國電青山熱電有限公司研發(fā)的水冷壁清洗檢測機器人可替代人工，用于鍋爐水冷壁等。為滿足訓練條件，機器人具備除灰、清渣功能。收集海量檢測數(shù)據(jù)并自動形成報告，可為水冷壁壁厚提供大數(shù)據(jù)庫，并實現(xiàn)對機器人行走、清洗作業(yè)及測厚作業(yè)進行遠程操控。

2019年8月21日，由中國能源研究會節(jié)能減排中心聯(lián)合華北電力大學國家大學科技園共同舉辦的“2019年智慧電廠論壇（第二期）”在北京召開。主旨報告環(huán)節(jié)，國家能源集團國電青山熱電有限公司設備管理部主任助理 高暢作了題為“水冷壁清洗檢測機器人的研發(fā)與制作”的報告。北極星電力網(wǎng)對本次會議進行全程直播。直播會議合作，請聯(lián)系手機/微信：13693626116。

國家能源集團國電青山熱電有限公司設備管理部主任助理 高暢

我們公司是從2017年開始制作水冷壁清洗檢測機器人，相當于我們集團公司分給我們分公司的一個課題。我們從2017年開始來研發(fā)制作水冷壁清洗檢測機器人。

首先播放一個視頻。（播放短片）

剛才視頻也介紹了，我們公司是1957年建廠，是國家“一五”期間建設的第一家高爐高壓火電廠，在役的機組三臺，青山公司的14、13號機組是超臨界機組，是350萬千瓦機組，12號機組是長源一發(fā)公司的330萬千瓦機組。我們是2014年開始首次進行機組大修，大修之后發(fā)現(xiàn)機組的腐蝕比較嚴重，被迫進行了一些對水冷壁高溫腐蝕的攻關，包括噴涂。后面也是因為國家能源集團，分給我們對于水冷壁大數(shù)據(jù)庫建立的課題，我們在2017年開始選題，建立水冷壁清洗檢測機器人的攻關小組。

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

據(jù)統(tǒng)計，因為火電機組非停事故有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于鍋爐的安全穩(wěn)定運行是十分必要的。

這是第一代燃燒改造之后，兩側(cè)墻水冷壁腐蝕嚴重。我們做了一個統(tǒng)計，在燃燒S份為1.0以下的煤種時，每千小時平均的腐蝕速率是0.178毫米，最嚴重的會達到0.412毫米，相當于每年的檢修都要進行大面積封管，對于我們廠的安全經(jīng)濟是很致命的。2015年、2016年都屬于擴大型維修，進行了40多天。目前國內(nèi)水冷壁的檢測方式，主要是搭腳手架或者升降平臺進行檢測。這兩種狀態(tài)對于人來說不是很穩(wěn)定，因為鍋爐爐膛內(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、檢測時間長，而且得到的都是抽檢數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)并不是很完善。

為此我們準備進行機器人的研發(fā)。在2017年，因為是國外技術的壟斷，我們找了幾家全世界做機器人比較先進的一些公司來進行交流，但是他們給出來的一些方案、數(shù)據(jù)并不能滿足我們的需求。

我們準備自行研發(fā)、確定了一些目標。主要是實現(xiàn)兩大功能，一個是清焦、一個是測厚。這是我們研發(fā)小組設定的要求，在水冷壁上自由行走，不受限制，搭載的攝像頭對水冷壁、燃燒器進行宏觀檢測，實現(xiàn)對水冷壁管的厚度測量，搭載高壓水清洗系統(tǒng)，對水冷壁進行清洗。

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)進程，我們分組進行攻關，華東科技大學、武漢大學給了我們很多的技術支持。

我們的樣機是通過了10個月的研發(fā)，在2018年的8月份做出了了第一代樣機。受時間的影響，我們是在2018年11月份首次進行了樣機的實驗。這是我們最開始拿出來的樣機構(gòu)想，在研發(fā)的階段中我們遇到了很多技術的瓶頸，比如在測厚系統(tǒng)上，傳統(tǒng)的測厚方式是壓電操控測厚，必須得有人進行耦合，才能進行測厚。最開始我們準備了兩個機器人，一個是能實現(xiàn)水冷壁管的清理，還有一個是設備傳輸，準備水冷壁清洗之后進行一個厚度測量。但實際上第二套機器人，我們當時提出了搭載機械臂的理念，通過機械臂進行超聲的測厚，我們和中科院武漢所對接了一下，他們是2016年開始研制成功了一個電磁超聲，相當于我們機器人搭載了電磁超聲，不需要傳統(tǒng)的耦合，可以直接進行厚度的測量，而且能有效的避開氧化皮。

