在當(dāng)前國(guó)際形勢(shì)下，隨著各個(gè)國(guó)家工業(yè)進(jìn)程加快，人類對(duì)資源的需求日益迫切。自工業(yè)革命以來(lái)，在陸上資源開(kāi)采陡然加快的同時(shí)，人們也將視線轉(zhuǎn)移至海洋資源的開(kāi)發(fā)和利用。海洋占據(jù)地球近71％的表面積，而人類目前所能探索的海洋區(qū)域不超過(guò)5％。海洋中蘊(yùn)含著豐富的石油、天然氣等資源，如何高效、經(jīng)濟(jì)、方便地從海洋中開(kāi)采資源是關(guān)系到國(guó)際能源發(fā)展及國(guó)際經(jīng)濟(jì)格局變化的重要因素。
船舶、海洋平臺(tái)和海底管道是目前運(yùn)輸海洋油氣的主要方法，其中海底管道輸運(yùn)方法在運(yùn)輸成本、連續(xù)性、可控性和環(huán)保方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。相較于船舶運(yùn)輸方法中需要船舶將油氣從海洋平臺(tái)運(yùn)送至港口再進(jìn)行陸上運(yùn)輸?shù)姆绞?，海底管道一次敷設(shè)入海，即可由海底開(kāi)采處輸送油氣直達(dá)陸上各生產(chǎn)加工使用點(diǎn)，海底管道輸運(yùn)方法的連續(xù)性好、成本低、環(huán)保性佳；在人員工作方面，海底管道輸運(yùn)方法只需要工作人員對(duì)管道運(yùn)輸進(jìn)行監(jiān)管，開(kāi)關(guān)管道的運(yùn)輸閥門，基本不需要工作人員與油氣接觸，人員傷亡危害小?；谏鲜鲋T多優(yōu)點(diǎn)，海底管道正逐步成為海洋油氣資源開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的重要組成部分。
本圖來(lái)自央廣網(wǎng)
自從1954年墨西哥海灣成功敷設(shè)海底管道起，全世界敷設(shè)管道總里程數(shù)已達(dá)百萬(wàn)千米（來(lái)源：國(guó)家統(tǒng)計(jì)局）。我國(guó)雖在1973年才開(kāi)始在山東青島黃島海域敷設(shè)海底油氣管道，但近些年隨著我國(guó)在海洋資源開(kāi)發(fā)建設(shè)方面的投入，海底管道的建設(shè)水平和規(guī)模顯著提升。截至目前，我國(guó)的海底管道建設(shè)總里程數(shù)已達(dá)6000km（來(lái)源：企業(yè)咨詢調(diào)研）。隨著油氣消耗需求量的不斷攀升和海洋資源開(kāi)發(fā)科技水平的顯著提升，海底管道在我國(guó)油氣輸運(yùn)管道中所占比重亦會(huì)越來(lái)越大。
海底管道作為海洋油氣運(yùn)輸?shù)拿}，事關(guān)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)運(yùn)行安全，全面及時(shí)地對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)測(cè)是保障管道運(yùn)行安全、保護(hù)海底環(huán)境、節(jié)省運(yùn)行成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的重要措施。
