WO2018043417A1 - 配管評価装置、配管評価方法及び配管評価プログラム - Google Patents

Abstract

配管評価装置は、プラントの断熱配管を含む監視領域を撮影した赤外線画像を取得する赤外線画像取得部と、赤外線画像取得部によって取得された赤外線画像に基づいて、ガスの漏えい箇所を特定するとともに、ガス漏れ量を算出するガス漏れ検出部と、漏えい箇所におけるガス漏れ量の推移を管理するガス漏れ管理部と、ガス漏れ量の推移に基づいて、断熱配管の健全性を評価する健全性評価部と、赤外線画像とともに、健全性評価部による評価結果を表示する表示制御部と、を備える。

Description

配管評価装置、配管評価方法及び配管評価プログラム

　本発明は、配管からのガス漏れの状況を把握するための配管評価装置、配管評価方法及び配管評価プログラムに関する。

　従来、ガス漏れを検出するガス漏れ検出装置として、赤外線を利用したものが知られている（例えば、特許文献１～３）。特許文献１に開示のガス漏れ検出装置は、監視対象領域に向けて検出対象ガス（例えば、メタンガス）に吸収される特定波長の赤外線を照射し、対象物で反射した当該特定波長の赤外線の強度に基づいて、検出対象ガスの漏れを検出する。特許文献２に開示のガス漏れ検出装置は、特許文献１に開示される検出対象ガスの検出に加えて、対象物が放射する赤外線のエネルギーに基づく熱画像を利用して、様々なガスの漏れを検出することができる。また、特許文献３には、パターンマッチングにより漏えいガスの位置を特定するとともに、漏えいガス雲の濃度厚み積によりガス漏れ量を推定することが開示されている。

　一方で、プラントの配管においては、継手部やバルブ部からのガス漏れは構造上避けられない。長時間継続して稼動する大型のプラントにおいては、環境に与える影響が小さく問題にならないガス漏れであれば、これを許容し、経過観察をしながら稼動が継続される。そして、定期補修又は臨時補修で稼動が停止される際に、必要に応じて部品交換などの対応が実施される。これは、過剰な設備投資を抑えながら、合理的に事故をなくすＡＬＡＲＰ（As Low As Reasonably Practicable）という考え方に基づいており、非特許文献１にも記載されている。

特開平５－９９７７８号公報 特開２００３－１３０７５２号公報 特開２０１６－１１４５００号公報

平成１８年３月、厚生労働省安全衛生部安全課「危険性又は有毒性等の調査等に関する指針（通称：リスクアセスメント指針）同解説」ｐ．２４

　上述したように、特許文献１～３に開示のガス漏れ検出装置を利用することにより、配管からのガス漏れを検出することはできるが、ガス漏れの程度が軽ければ、経過観察をしながら稼動が継続される。現状では、ガス漏れの状況を定量的、連続的に一元管理する手段がないため、保守作業者が見回りを実施する必要がある。また、修繕計画は、保守作業者の経験という不確実な情報に基づいたものとなるため、過剰なマージンが必要になるなど合理的な予知保全とは言いがたい。

　本発明の目的は、配管からのガス漏れの状況を定量的、連続的に一括管理でき、合理的な予知保全を実現できる配管評価装置、配管評価方法及び配管評価プログラムを提供することである。

　本発明の一態様に係る配管評価装置は、プラントの断熱配管を含む監視領域を撮影した赤外線画像を取得する赤外線画像取得部と、
　前記赤外線画像取得部によって取得された赤外線画像に基づいて、ガスの漏えい箇所を特定するとともに、ガス漏れ量を算出するガス漏れ検出部と、
　前記漏えい箇所における前記ガス漏れ量の推移を管理するガス漏れ管理部と、
　前記ガス漏れ量の推移に基づいて、前記断熱配管の健全性を評価する健全性評価部と、
　前記赤外線画像とともに、前記健全性評価部による評価結果を表示する表示制御部と、を備えることを特徴とする。

