JPH02190733A - Method for predicting diffusion area of leakage gas - Google Patents
Method for predicting diffusion area of leakage gasInfo
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Abstract
Description
本発明は、ガスが漏洩しているときに、ガスの拡散する
領域を予測する方法に関する。 本発明の方法は、とく
に可燃性や毒性を有するガスを取り扱う工業プラントに
おける、危険防止に有用である。
ここで、「ガス」とは常態でガス状の物質のほかに揮発
性の液体の蒸気をも含む意味であって、以下の記述にお
いては、この語で両者を代表させる。
また、「漏洩」とは、配管７ランジ部のような、本来は
ガスが外部へ出るはずのない部分から、材料の劣化や破
損によって漏洩が起る場合と、スタックのような大気中
への放出口から誤操作や突発的な原因で放出が起る場合
と、両方を包含する。
（従来の技術］
たとえば石油化学工業の各種プラントにおいては、種々
の可燃性ガスや有毒ガスが配管や諸設僅の中を流れてお
り、それが漏洩するおそれは常にある。 従って、漏洩
があったときはその場所を速やかに特定し、漏洩ガスが
拡散する領域を予測し、適切な安全対策をとることによ
って二次災害を未然に防止しなければならない。
ガスの漏洩を知る目的で、プラント内の適宜の場所をい
くつかえらんで、ガス検知器を設置することが行なわれ
ている。
ガス検知器を使用してプラント内のガス漏洩場所を推定
する技術として、少なくとも三つの地点のガス検知器が
ガスを検知することを前提とした方法が提案されている
（特開昭６１−１５５９３２＠）。
ところが、実際の工業プラントにおいては、設置されて
いるガス検知器間の距離が比較的長く、ガス検知器は広
い敷地内に点在するだけであるから、異なる３以上の地
点でガスが検知されるまでには、かなりの規模までガス
の漏洩が進行し、また、かなりの時間が経過することに
なる。
そこで本発明者らは、工業プラントにおける危険性ある
ガスの漏洩場所を迅速に行なうことを可能にするガス漏
洩場所の推定方法を確立し、すでに開示した（特願昭６
３−１９８５４９号）。
ガス漏洩時の対策としては、漏洩場所の特定に続いて、
ガスが拡散して行く領域つまり危険区域を予測すること
、ざらにはガス拡散領域の拡大して行く速度を予測する
こと、見方をかえればある地点が危険濃度など所定の濃
度区域に入るまでに残された時間がどのくらいおるかを
予測すること、などが必要である。
［発明が解決しようとする課題］
本発明の目的は、工業プラントにおいて危険性あるガス
が漏洩した場合に、ガス漏洩場所を特定し、ガスが拡散
して行く領域を予測し、さらに必要があれば所定のガス
濃度域が拡大して行く速度、見方をかえればある地点が
所定のガス濃度域に入るまでの時間を予測することによ
って、効果的な対策をとることを可能にする方法を提供
することにある。
［課題を解決するための手段］
本発明のプラントにおける漏洩ガスの拡散領域を予測す
る方法は、下記の諸段階からなることを特徴とする。
Ａ、ガスの漏洩場所を特定すること、
ガスの漏洩場所の特定は、前記した３個のガス検知器の
検知データによる方法そのほかの既知のいずれの方法で
行なってもよいし、本発明者らが提案した、少なくとも
１個のガス検知器がガスを検知したときに実施できる方
法によってもよい。
ざらには、やはり本発明者らが開発し別途提案する、２
個のガス検知器の検知データを利用して漏洩の可能性の
ある場所を追求して行く手法によってもよい。
Ｂ、過去の一定時間内における気象条件の変化の状況に
もとづいて、次式のパラメータａを選択すること、
ｌｏｇ Ｑ＝ ａ −ｔｏ（］ Ｘ十ｂＣ２上式に、
Ｃ：ガスを検知した地点でのガス濃度
Ｘ：ガスの漏洩場所から検知した地点までの距離
の値を入れて、上式のパラメータｂを算出すること、
Ｄ、ガスを検知した時点における風向風速のデータにも
とづいてガスの拡散角αを算出するとともに、風向の平
均振れ角βを算出すること、および
Ｅ、ガス漏洩場所から、平均風向をあらわす直線を中心
として上記角（α＋β）をなす二直線を用下側にひき、
ガス漏洩場所から所定のガス濃度Ｃの最前線、すなわち
ガス濃度Ｃ６に達し得る最も遠い地点までの距離ＬＣを
ｔｏｏ Ｌ ＝ （！ｏｇＣＣ−ｂ）／ａの式から
求め、この距離Ｌｃを半径としてガス漏洩場所を中心に
円をえかき、この円弧と上記二直線とで囲まれた扇形の
領域を定めること。
本発明の、プラントにおける漏洩ガスの拡散領域を予測
するとともに所定のガス濃度域が拡大して行く速度を予
測する方法は、上記Ａ〜Ｅに加えて、下記の段階Ｆを含
むことを特徴とする。
Ｆ、ガス漏洩場所から任意の距離Ｌ （Ｌ＜Ｌ、）の点
が所定のガス危険濃度域になるまでの時間下を、
Ｔ＝Ｌ／Ｕ−Ｔ。
の式により推定すること。（ここで、ＴｏＧ、１ｍ洩開
始から現在時刻までの時間であって、ガス、検知器Ｄ１
がガスを検知した時刻から現在時刻までの時間と、漏洩
場所からガス検知器Ｄ１までの距離ｇを平均風速Ｕで除
して得た時間との和である。）The present invention relates to a method for predicting the area where gas will diffuse when there is a gas leak. The method of the present invention is particularly useful for preventing danger in industrial plants that handle flammable or toxic gases. Here, the term "gas" includes not only gaseous substances but also volatile liquid vapors, and in the following description, this term will be used to represent both. In addition, "leakage" refers to cases where gas leaks from parts where gas is not supposed to go out, such as the piping 7 flange, due to material deterioration or damage, and cases where gas leaks into the atmosphere such as from a stack. This includes both cases in which release occurs from the release port due to erroneous operation or sudden causes. (Prior