JP3141708B2

JP3141708B2 - ガスパイプラインの漏洩検知装置

Info

Publication number: JP3141708B2
Application number: JP06268479A
Authority: JP
Inventors: 総一郎山根; 嘉章浅野; 誠山岸; 満之後藤; 祐一野上
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1994-11-01
Filing date: 1994-11-01
Publication date: 2001-03-05
Anticipated expiration: 2016-03-05
Also published as: JPH08128912A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、天然ガス等の流体を輸
送するガスパイプラインにおけるガスの漏洩を検知する
漏洩検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】パイプラインによって輸送される流体に
は液体の他ガス等の気体がある。液体を輸送する液体輸
送システムでは、パイプラインの内部圧力を検知するこ
とによって液体の漏洩を検知する各種の液体漏洩検知装
置が開発され、かつ実際にパイプラインに設置されてい
る。図６は、このようなシステムにおいてパイプライン
から液体が漏洩した場合のパイプラインの内部圧力の変
化状態を示したグラフであり、図中ａは漏洩点に最も近
い地点、ｂは少し離れた地点及びｃは最も離れた地点
を、また、ｓｔは液体漏洩開始時を、ｅｎは漏洩終了時
をそれぞれ示している。図６から分かるように、地点ａ
ではその液体漏洩開始時ｓｔ及び漏洩終了時ｅｎに、漏
洩量にもよるが比較的大きな圧力変動が生じ、これが地
点ｂ及び地点ｃへ伝播している。したがって、この圧力
変化を検出することによって比較的簡単かつ確実に液体
の漏洩を検知できる。

【０００３】しかしながら、ガスは液体に比べて圧縮性
が大きいため、パイプラインの一点で漏洩が起こって
も、発生する圧力波の大きさは小さく、またパイプライ
ンの上下流に伝播する際の減衰率が大きいため、パイプ
ラインの他の一点で検知しようとしても、かなりなまっ
たものとなるか、圧力波の大きさが小すぎて検知不可能
となる。さらに、漏洩によって発生しパイプライン中を
伝播する圧力波は、前述のように非常に小さいものとな
るため、パイプラインの操業下で生じている圧力変動と
識別することが困難である。したがって、前述した液体
漏洩検知装置をそのままガス漏洩検知装置として適用す
ると、パイプラインの操業時に頻繁に誤動作が発生し、
また実際の漏洩の見過ごしなどを引き起こす可能性があ
った。

【０００４】そこで、このようなガス特有の性質に根ざ
したいくつかのガス漏洩検知方法が採用または提案され
ており、この例を以下に示す。（１）漏洩したガス成分を測定してガス漏洩と判断する
ガス検知器を使用する方法。（２）ガスパイプラインの発基地、着基地またはパイプ
ラインの途中に圧力検知器を設け、この圧力検知器で検
知した圧力とあらかじめ設定した下限設定値とを比較し
て、ガス漏洩を検知する方法。しかし、上述した（１）、（２）に関しては次のような
問題点がある。すなわち、（１）に関しては、パトロー
ルカーによる監視を除けば多数のガス検知器を設置する
必要があるために、パイプライン全線の監視は実現困難
であり、またパトロールカーによる監視を含めて、この
方法はパイプライン全線の監視には不向きである。ま
た、（２）に関しては、間接的にガスの漏洩を判断する
ものであり、大量にガスが漏洩していなければ検知は困
難である。

【０００５】そこで、パイプライン全線に亘ってガスの
漏洩検知をかなりの高精度で実現できるものとして、例
えば図７に示す特開昭６３−３０７３７号公報に開示さ
れたガスラインの漏洩検知装置がある。同公報に示され
たガスラインの漏洩検知装置は、気体が流通するガスパ
イプライン１１の２地点（第１，第２地点）に導圧配管
１，２を付設し、導圧配管２に抵抗要素３及び容量要素
４を直列に配設し、導圧配管１から得られるガスパイプ
ラインの圧力と、抵抗要素３及び容量要素４を介した圧
力の差圧を測定する差圧検出器５を備え、差圧検出器５
の出力信号に基づいて漏洩検知アルゴリズムによってガ
スの漏洩を検知するものである。

