水冷壁爬行机器人

锅炉是发电厂较重要的生产设备，其炉内水冷壁管在长（zhǎng）期服役中受到烟气（qì）、煤灰和火焰等侵蚀，极易出现磨损、腐蚀，造成（chéng）管壁局部减薄，在（zài）管内高压、高温蒸汽的作用下，最终产生管体爆裂泄漏等严重（chóng）事故。锅（guō）炉出现泄漏与一（yī）般管道出现泄漏不同，无法在生产运行中进行维修，往往要停机抢修，其（qí）经济损失巨大，因而各电（diàn）厂（chǎng）对有效减少和避免（miǎn）锅炉爆管都非常重视，能（néng）在短期停炉期间不用搭满炉膛架子而对水冷壁（bì）用爬行机器人进行检（jiǎn）查具有十分重要的意义。

一、电厂锅炉水（shuǐ）冷壁腐蚀的类型

1、内壁垢下腐蚀

当水（shuǐ）冷（lěng）壁管受热面（miàn）内由于垢下腐蚀产（chǎn）生的氧化物造（zào）成蒸汽停滞或流速减小时，将发（fā）生反应，并在（zài）金属表面形成磁性氧化铁膜（Fe3O4），称为（wéi）“蒸汽腐蚀"，所产生的（de）蒸汽腐蚀后（hòu）生成的氢气（qì）如果不能较快地被气流带走（zǒu），将与钢管表面（miàn）发生（shēng）作用，使之脱碳，造成钢材变脆，所以也称为“氢腐蚀"。

内壁腐（fǔ）蚀实质上是化学反应（yīng）过程，局部温度越高反应越（yuè）强（qiáng）烈。反应中产生的氢氧化物残余物将使局部蒸汽流速减慢，更促进了上述反（fǎn）应的进行，垢下腐蚀一般发生于锅炉水冷（lěng）壁管向火侧内壁，破坏形式如贝壳（ké）。垢（gòu）下腐蚀发生后向深度发展，致使管壁穿孔爆裂。另（lìng）外，被腐蚀区域的钢材表面盖有疏松的铁锈层，造成管壁热传导性不良，出现（xiàn）局部管壁过热，产生材质蠕变，甚至出现管（guǎn）壁向外鼓包，最终破裂。

在多次不同电厂的锅炉检测中，发现水冷壁管内壁缺陷有的以下几种主要特征：

（1）缺陷多（duō）为腐蚀坑，裂纹极少。

（2）所有的腐蚀坑都发生在向火侧，以中间（jiān）部位居多。

（3）腐蚀坑的面积大小，深度不同，随服役时间而发展。

（4）在炉墙上分布无规律可言。如某处出现爆管，而割（gē）开附近几处管检查都（dōu）完好无损,运行一段时（shí）间又会在（zài）其它位（wèi）置爆管。

2、外壁高温腐蚀

影响（xiǎng）水冷壁外部腐蚀的最主要原因是水冷壁附近的烟气成分和管壁（bì）温度。具体（tǐ）地说，由于燃烧器附近（jìn）火焰温度可高达1400℃左右（yòu），因此，煤中的矿物成分挥发出的腐蚀性气体较多，为受热面的腐（fǔ）蚀创造了条件。另外，由于燃烧器区域附近水冷壁管的热流密度很大，温度（dù）梯度（dù）也很大，管壁（bì）温度常达400～450℃，这对管壁的高温腐蚀也起着不小的作用。

锅炉水（shuǐ）冷壁管子金属在氧、硫等氧（yǎng）化（huà）剂的作用下，发生氧化反应，产生高温腐蚀。当烟气和积灰层中含有（yǒu）腐蚀性成分时，管子将（jiāng）发生腐蚀，甚至造成爆管。

燃煤锅炉水（shuǐ）冷（lěng）壁上发生（shēng）的高（gāo）温腐蚀通常（cháng）属于硫化物（wù）型高温腐蚀（shí），主（zhǔ）要由烟气中的H2S气体造成。在燃（rán）烧区（qū）域烟气中（zhōng）氧含量较低并存在还原性气体(如CO、H2等)时，煤中的硫和氯会（huì）生成H2S和HCI气体，并（bìng）与水蒸气（qì）形成腐（fǔ）蚀性较（jiào）强的酸性气体，与管壁金属氧化膜发生腐（fǔ）蚀反应，从而使金属表面的保护膜遭到破（pò）坏。

另外目前环保要求下的低氮缺氧燃烧是高温腐蚀的重要原因。

二、水冷壁腐蚀（shí）的危害

电（diàn）厂的水冷壁在十分恶劣的环境下工作，存在磨损、拉裂、高（gāo）温腐蚀、结垢（gòu）等问题，这些问题（tí）不及时发现最终都可能（néng）引起事故的发生。

