JPH05223656A - 流体流通管路における温度異常検出構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＬＮＧパイプラインや高温蒸気配管の如き流
体流通管路において、その管路にラマン散乱型光ファイ
バ式温度センサの光ファイバを沿わせておいて、流体の
漏洩、流出による周囲の温度異常を検出して、事故発生
位置を判別するにあたり、管路の各区間の境界付近での
温度異常発生位置を正確に検出する。 【構成】 各区間ごとに独立に別の検出系統の光ファイ
バを沿わせ、各区間境界を含む区間境界領域では一方の
側の区間の光ファイバの一部と、他方の側の区間の光フ
ァイバとが重複して沿わされるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、液化天然ガス（ＬＮ
Ｇ）の如き低温流体、あるいは高温蒸気の如き高温流体
など、各種流体を輸送、流通させるためのパイプライン
や配管において、その管路の異常を温度によって検出す
るための流体流通管路における温度異常検出構造に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】液化天然ガス等の流体輸送用パイプライ
ンにおいては、輸送用管体における亀裂の発生や管体の
損傷、破壊などによって内部を流れる流体が外部へ吹き
出せば、大事故に至る危険がある。またプラント設備や
工場において各種化学品や薬品等の液体や各種ガスある
いは高温蒸気等を輸送する配管においても同様な問題が
ある。さらに、ビル等における暖房用の配管その他の熱
交換設備などにおいては、管体からの高温熱媒体の漏出
は、大事故は招かないまでも、暖房効率、熱交換効率の
低下などを招くおそれがある。したがってこれらの流体
流通管路においては、内部を流通する流体の漏洩、流出
があった場合にその部分の修理等を迅速に行なうべく、
その漏洩、流出のあった位置を直ちに検出することが望
まれる。

【０００３】前述のような流体輸送用、流体流通用のパ
イプラインや配管などの管路においては、大気温度と一
定の温度差がある流体を輸送、流通させる場合が多い
が、そのような管路においては、管路の近傍の温度を検
出することによって、管路内を流れる流体の管路外への
漏洩、流出を検出することが可能である。例えばＬＮＧ
輸送用のパイプラインでは、ＬＮＧ自体が極低温である
から、管路内のＬＮＧが管体の亀裂の発生などにより管
路外へ漏洩、流出すれば、その付近の温度が急激に低下
するから、管路の長さ方向の温度分布を常時監視してお
くことによって、ＬＮＧの漏洩箇所を検出することがで
きる。また高温蒸気などの高温媒体の配管においては、
逆に漏洩箇所付近で温度上昇が生じることから、管路の
長さ方向の温度分布を常時監視しておくことによって、
高温媒体の漏洩箇所を検出することができる。

【０００４】ところで管路の長さ方向の温度分布を監視
し得るセンサとしては、ラマン散乱型光ファイバ式分布
温度センサが知られており、このような分布型温度セン
サを電力ケーブル線路における地絡事故発生地点検出に
用いた例として、例えば特開平１−２６７４２８号公報
に示されるシステムがある。

【０００５】前述のようなラマン散乱型光ファイバ式分
布型温度センサによる温度分布計測原理は次の通りであ
る。すなわち、光フィバに光を入射すれば、光ファイバ
内のわずかな屈折率のゆらぎや光ファイバを構成する分
子、原子による吸収、再発光などによる光の散乱が生じ
る。この散乱光には、入射光と同じ波長の光であるレー
レ散乱光と、入射光とは異なる波長の光であるラマン散
乱光とがある。後者のラマン散乱光は、光ファイバを構
成する分子、原子の熱振動により発生する散乱光で、そ
の強さは温度に大きく依存する。そこで入射光として特
定波長のパルス光（通常はレーザパルス）を使用し、散
乱光により光が戻ってくるまでの時間の遅れとラマン後
方散乱光の強さを検出することで、光ファイバの長さ方
向各位置の温度を計測することができるのである。した
がってこのようなラマン散乱型光ファイバ式分布型温度
センサの温度検出部である光ファイバを、前述のような
パイプラインや配管の管路に沿わせておけば、管体の亀
裂発生や損傷、破壊などによって管路内を流れる流体が
管路外へ漏洩、流出した場合の管路外側での温度異常を
検出し、その異常発生位置を知ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところでパイプライン
等の管路の保守については、長距離の管路の全長にわた
って同一の担当部署や担当者が保守・管理を行なうこと
は稀であり、一般にはパイプラインの管路が複数の保守
区間に分けられて、各保守区間について別の部署あるい
は保守責任者が担当するのが通常である。このような場
合、パイプライン等の管路の保守管理については、温度
異常が生じた箇所がいずれの保守区間に属するものかを
知る必要があり、特に保守区間の境界近傍ではいずれの
側の保守区間で温度異常が生じたかを正確に知る必要が
ある場合が多い。

