JP2682882B2

JP2682882B2 - 可燃性ガスのガス種を識別する方法およびその装置

Info

Publication number: JP2682882B2
Application number: JP930490A
Authority: JP
Inventors: 彰町野; 太二郎寺崎; 秀夫杉本
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1990-01-18
Filing date: 1990-01-18
Publication date: 1997-11-26
Anticipated expiration: 2012-11-26
Also published as: JPH03214054A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、天然ガス、石炭ガス、石油ガスを主原料と
する都市ガス産業、LPG産業においてガス輸送導管の維
持管理を計る上で、土壌等を経由して地中あるいは地表
へと漏出するガスに含まれる可燃性ガス成分が、都市ガ
ス、発酵ガス、LPGのいずれかのガス種に由来するか識
別する方法及びその装置に関するものである。

［従来技術］可燃性ガスのガス種を識別する従来の方法および装置
としては、ある特定の成分群を検知し、それを基に識別
する、あるいはガス成分の成分分離型分析装置であるガ
スクロマトグラフを用いて分析を行ない、そのアナログ
出力であるクロマトグラムピークパターンを基に測定者
が識別する、等の方法が知られている。

［従来技術の課題］第１図は、従来のガス種識別方法をグラフの形で例示
したものである。これは、検出器の作動原理として接触
燃焼方式を採用している識別型可燃性ガス検知器の例で
ああるが、この検知器にはCH₄を含む全ての可燃性ガス
に感応する検出素子ＡとCH₄を除く全ての可燃性ガス成
分に感応する検出素子Ｂの２素子方式を用いており、検
出素子Ａ、Ｂそれぞれの出力値の演算値、具体的には素
子Ａの出力値と素子Ｂの出力値との比のレベルでもって
ガス種を識別する方法を採用している。これは換言すれ
ば、全可燃性ガス成分中に占めるCH₄の濃度割合でもっ
てガス種を識別する方法にほかならないが、可燃性ガス
成分中にアルコール類やエステル類等が混入した場合に
は、正確にガス類を識別できない場合がある。より具体
的には、発酵ガスに由来するCH₄とアルコール類とが混
在した場合には、都市ガスと誤認識することが有り得
る。

また例えば、ガスクロマトグラフ法を用いて得られた
試料ガスのクロマトグラムピークパターンを、あらかじ
め測定しておいた都市ガスやLPGのクロマトグラムピー
クパターンと照らし合わせ、測定者がピークパターンの
一致度合いを目視等で判定し、ガス種の識別を行なう方
法もあるが、この方法は、比較的に高濃度の都市ガス、
発酵ガス、LPGがそれぞれ単独で存在していれば有力な
方法であるが、発酵ガスとLPGとが混在している場合な
どには都市ガスと誤認識することが有り得るし、また測
定者の経験の違いなどにより識別結果に個人差を生じる
場合があるなど、不都合な面がある。

さらに、従来の可燃性ガスのガス種を識別する方法お
よび装置はいずれも、大気組成や土壌中のガス組成を考
慮していないため、正確な識別を行なうことができない
場合があるという欠点も持っている。第２図は、東京都
内の200を越える地点で採取した土中雰囲気ガスの調査
結果である。土中雰囲気ガスは、土壌中に含まれる有機
物の分解・発酵過程を経て生成する可燃性ガス成分であ
るCH₄と無機ガス成分であるCO₂を多量に含む場合があ
り、CH₄では最高値50ppm程度、CO₂では最高値10％程度
の値が検出されている。また、一般の大気中にはCH₄が
1.6ppm含まれており、これら土壌中あるいは大気中に含
まれる可燃性ガス成分のバックグランド値を無視する
と、可燃性ガス成分の由来となったガス種の識別を誤る
可能性がある。第１表は、都市ガス、発酵ガス、LPGと
乾燥空気の組成例であるが、例えば、LPGが土壌中で微
小量漏出した地点で採取した試料ガス中の可燃性ガス成
分の濃度が、CH₄では数十ppm、C₃H₈およびC₄H₁₀がそれ
ぞれ数ppmとなる場合も有り得るが、このときCH₄のバッ
クグランド値を考慮にいれないと、この試料ガス中に含
まれている可燃性ガス成分の由来を都市ガスと誤ること
もあるなど、問題点がみられる。