　本発明の一態様に係る配管評価方法は、プラントの断熱配管を含む監視領域を撮影した赤外線画像を取得する第１工程と、
　前記第１工程によって取得された赤外線画像に基づいて、ガスの漏えい箇所を特定するとともに、ガス漏れ量を算出する第２工程と、
　前記漏えい箇所における前記ガス漏れ量の推移を管理する第３工程と、
　前記ガス漏れ量の推移に基づいて、前記断熱配管の健全性を評価する第４工程と、
　前記赤外線画像とともに、前記第４工程による評価結果を表示する第５工程と、を備えることを特徴とする。

　本発明の一態様に係る配管評価プログラムは、プラントの断熱配管の健全性を評価するための配管評価装置のコンピューターに、
　プラントの断熱配管を含む監視領域を撮影した赤外線画像を取得する第１処理と、
　前記第１処理によって取得された赤外線画像に基づいて、ガスの漏えい箇所を特定するとともに、ガス漏れ量を算出する第２処理と、
　前記漏えい箇所における前記ガス漏れ量の推移を管理する第３処理と、
　前記ガス漏れ量の推移に基づいて、前記断熱配管の健全性を評価する第４処理と、
　前記赤外線画像とともに、前記第４処理による評価結果を表示する第５処理と、を実行させる。

　本発明によれば、ガスの漏えい箇所ごとにガス漏れ量の推移を監視し、健全性の評価結果を提示するので、ガス漏れ状況を定量的、連続的に一括管理でき、合理的な予知保全を実現することができる。

実施の形態に係る配管評価装置を示す図である。 配管評価装置の設置態様を示す図である。 制御部のハードウェア構成を示す図である。 漏えいガスを含む赤外線画像の一例を示す図である。 配管管理データの一例を示す図である。 ガス漏れ量の推移の一例を示すグラフである。 配管評価処理の一例を示すフローチャートである。 表示部における表示例を示す図である。 表示部における表示例を示す図である。

　以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

　図１は、本発明の一実施の形態に係る配管評価装置１を示す図である。図２は、配管評価装置１の設置態様を示す図である。図３は、制御部のハードウェア構成を示す図である。図２に示すように、配管評価装置１は、プラントの断熱配管Ｐを含む広域の監視領域を撮像できるように設置される。現実的には、一つのプラントに対して複数の配管評価装置１が設置される。

　配管評価装置１は、プラントに敷設された断熱配管の健全性を評価するためのものであり、具体的には断熱配管からの漏えいガスを検出するとともに、断熱配管の健全性を判断する。配管評価装置１は、パン・チルト機能を有し、撮像範囲を変更可能に構成されている。

　図１に示すように、配管評価装置１は、制御部１０、赤外線撮像部２０、入力部３１、表示部３２、通信部３３、記憶部３４、及びパン・チルト駆動部３５等を備える。

　図３に示すように、制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３を備えたコンピューターである（いずれも図示略）。ＣＰＵ１０１は、例えばＲＯＭ１０２から処理内容に応じたプログラムを読み出してＲＡＭ１０３に展開し、展開したプログラムと協働して、配管評価装置１の各ブロックの動作を集中制御する。後述する配管評価プログラムやガス種類ごとの管理上限値は、例えばＲＯＭ１０２に記憶されている。

　制御部１０は、ＲＯＭ１０２に記憶されているプログラムを実行することにより、赤外線画像取得部１１、ガス漏れ検出部１２、ガス漏れ管理部１３、健全性評価部１４、パン・チルト制御部１５、及び表示制御部１６として機能する。これらの機能については、後述する。なお、赤外線画像取得部１１、ガス漏れ検出部１２、ガス漏れ管理部１３、健全性評価部１４、パン・チルト制御部１５、及び表示制御部１６は、それぞれハードウェア回路によって実現させてもよい。

