JPH0774769B2

JPH0774769B2 - ガスパイプラインの漏洩検知方法

Info

Publication number: JPH0774769B2
Application number: JP59275257A
Authority: JP
Inventors: 秀和堀籠; 隆広大西; 誠山岸
Original assignee: 日本鋼管株式会社
Priority date: 1984-12-25
Filing date: 1984-12-25
Publication date: 1995-08-09
Anticipated expiration: 2010-08-09
Also published as: JPS61153099A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明はガスパイプラインにおけるガスの漏洩を検知
するガスパイプラインの漏洩検知方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、液体輸送パイプラインについては各種の漏洩検知
方法が提唱されているが、液体輸送パイプラインとガス
パイプラインには以下のような大きなちがいがあるた
め、液体輸送パイプラインに対して提唱されている漏洩
検知方法をそのままガスパイプラインに適用することは
できない。

（１）ガスは圧縮性流体であるため、パイプライン内
のラインパック量にダイナミックな変動がある。

このため液体パイプラインでは現われない次のような現
象がみられる。

例えば、一端での圧力、流量等の変化の影響が他端に現
われるのにかなり時間がかかる。しかもその影響はパイ
プライン内を伝播していく途中で減衰・拡散し、かなり
なまった形で到達する。当然ながら両者の同期はとれ
ず、また単純に一定時間の時間遅れをもって現われるも
のではない。

（２）漏洩発生により生ずる圧力、流量等の変化は液
体の場合に比べてはるかに小さく、通常操業下で常に生
じている様々の変動との識別がきわめて困難である。ま
た、変化の伝播していく時間も液体の場合よりはるかに
遅い。そこで、ガスパイプラインの漏洩検知の現状は以
下のようである。

従来、ガスの漏洩検知は漏洩したガス成分を直接センサ
で感知するガス検知器を用いた方法が主流でヤード内で
あれば、漏洩したガスを浮遊する確率の高い所へガス検
知器を設置し、また、ガスパイプラインであれば、バル
ブハウス内へガス検知器を設置、又はガス検知器を備え
たパトロールカーで巡回して監視しているのが現状であ
る。

また、ガスが漏洩するときに漏洩孔で発する漏洩音を可
搬型のマイクロホンで捕らえようとする方法が報告され
ている。

ガスパイプラインの操業上は発基地、着基地またはパイ
プライン途中の圧力を計測し、その上限、下限設定値と
して比較して異常を発見した場合に間接的に漏洩を判断
している程度で、大量の漏洩でなければ検知できないの
が通例である。

また、設定値はオペレータ個人の経験に依存している例
が多い。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような従来の方法では、漏洩ガスのセンサによる
直接検知、漏洩音の捕獲の場合、検知のために多大の労
力を要し、かつ、パイプラインの全域の連続的な監視が
できない。また、圧力下限値の監視により検知できる漏
洩量はきわめて大量な漏洩に限られると言う問題点があ
った。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、ガスパイプラインにおけるガスの漏洩を確実に検
知できるようにしたガスパイプラインの漏洩検知方法を
得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るガスパイプラインの漏洩検知方法は、ガ
スパイプラインの全部の出入口について時々刻々流入量
Qinと流出量Qoutを測定し、測定された上記流入量Qinと
上記流出量Qoutのおのおのを所定積算時間積算し、流量
差 Σ∫Qdt＝Σ∫Qindt−Σ∫Qoutdt を上記所定積算時間が経過するごとに演算し、この流量
差が所定の範囲から逸脱した時ガスの漏洩があると判断
するに際し、予め上記ガスパイプラインの正常時の流量
データに基づき上記流量差と積算流入量との比 Σ∫Qdt/Σ∫Qindt＝FD^＊を演算し、その結果に基づきFD^＊の平均値の少なくとも
上にFD^＊の標準偏差の所定倍の幅の変動限界を求めてお
き、所定時間ずつずれた時点を積算開始時刻として上記
流入量と上記流出量とを積算し、各積算時間が上記所定
積算時間に達するごとに上記FD^＊を算出し、上記FD^＊が
上記変動限界を逸脱していれば漏洩があると判断するも
のである。