本発明は上記従来例の問題点を解決するものであり、
土壌等を経由して地中あるいは地表へと漏出するガス中
に含まれる可燃性ガス成分が、都市ガス、発酵ガス、LP
Gのいずれかのガス種に由来するものか識別する方法お
よびその装置を提案するものである。

［課題を解決するための手段］本発明は上記目的を達成する手段として、土壌等を経
由して地中あるいは地表へと漏出する由来不明のガスを
試料ガスとし、この試料ガス中に含まれるCH₄を初めと
する可燃性ガス成分と、CO₂といった無機ガス成分と、
個々の成分毎の濃度を測定し、前記試料ガスの濃度測定
値の中で、CH₄濃度値を基準とした時の個々の可燃性ガ
ス成分の濃度割合を算出し、前記濃度測定値の中のCH₄
濃度値、CH₄以外の可燃性ガス成分の濃度値およびCO₂濃
度値の大小と、前記算出した試料ガス中に含まれる個々
の可燃性ガス成分の濃度割合の演算値の大小とから、試
料ガス中に含まれる可燃性ガス成分の由来が、都市ガ
ス、発酵ガス、LPGのいずれかのガス種であるか識別す
る方法を提案する。

又、可燃性ガスのガス種を識別する装置に関しては、
上記の目的を達成するために、以下に記述する各構成要
素の組み合わせを提案する。

土壌等を経由して地中あるいは地表へと漏出する由来
不明のガスを試料ガスとして採取するための試料導入管
および試料導入管の途中に設けた試料取採用ポンプと、
前記試料導入管の途中であってかつ試料採取用ポンプの
前あるいは後に設けた、試料ガス中のCH₄、C₂H₆、C
₃H₈、C₄H₁₀およびCO₂を分別検出する分別検出器と、前
記分別検出器の出力である電気信号を前記各成分の濃度
値に変換する変換器と、前記変換器で変換された前記各
成分の濃度値から、試料ガス中に含まれていた可燃性ガ
ス成分が、都市ガス、発酵ガス、LPGのいずれかのガス
種に由来するかを判定する判定回路と、前記判定回路に
基づく判定結果を表示する表示器。

［実施例］第３図は、可燃性ガスのガス種を識別する装置の実施
例を示し、符号の１は、土壌等を経由して地中あるいは
地表へと漏出する由来不明のガスを試料ガスとして採取
する際に、試料ガス中のダスト、水分を除去するための
フィルターを装填したサンプリングノズルである。

２は、前記サンプリングノズルと接続し、下流の分別
検出器まで試料ガスが通過する分別検出器入側試料導入
管である。

３は、分別検出器の出側に接続し、下流の試料採取用
ポンプまで試料ガスが通過する分別検出器出側試料導入
管である。

４は、前記サンプリングノズルと前記試料導入管を通
過して分別検出器に試料ガスを導入するための吸引型試
料採取用ポンプである。

５は、前記サンプリングノズルと前記試料導入管を通
過し、前記吸引型試料採取用ポンプによって導入された
試料ガス中に含まれるCH₄、C₂H₆、C₃H₈、C₄H₁₀およびCO
₂といった各成分を個々に検出する分別検出器である。

６は、前記分別検出器の出力である電気信号を前記各
成分の濃度値に変換する変換器である。

７は、前記変換器で変換された前記各成分の濃度値を
基に、試料ガス中に含まれる可燃性ガス成分が、都市ガ
ス、発酵ガス、LPGのいずれのガス種に由来するかを判
定する判定回路である。

