JPH04286931A - パイプラインの漏洩検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はパイプラインの漏洩検知
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の質量インバランス法の技術では、
流量−圧力境界条件での流動状態シミュレーションを用
いて該検知対象レグの分割区間毎の圧力を計算し、該圧
力計算値に従ってラインパック量の実変化量を求めるよ
うにしている。しかし、パイプラインの場合には流量計
設置間隔が長距離であることから、シミュレーション区
間が長くなり、シミュレーションの精度が劣り、ライン
パック量の計算精度が得られず、漏洩検知性能も劣るこ
とが多かった。また、長距離の流量計設置区間での漏洩
判断しかできず、漏洩位置検知も不可能であった。

【０００３】そこで、最近では、漏洩検知性能を上げる
ため、長距離の流動シミュレーションではなく、相隣の
バルブステーションの圧力を用いて、つまり一本のレグ
を境にして上流側バルブステーションの圧力と下流側バ
ルブステーションの圧力とで短距離のバルブステーショ
ン区間を圧力−圧力境界条件でシミュレーションし、バ
ルブステーション区間での質量インバランスをとること
により漏洩検知を行うことがなされている。この方式に
よれば、シミュレーション精度が向上し、漏洩位置検知
を含め漏洩検知の向上を図ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の方式で
は、圧力−圧力境界条件でのシミュレーションであるた
め、低圧力損失のパイプライン上流部、あるいは低流量
運転の場合には圧力勾配が得られず、圧力計測誤差の流
量計算への影響が大きくなり、レグの質量インバランス
が大きくなって、計測誤差のチューニングをしないと漏
洩検知精度が得られないという欠点がある。

【０００５】なお、上記漏洩検知性能を上げるため、バ
ルブステーションにオリフィスなどの流量計を設置する
ことが考えられるが、パイプラインの異物除去などに使
用されるピグを通すことができなくなること、圧力損失
が大きいこと、設備費がかさむことから、現実的でない
。

【０００６】本発明は上述した従来の問題点に鑑みてな
されたもので、その目的とするところは低圧力損失や低
流量運転時であっても高い漏洩検知精度が得られるパイ
プラインの漏洩検知装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のパイプラインの
漏洩検知装置は、検知対象レグの上流端に位置する上流
側バルブステーションに設けられた上流端バルブの前後
差圧、上流側バルブステーションの絶対圧ならびに該上
流側バルブステーションにおける流体の温度を検出する
上流側検知手段と、検知対象レグの下流端に位置する下
流側バルブステーションに設けられた下流端バルブの前
後差圧、下流側バルブステーションの絶対圧ならびに下
流側バルブステーションにおける流体の温度を検出する
下流側検知手段と、上流端バルブの流量特性ならびに上
流側検知手段の差圧出力に基づいてプリセット積算時間
における検知対象レグへの流体の積算流入質量を算出し
、かつ下流端バルブの流量特性および下流側検知手段の
差圧出力に基づいて積算時間における検知対象レグから
の流体の積算流出質量を算出し、これら積算流入質量と
積算流出質量との差を検知対象レグでの積算時間内にお
けるラインパック量の仮定変化量として求める仮定変化
量算出手段と、上流側検知手段ならびに下流側検知手段
の絶対圧出力ならびに温度出力に基づいて積算時間内に
おける検知対象レグでのラインパック量の実際の変化量
を求める実変化量算出手段と、仮定変化量と実変化量と
の質量インバランスを求める質量インバランス算出手段
と、得られた質量インバランスに基づき検知対象レグに
おいて流体の漏洩が発生しているか否かを判定する判定
手段とを備えている。

【０００８】そして、特に請求項２記載の本発明のパイ
プラインの漏洩検知装置は、実変化量算出手段が、上流
側検知手段ならびに下流側検知手段の出力を用いて検知
対象レグ内の流動状態を圧力−圧力境界条件及び流量−
圧力境界条件のうちの少なくとも一方によりシミュレー
ションすることで検知対象レグの分割区間毎の圧力を計
算し、この圧力計算値に従ってラインパック量の実変化
量を求めるようになっている。ここで流量とは、実際の
流量計出力、あるいはバルブ前後差圧から予想される流
量である。

