JP2005265663A - 埋設配管および漏洩位置の特定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 容易且つ迅速で、精度が高い漏洩位置の特定作業を可能にする埋設配管、および漏洩位置の特定方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 埋設配管１、２は、漏洩振動を受信する振動センサを当接するための振動検知棒１１、２１が、所定の間隔をあけて複数本設置され、該振動検知棒の上端が地表４１に略到達または地表４１から突出している。また、振動検知棒１１、２１の先端部に振動センサを当接して漏洩振動を検出し、該検出信号を比較して漏洩振動の到達する時間の差を検出し、該時間の差に基づいて漏洩位置を予測する。また、埋設配管１、２の内部を流れる流体の流量を測定し、該測定した流量が変化したことによって流体が漏洩していると推定する。さらに、流体の圧力を変更した際に変動する漏洩振動のパワースペクトルの周波数帯を検出し、該周波数帯において検出信号を比較する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、埋設配管、特に、内部を流れる流体が漏洩した場合の漏洩位置を特定するために供する手段を具備した埋設配管、並びに、漏洩位置の特定方法に関する。

従来、埋設配管の内部から流体が漏洩した際に漏洩位置を特定するため、たとえば、所定の距離を隔てて一対の振動センサを該埋設配管に設け、漏洩によって生じる振動音（以下、漏洩振動と称す）が該埋設配管を伝播し、それぞれの振動センサに到達する時間を測定し、該到達する時間の差より漏洩位置を特定する発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、漏洩位置の特定精度を高めるため、振動センサを埋設配管の複数の位置に順次設置したり、埋設配管を振動するための加振機を、複数箇所に設置して振動の管内伝播速度を測定したりする発明がある（例えば、特許文献２参照）。

特開昭５０−８７０２２号公報（３−４頁、図１） 特開平１１−２０１８５８号公報（４頁、図１）

しかしながら、特許文献１に記載された発明は、振動センサを埋設配管に設ける要領が開示されていない。このため、地中に埋設された埋設配管に到達するまで地中（たとえば、地下３ｍの深さまで）を掘削する必要があると推察され、作業の容易性や迅速性を欠くという問題があった。
また、特許文献２に記載された発明は、振動センサをプロテクタ（マンホールに準じる）等を利用して埋設配管の表面に直接設置するものであるため、プロテクタ等の配置間隔が長距離である場合、漏洩振動の検知精度が悪化するという問題があった。

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、容易且つ迅速で、精度が高い漏洩位置の特定作業を可能にする埋設配管、および漏洩位置の特定方法を提供することを目的とする。なお、本発明において、流体とは液体または気体であって、埋設配管とは液体配管またはガス管等である。

（１）本発明に係る埋設配管は、流体が漏洩した際に漏洩位置を特定するために、該漏洩位置から生じる振動を検知する振動センサを当接するための振動検知棒が所定の間隔をあけて複数本設置され、該振動検知棒の上端が地面に略到達または地面から突出していることを特徴とする。

（２）本発明に係る漏洩位置の特定方法、流体が漏洩した際に漏洩位置を特定するために、該漏洩位置から生じる振動を検知する振動センサを当接するための振動検知棒が所定の間隔をあけて複数本設置され、該振動検知棒の上端が地面に略到達または地面から突出している埋設配管において、
前記振動検知棒の内の一対の振動検知棒の先端部に振動センサを当接して前記振動を検知する工程と、
該一対の検知信号を比較して、漏洩位置から該一対の振動センサのそれぞれに前記振動が到達するまでの時間の差を検出する工程と、
該検出した時間の差に基づいて漏洩位置を予測する工程とを有することを特徴とする。

（３）また、前記埋設配管の内部を流れる流体の流量を測定する工程と、
該測定した流量が変化したことによって流体が漏洩していると推定する工程とを有し、
該推定に基づいて前記振動検知棒の内の一対の振動検知棒の先端部に振動センサを当接して前記振動を検知することを特徴とする。

（４）さらに、前記流体の圧力を変更した際に前記振動のパワースペクトルにおいて変動する周波数帯を、あらかじめ検出する工程を有し、
前記一対の検知信号を該周波数帯において比較することを特徴とする。

