洩を検出するためにそれらのプロセス量測定装置で計測されたプロセス量に関するデータの変化量を演算するため、示強性を備えたデータのままでは漏洩を検知することが難しい。
従って、演算部４では、示量性を備えたデータに対して変化量を演算するものである。なお、示強性のデータを用いても組合せ方で示量性のデータを求めることができることから、データベース３に格納されるプロセス量測定装置のデータとしては示強性、示量性の両方のデータを取得してもよい。具体例としては、流体が液体で熱膨張を無視できる場合には、示強性データである温度データ２３を示量性データである流量データ２２と組み合わせることでエンタルピーデータ２６を演算することが可能である。
この演算を行っているのが、演算部４のエンタルピー演算部１７である。エンタルピー演算部１７は、データベース３の流量データベース８及び温度データベース９から流量データ２２と温度データ２３をそれぞれ読み出し、式（１）に示されるような積を取ることでエンタルピーデータ２６を演算し、読み出し可能にエンタルピーデータベース１２に格納している。その際には、流量データ２２と温度データ２３が同一のプロセス量測定装置で計測されたものであることが必要であり、それぞれのデータに付されているプロセス量測定装置を特定可能なデータもそのまま演算後のエンタルピーデータ２６に含まれている。
なお、既に説明した通り、プロセス量測定装置は１つのセンサのみならず、複数のセンサ（例えば温度計と濃度計）を備えていてもよいし、近傍に単独の物理量を計測可能なセンサが複数存在する場合もまとめてプロセス量測定装置としてもよい。従って、同一のプロセス量測定装置とは、それぞれ近傍にあってプロセス量を測定している系が同一である複数の異なる測定装置をも含む概念である。
次に液位変化演算部１４について説明する。
タンク等の容器間で流体を移動させ、その間で漏洩を検知するような場合には異なるタンクのそれぞれの液位計で計測された液位データを用いることができる。
液位変化演算部１４は、液位データベース７から異なるタンクの液位計で計測された液位データ２１を読み出し、液位のままでは漏洩を検知することができないので、そのタンクの底面積との積を取り容積に換算して式（２）で示される容積の単位時間当たりの変化量の差として演算する。添え字の１，２はそれぞれ異なるプロセス量測定装置（液位計）で計測されたことを意味しているが、それぞれのデータが取得されたプロセス量測定装置を特定可能な付帯情報も含まれることが理解できる。
また、この式（２）では複数点での経時変化を演算しているが、これを単点で演算して経時変化を求めてもよい。すなわち、液位に関しては液位データベース７から同一のタンクやプールの液位計で計測された液位データ２１を読み出し、経時変化を求めることで、そのタンクの液位の変化量を求めることができる。この場合は底面積が当然に同一であることから液位のままでも漏洩を検知することが可能である。この場合の式（２）は、添え字の１又は２のいずれかのみで成立することになる。
タンク等の容器間で流体を移動させ、その間で漏洩を検知するような場合には異なるタンクのそれぞれの液位計で計測された液位データを用いることができる。
液位変化演算部１４は、液位データベース７から異なるタンクの液位計で計測された液位データ２１を読み出し、液位のままでは漏洩を検知することができないので、そのタンクの底面積との積を取り容積に換算して式（２）で示される容積の単位時間当たりの変化量の差として演算する。添え字の１，２はそれぞれ異なるプロセス量測定装置（液位計）で計測されたことを意味しているが、それぞれのデータが取得されたプロセス量測定装置を特定可能な付帯情報も含まれることが理解できる。
また、この式（２）では複数点での経時変化を演算しているが、これを単点で演算して経時変化を求めてもよい。すなわち、液位に関しては液位データベース７から同一のタンクやプールの液位計で計測された液位データ２１を読み出し、経時変化を求めることで、そのタンクの液位の変化量を求めることができる。この場合は底面積が当然に同一であることから液位のままでも漏洩を検知することが可能である。この場合の式（２）は、添え字の１又は２のいずれかのみで成立することになる。
また、例えば開放型の容器（プール）に貯留されている液体を他のプールに移送する場合で、それぞれのプールの圧力（水圧）を測定しているような場合には、液位変化演算部１４は圧力データベース１０から圧力データ２４を読み出して式（３）で示される容積の単位時間当たりの変化量の差として演算することも可能である。この場合もいずれか一方のプールにおける漏洩を検知するためであれば、添え字の１又は２のみで成立するものである。なお、式（３）における圧力差は、時間差で変動した圧力の差を意味している。
次に流量変化演算部１５について説明する。
この流量変化演算部１５は、流量データベース８から異なる流量計で計測された流量データ２２を読み出し、式（４）で示される流量の変化量として演算する。
なお、流量（ｍ３／ｓ）ではなく流速（ｍ／ｓ）を測定しているような場合には、流路断面積（ｍ２）との積を取って流量に換算すればよい。