海底管道在埋填入海床下之后最易對(duì)管道造成危害的就是運(yùn)行環(huán)境導(dǎo)致的管道懸空和腐蝕。出于經(jīng)濟(jì)或施工難度考慮，管道敷設(shè)難免會(huì)經(jīng)過(guò)地勢(shì)崎嶇的區(qū)域，在敷設(shè)之時(shí)就已經(jīng)產(chǎn)生懸跨；海底管道的服役期限較長(zhǎng)，在地質(zhì)活動(dòng)頻繁的地區(qū)可能會(huì)遭遇地質(zhì)改變形成懸跨；在海流急劇的區(qū)域管道長(zhǎng)期受海流沖刷導(dǎo)致管道下方土體空缺形成懸空。管道懸空段產(chǎn)生后同時(shí)存在擾流和湍流的影響，在管道來(lái)流后方形成旋渦，引起管道渦激振動(dòng)，同時(shí)管內(nèi)復(fù)雜流動(dòng)介質(zhì)的存在使管道的運(yùn)行環(huán)境更加復(fù)雜。在上述復(fù)雜擾動(dòng)的長(zhǎng)期作用下，管道易產(chǎn)生疲勞損傷，甚至導(dǎo)致管道泄漏或斷裂，如圖1所示。這不僅延誤海洋油氣的運(yùn)輸和開(kāi)采，而且對(duì)海洋環(huán)境造成嚴(yán)重污染，甚至造成重大事故。
圖1 管道懸空的危害
管道懸空檢測(cè)不僅能及時(shí)排查危害管道的隱患，而且能為維修監(jiān)管人員提出建議和幫助。定期對(duì)管道進(jìn)行全面檢查，對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題或存在隱患的管道提出治理建議，避免事故和災(zāi)難的發(fā)生，對(duì)于保護(hù)人員生命安全、保護(hù)海洋環(huán)境不受損壞、維護(hù)管道正常運(yùn)行具有重大意義。挪威船級(jí)社（DNV）《海底管道系統(tǒng)規(guī)范（DNV2000）》規(guī)定易受損傷的管道部分和受海底條件變化影響較大部分（如管道支撐和埋設(shè)段）通常需要進(jìn)行每年的常規(guī)檢測(cè)，其他部分則至少在5～10a內(nèi)完成一次完整評(píng)估檢查，如果管道所在區(qū)域發(fā)生地震、大風(fēng)暴或管道遭受嚴(yán)重的機(jī)械損傷，事后必須進(jìn)行特殊檢測(cè)以確保管道的工況正常。
一、國(guó)內(nèi)外所使用的管道檢測(cè)方式
海底管道在生產(chǎn)生活中實(shí)際運(yùn)用之后，由于對(duì)管道安全性無(wú)法較好地掌握，在管道運(yùn)營(yíng)過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生泄漏事故，在一次次的慘痛教訓(xùn)中人們開(kāi)始重視對(duì)管道進(jìn)行日常安全評(píng)估和監(jiān)測(cè)，海底管道檢測(cè)應(yīng)運(yùn)而生，管道的懸空檢測(cè)就屬于這一類別。
目前，全世界所用管道檢測(cè)方式大致分為內(nèi)檢測(cè)和外檢測(cè)，如圖2所示：外檢測(cè)屬于傳統(tǒng)檢測(cè)方式，利用人工潛水（淺水域）或水下機(jī)器人（ROV）攜帶攝像機(jī)沿著管道敷設(shè)路線探索排查，新近使用較多的外檢測(cè)方式也有利用水上船舶攜帶特定的儀器設(shè)備如聲波發(fā)射器、激光掃描儀等沿管道路線檢測(cè)；內(nèi)檢測(cè)指利用管道豬（pig，一種在運(yùn)行的輸油輸氣管道中隨介質(zhì)前行的檢查設(shè)備，一般為可彎曲的圓柱形設(shè)備）或其他能夠爬行的設(shè)備攜帶檢測(cè)裝備進(jìn)入管道內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)前管道內(nèi)檢測(cè)應(yīng)用較多的還是在管道泄漏和管道漏磁方面，對(duì)于管道的懸空內(nèi)檢測(cè)目前還較匱乏。利用智能設(shè)備進(jìn)行管道懸空內(nèi)檢測(cè)的方式目前應(yīng)用還不廣泛，不過(guò)其必然會(huì)在以后的管道檢測(cè)行業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位。
圖2 管道檢測(cè)方式示例
⒈人工潛水員檢測(cè)
