JPS62297741A - 管路系流体の漏洩場所検出方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 産業上の利用分野 本発明は、化学プラントやガス、石油供給ハイプライン
等の管路系流体の漏洩場所検出方法に関する。

従来の技術 化学プラントやガス、石油供給パイプライン等のパイプ
ラインにおいて、漏洩事故が発生ずると、環境を汚染し
たり、大規模な災害となったり、またガス、石油自体の
エネルギーの大損失となるもので、パイプラインの漏洩
を早期に検出し、漏洩事故を確実に防止ごきるシステム
が要望され′Ｃいる。

従来、上記のような管路系の流体の漏洩は、管路の流量
や圧力の変化を計測し”ζ検出することが知られている
が、微少な流体漏洩を検出することは難しく、また流体
の漏洩場所を検出できるものではなかった。

発明が解決しようとする問題点 近年、流体の漏洩によっ゛ζ発生する噴流音を利用して
漏洩場所を検出する方法が有力とされごいるが、現在ま
だ研究段階で、管路の流体の漏洩およびその漏洩場所を
正確に検出できる方法が確立されこいないものである。

問題点を解決するための手段 本発明は上記のような点に鑑みたもので、流体を流通す
る管路系の管の外面に所定の距離隔てて設けた伝播波検
出器で管の漏洩部から発生Ｊる漏洩噴流音の漏洩音伝播
波をそれぞれ検出し、このそれぞれ検出した漏洩音伝播
波を異なる振動モートが合成し′ζ卓越する卓越周波数
成分や高次モー　ド成分が影響しない所定範囲の周波数
帯域に濾過して漏洩音伝播波を相互相関関数処理して変
調波を検出し、検出した変調波のピーク地点の所要時間
と上記処理した周波数帯域の中心周波数の群速度とに基
ついて流体の漏洩場所を検出して、管路系の流体の漏洩
および漏洩場所を早期にかつ正確に検出することができ
る管路系流体の漏洩場所検出方法を提供Ｊるにある。

実施例 以下、本発明を実施例により説明する。

第１図〜第６図は、本発明の一実施例である。管路系の
パイプラインの一部に相当する所定の長さの直線状の管
１には、所要の距離を隔てて加速度検出器のような伝播
波検出器２．３を取着し、伝播波検出器２．３間に発生
ずる漏洩孔４から内部を流通する流体の漏洩噴流音の漏
洩音伝播波をそれぞれ検出できるようにしている。伝播
波検出器２．３には、第１図のように所定の増幅器５．
６をそれぞれ接続し″ζ検出信号を増幅するとともに、
検出信号の漏洩音伝播波を第２図ａ、ｂに示ずような後
述する卓越周波数成分や高次モード成分の影響を受けな
い所定の範囲の周波数帯域に濾過するフィルター７．８
をそれぞれ接続し、濾過したそれぞれの漏洩音伝播波を
相関処理器９によっ′ζ相互相関関数による関数処理し
て噴流音を検出し、パーソナルコンピュータＩＯ等を介
してプロッター１１に出力処理ごきるようにしている。

１２は管端部に接続した圧力計、１３は反対の管端部に
接続した管１内を一定の圧力に保持するコンプレッサー
である。

管１の漏洩孔４から発生ずる噴流音は、パワースペクト
ル分析の結果、管内圧力や漏洩孔径によってほとんど変
化せずに、いわゆるホワイトノイズ状に加振伝播しＣい
るものであった。また、漏洩噴流音の管路の振動姿勢に
つい′ζは、呼び径２ＯＡと２５Ａのガス鋼管について
第２図ａ、ｂのようにそれぞれ実線で示ず管壁を伝播す
る振動波と点線で示す管内空気による伝播波とが、０〜
２０ＫＨｚの周波数範囲内でほぼ縁状と横状との交叉状
態となった振動モードであられれるものである。図中、
横軸は波数を無次元化して表しでいる。