８は、前記判定回路に基づく判定結果を表示する表示
器である。

９は、前記分別検出器の出力である、前記各成分に対
応する電気信号である。

10は、前記変換器の出力である、前記各成分に対応す
る濃度値である。

ここで、前記分別検出器は、前記各成分、すなわちCH
₄、C₂H₆、C₃H₈、C₄H₁₀およびCO₂を個々に検出し、これ
を電気信号に変えられるものであればどの様な検出器で
あっても使用することが可能であり、例えば、CH₄にの
み感応するガスセンサと、C₂H₆にのみ感応するガスセン
サと、C₃H₈にのみ感応するガスセンサと、C₄H₁₀にのみ
感応するガスセンサおよびCO₂にのみ感応するガスセン
サとを前記試料ガス導入管中に並べ、分別検出器として
も良いが、発明者はガス分離管のみ長さの異なる２基の
ガスクロマトグラフ型ガス分離検出装置を分別検出器と
して使用した。

第４図は、分別検出器の実施例を示し、符号の２、
２′は分別検出器入側試料導入管である。

11、11′は、前記試料採用ポンプ４の稼動時にのみ開
く試料ガスラインバルブである。

12、12′は、前記試料ガスラインバルブの下流に設け
たサンプルループである。

13、13′は、３方バルブであり、前記試料採取用ポン
プ４の稼動時には、前記サンプルループ側と下流の分別
検出器出側試料導入管とを接続する。

３、３′は、分別検出器出側試料導入管である。

14は、Heガスを充填したステンレス製内容量75ml、充
填圧力150kg/cm²（ゲージ圧）のキャリアガスボンベで
ある。

15は、前記キャリアガスボンベ14の交換時に、外気が
分別検出器内部に混入することを防ぐための締切りバル
ブである。

16は、キャリアガス圧を5kg/cm²（ゲージ圧）に減圧
する小型の１次減圧弁である。

17は、前記１次減圧弁を経由して減圧されたキャリア
ガス圧力を、さらに1kg/cm²（ゲージ圧）まで減圧する
小型の２次減圧弁である。

18、18′は、ステンレス製のキャリアガスラインであ
る。

19、19′、20、20′は、前記キャリアガスラインの下
流に設け、ステンレス製の配管を細く絞った流路抵抗管
である。

21、21′は、試料ガス中に含まれるCH₄、C₂H₆、C
₃H₈、ｎ−C₄H₁₀、ｉ−C₄H₁₀およびCO₂を分離することガ
ス分離管であり、21は、試料ガス中のCH₄、C₂H₆よびCO₂
を互いにかつその他のガス成分と分離する機能を有す
る。また、21′は、試料ガス中のC₃H₈、ｎ−C₄H₁₀およ
びｉ−C₄H₁₀を互いにかつその他のガス成分と分離する
機能を有する。ここで、ｎ−C₄H₁₀とｉ−C₄H₁₀とは構造
上互いに異性の関係にある化合物であり、特に区別しな
い場合にはC₄H₁₀と表される。

22、22′は、前記ガス分離管21、21′と同じ流路抵抗
を持つ参照ガス分離管であるが、この参照ガス分離管2
2、22′にはキャリアガスのみが流れる。

23、23′は、熱伝導度型検出器であり、前記ガス分離
管21、21′で分離された成分と前記参照ガス分離管22、
22′を流れるキャリアガスとの熱伝導度の差を電気信号
に変換する機能を有する。

24、24′は、試料ガスインジェクション用バルブであ
り、バルブの一端は前記試料ガスラインバルブと前記サ
ンプルループとの間に接続され、他端は前記流路抵抗管
（19、19′）と前記ガス分離管21、21′との間に接続さ
れている。