【０００６】ここで、抵抗要素３と容量要素４が必要な
理由を以下に示す。漏洩に起因して発生する圧力波が、
パイプラインの上下流に伝播する速度は、ほぼ管内ガス
の音速に等しく、約３００〜４００ｍ／ｓである。ま
た、図７の第１地点と第２地点の距離は設置位置の敷地
面積などとの関係から例えば約５ｍ程度となる。差圧検
出器５の信号をＣＰＵにおいて漏洩検知アルゴリズムに
通し、漏洩に起因する圧力波を検知しようとすれば、ま
ず差圧検出器５のアナログ電圧信号をデジタル変換した
上で漏洩検知アルゴリズムに通すことになる。さらに
は、漏洩検知アルゴリズム側でデジタル信号に含まれる
高周波のノイズを移動平均等の統計的手法を用いて除去
する方法がよく採用される。

【０００７】今、図８に示すような容量要素４、抵抗要
素３が無い場合を考える。漏洩により発生する圧力波が
図中第１地点、第２地点を通過するのに要する時間は、
前記の約３００〜４００ｍ／ｓの伝播速度、及び第１地
点、第２地点間の距離５ｍより約０．０１３〜０．０１
７ｓｅｃとなる。したがって、例えば、差圧検出器５の
アナログ電圧信号をデジタルサンプリングする周波数を
２５Ｈｚとすれば、実際の圧力波の波形とサンプリング
値との関係は図９に示すようになり、通過速度が速すぎ
て圧力波をサンプリングできない状態になる。また、サ
ンプリング周波数を速くして仮に圧力波の波形を捕らえ
られたとしても、その波形は図１０に示すような高周波
のインパルス状の波形となり、このような波形を漏洩検
知アルゴリズムに通し、移動平均等の統計処理を施せ
ば、図１１に示すように高周波のノイズとともに平均化
されてしまい、ノイズと識別できなくなってしまう。

【０００８】そこで、図７に示すように、容量要素４、
抵抗要素３を備えることによって、擬似的な一次遅れ要
素が構成され、差圧検出器５の出力は図１２に示すよう
なステップ状の波形となる。このような信号出力であれ
ば、数値アルゴリズムにおいて移動平均等の統計処理を
施しても、図１３に示すように圧力波到達以前の統計処
理後の信号値と圧力波到達後の信号値に有意の差が見つ
けやすくなり、かなり小さな圧力波でも検知可能とな
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開昭６３−
３０７３７号公報に開示されたガスラインの漏洩検知装
置では、図１４に示すようにパイプラインの常用圧力が
時間当たりに大きく変動する場合は、圧力波が装置の設
置地点に到達していなくても差圧が発生し（ただし、圧
力先頭波が到達した場合のステップ状の波形ではなく、
ある傾きを持ったトレンド成分）、圧力変動が大きい場
合には、図１５に示すように差圧値が差圧計の測定レン
ジを超えてしまい、常時パイプラインの漏洩監視を行う
ことができなくなってしまう。

【００１０】この点をさらに詳述すると、現在最高精度
の差圧検出器の測定レンジに対する再現性は約０．１％
程度であり、また、今捕らえようとする圧力波の大きさ
が数ｍｍＨ₂Ｏ〜数１０ｍｍＨ₂Ｏであることを考慮す
ると、この圧力波を精度よく測定するには、差圧計の測
定レンジを−1500〜＋1500ｍｍＨ₂Ｏ程度にしなくては
ならない。逆に、この程度の測定レンジであれば、信頼
できる測定値の最小の値は約1.5 ｍｍＨ₂Ｏ程度とな
り、微小な圧力波の測定が十分可能となる。しかし、例
えばパイプライン本管中の圧力が一時間あたり約５ｋｇ
／ｃｍ²Ｇで変化し、容量要素４の容量を６０リット
ル、抵抗要素３はニードル弁を用いてＣv 値［Ｃv 値：
弁前後の差圧を１psi にした時に、６０°Ｆの清水が通
過する流量をU.S g.p.m （米ガロン／分）で表したも
の。］を0.0035に設定した場合には、差圧検出器５にお
ける差圧値は１時間あたり約2000〜2500ｍｍＨ₂Ｏとな
り、図１６に示すように、差圧検出器５の測定レンジを
超えてしまい、圧力波の監視ができなくなってしまう。
これは、図１０に示すようなインパルス状の波形を図１
２に示すようなステップ状の波形に変換するための容量
要素４の容量が大きすぎ、また抵抗要素３のＣv 値が小
さすぎるために、パイプライン本管中の圧力変動にも敏
感に反応してしまうためである。

