對(duì)于燃煤火力發(fā)電機(jī)組，約70%的事故來(lái)自鍋爐側(cè)，鍋爐側(cè)一旦發(fā)生事故，70%的原因在于四管泄漏。水冷壁、過(guò)熱器、再熱器、省煤器四類管（簡(jiǎn)稱鍋爐“四小管”）泄漏或爆管事故會(huì)導(dǎo)致停機(jī)停爐，其引起的非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間占機(jī)組非停時(shí)間約40％，少發(fā)電量占全部事故少發(fā)電量的50％以上，是影響發(fā)電機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要因素。

近年來(lái)，隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，鍋爐承壓部件金屬材料逐漸老化，且伴隨著長(zhǎng)期燃燒高硫煤造成的高溫腐蝕、深度調(diào)峰和機(jī)組啟停引起的應(yīng)力集中和裂紋類缺陷增加，鍋爐受熱面及承壓部件的故障呈現(xiàn)多發(fā)趨勢(shì)，機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)概率大大增加。機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)不僅給企業(yè)造成了經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)還影響電網(wǎng)的正常調(diào)度，造成企業(yè)信譽(yù)損失。為了防止鍋爐爆管，保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，在機(jī)組檢修期間須對(duì)鍋爐四管進(jìn)行全范圍系統(tǒng)性的防磨防爆檢查。

一、“四管”爆漏原因分析

電站鍋爐“四管”常見的失效類型有腐蝕、管材和焊接缺陷、過(guò)熱爆管、磨損減薄、應(yīng)力集中、疲勞開裂、機(jī)械損傷等。各受熱面泄漏失效類型又有所差別，其中水冷壁以高溫腐蝕、磨損減薄為主，過(guò)熱器以焊接缺陷、過(guò)熱爆管、磨損、腐蝕為主，再熱器以焊接缺陷、過(guò)熱、磨損為主，省煤器則以飛灰磨損減薄為主。

磨損：鍋爐四管常見飛灰磨損和機(jī)械磨損。低溫過(guò)熱器及省煤器區(qū)域、煙氣走廊、出列管、吹灰器、人孔門周圍經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)飛灰磨損，過(guò)熱器和再熱器管段在運(yùn)行中管排會(huì)和管夾產(chǎn)生機(jī)械磨損，受到磨損后易出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。省煤器相對(duì)而言管排較密集，煙氣含量高且流速快，爐煙中大量灰粒流向省煤器尾部，加劇其磨損。磨損爆管的特征為斷口處管壁減薄呈刀刃狀，磨損表面平滑，金相組織無(wú)變化，管徑一般無(wú)變化。

腐蝕：雖然腐蝕爆管比例較低，但由于其具有突發(fā)性和不可預(yù)測(cè)性，一旦發(fā)生，往往造成大面積的損壞。腐蝕爆管的特征為管壁產(chǎn)生點(diǎn)狀或坑狀腐蝕，金相組織不發(fā)生變化，裂紋為橫斷面開裂，爆口寬而鈍。依據(jù)腐蝕機(jī)理可分為水側(cè)腐蝕和煙氣側(cè)腐蝕。水側(cè)腐蝕是指水處理設(shè)備中堿性或酸性物質(zhì)及其他雜質(zhì)引起的腐蝕和損壞，主要有氧腐蝕、垢下腐蝕、氫損傷等。氧腐蝕易發(fā)生在省煤器、過(guò)熱器和再熱器管段；垢下腐蝕主要發(fā)生在水冷壁和低溫過(guò)熱器；氫腐蝕主要發(fā)生在水冷壁。煙氣側(cè)腐蝕主要是硫腐蝕。低溫硫腐蝕主要發(fā)生在省煤器管段；高溫硫腐蝕主要發(fā)生在水冷壁、過(guò)熱器和再熱器管段。

熱疲勞：熱疲勞是指鍋爐管在溫度反復(fù)變化時(shí)受熱應(yīng)力作用而發(fā)生的疲勞損壞。熱疲勞爆管的特征為從外表向里發(fā)展的環(huán)狀裂紋；以橫向裂紋為主的龜狀裂紋；短而粗且充滿腐蝕產(chǎn)物的楔形裂紋。造成熱疲勞的原因有：爐膛使用水吹灰，管壁溫度急劇變化產(chǎn)生熱沖擊；超溫導(dǎo)致管材的疲勞強(qiáng)度下降；基本負(fù)荷機(jī)組參與調(diào)峰運(yùn)行，頻繁啟停和變負(fù)荷運(yùn)行。

