JPS6235050B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、各種パイプラインにおける液相流、
気相流、または気液二相流の漏洩の発生を検出す
る装置に関するものである。 例えば、石油パイプラインにおける漏洩は生産
性の低下を招くだけでなく、環境破壊をも招き、
特に海底パイプラインでは後者の影響が大であ
る。また、一般の各種パイプラインにおける漏洩
も同様の問題を有している。この場合、まず第１
段階として漏洩発生を早急に検知することが必要
であり、これが漏洩個所の発見の前提となる。 本発明は、このようなパイプラインにおける流
体の漏洩の発生を、簡単かつ容易に、しかも従来
の方式に比べて微少な漏洩の発生をオンライン的
に検出することが可能な検出装置を提供するもの
であり、特にパイプラインを流れる流体が液相
流、気相流、または気相二相流のいずれの場合に
おいても適用可能な検出装置を提供するものであ
る。 以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。 第１図に示すように、圧力が不規則に変動する
パイプライン１０において、任意の間隔を置いて
圧力・圧力勾配検出器１１，１２をそれぞれ設
け、これらの検出器取付位置及びの間の点Ｂ
において漏洩が発生している場合、定常状態にお
いては、 noP^ｎ＊ _ｘ１＝noP^ｎ＊ _１＋ｎ^* _opP〓〓〓∂ｎｏＰ_１／∂
ｘ・ｘ noP^ｎ＊ _ｘ２＝noP^ｎ＊ _２−ｎ^* _opP〓〓〓∂ｎｏＰ_２／∂
ｘ・（ｌ− ｘ） ………(1) である。ただし、P₁及びP₂は検出器取付位置及
びにおける圧力、Ｐ_x1及びＰ_x2は検出器取付位
置及びからそれぞれ見た漏洩点Ｂ（上流側検
出器取付位置から距離ｘの位置）での圧力で、
添字noは正常時を示している。また、ｌは両検
出器取付位置間のパイプ長、ｎ^*は圧力降下
指数（液体の場合ｎ^*＝１、等温気体の場合ｎ^*
＝２、気液二相流の場合１＜ｎ^*＜２）を示す。 上記(1)式は、次のようにして誘導されるもので
ある。即ち、第１図において、ｘ＝０である検出
器取付位置で圧力P₁を測定し、ｘ＝ｌである検
出器取付位置で圧力P₂を測定するものとする
と、ｎ^*＝１（液体）の場合、位置間の圧力
降下が直線的に変化することは明らかであり、一
方、ｎ^*＝２（等温気体）の場合は、放物線とな
る（古屋・ほか２名、流体工学、昭45、140、朝
倉書店、参照）。これにより、ｎ^*＝１、２の場
合に(1)式が導かれる。 また、１≦ｎ^*≦２の場合は、実験結果（第２
図）で示すように、この両極端の間に位置してい
る。 このことから、圧力降下がｐⁿで表されるとす
ることができ、これをｘ＝０での圧力P₁と圧力勾
配ｎ^*Ｐ^ｎ−１ _１P′₁のみで表現したのが、(1)式の上式
であり、一方、ｘ＝ｌでの圧力P₂と圧力勾配ｎ^*
Ｐ^ｎ−１ _２P′₂のみで表現したのが、(1)式の下式であ
る。 ここで、漏洩がなければ、検出器取付位置間に
おける液体、等温気体の圧力は、圧力降下指数ｎ
^*＝１、２に対応して、第１図の線C₁及びC₁′に
よつて示すように変化し、 (1)式の上式は、ｘ＝ｌで圧力がP₂の値を示すと
共に、同下式は、ｘ＝０で圧力がP₁の値を示す筈
であり、両式は一致しなければならない。即ち、
(1)式の上式にｘ＝ｌを代入し、同下式にｘ＝０を
代入して、それらを整理すると、 となるが、点Ｂにおいて漏洩がある場合には、線
C₂及びC₂′によつて示すように、それぞれの検出
器取付位置における圧力P₁、P₂及び圧力勾配
∂Ｐ_１／∂ｘ、∂Ｐ_２／∂ｘが相違することになる。 第２図は、漏洩がない場合の圧力降下について
の実験結果を示すものである。 本発明の漏洩発生検出装置は、基本的には、上
