國(guó)電青山熱電有限公司研發(fā)的水冷壁清洗檢測(cè)機(jī)器人可替代人工，用于鍋爐水冷壁等。為滿足訓(xùn)練條件，機(jī)器人具備除灰、清渣功能。收集海量檢測(cè)數(shù)據(jù)并自動(dòng)形成報(bào)告，可為水冷壁壁厚提供大數(shù)據(jù)庫(kù)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人行走、清洗作業(yè)及測(cè)厚作業(yè)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。

2019年8月21日，由中國(guó)能源研究會(huì)節(jié)能減排中心聯(lián)合華北電力大學(xué)國(guó)家大學(xué)科技園共同舉辦的“2019年智慧電廠論壇（第二期）”在北京召開。主旨報(bào)告環(huán)節(jié)，國(guó)家能源集團(tuán)國(guó)電青山熱電有限公司設(shè)備管理部主任助理 高暢作了題為“水冷壁清洗檢測(cè)機(jī)器人的研發(fā)與制作”的報(bào)告。北星電力網(wǎng)對(duì)本次會(huì)議進(jìn)行全程直播。直播會(huì)議合作，請(qǐng)聯(lián)系手機(jī)/微信：13693626116。

國(guó)家能源集團(tuán)國(guó)電青山熱電有限公司設(shè)備管理部主任助理 高暢

我們公司是從2017年開始制作水冷壁清洗檢測(cè)機(jī)器人，相當(dāng)于我們集團(tuán)公司分給我們分公司的一個(gè)課題。我們從2017年開始來(lái)研發(fā)制作水冷壁清洗檢測(cè)機(jī)器人。

首先播放一個(gè)視頻。（播放短片）

剛才視頻也介紹了，我們公司是1957年建廠，是國(guó)家“一五”期間建設(shè)的家高爐高壓火電廠，在役的機(jī)組三臺(tái)，青山公司的14、13號(hào)機(jī)組是超臨界機(jī)組，是350萬(wàn)千瓦機(jī)組，12號(hào)機(jī)組是長(zhǎng)源一發(fā)公司的330萬(wàn)千瓦機(jī)組。我們是2014年開始首次進(jìn)行機(jī)組大修，大修之后發(fā)現(xiàn)機(jī)組的腐蝕比較嚴(yán)重，被迫進(jìn)行了一些對(duì)水冷壁高溫腐蝕的攻關(guān)，包括噴涂。后面也是因?yàn)閲?guó)家能源集團(tuán)，分給我們對(duì)于水冷壁大數(shù)據(jù)庫(kù)建立的課題，我們?cè)?017年開始選題，建立水冷壁清洗檢測(cè)機(jī)器人的攻關(guān)小組。

我們的終目的，就是要生產(chǎn)一臺(tái)能夠代替人工進(jìn)行水冷壁的清洗檢測(cè)的機(jī)器人，我們的研發(fā)小組在2017年10月開始進(jìn)行選題研發(fā)。這項(xiàng)工作得到了我們公司的高度重視，我們的副總經(jīng)理親自掛帥進(jìn)行研發(fā)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，因?yàn)榛痣姍C(jī)組非停事故有60%是由于鍋爐“四管”爆裂引起的，而且高爐“四管”爆裂里面75%是由于水冷壁的泄漏引起的，所以高溫腐蝕的防治對(duì)于鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行是十分必要的。

這是代燃燒改造之后，兩側(cè)墻水冷壁腐蝕嚴(yán)重。我們做了一個(gè)統(tǒng)計(jì)，在燃燒S份為1.0以下的煤種時(shí)，每千小時(shí)平均的腐蝕速率是0.178毫米，嚴(yán)重的會(huì)達(dá)到0.412毫米，相當(dāng)于每年的檢修都要進(jìn)行大面積封管，對(duì)于我們廠的安全經(jīng)濟(jì)是很致命的。2015年、2016年都屬于擴(kuò)大型維修，進(jìn)行了40多天。目前國(guó)內(nèi)水冷壁的檢測(cè)方式，主要是搭腳手架或者升降平臺(tái)進(jìn)行檢測(cè)。這兩種狀態(tài)對(duì)于人來(lái)說(shuō)不是很穩(wěn)定，因?yàn)殄仩t爐膛內(nèi)的粉塵比較大，而且需要在爐膛內(nèi)冷卻到室溫才能搭建腳手架。傳統(tǒng)檢查中，不僅工作量大、檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，而且得到的都是抽檢數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)并不是很完善。

為此我們準(zhǔn)備進(jìn)行機(jī)器人的研發(fā)。在2017年，因?yàn)槭菄?guó)外技術(shù)的壟斷，我們找了幾家全世界做機(jī)器人比較的一些公司來(lái)進(jìn)行交流，但是他們給出來(lái)的一些方案、數(shù)據(jù)并不能滿足我們的需求。

