气体泄漏可视化:将「看不见」转为「看得见」的技术
气体泄漏可视化是指利用声学、热学、气泡等传感技术,将配管、阀门、接头等处泄漏的压缩空气以图像或数值形式呈现的技术总称。压缩空气无色透明,泄漏的声音又被工厂噪音掩盖,单靠肉眼或听觉很难发现。
通过可视化技术,泄漏的位置和数量可在1〜2秒内确定,修理优先级排序和投资判断都能迅速推进。美国能源部(DOE)也正式推荐超声波声学检测器是「泄漏检测的最佳方法」[1]。
为什么需要气体泄漏可视化
不使用可视化技术应对气体泄漏,现场必然会遇到3个问题:
1. 不知道泄漏在哪里
大型工厂的配管总长可达数百米至数公里。仅靠听觉一个一个定位泄漏点不现实,会消耗巨大工时。
2. 无法定量泄漏量
即使发现了泄漏点,「咝咝」的泄漏到底损失多少钱,没有可视化+计测工具就无法判断。如果使用可定量泄漏量的装置,修理优先度的判断材料可在现场即时齐备。
3. 无法排定修理优先级
用有限的保全预算获得最大效果,铁律是「按泄漏量大小顺序」修理。可视化技术能将泄漏量以kW、日元为单位量化,便于按ROI排定修理计划。
气体泄漏可视化的3种主要检测方法
从特征、适用范围、成本3个角度,比较现场常用的可视化技术。
| 项目 | 声学相机(超声波) | 红外热成像 | 肥皂水・气泡剂 |
|---|---|---|---|
| 原理 | 方向解析超声波(20kHz以上)显示热力图 | 检测泄漏部位的温度下降(绝热膨胀) | 涂布液体,用气泡目视泄漏 |
| 速度 | 瞬时(1秒以内) | 数秒〜数分钟 | 1处1处手动 |
| 运行中检测 | ○ 可 | ○ 可 | ○ 可 |
| 远距离检测 | ◎ 10m以上 | ○ 数m | × 直接接触 |
| 泄漏量定量 | ◎ 部分机型可显示损失额推荐 | △ 困难 | × 不可 |
| 初期成本 | 中〜高 | 中 | 低 |
METHOD 1声学相机「Algoleak AL64」
将多个MEMS麦克风排列(阵列),对泄漏发出的超声波(超出人类可听域的20kHz以上)进行方向解析,并以热力图叠加显示在图像上。DOE明确称之为「泄漏检测的最佳方法」[1]。
METHOD 2红外热成像「HIKMICRO」系列
泄漏部位的压缩空气向大气释放时,由于绝热膨胀温度会下降。红外相机捕捉这一温差并可视化。也能从配管表面的温度不均检测泄漏迹象,并可同时覆盖泄漏以外的电气设备异常、压缩机过热等多种诊断需求。
METHOD 3泄漏检测液「Bubble Tester WZA-901」
经典且可靠的方法。在配管、接头部涂布专用泄漏检测液,若有泄漏则起泡。DOE资料中也作为替代方法被介绍[1]。需1处1处手动,但用声学相机大致定位后,在重点确认上很强力。
DOE官方原文:「The best way to detect leaks is to use an ultrasonic acoustic detector(泄漏检测的最佳方法是使用超声波声学检测器)」[1]。大型工厂・连续运行生产线,结论上推荐声学相机系可视化技术。
声学相机的气体泄漏可视化原理
近年来主流的声学相机内部,按以下步骤实现可视化:
- 麦克风阵列捕捉超声波:约64个MEMS麦克风从全方向捕捉泄漏发出的20kHz以上超声波
- 波束成形计算声源方向:根据各麦克风捕获声音的时间差,运算出声音的到来方向
- 叠加到相机图像并以热力图显示:在可见光相机图像上,将声源强度以颜色(红=强、蓝=弱)叠加显示
- AI 推算泄漏量・损失额:最新机型通过机器学习模型,从检测到的超声波强度自动算出泄漏量(L/min)和年损失额(日元)
可视化技术的选用:按工厂规模・目的
大型工厂・连续运行生产线 → 自购声学相机
自备一台带AI损失额算定功能的声学相机最为合适。可短时间扫描宽广工厂,检出和修理优先度判断材料同时齐备。本公司的Algoleak AL64配备64个MEMS麦克风和独家AI,可在画面上显示泄漏量与年损失额,检出到优先级判定都能当场完成。年损失数百万日元规模的工厂可在数年内回收装置引入成本。
中小型工厂・点检 → 委托诊断服务
自行保有机材的成本不划算时,委托专业第三方诊断更为现实。本公司的气体泄漏诊断服务由专业人员现场使用声学相机检查,并以报告形式提供泄漏位置・泄漏量・年损失额・修理优先级。年1〜2次的定期诊断即可满足多数工厂需求。
限定检查范围・微小泄漏的确认 → 常备工业用泄漏检测液
先用声学相机大致定位,再用工业用泄漏检测液确认精确位置,是经典的组合。本公司的Bubble Tester WZA-901具有高发泡・高粘度・防锈・抗菌的4大特点,连家用肥皂水难以发现的垂直面微小泄漏也能捕捉。食品・医药工厂也可安心使用,是保全现场常备的实用一品。
先免费试算气体泄漏的损失额
只需输入压缩机台数、运行时间、电力单价,即可自动计算年损失额、改善后节约额、CO2减排量。
爱莫尔的声学相机「Algoleak AL64」
爱莫尔提供结合超声波与独家AI、自动推算泄漏量的声学相机「Algoleak AL64」。配备64个MEMS麦克风和2-96kHz宽带宽,在画面上显示检出位置和年损失额(日元)。修理优先级判定可当场完成。
对于难以自行配备点检人员和设备的工厂客户,我们还提供专业人员现场诊断的气体泄漏诊断服务。已有引入企业实现年560万日元规模的节能业绩。
「不知道哪种可视化技术适合自家」「想先把握现状」等烦恼,请随时与我们咨询。
参考资料
-
U.S. Department of Energy, Industrial Technologies Program. Minimize Compressed Air Leaks(Compressed Air Tip Sheet #3), DOE/GO-102004-1964, Revised August 2004.
https://www.energy.gov/sites/prod/files/2014/05/f16/compressed_air3.pdf -
U.S. Department of Energy / National Renewable Energy Laboratory. Improving Compressed Air System Performance: A Sourcebook for Industry, DOE/GO-102003-1822, November 2003.
https://www.energy.gov/sites/default/files/2014/05/f16/compressed_air_sourcebook.pdf
※ 本文「超声波声学检测器是泄漏检测的最佳方法」「20-30%的损失率」「肥皂水检测的辅助方法定位」等描述均基于上述DOE官方资料。声学相机的内部规范(波束成形、麦克风阵列)基于一般声学工程知识。