ここで、ガス分離管21、21′は、市販の溶融シリカキ
ャピラリカラムが使用できるが、発明者の実験では、溶
融シリカキャピラリカラムの内面に多孔質のポリマービ
ーズを塗布したカラムが使用目的に合致するものであっ
た。なお、カラムの長さは、CH₄、C₂H₆およびCO₂を分離
するガス分離管21では8m、C₃H₈、ｎ−C₄H₁₀およびｉ−C
₄H₁₀を分離するガス分離管21′では2mが最適であった。
この条件で得られた熱伝導度型検出器23、23′のアナロ
グ出力を第５図（１）、（２）に示す。また、交換器６
の較正は、濃度既知のCH₄、C₂H₆、C₃H₈、ｎ−C₄H₁₀、ｉ
−C₄H₁₀およびCO₂を含む標準ガスを用意して、この標準
ガスを測定することによって、あらかじめ前記各成分の
濃度対電気信号の変換ファクタと検知時間とを求めてお
いても良いが、分別検出器６に使用している熱伝導度型
検出器23、23′が、大気中のO₂とN₂とにも感応する特性
を利用し、O₂とN₂との和の濃度が常に一定の大気を標準
ガスとして用い、大気分析することによりCH₄、C₂H₆、C
₃H₈、ｎ−C₄H₁₀、ｉ−C₄H₁₀およびCO₂、検出時間の決定
並びに前記各成分の濃度対電気信号の変換ファクタを求
めることができるため、特別な標準ガスボンベを用意す
ることもなく、また測定作業も極めて簡略化することが
できる。

なお、前記分別検出器５を極小化したい場合には、特
公昭58−195149公報に記載されている“小型ガスクロマ
トグラフ装置”を使用しても良い。

実施例は以上のごとき構成からなり、試料ガス中に含
まれるCH₄、C₂H₆、C₃H₈、C₄H₁₀およびCO₂の測定データ
から、これら可燃性ガス成分が、都市ガス、発酵ガス、
LPGのいずれのガス種に由来するかを判別するのである
が、ガス種識別のために判定回路７で使われている測定
パラメータと測定フローを以下に説明する。

イ）空気由来の試料ガスの抽出試料ガスの可燃性ガス成分として、土中雰囲気ガスの
バックグランドレベル以下の可燃性ガスしか含まないも
のが有り得るため、これを空気由来の試料ガスとして抽
出する。この測定を行なうため必要かつ十分なパラメー
タは、CH₄濃度値と、C₂H₆＋C₃H₈＋C₄H₁₀の濃度値の２種
のパラメータである。具体的には、CH₄をバックグラン
ドレベル以下しか含まずかつC₂H₆＋C₃H₈＋C₄H₁₀を含ま
ない場合、すなわち可燃性ガス成分を含まない試料ガス
は空気と識別する。

ロ）LPG由来の試料ガスの抽出試料ガスの中には、LPGに由来する可燃性ガス成分の
みを含む場合が有り得ることから、これをLPG由来の試
料ガスとして抽出する。この判定を行うため必要かつ十
分なパラメータは、前項イ）と同じである。具体的に
は、CH₄をバックグランドレベル以下しか含まずかつC₂H
₆＋C₃H₈＋C₄H₁₀を一定の濃度レベル以上含む試料ガスは
LPGと識別する。

ハ）都市ガスおよび発酵ガス由来の試料ガスの識別第１表にも示したように、発酵ガスも都市ガスも可燃
性ガス成分としてCH₄を主成分としたガス種であるた
め、バックグランドを考慮しつつこの両者を区別して識
別するためには、・CH₄以外の可燃性ガス成分が含まれているか否か・発酵過程で大量に生成するCO₂を含んでいるか否かの２点がポイントとなる。

そこで、空気あるいはLPGと識別された試料ガス以外
の試料ガス中に含まれる可燃性ガス成分で、CH₄を100と
した時のC₂H₆、C₃H₈、C₄H₁₀の濃度比を演算で求め、そ
れぞれをｙ（C₂H₆）、ｙ（C₃H₈）、ｙ（C₄H₁₀）とし、
ｙ（C₂H₆）＋ｙ（C₃H₈）＋ｙ（C₄H₁₀）とCO₂濃度もパラ
メータとして用いて都市ガスおよび発酵ガスを識別す
る。

具体的には、ｙ（C₂H₆）＋ｙ（C₃H₈）＋ｙ（C₄H₁₀）
がある一定のレベルの範囲以内の値であって、ｙ（C
₂H₆）がある一定レベル以上の値となり、かつCO₂を含ま
ない時、換言すれば、試料ガス中に含まれるガス成分が
CH₄を主成分とし、C₂H₆、C₃H₈、C₄H₁₀がある一定のレベ
ルで含まれてかつCO₂を含まない時は、試料ガス中の可
燃性ガス成分の組成は都市ガスと極めて良く一致すると
判断でき、この試料ガスと都市ガスと識別する。