art) For example, in various plants in the petrochemical industry, various flammable gases and toxic gases flow through piping and various equipment, and there is always a risk of leakage. When a gas leak occurs, it is necessary to promptly identify the location, predict the area where the leaked gas will spread, and take appropriate safety measures to prevent secondary disasters. Gas detectors are installed at several appropriate locations within the plant.As a technique for estimating the location of gas leaks within the plant using gas detectors, gas detectors are installed at at least three locations. A method has been proposed that assumes that gas is detected by gas detectors (Japanese Patent Laid-Open No. 155932/1983). However, in actual industrial plants, the distance between the installed gas detectors is relatively long. Since gas detectors are only scattered over a large site, the gas leak has progressed to a considerable scale and a considerable amount of time has passed before gas is detected at three or more different locations. Therefore, the present inventors have established and already disclosed a method for estimating the location of a gas leak that makes it possible to quickly locate the location of a hazardous gas leak in an industrial plant (Patent Application No. 6, No.
3-198549). Measures to take in the event of a gas leak include identifying the location of the leak, and then
Predicting the area where gas will diffuse, that is, the dangerous area, or more specifically, predicting the speed at which the gas diffusion area will expand.From a different perspective, it is necessary to predict the area where the gas will diffuse, that is, the dangerous area.From a different perspective, it is necessary to predict the area where the gas will diffuse, that is, the dangerous area.In other words, it is necessary to predict the speed at which the gas diffusion area will expand. It is necessary to predict how much time is left. [Problems to be Solved by the Invention] The purpose of the present invention is to identify the location of the gas leak, predict the area where the gas will diffuse, and further analyze the area where the gas will spread if necessary. For example, we provide a method that makes it possible to take effective countermeasures by predicting the speed at which a predetermined gas concentration range will expand, or in other words, the time it will take for a certain point to enter a predetermined gas concentration range. It's about doing. [Means for Solving the Problems] The method of predicting the diffusion area of leaked gas in a plant according to the present invention is characterized by comprising the following steps. A. Identifying the gas leak location The gas leak location may be determined using the detection data of the three gas detectors described above or any other known method. It may also be possible to use a method proposed by , which can be carried out when at least one gas detector detects a gas. In general, the present inventors have also developed and separately proposed 2.