【００１１】これを防ぐために容量要素４の大きさを小
さくし、抵抗要素３のＣv 値を大きくすれば、パイプラ
イン本管中の圧力変動に対して鈍感になるので、トレン
ド成分は図１７に示すように小さくなり、前記の測定レ
ンジの問題は解決される。例えば、抵抗要素３のＣv 値
を0.014 、容量要素４の容量を３リットルとすれば、パ
イプラインの常用圧力が、たとえ１時間当たり５ｋｇｆ
／ｃｍ²Ｇ変化しても発生するトレンド成分は、図１８
に示すように１時間あたり１．５ｍｍＨ₂Ｏとなり、こ
の程度であれば差圧計の測定レンジを超えることなく、
常時圧力変動の大きなパイプラインの監視が可能とな
る。しかし、今度は圧力波に対する反応も小さくなって
しまい、図１２に示すようなステップ状の圧力波を作れ
なくなり、漏洩検知アルゴリズム上で高周波のノイズと
区別できず漏洩に起因した圧力波を検知できなくなって
しまう。

【００１２】本発明はかかる問題点を解決するためにな
されたものであり、パイプラインの常用圧力が時間当た
りに大きく変動する場合であっても、ガスの漏洩を検知
できるガスパイプラインの漏洩検知装置を得ることを目
的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係るガスパイプ
ラインの漏洩検知装置は、ガスパイプラインに設置され
た導圧管に設けられて、該導圧管に導入されるガスの圧
力波に一次遅れを与える圧力整形手段と、該圧力整形手
段から出力されるガス圧力と前記ガスパイプラインから
直接導かれるガスの圧力との差を検出する差圧検出器
と、該差圧検出器の差圧信号を入力し、該入力信号によ
り形成される波形に一次遅れを与える抵抗器とコンデン
サーを有する電気回路からなる波形整形手段と、該波形
整形手段の出力信号を所定の周期でサンプリングし、該
サンプリングデータの移動平均値と最新のサンプリング
データとの差を求め、この差としきい値とを比較するこ
とによってガス漏洩の有無を判断する判断手段とを備え
たものである。

【００１４】また、前記差圧検出器と前記波形整形手段
との間に、前記差圧検知器の電圧出力のうち高周波成分
を除去するフィルタ手段を介在設置したしたものであ
る。

【００１５】

【作用】上記のように構成されたガスパイプラインの漏
洩検知装置においては、圧力整形手段が導圧管に導入さ
れるガスの圧力波に一次遅れを与える。常用圧力が単位
時間あたり一定の幅で変動する場合、一次遅れを与えら
れた圧力とガスパイプラインから直接導かれるガス圧力
との間には、ガス圧力の変動速度と一次遅れの時定数の
積に比例した圧力差が発生する。また、差圧検出器が圧
力整形手段から出力されるガス圧力とガスパイプライン
から直接導かれるガスの圧力との差を検出し、波形整形
手段は差圧検出器の差圧信号を入力し、該入力信号によ
り形成される波形に一次遅れを与える。さらに、判断手
段が差圧検出器の出力信号を所定の周期でサンプリング
し、該サンプリングデータの移動平均値と最新のサンプ
リングデータとの差を求め、この差としきい値とを比較
することによってガス漏洩の有無を判断する。