人工潛水員檢測(cè)是指在淺水域由潛水員攜帶攝像設(shè)備下潛至海底對(duì)管道沿線區(qū)域進(jìn)行目視或者拍攝檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)管道出現(xiàn)裸露或懸空等異常情況時(shí)，潛水人員記錄下管道出現(xiàn)懸空的位置后由管道維護(hù)人員進(jìn)行后續(xù)維護(hù)處理。這種方法適用于小范圍水下管道的安全檢查，尤其是一些船舶無(wú)法航行或停泊的淺水域。
⒉水下機(jī)器人檢測(cè)
水下機(jī)器人作業(yè)目前已經(jīng)逐漸取代人工潛水員作業(yè)，尤其當(dāng)水下人工作業(yè)可能會(huì)對(duì)潛水員的安全存在隱患時(shí)采用機(jī)器人下水作業(yè)。機(jī)器人能夠在水下環(huán)境復(fù)雜多變的情況下較穩(wěn)定地運(yùn)行，在接近管道區(qū)域時(shí)由所攜帶的攝像機(jī)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行全面拍攝，之后實(shí)時(shí)傳輸或返回岸上由陸上人員查看。
⒊聲吶探測(cè)
如圖3所示，聲吶探測(cè)指由船舶攜帶具有聲波發(fā)射器及換能器等裝置向海底發(fā)射聲波進(jìn)行探測(cè)。聲吶探測(cè)主要發(fā)出高頻聲波信號(hào)（200～400kHz），探測(cè)深度至海床表面，包括側(cè)掃聲吶、多波束探測(cè)方法。在船舶上安裝聲吶裝備沿管道敷設(shè)路線區(qū)域航行，同時(shí)通過(guò)換能器向水下發(fā)射聲波，覆蓋區(qū)域達(dá)到水下70°范圍，待聲波到達(dá)海底反彈后回到接收器。由于各物質(zhì)對(duì)聲波的反射能力及聲波在各物質(zhì)中的穿透能力不同，通過(guò)計(jì)算聲波返回的時(shí)間差和聲波強(qiáng)度可以獲得海底的地形地貌。若管道出現(xiàn)懸空，則管道下方區(qū)域會(huì)出現(xiàn)明顯的高度差，由此可判斷管道的懸空狀態(tài)和跨長(zhǎng)。若海底出現(xiàn)長(zhǎng)距離懸空則使用聲吶探測(cè)是行之有效的，當(dāng)海底管道部分裸露或短距離懸空時(shí)聲吶探測(cè)的檢測(cè)精度就明顯減小，因此在使用聲波探測(cè)技術(shù)時(shí)需要注意管道在海床之上或完全露出海床，這樣才能被聲波探測(cè)到。
圖3 聲吶探測(cè)
與側(cè)掃聲吶等方法類似，淺地層剖面儀發(fā)射低頻信號(hào)（2～15kHz），該信號(hào)穿透力強(qiáng)，最大能穿透海床以下80m深度，其工作原理根據(jù)不同介質(zhì)對(duì)聲波反射能力的不同及反射率可以確定海床下的物質(zhì)種類。此方法最初應(yīng)用于海洋地球物理中，在分析不同年代的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和成分中使用最多，屬于比較成熟的一種方法，具有較高的精確度和可信度。由于海底管道的掩埋深度一般不會(huì)超過(guò)5m，使用該方法探測(cè)管道在海底的掩埋狀態(tài)完全可行。
⒋分布式光纖主動(dòng)加熱法檢測(cè)
該方法是利用光纖的熱敏性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)的，光纖對(duì)溫度、壓力、拉力等的變化非常敏感。在海底中存在水、泥沙甚至巖石等不同的物質(zhì)，這些物質(zhì)的比熱容完全不同。在管道外側(cè)附著光纖，檢測(cè)時(shí)對(duì)其進(jìn)行加熱，若管道埋于海底之下，則其周圍由泥沙包裹，加熱光纖后周圍泥沙的溫度變化和海水的溫度變化有較大區(qū)別，因此光纖的溫度改變（降低值）也不一樣，測(cè)量管道全線范圍內(nèi)光纖的溫度變化，可以得出管道是否出現(xiàn)懸空以及懸跨長(zhǎng)度。
⒌水下激光掃描檢測(cè)