　赤外線撮像部２０は、プラントの断熱配管を含む監視領域を撮像し、赤外線画像の一例として赤外線動画像Ｖ_ｉｒを制御部１０に順次出力する。赤外線撮像部２０は、特定波長の赤外線を吸収するというガスの性質を利用して漏えいガスを視覚化する。断熱配管からガス漏れがある場合、漏えいガスの背後にある物体から放射された赤外線は、漏えいガスによって吸収されるため、監視領域を示す赤外線画像では、漏えいガスが白煙又は黒煙のように表示される（図４参照）。

　図４は、断熱配管Ｐ２の継手部から漏えいガスＧが噴出している状態を示す赤外線画像である。図４では、断熱配管Ｐ１～Ｐ３の表面温度を濃淡で示している。なお、図４では、断熱配管Ｐ１～Ｐ３における温度分布をわかりやすくするため、赤外線画像に可視画像の輪郭情報が合成されている。後述する赤外線画像を示す図においても同様である。

　赤外線撮像部２０は、光学系２１、光学フィルター２２、エリアイメージセンサー２３（二次元イメージセンサー）、及び信号処理部２４を備えたカメラである。

　光学系２１は、被写体となる監視領域から入射した赤外線ＩＲ_０を、エリアイメージセンサー２３に結像させる。

　光学フィルター２２は、光学系２１とエリアイメージセンサー２３を結ぶ光路上に配置され、光学系２１を通過した赤外線ＩＲ_０のうち、所定波長帯に含まれる赤外線ＩＲ_１のみを通過させる。光学フィルター２１の通過波長帯は、実質的に、被検出ガスの吸収波長帯域に設定される。例えば、通過波長帯を３．２～３．４μｍの中波長域にした場合、メタンガス等を検出することができる。

　エリアイメージセンサー２３は光学フィルター２２を通過した赤外線ＩＲ_１に対して光電変換を行い、監視領域の赤外線画像（熱画像）を示すアナログの電気信号を生成し、出力する。エリアイメージセンサー２３の動作原理及び素子素材は、光学フィルター２２の通過波長帯により、適宜選択される。例えば、通過波長帯が３．２～３．４μｍである場合、エリアイメージセンサー２３として、冷却型アンチモン化インジウムイメージセンサー等が使用される。

　信号処理部２４は、エリアイメージセンサー２３からのアナログ信号を、デジタル信号に変換して赤外線動画像Ｖ_ｉｒを生成する。信号処理部２４は、必要に応じて周知の画像処理を行うようにしてもよい。信号処理部２４は、生成した赤外線動画像Ｖ_ｉｒを、所定のフレームレートで制御部１０に順次出力する。赤外線動画像Ｖ_ｉｒは、フレームメモリ（図示略）に、フレーム単位で格納される。

　入力部３１は、文字入力可能なキーボードやマウス等のポインティングデバイス又は表示部３２と一体的に設けられるタッチパネルを含む。入力部３１は、例えば配管部品（バルブ、継手、フランジ等）の修理履歴や、配管内を流通するガス種類（メタンガス、プロパンガス等）を登録する際に使用される。表示部３２は、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどのディスプレイであり、赤外線撮像部２０で撮像された赤外線画像等を表示する。通信部３３は、例えば無線通信又は有線通信により外部機器と情報の送受信を行うためのインターフェースである。

　記憶部３４は、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）、又はＳＳＤ（Solid State Drive）等の補助記憶装置である。記憶部３４は、配管の管理情報が登録された配管管理データ３４１を記憶する。配管管理データ３４１の詳細については後述する。

　配管評価装置１では、赤外線撮像部２０からの赤外線動画像Ｖ_ｉｒに所定の画像処理が施されて、監視領域の赤外線画像が表示部３２に表示される（表示制御部１６としての処理）。図４に示すように、赤外線動画像Ｖ_ｉｒ（赤外線画像）から断熱配管Ｐ１～Ｐ３における漏えいガスＧを検出することができる。