したがって、漏洩振動を地上において容易に検知することができ、また、漏洩位置を高に精度で特定することができる。

以下、実施形態１として埋設配管を、実施形態２として漏洩位置の特定方法をそれぞれ説明する。

［実施形態１］
（埋設配管）
図１は本発明の実施形態１に埋設配管を示す模式図である。図１において、第１埋設配管１と第２埋設配管２とが本管３から分岐して地中４に埋設されている。
本管３には送水ポンプ３１と減圧弁３２が設置されている。
第１埋設配管１には内部を流れる流体の流量を測定する第１流量メータ１０が設置され、さらに、地表４１から所定の高さだけ突出する第１振動検査棒１１ａ、１１ｂ・・・（以下、まとめて第１振動検査棒１１と総称する）が所定の間隔をあけて設置されている。また、第２埋設配管２には第２流量メータ２０が設置され、さらに、地表４１から所定の深さだけ埋没した第２振動検査棒２１ａ、２１ｂ・・・（以下、まとめて第２振動検査棒２１と総称する）が所定の間隔をあけて設置されている。

第１振動検査棒１１は第１埋設配管１に接合され、第１埋設配管１の内部を流れる流体が漏洩した際に発生する振動（漏洩振動）を伝播自在な材質（たとえば、鉄鋼やステンレス鋼等）によって形成され、且つ振動センサを当接自在な寸法を有している。また、第２振動検査棒２１もこれに準じる。
したがって、第１埋設配管１の何れかの位置で漏洩が生じた場合、地上において、第１振動検知棒１１の先端部に振動センサを当接すれば、漏洩振動を容易に検知することができる。なお、第１振動検知棒１１の先端が地表４１から突出する突出量は限定するものではなく、少なくとも振動センサを直接当接することができるだけの距離があればよい。

一方、第２埋設配管２の何れかの位置で漏洩が生じた場合、地上を僅かに掘って第２振動検知棒１１の先端部に振動センサを当接すれば、漏洩振動を容易に検知することができる。
なお、第２振動検知棒２１の先端が地表４１から埋没する埋没量は限定するもではなく、地表４１を容易に掘削できる距離、たとえば、植え込み等の軟弱地盤においては１ｍ程度以下、道路等の硬質地盤では３０ｃｍ程度以下を目安とする。
さらに、第２振動検知棒１１の略直上の地表４１から漏洩振動を検知することができる場合には、地上を掘る必要がない。また、第２振動検知棒１１の先端部は常時地上に突出していないから、たとえば、見印になるような可撓性棒を該先端部に継ぎ足して、その先端を地表４１から突出させてもよい。

なお、第１振動検査棒１１の配置間隔や第２振動検査棒２１の配置間隔は、要求される漏洩位置の特定精度に応じて適宜選定されるものであって、それぞれ等間隔である必要はない。また、本管３から分岐される支管の数量は２本に限定するものではない。さらに、同一支管に複数の流量メータが設置されてもよい。

［実施形態２］
（漏洩位置の特定原理）
図２は本発明の実施形態２に係る埋設配管おける漏洩位置の特定原理を説明する模式図である。なお、図１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。すなわち、漏洩位置から第１振動検知棒１１ａ（高さＨａ）の先端に漏洩振動が到達するまでの時間をＴａ、また、漏洩位置から第１振動検知棒１１ｂ（高さＨｂ）の先端に漏洩振動が到達するまでの時間をＴｂ、第１埋設配管１および第１振動検知棒１１を伝播する振動の速度をＶとすると、
Ｈａ＋Ｌａ＝Ｖ・Ｔａ ・・・（１）
Ｈｂ＋Ｌｂ＝Ｖ・Ｔｂ ・・・（２）
より、
Ｈｂ−Ｈａ＋Ｌｂ−Ｌａ＝Ｖ・（Ｔｂ−Ｔａ） ・・・（３）
ここで、
Ｈａ＝Ｈｂ ・・・（４）
△Ｔ＝Ｔｂ−Ｔａ ・・・（５）
とすれば、
Ｌ ＝Ｌａ＋Ｌｂ ・・・（６）のとき、
Ｌｂ＝（Ｖ・△Ｔ＋Ｌ）／２ ・・・（７）
一方、
Ｌ ＝Ｌａ−Ｌｂ ・・・（８）のとき、
Ｌｂ＝（Ｖ・△Ｔ−Ｌ）／２ ・・・（９）
となるから、あらかじめ、第１振動検知棒１１ａ、１１ｂのそれぞれの先端に漏洩振動が到達する時間の差△Ｔ（以下、時間差と称す）を検出すれば漏洩位置として「位置イ」および「位置ロ」を予測することができる。

次に、第１振動検知棒１１ｂ、１１ｃのそれぞれについて同様に時間差を検出して、漏洩位置を予測すれば、前記初回の予測位置との重なりから漏洩位置として「位置イ」または「位置ロ」の何れかを特定することができることになる。

