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探測管線外洩的新方法

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高雄氣爆意外已經四個月過去了,道路也已經修復完成,但未來是否有科技能提早發現管線外洩,避免再度發生氣爆意外呢?麻省理工學院(MIT)與沙烏地阿拉伯法德親王石油礦大學(KFUPM)的研究團隊,設計出一套又快又精確的自動檢測系統,能藉由感應壓力變化找出管線外洩位置。

目前探測外洩是藉由地面上的聲音傳感器,感測細微的聲音和外洩所造成的震動,有時則是利用管線內的探測器,錄影尋找管線破裂的跡象。但是這些探測系統都非常緩慢,還可能漏掉細小的裂痕。新的這套系統「可以感測到大小只有0.1到0.2公分的縫隙,而且是在壓力相當低的狀況下」,MIT機械工程博士生,同時也是研究論文的第一作者卓斯佐亞基奧(Dimitrios Chatzigeorgiou)說,「我們已經證明它可行!」

今年四月,卓斯佐亞基奧在香港舉行的「機器人與自動化領域國際會議」和在奧勒岡州波特蘭舉辦的「美國自動控制會議」上,發表了他們的構想。此外,這套系統也證實能實際應用在水管或石油管線中。

卓斯佐亞基奧說,現行的聲波探測法只對金屬管線的聲音和震動有效,塑膠管線上的聲波通常太快消散。研究團隊已經將這裝置設計成能在管線中以時速3英里(約時速1.3公里)移動,而且幾乎全自動,終究會讓這裝置永久留在管線中不間斷地自動化探測。

除了有可能造成爆炸,管線外洩也帶來環境問題,像是天然氣管線:甲烷-天然氣最主要的成分,造成暖化的效果是二氧化碳的25倍。水管外漏浪費了系統中將近一半的水量;輸油管外漏會導致有毒物質溢出、擴大清除範圍。新的外洩探測裝置會大幅改善這些問題。

不過探測系統目前還是只能運作於特定的情況下,卓斯佐亞基奧說,現在還沒有一個方法可以有效率地探測任何管線系統中的外洩。「我們相信這個新系統可以解決一般常見的問題」他說,「新的探測器可以製造成各種大小去符合不同的管子,能適用於瓦斯、自來水、或石油管線。」

目前的裝置包含兩個部分:一個利用輪子前進(或者有時候浮在液體上時僅僅掃過水面)的小型機器人、一個沿管子切面以形成密封的鼓狀薄膜。當裝置遇到漏縫時,液體流向裝置會使薄膜變形,薄膜的變形會被精密的抗力感測器(force-resistive sensors)所感測,並且經由無線通訊傳回資料。

卓斯佐亞基奧說,藉由偵測漏縫附近的壓力梯度來找出外洩,是一個很新穎的點子。這個方法有效的關鍵在於,能夠感測到漏縫處快速的壓力改變,以提供極精準的定位,對於探測大規模的系統也相對快速。但目前這個系統需要管子的直徑相當一致,研發人員正致力於發展出更有彈性的版本,因應管線中毀損、阻塞等各種狀況。

研究的共同作者,KFUPM機械工程的教授Rached Ben-Mansour說,現在偵測外洩的系統都相當昂貴,基本上每年花費25萬美金來監測100公里的管線。讓系統變得更便宜、更容易普及也是研究團隊的目標。

資料來源:A new way to detect leaks in pipes. MIT News. [ June 19, 2014]

關於作者

張鳳茹

PanSci 實習編輯 | 主修大氣科學。喜歡弄文字、玩音樂。傾向自然,不管是拿來讀的那種,渾身散發出來的那種,還是可以去野餐的那種。