　図５は、配管管理データ３４１の一例を示す図である。図５に示すように、配管管理データ３４１は、配管ごとに付与された識別情報である「配管Ｎｏ．」、配管に流通するガスの種別を示す「ガス種類」、配管の構成部品を示す「配管部品」、配管部品ごとの修理（交換）した日付を示す「修理履歴」、それぞれの配管部品が配置されている部位からのガスのガス漏れ量を示す「ガス漏れ量」などを含む。「ガス漏れ量」は、配管評価装置１によって定期的に検出されるガス漏れ量の経時データであり、ガス漏れ量の推移を示す。以下において、配管Ｎｏ．が「Ｎ」の配管を配管Ｎと表記する。

　配管管理データの構成要素のうち、ガス漏れ量は、後述の配管評価処理によって定期的に更新される。ガス漏れ量以外の構成要素については、例えば入力部３１を通じて、保守作業者が情報を入力することにより登録される。

　図５に示す配管管理データ３４１においては、例えば、配管Ｐ１にはメタンガスが流通していること、配管Ｐ１は配管部品として、バルブ１－１、継手１－１、フランジ１－１等を有していること、継手１－１は平成２８年８月８日に部品交換が行われ、現在、ガスが流出していることが登録されている。

　図６は、ガス漏れ量の一例を示すグラフである。図６に示すように、ガス漏れ量は、ガス漏れが検出されたときを基準として、定期的（例えば１時間間隔）に測定され、配管管理データ３４１に登録される。ガス漏れ量は、経時的に増加する傾向にある。ガス漏れ量が管理上限値Ｖ_Ｈより小さい場合、ＡＬＡＲＰの考え方に基づいてガス漏れは許容される。管理上限値とは、環境に与える影響が小さく問題にならないガス漏れ量の上限値である。ガス漏れ量の管理上限値は、ガスの種類に応じて予め設定される。具体的には、毒性ガスの管理上限値は、非毒性ガスの管理上限値よりも低く設定される。例えば、毒性ガスであるＣＯの管理上限値は５０ｐｐｍ、非毒性ガスであるメタンの管理上限値は１２５００ｐｐｍに設定される。

　図７は、配管評価処理を示すフローチャートである。この処理は、例えば、入力部３１を通じて配管評価処理を開始させる操作が行われることに伴い、ＣＰＵ１０１がＲＯＭ１０２に格納されている配管評価プログラムを読み出して実行することにより実現される。

　図７のステップＳ１０１において、制御部１０は、フレームメモリ（図示略）から１フレームの赤外線動画像Ｖ_ｉｒを読み出す（赤外線画像取得部１１としての処理）。

　ステップＳ１０２において、制御部１０は、赤外線動画像Ｖ_ｉｒを元に、ガスの漏えい箇所を特定する（ガス漏れ検出部１２としての処理）。漏えい箇所の特定には、例えば特許文献３に開示の公知技術（パターンマッチング）を用いることができる。

　ステップＳ１０３において、制御部１０は、赤外線動画像Ｖ_ｉｒを元に、漏えいガスのガス漏れ量を算出する（ガス漏れ検出部１２としての処理）。ガス漏れ量の算出には、例えば特許文献３に開示の公知技術（濃度厚み積）を用いることができる。

　ステップＳ１０４において、制御部１０は、配管管理データ３４１のガス漏れ量を更新し、ガス漏れ量の推移を管理する（ガス漏れ管理部１３としての処理）。具体的には、制御部１０は、ステップＳ１０２で特定されたガスの漏えい箇所を、断熱配管を構成する配管部品に関連付けるとともに、ステップＳ１０３で算出された当該漏えい箇所におけるガス漏れ量を、関連付けられた配管部品におけるガス漏れ量として登録する（図５参照）。