使用船舶攜帶拖魚(yú)安裝激光掃描與接收裝置向水下發(fā)射激光，與聲波類似，激光接觸物質(zhì)后反射回接收裝置，對(duì)于土壤等物質(zhì)進(jìn)行穿透再反射，計(jì)算激光行走的時(shí)間與距離，可以得出海底的地形，將其與管道敷設(shè)時(shí)的海底地形對(duì)比且通過(guò)激光接收時(shí)的能量強(qiáng)弱判斷海底管道是否處于懸空狀態(tài)以及懸跨長(zhǎng)度。
⒍管道豬檢測(cè)
海底管道在長(zhǎng)時(shí)間工作后會(huì)有油水等比較黏稠的混合物附著在管道內(nèi)壁上，對(duì)于管道產(chǎn)生堵塞或腐蝕。及時(shí)進(jìn)行清理對(duì)管道的安全健康運(yùn)營(yíng)具有重要意義。管道豬就是一種管道清理設(shè)備，工作人員將其放入管道入口后，管道豬沿整個(gè)管線進(jìn)行清理作業(yè)，基于這樣一種直接接觸的方式，在管道豬上安裝各種儀器設(shè)備對(duì)管道進(jìn)行檢查，能夠得到的數(shù)據(jù)比其他方式更準(zhǔn)確。由于管道豬在設(shè)計(jì)之初的目的是進(jìn)行管道清理作業(yè)，并沒(méi)有考慮到附加的一些管道檢查任務(wù)，因此在目前的檢測(cè)行業(yè)內(nèi)使用不多。
⒎管道智能檢測(cè)機(jī)器人
隨著人工智能的發(fā)展和工藝制作水平的提高，對(duì)于該類特種作業(yè)越來(lái)越傾向于使用機(jī)器人進(jìn)行檢查。機(jī)器人在特種作業(yè)中不僅安全性高，而且依據(jù)大數(shù)據(jù)和先進(jìn)的科技可以更精準(zhǔn)地得出結(jié)果。管道智能機(jī)器人進(jìn)入管道后采集管道的振動(dòng)信息并進(jìn)行分析得出管道是否出現(xiàn)懸空以及懸跨的長(zhǎng)度，該方法不僅沒(méi)有人員安全危險(xiǎn)，而且更加省時(shí)省力，若能成功投產(chǎn)，則管道檢測(cè)也不必再受制于船期的約束，可隨時(shí)進(jìn)行檢查。
二、各檢測(cè)方法特點(diǎn)對(duì)比
第1節(jié)共提及7種管道懸空檢測(cè)方法，其中一些方法在管道檢測(cè)尤其是管道的泄漏、漏磁檢測(cè)中使用較多，對(duì)于管道的懸空檢測(cè)使用和開(kāi)發(fā)的方法還相對(duì)較少，隨著對(duì)于海底油氣管道的依賴程度與日俱增，以及受管道懸空導(dǎo)致的損失不斷加大，對(duì)于懸空的檢測(cè)也逐漸得到重視。
目前使用較多的管道懸空檢測(cè)方法是傳統(tǒng)的巡線檢測(cè)方法，隨著技術(shù)水平的不斷提高，人們正在尋求一種比較省時(shí)省力且更精準(zhǔn)的方法。將所提到的幾種檢測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比。
⒈人工潛水員和水下機(jī)器人檢測(cè)方法
人工潛水員和水下機(jī)器人檢測(cè)方法屬于傳統(tǒng)的巡線檢測(cè)，若水淺則較大的船只不宜進(jìn)入水域作業(yè)只能采用這種方法，潛水員或水下機(jī)器人攜帶攝像機(jī)下潛至海底進(jìn)行目視或拍照檢測(cè)。當(dāng)經(jīng)驗(yàn)較豐富的潛水員工作時(shí)，可無(wú)須非?？拷５拙湍軌蚋鶕?jù)以往的經(jīng)驗(yàn)得出管道的工作狀態(tài)。但在海底工作不僅需要考慮下潛深度和工作人員安全，而且海底環(huán)境也是重要的影響因素。潛水員或者機(jī)器人進(jìn)入水下后需要觀察或拍攝海底真實(shí)情況，而海底經(jīng)常會(huì)有水草或魚(yú)類等存在影響工作，同時(shí)海底渾濁的環(huán)境難免會(huì)對(duì)水下工作產(chǎn)生影響尤其是對(duì)拍攝清晰度的影響，無(wú)法呈現(xiàn)真實(shí)的水下情況；對(duì)于潛水員觀察方法，需要考慮到人類身體所能承受的下潛深度，因此這類方法只能用于淺水域，限制性較大，無(wú)法作為海底檢測(cè)的常規(guī)方法。
