短期停爐、不搭腳手架｜水冷壁快速檢查解決方案

來源：市場資訊

（來源：我們電廠人）

【摘要】隨著工業(yè)技術的不斷發(fā)展和生產運行安全性要求的提高，高空設備的檢測需求日益增加。傳統(tǒng)的檢測方式存在諸多弊端，如高空作業(yè)風險高、檢測效率低、周期長、成本高等，難以滿足工業(yè)4.0時代快速檢修和精準診斷的需求。

柔性導軌機器人作為一種新型的檢測設備，以其獨特的優(yōu)勢實現(xiàn)對鍋爐水冷壁、高過、高再等高空設備的全覆蓋無損檢測。

該機器人采用模塊化結構，可搭載超聲測厚儀、冷陰極X射線檢測儀、氧化皮檢測儀、高清攝像頭等多種檢測設備，具備360°無死角檢測能力，可有效替代人工完成危險作業(yè)。

本文圍繞高空設備檢測現(xiàn)狀與需求展開討論，并介紹了柔性導軌機器人的關鍵結構與工作原理，闡述其在鍋爐水冷壁和高溫過熱器檢測中的典型應用方案。

同時，分析了該系統(tǒng)在提高檢測效率、保障安全和降低成本方面的優(yōu)勢與應用價值，為高空設備無損檢測機器人的創(chuàng)新技術和應用前景提供參考。

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高空設備檢測現(xiàn)狀與需求

1. 高空設備檢測現(xiàn)狀

在工業(yè)生產中，高空設備的檢驗檢測對于保障安全生產至關重要。例如，火電鍋爐的受熱面在長期運行過程中，由于受高溫、高壓、飛灰等多重因素影響，容易出現(xiàn)管壁局部減薄、磨損、腐蝕以及氧化皮堆積等問題，嚴重時甚至可能發(fā)生爆管并引發(fā)一系列連鎖反應，造成人員傷亡和重大經(jīng)濟損失。

因此，需要通過定期無損檢測等手段預防事故發(fā)生。

然而，傳統(tǒng)的檢測方式面臨諸多挑戰(zhàn)和困難。目前，高空檢測主要依靠人工搭建腳手架或升降平臺進行檢查，不僅作業(yè)風險高，而且消耗大量的人力物力，檢測成本居高不下，檢測效率低。

以某百萬級鍋爐為例，水冷壁管總數(shù)過千，總焊縫量超過二十萬處，人工檢查依賴目視檢查或便攜式儀器抽查，既耗時又容易遺漏缺陷，檢測結果受作業(yè)人員經(jīng)驗影響較大，在有限的停爐時間內無法充分檢測。

而且鍋爐爐膛內環(huán)境通常粉塵濃度高、溫度高且通風不良、光線昏暗，這些惡劣條件不僅影響檢測精度，也給作業(yè)人員的身體健康和心理承受能力帶來負擔。

同時，人工檢查在數(shù)據(jù)管理方面也存在困難，難以實現(xiàn)檢測結果的快速統(tǒng)計和有效利用，這也在一定程度上影響了檢修決策的效率和準確性。

圖1 搭建腳手架進行人工檢查

2. 現(xiàn)有檢測機器人人的弊端

市場上出現(xiàn)的部分爬壁機器人等替代方案雖然能在一定程度上減少人員高空作業(yè)，但也存在顯著弊端。

絕大多數(shù)爬壁機器人采用磁輪吸附方式進行行走，一方面，機器人自重較大或管屏表面存在防磨涂料、氧化皮等，降低磁吸附力，增加機器人掉落的風險；另一方面，這類機器人自身的越障能力較差，很難越過3cm以上障礙物，對于鍋爐中的防磨梁等障礙難以跨越，檢測效果受限。

因此，高空無損檢測對檢測設備的智能化、靈活性和可靠性提出了更高要求，成為行業(yè)迫切需要解決的問題。

02

柔性導軌機器人結構

及在鍋爐檢測中的應用

針對上述問題，柔性導軌機器人應運而生，以解決高空設備檢測過程中作業(yè)危險系數(shù)高、檢測效率低的難題，未來有望逐步替代傳統(tǒng)人工檢測方式。

柔性導軌機器人采用模塊化設計，整體結構由柔性導軌行走機構、硬性導軌、檢測模塊、終端控制模塊、定位模塊等部分組成，設計上充分考慮了高空環(huán)境的復雜性和檢測需求。