この流量変化演算部１５は、流量データベース８から異なる流量計で計測された流量データ２２を読み出し、式（４）で示される流量の変化量として演算する。
なお、流量（ｍ３／ｓ）ではなく流速（ｍ／ｓ）を測定しているような場合には、流路断面積（ｍ２）との積を取って流量に換算すればよい。
また、システム配管において流体の差圧を測定しているような場合には、流量変化演算部１５は差圧データベース１１から差圧データ２５を読み出して、差圧が式（５）で表現されることから流速Ｖを演算し、システム配管の流路断面積との積をとって同様に式（４）を用いて流量の変化量として演算することができる。
次に物質量変化演算部１６について説明する。
この物質量変化演算部１６は、プロセス流体が溶質を溶媒に溶かした溶液である場合に、この溶質量の変化量を演算するものである。従って、タンクの液位計による液位の変化量及びシステム配管の流量計による流量の変化量に基づく２つのパターンが考えられる。
第１のパターンでは、同一のプロセス量測定装置で計測された液位データ２１と濃度データ２７を読み出し、さらに、それとは異なるプロセス量測定装置で計測された液位データ２１と濃度データ２７を読み出して、式（６）で示される溶質の変化量として演算する。添え字の１，２はそれぞれ異なるプロセス量測定装置（液位計、濃度計）で計測されたことを意味している。
この物質量変化演算部１６は、プロセス流体が溶質を溶媒に溶かした溶液である場合に、この溶質量の変化量を演算するものである。従って、タンクの液位計による液位の変化量及びシステム配管の流量計による流量の変化量に基づく２つのパターンが考えられる。
第１のパターンでは、同一のプロセス量測定装置で計測された液位データ２１と濃度データ２７を読み出し、さらに、それとは異なるプロセス量測定装置で計測された液位データ２１と濃度データ２７を読み出して、式（６）で示される溶質の変化量として演算する。添え字の１，２はそれぞれ異なるプロセス量測定装置（液位計、濃度計）で計測されたことを意味している。
第２のパターンでは、同一のプロセス量測定装置で計測された流量データ２２と濃度データ２７を読み出し、さらに、それとは異なるプロセス量測定装置で計測された流量データ２２と濃度データ２７を読み出して、式（７）で示される溶質の変化量として演算する。添え字の１，２はそれぞれ異なるプロセス量測定装置（流量計、濃度計）で計測されたことを意味している。
次にエンタルピー変化演算部１８について説明する。
このエンタルピー変化演算部１８は、エンタルピーデータベース１２から異なる地点で計測・演算されたエンタルピーデータ２６を読み出し、式（８）で示されるエンタルピーの変化量として演算する。添え字の１，２はそれぞれ異なるプロセス量測定装置（流量計、温度計）で計測されたことを意味している。
このエンタルピー変化演算部１８は、エンタルピーデータベース１２から異なる地点で計測・演算されたエンタルピーデータ２６を読み出し、式（８）で示されるエンタルピーの変化量として演算する。添え字の１，２はそれぞれ異なるプロセス量測定装置（流量計、温度計）で計測されたことを意味している。
以上説明した変化演算部による演算は、いずれも示量性のデータの変化量を求める演算であり、この変化量を求めると同時に用いられたデータを計測したプロセス量測定装置が特定されることから、そのプロセス量測定装置間における漏洩を検知することが可能である。
この漏洩検知を行うのが判断部５の漏洩検知部１９である。
漏洩検知部１９は、演算部４の各変化演算部から式（２）〜（８）で求められる変化量の入力を受けて、その変化量が存在した場合に漏洩が生じていると判断して警報信号を出力部６を介して出力する。
具体的には、式（２）〜（８）の添え字の１が流体の上流側、２が下流側の場合に、漏洩しているとすれば、添え字２の量が添え字１の量に比較して少なくなることから負値となることがわかる。従って、負値となった場合に漏洩が発生していると判断して警報信号を出力するのである。
さらに、示量性を備えたデータの種類や計測される位置、あるいは測定対象となっている流体によって漏洩を検知する精度が異なるとも考えられるため、それぞれのプロセス量測定装置の設置箇所及びプロセス量の種類等によって予め漏洩と判断するための閾値を設定しておき、これを閾値データベース２０に閾値データ２８として格納しておくことが望ましい。
従って、漏洩検知部１９は式（２）〜（８）で求められる変化量が存在した場合に、閾値データ２８を閾値データベース２０から読み出して、その変化量と閾値データ２８を比較して、変化量が閾値データ２８を上回る変化量である場合に漏洩であると検知するのである。
このように閾値データ２８を設けておくことで、プラント運転中に軽微な流体変動等が生じた場合には漏洩として検知することなく、個別に精度の高い漏洩検知を行うことが可能である。
なお、漏洩検知部１９は警報信号を出力すると同時に漏洩検知に関わるプロセス量測定装置として特定されたものあるいはそれらのプロセス量測定装置が設置されているタンクやシステム配管を漏洩箇所として表示する信号を出力することが望ましい。この表示するための信号の出力を受けることでプラントの運転員が現場を特定することができ、その場所で処置や対応策の立案等を行うことができるためである。