⒉聲吶探測(cè)法
隨著聲吶探測(cè)在海洋工程中使用得越來(lái)越多，尤其在水下和海底探測(cè)中，人們逐漸使用這種方法進(jìn)行管道檢測(cè)。使用聲吶探測(cè)主要有側(cè)掃聲吶、多波束探測(cè)和淺地層剖面儀分析法，其都能夠探測(cè)海底一定深度范圍內(nèi)的物質(zhì)，其中側(cè)掃聲吶和多波束探測(cè)采用高頻聲波信號(hào)（200～400kHz）向海底發(fā)射信號(hào)，高頻聲波穿透能力比較弱，只能探測(cè)到海床以上的范圍，對(duì)于海底地勢(shì)變化劇烈的情況難以將其與管道懸空狀況區(qū)別開(kāi)來(lái)；淺地層剖面儀分析法發(fā)射低頻信號(hào)（2～15kHz）進(jìn)行檢測(cè)，低頻信號(hào)較強(qiáng)的穿透能力使得淺地層剖面儀方法能夠測(cè)得海床以下的物質(zhì)，能夠更好地探測(cè)海底管道是否發(fā)生懸空以及懸跨長(zhǎng)度，同時(shí)這類方法在其他科學(xué)研究及工程實(shí)際中已經(jīng)得到廣泛使用，精確度和實(shí)用性完全合適。
在進(jìn)行檢測(cè)作業(yè)時(shí)，該類方法施行的前提是必須有船舶攜帶拖魚(yú)同步前行，無(wú)法單獨(dú)作業(yè)進(jìn)行檢測(cè)。拖魚(yú)在船舶下方靠近螺旋槳，其產(chǎn)生的噪聲和海洋噪聲會(huì)對(duì)聲吶接收器產(chǎn)生影響，如果處理不當(dāng)所得結(jié)果則無(wú)法作為勘測(cè)結(jié)果使用。而且，這類傳統(tǒng)方法一旦涉及船舶使用，則管道檢測(cè)的日期安排需要按照船期的規(guī)劃制定，無(wú)法做到大的自然災(zāi)害和事故后及時(shí)檢查，增加工作人員的數(shù)量，也就加大了操作風(fēng)險(xiǎn)，所需財(cái)物更是大大增加。這種方法雖然在精確度上已經(jīng)滿足要求，但管道需求逐漸增加，所需檢測(cè)工作也在逐漸變多，這種費(fèi)時(shí)費(fèi)力的方法已經(jīng)無(wú)法滿足要求。
⒊分布式光纖主動(dòng)加熱法
光纖具有非常好的感熱和壓力敏感的性質(zhì)，光纖產(chǎn)生一點(diǎn)溫度或壓力的變化就能很好地表現(xiàn)出來(lái)。這種方式在趙雪峰等試驗(yàn)后驗(yàn)證了其可用性，可用于大多數(shù)高精密工程測(cè)量中，尤其在航空航天上使用較多，測(cè)量結(jié)果已非常精確。
在海底管道中使用這種方法的前提是需要在管道外部安裝附著光纖，并且須沿全部管線安裝，這就顯著限制該方法在管道檢測(cè)中的使用可能性。目前為止海底管道已經(jīng)敷設(shè)的管線長(zhǎng)度已有百萬(wàn)千米，想到達(dá)海底并且給埋地管線安裝光纖進(jìn)行使用，這一工程難度和資金甚至比重新敷設(shè)管道還大，顯然無(wú)法為已經(jīng)敷設(shè)的管線服務(wù)；對(duì)于未來(lái)將要敷設(shè)的管線來(lái)說(shuō)，這一技術(shù)方法是可以使用的，但在海底長(zhǎng)輸管道的使用中，需要著重考慮成本問(wèn)題。
⒋水下激光掃描法
水下激光掃描法與聲吶探測(cè)法的原理一致，都是通過(guò)向海底發(fā)射探測(cè)信號(hào)觸碰到海底物質(zhì)后反射回來(lái)，計(jì)算反射信號(hào)的強(qiáng)度和中間的時(shí)間間隔得出海底地貌和海底管道的懸空狀態(tài)。不同的是激光比聲吶更具穿透能力，所能探測(cè)的深度范圍也更大，對(duì)于海床以下的探測(cè)效果也比聲吶探測(cè)更好。