【００１６】また、フィルタ手段は差圧検出器の出力信
号から高周波成分を除去し、コンプレッサ及びガバナ等
の駆動音等のノイズを除去する。

【００１７】

【実施例】実施例１．図１は本発明の一実施例のブロック図である。ガスパイ
プライン１１には、ガス漏洩点１２の下流側に導圧配管
１３が付設されており、この導圧配管１３は途中で分岐
管１４，１５に分岐する。一方の分岐管１５には抵抗要
素１６及びこれに続いて容量要素１７が設けられている
（以下、抵抗要素１６及びこれに続く容量要素１７を合
わせて圧力整形要素と称する。）。そして、容量要素１
７より導かれる導圧配管のある地点１９の圧力と、他方
の分岐管１４のある地点２０の圧力の差圧を検知する差
圧検知器２１が設けられている。

【００１８】差圧検出器２１には、フィルタ機能を備え
た増幅回路２３が接続されており、このフィルタ機能に
よって高周波のノイズ成分が除去される。なお、このフ
ィルタ機能は、本実施例ではカットオフ周波数を１２．
５Ｈｚとしたハイカットフィルターに相当するものであ
る。また、増幅回路２３には、図３に示されるようなあ
る程度低周波の波形の信号５１を図４に示すようなステ
ップ状の波形の信号５５に変換する電気回路である波形
整形要素２５が接続されている。この波形整形要素２５
は入力信号をステップ状の波形に変換するものであれば
特に回路構成は問わないが、本実施例では図２に示され
るような可変抵抗器２５ａ、１０μＦのコンデンサー２
５ｂ及びオペアンプ２５ｃ（入力インピーダンス約２Ｍ
Ω）で構成された電気回路を採用している。

【００１９】さらに、波形整形要素２５には、波形整形
要素２５からのアナログ信号をデジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換回路２７が接続され、またＡ／Ｄ変換回路２
７にはＡ／Ｄ変換回路２７からのデジタル信号を、デジ
タルサンプリングすると共に、漏洩検知用の数値演算ア
ルゴリズムによってガス漏洩の判断をするＣＰＵ２９が
接続されている。なお、漏洩検知用の数値演算アルゴリ
ズムは特に手法は問わないが、例えば以下のＡ１のよう
なものが考えられる。ここで、Ｐは差圧検知信号、ｉはｉ回目のサンプリン
グ、Δｔはサンプリング間隔（サンプリング間隔が一定
であれば特に必要は無い）、Ｃはしきい値である。この
アルゴリズムの意味は以下の通りである。すなわち、ｎ
回前から前回までのサンプリングデータの平均値、言い
換えればサンプリングデータの移動平均値と最新のサン
プリングデータとの比較を行い、その結果両者の差がし
きい値Ｃを超えれば漏洩と判断する。移動平均の工程に
より高周波のノイズは軽減もしくは除去される。

【００２０】次に、上記の実施例の動作について説明す
る。図１におけるガス漏洩点１２で漏洩が発生すると、
そこで発生した圧力波はパイプライン中の流体の音速に
ほぼ等しい速度で伝播し、導圧配管１３及び分岐管１４
を経由して地点２０で差圧検知器２１に入力される。一
方、圧力整形要素を介した導圧配管の地点１９における
圧力は、その圧力整形要素のためすぐには地点２０と同
じ圧力値とはならず、圧力波到達以前の圧力値から徐々
に圧力波到達後の圧力値に近づいてゆくことになる。例
えば、圧力整形要素の抵抗要素１６のＣv 値を0.014 、
容量要素１７の容量を３リットルとした場合、地点２０
と地点１９との差圧を測定する差圧検出器２１の出力
は、導圧配管１３に到達した時の圧力波の大きさにもよ
るが、例えばその圧力波の大きさが１０ｍｍＨ₂Ｏ程度
であれば、図３に示すように持続間隔が約３秒間の比較
的低周波の信号５１となる。

【００２１】なお、上述した程度の圧力整形要素を選択
すれば、上記課題の項で述べたように、パイプラインの
常用圧力が、たとえ１時間当たり５ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ変
化しても発生するトレンド成分は１時間あたり１．５ｍ
ｍＨ₂Ｏ（図１８参照）であり、この程度であれば差圧
計の測定レンジを超えることはなく、常時圧力変動の大
きなパイプラインの監視が可能となる。