この漏洩検知を行うのが判断部５の漏洩検知部１９である。
漏洩検知部１９は、演算部４の各変化演算部から式（２）〜（８）で求められる変化量の入力を受けて、その変化量が存在した場合に漏洩が生じていると判断して警報信号を出力部６を介して出力する。
具体的には、式（２）〜（８）の添え字の１が流体の上流側、２が下流側の場合に、漏洩しているとすれば、添え字２の量が添え字１の量に比較して少なくなることから負値となることがわかる。従って、負値となった場合に漏洩が発生していると判断して警報信号を出力するのである。
さらに、示量性を備えたデータの種類や計測される位置、あるいは測定対象となっている流体によって漏洩を検知する精度が異なるとも考えられるため、それぞれのプロセス量測定装置の設置箇所及びプロセス量の種類等によって予め漏洩と判断するための閾値を設定しておき、これを閾値データベース２０に閾値データ２８として格納しておくことが望ましい。
従って、漏洩検知部１９は式（２）〜（８）で求められる変化量が存在した場合に、閾値データ２８を閾値データベース２０から読み出して、その変化量と閾値データ２８を比較して、変化量が閾値データ２８を上回る変化量である場合に漏洩であると検知するのである。
このように閾値データ２８を設けておくことで、プラント運転中に軽微な流体変動等が生じた場合には漏洩として検知することなく、個別に精度の高い漏洩検知を行うことが可能である。
なお、漏洩検知部１９は警報信号を出力すると同時に漏洩検知に関わるプロセス量測定装置として特定されたものあるいはそれらのプロセス量測定装置が設置されているタンクやシステム配管を漏洩箇所として表示する信号を出力することが望ましい。この表示するための信号の出力を受けることでプラントの運転員が現場を特定することができ、その場所で処置や対応策の立案等を行うことができるためである。
次に、本実施の形態に係る漏洩検出システム１について、プラントシステム例を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態に係るプラントの漏洩検出システムを説明するために用いるプラントシステムの概念図である。
図２に示されるプラントシステムは、原液Ａタンク４０ａから供給される原液Ａを撹拌タンク４１で撹拌し、その後に原液Ｂタンク４０ｂから供給される原液Ｂと合流点５５で合流し、それを注入点４２ａ，４２ｂから他のシステムやタンク等へ注入するというものである。
原液Ａタンク４０ａ及び原液Ｂタンク４０ｂには液位計４６ａ，４６ｂ、濃度計４７ａ，４７ｂ及び温度計４８ａ，４８ｂがそれぞれ設けられており、それぞれ原液Ａ，Ｂについて計測している。また、原液Ａタンク４０ａには圧力計５２ａも備えられており、液位に応じた液圧を計測可能となっている。原液Ａ，Ｂは、溶質Ａ，Ｂをある溶媒に溶解させて得られる原液であり、濃度計４６ａ，４７ｂはその溶質Ａ，Ｂの濃度をそれぞれ計測するものである。
原液Ａタンク４０ａから撹拌タンク４１までのシステム配管４３には、原液Ａタンク４０ａの出口に流量計４９ａ、その下流にポンプ５０ａが配置され、さらにバイパス配管５４ａを備えた電動弁５１ａが設けられている。また、これらの機器の近傍には適宜止め弁５６が設置されている。
撹拌タンク４１には液位計４６ｃと圧力計５２ｂが設置されており、圧力計５２ｂは液位に応じた液圧を計測可能となっている。また、撹拌タンク４１から注入点４２ａ，４２ｂまでのシステム配管４５には、撹拌タンク４１側から温度計４８ｃ，ストレーナー５３とその差圧を測定する差圧計５２ｃ、バイパス配管５４ｃを備えた電動弁５１ｃ、温度計４８ｄ、濃度計４７ｃ、流量計４９ｃ、ポンプ５０ｃが設けられている。また、これらの機器の近傍には適宜止め弁５６が設置されている。
さらに、原液Ｂタンク４０ｂからシステム配管４５への合流点５５までのシステム配管４４には、原液Ｂタンク４０ｂの出口に流量計４９ｂ、その下流にポンプ５０ｂが配置され、さらにバイパス配管５４ｂを備えた電動弁５１ｂが設けられている。また、これらの機器の近傍にも適宜止め弁５６が設置されている。
図２に示されるプラントシステムは、原液Ａタンク４０ａから供給される原液Ａを撹拌タンク４１で撹拌し、その後に原液Ｂタンク４０ｂから供給される原液Ｂと合流点５５で合流し、それを注入点４２ａ，４２ｂから他のシステムやタンク等へ注入するというものである。
原液Ａタンク４０ａ及び原液Ｂタンク４０ｂには液位計４６ａ，４６ｂ、濃度計４７ａ，４７ｂ及び温度計４８ａ，４８ｂがそれぞれ設けられており、それぞれ原液Ａ，Ｂについて計測している。また、原液Ａタンク４０ａには圧力計５２ａも備えられており、液位に応じた液圧を計測可能となっている。原液Ａ，Ｂは、溶質Ａ，Ｂをある溶媒に溶解させて得られる原液であり、濃度計４６ａ，４７ｂはその溶質Ａ，Ｂの濃度をそれぞれ計測するものである。
原液Ａタンク４０ａから撹拌タンク４１までのシステム配管４３には、原液Ａタンク４０ａの出口に流量計４９ａ、その下流にポンプ５０ａが配置され、さらにバイパス配管５４ａを備えた電動弁５１ａが設けられている。また、これらの機器の近傍には適宜止め弁５６が設置されている。
