JP2765456B2 - パイプラインの漏洩検知方法 - Google Patents

パイプラインの漏洩検知方法

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JP2765456B2 JP29094893A JP29094893A JP2765456B2 JP 2765456 B2 JP2765456 B2 JP 2765456B2 JP 29094893 A JP29094893 A JP 29094893A JP 29094893 A JP29094893 A JP 29094893A JP 2765456 B2 JP2765456 B2 JP 2765456B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は例えば石油や天然ガス等
の流体を輸送するパイプラインにおいて、特に輸送時に
おけるパイプラインからの流体の漏洩を検知する方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般にパイプラインの漏洩を検知する手
段としては、ガス検知器などによる直接的な方法と、流
動シミュレーションの計算値などを用いる間接的な方法
とに分類することができ、本発明に関連する後者の方法
については、例えば“PIPELINE LEAK D
ETECTION 1988,ASME PD−Vo
l.19, pp.55−60”に記載されており、そ
こでは両端に圧力計及び流量計、途中に複数個の圧力計
が設置されているパイプラインにおいて、入口圧力−出
口流量の境界条件で流動シミュレーションを行い、入口
流量と入口以外の圧力について計算値と測定値との比較
を行って漏洩を検知する手法が採られている。或いは、
特公平4−51719号公報においては、液体パイプラ
インにおいて、特性曲線法によって漏洩の無い場合の流
動シミュレーションを行い、それによる圧力の計算値と
測定値とを比較して、その差が一定値以上になったとき
に漏洩の発生と判定する方法が開示されている。
【0003】シミュレーション方式の漏洩検知方法で
は、一般にパイプラインの境界端における圧力又は流量
(流速でもよい)の測定値を境界条件として流動シミュ
レーションを実行し、境界条件として使用していない他
の測定値と、それに対応する計算値とを比較する。パイ
プラインに漏洩が発生すると、入口と漏洩地点との間の
流量は、漏洩地点と出口との間の流量よりも大きくなる
ことから、パイプラインに沿った圧力分布は漏洩地点を
境にして折れ曲がった形状になる。流動シミュレーショ
ン上では漏洩の発生を考慮しないため、流れの状態を表
す圧力や流量に関して、計算結果と測定値(実現象)と
の間に矛盾が生じる。この測定値の偏差の大きさや分布
形状は、流動シミュレーションの境界条件の採り方によ
って異なったものとなる。例えば流入端と流出端とを各
1つずつ有する単純なパイプラインにおいても、計算の
境界条件としては、圧力−圧力、圧力−流量、流量−圧
力、流量−流量の4とおりを考えることができるが、い
ずれにしても漏洩のように計算モデルに含まれない現象
が起こった場合には、該偏差量が増大することに変わり
はない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】パイプラインの流動シ
ミュレーションは、現状の技術のレベルのいかなる計算
モデル、解法を用いても、計測値(実現象)と全く一致
する計算結果を得ることはできない。特に、流量が時間
的に変化する非定常運転の際には、計算値と測定値との
間には無視し得ない誤差が生じる。両者の偏差を時間的
に監視し、例えば3σ管理法などを用いて異常に大きい
値となったときに漏洩の発生と判断する手法にあって
は、流れの非定常変動が始まったことによる偏差量の増
大と、漏洩が起こったときのそれとが混同され、誤警報
を出力してしまうことが多い。特に、漏洩の検知精度を
向上し、微小な漏洩までも検知しようとすると、偏差量
の漏洩判定しきい値をより小さくしなければならないの
で、非定常変動の際の誤警報が出力される確率も必然的
に大きくなってしまうという問題点があった。
【0005】このような誤警報の問題は、パイプライン
内部の流体が非圧縮性とみなしうる液体の場合よりも、
圧縮性の強い気体の場合の方がより影響が大きい。これ
は、圧縮性流体においては、ラインの1つの境界端での
流量が変化したときに、他の境界端にその影響が及ぶま
でに時間的な遅れが生じることによりパイプライン全域
における流れの現象が非常に複雑なものとなるからであ
る。
【0006】本発明は、上記のような問題を解決するた
めに成されたものであり、流れの非定常変動が起こって
いる場合でもそれによる漏洩の誤警報を出すことなく、
確実に漏洩発生を検知することを可能にしたパイプライ
ンの漏洩検知方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係るパイプライ
ンの漏洩検知方法は、流体を輸送するパイプラインの流
動シミュレーションをリアルタイムで実行し、それによ