【０００９】

【作用】本発明は、まず、検知対象レグに漏れが発生す
ると、まず最初にラインパック計算に漏洩流量の兆候が
現れるという原理に着目したものである。そして、上記
構成において、積算流入質量と積算流出質量との差を求
めれば、その積算時間内に検知対象レグにラインパック
されたはずの量、つまり実際のラインパック量の変化量
となるはずの量であるラインパック量の仮定変化量が求
まる。一方、実変化量算出手段では実際のラインパック
量の変化量が算出される。それら仮定変化量と実変化量
とは、検知対象レグに漏れがなければ理論上では一致し
、検知対象レグにて漏れが存在すれば不一致になる。 よって、仮定変化量と実変化量との差、すなわち質量イ
ンバランスは、検知対象レグに漏れが無ければ理論上は
“０”、漏れが在れば該対象レグの上流端流量が大きく
なるので理論上は“０”より大となる。したがって、こ
の質量インバランスを適切に評価すれば検知対象レグで
の漏れの発生の有無が判明する。また、質量インバラン
スは漏れの程度に応じた値になるため、プリセット積算
時間で質量インバランスを除することにより、漏洩流量
も算定することができる。

【００１０】以上のように本発明は、バルブステーショ
ンのバルブを流量計として利用することにより漏洩検知
を行うことができるようにしたものであって、データを
取込む際に、このバルブを若干絞ることにより、バルブ
の絞り具合で、あたかもオリフィスを設けた如く圧力損
失を生じさせ、バルブ前後の差圧を十分に取ることがで
きるので、低圧力損失の箇所や低流量運転時であっても
漏洩検知精度が向上する。また、積算時間を複数種設定
し、その各種積算時間での質量インバランスを求め、そ
れぞれ評価して漏洩検知を行うようにすることにより、
漏洩検知の確信度を高めることができる。すなわち、ラ
インパック量は少なからず計測誤差の影響を受けるが、
この影響の度合は積算時間が長いほど低くなる。このよ
うな観点からは積算時間は長い程より好ましいと言える
が、その分、漏洩検知時間は長くなるので、該対象レグ
毎に最適な積算時間の組合せを決定しなければならない
。

【００１１】一般に、積算時間として、短い時間、長い
時間、さらにはその中間の時間、というように複数種設
定し、例えば、それら各々による質量インバランス判定
結果について多数決論理を取れば、漏洩検知の確信度を
高めることができる。

【００１２】さらに、請求項２記載の本発明のように、
検知対象レグの分割区間毎の圧力を計算し、この精度の
高い圧力計算値に従ってラインパック量の実変化量を求
めることにより、漏洩検知精度がより向上することとな
る。これは、バルブステーション間距離、つまりレグ長
が長い場合において、特に大きな効力を発揮する。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の一実施例に係る漏洩検知装置
のブロック図、図２はこの漏洩検知装置のコンピュータ
によるシミュレーション結果を示す曲線図である。

【００１４】まず、図１において、１ａ〜１ｆはバルブ
ステーションであり、その各々はパイプラインのレグ２
１〜２５の境目に位置している。すなわち、バルブステ
ーション１ａはレグ２１の上流側端部に位置し、バルブ
ステーション１ｂはレグ２１の下流側端部であってレグ
２２の上流側端部に位置し、バルブステーション１ｃは
レグ２２の下流側端部であってレグ２３の上流側端部に
位置し、バルブステーション１ｄはレグ２３の下流側端
部であってレグ２４の上流側端部に位置し、バルブステ
ーション１ｅはレグ２４の下流側端部であってレグ２５
の上流側端部に位置し、バルブステーション１ｆはレグ
２５の下流側端部に位置するものとなっている。

【００１５】各バルブステーション１ａ（／１ｂ／…／
１ｆ）には差圧伝送器３ａ（／３ｂ／…／３ｆ）と圧力
伝送器４ａ（／４ｂ／…／４ｆ）と温度伝送器５ａ（／
５ｂ／…／５ｆ）とが対設されている。差圧伝送器３ａ
はバルブステーション１ａに設けられているバルブ（一
般にはボール弁）の前後の差圧を検出するものであり、
圧力伝送器４ａは同バルブステーション１ａの絶対圧を
検出するものであり、温度伝送器５ａはバルブステーシ
ョン１ａにおけるパイプラインを流れる流体の温度を検
出するものである。他の差圧伝送器３ｂ〜３ｆ、圧力伝
送器４ｂ〜４ｆ及び温度伝送器５ｂ〜５ｆもバルブステ
ーション１ｂ〜１ｆのうちそれぞれ対応するものに対し
同様の処理を行う。