撹拌タンク４１には液位計４６ｃと圧力計５２ｂが設置されており、圧力計５２ｂは液位に応じた液圧を計測可能となっている。また、撹拌タンク４１から注入点４２ａ，４２ｂまでのシステム配管４５には、撹拌タンク４１側から温度計４８ｃ，ストレーナー５３とその差圧を測定する差圧計５２ｃ、バイパス配管５４ｃを備えた電動弁５１ｃ、温度計４８ｄ、濃度計４７ｃ、流量計４９ｃ、ポンプ５０ｃが設けられている。また、これらの機器の近傍には適宜止め弁５６が設置されている。
さらに、原液Ｂタンク４０ｂからシステム配管４５への合流点５５までのシステム配管４４には、原液Ｂタンク４０ｂの出口に流量計４９ｂ、その下流にポンプ５０ｂが配置され、さらにバイパス配管５４ｂを備えた電動弁５１ｂが設けられている。また、これらの機器の近傍にも適宜止め弁５６が設置されている。
このようなプラントシステムにおいて、例えば、原液Ａタンク４０ａの漏洩を監視する場合には液位計４６ａに着目する。
この場合、漏洩検出システム１は液位計４６ａから液位データ２１を入力部２を介して液位データベース７に格納し、液位変化演算部１４で式（２）に係る経時変化を演算する。同一の液位計４６ａからの液位データ２１であるので、式（２）の添え字はいずれか一方となる。原液Ａタンク４０ａの漏洩であるので、電動弁５１ａや止め弁５６が閉止していることが条件となるが、液位の減少することによる変化量があれば、その入力を受けた漏洩検知部１９は漏洩があると判断し警報信号を発する。また、その際には判断の条件として閾値データベース２０に格納された閾値データ２８を参照してもよい。
次に、原液Ａタンク４０ａから撹拌タンク４１の間のシステム配管４３の漏洩を監視する場合には、液位計４６ａに加えて液位計４６ｃに着目する。この場合、漏洩検出システム１は液位計４６ａと液位計４６ｃからの液位データ２１を液位データベース７に格納し、液位変化演算部１４で式（２）で示される変化量の差に関する演算を行う。そして、下流側となる撹拌タンク４１の液位計４６ｃの変化量が小さい場合には、漏洩検知部１９は漏洩があると判断し警報信号を発する。但し、システム配管４５への流出がないという条件が必要であることは言うまでもない。また、その際には同様に判断の条件として閾値データベース２０に格納された閾値データ２８を参照してもよい。
この場合、漏洩検出システム１は液位計４６ａから液位データ２１を入力部２を介して液位データベース７に格納し、液位変化演算部１４で式（２）に係る経時変化を演算する。同一の液位計４６ａからの液位データ２１であるので、式（２）の添え字はいずれか一方となる。原液Ａタンク４０ａの漏洩であるので、電動弁５１ａや止め弁５６が閉止していることが条件となるが、液位の減少することによる変化量があれば、その入力を受けた漏洩検知部１９は漏洩があると判断し警報信号を発する。また、その際には判断の条件として閾値データベース２０に格納された閾値データ２８を参照してもよい。
次に、原液Ａタンク４０ａから撹拌タンク４１の間のシステム配管４３の漏洩を監視する場合には、液位計４６ａに加えて液位計４６ｃに着目する。この場合、漏洩検出システム１は液位計４６ａと液位計４６ｃからの液位データ２１を液位データベース７に格納し、液位変化演算部１４で式（２）で示される変化量の差に関する演算を行う。そして、下流側となる撹拌タンク４１の液位計４６ｃの変化量が小さい場合には、漏洩検知部１９は漏洩があると判断し警報信号を発する。但し、システム配管４５への流出がないという条件が必要であることは言うまでもない。また、その際には同様に判断の条件として閾値データベース２０に格納された閾値データ２８を参照してもよい。
次に、システム配管４５の漏洩を監視する場合について説明する。このシステム配管４５における流量計４９ｃと差圧計５２ｃに着目する。
この場合、漏洩検出システム１は流量計４９ｃからの流量データ２２を流量データベース８に格納し、差圧計５２ｃからの差圧データ２５を差圧データベース１１に格納する。そして、液位変化演算部１４でこれらのデータを読み出して、差圧データ２５については式（５）を用いて流速を演算し、流路断面積との積をとり、さらに、流量データ２２と共に式（４）を用いることで流量の変化量の演算を行う。
漏洩検知部１９は式（４）による演算によって変化量が生じれば、ストレーナー５３と流量計４９ｃの間で漏洩が生じていると判断し、警報信号を出力部６を介して外部に発信する。また、原液Ａタンク４０ａの場合と同様に閾値データ２８を用いて判断してもよい。
この場合、漏洩検出システム１は流量計４９ｃからの流量データ２２を流量データベース８に格納し、差圧計５２ｃからの差圧データ２５を差圧データベース１１に格納する。そして、液位変化演算部１４でこれらのデータを読み出して、差圧データ２５については式（５）を用いて流速を演算し、流路断面積との積をとり、さらに、流量データ２２と共に式（４）を用いることで流量の変化量の演算を行う。
漏洩検知部１９は式（４）による演算によって変化量が生じれば、ストレーナー５３と流量計４９ｃの間で漏洩が生じていると判断し、警報信号を出力部６を介して外部に発信する。また、原液Ａタンク４０ａの場合と同様に閾値データ２８を用いて判断してもよい。