なお、以上は、隣接する第１振動検知棒１１ａと第１振動検知棒１１ｂとの間（「範囲ａ−ｂ」と称す、以下、同様に「範囲」を規定する）で時間差を検出してしているが、これに限定するものではない。たとえば、隣接していない第１振動検知棒１１の間（たとえば、「範囲ａ−ｄ」）の間で時間差を検出して、２箇所の漏洩位置（たとえば、「範囲ｃ−ｄ」と「範囲ｄ−ｅ」）を予測し、その後、該予測漏洩位置を挟む一対の第１振動検知棒（たとえば、第１振動検知棒１１ｃと第１振動検知棒１１ｄ、あるいは、第１振動検知棒１１ｄと第１振動検知棒１１ｅ）において同様に漏洩位置を予測すれば、前記初回の予測位置との重なりから漏洩位置を特定することができる。このとき、特定作業が迅速かつ正確になる。

（漏洩位置の特定方法−その１）
図３は本発明の実施形態２に係る埋設配管おける漏洩位置の特定方法を説明するフロー図である。なお、実施の形態１（図１）と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図３において、漏洩位置の特定方法は、
第１埋設配管１および第２埋設配管２の内部を流れる流体の流量を、それぞれ第１流量メータ１０および第２流量メータ２０によって測定する工程（ステップ１）と、
該測定した流量が変化したことによって、当該埋設配管において流体が漏洩していると推定する工程（ステップ２）と、

当該埋設配管（たとえば、第１埋設配管１）において、一対の振動検知棒（たとえば、第１振動検知棒１１ａ、１１ｂ、または第１振動検知棒１１ａ、１１ｄ）の先端部に振動センサを当接して漏洩振動を検知する工程（ステップ３）と、
該一対の検知信号を比較して、漏洩位置から該一対の振動センサのそれぞれに漏洩振動が到達するまでの時間の差を検出する工程（ステップ４）と、
該検出した時間の差に基づいて漏洩位置（たとえば、「範囲ｃ−ｄ」または「範囲ｄ−ｅ］）を予測する工程（ステップ５）と、

該予測に引き続き、予測された範囲について、一対の振動検知棒（たとえば、第１振動検知棒１１ｃ、１１ｄ、または第１振動検知棒１１ｄ、１１ｅ）の先端部に振動センサを当接して漏洩振動を検知する工程（ステップ６）と、
該一対の検知信号を比較して、漏洩位置から該一対の振動センサのそれぞれに漏洩振動が到達するまでの時間の差を検出する工程（ステップ７）と、
該検出した時間の差に基づいて漏洩位置を予測する工程（ステップ８）と、
前記初回に予測された漏洩位置とこれに引き続いて予測された漏洩位置とが重なった位置を、漏洩位置と特定する工程（ステップ９）とを有している。

このとき、漏洩位置を予測する際、地表４１において振動センサを振動検知棒の先端に容易に当接することができるから、作業が迅速になる。
また、あらかじめ、埋設配管を流れる流体の流量の変化を測定して、分岐した埋設配管の内の何れの埋設配管において漏洩が生じているか推定するから、作業の無駄が防止され作業が迅速になる。

なお、ステップ４において前記時間の差が検出されない場合には、使用する振動センサの振動検知可能範囲内に漏洩が発生していないものとして、ステップ３に戻り、初回とは相違する一対の振動検知棒（たとえば、第１振動検知棒１１ｂ、１１ｃ、または第１振動検知棒１１ｂ、１１ｄ）の先端部に振動センサを当接して漏洩振動を検知する。そして、これを初回の漏洩振動を検知する工程とみなす。

なお、当該埋設配管において振動検知棒が２本しか設置されていない場合や初回に予測された漏洩位置が当該埋設配管を外れる場合には、これに引き続く予測の工程はない。
また、同一埋設配管の複数箇所に流量メータを設置して、同一埋設配管の途中で流量が変動した場合に、当該範囲で漏洩が生じていると推定してもよい。このとき、初回の予測精度が向上する。