【００１６】これら差圧伝送器３ａ〜３ｆ、圧力伝送器
４ａ〜４ｆ及び温度伝送器５ａ〜５ｆからの検出信号は
、Ａ／Ｄ変換後、一定の時間間隔で電話回線や無線を通
じて監視センタに伝送され、この監視センタのコンピュ
ータによりパイプラインの漏洩検知に供される。

【００１７】すなわち、この監視センタのコンピュータ
においては、ソフトウエアによるタイミング発生手段６
、バルブ駆動制御手段７、質量インバランス演算手段８
、質量インバランス評価手段９、漏洩通知手段１０、バ
ルブ閉鎖制御手段１１等として示される機能により、各
レグ２１（／２２／…／２５）における漏洩の発生や漏
洩流量の検知並びに漏洩発生時の対策処理を行う。タイ
ミング発生手段６は予め設定されたサンプリング時間間
隔でサンプリングタイミング信号を発生する。このサン
プリングタイミング信号に応答してバルブステーション
１ａ〜１ｆの絶対圧力、差圧、温度の計測値が監視セン
タのコンピュータに送られる。

【００１８】バルブ駆動制御手段７は、パイプライン全
圧力損失に大きな影響を及ぼさない程度で、予め設定さ
れたバルブ開度に絞る操作を行なう。パイプライン流量
が少ない場合は大きなバルブ開度をとることができ、バ
ルブ通過流量計算値の精度を上げることができる。

【００１９】質量インバランス演算手段８は、各レグ２
１（／２２／…／２５）の上流端に位置するバルブステ
ーション１ａ（／１ｂ／…／１ｅ）に設けられたバルブ
の流量特性並びにそのバルブの前後における差圧に基づ
いて、予め設定された積算時間での各レグ２１（／２２
／…／２５）への流体の積算流入質量Ｍｉｎ，ｍを求め
、かつ各レグ２１（／２２／…／２５）の下流端に位置
するバルブステーション１ｂ（／１ｃ／…／１ｆ）に設
けられたバルブの流量特性並びにそのバルブの前後にお
ける差圧に基づいて、上記積算時間での各レグ２１（／
２２／…／２５）からの流体の積算流出質量Ｍｏｕｔ，
ｍ　を求めるとともに、各レグ２１（／２２／…／２５
）両端のバルブステーション１ａ，１ｂ（／１ｂ，１ｃ
／…／１ｅ，１ｆ）における絶対圧に基づいて上記設定
時間内における各レグ２１（／２２／…／２５）でのラ
インパック量の変化量ＭＬＰ，Ｍを求め、Ｍｉｎ，ｍ−
Ｍｏｕｔ，ｍ　とＭＬＰ，Ｍとの差、つまり質量インバ
ランスを求めるもので、バルブの流量特性は開度に対応
する流量係数として調べておく。このような質量インバ
ランスの演算式は式（１）〜（４）に示すようなものと
なる。

【００２０】

【数１】 上記式中、Ｇは質量流量、ρは密度、Ａは管内断面積、
Ｘは距離、ｔは時間を示す。また、サフィックスの“ｉ
ｎ”は受入れを、“ｏｕｔ”は受渡しをそれぞれ示す。 サフィックス“ｍ”は各レグ２１（／２２／…／２５）
に対応したナンバである。

【００２１】この式に示された計算の仕方についての概
要は次の通りである。

【００２２】まず、上記サンプリングタイミング毎の各
バルブステーション１ａ（／１ｂ／…／１ｅ）のバルブ
の絞り動作に同期して質量インバランス演算手段８にお
いては、差圧、圧力、温度データを取込み、差圧伝送器
３ａ〜３ｆからの差圧データに基づく各バルブの圧力損
失とその開度における流量係数とから、各バルブを通過
する瞬時流量を求め、これを記憶保持する。そして、現
在から過去に遡って所定の積算時間（上記式中の（ｔ２
　−ｔ１　）に相当）分のデータを加算し（上記（２）
式あるいは（３）式に相当）、各レグ２１（／２２／…
／２５）における積算流入流量Ｍｉｎ，ｍ、積算流出質
量Ｍｏｕｔ，ｍ　を求める。その後、サンプリング毎に
積算流入質量Ｍｉｎ，ｍ、積算流出質量Ｍｏｕｔ，ｍ　
を順次求めていく。