圖2 柔性導軌機器人結構示意圖

1. 行走機構及原理

柔性導軌機器人的核心部件是它的行走機構，其中包含橫向導軌和縱向導軌及相應的行走單元。

首先，行走機構作為機器人的移動平臺，依靠導向輪與柔性導軌之間的摩擦力驅動，可在導軌上平穩(wěn)行進。行走機構配備編碼器或編碼輪，精確記錄行進距離和位移，有利于與定位模塊的數(shù)據(jù)融合。

基于現(xiàn)有技術，該機構行進速度可達8 米/分鐘，最大承重達到180千克，能夠承載各類檢測儀器，如超聲測厚儀、氧化皮檢測儀、數(shù)字射線成像儀等等，滿足各類檢測需求。

柔性導軌采用高強度、耐磨且柔韌性良好的材料制造，能夠適應高溫、高塵等復雜環(huán)境，長期保持穩(wěn)定性能，實現(xiàn)連續(xù)作業(yè)。橫向導軌兩端固定于鍋爐的爐頂或水冷壁看火孔處，或按照受檢區(qū)域形狀靈活布置，并配備緊繩器以保證行走機構平穩(wěn)運動；縱向導軌連接橫向導軌與行走機構，上端沿橫向導軌在水平方向上滑動。通過縱橫導軌的組合，可在待檢測壁面上構建完整坐標系，使檢測探頭能夠移動到任意位置，實現(xiàn)無死角檢測。

此外，機器人的運動依靠導軌而非磁力吸附，不受管屏表面涂層和結構障礙的影響，可以穩(wěn)定運行于各種復雜環(huán)境中，較磁力爬行類機器人更加靈活。

圖3 柔性導軌機器人現(xiàn)場檢測

2. 檢測模塊

檢測模塊是柔性導軌機器人完成無損檢測任務的關鍵部分，通常集成多種檢測傳感器和分析設備。根據(jù)不同場景下的常見缺陷類型和工業(yè)要求，檢測模塊一般包括但不限于以下幾類設備：

(1) 電磁超聲測厚儀

在水冷壁檢測中，硬性導軌懸掛于縱向行走機構上，并隨之上下移動。當機器人移動到目標檢測位置后，硬性導軌兩端的電磁鐵通電磁化，吸附于被測管屏，使電磁超聲測厚探頭能夠在導軌上穩(wěn)定地橫向移動。測量完成后電磁鐵斷電退磁，機器人即可整體移動到下一檢測點。

該檢測方式無需耦合劑，即使管屏表面存在少量結焦、氧化皮或輕微不平整，也能正常測量；測厚探頭可以連續(xù)快速地采集管壁厚度數(shù)據(jù)，并穩(wěn)定地傳輸?shù)娇刂破?；系統(tǒng)可自適應不同規(guī)格的管排，實現(xiàn)對不同管徑管子的連續(xù)測厚，測量精度可達到±0.1毫米，并可一鍵生成檢測報告。

(2) 高清攝像頭

為補充輔助檢測作業(yè)，機器人可搭載高清攝像頭進行一體化視覺檢測。通過高清攝像頭，既能夠輔助硬性導軌和機械爪固定位置，也能夠配合高亮度LED采集管屏表面圖像，實時監(jiān)測管屏表面裂紋、砸傷、變形、磨損等多種缺陷，實現(xiàn)多功能融合，提升了檢測的全面性。

圖4 高清攝像頭進行視覺檢測

(3) 冷陰極X射線數(shù)字成像儀

當需要對高過、高再的焊縫裂紋、氣孔、氧化皮等缺陷等進行高分辨率檢測時，柔性導軌機器人可攜帶冷陰極X射線源和數(shù)字成像板至目標位置。機器人采用兩套平行布置的導軌系統(tǒng)，在管屏一側安裝射線機，另一側布置數(shù)字成像板，同步移動并通過機械爪固定，在射線拍攝時保持穩(wěn)定，實時成像。

圖5 高過、高再的X射線檢測及氧化皮檢測

(4) 數(shù)字氧化皮檢測儀

當需要進行氧化皮檢測時，柔性導軌上裝配機械臂，機械臂前端搭載氧化皮檢測儀探頭，對彎頭區(qū)域的氧化皮堆積量進行定量檢測，同時裝配超聲測厚儀對管壁厚度進行實時測量，綜合評估該部位的運行狀態(tài)。