超溫過(guò)熱：超溫過(guò)熱爆管主要發(fā)生在鍋爐的高溫對(duì)流過(guò)熱器和高溫再熱器管段，低溫過(guò)熱器和省煤器管也可能出現(xiàn)。短期過(guò)熱是指當(dāng)管壁溫度超過(guò)材料的下臨界溫度時(shí)，材料強(qiáng)度明顯下降。在內(nèi)壓力作用下，發(fā)生脹粗和爆管現(xiàn)象。長(zhǎng)期過(guò)熱是指管壁溫度長(zhǎng)期處于設(shè)計(jì)溫度之上且低于材料的下臨界溫度，超溫幅度不大但是時(shí)間較長(zhǎng)，管子力學(xué)性能惡化，導(dǎo)致在最薄弱部位發(fā)生脆裂爆管。長(zhǎng)期超溫可分為高溫蠕變型、應(yīng)力氧化裂紋型和氧化減薄型。

焊接質(zhì)量問(wèn)題：受熱面管所需要承受的壓力和溫度較高，一旦焊接存在質(zhì)量缺陷，存在未熔合、未焊透、夾渣、咬邊等現(xiàn)象，將導(dǎo)致管道在高壓環(huán)境運(yùn)行中無(wú)法承受內(nèi)部壓力，出現(xiàn)爆管現(xiàn)象。

二、鍋爐四管防磨防爆的普遍性難點(diǎn)

傳統(tǒng)的鍋爐檢查手段主要是人工搭腳手架或者升降平臺(tái)進(jìn)行檢測(cè)，外壁檢測(cè)依靠肉眼觀察法和觸摸法，內(nèi)壁用測(cè)厚儀、漏磁檢測(cè)儀等抽查管內(nèi)情況。鍋爐內(nèi)部工作環(huán)境惡劣、工作量大、進(jìn)度慢、成本高，而且依賴于人員經(jīng)驗(yàn)，數(shù)據(jù)并不是很完善，易出現(xiàn)漏檢。

隨著機(jī)組的溫度、壓力參數(shù)提高，受熱面結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，加上配煤摻燒帶來(lái)的結(jié)焦腐蝕情況加劇，鍋爐四管的爆漏幾率進(jìn)一步增大，防磨防爆有以下普遍性難點(diǎn)：

（1）鍋爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜、四管數(shù)量龐大。以某電廠百萬(wàn)等級(jí)鍋爐為例，水冷壁4117根，過(guò)熱器4178根，再熱器2462根，省煤器708根，其中焊口共20多萬(wàn)個(gè)，檢查費(fèi)時(shí)費(fèi)力且極易出現(xiàn)漏檢、錯(cuò)檢。

（2）受熱面管的材質(zhì)、規(guī)格和焊口種類繁雜。為節(jié)省成本，各級(jí)過(guò)熱器、再熱器等管排往往分段選材，采用不同高強(qiáng)熱合金鋼，造成了大量的異種鋼焊口。

（3）鍋爐防磨防爆工作涉及運(yùn)行、檢修、維護(hù)、技術(shù)監(jiān)督等工種以及鍋爐、化學(xué)、金屬、熱工等多個(gè)專業(yè)，大量數(shù)據(jù)和信息需要及時(shí)查詢、共享和協(xié)作。按照常規(guī)的防磨防爆方法，將面臨大量繁復(fù)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作。

（4）檢修人員流動(dòng)性大，全面、系統(tǒng)的培訓(xùn)手段較少，防磨防爆技能和經(jīng)驗(yàn)缺乏。

鑒于以上問(wèn)題，采用新技術(shù)與新方法盡快提高改進(jìn)鍋爐防磨防爆工作，適應(yīng)超超臨界鍋爐技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和要求，大幅減少泄漏非停、提高運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性，是各個(gè)電廠非常重視和迫切需要解決的一個(gè)問(wèn)題。

三、水冷壁履帶爬行機(jī)器人

我司針對(duì)水冷壁檢測(cè)問(wèn)題開展研究，研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過(guò)電廠現(xiàn)場(chǎng)考察和多次設(shè)計(jì)的實(shí)際試用，成功研制了水冷壁爬行機(jī)器人。