また、ｙ（C₂H₆）＋ｙ（C₃H₈）＋ｙ（C₄H₁₀）がある
一定のレベル未満の値である時、すなわち試料ガス中に
含まれる可燃性ガス成分がCH₄を主成分とし、C₂H₆、C₃H
₈、C₄H₁₀をほとんど含まない時は、発酵ガスと一致する
と判断でき、この試料ガスは発酵ガスと識別する。

ニ）都市ガス、発酵ガス、LPGが２種以上混在した試料
ガスの識別前項のイ）、ロ）、ハ）に従えば、試料ガスが可燃性
ガス成分を含む場合には、その由来となるガス種が都市
ガス、発酵ガス、LPGのいずれであるか識別をすること
ができる。また、可燃性ガス成分を含まない場合には、
空気と識別する。しかし、試料ガス中に含まれる可燃性
ガス成分が、２種以上のガス種に由来する場合も有り得
るが、この場合のガス種識別は前項ハ）で使用したパラ
メータに加え、ｙ（C₂H₆）を導入することにより達成さ
れる。なお、この識別の対象となるものは、空気あるい
はLPGと識別された試料ガス以外の試料ガスである。

発酵ガスとLPGが混在した試料ガスの識別ｙ（C
₂H₆）＋ｙ（C₃H₈）＋ｙ（C₄H₁₀）がある一定のレベル以
上の大きな値であり、ｙ（C₂H₆）がある一定レベル未満
の場合には、試料ガス中に含まれる可燃性ガス成分とし
て、CH₄、C₃H₈、C₄H₁₀のみが含まれる場合であるから、
第１表のガス組成から判断して、この試料ガスは発酵ガ
スとLPGが混在していると識別する。

都市ガスとLPGが混在した試料ガスの識別ｙ（C
₂H₆）＋ｙ（C₃H₈）＋ｙ（C₄H₁₀）がある一定のレベル以
上の大きな値であり、ｙ（C₂H₆）がある一定レベル以上
であっり、かつCO₂を含まない場合には、試料ガス中に
含まれる可燃性ガス成分として、CH₄、C₂H₆、C₃H₈、C₄H
₁₀が存在することを意味し、由来するガス種としては、
都市ガスとLPGが混在している場合である。

都市ガスと発酵ガスが混在した試料ガスの識別ｙ（C₂H₆）＋ｙ（C₃H₈）＋ｙ（C₄H₁₀）がある一定の
レベルの範囲以内の値であって、ｙ（C₂H₆）がある一定
レベル以上の値となりCO₂を含む時、換言すれば試料ガ
ス中に含まれる成分はCH₄を主成分とし、C₂H₆、C₃H₈、C
₄H₁₀がある一定以上レベルで含まれてかつCO₂を含む時
は、試料ガス中の可燃性ガス成分の組成は都市ガスと極
めて良く一致すると判断でき、またCO₂が含まれること
から、この試料ガスは都市ガスと発酵ガスが混在したも
のと識別する。

都市ガス、発酵ガス、LPGが混在した試料ガスの識
別ｙ（C₂H₆）＋ｙ（C₃H₈）＋ｙ（C₄H₁₀）がある一定の
レベル以上の大きな値であって、ｙ（C₂H₆）がある一定
レベル以上であり、かつCO₂を含む場合には、試料ガス
中に含まれる可燃性ガス成分として、CH₄、C₂H₆、C
₃H₈、C₄H₁₀が存在することを意味し、またCO₂が含まれ
ることから、由来するガス種としては、都市ガス、発酵
ガス、LPGの３種のガス種が混在している場合である。

