水冷壁爬行機（jī）器人

鍋爐是發電廠較重要的生產設備（bèi），其爐內（nèi）水冷（lěng）壁（bì）管（guǎn）在長期服役中受到煙氣（qì）、煤灰（huī）和火焰等侵蝕，極（jí）易出（chū）現磨損、腐蝕，造成管壁局部減薄，在管內高壓（yā）、高溫蒸汽的作用（yòng）下（xià），最終產生管體爆裂泄漏（lòu）等嚴重事故。鍋爐出現泄漏（lòu）與一般管道出現泄漏不同，無法在生產運行中進行維修，往（wǎng）往要停機搶修，其經濟損失巨大，因而各電廠對有效減少和避免鍋爐（lú）爆管都非常重視，能在短期停爐期間不用搭（dā）滿爐（lú）膛架子（zǐ）而對水冷壁用爬行機器人進行檢查具有十分（fèn）重要的（de）意義。

一（yī）、電廠鍋爐水冷壁腐蝕的類型

1、內壁垢下腐蝕

當水冷壁管受熱麵內由於垢下腐蝕產生的氧化物造成蒸汽停滯或流速減小時，將發生反應，並在金屬表麵形成磁（cí）性氧化鐵膜（Fe3O4），稱（chēng）為“蒸汽腐蝕"，所產生的（de）蒸（zhēng）汽腐（fǔ）蝕後生成的氫氣如果不能較快地（dì）被氣流帶走，將與鋼管表麵發生作用，使之脫碳，造成鋼材變（biàn）脆，所（suǒ）以也（yě）稱為“氫腐蝕"。

內壁腐（fǔ）蝕實質上是化學反應過程，局部溫度越高反應越強烈。反應中產生的氫氧化物殘餘物將使局部蒸（zhēng）汽（qì）流速減慢，更促進了上述反應（yīng）的進行（háng），垢下腐蝕一般發生於鍋爐水冷壁管向火側內壁，破壞形式如貝殼。垢下腐蝕發生後向深度發展，致使管壁穿孔爆（bào）裂（liè）。另外，被腐蝕區域的鋼材表麵蓋（gài）有疏（shū）鬆的鐵鏽層（céng），造成管壁熱傳導性（xìng）不良，出現局部管壁過熱，產生材質蠕變，甚至出現管壁向外鼓包，最終破裂。

在多次不同電廠的鍋爐檢（jiǎn）測中，發現（xiàn）水冷壁管內壁缺陷有的以（yǐ）下幾種主要特征：

（1）缺陷（xiàn）多為（wéi）腐蝕（shí）坑，裂紋極少。

（2）所有的腐（fǔ）蝕坑都發生（shēng）在向火（huǒ）側（cè），以中間部位居多。

（3）腐蝕坑（kēng）的麵積大小（xiǎo），深度不同，隨服役（yì）時間（jiān）而發展。

（4）在爐牆上分布無規（guī）律可言。如某處出現（xiàn）爆管，而割開附近幾處管（guǎn）檢查都完好無損,運行一段時間又會在其它位置爆管。

2、外（wài）壁高溫（wēn）腐蝕

影響水冷壁外部腐蝕的最主（zhǔ）要原（yuán）因是水（shuǐ）冷壁附近的煙氣成分和管（guǎn）壁溫度。具體地（dì）說，由於燃燒器附近火焰溫度可高達1400℃左右，因此，煤（méi）中的礦物成分揮發出的腐（fǔ）蝕性氣體較多，為受熱麵的腐蝕創造（zào）了條件。另外，由於（yú）燃燒器區域附（fù）近（jìn）水冷壁管的熱（rè）流密度很大，溫度梯度也很大，管壁溫度（dù）常達400～450℃，這對管壁的高溫（wēn）腐蝕也起著不小的作用。

鍋爐水冷（lěng）壁管子金屬在氧、硫（liú）等氧化劑的作用（yòng）下，發生氧化反應，產生高溫腐蝕。當（dāng）煙氣和積灰層中含（hán）有腐蝕性成分時（shí），管子將發生腐蝕，甚至造成爆管（guǎn）。

燃煤鍋（guō）爐水冷壁上發生的高溫腐（fǔ）蝕通常屬於硫化物型高溫腐蝕，主要由煙氣中的H2S氣體造成。在燃燒區域（yù）煙氣中氧含量較低並存在還原（yuán）性氣體(如CO、H2等)時，煤中的（de）硫和氯會生成H2S和HCI氣體，並與水蒸氣形成腐蝕性較強的（de）酸性（xìng）氣體，與管壁金屬氧化膜發生（shēng）腐蝕反應，從（cóng）而使金屬表麵的保護膜遭到破壞。

另外目前環保要求下的（de）低（dī）氮缺（quē）氧燃（rán）燒是高溫腐蝕的重要原因。

二、水冷壁腐蝕的危害

電廠的水冷壁（bì）在十（shí）分惡（è）劣的環境下工作，存在（zài）磨損、拉裂、高溫腐蝕、結垢等問題，這（zhè）些問題不及時發現最終都可能引起事故的發生。