It is also possible to use detection data from individual gas detectors to locate locations where there is a possibility of leakage. B. Select parameter a in the following formula based on changes in weather conditions within a certain period of time in the past, log Q = a - to (] Gas concentration at In addition to calculating the diffusion angle α, calculate the average deflection angle β of the wind direction. ,
The distance LC from the gas leak location to the front line of the predetermined gas concentration C, that is, the farthest point where the gas concentration C6 can be reached, is determined from the formula too L = (!ogCC-b)/a, and this distance Lc is used as the radius. Draw a circle around the gas leak location and define a fan-shaped area surrounded by this arc and the two straight lines above. The method of the present invention for predicting the diffusion area of leaked gas in a plant and the speed at which a predetermined gas concentration area will expand is characterized by including the following step F in addition to the above steps A to E. do. F. The time it takes for a point at an arbitrary distance L (L<L,) from the gas leak location to reach the predetermined dangerous gas concentration area is T=L/UT. Estimate using the formula. (Here, ToG is the time from the start of 1m leakage to the current time, gas, detector D1
is the sum of the time from the time when gas was detected to the current time and the time obtained by dividing the distance g from the leak location to the gas detector D1 by the average wind speed U. )
ガスの拡散をあらわす理論式はいくつか提出されている
が、わが国では下記の「板上の式」がよく知られている
。
Ｃ（ｘ、ｙ、ｚ）：漏洩源の座標を（０，Ｏ，Ｈ）とし
たとき、任意の位置（ｘ、ｙ、ｚ）におけるガス濃度
Ｑ：漏洩ガス量
Ｕ：風速
ｑＡ、φ。、ｑ６．φＢ：漏洩源の地表からの高さＨと
大気安定度によって定まるパラメータＪｏ（ｊξ）：ξ
を変数とする０次の第一種ベッセル関数で、ｉは虚数単
位
いま、簡単にするため、漏洩ガス量が一定であり漏洩源
高さが）（＝Ｏとして、大気安定度が「不安定」、「中
立」、「安定」の三種の場合につき計算すると、復配す
るシミュレーションにみるとおり、漏洩場所からの距離
Ｘの点におけるガス濃度Ｃは、第１図に概念的に示すよ
うに、両対数グラフにあられしたとき、はぼ直線になる
。 従って、次式であられすことができる。
ｌｏｇ Ｃ＝ａ −ｌｏｇ Ｘ＋ｂ
この直線は、漏洩ガス量の大小に応じて位置を変えるが
、各大気安定度においては平行である。
つまり、パラメータａは大気安定度によって決定される
値であり、パラメータｂは大気安定度と漏洩ガス量によ
って決定される値である。
パラメータａは、あらかじめシミュレーションを行なっ
て算出しておいて、検知時点における大気安定度に応じ
て決定できる。またパラメータｂは、パラメータａや測
定値Ｃ，ｘを上式に入れて求めることができる。
ガスの拡散領域の推測は、つぎの根随による。
すなわち、まずガス検知器がガスを検知した時点におけ
る風向風速のデータにもとづいて、ガスの拡散角αを決
定する。
風向風速が一定でガスの漏洩量も一定な状態においては
、ガスの拡散は、第２図に示すような紡錘型の等濃度線
（Ｃ，、Ｃ２、Ｃ３・・・）であられされる。 ガス濃
度が所定の濃度ＣＣたとえば危険と考えられる濃度レベ
ル（図で、たとえばＣ２）に注目して、ガス漏洩場所Ｐ
からその等濃曲線に接線をひけば、それらに挟まれる角
度αがガス拡散角である。
一方、ガスを検知した時点から一定時間過去にさかのぼ
った時間丙における風向の変化を風向の振れ角βとする
と、ガスの拡散する可能性がある角度は、第３図に示す
ように、平均風向を中心として（α＋β）の角であって
、ガス漏洩場所Ｐの風下におけるこの角度の範囲内がガ
スが拡散して行く方向である。
ガスは時間とともに拡散して行くが、第１図にみるよう
に、ガス漏洩量が一定であれば、濃度と漏洩源からの距
離は一次の関係にある。 従って、ガス漏洩量が一定で
あればガスが拡散して所定の濃度Ｃ６以上となる可能性
のある領域は、第４図に示すように、ガス漏洩場所Ｐの
風下で上記角度（α＋β）の範囲内であって、所定のガ
ス濃度Ｃに達し得る最も遠い地点までの距離ＬＣを半径
とする扇形の領域ということになる。
また、このとき、漏洩場所から任意の距離Ｌ（ただしＬ
＜ＬＣ）の地点が所定のガス濃度域となるまでに残され
た時間は、距離りを風速Ｕで除したＬ／Ｕが漏洩開始時
から距離りの地点が所定ガス濃度域となるまでの時間で
あるから、そこから漏洩開始以降現在までの時間ＴＯを