同樣地，激光掃描法也需要有船舶在海上同步進(jìn)行才能夠完成，根據(jù)上述說(shuō)明，一旦涉及需要?jiǎng)佑么斑M(jìn)行檢測(cè)的工作，所需人力物力還有資金就顯著增加，管道檢測(cè)周期與船期可能無(wú)法匹配，因此水下激光掃描也無(wú)法作為大規(guī)模管道檢測(cè)使用的手段。
⒌管道豬檢測(cè)方法
管道豬在開(kāi)始發(fā)明時(shí)僅用于清理管道內(nèi)的堵塞情況，由于其作業(yè)時(shí)需要走完整條管線，因此利用其攜帶檢測(cè)儀器就能對(duì)管道進(jìn)行完全檢查，并且在管道內(nèi)部完全貼合管道，這種方法用來(lái)對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè)更合適。
在管道豬上安裝檢測(cè)儀器能夠?qū)艿纼?nèi)部進(jìn)行詳細(xì)全面的檢查，由于距離較近，檢測(cè)結(jié)果相對(duì)聲吶探測(cè)、激光掃描和人工檢測(cè)等可能在準(zhǔn)確性上不一定會(huì)有很大的提升，但由于其工作方式，管道豬檢測(cè)的方法肯定更加全面，能夠?qū)θ抗芫€進(jìn)行檢查，這是其最大的優(yōu)勢(shì)。但是不管如何，管道豬在發(fā)明之初就是為了清理管道所設(shè)計(jì)的，不論是尺寸還是動(dòng)力都沒(méi)有考慮到后續(xù)加裝其他儀器設(shè)備的因素，而且當(dāng)前利用管道豬進(jìn)行管道內(nèi)檢測(cè)較多的是管道的漏磁檢測(cè)和泄漏檢測(cè)，在管道的應(yīng)力和懸空檢測(cè)上使用還不多，在管道懸空檢測(cè)中還需要進(jìn)一步探測(cè)和提升。
綜上所述，從管道使用至今人們便在尋求各種方法以確保管道的運(yùn)營(yíng)安全，不論是傳統(tǒng)的巡線檢測(cè)還是新近研究的聲吶、激光掃描和加熱光纖測(cè)溫等方法，都從不同方面出發(fā)對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè)。傳統(tǒng)方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力而且無(wú)法對(duì)全世界范圍內(nèi)的管道都適用，有些檢測(cè)精確度較高但花費(fèi)太高并且無(wú)法用于已經(jīng)敷設(shè)的管道，因此可以說(shuō)業(yè)界亟待一種全新的方法出現(xiàn)，突破這些年來(lái)檢測(cè)行業(yè)的弊端，為行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展保駕護(hù)航。
三、管道智能檢測(cè)機(jī)器人的未來(lái)
由于管道檢測(cè)作業(yè)環(huán)境的特殊性（高壓、高密度、高溫、腐蝕性），采用人工的辦法無(wú)法在深海中進(jìn)行檢測(cè)，若采用船舶進(jìn)行巡線檢測(cè)則花費(fèi)的物力、人力、資金和時(shí)間在長(zhǎng)久使用的情況下是無(wú)法承受的，因此采用全新的方法以避免或減少這類問(wèn)題是有必要的。隨著人工智能的發(fā)展越來(lái)越迅速，各行業(yè)尤其是特種行業(yè)的操作將會(huì)由機(jī)器人或機(jī)械代替，管道檢測(cè)行業(yè)也不例外。
管道智能機(jī)器人的思路是制作一個(gè)微型機(jī)器人（尺寸與管道內(nèi)壁相襯）在管道內(nèi)部移動(dòng)，移動(dòng)方式可以是借助管內(nèi)流體的推力前進(jìn)，也可以是機(jī)器人內(nèi)置電源驅(qū)動(dòng)裝置，機(jī)器人沿整條管線前行，附帶的檢測(cè)模塊集成在機(jī)器人軸體上從管道內(nèi)部進(jìn)行檢測(cè)。其中管道的檢測(cè)主要分為管道應(yīng)力檢測(cè)、管道漏磁檢測(cè)、管道泄漏檢測(cè)和管道懸空檢測(cè)等4個(gè)部分。管道智能機(jī)器人能夠與這4個(gè)檢測(cè)對(duì)應(yīng)的模塊單獨(dú)或多個(gè)進(jìn)行組合：當(dāng)僅采用1個(gè)模塊時(shí)，機(jī)器人可內(nèi)置該檢測(cè)模塊；若采用多個(gè)模塊，則可用分段式連接方式將各模塊的集成依次連接起來(lái)進(jìn)行管內(nèi)檢測(cè)。