さらに、システム配管４５の漏洩を監視する場合に流量計４９ｃと撹拌タンク４１の液位計４６ｃに着目してもよい。式（２）〜（４）で求められる変化量の単位はいずれも（ｍ３／ｓｅｃ）であり、互いに等価で互換性があるため、プラント流量測定装置間での互換性を備えているとも言える。すなわち、添え字の１を流体の上流側、２を下流側とした場合に、変化量としては、液位計４６ｃからの液位データ２１を用いて式（２）のΔＬ１Ｓ１／ΔＴを演算し、流量計４９ｃからの流量データ２２を用いて式（４）のＵ２を演算し、その差分を演算する。その際の演算は液位変化演算部１４あるいは流量変化演算部１５を用いるか、別個に変化演算部を備えてもよい。変化量を演算した後の警報信号の発信はこれまで説明した内容と同様である。
このように液位データ２１、流量データ２２及び差圧データ２５はそれぞれ流量の単位（ｍ３／ｓｅｃ）を用いることでの互換性があるため、式（２）〜（５）を用いることで様々なプロセス量測定装置間での漏洩検知を行うことが可能である。
このようなデータの互換性を利用することによれば、一般的なプラントではプロセス量の計測を随時行っていることから、これらをデータベースに読み出し可能に格納し、それぞれのプロセス量に関するデータをデータベースから読み出して変化量の演算を行うことで、プラントのシステムの広い範囲で漏洩検知を行うことが可能である。なお、プロセス量測定装置から直接漏洩検出用にデータを取り出せる場合には、データベースに格納されたデータを用いる必要はないものと考えられるが、回路等が煩雑となるため、一旦データベースにデータを格納し、データベースに保存されているデータを読み出して変化演算部に入力することが望ましいと考えられる。さらに、予め設置されているプロセス量測定装置だけで漏洩検知を行うにはカバーできない箇所もあると考えられるが、その際には既設のプロセス量測定装置をなるべく利用しながら不足する測定装置を新規に設置するとよい。
また、互換性を利用することで複数の異なるプロセス量について漏洩検知を行うことも可能であり、このような漏洩検知を行うことで精度を向上させることが可能である。
このように液位データ２１、流量データ２２及び差圧データ２５はそれぞれ流量の単位（ｍ３／ｓｅｃ）を用いることでの互換性があるため、式（２）〜（５）を用いることで様々なプロセス量測定装置間での漏洩検知を行うことが可能である。
このようなデータの互換性を利用することによれば、一般的なプラントではプロセス量の計測を随時行っていることから、これらをデータベースに読み出し可能に格納し、それぞれのプロセス量に関するデータをデータベースから読み出して変化量の演算を行うことで、プラントのシステムの広い範囲で漏洩検知を行うことが可能である。なお、プロセス量測定装置から直接漏洩検出用にデータを取り出せる場合には、データベースに格納されたデータを用いる必要はないものと考えられるが、回路等が煩雑となるため、一旦データベースにデータを格納し、データベースに保存されているデータを読み出して変化演算部に入力することが望ましいと考えられる。さらに、予め設置されているプロセス量測定装置だけで漏洩検知を行うにはカバーできない箇所もあると考えられるが、その際には既設のプロセス量測定装置をなるべく利用しながら不足する測定装置を新規に設置するとよい。
また、互換性を利用することで複数の異なるプロセス量について漏洩検知を行うことも可能であり、このような漏洩検知を行うことで精度を向上させることが可能である。
次に、図２に示されるプラントシステムが運転されている場合の漏洩検知について説明する。原液Ａが原液Ａタンク４０ａからシステム配管４３及び撹拌タンク４１を介してシステム配管４５に流入しながら、原液Ｂは原液Ｂタンク４０ｂからシステム配管４４を介してシステム配管４５に合流し、その合流点５５よりも下流側では原液Ａと原液Ｂが混合された状態で注入点４２ａ，４２ｂから他のシステムや容器等の注入されているものとする。なお、撹拌タンク４１では原液Ａの増減がないものと仮定する。
この場合、合流点５５が存在することから流量計４９ａ、流量計４９ｂ及び流量計４９ｃで得られる流量データ２２のみに着目しても正確な漏洩検知ができない場合がある。例えば、流量計４９ｃの流量データ２２が流量計４９ａと流量計４９ｂの流量データ２２の和よりも小さい場合に、システム配管４３及びシステム配管４５の合流点５５までの間で原液Ａ側が漏洩しているのか、システム配管４４で原液Ｂが漏洩しているのか、あるいはシステム配管４５の合流点５５から流量計４９ｃまでで原液Ａ及び原液Ｂの混合したものが漏洩しているのかは不明である。
この場合、合流点５５が存在することから流量計４９ａ、流量計４９ｂ及び流量計４９ｃで得られる流量データ２２のみに着目しても正確な漏洩検知ができない場合がある。例えば、流量計４９ｃの流量データ２２が流量計４９ａと流量計４９ｂの流量データ２２の和よりも小さい場合に、システム配管４３及びシステム配管４５の合流点５５までの間で原液Ａ側が漏洩しているのか、システム配管４４で原液Ｂが漏洩しているのか、あるいはシステム配管４５の合流点５５から流量計４９ｃまでで原液Ａ及び原液Ｂの混合したものが漏洩しているのかは不明である。