り得られる流体の流れ状態量(圧力、流量等)の計算値
とパイプラインに設置されたセンサによるそれらの測定
値とを比較して両者の偏差量を求め、かつパイプライン
への流入流量の和とパイプラインからの流出流量の和と
の差として定義されるラインパック量変化速度の絶対値
を求める工程と、偏差量に対して、ラインパック量変化
速度の絶対値が大きいときには小さく、ラインパック量
変化速度の絶対値が小さいときには大きくなるような関
数形を持つスケーリング係数を乗じて修正偏差量を求め
る工程と、この修正偏差量が予め設定されたしきい値を
越えた場合、又は修正偏差量の統計的出現確率が所定の
有為水準以下になった場合に漏洩発生と判断する工程と
を有する。
【0008】
【作用】本発明においては、ラインパック量変化速度が
大きいほど流れの非定常性が大きいと判断されることか
ら、偏差量を縮少する方向に補正する。逆にラインパッ
ク量変化速度が小さいほど流れの非定常性が小さいと判
断されることから、偏差量を拡大する方向に補正する。
このように補正された偏差量即ち修正偏差量に基いてパ
イプラインの漏洩を判断するようにしたので、非定常変
動が大きい際に生じる流動シミュレーションの精度低下
を補償して漏洩の誤警報を巧みに防止することができる
一方で、実際に漏洩が起こったときの偏差量の上昇を見
逃すことなく、確実に漏洩の発生を検知することができ
る。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は、本発明の一実施例に係るパイプラ
インの漏洩検知方法を実施するための例えばコンピュー
タの処理機能を表した機能ブロック図である。同図にお
いて、測定値入手機能1はパイプラインの各所に設けら
れた圧力計、流量計等のセンサの出力値を、テレメータ
リング装置等から一定時間毎にリアルタイムで取り込む
機能であって、それらのうち、予め決められた幾つかの
測定値とその取得時間が流動シミュレーション機能2に
渡される。流動シミュレーション機能2では、これらを
境界条件としてパイプライン全域の非定常流動シミュレ
ーションを、前回の計算終了から今回の測定時間までの
時間増加分だけ行う。シミュレーション計算終了後、偏
差計算機能3は、流動シミュレーション機能2において
境界条件として用いたもの以外の測定値(圧力、流量)
を測定値入手機能1から受け取り、それに対応する流動
シミュレーション機能2の計算値との偏差を計算する。
【0010】一方、ラインパック量変化速度計算機能4
においては流動シミュレーション機能2の計算結果から
計算上のラインパック量変化速度ΔLPcalcを計算
する。この値は、図2に示すように、流動シミュレーシ
ョンの計算範囲がN個の境界端を有する場合には、i番
目の境界端における流量の計算値をQi,calcと表
すと、
【0011】
【数1】
【0012】で求められる。このとき、流量の符号はパ
イプラインに流入する方向を正とする。また、この値は
ある時点の瞬時値ではなく、現時点以前の一定時間内に
おける積算値であってもよい。
【0013】次に、偏差スケーリング機能5において、
偏差計算機能3で求めた測定値と計算値との偏差に対し
て、適当なスケーリング係数を掛け合わせる。ここで、
スケーリング係数の計算式は、ΔLPcalcの絶対値
が大きいほど小さく、ΔLPcalcの絶対値が小さい
ほど大きくなるような関数形を予め与えておくものとす
る。例えば、簡単なものとしては次のような式が考えら
れる。 Cs=MIN (1,|ΔLPmeas−ΔLPcalc|/|ΔLPcalc|) (2) Cs=|ΔLPmeas−ΔLPcalc|/ (|ΔLPmeas−ΔLPcalc|+|ΔLPcalc|) (3) ここで、ΔLPmeasは(1)式と同様にして求めた
測定上のラインパック量変化速度である。このようにし
て求めたスケーリング係数Csを、偏差計算機能3で求
めた偏差量に掛け合わせ、そのスケーリングされた偏差
量(修正偏差量)を漏洩判定機能6に送る。漏洩判定機
能6ではスケーリングされた偏差量(修正偏差量)の大
小を経時的に観察しながら、その値が異常に大きくなっ
た場合に漏洩発生と判断し、漏洩警報を出力する。この
とき、漏洩判定のしきい値としては、予め一定値を与え
ておいてもよいし、あるいは修正偏差量の現時刻以前の
ばらつき状態から分散を求め、3σ管理法のような統計
的手法によって異常の有無を検定してもよい。
【0014】図3は4in×1400mの実験用配管に
空気を流し、出口の流量を急激に減少させている途中
で、配管中央部で漏洩を発生させたときの状況を表した
ものである。配管の入口及び出口にそれぞれ圧力計と流
量計とを設置し、その出力をコンピュータに一定間隔で
取り込んだ。コンピュータには上述の漏洩検知方法の全
機能がプログラム化されて内蔵されている。流動シミュ
レーションは入口圧力−出口圧力の境界で実行した。漏
洩判定に用いる状態量としては入口流量と出口流量の差
とし、その測定値と計算値との偏差量を算出した。図の
曲線9は、この偏差量の経時変化を表したものであり、
流量変動開始直後に増加しており、これをそのまま漏洩