記圧力で重みをつけた圧力勾配に差が生じたこと
を検出し、それによつて漏洩の発生を検出しよう
とするものであるが、上記圧力及び圧力勾配は、
実際上、パイプラインを流れる液体の乱れ及び計
測系のノイズ等によつて不規則に変動し、漏洩が
微少の場合には、その不規則な変動の中に漏洩に
起因する圧力及び圧力勾配の変化が埋もれ、単に
静的に平均をとる程度ではそれらの変化を検知す
ることができない。 そこで、本発明の漏洩発生検出装置は、パイプ
ラインの上流及び下流における圧力で重みづけさ
れた圧力勾配変動の差をデイジタルフイルタに通
じて漏洩発生検出指数LEAKの計算を行い、この
漏洩発生検出指数によつて、先に検出したデータ
と現時点のデータの統計的性質が等しか否かを確
め、これによつて漏洩の発生を動的に検知可能と
したものである。 即ち、不規則に変動する上流側及び下流側の圧
力｛Ｐ^１ _ｉ｝、｛^２ _ｉ｝、上流側び下流側力勾配変動

【式】のそれぞれ ｎ個のデータが与えられたとき、このデータか
ら、 を求め、｛Pi｝（ｉ＝１、２、……、ｎ）に対し
て、 により表わされる自己回帰モデルに適合させる。
ここでｅ_k＝Ｎ（０、σ^２ _ｅ）の白色雑音である。 耐して、後記(8)式で与えられる漏洩発生検出指
数LEAKの最小のモデルが最良近似の自己回帰モ
デルである。パイプラインの漏洩は、漏洩発生前
後を含めて全体として見れば非定常過程である
が、漏洩の発生前後は、それぞれ定常な時系列と
みなすことができる。この場合、前もつてn₀個の
データに対して最適なm₀次の自己回帰モデルが
得られているとし、次にn₁個のデータを、 (i) 始めのn₀個のデータと一緒にして（n₀＋n₁）
個のデータに対して新たなモデル（次の自
己回帰モデル）を適合させるか、 (ii) n₁個のデータに別のモデルM₁（m₁次の自己
回帰モデル）を適度させるか、 をLEAKを用いて判定し、(ii)であれば(i)のデータ
と性格を異にすることになり、漏洩が発生してい
ることを示す。 第３図は、本発明に係る漏洩発生検出装置の基
本的構成を示すもので、この漏洩発生検出装置に
おいては、パイプライン１０における上流側と下
流側に圧力・圧力勾配検出器１１，１２を付設
し、この検出器１１，１２によつて検出した圧力
及び圧力勾配の変動をアンプによつて増幅した
後、演算回路において上記(3)式に基づくＰ_iを求
め、それをA/D変換器によつてデイジタル信号に
変換して、微小時間毎にサンプリングしたｎ個ず
つの信号Ｐ_iがデータバツフア（）（）に順次
蓄えられるようにしている。このデータバツフア
（）（）から取出したｎ個ずつの信号Ｐ_iは、
指数設定器において設定した圧力降下指数ｎ^*と
共に、漏洩発生検出指数計算回路に加えることに
より、漏洩発生検出指数LEAKを計算するが、こ
の漏洩発生検出指数計算回路は、まず、上記ｎ個
の信号Ｐ_iを相関回路に加えることにより相関値
γ＾_kの計算を行い、次いで係数回路において係数
α＾_kを計算し、分散回路においてそれらの計算値
に基づいて分散σ＾^２ _ｅを求め、さらに指数計算回路
において上記計算結果に基づいて漏洩発生検出指
数の計算を行うものである。 第４図は、上記相関回路の構成例を示すもの
で、この相関回路においては、相関値γ＾_kを によつて計算するため、入力信号Ｐ_iを順次遅延
回路においてｍ回まで遅延させ、乗算器において
その遅延回路出力に順次現時点の入力信号の乗算
を行い、加算器においてそれぞれの加算を行うと
共に、その加算結果に１／ｎを乗じて相関値γ＾_０、γ
＾_１ 、……γ＾_nの計算を行うものである。 上記係数回路は、相関回路出力γ＾_kに基づき、
前記デイジタルフイルタの係数α＾_kを、 （但し、ｊ＝１、２、……、ｍ） により計算するもので、一次方程式をα＾_kについ