當時研發(fā)的時候我們也是咨詢北京匯力智能科技有限公司，作為機器人研發(fā)的新公司，我們聯(lián)合研發(fā)，把以往的一些理念推翻了，進行重新的設計。

我們第一代的樣機重量是130公斤，是比較重的機器人。當時我們考慮到是搭載高壓水沖洗系統(tǒng)的，我們最開始選用了三個沖洗的噴頭，但是三個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，后來沒辦法，我們對噴頭也進行了改良，相當于我們搭載的高壓水沖洗系統(tǒng)，是能達到50兆帕的沖洗力，相當于能把水冷壁上所有的硬焦、硬渣清除掉的。

這是我們當時在實驗室做的幾個水冷冰機器人技術的測試，主要是為了機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。

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

這是去年我們在爐膛內(nèi)進行實操工作，進行測試的一個視頻。

在這次工作中我們完成了仿諸器方案的測試。完成了機器人爬壁及機動性能測試，驗證了設計性能，完成了機器人高壓水沖洗裝置不同壓力沖洗效果的測試。完成了電磁超聲探頭測厚測試與傳統(tǒng)壓電超聲探頭的精度對比，驗證了電磁超聲技術是用于水冷壁檢測有獨特優(yōu)勢。最重要的是完成了防墜器方案的安全測試。因為我們的機器人第一代是130公斤，人在上面怕掉下來，相當于在爐膛頂部安裝了兩個防墜器，對機器人進行保護。

這次實驗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，就是因為當時把水冷壁管進行取樣、進行檢測，測出了機器的結(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，所以我們選擇這個數(shù)值主要是為了保護水冷壁有效的氧化膜。

通過這次實驗我們進行了大量的改進，包括改進磁鋼布置方式，設計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，研制了多光束自動尋跡系統(tǒng)，這是基于我們的紅外系統(tǒng)，后來我們提出別的定位系統(tǒng)，相當于紅外系統(tǒng)的精度是在0.1毫米。考慮到這個機器人有130公斤，搬運的時候比較困難，我們對機器人進行了瘦身的設計。

這是二人機器人，在今年4月份的時候已經(jīng)拿出第二代機器人了。跟國外機器人對比優(yōu)勢是，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，電磁超聲測厚，無需耦合劑，螺旋管、垂直管都可以自行檢測。這是二代機器人的構(gòu)想。

說一下這個機器人的經(jīng)濟效益。以單次進行水冷壁檢測為例，單次傳統(tǒng)的檢測費用是38萬，包括腳手架的搭設，需要停爐后8—10天才能具備檢測條件。現(xiàn)在我們利用二代機器人，可以在停爐之后只要溫度50度以下，24小時之內(nèi)就能把水冷壁所有的數(shù)據(jù)得出來，繪制出一個水冷壁的壁厚地圖。節(jié)約了時間，同時也減少了一些專業(yè)檢測人員的投入，這套機器人已經(jīng)在600多套鍋爐推廣使用。

這個機器人包括機器人的本體、地面的控制站，后面有兩條光纜，一條是電纜，一條是水管，通過地面的高壓泵站進行高壓水的輸送。

這是我們模擬的高壓水清洗的方式。原來的一代機我們只設計了三個噴頭，二代機我們在機器人的前面都設計了一排高壓水的沖洗噴頭，這樣的范圍更廣、效率更高。

機器人腹部這個位置放置了電磁超聲測試儀，根據(jù)我們廠的情況，同時能檢測三個管子，這樣由原來的3天檢測時間直接24小時就能檢測完畢了。

我們現(xiàn)在二代機采用的是紅外的定位方式，精度在0.1毫米，下一步我們準備采用另一種定位方式，這種方式應該能達到0.01毫米，能更精準的檢測水冷壁。

這是我們最近正在進行攻關的工作，準備建立一個數(shù)字模型，相當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。嚴格意義來講屬于機械車，我們準備在機械車上加裝一些鋼性的機械臂，實現(xiàn)更多功能的解鎖，我們準備進行水冷壁防護噴涂功能的開發(fā)。這個功能可以作為水冷壁管的保護方式。噴涂是主要的保護方式，內(nèi)部供熱的時候，高粉塵是對人體傷害很大，所以我們準備用這款機器人實現(xiàn)噴涂功能，保證人的安全。下一步我們準備實現(xiàn)人工智能，在辦公室內(nèi)就可以對機器人進行操控，并不需要任何人到現(xiàn)場，在辦公室內(nèi)就能完成整個機器人對水冷壁的檢查。

謝謝大家！

來源：北極星電力網(wǎng)

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