〔作用〕

ガスパイプラインが正常な場合は上記流量差はある特定
の幅をもって変動しているが、ガスの漏洩があると上記
特定の変動幅から逸脱する。

したがって、この発明においては、流量差と積算流入量
Σ∫Qindtとの比であるFD^＊を演算し、その結果にもと
づきFD^＊の平均値の少なくとも上にFD^＊の標準偏差の所
定倍の幅の変動限界を求めておき、所定時間ずつずれた
時点を積算開始時刻として流入量と流出量とを積算し、
各積算時間が上記所定積算時間に達するごとにFD^＊を算
出し、FD^＊が変動限界を逸脱していれば漏洩があると判
断する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図はガスパイプラインをモデル化して示した説明図
で、入口が全部で２箇所、出口が全部で２箇所の例を示
す。第１図において、Qin1及びQin2はガスパイプライン
（１）の入口（1a1）及び（1a2）から流入する流入量、
Qout1及びQout2はガスパイプライン（１）の出口（1b
1）及び（1b2）から流出する流出量を示す。

第２図は各入口及び各出口の時間に対する流量変動を示
すグラフで、流入量Qin1,Qin2と流出量Qout1,Qout2を時
々刻々測定し、横軸を実時間、縦軸を流量として示した
ものである。図示のように供給元の流量コントロール、
需要側の負荷変動などによって大きく変動している。

第３図は上記FDを縦軸に横軸を実時間としてFDの変動を
示したグラフである。図示のように、ガスパイプライン
が正常な場合FDはほぼ±３σの巾をもって変動してい
る。ところがガスパイプライン漏洩があると、点線で示
すように平均値Ｍがずれてくる。ここで図示のように＋
側へずれる理由は以下の通りである。例えば、第１図に
おける入口（1a2）と出口（1b2）との間で漏洩があった
とすると、（1a2）から（1b2）の間における圧力が下る
のでQout2がふえることはない。また、圧力が下るのでQ
in2が減ることはない。したがって、流入量はふえる方
向で流出量は減る方向になる。以上のことからFDは＋側
へずれる。したがって、上記変動の巾を逸脱したときガ
スの漏洩があったと判断することができる。なお、この
FDの集合は正規分布をしているものとする。

FDの平均値Ｍは積算時間によって増減するガス漏洩によ
るFDおよび計器の器差などによるFDを含み、また、FDの
分布を示すFDの標準偏差値は、パイプラインのラインパ
ックされているガス量変動によるFD、計器の繰り返し誤
差によるFDおよび流量補正計算の誤差によるFDを含んで
いると考えられる。これらの値は積算時間に対して第４
図のように表わされる。すなわち、平均値Ｍはほぼリニ
アに上昇する直線で表わされ、標準偏差σはある所で飽
和すると考えられる。ここで、第４図に示されたＭは積
算時間を変化させて、例えば、１Δtd,2Δtd,3Δtdのよ
うに長くして、夫々の積算時間について求めたFDの平均
値Ｍを示すものである。これに対し、第３図の実線はあ
る特定の積算時間１Δtdで積算して得られるFDを時系列
的にプロットし、これを実線で結んだものである。Ｍは
その平均値で、横軸は実時間である。

次に、第４図でＭがΔtdが長くなる程大きくなる理由に
ついて説明する。

流量を計測した場合、同じ流量を計測しても、例えばＡ
の流量計による計測結果は10.01m³/HでＢの流量計によ
る計測結果は10.00m³/Hという具合に、夫々異なった値
を示す。これをこの明細書では誤差などといっている。
すなわち、各入口と各出口で流量を計測した場合器差な
どが発生する。

この誤差などは単位時間毎に発生するものであるから、
時間積算すると増加していく。この器差などによって生
ずるFDの値のためＭは積算時間Δtdが長くなる程大きく
なる。