て解く計算回路、或いは計算機のソフトウエアに
より簡単に求めることができる。 また、分散回路は、上記γ＾_k及びα＾_kに基づき、
分散σ＾^２ _ｅを、 により計算するもので、第５図に示すようにα＾_０
〜α＾_nの入力と、γ＾_０〜γ＾_nの入力を互いに乗算す
る乗算器及びそれらの乗算結果を加算してσ＾^２ _ｅを
求める加算器とにより構成することができる。 指数計算回路は、上述した回路等から得られる
ｎ、σ＾^２ _ｅ及びｍの値に期づき、漏洩発生検出指数
LEAKを、 LEAK＝nlnσ＾^２ _ｅ＋2m ………(8) により計算するもので、第６図に示すようにｌ_o
回路を経たσ＾^２ _ｅに対して乗算器でｎの乗算を行
い、次にその乗算器出力と、予め２×ｍの乗算を
行つた乗算器出力との加算を行うことにより、
LEAKを求めることができ、このLEAKはホール
ド回路にホールドさせると共に、次の計算のため
に帰還させる。 漏洩判定回路は、上述したところにより得られ
た漏洩発生検出指数LEAKに基づき、 DLEAK＝（LEAK）−（LEAK） ……(9) により漏洩発生の有無の判定を行うもので、
（LEAK）及び（LEAK）は前記(i)及び(ii)の
場合に対応し、 （LEAK）＝（n₀＋n₁）lnσ＾^２＋２（＋２） （LEAK）＝n₀lnσ＾^２ _０＋n₁lnσ＾^２ _０ ＋２（m₀＋m₁＋４） ………(10) で与えられ、DLEAKα_０であれば正常であ
り、DLEAK＜α_１であれば漏洩が発生したもの
として表示または警報させ、その中間では、判断
を保留してデータを再び取込む。ただし、α_０、
α_１は予め与える閾値である。 第１表及び第２表は、パイプラインに気相流
（空気）を流した場合及び気液二相流（空気＋
水）を流した場合についての実験結果を例示する
もので、それぞれ最下段におけるDLEAK／Ｎの
値が実際の漏洩に対応してマイナスの値を示し、
漏洩発生を的確に検出することができた。

【表】

【表】 以上に詳述したところから明らかなように、本
発明によればパイプラインにおける漏洩の発生を
容易に検出することができ、しかも従来の方式に
比べて微少な漏洩発生の検出が可能であり、それ
をオンライン的に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、第２図は圧力降
下についての実験結果を示す線図、第３図は本発
明についてのブロツク構成図、第４図ないし第６
図は第３図における相関回路、分散回路、指数計
算回路についての回路構成図である。 １０……パイプライン、１１，１２……圧力・
圧力勾配検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ パイプラインにおける上流側と下流側に圧
   力・圧力勾配検出器を付設し、この検出器に、そ
   れによつて検出された上流側及び下流側の圧力
   ｛Ｐ^１ _ｉ｝、｛Ｐ^２ _ｉ｝及び圧力勾配【式】 （ただし、ｉ＝１、２、……、ｎ）のｎ個のデー
   タに基づいて、 ただし、ｎ^*は圧力降下指数（液体の場合ｎ^*
   ＝１、等温気体の場合ｎ^*＝２、気液二相流の場
   合１＜ｎ^*＜２）、添字noは正常時を示す。 の演算を行う演算回路を接続し、デイジタル信号
   に変換して微小時間毎にサンプリングしたｎ個ず
   つの信号Ｐ_iに基づき、漏洩発生検出指数LEAK
   を、 LEAK＝nl_oσ＾^２ _ｅ＋2m ただし、σ＾^２ _ｅ：誤差分散 ｍ：フイルターの次数 により求める漏洩発生検出指数計算回路を接続
   し、この計算回路に、上記漏洩発生検出指数
   LEAKに基づいて漏洩発生の有無を判定する漏洩
   判定回路を接続したことを特徴とするパイプライ
   ンの漏洩発生検出装置。