【００２２】次に、図３に示す波形の信号は増幅回路２
３に入力され、増幅回路２３のフィルタ機能によって１
２．５Ｈｚ以上の高周波のノイズ成分が除去される。例
えば、図３の信号を例にとれば、高周波のノイズ成分で
ある信号５３は除去され、ガス漏洩による圧力波に起因
した信号５１は除去されず、そのまま波形整形要素２５
に送られる。なお、このフィルタ機能を採用する理由は
以下の通りである。すなわち、フィルタ機能がなけれ
ば、図３のノイズ成分である信号５３がそのまま波形整
形要素２５に送られ、この信号５３が後述のようにステ
ップ状の圧力波形に変換されてしまい、ノイズ成分と漏
洩に起因するものとが区別できなくなり、ノイズ成分を
漏洩に起因するものであると誤認してしまうためであ
る。したがって、圧力波形要素、フィルタ及び波形整形
手段をこの順につなげることに意味がある。

【００２３】次に、増幅回路２３の出力は波形整形要素
２５に送られる。この回路により、図３に示した３秒程
度の波形の信号５１が、図４に示すような持続時間が約
２０秒程度のステップ状の波形の信号５５に変換され
る。このようなステップ状の波形に変換するのは、図３
に示される波形の信号５１を漏洩発生から検知・警報ま
での所要時間に見合う比較的荒いサンプリング間隔をも
ったアルゴリズムＡ１で処理すると、ノイズとともに平
均化されてしまい正確な漏洩検知は不可能であるが、図
４に示すステップ状の波形の信号５５であれば、アルゴ
リズムＡ１中の移動平均の工程を加えたあとでも、ノイ
ズとの識別が可能となるからである。次に、信号５５は
Ａ／Ｄ変換器２７に送られ、ある周期のデジタル信号に
変換される。このデジタル信号は所定のサンプリング周
期（本実施例では、サンプリング周期を０．０４秒に設
定している。）でサンプリングされ、ＣＰＵ２９による
漏洩検知用の数値演算アルゴリズムＡ１の実行によって
ガス漏洩が判断される。

【００２４】このように、本実施例によれば、圧力変動
の大きなガスパイプラインであっても、漏洩が起こった
際に、統計処理を施す工程をもった漏洩検知アルゴリズ
ムに対して、検知がしやすいステップ状の信号を供給で
き、漏洩発生のタイミングを的確にとらえて容易にかつ
高精度にガスパイプラインの漏洩検知をすることができ
る。

【００２５】実施例２．図５は本発明の他の実施例のブロック図である。実施例
１においては圧力の取り出し口が１ヶ所の例を示した
が、本実施例においては導圧配管１３に加えて導圧配管
３１をガスパイプライン１１に接続し、圧力の取り出し
口を２ヶ所にしたものである。このように本発明によれ
ば、導圧配管の取りだし口は一ヶ所でも２ヶ所でも対応
することができる。

【００２６】なお、上記実施例においては、抵抗要素及
び容量要素の両方を備えた例を示したが、本発明におい
ては容量要素または抵抗要素のどちらか一方を備えた場
合であってもよい。この場合、欠落した要素は、ガス配
管から差圧検出器２１までの導圧配管で代用されること
になる。

【００２７】また、上記実施例においては、波形整形要
素２５として入力信号をステップ状の波形に変換する回
路を示したが、入力信号のピーク状態を一定時間保持す
るようなホールド回路であってもよい。この場合の時定
数はその保持時間となる。