水冷壁爬行機(jī)器人能夠代替人工進(jìn)行水冷壁檢測(cè)，機(jī)器人采用永磁技術(shù)吸附在水冷壁上，可在水冷壁上移動(dòng)，并對(duì)每根管子進(jìn)行高精度測(cè)厚，通過(guò)實(shí)時(shí)的高清視頻完成對(duì)水冷壁排管浮灰的沖洗、清焦、排管外觀的檢測(cè)、排管壁厚度的自動(dòng)檢測(cè)、缺陷的定位等，可自動(dòng)對(duì)應(yīng)管子記錄測(cè)厚數(shù)據(jù)，有問(wèn)題的管子自動(dòng)噴碼，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電廠水冷壁防磨防爆的智能化全方位檢測(cè)。

機(jī)器人采用磁性吸附式結(jié)構(gòu)，能夠在爐膛范圍內(nèi)可靠攀爬，垂直拉力大于200kg。整體體積小巧，尺寸為700*360*150mm，方便進(jìn)入鍋爐。并可根據(jù)不同任務(wù)進(jìn)行模塊組裝，包括驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)、檢測(cè)機(jī)構(gòu)、清洗裝置、顯示控制器等。

驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)包括車身、減速電機(jī)、車架和橡膠履帶，減速電機(jī)設(shè)置于車身內(nèi)；

檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括高清攝像頭、電磁超聲測(cè)厚儀和定位裝置，分別設(shè)置在車身上。攝像頭采用200萬(wàn)像素CMOS圖像傳感器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、機(jī)器人的行走、管壁外觀磨損的檢測(cè)和記錄。電磁超聲測(cè)厚裝置無(wú)需耦合劑，可以0.1mm精度測(cè)量管壁厚度；

清洗裝置是由兩個(gè)高壓噴水裝置組成，分布于車身前端，可達(dá)到5兆帕的沖洗力，高效沖洗結(jié)焦、結(jié)渣；

顯示控制器采用7寸高清觸摸屏的安卓系統(tǒng)控制終端，控制水冷壁的爬行機(jī)器人行走、檢測(cè)、清洗和厚度的顯示。

此外還可定制內(nèi)壁腐蝕坑檢測(cè)，加裝漏磁檢測(cè)、脈沖渦流檢測(cè)或冷陰極數(shù)字射線檢測(cè)。

水冷壁爬行機(jī)器人檢測(cè)實(shí)時(shí)顯示圖

四、管屏掃查器

伸縮式管屏掃查器是我司針對(duì)水冷壁、低溫再熱器、省煤器等大面積受檢區(qū)域和管屏密集區(qū)域進(jìn)行防磨防爆檢查使用的手持式專用管屏檢測(cè)設(shè)備，可有效提高檢測(cè)速度，減少檢測(cè)人員的投入。無(wú)需打磨即可快速完成大面積管屏超聲測(cè)厚、外觀視頻檢查、管道蠕脹檢查等，并能同步保存外觀視頻及厚度數(shù)據(jù)，方便后期查證。

（1）視頻檢測(cè)

前端搭載高清圖像傳感器，高亮度LED照明，實(shí)時(shí)高清攝像，可實(shí)現(xiàn)對(duì)管壁外表面結(jié)焦、腐蝕、損傷、較大裂紋的檢測(cè)，具備檢測(cè)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存功能，方便后期查證。

（2）高精度測(cè)厚

采用電磁超聲測(cè)厚裝置，無(wú)需耦合劑，檢測(cè)精度0.01mm，檢測(cè)范圍1.5-100mm。省去了傳統(tǒng)的超聲波測(cè)厚方式必須涂抹耦合劑才能進(jìn)行測(cè)厚的不方便性。

（3）管道蠕脹檢測(cè)

可搭載高精度電子卡規(guī)，快速檢測(cè)管道外徑尺寸，同時(shí)對(duì)蠕脹超標(biāo)管子報(bào)警提示。

（4）管屏橫向移動(dòng)平臺(tái)

受熱面的磨損、測(cè)厚、蠕脹等檢查大多需要橫向移動(dòng)，設(shè)計(jì)采用雙排交錯(cuò)滾輪作為滾動(dòng)機(jī)構(gòu)，橫跨管子平穩(wěn)，無(wú)顛簸。底部布置永磁鐵，有效吸附于檢測(cè)面，且輕松推動(dòng)，不易滑落。

水冷壁管屏面積大，數(shù)量多，檢查工作量巨大，依靠常規(guī)的超聲測(cè)厚儀檢測(cè)，先打磨、再測(cè)厚、后記錄，單點(diǎn)檢測(cè)需要三人完成。使用管屏掃查器對(duì)成排橫向管屏檢測(cè)，無(wú)需打磨，自動(dòng)測(cè)厚并記錄測(cè)厚數(shù)據(jù)，一人完成三人工作，大大提高檢測(cè)效率，有效減少檢測(cè)人員的投入。