差引いた値ということになる。
［実施例１
前掲の「板上の式」において、
漏洩ガス量Ｑ＝０．００２０８〜１６．７［Ｎｍ３／ｓ
ｅｃ ］
風速ｕ ＝ １ 、０ ［ｍ／ｓｅｃ］大気安定度：不
安定、中立、安定
漏洩源高さ Ｈ＝Ｏ，Ｏ［ｍ］
ガス検知位置 ｘ＝１〜１０００［ＴｒＬ］ｙ＝ｏ ［
ｍ］ ｚ＝ｏ ［ＴｒＬｌの条件で計算し、漏洩場所
からの距離とガス濃度との関係につき、第５図ないし第
７図に示すグラフを得た。 第５図は大気の状態が「不
安定」、第６図は「中立」、第７図は「安定」の場合で
ある。
最小二乗法によって、式
％式％］
のパラメータａおよびｂを計算した。 第５図ないし第
７図にグラフを示した場合に対応する値を示すと、下表
のとおりである。
パラメータａは各大気安定度ごとに一定であり、パラメ
ータｂだけが漏洩ガス量の増加につれて増大しているこ
とが、表から明らかである。
本発明の実施に当っては、ざらにそのプラントに固有の
因子、たとえば近隣の地形や季節的な風向風速の傾向な
どを考慮して、さまざまな観点から、パラメータａおよ
びｂに補正を加えることが、実際により近い推定をする
上で好ましい。
［発明の効果］
本発明によれば、プラントにおいて危険性あるガスが漏
洩したとき、ガス検知器の検知データと風向風速のデー
タとから漏洩ガスの拡散領域を予測することができ、ざ
らにガス危険濃度域の拡大速度を予測して、ある地点が
危険になるまでに残された時間を算出することができる
。
こうした予測により、適切な安全対策をとることが容易
となる。 従って本発明は、各種工業プラントの安全の
向上に寄与するとともに、周辺に対する被害の防止に有
用である。Several theoretical equations have been proposed to express gas diffusion, but the following ``board equation'' is well known in Japan. C (x, y, z): When the coordinates of the leak source are (0, O, H), gas concentration at an arbitrary position (x, y, z) Q: Leakage gas amount U: Wind speed qA, φ. , q6. φB: Parameter determined by the height H of the leak source from the ground surface and atmospheric stability Jo (jξ): ξ
is a 0th-order Bessel function of the first kind with variables, and i is an imaginary unit.For simplicity, let us assume that the leakage gas amount is constant and the leakage source height is ”, “neutral”, and “stable”, as shown in the redistribution simulation, the gas concentration C at the point of distance When a storm appears on a logarithmic graph, it becomes a straight line. Therefore, it can be calculated using the following formula: log C=a - log X+b This straight line changes its position depending on the amount of leaked gas, but In terms of stability, they are parallel. In other words, parameter a is a value determined by atmospheric stability, and parameter b is a value determined by atmospheric stability and the amount of leaked gas. Parameter a is determined by performing a simulation in advance. The parameter b can be determined according to the atmospheric stability at the time of detection.The parameter b can be determined by entering the parameter a and the measured values C and x into the above equation.The estimation of the gas diffusion area is as follows. , based on the following principle. That is, first, the gas diffusion angle α is determined based on the wind direction and wind speed data at the time when the gas detector detects the gas. The state where the wind direction and wind speed are constant and the amount of gas leakage is also constant. In this case, gas diffusion is done by spindle-shaped isoconcentration lines (C,, C2, C3...) as shown in Figure 2.When the gas concentration is set to a predetermined concentration CC, for example, a concentration considered to be dangerous, Pay attention to the level (for example, C2 in the diagram) and check the gas leak location P.