また、標準偏差σが飽和する点は、あるガスパイプライ
ンについて実測したデータにより計算した結果に基づい
ている。

なお、第４図において平均値Ｍは絶対値を示している。

ここで、 FD＝Σ∫Qdt＝Σ∫Qindt−Σ∫Qoutdt Σ∫Qindtは流入量の時間積算値の総和、 Σ∫Qoutdtは流入量の時間積算値の総和である。

次に、第４図のグラフは、積算時間が多くなる程Ｍが大
きくなって行きわかりにくいので、さらに縦軸をΣ∫Qi
ndtで割った値にしてグラフをかくと第５図のようにな
る。なお、以下、FD/Σ∫QindtをFD^＊と記す。また、第
５図に示すｍはFD^＊の平均値、σ^＊はFD^＊の標準偏差で
ある。なお、平均値ｍは絶対値を示している。

第５図においてFD^＊は積算時間Δtdの増加に伴い、FD^＊
の平均値ｍに近づくと考えられる。その理由を以下に説
明する。

先ず、平均値ｍについて考えると、FDの平均値Ｍに含ま
れる器差などは、Δtdの増加と共に増加するが、その誤
差が常に一定割合を保つと考えられるため、パイプライ
ン全体に流入するガス量に対して一定比率になる。この
ことから平均値ｍはΔtdに関係なくほぼ一定値になると
考えられる。

以下この点について具体的に説明する。FD^＊＝（Σ∫Qi
ndt−Σ∫Qoutdt）／Σ∫Qindtであり、Σ∫Qindt/Σ∫
Qindtは定数になる。Σ∫Qoutdt/Σ∫Qindtについて
は、わかりやすくするため入口が１つで出口が１つの場
合について考える。つまり、第１図において1a2を外
し、出口1b1を外した状態のガスパイプラインについて
考える。

流入量の積算値∫Qindtが11m³、流出量の積算値∫Qoutd
tが10m³であるとすると、1m³が器差などによるFDにな
り、∫Qoutdt/∫Qindt＝10/11になる。

積算時間を２倍にすると、∫Qindt＝22m³、∫Qoutdt＝2
0m³、器差などによるFDは2m³になるが、∫Qoutdt/∫Qin
dt＝20/22＝10/11になり、∫Qoutdt/∫Qindtは一定比率
になる。

以上のことから、FD^＊の平均値ｍは積算時間Δtdの長さ
に関係なくほぼ一定値になる。

次に、σ^＊について考える。

σ^＊は定性的にはσ／Σ∫Qindtという要素になると考
えられる。そして、σは積算時間Δtdが長くなると飽和
して一定値になる。一方、∫QindtはΔtdが長くなれば
大となるから、σ／Σ∫QindtはΔtdが長くなれば零に
近づく。

以上説明したように、平均値ｍはΔtdが増大しても、一
定値を保持する。また、FD^＊の振れ幅を示すσ^＊はΔtd
が増大すると零に近づく。

以上により、FD^＊はΔtdが増大すればFD^＊の平均値ｍに
近づくことがわかる。

なお、第５図は第４図と同様に、あるガスパイプライン
について実測したデータにより計算した結果に基づいて
いる。

なお、FD^＊はFDと同様の正規分布になっているとする。

第５図はガス漏洩が発生していないガスパイプラインに
おけるFD^＊の平均値、標準偏差とΔtdの関係を示し、9
9.7％確率のFD^＊は、その平均値ｍを中心に±３σ^＊の
範囲におさまる。

いま、ガスパイプラインのFDを積算時間Δtd₀で測定し
ているものとすると、正常なFD^＊は第６図の実線のよう
に99.7％の確率をもってm₀±３σ_０ ^＊の範囲で変動す
る。こパイプラインに３σ_０ ^＊％のガス漏洩が発生した
とすると、漏洩発生時のFD^＊は正常なFD^＊に比べて、そ
の標準偏差は変わらないで平均値だけが３σ_０ ^＊％平行
移動すると考えられるので、この99.7％確率のFD^＊は
（m₀＋３σ_０ ^＊）±３σ_０ ^＊の範囲で変動し、49.85％
＝99.7/2の確率でFD^＊は、m₀＋３σ_０ ^＊の線を越える。
（第６図の破線参照）m₀＋３σ_０ ^＊の線を越えたFD^＊は
正常なFD^＊変動（m₀±３σ_０ ^＊）に対して明らかに異常
な値であって、漏洩を意味するものである。