【００２８】また、圧力整形要素の時定数は通常のガス
配管の圧力変動や一般に用いられる差圧検出器の測定範
囲において０．１秒〜５秒の範囲であれば、漏洩による
圧力波を検出し、かつ常用圧力の圧力変動によるスケー
ルアウトを防ぐことができる。また、上記実施例におい
ては、フィルタ機能のカットオフ周波数を１２．５Ｈｚ
にした例を示したが、検知器の設置場所、ノイズ源の種
類、運転状況等によっては５Ｈｚ以上であればよく、こ
の程度であればコンプレッサ及びガバナ等によるノイズ
を除去することができる。また、上記実施例では波形整
形手段の時定数を２０秒に設定した例を示したが、１０
秒以上であれば圧力波の検出の時間遅れは無視できる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明においては、波形
整形手段が、差圧検出器の差圧信号により形成される波
形に一次遅れを与えるようにしたので、常用圧力の変動
の大きなガスパイプラインであっても、漏洩が起こった
際に、統計処理を施す工程をもった漏洩検知アルゴリズ
ムに、検知がしやすいステップ状の信号を供給でき、迅
速、容易かつ高精度にガスパイプラインの漏洩検知が可
能となる。

【００３０】また、フィルタ手段によって差圧検出器の
出力信号から高周波成分を除去するようにしたので、コ
ンプレッサ駆動音等のノイズ除去が可能となり、誤検知
が少なくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック図である。

【図２】実施例の波形整形要素の回路構成例の説明図で
ある。

【図３】差圧検出器から出力される信号波形の説明図で
ある。

【図４】波形整形要素から出力される信号波形の説明図
である。

【図５】本発明の他の実施例のブロック図である。

【図６】パイプラインから液体が漏洩した場合のパイプ
ラインの内部圧力の変化状態を示したグラフである。

【図７】従来のガスラインの漏洩検知装置のブロック図
である。

【図８】従来のガスラインの漏洩検知装置のブロック図
である。

【図９】従来例における実際の圧力波の波形とサンプリ
ング値との関係を示すグラフである。

【図１０】従来例においてサンプリング周波数を速くし
て捕らえた圧力波の波形を示すグラフである。

【図１１】図１０に示した波形に移動平均等の統計処理
を施した場合の波形を示すグラフである。

【図１２】従来例において圧力波に一次遅れを与えた場
合の波形を示すグラフである。

【図１３】図１２に示す波形に移動平均等の統計処理を
施した場合の波形を示すグラフである。

【図１４】パイプラインの常用圧力の変化状態を示すグ
ラフである。

【図１５】図１４に示す圧力変動があった場合の差圧の
変化状態を示すグラフである。

【図１６】容量要素の容量を大きく、抵抗要素のＣv 値
を小さくした場合の差圧の変化状態を示すグラフであ
る。

【図１７】容量要素の容量を小さく、抵抗要素のＣv 値
を大きくした場合の差圧の変化状態を示すグラフであ
る。

【図１８】抵抗要素３のＣv 値を0.014 、容量要素４の
容量を３リットルにした場合の差圧の変化状態を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１１ガスパイプライン１６抵抗要素（容量要素１７と共に圧力整形手段を構
成する。）１７容量要素（抵抗要素１６と共に圧力整形手段を構
成する。）２１差圧検出器２３増幅回路２５波形整形要素２７Ａ／Ｄ変換器２９ＣＰＵ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者後藤満之東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者野上祐一東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (56)参考文献特開昭63−30737（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01M 3/28 G01M 3/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスパイプラインに設置された導圧管に
設けられて、該導圧管に導入されるガスの圧力波に一次
遅れを与える圧力整形手段と、該圧力整形手段から出力されるガス圧力と前記ガスパイ
プラインから直接導かれるガスの圧力との差を検出する
差圧検出器と、該差圧検出器の差圧信号を入力し、該入力信号により形
成される波形に一次遅れを与える抵抗器とコンデンサー
を有する電気回路からなる波形整形手段と、該波形整形手段の出力信号を所定の周期でサンプリング
し、該サンプリングデータの移動平均値と最新のサンプ
リングデータとの差を求め、この差としきい値とを比較
することによってガス漏洩の有無を判断する判断手段と
を備えたことを特徴とするガスパイプラインの漏洩検知
装置。
【請求項２】前記差圧検出器と前記波形整形手段との
間に、前記差圧検知器の電圧出力のうち高周波成分を除
去するフィルタ手段を介在設置したことを特徴とする請
求項１記載のガスパイプラインの漏洩検知装置。