再熱器、省煤器管屏布置緊密，管屏間距小，人員無(wú)法進(jìn)入，依靠人工最多只能檢測(cè)外三根，其余管屏只能不做檢測(cè)，或靠人工拉開管屏進(jìn)入，檢測(cè)效率低，成本高。采用伸縮式管屏掃查器，可快速完成間距大于40mm的管屏檢測(cè)。

伸縮式管屏掃查器解決了空間狹小區(qū)域人員無(wú)法進(jìn)入盲區(qū)檢查的難題，減少了這些區(qū)域的爆管事故。檢查速度快，1人可完成3人的工作任務(wù)，節(jié)省人工75%，大大降低了費(fèi)用和工期，是防磨防爆檢查技術(shù)的大變革，給鍋爐安全運(yùn)行帶來(lái)了有力保障。

五、抱式機(jī)器人

抱式爬行機(jī)器人是我司針對(duì)火電鍋爐受熱面外徑為30-70mm的不銹鋼、碳鋼或其它材質(zhì)的高壓高溫管道，代替人工檢查的專用智能無(wú)損檢測(cè)儀器。前端搭載高清圖像傳感器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)管壁外表面結(jié)焦、腐蝕、損傷、較大裂紋的檢測(cè)；采用電磁超聲測(cè)厚裝置，無(wú)需耦合劑，檢測(cè)精度0.01mm，檢測(cè)范圍1.5-100mm；管徑線性傳感器可檢測(cè)管徑尺寸，有效識(shí)別脹粗缺陷；具備檢測(cè)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存功能，方便后期查證。

過(guò)熱器管屏布置緊密，易出現(xiàn)飛灰磨損、煙氣吹損、機(jī)械磨損、吹灰器吹損、長(zhǎng)期超溫漲粗等缺陷。屏式過(guò)熱器、末級(jí)過(guò)熱器向火面基本布置在爐前懸空區(qū)，底部直達(dá)爐底，檢查難度大、環(huán)境危險(xiǎn)。抱式機(jī)器人可通過(guò)底部升降平臺(tái)和少部分腳手架，實(shí)現(xiàn)對(duì)管屏的全部檢查，預(yù)防漏檢帶來(lái)的事故隱患。

再熱器管屏布置緊密，特別是低溫過(guò)熱器、低溫再熱器，管屏間距小人員無(wú)法進(jìn)入，依靠人工最多只能檢測(cè)外三根，其余只能靠人工拉開管屏再進(jìn)入檢測(cè)，檢測(cè)效率低，成本高。采用抱式爬行機(jī)器人搭載檢測(cè)探頭，可完成上述部位的厚度、漲粗、外觀等缺陷檢測(cè)。

省煤器在煙氣溫度較低的區(qū)域中工作，因而一般不會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱燒壞損問(wèn)題。但隨著煙氣溫度降低，煙氣中的硫氧化物容易凝結(jié)成為酸液，加上煙氣中的灰粒比較硬，所以省煤器存在飛灰磨損、積灰、腐蝕等問(wèn)題。省煤器空間狹小，依靠人員不能做全部檢查，采用抱式爬行機(jī)器人搭載檢測(cè)探頭，可爬行至需要檢查部位進(jìn)行檢查。

此外，因抱式機(jī)器人可在奧氏體不銹鋼鋼管上爬行，因此可搭載氧化皮檢測(cè)儀探頭、內(nèi)壁氧化膜厚度檢測(cè)儀探頭完成氧化皮檢測(cè)工作。也可搭載脈沖渦流檢測(cè)探頭進(jìn)行管屏內(nèi)壁腐蝕坑檢測(cè)。

六、結(jié)語(yǔ)

隨著超超臨界機(jī)組的運(yùn)行，新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝的應(yīng)用，安全運(yùn)行方面涌現(xiàn)出大量新難題。鍋爐“四管”的防磨防爆重在預(yù)防，電廠一方面需要調(diào)整優(yōu)化鍋爐燃燒，另一方面檢測(cè)方案也要不斷更新。傳統(tǒng)的檢查手段因工人的技術(shù)水平不同，檢測(cè)結(jié)果也有很大差異。我們提出的新技術(shù)可以使檢查工作透明化、可視化、流程化，以機(jī)器換人，杜絕檢查死角，確保整個(gè)鍋爐存在的問(wèn)題能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將爆漏事故消除于萌芽，有效提升經(jīng)濟(jì)效益。