創新研發 創新價值
CTCI管內清潔機器人

— 工程事業群 中鼎 助理總工程師 向川澤

近年空氣污染議題及極端氣候頻繁發生，各國為減少空氣懸浮微粒及二氣化碳的排放，持續降低燃煤電廠的建立與使用頻率並以天然氣電廠取代，進而衍生出龐大的液化天然氣（Liquefied Natural Gas，以下簡稱LNG）接收站及儲槽的建造需求。本文將分享CTCI如何透過創新的技術研發，開發出第一款天然氣接收站專用的「管內清潔機器人」，成功提升「最值得信賴」的工程服務品質。

管線清潔的挑戰與現況

LNG接收站新建時，對於液態天然氣管線要做到完全的管內清潔是相當困難的。一般作法是於廠內預製後，使用壓縮空氣或將管線立起，將管內異物清除並封口，而在現場安裝階段時，因有雨水、灰塵等環境污染物及切割、研磨、銲接等施工造成的堅硬尖銳物，可能會留存於管內，雖在機械工程完成後，皆會進管線吹驅的工作，但由於管配件並非流線狀且雜質多半受風面小，多少都會留存於管內，並積存於縫隙中，如閥內開合的接縫處，倘若此時操作閥，可能就會使閥件受損，致使產生內漏的危害。

天然氣是極度可燃的，過去亦發生許多天然氣洩漏造成的災害，為減少洩漏的風險，會盡量減少法蘭（Flange）的設置，此要求會使清管工作更加困難；同時，在興建合約中往往會加入開俥前閥滲漏試驗，使用氮氣或直接使用低溫天然氣進行滲漏試驗。若發現洩漏就必須洩壓、吹驅、拆解閥體、維修、復裝等，然後再重新測試，不但浪費了許多昂貴的氮氣或天然氣，同時拉長施工完成時間。

因應LNG接收站專案使用大量對接的閥，以及於銲接過程中的研磨碎屑、銲接噴濺及氧化物、銲渣（如使用Flux Core TIG）和空氣中的灰塵等會殘留於管內；雖然吹管可以清除大部份的髒污，但少數仍會殘留堆積在凹槽處，例如在閥內部的閥座（Seat），若未另外清潔而進行操作，就可能會造成損壞而導致閥內漏，進而衍生後續的維修成本。由於傳統管內吹驅技術已瀕臨瓶頸，CTCI因此針對LNG天然氣管清潔需求，研發出專屬的「管內清潔機器人」，此一創新技術的開發，不但提高操作安全性更大幅縮短建廠時間。

管內清潔機器人的創新與研發

現有的管道型機器人，主要應用在下水道與風管清潔，且僅具備水平或垂直單項移動功能，清潔管壁方式採用高壓水柱與毛刷。由於LNG管線佈置包括水平與垂直段，且不可使用水柱清潔，故現有管道型機器人無法應用。為解決可同時在水平與垂直段移動、LNG低溫管線內部清潔的需求，CTCI建造部與創新研發中心團隊合作，申請財團法人中技社技術研發計畫「工業管線內部清潔技術開發」，並委託正修科技大學電子工程系智慧型載具開發實驗室，協助設計與製造管內清潔機器人，採用蠕蟲型運動技術，以及研究管線銲道內壁與閥內部凹槽處的清潔技術。

此計畫開發的管內清潔機器人，主要是針對LNG低溫管線，銲渣易堆積於對銲球閥內部的凹槽處等問題；因此，管內清潔機器人主要的功能包括：機器人於管線內部移動，例如通過垂直管、水平管、彎頭、三通、大小頭等，即時影像檢視管線內部的清潔狀況，以及清潔黏附於管線銲道內壁與殘留在閥內部凹槽處的銲渣。本計畫已於2020年完成原型機的開發與製造，機器人本體包括移動機構、影像機構及清潔機構，並可利用感測傳輸與控制單元，操作清潔機器人於管線內部作業。此外，正修科技大學內也建置一個模擬實際管線佈置的測試場域（如下圖），提供開發團隊在此場域反覆測試原型機與修改缺失，以完成實驗室驗收測試。

2021年中，於高雄華運儲槽專案工地進行測試，克服轉彎挑戰與垂直爬行時的重力支撐問題，即時回傳管線內部的清晰畫面，清潔功能亦能正常運作（如下圖），順利完成工地驗收測試。

2021年底，在印度東岸奧里薩省（Odisha）達姆拉（Dhamra）港的Adani LNG接收站氣化設施專案進行工地導入，管內清潔機器人的現場作業情況如下圖所示。

清潔模式的現場作業模式

依據管內清潔機器人在印度工地的現場操作經驗，CTCI團隊擬定現場作業模式，預期可以提升管內清潔度，降低閥體內漏的機會，亦可降低其它檢測用氣體如氮氣及低溫天然氣的消耗，更重要的是相關管線在未來的運轉期間，能夠提高閥件及其它配件如儀錶、泵浦等的使用壽命及可靠性，提供業主更安全經濟的操作環境。

傳統低溫管線吹管方式，均為蓄壓排放或打泡沫清管器（Foam Pig）為主，對於實際清潔狀況僅能就其排出物的數量作為判斷依據，此計畫開發的管線內部清潔技術，可對管線內部作一個較完整的檢視動作，對凹槽處、潮涇污泥或凸起物的背風面等，進行局部加強清潔的工作，這是以往技術無法克服之處；因此，未來在CTCI的建造工作應用中，將扮演相當重要的角色。

以往內視鏡檢查線長通常不超過15M，尤其是當管線有彎折時，往往就無法向前推進，此計畫開發的管線內部清潔技術可以提供石化管線的使用者一個選擇，其可深入管線內部進行運轉過後零件外表狀況的檢視，且由於其具局部清潔功能，預期可得到較傳統更精準的判讀數據，供維護保養或製程調校判斷之重要參考指標。

總結

透過本計畫，CTCI團隊成功開發出本管內移動載台的首款應用「管內清潔機器人」，未來亦可基於此裝置，在檢驗及施工等領域發展出不同的技術，為石化產業提供一種全新且可靠的技術，極具發展潛力。因此，在市場應用策略上，可藉由在管線安裝與清管階段和實際操作者的密切配合，逐步推廣與改良此項技術，創造最高的應用價值。