水（shuǐ）冷壁爬行（háng）機器人

鍋爐（lú）是發電廠較（jiào）重要的生產設備，其爐內水（shuǐ）冷壁管在長期服役（yì）中受到煙氣、煤灰和火（huǒ）焰等侵蝕，極易出（chū）現磨損、腐蝕，造成管（guǎn）壁局部減薄，在管內高壓、高溫蒸汽的作用下，最終產生管體爆裂泄漏等嚴重事故。鍋爐（lú）出現泄漏與（yǔ）一般管（guǎn）道出現泄漏不同，無法在生產運（yùn）行中進行維修，往往要停機搶（qiǎng）修，其經濟損失巨大，因而各電（diàn）廠對有效減少和避免鍋爐爆管都（dōu）非常重（chóng）視，能在短期停爐期間不用搭滿爐膛架子而對水冷壁用爬行機器人進（jìn）行檢查具（jù）有十分重要的意義。

一、電廠鍋爐水冷壁腐蝕的類型

1、內壁垢下腐蝕

當（dāng）水冷（lěng）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（fā）生反應，並在金屬表麵形成磁性氧化鐵膜（Fe3O4），稱為（wéi）“蒸汽腐蝕"，所產生的（de）蒸汽腐蝕後（hòu）生成的氫氣如（rú）果不能（néng）較快地被氣流（liú）帶走，將與鋼管表（biǎo）麵發生作用，使之脫碳，造成鋼（gāng）材變脆，所以（yǐ）也稱為“氫（qīng）腐（fǔ）蝕"。

內壁（bì）腐蝕實質上是化學反應過程，局部溫度越高反應（yīng）越強烈。反應中產生的氫氧化物殘餘物將使（shǐ）局（jú）部蒸汽流速（sù）減慢，更促進了上述反應的進（jìn）行（háng），垢下腐蝕一般發生於鍋爐水（shuǐ）冷（lěng）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，致使管壁穿孔爆裂。另外，被腐蝕區域的（de）鋼材（cái）表麵蓋有（yǒu）疏鬆的鐵鏽層，造成管壁熱傳（chuán）導性不良，出現局部管壁過熱，產（chǎn）生材質蠕變（biàn），甚至出現（xiàn）管壁向外鼓包，最終（zhōng）破裂。

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

（1）缺陷多為腐蝕坑，裂紋極少。

（2）所有的腐蝕坑都發生在向火側，以（yǐ）中間部位居多。

（3）腐蝕坑的麵積大小，深度不同，隨服役時間而發展。

（4）在爐（lú）牆上分布無（wú）規律可言。如某處出現爆管，而割開附近幾處管檢查都完好無損,運（yùn）行一（yī）段時間又會在其它位（wèi）置爆管。

2、外壁高溫腐蝕

影響水冷壁外部腐蝕的（de）最主要原因是水冷壁附（fù）近的煙氣成分和管壁溫度。具體地說，由於燃燒器附近火焰溫度可高達1400℃左右，因此，煤中的礦物成分揮發出的腐蝕性氣體較多，為受熱麵的腐蝕（shí）創造了條件。另外，由於燃燒（shāo）器區域附近（jìn）水冷壁管的熱（rè）流密度（dù）很大，溫度梯度也很大，管壁溫度常達400～450℃，這（zhè）對管壁的高溫腐蝕也起著不小的作用。

鍋爐水冷壁管子金屬在氧、硫等氧化劑的作用下，發生氧化（huà）反應，產生高溫腐蝕。當煙氣和積（jī）灰層中含有腐蝕性成分時，管子將發生腐（fǔ）蝕，甚至造成爆管。

燃煤鍋爐水冷壁上發生的高溫腐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。在燃燒區域煙氣中氧含量較低並存在還原性（xìng）氣體(如CO、H2等)時，煤中的硫和氯會生成（chéng）H2S和HCI氣體，並與水蒸氣形成腐蝕性較強的酸性氣體（tǐ），與管壁金屬氧化膜發（fā）生腐蝕反應，從而使金屬表麵的保護膜遭到破壞。