　ステップＳ１０５において、制御部１０は、漏えいガスが発生している配管部品ごとに、健全性を評価する（健全性評価部１４としての処理）。具体的には、ガス漏れ量の推移と、当該断熱配管内を流通するガスの種類に対して設定された管理上限値とに基づいて、配管の健全性を評価する。例えば、図６に示すように、外挿により今後のガス漏れ量の推移を予測し、ガス漏れ量の推移と管理上限値を比較して、配管部品の交換時期を算出する。そして、交換時期までの期間が９０日以上であれば「安全」、交換時期までの期間が９０日未満であれば「警告」、ガス漏れ量が管理上限値をすでに超えている場合は「危険」と判断する。

　予測された部品交換時期は、ガス漏れ状況を定量的、連続的に一括管理することにより求められるものであり、保守作業者の経験に基づく交換時期に比較して、交換までのマージン（余裕）は少なくなる。

　ここで、制御部１０（健全性評価部１４）は、断熱配管の健全性を評価するに際し、漏えいガスが発生している配管部品の修理履歴、すなわち配管部品の経時劣化を考慮するようにしてもよい。これにより、断熱配管の評価精度（交換時期の予測精度を含む）を高めることができる。

　ステップＳ１０６において、制御部１０は、表示部３２に表示される赤外線画像とともに、漏えいガスが発生している配管部品ごとに、健全性を表示する（表示制御部１６としての処理）。図８Ａ及び図８Ｂは、配管の健全性を示す表示の一例を示す図である。図８Ａに示すように、漏えいガスが発生していてもガス漏れ量が少ない場合は、深刻度は低く安全である旨が表示される。一方、図８Ｂに示すように、漏えいガスのガス漏れ量が多く管理上限値を超えている場合は、深刻度が高く当該配管部品を早急に交換する必要がある旨が表示される。保守作業者は、表示部３２に表示される情報を元に、ガスの漏えい状況（漏えい箇所及びガス漏れ量）とともに、漏えいの深刻度を知得することができる。さらに、表示部３２に、配管の健全性（漏えいガスの深刻度）とともに、予想される交換時期を表示することにより、保守作業者に対して日頃から交換時期を意識させることもできる。

　ステップＳ１０７において、制御部１０は、配管部品ごとの健全性に基づいて、赤外線撮像部２０のパン・チルト動作を制御する（パン・チルト制御部１５としての処理）。例えば、漏えいガスが発生している箇所、特に深刻度の高い箇所が重点的に撮像されるように、パン・チルト駆動部３５を制御する。これにより、深刻度が高い箇所ほど重点的に撮像されて、ガス漏れ量の推移を細かく監視することができるので、断熱配管の評価制度がさらに高まる。

　このように、本実施の形態に係る配管評価装置１は、プラントの断熱配管Ｐを含む監視領域を撮影した赤外線画像Ｖ_ｉｒを取得する赤外線画像取得部１１と、赤外線画像取得部１１によって取得された赤外線画像Ｖ_ｉｒに基づいて、ガスの漏えい箇所を特定するとともに、ガス漏れ量を算出するガス漏れ検出部１２と、漏えい箇所におけるガス漏れ量の推移を管理するガス漏れ管理部１３と、ガス漏れ量の推移に基づいて、断熱配管Ｐの健全性を評価する健全性評価部１４と、赤外線画像Ｖ_ｉｒとともに健全性評価部１４による評価結果を表示する表示制御部１６と、を備える。

　配管評価装置１によれば、ガスの漏えい箇所ごとにガス漏れ量の推移を監視し、健全性の評価結果を提示するので、ガス漏れ状況を定量的、連続的に一括管理でき、合理的な予知保全を実現することができる。

　以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

　例えば、実施の形態では、断熱配管の評価結果を、赤外線画像に重畳して表示しているが（図８Ａ及び図８Ｂ参照）、赤外線画像とは別に設けられた表示領域に表示するなど、その他の態様で評価結果の表示を行うようにしてもよい。また、ガスの漏えい箇所が複数ある場合、評価結果を順次表示するようにしてもよい。さらには、断熱配管の評価結果として、図６に示すようなガス漏れ量の推移を示すグラフを表示するようにしてもよい。

