LeaKnow系統是工研院近年來發展的管線洩漏定位系統，主要技術原理是偵測管線洩漏引發的負壓力波，此一系統目前經1公里實驗場域管線多次驗證，洩漏定位精度在30公尺以內。
本文將從以下大綱，介紹LeaKnow系統相關的技術內容。
‧管線洩漏定位技術–負壓力波
‧壓力訊號處理
‧LeaKnow系統實驗場域驗證
‧結語
【內文精選】
管線洩漏定位技術–負壓力波
負壓力波法(Negative Pressure Wave)是一種線上即時管線洩漏定位(Pipeline Leak Localization)技術，輸送流體的管路發生洩漏時，在管路破口處會有負壓力波的形成，並在管路內往上下游傳遞，由上下游壓力傳送器偵測到此負壓力波的時間差，即可計算出洩漏的位置。
圖一是管線洩漏位置與負壓力波偵測時間差的測試例。此一測試管線約107公尺長（圖左），管線上有4個洩漏開口，其位置如圖所示（圖中），最右側圖是洩漏測試過程壓力變化測量結果。圖中之紅色、藍色線分別是上、下游壓力傳送器測得的壓力訊號，壓力訊號出現向下轉折時，即表示測得負壓力波訊號。此4個圖呈現的結果分別對應4個洩漏位置。由於此4個洩漏位置都較靠近上游壓力傳送器，因此洩漏發生後，由圖可觀察到，上游測得的壓力訊號比下游測到的壓力訊號較早出現向下轉折的現象。洩漏發生在位置4時，由於此位置約位於管路中央，負壓力波傳送到上下游壓力傳送器的時間較接近，當洩漏點由位置4（靠近中央位置）依序換至位置1（靠近上游壓力傳送器），上下游壓力訊號發生向下轉折的時間差則加大。由此即可看出此一時間差與洩漏位置密切相關。
圖一、管線洩漏位置與負壓力波偵測時間差
壓力訊號處理
圖一的案例是在較大洩漏的情形下所測得的結果，圖中洩漏造成壓力向下轉折的現象相當明顯。但在管線小洩漏的情形下，由於在傳輸管線中，壓力會受到各種運轉狀況的影響而變動（在此稱為雜訊），導致小洩漏形成的壓力波不易辨識，進而造成洩漏定位的困難或是誤差變大，因此從壓力傳送器接收到的壓力訊號，一般都會進行雜訊的抑制。圖二是一小洩漏測試（約1%洩漏率）的壓力訊號處理案例。圖二(a)是原始的壓力訊號，由圖很難直接辨識出何時發生洩漏；圖二(b)是經由演算法處理後的壓力訊號，相對而言，此時洩漏造成的壓力變動就比較能夠辨識。
此外，負壓力波抵達壓力傳送器的時間點之定義，也會影響洩漏定位的精度。圖三顯示的是圖一所示洩漏位置2上游測得的壓力訊號，洩漏造成壓力向下轉折，但同時也出現上下起伏的現象，因此要如何決定負壓力波抵達的時間點，這也仰賴演算法(Algorithm)的使用。
LeaKnow系統實驗場域驗證
工研院發展的LeaKnow管線洩漏定位系統，目前具有數種壓力訊號處理的演算法，為驗證LeaKnow系統的實用性，也在戶外場域進行測試。圖四是位於工研院中興院區的管線洩漏監測實驗場域。圖四(a)是此場域的空照圖，紅色線條是管線的路徑，紅色虛線是管線埋管的部分，此管線是一來回的管線，有高低起伏，也有大角度彎管。圖四(b)中有局部的管線相片，以及標示出目前開口的位置，這些開口可安裝壓力傳送器，也可作為洩漏測試之開口。此一洩漏監測實驗場域管線的規格….....以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖四、工研院中興院區管線洩漏監測實驗場域
作者：陳耀明／工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」377期，更多資料請見下方附檔。