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。直径1.6mm（1/16英寸）的孔1处即可造成每年约9万日元的电费损失（供给压0.7MPa时的试算）。
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（超声波声学检测器）
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]。最新机型可通过机器学习推算泄漏量，并在画面上以日元显示损失额，修理优先级判定可当场完成。
METHOD 2红外热成像
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，但温差小的微小泄漏检测能力较弱。
METHOD 3肥皂水・气泡剂（气泡测试）
经典且确实的方法。在配管、接头部涂布肥皂水或专用气泡剂，若有泄漏则起泡。DOE资料中也作为替代方法被介绍[1]。但需1处1处手动，不适合大型工厂，泄漏量也无法定量。
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
声学相机＋AI损失额算定功能最为合适。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。视工厂的损失规模和机材成本而定，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
声学相机租赁，或每年1〜2次利用外部诊断服务更为现实。自行保有机材的成本比委托专家高。
限定检查范围・微小泄漏的确认
肥皂水・气泡剂的并用有效。先用声学相机大致定位，再用气泡测试确认精确位置，是经典的工作流组合。
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。
爱尔莫的声学相机「Algoleak AL64」
爱尔莫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。