【００２３】また、サンプリングタイミング信号をカウ
ントし、これが所定の積算時間の設定値になった時点で
圧力伝送器４ａ〜４ｆと温度伝送器５ａ〜５ｆからの温
度データとからその時点でのラインパック量を算出、つ
まり上記（４）式の右辺第１項に相当する演算を行い、
その現在値から前回のラインパック量、つまり上記（４
）式の右辺第２項に相当する値を差引いて変化量ＭＬＰ
，Ｍを求める。その後は、サンプリングタイミング毎に
変化量ＭＬＰ，ｍを求めていく。

【００２４】この変化量ＭＬＰ，Ｍについては、パイプ
ラインの各バルブステーションの絶対圧力のみを用いた
圧力−圧力境界条件、あるいは、バルブの通過流量も利
用する流量−圧力境界条件などにより、各バルブステー
ション間レグ１ａ（／１ｂ／…／１ｅ）内流動状態をレ
グ毎に独立にシミュレーションし、シミュレーションの
分割区間毎の圧力をリアルタイムで計算し、ラインパッ
ク計算の精度を上げるようにすることもできる。

【００２５】この計算は、密度ρが場所と時間の関数で
あることから、運動量保存則や連続量保存則を利用して
方程式を立て、これを解いてレグ内圧力分布を求める。 そして、その各分割区間毎の圧力で分割区間毎にライン
パック量を計算し、これを総合してレグ全体のラインパ
ック量とするものである。

【００２６】このようにして実際のラインパック量を計
算することにより、ラインパック量の実際の変化量の計
算精度が上がり、もって漏洩検知精度を向上させること
ができる。特に、バルブステーション間が長いほど効果
が大きい。

【００２７】以上のようにして、積算流入流量Ｍｉｎ，
ｍ、積算流出質量Ｍｏｕｔ，ｍ　およびラインパック変
化量ＭＬＰ，Ｍが求まると、積算流入流量Ｍｉｎ，ｍと
積算流出質量Ｍｏｕｔ，ｍ　との差である仮定変化量か
ら実変化量ＭＬＰ，Ｍを差引いて質量インバランスＭを
求める（上記（１）式に相当）。

【００２８】質量インバランス評価手段９は、このよう
にして求めた質量インバランスＭＬＰ，Ｍが一定の誤差
の影響を考慮した漏洩宣言レベルを越えているか否か判
定し、その判定信号を出力する。その結果は漏洩通知手
段１０やバルブ閉鎖制御手段１１などに伝送される。

【００２９】漏洩通知手段１０は評価手段９における判
定結果において質量インバランスＭが漏洩宣言レベルを
越えているときには、漏洩発生レグ通知信号、漏洩度合
通知信号を出力する。これにより、監視センタのモニタ
には該当レグでの漏洩発生ならびにその程度が表示され
る。

【００３０】バルブ閉鎖制御手段１１は評価手段９の判
定結果において質量インバランスＭが漏洩宣言レベルを
越えているときにその漏洩発生レグの両端バルブステー
ションにおけるバルブの閉鎖指示を出力することとなる
。

【００３１】図２は１８”ライン，２５４ｋｍ，３．２
５＊１０６　Ｓｍ３　／Ｄａｙ（１００％負荷）の天然
ガスパイプラインにおいて、パイプライン入口を一定圧
力（７０ｋｇ／ｃｍ２　Ｇ）とし、パイプラインの出口
に負荷変動を与えた状態で、パイプライン中間部（レグ
８の上流から１．７５ｋｍ地点）に約４．９％の漏洩を
発生させるとともに、複数種の積算時間（上記積算時間
に相当するもので、ここでは、５分間、１０分間、２０
分間）を設定し、各積算時間の積算開始時刻を、サンプ
リングタイミング毎に移動しながら各積算時間分ずつ積
算するようにしたときの質量インバランスの変化の様子
を示したものである。Ｉ５　は積算時間５分、Ｉ１０は
積算時間１０分、Ｉ２０は積算時間２０分にときの各質
量インバランス、Ｑは漏洩流量を示している。

【００３２】ここで、各質量インバランスは、各積算時
間で除し、流量換算になおし、さらに１００％負荷の流
量に対する流量％で表示した。

【００３３】このグラフを見れば、漏洩発生により質量
インバランスが増加して次第に漏洩流量に近づいており
、これを予め設定した漏洩宣言レベルと比較することに
より漏洩検知が可能となるのがわかる。