したがって、漏洩が発生していない正常なガスパイプラ
インのFD^＊の変動限界m₀±３σ_０ ^＊を、99.7％確率でFD
^＊が越えるガス漏洩率は６σ_０ ^＊％である。（第６図二
点鎖点参照）なお、第６図において、サフィクッス０は一例を示すと
いう意味のサフィックスである。また、横軸のｔは実時
間を示している。

ガスパイプラインの検知できる漏洩率とその最低流量積
算時間は第５図から求めることができ、積算時間を長く
とれば漏洩検知能力は増大することがわかる。

次に、FD^＊の大きさの要因について検討すると、第７図
に示すようにＩおよびIIの２つに分けることができる。

なお、第７図は横軸を積算時間Δtd縦軸をFD^＊として第
５図に基づいてｍ＋３σ^＊の曲線をかいたものである。

ＩのFD^＊の要因は、流出入する流量変動によって生ずる
ラインパックガス量変動が主であり、この値は積算時間
Δtdの増加によって減少する。

IIのFD^＊の要因は、パイプラインに取り付いている計器
全体の器差などによるのが主であり、その割合は流量に
対して常に一定であるため、この値は積算時間Δtdに依
存せず、一定値になる傾向にある。

ＩのFD^＊は設備の運転状況などのより決まる値であるの
で、漏洩検知を実施する上で避けきれないFD^＊の大きさ
である。しかしIIのFD^＊は設備の仕様（計装設備の種
類、数など）によって決まる値であるが、その値はΔtd
に対して一定値になると考えられるので、IIのFD^＊は計
器の器差などを考慮して、補正することができる。い
ま、FD^＊の平均値ｍを補正したとすると、つまり、FD^＊
からｍを引いたとすると、第７図のFD^＊はｍ＋３σ^＊の
範囲から＋３σ^＊の範囲に移行する。これを第８図に示
す。

この第８図において実線は＋３σ^＊のラインであるか
ら、このラインを越えれば漏洩が発生したことになる。

一方、第６図から正常な状態と漏洩のある状態とを完全
に（99.7％の確率で）区別するためには、正常な状態か
ら６σ^＊（３σ^＊×２）の変動が必要になる。その時の
漏洩率は６σ^＊％になる。

第８図において、n_Dは３σ^＊％の値であるから、2n_D％
とすることにより３σ^＊％×２＝６σ^＊％の値になる。

第８図は、器差補正後、99.7％確率におさまるFD^＊の限
界は、Δtdの増加に伴って限りなく小さくなるので、Δ
tdの増大によって漏洩検知能力は増大することを示して
いる。

しかし、実用上、漏洩検知を行うためのデータ処理能力
などを考慮すると、漏洩検知能力を上げるため容易にΔ
tdを大きくすることは問題がある。したがって、FD^＊を
算出する積算時間は、データ処理装置の能力に見合った
ある任意の積算時間Δtd_Dに設定し、このΔtd_Dに対応し
た99.7％確率の漏洩検知能力2n_D％で漏洩検知を行な
う。

上記2n_D％の漏洩率でガス漏洩を検知するためのFD^＊の
積算時間のとり方は、先ず第９図のように行なう方法が
考えられる。

いま、Δtd積算時間におけるFD^＊は、漏洩が発生してい
ない時、99.7％確率でｍ±３σ^＊の範囲に集中し、そし
てその漏洩検知能力は、ｍを補正した時６σ^＊％である
と前述した。この６σ^＊％漏洩検知能力をもっているラ
インにtL（＜Δtd）時刻に６σ^＊％の漏洩が発生したと
する。この時FD^＊はΔtd時間毎に計算されているため、
正常FD^＊変動範囲±３σ^＊％を漏洩が発生した時のFD^＊
が99.7％確率で越すのに必要な時間は、２Δtd時刻以降
であることが第９図より明らかである。したがって、こ
の積算時間のとり方を用いると、漏洩が発生してから、
最小Δtd時間後、最大２Δtd時間後に漏洩を検知できる
と言える。