このように合流点５５を含んで３点間の漏洩検知を行う場合に、流量変化演算部１５は、式（９）に示されるような変化量を演算する。すなわち、添え字３を加えて、下流側の流量計４９ｃで計測した流量データ２２を添え字３とし、合流点５５より上流側の流量計４９ａと流量計４９ｂのそれぞれで計測した流量データ２２を添え字１，２として差分を取る。
このようにして式（９）を演算して負値の場合には、流量計４９ａ〜流量計４９ｃ間、流量計４９ｂ〜合流点５５間のいずれかで流体の漏洩があるものと考えられる。そこで、式（９）において原液Ａの漏洩量をΔＵ１、原液Ｂの漏洩量をΔＵ２と仮定して方程式を立てても、変数が２つ存在していることから解を求めることはできない。
そこで、３つの流量計の近傍に存在して、１つのプロセス量測定装置と同視できる温度計４８ａ、温度計４８ｂ及び温度計４８ｄで計測された温度データ２３を用いてエンタルピー演算部１７によって演算されたそれぞれのエンタルピーデータ２６からエンタルピー変化演算部１８が演算する式（１０）に示されるような変化量に着目する。
そこで、３つの流量計の近傍に存在して、１つのプロセス量測定装置と同視できる温度計４８ａ、温度計４８ｂ及び温度計４８ｄで計測された温度データ２３を用いてエンタルピー演算部１７によって演算されたそれぞれのエンタルピーデータ２６からエンタルピー変化演算部１８が演算する式（１０）に示されるような変化量に着目する。
この式（１０）もいずれかの箇所に漏洩があれば負値を取るが、この式に前述のΔＵ１、原液Ｂの漏洩量をΔＵ２を仮定して流量変化に関する方程式ともう一つエンタルピー変化に関する方程式の連立方程式、式（１１）と式（１２）を立てる。ここで、Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３はそれぞれ流量データ２２であり、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は温度データ２３である。なお、合流点５５より下流側でのρ３及びＣｐ３については、予め漏洩がない場合のデータを測定しておきそれを用いるか、式（１３）に示されるように流量比に応じて配分するなどの近似を適宜用いるとよい。
式（１１）と式（１２）をΔＵ１とΔＵ２との連立方程式として、これを解くことでそれぞれの漏洩量が演算される。この連立方程式を解く演算も流量変化演算部１５あるいはエンタルピー変化演算部１８にその機能を持たせてもよいし、あるいは別個に連立方程式を解く変化演算部を設けてもよい。
なお、ΔＵ１が正値でΔＵ２が０の場合には原液Ａがシステム配管４３、撹拌タンク４１あるいはシステム配管４５の合流点５５までのいずれかで漏洩していると判断され、ΔＵ１が０でΔＵ２が正値の場合には原液Ｂがシステム配管４４のいずれかで漏洩していると判断され、ΔＵ１が正値でΔＵ２も正値の場合には、そのΔＵ１とΔＵ２の流量比（ΔＵ１／ΔＵ２）がＵ１とＵ２の流量比（Ｕ１／Ｕ２）に等しい場合には合流点５５以降の漏洩の可能性が高く、流量比が等しくない場合には、合流点５５より上流側の両方のシステム配管での漏洩が疑われる。
このような判断は、式（９）及び（１０）の演算結果と連立方程式の式（１１）及び式（１２）の演算結果の入力を受けた漏洩検知部１９で判断される。このような場合でも漏洩検知部１９は、予め設定された閾値データ２８を読み出して、演算結果と比較して判断してもよい。
なお、ΔＵ１が正値でΔＵ２が０の場合には原液Ａがシステム配管４３、撹拌タンク４１あるいはシステム配管４５の合流点５５までのいずれかで漏洩していると判断され、ΔＵ１が０でΔＵ２が正値の場合には原液Ｂがシステム配管４４のいずれかで漏洩していると判断され、ΔＵ１が正値でΔＵ２も正値の場合には、そのΔＵ１とΔＵ２の流量比（ΔＵ１／ΔＵ２）がＵ１とＵ２の流量比（Ｕ１／Ｕ２）に等しい場合には合流点５５以降の漏洩の可能性が高く、流量比が等しくない場合には、合流点５５より上流側の両方のシステム配管での漏洩が疑われる。
このような判断は、式（９）及び（１０）の演算結果と連立方程式の式（１１）及び式（１２）の演算結果の入力を受けた漏洩検知部１９で判断される。このような場合でも漏洩検知部１９は、予め設定された閾値データ２８を読み出して、演算結果と比較して判断してもよい。
最後に、前述の図２で示されるプラントシステムが運転されている場合の漏洩検知に際し、式（９）の演算値が負値で、流量計４９ａ〜流量計４９ｃ間、流量計４９ｂ〜合流点５５間のいずれかで流体の漏洩があるものと考えられる場合に、濃度データ２７に着目する方法について説明する。
原液Ａタンク４０ａに貯留される原液Ａの溶質Ａと原液Ｂタンク４０ｂに貯留される原液Ｂの溶質Ｂが互いに異なる物質であれば、合流点が存在する場合でもそれぞれの溶質についての保存則を考えることで足り、連立方程式を考える必要はない。
すなわち、物質量変化演算部１６は、濃度計４７ａと濃度計４７ｃで計測される濃度データ２７及び流量計４９ａと流量計４９ｃで計測される流量データ２２を式（７）に代入して溶質Ａの変化量を演算することができるので、その変化量が存在すれば、あるいは閾値データ２８を用いた上で変化量が存在すれば、流量計４９ａ〜流量計４９ｃ間で漏洩があることが検知される。