【００３４】また、質量インバランスは漏洩の度合いと
関連して上下する値であり、よって漏洩流量の検知も可
能である。

【００３５】さらに、複数の時間間隔で質量インバラン
スを求めているため、それら各々による質量インバラン
ス判定結果について多数決論理を取る等の処理を施せば
漏洩検知の確信度を高めることができる。

【００３６】さらにまた、検知対象レグの分割区間毎の
圧力を計算し、この精度の高い圧力計算値に従ってライ
ンパック量の実変化量を求めれば、バルブステーション
間距離、つまりレグ長が長い場合であっても高精度な漏
洩検知が可能となる。

【００３７】以上説明した本発明は、上記実施例に限定
されることはなく、気液二相流、固液二相流、固気二相
流、固液気三相流、非ニュートン流れなどのあらゆる流
れの配管系の漏洩検知に適用可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、バ
ルブステーションのバルブを流量計として利用し、デー
タを取込む際に、このバルブを若干絞ることにより、バ
ルブの絞り具合で、あたかもオリフィスを設けた如く圧
力損失を生じさせて、バルブ前後の差圧を十分に取るよ
うにすることができるので、低圧力損失の箇所や低流量
運転時であっても漏洩検知精度が向上する。よって、従
来の流量−圧力境界条件でパイプライン流動状態をシミ
ュレーションする方法や、圧力−圧力境界条件を利用す
る方法に比べて性能が向上していることは明らかである
。また、積算時間を複数種設定し、その各種積算時間で
の質量インバランスを求め、それぞれ評価して漏洩検知
を行うようにすることにより、漏洩検知の確信度を高め
ることができる。さらに、請求項２記載の本発明のよう
に、検知対象レグの分割区間毎の圧力を計算し、この精
度の高い圧力計算値に従ってラインパック量の実変化量
を求めることにより、レグ長が長い場合においても高精
度な漏洩検知が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る漏洩検知装置のブロッ
ク図。

【図２】本発明による漏洩発生時の質量インバランスの
変化の様子を示すグラフ。

【符号の説明】

１ａ〜１ｆ　　流量計として使用するボール弁２１〜２
５　　レグ ３ａ〜３ｆ　　差圧伝送器 ４ａ〜４ｆ　　絶対圧伝送器 ５ａ〜５ｆ　　温度伝送器 ８　　質量インバランス演算手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】検知対象レグの上流端に位置する上流側バ
   ルブステーションに設けられた上流端バルブの前後差圧
   、該上流側バルブステーションの絶対圧ならびに該上流
   側バルブステーションにおける流体の温度を検出する上
   流側検知手段と、前記検知対象レグの下流端に位置する
   下流側バルブステーションに設けられた下流端バルブの
   前後差圧、該下流側バルブステーションの絶対圧ならび
   に該下流側バルブステーションにおける流体の温度を検
   出する下流側検知手段と、前記上流端バルブの流量特性
   ならびに前記上流側検知手段の差圧出力に基づいてプリ
   セット積算時間における前記検知対象レグへの前記流体
   の積算流入質量を算出し、かつ前記下流端バルブの流量
   特性および前記下流側検知手段の差圧出力に基づいて前
   記積算時間における前記検知対象レグからの前記流体の
   積算流出質量を算出し、これら積算流入質量と積算流出
   質量との差を前記検知対象レグでの前記積算時間内にお
   けるラインパック量の仮定変化量として求める仮定変化
   量算出手段と、前記上流側検知手段ならびに前記下流側
   検知手段の絶対圧出力ならびに温度出力に基づいて前記
   積算時間内における前記検知対象レグでのラインパック
   量の実際の変化量を求める実変化量算出手段と、前記仮
   定変化量と前記実変化量との質量インバランスを求める
   質量インバランス算出手段と、該質量インバランスに基
   づき前記検知対象レグにおいて前記流体の漏洩が発生し
   ているか否かを判定する判定手段と、を備えているパイ
   プラインの漏洩検知装置。
2. 【請求項２】実変化量算出手段は、上流側検知手段なら
   びに下流側検知手段の出力を用いて検知対象レグ内の流
   動状態を圧力−圧力境界条件及び流量−圧力境界条件の
   うちの少なくとも一方によりシミュレーションすること
   で該検知対象レグの分割区間毎の圧力を計算し、該圧力
   計算値に従ってラインパック量の実変化量を求めるよう
   になっている請求項１記載のパイプラインの漏洩検知装
   置。