我們準(zhǔn)備自行研發(fā)、確定了一些目標(biāo)。主要是實(shí)現(xiàn)兩大功能，一個(gè)是清焦、一個(gè)是測(cè)厚。這是我們研發(fā)小組設(shè)定的要求，在水冷壁上自由行走，不受限制，搭載的攝像頭對(duì)水冷壁、燃燒器進(jìn)行宏觀檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水冷壁管的厚度測(cè)量，搭載高壓水清洗系統(tǒng)，對(duì)水冷壁進(jìn)行清洗。

研發(fā)路程也是比較坎坷的，有很多因素限制了我們的研發(fā)進(jìn)程，我們分組進(jìn)行攻關(guān)，華東科技大學(xué)、武漢大學(xué)給了我們很多的技術(shù)支持。

我們的樣機(jī)是通過(guò)了10個(gè)月的研發(fā)，在2018年的8月份做出了了代樣機(jī)。受時(shí)間的影響，我們是在2018年11月份首次進(jìn)行了樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)。這是我們開始拿出來(lái)的樣機(jī)構(gòu)想，在研發(fā)的階段中我們遇到了很多技術(shù)的瓶頸，比如在測(cè)厚系統(tǒng)上，傳統(tǒng)的測(cè)厚方式是壓電操控測(cè)厚，必須得有人進(jìn)行耦合，才能進(jìn)行測(cè)厚。開始我們準(zhǔn)備了兩個(gè)機(jī)器人，一個(gè)是能實(shí)現(xiàn)水冷壁管的清理，還有一個(gè)是設(shè)備傳輸，準(zhǔn)備水冷壁清洗之后進(jìn)行一個(gè)厚度測(cè)量。但實(shí)際上第二套機(jī)器人，我們當(dāng)時(shí)提出了搭載機(jī)械臂的理念，通過(guò)機(jī)械臂進(jìn)行超聲的測(cè)厚，我們和中科院武漢所對(duì)接了一下，他們是2016年開始研制成功了一個(gè)電磁超聲，相當(dāng)于我們機(jī)器人搭載了電磁超聲，不需要傳統(tǒng)的耦合，可以直接進(jìn)行厚度的測(cè)量，而且能有效的避開氧化皮。

當(dāng)時(shí)研發(fā)的時(shí)候我們也是咨詢北京匯力智能科技有限公司，作為機(jī)器人研發(fā)的新公司，我們聯(lián)合研發(fā)，把以往的一些理念推翻了，進(jìn)行重新的設(shè)計(jì)。

我們代的樣機(jī)重量是130公斤，是比較重的機(jī)器人。當(dāng)時(shí)我們考慮到是搭載高壓水沖洗系統(tǒng)的，我們開始選用了三個(gè)沖洗的噴頭，但是三個(gè)沖洗噴頭并不能很高效的把水冷壁上的一些結(jié)渣、結(jié)焦沖洗掉，后來(lái)沒辦法，我們對(duì)噴頭也進(jìn)行了改良，相當(dāng)于我們搭載的高壓水沖洗系統(tǒng)，是能達(dá)到50兆帕的沖洗力，相當(dāng)于能把水冷壁上的硬焦、硬渣清除掉的。

這是我們當(dāng)時(shí)在實(shí)驗(yàn)室做的幾個(gè)水冷冰機(jī)器人技術(shù)的測(cè)試，主要是為了機(jī)器人能在爐膛里面非常安全、穩(wěn)定的工作。這是高壓水系統(tǒng)的制作。

這是電磁超聲測(cè)厚裝置，這是中科院武漢研究所研發(fā)的，相當(dāng)于無(wú)需耦合劑，可以非常高精度的來(lái)測(cè)量水冷壁的管壁厚。

這是去年我們?cè)跔t膛內(nèi)進(jìn)行實(shí)操工作，進(jìn)行測(cè)試的一個(gè)視頻。

在這次工作中我們完成了仿諸器方案的測(cè)試。完成了機(jī)器人爬壁及機(jī)動(dòng)性能測(cè)試，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)性能，完成了機(jī)器人高壓水沖洗裝置不同壓力沖洗效果的測(cè)試。完成了電磁超聲探頭測(cè)厚測(cè)試與傳統(tǒng)壓電超聲探頭的精度對(duì)比，驗(yàn)證了電磁超聲技術(shù)是用于水冷壁檢測(cè)有優(yōu)勢(shì)。重要的是完成了防墜器方案的安全測(cè)試。因?yàn)槲覀兊臋C(jī)器人代是130公斤，人在上面怕掉下來(lái)，相當(dāng)于在爐膛頂部安裝了兩個(gè)防墜器，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行保護(hù)。