If we draw tangent lines to the isoconcency curve from , the angle α between them is the gas diffusion angle. On the other hand, if we assume that the change in wind direction at time C, which is a certain period of time back from the time when gas was detected, is the deflection angle β of the wind direction, then the angle at which gas may diffuse is determined by the average wind direction, as shown in Figure 3. is an angle (α+β) centered on , and the direction within this angle on the leeward side of the gas leakage location P is the direction in which the gas diffuses. Gas diffuses over time, but as shown in Figure 1, if the amount of gas leakage is constant, there is a linear relationship between concentration and distance from the leak source. Therefore, if the amount of gas leakage is constant, the area where gas is likely to diffuse and reach a predetermined concentration C6 or higher is, as shown in FIG. This is a fan-shaped area whose radius is the distance LC to the farthest point within the range where a predetermined gas concentration C can be reached. Also, at this time, any distance L (however, L
The time remaining until the point <LC) reaches the predetermined gas concentration range is the distance L/U, which is calculated by dividing the distance by the wind speed U, from the start of the leak until the point at the distance reaches the predetermined gas concentration range. Since it is time, it is the value obtained by subtracting the time TO from the start of the leak to the present. [Example 1 In the above-mentioned "formula on the board", leakage gas amount Q = 0.00208 to 16.7 [Nm3/s
ec ] Wind speed u = 1, 0 [m/sec] Atmospheric stability: unstable, neutral, stable Leak source height H = O, O [m] Gas detection position x = 1 to 1000 [TrL] y = o [
m] z=o [Calculated under the conditions of TrLl, and the graphs shown in FIGS. 5 to 7 were obtained regarding the relationship between the distance from the leak location and the gas concentration. Figure 5 shows a case where the atmospheric condition is "unstable," Figure 6 shows a case where it is "neutral," and Figure 7 shows a case where it is "stable." Parameters a and b of the formula % formula % were calculated by the least squares method. The table below shows the values corresponding to the graphs shown in FIGS. 5 to 7. It is clear from the table that parameter a is constant for each atmospheric stability, and only parameter b increases as the amount of leaked gas increases. When implementing the present invention, corrections are made to the parameters a and b from various viewpoints, taking into account factors specific to the plant, such as nearby topography and seasonal trends in wind direction and speed. is preferable in order to make an estimate closer to reality. [Effects of the Invention] According to the present invention, when a dangerous gas leaks in a plant, the diffusion area of the leaked gas can be predicted from the detection data of the gas detector and the wind direction and speed data, and the gas leakage area can be roughly predicted. By predicting the rate of expansion of a hazardous concentration area, it is possible to calculate the time remaining before a certain point becomes dangerous. Such predictions make it easier to take appropriate safety measures. Therefore, the present invention contributes to improving the safety of various industrial plants and is useful for preventing damage to the surrounding area.