とごろで、相関解析による音源の位置標定は、任意の２
点で伝播信号を受信し、受信した２信号の相互相関関数
において最も大きな相関値をもつ時刻を求めるごとによ
って行われる。上記時刻は、音源から２点の受信位置ま
での信号の伝播時間の差ごあるため、この時間差と伝播
速度とを掛は合わせれば音源から２受信位置の距離差が
分かり、したがって受信位置からの音源位置が簡単に求
められるものである。

しかし、第２図ａ、ｂのように漏洩孔による噴流音伝播
は、異なる伝播速度をもつ複数の伝播モードのものが混
在し、複雑な波形となっＣいる。また、第２図ａ、ｂか
らも明白なように管路を伝播する漏洩音伝播波は分散性
のものごあり、異なる伝播モードの分散曲線の交点では
、２つのモードが等しい管軸方向波長をもつごとになっ
て、この周波数の振動が卓越して顕出する。この卓越周
波数の成分や上記複数の伝播モードの成分を含んだまま
で相関解析を行なっても、漏洩場所を示す有意なものは
得られなく、これらの周波数成分を除去して処理するこ
とが必要である。

このような条件を満たず周波数帯域は、管壁振動あるい
は管内空気波動にあられれる最低遮断周波数以下のもの
で、第２図ａ、ｂのようにｎ−０７，０、ｌの３つの伝
播モードが存在し、最も優勢なのは管壁伝播モードを示
している第３図でも明白であり、かつ実験的にも確認し
たｎ−１のものである。

また、中心周波数が３．６ＫＨｚのＯ〜７．２Ｋｌ（ｚ
。

２、　４〜４．’　　８Ｋｌｌｚ、　３．　２〜’４．
　０Ｋｌｌｚの３種類の周波数帯域につい′ζ、検出位
置と漏洩孔の距離差Ｌａｂを５ｍとし°Ｃ数値シミュレ
ーションにより求めた相互相関係数Ｃａｂ（ｔ）の関係
は第４図ａ、ｂ、Ｃに示１通りである。図中の中央の点
線は、中心周波数での群速度で検出位置距離差Ｌａｂを
伝播するに要する時間位置を示すものである。上記の図
において、周波数帯域の狭い場合の第４図す、ｃごは、
相互相関係数Ｃａｂ（ｔ）は正弦波が振幅変調する形で
あられれ、この変調波のピーク時刻は点線の位置とほぼ
一致している。そして、相互相関係数Ｃａｂ（ｔ）の絶
対値で、変調波のローブの頂点の値の大きい３点を２次
曲線で結び、この２次曲線の０１点を変調波のピークと
したとごろ、このピークでの時刻ｔＱと点線の位置この
時刻とは極めＣよ（一致したものである。

一方、第４図ａのものでは、周波数帯域が広いため、伝
播波の分散性の影響が大きくあられれ、点線の時刻に対
応する有意なピークはあられれず、また相互相関係数Ｃ
ａｂ（ｔ）の振幅も小さい４）のである。

このように、分散性波に相関解析を適用する場合には、
解析する信号の周波数帯域を狭くすることが好ましいも
のごある。

第５図ａ、ｂは、周波数帯域を２．４〜，１．８に１１
ｚとし、検出位置と漏洩孔の距離差Ｌａｂをｌｏｍと１
５ｍとしＣそれぞれ計算した数値シミル−ジョン結果を
示したものである。

両図を対照すれば明白なように、検出位置距離差Ｌａｂ
が大きくなるにしたがって、変調波が小さくなるととも
に時間軸方向に広がり、ピーク周辺にあられれるローブ
の数が増加Ｊるものである。

これらのことから、漏洩孔の位置の検出には、検出器と
漏洩孔の距離差の増加にしたがって困難さが増すものの
、解析する周波数帯域を狭くするごとにより上記の傾向
を緩和でき、検出位置距離差が大きくても相関解析が十
分に可能なことが理解できるものである。

