探測管線外洩的新方法

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]

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