【０００７】また一方、工場の建屋内やビル内における
配管では、高温蒸気や暖房用熱媒体などを流通させる配
管が各室間の壁を貫通して複数の部屋に引廻されること
が多いが、この場合、温度異常がいずれの部屋で生じた
かを知る必要があり、特に各室間の境界である壁の付近
では、いずれの側の部屋で温度異常が生じたかを正確に
知る必要がある場合が多い。

【０００８】前述のようなラマン散乱型光ファイバ式分
布型温度センサは、その光ファイバの長さ方向の温度分
布を検出することは可能ではあるが、実際上その距離分
解能、特に温度異常が生じた位置の点検出精度はそれほ
ど高くはなく、したがってこのような温度センサの光フ
ァイバを単純に管路に沿わせただけでは、温度異常の発
生位置が前述のようなパイプラインにおける保守区間境
界付近でいずれの側の区間で生じたかを正確に検出した
り、また前述のような複数の部屋に引廻される配管での
温度異常箇所が隣り合う各部屋間の境界付近におけるい
ずれの側の部屋に属するかを正確に検出したりすること
は極めて困難であった。

【０００９】この発明は以上の事情を背景としてなされ
たもので、パイプラインや配管などの流体流通用管路に
おける温度異常を、ラマン散乱型光ファイバ式分布型温
度センサを用いて検出するにあたり、その流体流通管路
における保守区間の境界位置付近や各部屋の境界位置付
近で、温度異常の発生位置を正確に検出することができ
るようにすることを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、ラマン散乱
型光ファイバ式分布型温度センサの温度検出部である光
ファイバを流体流通管路に沿わせ、流体流通管路におけ
る温度異常位置を検出するための流体流通管路における
温度異常検出構造において、流体流通管路がその長さ方
向に複数の区間に区分されており、かつそれぞれの区間
において互いに独立の光ファイバが流体流通管路に沿う
ように布設され、しかも各区間相互の境界付近において
は、隣り合う二つの区間のうち一方の区間に沿わされた
光ファイバの一部と他方の区間に沿わされた別の光ファ
イバの一部との両者が、重複して沿わされていることを
特徴としている。

【００１１】

【作用】この発明の温度異常検出構造では、流体流通管
路における区間境界付近の領域（以下これを区間境界領
域と記す）において、隣り合う二つの区間における一方
の区間の管路に沿わされた検出用の光ファイバの一部
と、他方の区間の管路に沿わされた別の検出用の光ファ
イバの一部とが重複して沿わされている。したがってそ
の区間境界領域内において管体内からの流体の漏洩、流
出等の事故により異常な温度変化が生じた場合には、異
なる２本の光ファイバによってその温度変化のピーク位
置すなわち異常発生位置が検出されることになる。この
ように異なる２本の光ファイバによって異常発生位置が
検出されれば、その検出精度が、一本の光ファイバのみ
によって検出する場合と比較して格段に高くなる。例え
ば、１本の光ファイバによって得られる温度変化のピー
ク位置が必ずしも明確にあらわれていない場合でも、２
本の光ファイバからの情報を重ねることによって明確化
することができ、あるいはまた光ファイバから得られた
温度ピーク位置情報が真の位置からずれているような場
合でも、２本の光ファイバで得られた位置情報を平均化
することによって誤差を少なくすることができる。した
がって区間境界領域内での異常発生位置を高精度で検出
して、その異常発生位置がいずれの区間に属するかを正
確に判別することができる。