采用管道智能機(jī)器人進(jìn)行檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)：一是能夠近距離接觸式對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果準(zhǔn)確、可信度高；二是機(jī)器人隨管道內(nèi)流體前進(jìn)，能夠走遍整個(gè)管線，所得結(jié)果全面，并且可以保證檢測(cè)工作在最大限度上不影響管道的油氣運(yùn)輸工作；三是該方法只需一次進(jìn)入管道即可得到管道的全部工作信息，不再需要人工或船舶在海上同步前行，大幅減少人力物力和資金的花費(fèi)，在很大程度上節(jié)約成本，為管道的安全運(yùn)營(yíng)提供保障。
從對(duì)上述幾類管道懸空檢測(cè)方法的檢測(cè)手段和裝備方法的分析總結(jié)中可知：傳統(tǒng)方法的最大問(wèn)題是費(fèi)用高昂、費(fèi)時(shí)費(fèi)力、需要?jiǎng)佑么罅康暮Ｉ洗缓驮O(shè)備，同時(shí)因需要人員下水，存在人員風(fēng)險(xiǎn)和受海況的限制等。該類方法的檢測(cè)往往只能進(jìn)行定期檢測(cè)，一旦在管線運(yùn)行過(guò)程中突發(fā)狀況，無(wú)法立即執(zhí)行管道檢測(cè)；管道智能機(jī)器人的思路就可以很好地解決這些問(wèn)題，攻克檢測(cè)技術(shù)難關(guān)，徹底改變海底管道檢測(cè)的行業(yè)現(xiàn)狀，不再需要?jiǎng)訂T大量人員和船只就能輕松地完成對(duì)管道的全面檢測(cè)，由于其良好的可接續(xù)性，甚至能在多方面檢測(cè)的同時(shí)進(jìn)行管道的清管作業(yè)，具有一次作業(yè)、全面檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，且用時(shí)短，使用便捷，檢測(cè)所得數(shù)據(jù)和結(jié)果準(zhǔn)確，不會(huì)影響管道正常作業(yè)。
近期，《自然》雜志刊登了一篇名為《Self-Poweredsoftrobotinthe Mariana Trench》的文章，報(bào)道了一個(gè)能進(jìn)行深海勘探的無(wú)線自供能軟體機(jī)器人，在測(cè)試中該機(jī)器人能在馬里亞納海溝深處作業(yè)，還能在南海海面下3224m處自由游泳。該種功能的機(jī)器人是由浙江大學(xué)李鐵風(fēng)和同事受深海獅子魚(yú)身體構(gòu)造的啟發(fā)所研發(fā)和制造的，這種機(jī)器人的電子元器件被分散排布，封裝在一種柔性有機(jī)硅材料中，具有極好的耐壓和游泳性能，在馬里亞納海溝和中國(guó)南海的深海實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這種性能的可用性。