（漏洩位置の特定方法−その２）
図４は本発明の実施形態２に係る埋設配管から加圧水が漏洩する際の漏洩振動の測定値を解析したパワースペクトルである。すなわち、発明者等は、埋設配管から加圧水が漏洩する際の漏洩振動のパワースペクトルが、水圧の変更によって変動、特に、特定の周波数帯（以下、特定周波数帯と称す）で顕著に変動することを発見した。一方、埋設配管から加圧水が漏洩していない場合には、水圧を変更しても測定した振動のパワースペクトルに変動がみられないことも確認した。
すなわち、該特定周波数帯において、従来、困難であった漏洩振動とその他の振動（以下、雑音と称す）との識別が容易且つ正確になるから、該特定周波数帯に着目して時間差を検出すれば、雑音の影響を受けることなく正確な時間差を検出することができることを見出した。

図４は、加圧水を輸送する場合であって、送水圧が低い（０．３ｋｇｆ／ｃｍ²）場合と、高い（１．０ｋｇｆ／ｃｍ²）場合とのパワースペクトルが、４００〜７００Ｈｚの周波数帯域において相違していることから、該周波数帯域において把持振動を雑音から識別することが好ましいと判断される。

図５は本発明の実施形態２に係る埋設配管おいて検知した漏洩振動の相互相関関数の演算結果を示す相関図であって、縦軸は相互相関関数を２乗した値、横軸は時間差である。図５は、前記知見に基づき、一対の振動検知棒の先端にそれぞれ当接した一対の振動センサが測定した測定値から、前記周波数成分（４００〜７００Ｈｚ）を通過させるバンドパスフィルタを用いて漏洩振動を抽出し、抽出した一対の漏洩振動に対して相互相関関数演算を施したものである。すなわち、明瞭なピークが現われているため、該ピークの位置から時間差（−１３．７５ｍｓ）が明瞭に検出されている。

以上の知見より、漏洩位置の特定方法２は、あらかじめ、前記特定周波数帯を検出する工程を有するものであって、前記ステップ４およびステップ７において、一対の検知信号から前記特定周波数帯に含まれる周波数成分を抽出し、該抽出された周波数成分について両者を比較して時間差を演算することを特徴とするものである。
このとき、地表における作業が容易になると共に、漏洩位置の特定精度が向上する。

本発明は以上の構成であるから、各種液体あるいは各種気体を輸送する埋設配管、および該埋設配管における漏洩位置の特定方法に広く利用することができる。

本発明の実施形態１に埋設配管を示す模式図である。 本発明の実施形態２に係る埋設配管おける漏洩位置の特定原理を説明する模式図である。 本発明の実施形態２に係る埋設配管おける漏洩位置の特定方法を説明するフロー図である。 本発明の実施形態２に係る埋設配管から加圧水が漏洩する際の漏洩振動の測定値を解析したパワースペクトルである。 本発明の実施形態２に係る埋設配管おいて検出した漏洩振動の相互相関関数の演算結果を示す相関図である。

符号の説明

１ 埋設配管
２ 埋設配管
３ 本管
４ 地中
１０ 流量メータ
１１ 振動検査棒
２０ 流量メータ
２１ 振動検査棒
３１ 送水ポンプ
３２ 減圧弁
４１ 地表

Claims (4)

1. 流体が漏洩した際に漏洩位置を特定するために、該漏洩位置から生じる振動を検知する振動センサを当接するための振動検知棒が所定の間隔をあけて複数本設置され、該振動検知棒の上端が地面に略到達または地面から突出していることを特徴とする埋設配管。
2. 流体が漏洩した際に漏洩位置を特定するために、該漏洩位置から生じる振動を検知する振動センサを当接するための振動検知棒が所定の間隔をあけて複数本設置され、該振動検知棒の上端が地面に略到達または地面から突出している埋設配管において、
   前記振動検知棒の内の一対の振動検知棒の先端部に振動センサを当接して前記振動を検知する工程と、
   該一対の検知信号を比較して、漏洩位置から該一対の振動センサのそれぞれに前記振動が到達するまでの時間の差を検出する工程と、
   該検出した時間の差に基づいて漏洩位置を予測する工程とを有することを特徴とする漏洩位置の特定方法。
3. 前記埋設配管の内部を流れる流体の流量を測定する工程と、
   該測定した流量が変化したことによって流体が漏洩していると推定する工程とを有し、
   該推定に基づいて前記振動検知棒の内の一対の振動検知棒の先端部に振動センサを当接して前記振動を検知することを特徴とする請求項２記載の漏洩位置の特定方法。
4. 前記流体の圧力を変更した際に前記振動のパワースペクトルにおいて変動する周波数帯を、あらかじめ検出する工程を有し、
   前記一対の検知信号を該周波数帯において比較することを特徴とする請求項２または３記載の漏洩位置の特定方法。
   

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