【００１２】

【実施例】図１に、この発明の実施例の全体的な構成を
模式的に示し、図２、図３にその要部を示す。

【００１３】図１において、流体流通管路１は、例えば
ＬＮＧ等を輸送するめたのパイプラインの管路、あるい
は高温蒸気や熱媒体、その他各種流体を輸送、流通させ
るための配管の管路であり、この流体流通管路１はその
長さ方向に複数の区間２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄに区分さ
れている。これらの区間２Ａ〜２Ｄは、例えばパイプラ
インにおける各保守区間に相当し、また工場建屋内やビ
ル内における各部屋に相当する。したがって区間２Ａ〜
２Ｄの間の境界（区間境界）３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、それ
ぞれ保守区間の境界あるいは各部屋の境界（壁）などに
相当する。そしてこの各区間境界３Ａ〜３Ｃを含むその
両側の所定長さの範囲が区間境界領域４Ａ，４Ｂ，４Ｃ
とされている。

【００１４】各区間２Ａ〜２Ｄには、それぞれ別の光フ
ァイバ５Ａ〜５Ｄが流体流通管路１に沿うように布設さ
れている。これら光ファイバ５Ａ〜５Ｄは、それぞれ分
布型温度センサ計測部６Ａ〜６Ｄに接続されており、か
つこれらの分布型温度センサ計測部６Ａ〜６Ｄは、ホス
トコンピュータ９に接続されている。ここで、各光ファ
イバ５Ａ〜５Ｄは、それぞれの布設距離が各区間２Ａ〜
２Ｄの距離よりも長く定められており、各光ファイバ５
Ａ〜５Ｄの一部、すなわち先端部もしくは流体流通管路
１に沿わせはじめの部分が区間境界領域４Ａ〜４Ｃに沿
わせられている。したがって各区間境界領域４Ａ〜４Ｃ
には、それぞれ２本の光ファイバが沿わされていること
になる。具体的には区間境界領域４Ａもしくは区間境界
領域４Ｃにおいては、図２に示すように、光ファイバ５
Ａ，５Ｂの両者もしくは光ファイバ５Ｃ，５Ｄの両者に
おける流体流通管路１に対する沿わせ始めの部分が重複
して沿わされており、また区間境界領域４Ｂにおいて
は、図３に示すように、光ファイバ５Ｂ，５Ｃの両者の
先端部が重複して沿わされている。

【００１５】各光ファイバ５Ａ〜５Ｄが接続されている
分布型温度センサ計測部６Ａ〜６Ｄの具体的構成は一般
的なものと同様であれば良いが、通常は図４に示すよう
に構成される。すなわちこの計測部６Ａ〜６Ｄは、光フ
ァイバに入射光としてレーザパルス光を与えるととも
に、光ファイバから戻るラマン後方散乱光を分離してこ
れを受光しかつ増幅・平均化するためのものであって、
図４に示しているように、入射光としてのレーザパルス
光を発振するためのレーザ光源１０と、そのレーザ光源
１０を駆動するための駆動回路１１と、光ファイバ５Ａ
〜５Ｄから戻る反射散乱光からラマン散乱光を分離する
ための分離用分波器１２と、ラマン散乱光中におけるラ
マン光以外の光成分をカットするためのカット用分波器
１３と、そのカット用分波器１３から出力されるラマン
散乱光を電気信号に変換するための受光素子１４と、受
光素子１４からの電気信号を増幅するためのアンプ１５
と、電気信号のＳ／Ｎ比改善のための平均化回路１６と
によって構成されている。そして各計測部６Ａ〜６Ｄの
出力信号（平均化回路１６の出力信号）はホストコンピ
ュータ９へ与えられ、またホストコンピュータ９からの
制御のための信号が計測部６に与えられる。このホスト
コンピュータ９においては、計測部６Ａ〜６Ｄからの電
気信号を演算処理して各光ファイバ５Ａ〜５Ｄにおける
長さ方向の温度分布が求められ、さらにその温度ピーク
位置、すなわち温度上昇ピーク位置もしくは温度低下ピ
ーク位置が求められる。このとき、前述のように区間境
界領域４Ａ〜４Ｃでは、２本の光ファイバの各一部が重
複して沿わされているから、その部分については、２本
の光ファイバからの信号により得られた情報をホストコ
ンピュータ９において演算処理して、高精度で温度ピー
ク位置を求めることができる。