該機(jī)器人的成功入水表明機(jī)器人的多樣化及極端環(huán)境生存能力得到大幅提高，在海底油氣運(yùn)輸管道的高壓腐蝕性性環(huán)境中作業(yè)擁有更好的性能。得益于其柔性材料，該類型機(jī)器人可以獲得更佳的延展性以通過(guò)不同管徑、不同法蘭的油氣管道；良好的通用性和操縱性也能讓管道機(jī)器人在海底擁有更智能、更便捷的交互操作，大幅提高管網(wǎng)檢測(cè)的效率和精度。雖然這種軟體機(jī)器人的體積和功能還不足以達(dá)到市場(chǎng)應(yīng)用的水平，但其已經(jīng)表現(xiàn)出用于極端條件下具有更好的智能性、通用性、操縱性和效率，只要材料科學(xué)的研究發(fā)展同步前進(jìn)，軟體輕質(zhì)的材料和結(jié)構(gòu)能夠經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，相信在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)人工智能機(jī)器人包括特種軟體機(jī)器人將會(huì)在包括海底管道檢測(cè)的各類行業(yè)中擁有廣闊前景。
四、結(jié)論
海底管道的懸空裸露會(huì)存在較大的安全隱患，如果沒(méi)有得到及時(shí)的治理維修，管道易受到損傷可能產(chǎn)生破裂甚至斷裂，不僅耽誤工程的正常運(yùn)行，而且對(duì)海洋環(huán)境造成嚴(yán)重污染，后續(xù)維修工作所需的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)更是不亞于重新敷設(shè)一條海底管道。
因此，懸空檢測(cè)對(duì)于長(zhǎng)輸管道來(lái)說(shuō)非常有必要，及早發(fā)現(xiàn)排查管道懸空情況能夠有效避免管道事故的發(fā)生。現(xiàn)有的管道檢測(cè)方法大多為管外檢測(cè)，不僅效率低而且易受自然氣候和海底環(huán)境的影響，已經(jīng)無(wú)法負(fù)擔(dān)日益增多的海底管道及其維修工作。
隨著材料科學(xué)的發(fā)展及人工智能的飛速前進(jìn)，機(jī)器人所涉及的領(lǐng)域從一開(kāi)始的巨物搬運(yùn)到現(xiàn)在宇宙飛船的對(duì)接，這些變化都表明機(jī)器人尤其是智能機(jī)器人無(wú)論是在生產(chǎn)生活還是在科學(xué)研究中都占據(jù)了重要的地位。海底管道的檢測(cè)工作迫切需要一種全新的檢測(cè)方法，其能夠摒棄傳統(tǒng)檢測(cè)方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力且無(wú)法定期及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)工作的缺點(diǎn)，智能機(jī)器人的出現(xiàn)能夠徹底解決傳統(tǒng)方法的缺點(diǎn)，大幅減少海底管道檢測(cè)所需工作。當(dāng)然，目前來(lái)看海底管道智能機(jī)器人的方法雖然可行，但距離正式投入生產(chǎn)生活還需一定的發(fā)展，這需要眾多科研工作者的不懈努力和支持，將來(lái)為行業(yè)徹底革新。
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【作者簡(jiǎn)介】文/楊梟 趙春田 李紅梅，來(lái)自南方科技大學(xué)工學(xué)院、四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院。第一作者楊梟，1999年出生，男，碩士研究生，研究方向?yàn)楹５坠艿缿铱諜z測(cè)。本文為基金項(xiàng)目，深圳市自然基金“海底管線懸空狀態(tài)智能檢測(cè)機(jī)器人”（編號(hào)：JCYJ 20190809144809345）。文章來(lái)自《中國(guó)海洋平臺(tái)》（2022年第2期），用于學(xué)習(xí)與交流，參考文獻(xiàn)略，版權(quán)歸作者及出版社共同擁有，轉(zhuǎn)載請(qǐng)備注由“溪流之海洋人生”微信公眾平臺(tái)編輯與整理。
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