這次實(shí)驗(yàn)中我們得到了大量的數(shù)據(jù)，包括我們?yōu)槭裁催x擇10兆帕的高壓水沖洗，就是因?yàn)楫?dāng)時(shí)把水冷壁管進(jìn)行取樣、進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)出了機(jī)器的結(jié)合壁。包括有效的氧化末，在50兆帕條件下是清洗不掉的，一般的氧化皮是在5兆帕情況下就可以清除掉的，所以我們選擇這個(gè)數(shù)值主要是為了保護(hù)水冷壁有效的氧化膜。

通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)我們進(jìn)行了大量的改進(jìn)，包括改進(jìn)磁鋼布置方式，設(shè)計(jì)搭載高位布置的全景前置攝像頭，優(yōu)化防墜器布置位置，編制合理的作業(yè)工藝，研制了多光束自動(dòng)尋跡系統(tǒng)，這是基于我們的紅外系統(tǒng)，后來(lái)我們提出別的定位系統(tǒng)，相當(dāng)于紅外系統(tǒng)的精度是在0.1毫米。考慮到這個(gè)機(jī)器人有130公斤，搬運(yùn)的時(shí)候比較困難，我們對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了瘦身的設(shè)計(jì)。

這是二人機(jī)器人，在今年4月份的時(shí)候已經(jīng)拿出第二代機(jī)器人了。跟國(guó)外機(jī)器人對(duì)比優(yōu)勢(shì)是，可自行跨越冷灰斗轉(zhuǎn)角，水冷壁上可任意方向行走，具有清洗水冷壁功能，電磁超聲測(cè)厚，無(wú)需耦合劑，螺旋管、垂直管都可以自行檢測(cè)。這是二代機(jī)器人的構(gòu)想。

說(shuō)一下這個(gè)機(jī)器人的經(jīng)濟(jì)效益。以單次進(jìn)行水冷壁檢測(cè)為例，單次傳統(tǒng)的檢測(cè)費(fèi)用是38萬(wàn)，包括腳手架的搭設(shè)，需要停爐后8—10天才能具備檢測(cè)條件。現(xiàn)在我們利用二代機(jī)器人，可以在停爐之后只要溫度50度以下，24小時(shí)之內(nèi)就能把水冷壁的數(shù)據(jù)得出來(lái)，繪制出一個(gè)水冷壁的壁厚地圖。節(jié)約了時(shí)間，同時(shí)也減少了一些檢測(cè)人員的投入，這套機(jī)器人已經(jīng)在600多套鍋爐推廣使用。

這個(gè)機(jī)器人包括機(jī)器人的本體、地面的控制站，后面有兩條光纜，一條是電纜，一條是水管，通過(guò)地面的高壓泵站進(jìn)行高壓水的輸送。

這是我們模擬的高壓水清洗的方式。原來(lái)的一代機(jī)我們只設(shè)計(jì)了三個(gè)噴頭，二代機(jī)我們?cè)跈C(jī)器人的前面都設(shè)計(jì)了一排高壓水的沖洗噴頭，這樣的范圍更廣、效率更高。

機(jī)器人腹部這個(gè)位置放置了電磁超聲測(cè)試儀，根據(jù)我們廠的情況，同時(shí)能檢測(cè)三個(gè)管子，這樣由原來(lái)的3天檢測(cè)時(shí)間直接24小時(shí)就能檢測(cè)完畢了。

我們現(xiàn)在二代機(jī)采用的是紅外的定位方式，精度在0.1毫米，下一步我們準(zhǔn)備采用另一種定位方式，這種方式應(yīng)該能達(dá)到0.01毫米，能更精準(zhǔn)的檢測(cè)水冷壁。

這是我們近正在進(jìn)行攻關(guān)的工作，準(zhǔn)備建立一個(gè)數(shù)字模型，相當(dāng)于為鍋爐的燃燒提供數(shù)據(jù)。

這是我們近期的發(fā)展方向。嚴(yán)格意義來(lái)講屬于機(jī)械車，我們準(zhǔn)備在機(jī)械車上加裝一些鋼性的機(jī)械臂，實(shí)現(xiàn)更多功能的解鎖，我們準(zhǔn)備進(jìn)行水冷壁防護(hù)噴涂功能的開發(fā)。這個(gè)功能可以作為水冷壁管的保護(hù)方式。噴涂是主要的保護(hù)方式，內(nèi)部供熱的時(shí)候，高粉塵是對(duì)人體傷害很大，所以我們準(zhǔn)備用這款機(jī)器人實(shí)現(xiàn)噴涂功能，保證人的安全。下一步我們準(zhǔn)備實(shí)現(xiàn)人工智能，在辦公室內(nèi)就可以對(duì)機(jī)器人進(jìn)行操控，并不需要任何人到現(xiàn)場(chǎng)，在辦公室內(nèi)就能完成整個(gè)機(jī)器人對(duì)水冷壁的檢查。

謝謝大家！

來(lái)源：北星電力網(wǎng)

（本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)速記整理，未經(jīng)發(fā)言人審核。）