【００１６】例えば、流体流通管路１がＬＮＧ等の低温
流体を輸送、流通させる管路であるとすれば、管体の亀
裂発生や損傷あるいは破壊などによって低温流体の漏
洩、流出事故が発生した場合には、その漏洩、流出によ
る周囲温度の低下を光ファイバ５Ａ〜５Ｄのいずれかが
検出することになるが、その事故発生位置が特に区間境
界３Ａ〜３Ｃのいずれかの近傍である場合、その区間境
界を含む区間境界領域では２本の光ファイバがその温度
低下ピーク位置を検出するため、温度低下ピーク位置す
なわち事故発生地点を正確に検出して、事故発生地点が
いずれの側の区間に属するかを正確に判断することがで
きる。ここで、各区間２Ａ〜２Ｄが保守のために定めら
れた区間（保守区間）であれば、事故発生地点がいずれ
の保守区間に属しているかを正確かつ迅速に認識して、
修理作業等を迅速かつ円滑に行なうことが可能となる。

【００１７】また例えば流体流通管路１が、高温蒸気や
その他の熱媒体の如き高温流体を流通させる管路である
とすれば、管路の管体の亀裂発生等により高温流体の漏
洩事故が発生した場合には、その位置で周囲の温度が上
昇し、これが光ファイバ５Ａ〜５Ｄのいずれかによって
検出されることになるが、その事故発生位置が特に区間
境界３Ａ〜３Ｃのいずれかの近傍である場合、その区間
境界を含む区間境界領域では２本の光ファイバがその温
度上昇ピーク位置を検出するため、温度上昇ピーク位置
すなわち事故発生位置を正確に検出して、事故発生地点
がいずれの側の区間に属するかを正確に判別することが
できる。ここで、各区間２Ａ〜２Ｄがそれぞれ工場建屋
内やビル内の各部屋に対応して定められている場合に
は、事故がいずれの部屋で生じたかを正確かつ迅速に認
識して、修理作業等を迅速かつ円滑に行なうことができ
る。またもちろん、各壁間の境界である壁内で事故が発
生した場合でも、その壁内で発生したことを正確に検出
することができる。

【００１８】なお、流体流通管路１に光ファイバ５Ａ〜
５Ｄを沿わせる具体的態様は任意であるが、例えば図
２、図３に示されているようにその長さ方向に沿って直
線状に沿わせて図示しない適宜の支持手段によって支持
させたり、あるいは図５に示すように螺旋状に巻付けた
りすれば良い。またここで各区間境界領域４Ａ〜４Ｃに
おいて各２本の光ファイバの一部を重複させて沿わせる
とは、各区間境界領域４Ａ〜４Ｃの同じ側において２重
に光ファイバを重ね合わせもしくは隣り合わせ状に配列
する場合に限らず、例えば各区間境界領域４Ａ〜４Ｃに
おいて流体流通管路１の反対側の面に配列する場合も含
むものとする。

【００１９】

【発明の効果】この発明の流体流通管路における温度異
常検出構造によれば、ラマン散乱型光ファイバ式分布型
温度センサの温度検出部である光ファイバを流体流通管
路に沿わせておいて、管路内の液体の漏洩、流出などに
よる温度異常の発生位置を検出するにあたり、流体流通
管路における区間境界付近の領域に、異なる２系統の検
出用光ファイバの各一部が重複して沿わされているた
め、その領域では２本の別の光ファイバによって温度ピ
ーク位置すなわち液体の漏洩、流出等の事故発生位置が
検出され、したがってその位置を高精度で検出すること
ができ、またそのため事故発生位置が隣り合う区間のい
ずれで発生したかを容易に判別することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の流体流通管路における温度異常検出
構造の全体構成を示す略解図である。

【図２】図１の一部を拡大して示す正面図である。

【図３】図１の他の部分を拡大して示す正面図である。

【図４】この発明の温度異常検出構造に使用される計測
部の一例を示すブロック図である。

【図５】この発明の温度異常検出構造の要部の他の例を
示す正面図である。

【符号の説明】

１ 流体流通管路 ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ 区間 ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ 区間境界 ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ 区間境界領域 ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ 光ファイバ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ラマン散乱型光ファイバ式分布型温度セ
   ンサの温度検出部である光ファイバを流体流通管路に沿
   わせ、流体流通管路における温度異常位置を検出するた
   めの流体流通管路における温度異常検出構造において、 流体流通管路がその長さ方向に複数の区間に区分されて
   おり、かつそれぞれの区間において互いに独立の光ファ
   イバが流体流通管路に沿うように布設され、しかも各区
   間相互の境界付近においては、隣り合う二つの区間のう
   ち一方の区間に沿わされた光ファイバの一部と他方の区
   間に沿わされた別の光ファイバの一部との両者が、重複
   して沿わされていることを特徴とする、流体流通管路に
   おける温度異常検出構造。