第６図は実施例として、試料ガス中のCH₄、C₂H₆、C₃H
₈、C₄H₁₀およびCO₂を測定し、前記５つのパラメータす
なわち、CH₄濃度、C₂H₆＋C₃H₈＋C₄H₁₀濃度、CO₂濃度、
ｙ（C₂H₆）＋ｙ（C₃H₈）＋ｙ（C₄H₁₀）、ｙ（C₂H₆）を
用いて構成されたガス種識別のための判定フローであ
る。本フローを用いれば、試料ガス中のCH₄、C₂H₆、C₃H
₈、C₄H₁₀およびCO₂を測定し、簡単な演算を濃度比を求
めるだけで、試料ガス中に含まれる可燃性ガス成分が、
都市ガス、発酵ガス、LPGのいずれに由来するものかを
識別することが可能となる。

［本発明の効果］本発明の１つである可燃性ガスのガス種を識別する方
法によって得られる効果は以下に記述する通りである。

a.試料ガス中に含まれる可燃性ガス成分が都市ガス、発
酵ガス、LPGのいずれかに由来するものかを誰にでも誤
ちなくかつ明確に識別できる。

b.ガス種の誤認に基づいて発生する漏洩調査業務を低減
することができる。

続いて、可燃性ガスのガス種を識別する装置によって
得られる効果は以下に記述する通りである。

c.現場可搬型の自動分析・識別装置として組み上げるこ
とが極めて用意であることから、本装置を用いれば、現
場における漏洩調査の負担を軽減させることができる。

d.分析の知識を持たずまた漏洩調査の経験もない作業者
であっても、誤ちなく短時間でガス種識別ができるよう
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のガス種識別方法をグラフで示した説明図
である。第２図は東京都内200を越える地点で採取した
土中雰囲気ガスの分析結果グラフである。第３図は可燃
性ガスのガス種を識別する装置の説明図である。第４図
は分別検出器の説明図である。第５図（１）、（２）は
熱伝導度型検出器のアナログ出力説明図である。第６図
は判定フローの説明図である。１……サンプリングノズル２……分別検出器入側試料導入管３……分別検出器出側試料導入管４……ポンプ５……分別検出器６……交換器７……判定回路８……表示器９……電気信号 10……濃度値 11、11′……試料ガスラインバルブ 12、12′……サンプルループ 13、13′……三方バルブ 14……キャリアガスボンベン 15……締切バルブ 16……１次減圧弁 17……２次減圧弁 18、18′……キャリアガスライン 19、19′、20、20′……流路抵抗管 21、21′……ガス分離管 22、22′……参照ガス分離管 23、23′……熱伝導度型検出器 24、24′……試料ガスインジェクション用バルブ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】土壌等を経由して地中あるいは地表へと漏
出する由来不明のガスを試料ガスとし、この試料ガス中
に含まれるCH₄を初めとする可燃性ガス成分と、CO₂とい
った無機ガス成分と、個々の成分毎の濃度を測定し、前記試料ガスの濃度測定値の中で、CH₄濃度値を基準と
した時の個々の可燃性ガス成分の濃度割合を算出し、前記濃度測定値の中のCH₄濃度値、CH₄以外の可燃性ガス
成分の濃度値およびCO₂濃度値の大小と、前記算出した試料ガス中に含まれる個々の可燃性ガス成
分の濃度割合の演算値の大小とから、試料ガス中に含ま
れる可燃性ガス成分の由来が、都市ガス、発酵ガス、LP
Gのいずれかのガス種であるか識別する方法。
【請求項２】土壌等を経由して地中あるいは地表へと漏
出する由来不明のガスを試料ガスとして採取するための
試料導入管および試料導入管の途中に設けた試料取採用
ポンプと、前記試料導入管の途中であってかつ試料採取用ポンプの
前あるいは後に設けた、試料ガス中のCH₄、C₂H₆、C
₃H₈、C₄H₁₀およびCO₂を分別検出する分別検出器と、前記分別検出器の出力である電気信号を前記各成分の濃
度値に変換する変換器と、前記変換器で変換された前記各成分の濃度値から、試料
ガス中に含まれていた可燃性ガス成分が、都市ガス、発
酵ガス、LPGのいずれかのガス種に由来するかを判定す
る判定回路と、前記判定回路に基づく判定結果を表示する表示器と、から成る可燃性ガスのガス種を識別する装置。