根據相關統計，火電機組非停事（shì）故有60%是由於鍋爐“四（sì）管"爆（bào）裂引起的，“四管"爆裂（liè）裏麵（miàn）75%是（shì）由於水冷壁（bì）的腐蝕磨損引起的。

我國將近八成的大型電站鍋爐受到（dào）水冷壁高溫腐蝕的影響，高溫腐蝕（shí）會（huì）造成水冷壁厚（hòu）度不斷變薄、材料強度（dù）降（jiàng）低，水冷壁可能有爆管（guǎn）、泄漏情況的發生，危（wēi）及到整個鍋爐的正常安全運行。一旦發生非計劃停運事故，會對發電廠帶來巨大的經濟損（sǔn）失。

因此鍋爐高溫腐蝕的防治對於鍋爐的安全穩定運行是十分必要的，水冷壁（bì）的定（dìng）期檢測能（néng）及時發（fā）現，杜絕（jué）事故的發生。

三、水冷壁（bì）腐蝕的傳統檢測

目前國內鍋（guō）爐水冷壁的檢測方式，主要是人工搭腳手架或者升降平台進行檢測（cè），外壁檢測主要是（shì）用肉眼和手感、用超聲測厚儀測量管壁厚度找出腐蝕位置（zhì）；內壁用超聲（shēng）波測厚儀或割管（guǎn）用內窺鏡檢查管內腐蝕情（qíng）況。

鍋爐爐膛內的粉塵比較大，而且需要（yào）等待爐膛（táng）內冷卻（què）到室溫（wēn）才能搭建腳手架。對水冷壁進（jìn）行人工檢查，工作環境惡劣、工作量大（dà）、進度（dù）慢、成本高。而且人為的因素、數據並不是很完善（shàn），易（yì）出現漏檢（jiǎn）。且鍋爐水冷壁檢修屬於受限空間（jiān）內高空（kōng）作業，其風險程度相當高，一旦發生高空墜落將給當事人（rén）與企（qǐ）業（yè）造成（chéng）嚴重後果。

四、水冷壁爬行機器人的檢測

4.1 檢測簡介

我司針對水冷壁人工檢測的問題開展研究。研（yán）發（fā）團隊通過電廠現場考（kǎo）查和多次設計的實際試用，研製成功了（le）水冷壁爬行 機器人。水冷壁爬行（háng） 機器人能夠代替人工進行水冷壁檢測，機器（qì）人采用永（yǒng）磁技術吸附在水冷壁上，可（kě）在水冷（lěng）壁上移動（dòng），通過實時的高清視頻完成對水冷壁排管浮灰的衝洗、清焦、排管外觀的（de）檢測、排管壁厚（hòu）度的自動檢測、缺陷的定位等功能（néng）。實現了對電廠水（shuǐ）冷壁防磨防爆的智能化各方位檢測，對推（tuī）動電廠安全運行、節（jiē）省（shěng）工期和費用（yòng）具有重要意義。

4.2 組成和原理

機器人（rén）采（cǎi）用磁性吸（xī）附式結構，能夠在爐膛範圍內可靠攀爬，機器人垂直拉力大於200kg。並可根據不同任務進行模塊組裝，包括驅動行走機構、檢測（cè）機構、清洗裝（zhuāng）置和顯示控製器。

驅動行走（zǒu）機構包括（kuò）車身、減速電機、車架和磁輪（lún），減速電（diàn）機設置於（yú）車身內。

檢測機（jī）構包括前、後置高清攝像（xiàng）頭、電磁超聲測（cè）厚儀、定位裝置，分別設置在車身上。

清洗裝置包括清掃刷和兩個高壓噴（pēn）水裝置組成（chéng），分布於車身的兩側。

顯示（shì）控製器采用7寸高清觸摸屏的安卓係統控製（zhì）終端，控製水冷壁（bì）的爬行機器人行走、檢測、清洗和厚度的顯（xiǎn）示。

4.3 水冷壁（bì）爬行機器（qì）人的特點及技術參（cān）數

（1）高清視頻

攝像頭采用200萬（wàn）像素CMOS圖像傳感器，150°大視場角（jiǎo），LED照明，實時1080P高清攝像（xiàng）、存儲。可實現對現場環境、機器人的行走、管壁（bì）外觀高溫磨損的檢（jiǎn）測和記錄。

（2）高壓衝洗

搭載的2個高壓水清洗係統，對水冷壁進行清洗時可達到5兆帕的衝（chōng）洗力，能很（hěn）高效的把水冷壁上的一些結（jié）渣、結（jié）焦衝洗掉，衝洗耗水量不大於10L/min。

（3）高精度測厚（hòu）

采用電磁超聲測厚裝（zhuāng）置，無需耦合劑，以0.1mm精度（dù）的測量（liàng）水冷壁的（de）管壁厚度。省去了傳統的超聲波測厚（hòu）方式必須塗抹耦合劑才能進行測厚（hòu）的不方便性。