実験結果ｌ しかして、呼び径２５Ａ、長さ５，５２４ｍｍのガス鋼
管を使用し、管軸方向の中央位置と、中央位置から２０
０　ｍ＋＋間隔で、１．０＋＊ｍ口径の１０１１１ｉ１
のドリル孔の漏洩孔を開孔し、伝播検出器の距離差を５
゜４６０　ｖａｗ＋として実験を行った。その際、伝播
波検出器２．３の濾過周波数帯域を上記した卓越周波数
成分や高次モード成分の影響を受けない、なるべく高い
範囲の２．８０〜３．５５ＫＨｚのものを用いた。

漏洩孔の位置を順次変え°Ｃ求めた相互相関係数Ｃａｂ
（ｔ）の測定結果の一部を第６図ａ、ｂ、ｃに示し′ζ
おり、漏洩孔の位置を中央０から４．０ｍに対して測定
し、計算した結果を第１表に示している。

第　　　１　　　表 １、は上記した方法によって求めたピーク地点の時刻、
ＬＦは上記Ｌａｂに対応させたｔｏとフィルターの中心
周波数Ｆｏ（３，１５ＫＨｚ）に対する群速度Ｃｇｒ−
１，８０４ｋｍ／ｓとを１７）け合わ・υて算出した漏
洩位置検出値、ｆ、は実測した漏洩孔のパワースペクト
ルの中心周波数、可はＬａｂに対応させたｆ６に対する
群速度から求めた漏洩位置算出値である。

上記した第６図ａ、ｂ、ｃの相互相関関数図には、３つ
の明確なピークがあられれ′Ｃいるが、中央部のものが
目的のもので、両側のものは管端からの反射波で、計算
値とも合致し′ζいるものである。

第１表のように、ＬトＩ４は、真値Ｌａｂに非常に近似
した値であり、上記の方法によっ゛ζ流体の漏洩場所を
正確に検出でき′るものごある。

なお、第１表のｆｏ値をみれば、いずれも公称中心周波
数Ｆｏ　の３．１５ＫＨｚよりも大きくなっている。

これは、鋼管の振動を加速度検出器でとらえているため
に周波数の高い成分が大きく検出されていることや、フ
ィルターのしゃ断時性が周波数の対数値に対して直線的
となっ′（いるためである。したがって、相互相関係数
Ｃａｂ（ｔ）を求めると同時に、受信さる信号のパワー
スペクトルを測定し、中心周波数を氷山することによっ
て、さらによりネｈ度の高い値を得るごともできるもの
ごある。

実験結果２ 第７図以下は、呼び径の異なる接続管につい゛（実験し
たものである。

接続管１４は、呼び径２０Ａと２５Ａの長さがそれぞれ
２，７５１ｍｍの鋼管１５．１６を外径４１゜４ｍｍ、
３３．６ｖｎで長さ４２１１１１の異径ソケット１７で
接続し、上記と同様にして実験したものである。

第８図ａ、ｂは、漏洩孔５が呼び径２５Ａの鋼管１６側
にある場合の伝播波検出器２．３でそれぞれ受信したパ
ワースペクトル分布、第９図ａ、ｂは漏洩孔４が呼び径
２ＯＡの鋼管１５側にある場合の同上のパワースペクト
ル分布である。これらの図かられかるように、伝播波検
出器の受信位置にかかわらず、漏洩孔を有する鋼管に特
有な周波数のピークがあられれており、パワースペクト
ルを調へることより、接続管のいずれの鋼管に漏れが生
じこいるのが判別できるものである。

第１Ｏ図ａ、ｂは、漏洩孔が２５Ａ鋼管にある場合と、
２０Ａｍ管側とにある場合の相互相関係数Ｃａｂ（ｔ）
の測定結果である。相互相関係数Ｃａｂ（ｔ）は、直管
の場合と同様の変調波形となっζおり、直管と同様にし
て氷山できるものである。なお、３つのピーク以外に大
きなピークがあられれていないことから、異径ソケット
部での反射は小さいものであることも理解ごきるもので
ある。