第１図ないし第４図は、本発明の漏洩ガスの拡散領域を
予測する方法の原理を説明するためのものであって、
第１図は、ガス漏洩場所からの距離とガス濃度との関係
を概念的に示したグラフであり、第２図は、ガス等濃度
曲線とガス拡散角とを示す図であり、
第３図は、ガスの拡散する可能性のある方向を示す図で
あり、
第４図は、第３図に従ってガスの拡散領域を示す図であ
る。
第５図、第６図および第７図は、いずれも本発明の実施
例においてシミュレーションにより作成した、第１図に
対応するグラフの実例である。
Ｐ・・・ガス漏洩場所
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３・・・ガス等濃度曲線Ｄ１・・・ガス
検知器
α・・・ガス拡散角 β・・・風向の平均振れ
角筒１図
１０９×Figures 1 to 4 are for explaining the principle of the method of predicting the diffusion area of leaked gas according to the present invention. Figure 1 shows the relationship between the distance from the gas leak location and the gas concentration. FIG. 2 is a diagram showing gas isoconcentration curves and gas diffusion angles, and FIG. 3 is a diagram showing possible directions of gas diffusion. FIG. 4 is a diagram showing the gas diffusion region according to FIG. 3; FIG. 5, FIG. 6, and FIG. 7 are all examples of graphs corresponding to FIG. 1 created by simulation in the embodiment of the present invention. P...Gas leak location C1, C2, C3...Gas concentration curve D1...Gas detector α...Gas diffusion angle β...Average deflection angle of wind direction Tube 1 Figure 109×
Claims (2)
方法であって、下記の諸段階からなることを特徴とする
方法 Ａ、ガスの漏洩場所を特定すること、 Ｂ、過去の一定時間内における気象条件の変化の状況に
もとづいて、次式のパラメータａを選択すること、 ｌｏｇＣ＝ａ・ｌｏｇＸ＋ｂ Ｃ、上式に、 Ｃ：ガスを検知した地点でのガス濃度 Ｘ：ガスの漏洩場所から検知した地点までの距離の値を
入れて、上式のパラメータｂを算出すること、 Ｄ、ガスを検知した時点における風向風速のデータにも
とづいてガスの拡散角αを算出するとともに、風向の平
均振れ角βを算出すること、および Ｅ、ガス漏洩場所から、平均風向をあらわす直線を中心
として上記角（α＋β）をなす二直線を用下側にひき、
ガス漏洩場所から所定ガス濃度Ｃ＿Ｃの最前線までの距
離Ｌ＿Ｃを、 ｌｏｇＬ＿Ｃ＝（ｌｏｇＣ＿Ｃ−ｂ）／ａ の式から求め、この距離Ｌ＿Ｃを半径としてガス漏洩場
所を中心に円をえがき、この円弧と上記二直線とで囲ま
れた扇形の領域を定めること。(1) A method for predicting the diffusion area of leaked gas in a plant, which is characterized by the following steps: A. Identifying the location of the gas leak; B. Weather conditions within a certain period of time in the past. Based on the change in conditions, select the parameter a of the following formula, logC=a・logX+b C, In the above formula, C: Gas concentration at the point where gas was detected X: Gas detected from the gas leak location Input the value of the distance to the point and calculate the parameter b in the above formula. Calculating β, and E. From the gas leak location, draw two straight lines that form the above angle (α + β) with the straight line representing the average wind direction as the center, and
Find the distance L_C from the gas leak location to the front line of the predetermined gas concentration C_C from the formula logL_C=(logC_C-b)/a, draw a circle centered on the gas leak location with this distance L_C as the radius, and draw a circle with this arc and Define a fan-shaped area surrounded by the above two straight lines.
とともに、所定ガス濃度域が拡大して行く速度を予測す
ることを含む方法であつて、請求項１に記載の段階Ａ〜
Ｅに加えて、下記の段階Ｆを行なうことを特徴とする方
法 Ｆ、ガス漏洩場所から任意の距離Ｌ（Ｌ＜Ｌ＿Ｃ）の点
が所定ガス濃度域になるまでの時間Ｔを、 Ｔ＝Ｌ／Ｕ−Ｔ＿０ の式により推定すること。（ここで、Ｔ＿０は漏洩開始
から現在時刻までの時間であつて、ガス検知器Ｄ＿１が
ガスを検知した時刻から現在時刻までの時間と、漏洩場
所からガス検知器Ｄ＿１までの距離ｌを平均風速ｕで除
して得た時間との和である。）(2) A method comprising predicting a diffusion region of leaked gas in a plant and predicting a rate at which a predetermined gas concentration region will expand, the method comprising steps A to A according to claim 1.
Method F, which is characterized by performing the following step F in addition to E, the time T required for a point at an arbitrary distance L (L<L_C) from the gas leak location to reach a predetermined gas concentration region, T=L Estimate using the formula /UT_0. (Here, T_0 is the time from the start of the leak to the current time, and the time from the time the gas detector D_1 detected gas to the current time, and the distance l from the leak location to the gas detector D_1 are expressed as the average wind speed. (It is the sum of the time obtained by dividing by u.)
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