檢測模塊亦可配置紅外、超聲導波、磁粉等設備，這些傳感器往往通過模塊化接口安裝在機器人端部，可根據(jù)具體檢測任務靈活替換或組合。這一綜合檢查方案可快速移動位置，節(jié)約了反復拆裝檢測設備的時間，實現(xiàn)了管屏檢測的連續(xù)化、大面積覆蓋，大幅提高了檢測效率。

3. 控制模塊

柔性導軌機器人的終端控制模塊集成了運動控制、檢測操作控制、通信功能控制、實時影像和檢測數(shù)據(jù)監(jiān)測、路徑規(guī)劃、數(shù)據(jù)存儲等等。

操作人員通過人機交互界面可以遠程操控機器人啟動或停止，調節(jié)傳感器參 數(shù)，執(zhí)行二維坐標行走等；配套的系統(tǒng)軟件集成實時影像顯示和檢測數(shù)據(jù)顯示，可及時發(fā)現(xiàn)缺陷并報警；軟件能夠根據(jù)現(xiàn)場結構和檢測計劃自動生成機器人行進路徑，并在檢測過程中根據(jù)進度實時調整路徑，確保高效覆蓋所有檢測區(qū)域；檢測完成后系統(tǒng)自動化整理檢測數(shù)據(jù)，對測量結果進行初步分析，標記缺陷位置，生成詳細的檢測報告，為后續(xù)分析和決策提供依據(jù)。

圖6 機器人控制單元

4. 定位模塊

定位模塊負責實時確定機器人在鍋爐內部的空間位置，以保證檢測數(shù)據(jù)的準確位置關聯(lián)。值得注意的是，在高溫鋼結構內部使用GPS 等定位方式不可行，因此需要采用基于導軌的機械定位方式。

機器人通過激光測距和視覺輔助定位技術，控制精度高，并配備計米器自動記錄所測管子編號，對檢測到的缺陷進行噴涂標記，便于后續(xù)的復查與缺陷消除。

此外，定位模塊可能結合固定參考點或標志物進行絕對定位。根據(jù)鍋爐管屏布局，可預先在上下游管道或結構節(jié)點上設定標記點，機器人通過視覺系統(tǒng)或近場傳感器識別后校正坐標誤差。

圖7 噴涂標記定位

以上模塊的緊密配合，使柔性導軌機器人能夠在復雜的鍋爐環(huán)境中精確地完成各項檢測任務。定位模塊與檢測數(shù)據(jù)相融合后，可實現(xiàn)“位置-缺陷”一一對應的數(shù)字化檢驗記錄。例如，在掃描過程中，系統(tǒng)將厚度測量值與當前的導軌坐標存儲于數(shù)據(jù)庫，構成管屏完整的檢測地圖，便于后續(xù)數(shù)據(jù)分析和缺陷追蹤。

03

柔性導軌機器人優(yōu)勢

柔性導軌機器人相較于傳統(tǒng)檢測方案具有多方面的顯著優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾點：

1. 安全

首先，在安全性方面，柔性導軌機器人能夠實現(xiàn)遠程操作，將檢測人員的高空作業(yè)風險降到最低。操作者在地面通過終端控制系統(tǒng)即可對機器人進行全程控制，從而避免了人員直接進入高溫高壓的環(huán)境中進行檢查的危險。

在機器人的設計上，柔性導軌取代了磁吸附式移動，避免了由于吸附力不穩(wěn)帶來的墜落風險，即使管壁有油漆、氧化皮或防磨涂層，也不會脫落；并且導軌式結構可以自行支撐，運行過程中無需額外增加防墜裝置。

同時，機器人自身具有較大的承載能力，可以滿足常用檢測儀器的重量需求，確保檢測過程安全可靠。這些特性顯著降低了檢修中的事故發(fā)生率，保障了操作人員的安全。

2. 全面

其次，柔性導軌機器人能實現(xiàn)對鍋爐管屏的360度全覆蓋檢測。安裝兩條柔性導軌后，管屏的任何部位都可覆蓋；多種檢測探頭可以同時裝配在機器人上，例如超聲測厚探頭、射線成像裝置、氧化皮檢測探頭等，可同步進行多項檢測任務。

機器人能夠在一個檢測周期內同時完成壁厚測量、裂紋檢測、氧化皮檢測、管壁磨損與腐蝕評估等多種檢測項目，并將多種檢測結果進行綜合評估與分析，大大提升了檢測效率和準確性，保證了檢測的全面性和無遺漏。