根（gēn）据相关统计，火电机组非停事故（gù）有60%是由于锅炉“四管"爆裂引（yǐn）起的，“四管"爆裂（liè）里面（miàn）75%是由于（yú）水冷壁的腐（fǔ）蚀磨损引起的。

我国将近（jìn）八成的大（dà）型电站锅炉受到水（shuǐ）冷壁高温腐蚀的影响（xiǎng），高温腐蚀会造成水冷壁厚度（dù）不断（duàn）变薄、材料强度降低，水冷壁可能（néng）有爆管、泄漏情况的发生，危及到整个锅炉的正常安全运行。一旦发生非计划停运（yùn）事故，会对发电厂带来（lái）巨大的经济损失。

因此锅炉高温腐蚀的防治对于锅炉的安全稳（wěn）定运行是十分必要的，水冷壁的定期检测能及时发现，杜绝事故的（de）发生。

三、水冷壁腐蚀（shí）的传统检测

目前国内锅炉水冷壁的检测（cè）方式，主要是（shì）人工搭脚手架或（huò）者升降平台进（jìn）行检测，外（wài）壁检测（cè）主要是用肉眼和手感、用超声测厚仪测量管壁厚度找（zhǎo）出腐（fǔ）蚀位置；内壁用超声波测厚仪或割管用内窥镜检查管内腐蚀情况。

锅炉炉膛内的粉（fěn）尘（chén）比较大（dà），而且需要等待炉膛内冷却到室温才能搭建脚手架。对水冷壁进（jìn）行人工检查，工作环境恶（è）劣、工作量大、进度（dù）慢、成本高。而且人（rén）为的因素、数据并不是很完善（shàn），易出现漏（lòu）检。且锅（guō）炉水冷壁检修属于（yú）受限（xiàn）空间内高空作业，其风险程度相（xiàng）当高，一旦发生高空坠落将给当事人与企业造成（chéng）严重后果。

四（sì）、水冷壁爬行机器人的检测（cè）

4.1 检测简介

我司针对水冷壁人工检测的问题开（kāi）展研究。研发团队通过电厂现场考查和（hé）多次设计的实际试（shì）用，研制成功了（le）水冷壁爬行 机器人。水冷壁爬行 机器人（rén）能够代替人工进行水冷壁检测，机器（qì）人采（cǎi）用永磁技术吸附在水冷壁上，可在水冷（lěng）壁上移动，通过实时（shí）的高清视频（pín）完成对水冷壁排管浮灰的冲洗、清（qīng）焦（jiāo）、排管外观的检测、排管壁厚度的自动检测、缺陷的定位等（děng）功能（néng）。实现了对电厂水冷壁防磨防爆的（de）智能化各方位检（jiǎn）测（cè），对（duì）推动电（diàn）厂安全运行、节省工期（qī）和费用具有重要意义。

4.2 组成和原理

机器人采（cǎi）用磁性吸（xī）附式（shì）结（jié）构，能够在炉膛范围内可靠攀爬，机器人垂直拉（lā）力大于200kg。并可根据不同任务进行模块组装，包括驱动（dòng）行（háng）走机构、检测机构、清洗装置（zhì）和显示（shì）控制器。

驱（qū）动行走机构包括车身、减（jiǎn）速电机、车架和磁轮，减速电机设置（zhì）于（yú）车身内。

检测机构包括前、后（hòu）置高清（qīng）摄像头、电磁超声测厚仪、定位装置，分别设置在车（chē）身上。

清洗装置（zhì）包括清扫刷和两个高压喷水装置组成，分布于车（chē）身（shēn）的两侧。

显示控制器采用7寸高清触（chù）摸屏的安卓系统控制终端，控制水冷壁的（de）爬行机器人行走、检测、清洗和厚度的显（xiǎn）示。

4.3 水冷壁爬行机器人的特点（diǎn）及技术参数

（1）高清视频

摄像头采用200万（wàn）像素CMOS图像传感器，150°大视场角，LED照明，实（shí）时1080P高清摄像（xiàng）、存储。可实现对现场（chǎng）环境（jìng）、机器人的行走、管壁外观高温磨损的检（jiǎn）测和记录。

（2）高压冲洗

搭载的2个高压水清洗系统，对水冷壁进行清洗时可达到5兆帕的冲洗力，能很高效的（de）把（bǎ）水冷壁上的一些结渣、结焦（jiāo）冲洗掉，冲洗耗水量不大于10L/min。

（3）高（gāo）精度（dù）测（cè）厚

采用电磁超（chāo）声测厚装置，无需耦合剂，以0.1mm精度的测量水冷壁的管壁厚度。省去了传统的超声波测厚方式必须涂抹耦合剂才能进行测厚的（de）不方便性。