同様に、溶質Ｂについて、流量計４９ｂ〜合流点５５間でも濃度計４７ｂと濃度計４７ｃで計測される濃度データ２７及び流量計４９ｂと流量計４９ｃで計測される流量データ２２を式（７）に代入して溶質Ｂの変化量を演算することで漏洩検知を行うことが可能である。
しかしながら、図２の原液Ｂタンク４０ｂも原液Ａタンクである場合、すなわち同一の溶質Ａを溶解して得られる原液Ａのタンクが２系統ありそれぞれの濃度が異なる場合には、式（９）の演算値が負値で漏洩があると考えられても、式（７）をそのまま用いることはできない。
そこで、前述のエンタルピーと同様に、３つの流量計の近傍に存在して、それぞれの流量計と１つのプロセス量測定装置と同視できる濃度計４７ａ、濃度計４７ｂ及び濃度計４７ｃで計測された濃度データ２７を用いて物質量変化演算部１６が演算する式（１４）に示されるような変化量に着目する。ここでの濃度は溶質Ａの濃度ということになる。
原液Ａタンク４０ａに貯留される原液Ａの溶質Ａと原液Ｂタンク４０ｂに貯留される原液Ｂの溶質Ｂが互いに異なる物質であれば、合流点が存在する場合でもそれぞれの溶質についての保存則を考えることで足り、連立方程式を考える必要はない。
すなわち、物質量変化演算部１６は、濃度計４７ａと濃度計４７ｃで計測される濃度データ２７及び流量計４９ａと流量計４９ｃで計測される流量データ２２を式（７）に代入して溶質Ａの変化量を演算することができるので、その変化量が存在すれば、あるいは閾値データ２８を用いた上で変化量が存在すれば、流量計４９ａ〜流量計４９ｃ間で漏洩があることが検知される。
同様に、溶質Ｂについて、流量計４９ｂ〜合流点５５間でも濃度計４７ｂと濃度計４７ｃで計測される濃度データ２７及び流量計４９ｂと流量計４９ｃで計測される流量データ２２を式（７）に代入して溶質Ｂの変化量を演算することで漏洩検知を行うことが可能である。
しかしながら、図２の原液Ｂタンク４０ｂも原液Ａタンクである場合、すなわち同一の溶質Ａを溶解して得られる原液Ａのタンクが２系統ありそれぞれの濃度が異なる場合には、式（９）の演算値が負値で漏洩があると考えられても、式（７）をそのまま用いることはできない。
そこで、前述のエンタルピーと同様に、３つの流量計の近傍に存在して、それぞれの流量計と１つのプロセス量測定装置と同視できる濃度計４７ａ、濃度計４７ｂ及び濃度計４７ｃで計測された濃度データ２７を用いて物質量変化演算部１６が演算する式（１４）に示されるような変化量に着目する。ここでの濃度は溶質Ａの濃度ということになる。
そしてエンタルピーを用いた演算と同様に、この式（１４）もいずれかの箇所に漏洩があれば負値を取るが、この式にシステム配管４３側の原液Ａの漏洩量をΔＵ１、システム配管４４側の原液Ａの漏洩量をΔＵ２と仮定して流量変化に関する方程式ともう一つ物質量（溶質量）変化に関する方程式の連立方程式、式（１１）と式（１５）を立てる。ここで、Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３はそれぞれ流量データ２２であり、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は濃度データ２７である。添え字が意味する領域は、式（９）について説明した際と同様である。
エンタルピーの場合と同様に、式（１１）と式（１５）をΔＵ１とΔＵ２との連立方程式として、これを解くことでそれぞれの漏洩量が演算される。この連立方程式を解く演算も流量変化演算部１５あるいはエンタルピー変化演算部１８にその機能を持たせてもよいし、あるいは別個に連立方程式を解く演算部を設けてもよい。また、演算結果としてのΔＵ１とΔＵ２の数値と漏洩検知の判断についてはエンタルピーの場合と同様である。
このように複数のプロセス量に着目することで、それぞれのプロセス量毎に保存則の連立方程式を立てることが可能となり、それを解くことで、合流や分岐が存在するシステム配管においても、いずれのプロセス量測定装置間で漏洩が発生しているかを定量的に特定することができる。
このように複数のプロセス量に着目することで、それぞれのプロセス量毎に保存則の連立方程式を立てることが可能となり、それを解くことで、合流や分岐が存在するシステム配管においても、いずれのプロセス量測定装置間で漏洩が発生しているかを定量的に特定することができる。
以上説明したとおり、本実施の形態に係るプラントの漏洩検出システムによれば、プラントのシステム配管やタンク等の容器に設置されているプロセス量測定装置からの信号を一旦データベース３に格納し、ここから演算部４が読み出してプロセス量についての変化量を演算することで容易にプラントの様々な領域での漏洩検知を行うことが可能である。
また、閾値データ２８とその変化量を比較することで、データベース３に格納されるデータの種類やプロセス量測定装置の設置場所によって異なる精度を校正することが可能であり、漏洩検知の確度を高めることが可能となる。
さらに、プロセス量に関するデータを複数組み合わせることで、システム配管が分岐したり合流したりするようなシステム配管の構成であっても、プロセス量の保存則に関する連立方程式を解くことで漏洩検知とその領域について検知することが可能となり、より精度が高く、また汎用性の高いプラントの漏洩検出システムや方法を実現することができる。