另外（wài）目前環保要求下的低氮缺（quē）氧燃燒是高溫腐蝕的重要原因。

二、水冷壁腐蝕的危（wēi）害

電廠的水冷壁在十分惡劣的環境下（xià）工作，存在（zài）磨損、拉裂、高溫腐（fǔ）蝕、結垢等問題，這些問題不及時發現最終都可能引起事故的發（fā）生。

根據相關統計，火電機組非停事故有60%是由於（yú）鍋（guō）爐“四管"爆裂引起的，“四管"爆裂裏麵75%是由於水（shuǐ）冷壁的腐蝕磨損引起的。

我國將近八成（chéng）的大型電站鍋爐受到水冷（lěng）壁高溫腐蝕的影響，高溫腐蝕會造成水冷壁厚（hòu）度（dù）不斷變薄、材料（liào）強（qiáng）度降低，水冷壁可能有爆管、泄漏情況的發生，危及到整個（gè）鍋爐的正常安（ān）全（quán）運行（háng）。一旦發生非計（jì）劃停運事故，會對發電廠（chǎng）帶來巨（jù）大的經濟損失。

因此鍋爐高溫腐蝕的防治對於鍋爐的安全（quán）穩定運行是十分必要的，水（shuǐ）冷壁（bì）的定期檢測能及時發現，杜絕事故的發生（shēng）。

三、水冷壁腐蝕的傳統檢（jiǎn）測

目前國內鍋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），外壁檢測主要是用肉眼和（hé）手感、用（yòng）超聲測厚儀（yí）測量管壁厚度找出腐蝕（shí）位置；內壁用超聲波測厚儀或割管用內窺鏡檢查管（guǎn）內腐蝕（shí）情況。

鍋爐爐膛內的粉塵比較大（dà），而且需要等待（dài）爐膛（táng）內冷卻到室溫才能搭建腳手架。對水冷壁進行人工檢查，工作環境惡劣、工作量大、進度慢、成本高。而（ér）且人為（wéi）的因素、數據（jù）並不是很（hěn）完善（shàn），易出現漏檢。且鍋爐水冷壁檢修屬於受限空間內高空作業，其風險程度相當高，一旦發生高空墜落將給當事人與企業造成嚴重後果。

四、水冷（lěng）壁爬（pá）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。研發團隊通過電廠現場考查和多次設計的實際試用，研（yán）製（zhì）成功了水冷壁爬行 機器人。水冷壁爬行 機器人能夠代替人工進行水冷壁檢（jiǎn）測，機器人采用永磁（cí）技術吸附在水冷（lěng）壁上，可在水（shuǐ）冷壁（bì）上移動，通過實時的高清視頻完成對水冷壁排管浮灰（huī）的衝洗、清焦、排管外觀的檢測、排（pái）管壁厚度的自動檢測、缺陷的定位等功能。實現了對電廠水冷壁防磨防爆（bào）的智能化（huà）各方位檢測，對推動電廠安全運行、節省工期和費用具有重要意義。

4.2 組（zǔ）成和（hé）原理

機器人采用磁性吸附式結構，能夠在爐膛範圍內可靠攀爬，機器人垂直（zhí）拉力大（dà）於200kg。並可根據不同任務進（jìn）行模塊組裝，包（bāo）括驅動行走機構、檢測機構、清洗裝置和顯示控製器。

驅動行走機構包括（kuò）車（chē）身、減速電機、車架和磁輪，減速電機設置於車身內。

檢測機構包括前、後置高清攝像頭、電磁超聲測厚儀、定位裝置（zhì），分別設置（zhì）在車身上。

清洗裝置包括清掃（sǎo）刷和兩個高（gāo）壓噴水裝置（zhì）組成，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終端，控製水冷壁的爬行機器人行走、檢測、清洗和厚度的顯示。

4.3 水冷壁爬行機器人的（de）特點及技術參數

（1）高清視頻

攝像頭采用200萬像素CMOS圖像傳感器，150°大視場角，LED照（zhào）明，實時1080P高清攝（shè）像、存儲。可實現對現場環境、機器人的行走、管壁外觀高溫磨損的檢測和記錄。

（2）高壓衝洗

搭載的2個高壓水清洗係統，對（duì）水冷壁進行清洗時可達到5兆帕的衝洗力，能很高效的把水冷壁上的一些結渣、結焦衝（chōng）洗掉，衝（chōng）洗耗水量不大（dà）於10L/min。

（3）高（gāo）精度測厚

采用電磁超聲測厚裝置，無需耦合劑，以0.1mm精度的測量水冷壁（bì）的（de）管壁厚度。省去了傳統的超聲波（bō）測厚方式必（bì）須塗抹耦合劑才（cái）能進行測厚的不方便性。