上述の方法は、漏洩検知時間が最大２倍の積算時間を要
する。そこで、この漏洩検知時間の遅延を、以下述べる
方法で改善する。

第10図に示すように、この手法は積算時間Δtdの積算開
始時刻を順次Δts時間ずつずらしながら、FD^＊をΔtd時
間分積算する。この手法によってΔtd時間内に発生した
漏洩（漏洩率６σ^＊％）は、積算時間Δtdをもって順次
Δts時刻毎に積算されるため、漏洩発生がより早く確認
でき、漏洩検知時間は前述の最小Δtd最大２Δtdの検知
時間から、最少Δtd最大（Δtd＋Δts）の検知時間に短
縮される。

また、この手法は、Δtd時間における漏洩検知能力６σ
^＊％を超える漏洩がラインに発生した場合漏洩検知時間
がさらに短縮すると云う利点を持っている。その理由は
次のとおりである。

いま、Δtd₀時間の漏洩検知能力６σ^＊を超えるｎ％の
漏洩が発生したとすると、Δtd₀時間にｎ％の漏洩で発
生する漏洩量はN₀である。（第11図参照）N₀は６σ^＊％
漏洩のΔtd₀積算したガス量より大きいので、ｎ％で積
算したガス量はΔtdN時間で６σ^＊％の限界量を超えて
しまい、Δtd₀積算時間の漏洩検知限界に到達するには
ΔtdNの積算時間で良いことがわかる。このΔtdNは次式
で求まる。

したがって、ｎ％（＞６σ^＊％）の漏洩が発生した場
合、第10図のような流量積算を行ったならば、第12図に
示すように漏洩検知時間は最小ΔtdN、最大（ΔtdN＋Δ
ts）に短縮する。

上述の方法は、当該ガスパイプラインの積算流量の差FD
を取り扱うため、ラインにガスが出入する点（需給点の
末端）、第１図で言えば（1a1），（1a2），（1b1），
（1b2）の各点に流量計を取付け、その測定流量を中央
監視所に設けられた計算機などの情報処理装置にデータ
伝送し、逐次流量を積算してガス漏洩を検知する。

また、漏洩検知能力及び漏洩検知積算時間を決定するた
めには、当該ラインのFD^＊特性を知る必要がある。FD^＊
特性はラインの形状、運転方法、需給点の数などによっ
て大きく変わると考えられるので、漏洩検知を実施する
ラインには事前にそのラインの過去の流量データを入手
して統計処理を行ない、積算時間に対するFD^＊の関係を
求めておく、この得られた積算時間に関するFD^＊の平均
値および標準偏差値から、漏洩検知能力および積算時間
を決定する。

さらに、この検知能力及び積算時間は、その精度を向上
させるために適宜FD^＊の見直しを行ない、FD^＊特性（第
５図参照）を描き直し、漏洩検知能力および積算時間の
更新を行なう。

以上説明したように、上記実施例によれば、漏洩ガスセ
ンサによる直接検知、漏洩音の捕獲による検知のように
多大の労力を要することがない。かつ、ガスパイプライ
ン全域の連続的監視が可能である。

また、圧力下限値の監視に比べてはるかに小量の漏洩で
も確実に検知できる。さらに、オペレータの経験にたよ
ることなく誰でも正確に検知できる。

次に、この発明の方法を実施する装置について説明す
る。

第13図はこの発明の方法を実施する装置のブロック図で
ある。第13図において、（11）及び（13）は夫々入口
（1a1）及び（1a2）の流入量を測定する流量計、（12）
および（14）は夫々出口（1b1）及び（1b2）の流出量を
測定する流量計である。（15）は計算機、（15a）は中
央演算処理装置（CPU）、（15b）はメモリ、（16）はイ
ンターフェイス装置で、流量計（11），（12），（1
3），（14）によって測定された流量をA/D変換した後計
算機（15）へ送出するもの、（17）はキーボード、ブラ
ウン管表示装置（CRT）を備えたデータ入出力装置であ
る。

以上の構成において、先ず、漏洩を検知すべきガスパイ
プラインの過去の流量データを入出力装置（17）より入
力し、第４図、第５図及び第８図について説明した手順
により、流量データを演算処理して第８図に示すFD^＊と
積算時間との関係のデータをメモリ（15b）に記憶させ
ておく。