また、閾値データ２８とその変化量を比較することで、データベース３に格納されるデータの種類やプロセス量測定装置の設置場所によって異なる精度を校正することが可能であり、漏洩検知の確度を高めることが可能となる。
さらに、プロセス量に関するデータを複数組み合わせることで、システム配管が分岐したり合流したりするようなシステム配管の構成であっても、プロセス量の保存則に関する連立方程式を解くことで漏洩検知とその領域について検知することが可能となり、より精度が高く、また汎用性の高いプラントの漏洩検出システムや方法を実現することができる。
本発明の請求項１乃至請求項８に記載された発明は、発電プラントや化学プラント等のシステムにおいて漏洩検出システムや方法として利用することができる。
１…漏洩検出システム ２…入力部 ３…データベース ４…演算部 ５…判断部 ６…出力部 ７…液位データベース ８…流量データベース ９…温度データベース １０…圧力データベース １１…差圧データベース １２…エンタルピーデータベース １３…濃度データベース １４…液位変化演算部 １５…流量変化演算部 １６…物質量変化演算部 １７…エンタルピー演算部１８…エンタルピー変化演算部 １９…漏洩検知部 ２０…閾値データベース ２１…液位データ ２２…流量データ ２３…温度データ ２４…圧力データ ２５…差圧データ ２６…エンタルピーデータ ２７…濃度データ ２８…閾値データ ３０…プロセスデータ ３１…出力情報 ４０ａ…原液Ａタンク ４０ｂ…原液Ｂタンク ４１…撹拌タンク ４２ａ，４２ｂ…注入点 ４３，４４，４５…システム配管 ４６ａ〜４６ｃ…液位計 ４７ａ〜４７ｃ…濃度計 ４８ａ〜４８ｄ…温度計 ４９ａ〜４９ｃ…流量計 ５０ａ〜５０ｃ…ポンプ ５１ａ〜５１ｃ…電動弁 ５２ａ，５２ｂ…圧力計 ５２ｃ…差圧計 ５３…ストレーナー ５４ａ〜５４ｃ…バイパス配管 ５５…合流点 ５６…止め弁
Claims (5)
- 流体を扱うプラントのシステム配管又は容器に設置されるプロセス量測定装置で計測されたプロセス量を入力部を介して読み出し可能に格納するプロセス量データベースと、このプロセス量データベース又は前記入力部から複数箇所の前記プロセス量測定装置で計測された前記プロセス量を読み出してそれぞれの前記プロセス量測定装置間での前記プロセス量又はこのプロセス量から演算される他のプロセス量の変化量を演算する演算部と、前記複数箇所のプロセス量測定装置間で計測された前記プロセス量又は前記他のプロセス量の変化量が前記複数箇所のプロセス量測定装置間におけるプロセス量又は他のプロセス量の保存則を満足するか否かを判断し、満足しない場合には警報を出力部を介して発信する判断部と、を有し、
前記判断部は、前記複数箇所のプロセス量測定装置間のうち共通する前記プロセス量測定装置間で、異なる複数種類の前記プロセス量又は前記他のプロセス量の変化量が、それぞれの種類の前記プロセス量又は前記他のプロセス量毎に保存則を満足するか否かを判断し、満足しない場合には、これらを連立方程式として解くことで、いずれのプロセス量測定装置間で漏洩が発生しているかの判断を行い、前記プロセス量は前記流体の流量であり、前記他のプロセス量は前記流体のエンタルピーであることを特徴とするプラントの漏洩検出システム。 - 前記判断部は、誤警報を防止するための閾値を格納するデータベースを備え、前記プロセス量又は前記他のプロセス量の保存則を満足するか否かの判断の際に、前記プロセス量又は前記他のプロセス量の変化量と前記閾値とを比較して、前記変化量が前記閾値を上回った場合に前記警報を出力部を介して発信することを特徴とする請求項１記載のプラントの漏洩検出システム。
- 前記他のプロセス量は前記流体のエンタルピーに代えて前記流体の溶質量であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のプラントの漏洩検出システム。
- 流体を扱うプラントのシステム配管又は容器に設置される複数箇所のプロセス量測定装置で計測されたプロセス量又はこのプロセス量から演算される他のプロセス量のそれぞれの前記プロセス量測定装置間の変化量を演算し、前記変化量が前記複数箇所のプロセス量測定装置間における前記プロセス量又は前記他のプロセス量の保存則を満足するか否かを判断し、満足しない場合には警報を出力し、前記複数箇所のプロセス量測定装置間のうち共通する前記プロセス量測定装置間で、異なる複数種類の前記プロセス量又は前記他のプロセス量の変化量が、それぞれの種類の前記プロセス量又は前記他のプロセス量毎に保存則を満足するか否かを判断し、満足しない場合には、これらを連立方程式として解くことで、いずれのプロセス量測定装置間で漏洩が発生しているかの判断を行い、前記プロセス量は前記流体の流量であり、前記他のプロセス量は前記流体のエンタルピーであることを特徴とするプラントの漏洩検出方法。
- 前記他のプロセス量は前記流体のエンタルピーに代えて前記流体の溶質量であることを特徴とする請求項４記載のプラントの漏洩検出方法。
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