　また例えば、配管の評価結果と配管の情報を紐付けた結果として、例えば類似の配管が何処にどれだけあるという表示や交換に必要な部材の情報も併せて表示してもよい。

　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　２０１６年８月３０日出願の特願２０１６－１６８４２４の日本出願に含まれる明細書、図面及び要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

　１　配管評価装置
　１０　制御部
　１０１　ＣＰＵ
　１０２　ＲＯＭ
　１０３　ＲＡＭ
　１１　赤外線画像取得部
　１２　ガス漏れ検出部
　１３　ガス漏れ管理部
　１４　健全性評価部
　１５　パン・チルト制御部
　１６　表示制御部
　２０　赤外線撮像部
　３１　入力部
　３２　表示部
　３３　通信部
　３４　記憶部
　３４１　配管管理データ
　３５　パン・チルト駆動部

Claims (8)

1. 　プラントの断熱配管を含む監視領域を撮影した赤外線画像を取得する赤外線画像取得部と、
   　前記赤外線画像取得部によって取得された赤外線画像に基づいて、ガスの漏えい箇所を特定するとともに、ガス漏れ量を算出するガス漏れ検出部と、
   　前記漏えい箇所における前記ガス漏れ量の推移を管理するガス漏れ管理部と、
   　前記ガス漏れ量の推移に基づいて、前記断熱配管の健全性を評価する健全性評価部と、
   　前記赤外線画像とともに、前記健全性評価部による評価結果を表示する表示制御部と、を備える配管評価装置。
2. 　前記健全性評価部は、前記断熱配管における前記ガス漏れ量の推移と、当該断熱配管内を流通するガスの種類に対して設定された管理上限値とに基づいて、当該断熱配管の健全性を評価する請求項１に記載の配管評価装置。
3. 　前記健全性評価部は、前記断熱配管における前記ガス漏れ量の推移と、当該断熱配管内を流通するガスの種類に対して設定された管理上限値とを比較して、当該断熱配管の修理時期を予測する請求項２に記載の配管評価装置。
4. 　前記ガス漏れ管理部は、前記漏えい箇所を、前記断熱配管を構成する配管部品に関連付け、前記ガス漏れ量の推移を、前記配管部品ごとに管理する請求項１から３のいずれか一項に記載の配管評価装置。
5. 　前記ガス漏れ管理部は、前記配管部品ごとに、当該配管部品の修理履歴を管理し、
   　前記健全性評価部は、前記ガス漏れ量の推移及び前記修理履歴に基づいて、前記断熱配管の健全性を評価する請求項４に記載の配管評価装置。
6. 　前記赤外線画像を撮影する赤外線撮像部の撮像範囲を、前記健全性評価部による評価結果に基づいて制御するパン・チルト制御部を備える請求項１から５に記載の配管評価装置。
7. 　プラントの断熱配管を含む監視領域を撮影した赤外線画像を取得する第１工程と、
   　前記第１工程によって取得された赤外線画像に基づいて、ガスの漏えい箇所を特定するとともに、ガス漏れ量を算出する第２工程と、
   　前記漏えい箇所における前記ガス漏れ量の推移を管理する第３工程と、
   　前記ガス漏れ量の推移に基づいて、前記断熱配管の健全性を評価する第４工程と、
   　前記赤外線画像とともに、前記第４工程による評価結果を表示する第５工程と、を備える配管評価方法。
8. 　プラントの断熱配管の健全性を評価するための配管評価装置のコンピューターに、
   　プラントの断熱配管を含む監視領域を撮影した赤外線画像を取得する第１処理と、
   　前記第１処理によって取得された赤外線画像に基づいて、ガスの漏えい箇所を特定するとともに、ガス漏れ量を算出する第２処理と、
   　前記漏えい箇所における前記ガス漏れ量の推移を管理する第３処理と、
   　前記ガス漏れ量の推移に基づいて、前記断熱配管の健全性を評価する第４処理と、
   　前記赤外線画像とともに、前記第４処理による評価結果を表示する第５処理と、を実行させるための配管評価プログラム。

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