次に、漏洩検知を開始する時は、データ入力装置（17）
により、第８図に示すグラフを読み出し、検知すべき漏
洩率の1/2に相当するn_Dに対応した積算時間Δtd_Dを求
め、この積算時間Δtd_Dと積算時間のずらし巾Δtsを入
力することにより、計算機（15）に検知開始指令が与え
られ、流量計の流量を時々刻々取り込むと共に、時間の
積算を行ない、積算時間がΔtd_Dに達した時点で、第８
図に示す補正後FD^＊限界を越えていれば、ガス漏洩の警
報信号を出力する。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、流量差（FD）が所定の
範囲から逸脱した時ガスの漏洩があると判断するに際
し、予めガスパイプラインの正常時の流量データに基づ
き上記流量差と積算流入量との比 Σ∫Qtd/Σ∫Qindt＝FD^＊を演算し、その結果に基づきFD^＊の平均値の少なくとも
上にFD^＊の標準偏差の所定倍の幅の変動限界を求めてお
き、所定時間ずつずれた時点を積算開始時刻として流入
量と流出量とを積算し、各積算時間が上記所定積算時間
に達するごとにFD^＊を算出し、FD^＊が変動限界を逸脱し
ていれば漏洩があると判断するものであるから、圧縮性
流体であるガスの場合の漏洩検知が、流入量Qinと流出
量Qoutの測定と測定されたデータを基にした各種の演算
とにより行なうことができる。従って、漏洩ガスセンサ
による直接検知、漏洩音の捕獲による検知のように多大
の労力を要することがない。かつ、ガスパイプライン全
域の連続的監視が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はガスパイプラインをモデル化して示した説明
図、第２図は各入口及び各出口の時間に対する流量変動
を示すグラフ、第３図は時間に対するFDの変動を示すグ
ラフ、第４図は積算時間に対するFDの平均値及び標準偏
差を示すグラフ、第５図はFD^＊平均値及び標準偏差を示
すグラフ、第６図は積算時間Δtd₀のFD^＊変動を示すグ
ラフ、第７図はFD^＊の変動限界を示すグラフ、第８図は
FD^＊補正（99.7％限界）を示すグラフ、第９図は積算時
間のとり方を示すグラフ、第10図は積算時間のとり方の
他の例を示すグラフ、第11図は積算時間と漏洩量の関係
を示すグラフ、第12図は検知能力以上の漏洩による検知
時間の短縮を示すグラフ、第13図はこの発明の方法を実
施する装置のブロック図である。図において、（１）はガスパイプライン、（1a1），（1
a2）は入口、（1b1），（1b2）は出口、（11），（1
2），（13），（14）は流量計、（15）は計算機、（15
a）はCPU、（15b）はメモリ、（16）はインターフェイ
ス装置、（17）はデータ入出力装置である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスパイプラインの全部の出入口について
時々刻々流入量Qinとの流出量Qoutを測定し、測定され
た上記流入量Qinと上記流出量Qoutのおのおのを所定積
算時間積算し、流量差、 Σ∫Qdt＝Σ∫Qindt−Σ∫Qoutdt を上記所定積算時間が経過するごとに演算し、この流量
差が所定の範囲から逸脱した時ガスの漏洩があると判断
するに際し、予め上記ガスパイプラインの正常時の流量データに基づ
き上記流量差と積算流入量との比 Σ∫Qdt/Σ∫Qindt＝FD^＊を演算し、その結果に基づきFD^＊の平均値の少なくとも
上にFD^＊の標準偏差の所定倍の幅の変動限界を求めてお
き、所定時間ずつずれた時点を積算開始時刻として上記流入
量と上記流出量とを積算し、各積算時間が上記所定積算
時間に達するごとに上記FD^＊を算出し、上記FD^＊が上記
変動限界を逸脱していれば漏洩があると判断するガスパ
イプラインの漏洩検知方法。
【請求項２】上記所定積算時間は、上記FD^＊を種々の積
算時間について演算し、その結果に基づき積算時間とFD
^＊の標準偏差との関係を求めておき、その関係に基づい
て上記標準偏差の所定倍の値によって決まる検出すべき
漏洩率に対応した積算時間を上記所定積算時間として設
定することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のガ
スパイプラインの漏洩検知方法。