3. 靈活

在靈活性方面，柔性導軌機器人具備快速部署和廣泛適應能力。其設計靈活，各組件能夠根據(jù)現(xiàn)場結構快速安裝或調整，無需復雜的前期準備。

機器人具有橫向和縱向的雙向移動能力，可以輕松到達不同的檢測點；當面對復雜管屏時，可以配合機械臂、機械爪等附件進行輔助固定和操作，使機器人適應各種管屏布局，在實際應用中大幅度節(jié)約時間，適用于檢修周期緊張的場景。

整個系統(tǒng)采用模塊化設計，各個功能模塊可以根據(jù)電廠實際需求進行選配，既可以滿足不同鍋爐機組的檢測要求，又便于維護和升級。

4. 可追溯性

柔性導軌機器人內置強大的數(shù)據(jù)處理和存儲功能，對檢測過程中的各種圖像和數(shù)據(jù)進行準確記錄和歸檔。這些數(shù)據(jù)可用于歷史溯源和分析，為后續(xù)維護決策提供數(shù)據(jù)支撐。通過分析積累的數(shù)據(jù)，可以進行趨勢分析和故障預測，提前發(fā)現(xiàn)潛在問題，有助于優(yōu)化檢修計劃。

同時，詳細的數(shù)據(jù)記錄也可以明確檢測過程中的各個環(huán)節(jié)和人員責任，增強了檢測過程的可控性和透明度。

綜上所述，柔性導軌機器人憑借其在安全性、檢測全面性、部署靈活性和數(shù)據(jù)可追溯性等方面的優(yōu)勢，為高空設備的無損檢測提供了創(chuàng)新的解決方案。

04

柔性導軌機器人應用價值

柔性導軌機器人的推廣應用將為工業(yè)生產帶來了多方面的價值：

1. 提高自動化水平

機器人可無人值守地巡檢并連續(xù)自動化采集數(shù)據(jù)和圖像，減少人工統(tǒng)計誤差， 實現(xiàn)對設備運行狀態(tài)信息的全面監(jiān)測，為設備健康評估提供實時的數(shù)據(jù)支持。自動化檢測也使得大面積高空檢測變得可行，縮短了檢修周期，使“逢停必檢”成為可能。

2. 提升檢測效率

柔性導軌機器人能夠在高溫、高塵等惡劣環(huán)境下替代人工完成檢測任務，有效減少人為誤差和事故發(fā)生率。在相同時間內，機器人完成的檢測工作量遠高于人工，從而提高了整體檢修效率和準確性。

3. 降低安全風險

應用柔性導軌機器人后，不再需要檢測人員高空作業(yè)，也無需頻繁搭建腳手架或升降平臺，從而消除了高空安全隱患。

4. 降低運維成本

柔性導軌機器人的全覆蓋檢測能力降低了檢測成本。機器人一次部署后可覆蓋整個管屏的所有檢測點，避免了反復拆裝或移動檢測裝置的過程，檢修總工時顯著減少，降低了停機損失，運維成本得到控制。

此外，機器人集成多種檢測功能可在單次檢測中完成壁厚、裂紋、氧化皮等多項檢測任務，一機多能，減少了設備投入，優(yōu)化了資源配置。

5. 智能化管理

最后，柔性導軌機器人的應用有助于提高設備可靠性和管理水平。自動化且高精度的檢測為設備運行提供了及時可靠的診斷信息，可為預測檢修、壽命評估等提供依據(jù)。同時，完善的數(shù)據(jù)記錄和分析功能為管理者提供了決策支持，助力電廠提升設備監(jiān)測與維護的智能化水平。

05

總結

柔性導軌機器人作為一種新型的高空無損檢測設備，其結構設計合理，能夠適應復雜的高空檢測環(huán)境；其檢測功能全面，集成了多種檢測手段以滿足多樣的檢測需求；其運行靈活，可快速部署并實現(xiàn)高效檢測；其數(shù)據(jù)記錄和分析功能強大，為設備維護提供了有力支持。

目前，我們已在多家電廠進行了試點應用，取得了良好效果。機器人系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行并輸出高質量檢測數(shù)據(jù)，為后續(xù)大規(guī)模推廣提供了可靠依據(jù)。隨著技術的不斷進步，柔性導軌機器人將在高空設備無損檢測領域發(fā)揮更大的作用，為工業(yè)生產的安全性和穩(wěn)定性提供有力保障。

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