清管不可清管：机器人防止天然气管道爆炸

去年夏末，加利福尼亚州圣布鲁诺的一条天然气管道发生爆炸，随后的火灾持续了数小时。消防人员花了 12 多个小时才控制住大火，烧毁了数十栋房屋，造成 50 多人受伤，8 人死亡。

点击缩略图即可查看最先进的 PIG 机器人的工作原理。

截至发稿时，美国国家运输安全委员会尚未就爆炸原因做出最终报告，但此次事故已引起人们对天然气行业管道检查技术不足的关注。根据美国运输部管道和危险材料安全管理局的数据，从 20 世纪 90 年代到 21 世纪，天然气输送管道事故增加了 72%。

自 20 世纪 60 年代以来，维护工人就开始使用“智能”管道检测仪（PIG）来查找管道锈蚀、接缝薄弱、管壁变薄以及其他表明管道需要维修或更换的指标。

PIG 在穿过狭窄通道时会发出吱吱声。它们可以到达人类无法到达的地方，但控制它们可能具有挑战性，因为大多数 PIG 仅依靠管道的加压流体来推进。“很难将 PIG 停在一个地方，”马萨诸塞州一家生产 PIG 和其他机器人管道检查设备的公司 Electromechanica 的负责人卡尔·埃德明斯特 (Karl Edminster) 说。“想象一下将一团唾沫从吸管中推过。”

此外，美国 130 万英里的天然气管道中，近三分之一的管道“无法清管”。有些管道先变宽，然后变窄；有些管道的弯道太急，无法用当前的 PIG 技术进行检查。随着这些管道老化和腐蚀，对它们的检查需求越来越迫切。美国大约 60% 的天然气输送管道是在 1970 年之前安装的，有些管道可以追溯到大萧条时期。公用事业公司正在逐步将旧的铸铁和钢管升级为不腐蚀的塑料管。即便如此，对管道进行 PIG 仍然比安装新管道更具成本效益。

对于卡内基梅隆大学的机器人专家 Hagen Schempf 和他的同事来说，通过建造更先进的检查设备来预防灾难的机会实在是太好的机会了，不容错过。经过 10 年的研究，并在美国宇航局和美国能源部约 100 万美元的资助下，Schempf 的团队最近推出了 Explorer-II：一个 66 磅重、8 英尺长的无线机器人，他将其描述为“看起来像一连串的香肠”。它的分段式身体可以轻松地进行曲折转弯。其强大的传动系统使操作员可以精确控制其启动和停止的位置，而不是像其他 PIG 一样被天然气流所推动。其定制设计的传感器可以在管壁出现危险之前检测到微小的异常。

传统的 PIG 使用永磁体来检测管道壁磁化的变化，这可能表明存在腐蚀，但磁场会干扰 PIG 的移动，使其速度变慢。Explorer-II 用紧凑型电磁线圈取代了永磁体，可以在不影响速度的情况下检测相同的问题。

该机器人最近在宾夕法尼亚州证明了自己的实力，它蜿蜒穿过了 2,000 英尺长的以前无法清管的管道，目前它正在与一家加拿大天然气公司进行商业试验。“我们经过了多次尝试，才确信我们的设计是安全的，”Schempf 说。“我们为危险、易爆的环境设计了它，这一点一直萦绕在我们的脑海里。”