判定に用いると誤警報を発することになる。一方、計算
上のラインパック量変化速度(曲線7)、測定上のライ
ンパック量変化速度(曲線8)、及び(3)式によるス
ケーリングが施された偏差量(修正偏差量)は曲線10
のようになり、この値を用いて漏洩発生の判定をした場
合には、流動変動による誤警報もなく、漏洩発生後20
秒後に検知することができた。このとき、漏洩判定基準
は、スケーリングが施された偏差量(修正偏差量:曲線
10)の分散状態に対してt検定で有為水準を0.5%
とした。
【0015】また、漏洩が発生すると、流量ばかりでな
く圧力についても測定値と計算値の偏差が増大するの
で、漏洩判定に用いる状態としてはここで示した流量に
限定する必要はなく、圧力に着目してもよい。なお、流
量シミュレーションの解法としては、陽解法系のものや
陰解法系のものが数多く知られているが、本発明は適用
する流動シミュレーションの解法を限定するものではな
く、いずれの解法を使用してもよい。また、流動シミュ
レーションの境界条件は上記のいずれのものを用いても
よいが、なるべく圧力境界とする方が望ましい。何故な
ら、全てのパイプライン境界端のうちで流量境界の数が
増えるほど、計算上のラインパック量変化速度がみかけ
のラインパック量変化速度(全流入流量測定値と全流出
流量測定値の差)に近づき、漏洩が起こったときにそ偏
差量を縮小する方向にスケーリングしてしまうからであ
る。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、流
動シミュレーションを実行し、ラインパック量変化速度
が大きいほど、液体の流れ状態量の計算値と測定値との
偏差量を縮少する方向に補正し、逆にラインパック量変
化速度が小さいほど偏差量を拡大する方向に補正し、こ
のように補正された修正偏差量に基いてパイプラインの
漏洩を判断するようにしたので、非定常変動が大きい際
に生じる流動シミュレーションの精度低下を補償して漏
洩の誤警報を防止することができる一方で、実際に漏洩
が起こったときの偏差量の上昇を見逃すことなく、確実
に漏洩の発生を検知することができる。従って、従来の
同種の方法に比べて新たな装置を追加することなく、パ
イプラインの変動運転による誤警報を低減し、信頼性の
高い漏洩検知を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るパイプラインの漏洩検
知方法を実施するためのコンピュータの処理機能を表し
た機能ブロック図である。
【図2】流動シミュレーションを行うパイプラインの形
状の一例を表す図である。
【図3】実験用配管における漏洩発生時の状況を表す図
である。
【符号の説明】 1 測定データ取込機能 2 流動シミュレーション機能 3 偏差計算機能 4 ラインパック量変化速度計算機能 5 偏差スケーリング機能 6 漏洩判定機能 7 計算上のラインパック量変化速度の変化曲線 8 測定上のラインパック量変化速度の変化曲線 9 偏差量の変化曲線 10 スケーリングが施された偏差量(修正偏差量)の
変化曲線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅野 嘉章 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61−153100(JP,A) 特公 平4−51719(JP,B2) C.S.PRINGLE,THE P IPELINE MONITOR: A N OVERVIEW OF SOFT WARE BASED LEAK DE TECTION,ASME PD, 1988,VOL.19,P.55−60. (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01M 3/28 G01M 3/00 F17D 5/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 流体を輸送するパイプラインの流動シミ
    ュレーションをリアルタイムで実行し、それにより得ら
    れる流体の流れ状態量の計算値とパイプラインに設置さ
    れたセンサによるそれらの測定値とを比較して両者の偏
    差量を求め、かつパイプラインへの流入流量の和とパイ
    プラインからの流出流量の和との差として定義されるラ
    インパック量変化速度の絶対値を求める工程と、 前記偏差量に対して、前記ラインパック量変化速度の絶
    対値が大きいときには小さく、前記ラインパック量変化
    速度の絶対値が小さいときには大きくなるような関数形
    を持つスケーリング係数を乗じて修正偏差量を求める工
    程と、 該修正偏差量が予め設定されたしきい値を越えた場合、
    又は前記修正偏差量の統計的出現確率が所定の有為水準
    以下になった場合に漏洩発生と判断する工程とを有する
    ことを特徴とするパイプラインの漏洩検知方法。
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