第２表は、上記実験によっ“Ｃ測定し、算出した結果を
まとめたものである。異径ソケットの大きさは無視し、
接続点から受信位置までの距離は管長のＬの半分のＬ／
２としている。

２５Ａｌｌ管側で漏洩する場合には、 Ｌａｂ＝Ｃｇｒａ（ｔｏ−Ｌ／２　（１／Ｃｇｒｂ　　
ｌ／０ｇｍ）　）２ＯＡ鋼管側で漏洩する場合には、 Ｌａｂ＝Ｃｇｒｂ（ｔ−１，、／２　（１／Ｃｇｉ　　
ｌ／Ｃｇｌｔｌ）　）としζいる。ごごに、ＣＢｒｄ　
、　Ｃｇｒｂはそれぞれ２５Ａ鋼管、２ＯＡ鋼管での群
速度である。

第　　　２　　　表 表示したように、本結果は上記した直管の場合に比べれ
ばやや精度は悪いが、ＬＰ、　１．；すの算出値は漏洩
場所の検出に十分な精度をもっているものである。

上記の例では、２本の管を接続したが、３本以上を接続
した場合にも同様にして検出できるものである。

なお、漏洩場所として、検出位置への距離差で示したが
、距離差が検出できれば、検出位置からの距離にも簡単
に換算できることは明白なことである。

以上の実施例では、漏洩孔が伝播波検出器間に位置する
ものについ”（説明したが、検出器の外側にある場合つ
いζも、外挿法を適用し゛Ｃ同様に算出することができ
るものである。

発明の効果 以上のように本発明にあっＣは、管路系の流体の漏洩お
よび漏洩場所を早期にかつ正確に検出することができ、
化学プラントやガス、石油供給パイプライン等の管路流
体の漏れを遠隔的に監視できて、早期に対処することが
でき、漏洩事故や環境汚染、エネルギー源の損失の防止
に大いに役立つものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の漏洩検出の説明用図、第２
図ａ、ｂは同上の呼び径２ＯＡ、２５Ａガス鋼管におけ
る漏洩音伝播モード図、第３図は同上の管壁伝播モード
図、第４図ａ、ｂ、ｃは同上の種々の濾過周波数帯域に
対する相互相関関数図、第５図ａ、ｂは２種の検出位置
と漏洩孔の距離差での相互相関関数図、第６図ａ、ｂ、
ｃはそれぞれ同上の測定結果を示１相互相関関数図、第
７図は同上の他の実施例の説明用図、第８図ａ、ｂ、第
９図ａ、ｂはそれぞれ漏洩音検出パワースペクトル例、
第１０図ａ、ｂは同上の測定結果を示１相互相関関数図
である。 ■・・・管、２．３・・・伝播波検出器、４・・・漏洩
孔、７．８・・・フィルター、９・・・相関処理器、１
４・・・接続管、１５．１６・・・管。 代理人　弁理士　森　本　　邦　章 工 ■　堀　部　、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）流体を流通する管路系の管の外面に所定の距離隔
   てて設けた伝播波検出器で管の漏洩孔から発生する漏洩
   噴流音の漏洩音伝播波をそれぞれ検出し、このそれぞれ
   検出した漏洩音伝播波を異なる振動モードが合成して卓
   越する卓越周波数成分や高次モード成分が影響しない所
   定範囲の周波数帯域に濾過して漏洩音伝播波を相互相関
   関数処理して変調波を検出し、検出した変調波のピーク
   地点の所要時間と上記処理した周波数帯域の中心周波数
   の群速度とに基づいて流体の漏洩場所を検出することを
   特徴とする管路系流体の漏洩場所検出方法。
2. （２）濾過する周波数帯域をできるだけ狭い範囲のもの
   とした特許請求の範囲第１項記載の管路系流体の漏洩場
   所検出方法。