国电青山热电高畅：水冷壁清洗检测机器人的研发与制作

国电青山热电有限公司研发的水冷壁清洗检测机器人可替代人工，用于锅炉水冷壁等。为满足训练条件，机器人具备除灰、清渣功能。收集海量检测数据并自动形成报告，可为水冷壁壁厚提供大数据库，并实现对机器人行走、清洗作业及测厚作业进行远程操控。

2019年8月21日，由中国能源研究会节能减排中心联合华北电力大学国家大学科技园共同举办的“2019年智慧电厂论坛（第二期）”在北京召开。主旨报告环节，国家能源集团国电青山热电有限公司设备管理部主任助理 高畅作了题为“水冷壁清洗检测机器人的研发与制作”的报告。北极星电力网对本次会议进行全程直播。直播会议合作，请联系手机/微信：13693626116。

国家能源集团国电青山热电有限公司设备管理部主任助理 高畅

我们公司是从2017年开始制作水冷壁清洗检测机器人，相当于我们集团公司分给我们分公司的一个课题。我们从2017年开始来研发制作水冷壁清洗检测机器人。

首先播放一个视频。（播放短片）

刚才视频也介绍了，我们公司是1957年建厂，是国家“一五”期间建设的第一家高炉高压火电厂，在役的机组三台，青山公司的14、13号机组是超临界机组，是350万千瓦机组，12号机组是长源一发公司的330万千瓦机组。我们是2014年开始首次进行机组大修，大修之后发现机组的腐蚀比较严重，被迫进行了一些对水冷壁高温腐蚀的攻关，包括喷涂。后面也是因为国家能源集团，分给我们对于水冷壁大数据库建立的课题，我们在2017年开始选题，建立水冷壁清洗检测机器人的攻关小组。

我们的最终目的，就是要生产一台能够代替人工进行水冷壁的清洗检测的机器人，我们的研发小组在2017年10月开始进行选题研发。这项工作得到了我们公司的高度重视，我们的副总经理亲自挂帅进行研发。

据统计，因为火电机组非停事故有60%是由于锅炉“四管”爆裂引起的，而且高炉“四管”爆裂里面75%是由于水冷壁的泄漏引起的，所以高温腐蚀的防治对于锅炉的安全稳定运行是十分必要的。

这是第一代燃烧改造之后，两侧墙水冷壁腐蚀严重。我们做了一个统计，在燃烧S份为1.0以下的煤种时，每千小时平均的腐蚀速率是0.178毫米，最严重的会达到0.412毫米，相当于每年的检修都要进行大面积封管，对于我们厂的安全经济是很致命的。2015年、2016年都属于扩大型维修，进行了40多天。目前国内水冷壁的检测方式，主要是搭脚手架或者升降平台进行检测。这两种状态对于人来说不是很稳定，因为锅炉炉膛内的粉尘比较大，而且需要在炉膛内冷却到室温才能搭建脚手架。传统检查中，不仅工作量大、检测时间长，而且得到的都是抽检数据，数据并不是很完善。

为此我们准备进行机器人的研发。在2017年，因为是国外技术的垄断，我们找了几家全世界做机器人比较先进的一些公司来进行交流，但是他们给出来的一些方案、数据并不能满足我们的需求。

我们准备自行研发、确定了一些目标。主要是实现两大功能，一个是清焦、一个是测厚。这是我们研发小组设定的要求，在水冷壁上自由行走，不受限制，搭载的摄像头对水冷壁、燃烧器进行宏观检测，实现对水冷壁管的厚度测量，搭载高压水清洗系统，对水冷壁进行清洗。

研发路程也是比较坎坷的，有很多因素限制了我们的研发进程，我们分组进行攻关，华东科技大学、武汉大学给了我们很多的技术支持。

我们的样机是通过了10个月的研发，在2018年的8月份做出了了第一代样机。受时间的影响，我们是在2018年11月份首次进行了样机的实验。这是我们最开始拿出来的样机构想，在研发的阶段中我们遇到了很多技术的瓶颈，比如在测厚系统上，传统的测厚方式是压电操控测厚，必须得有人进行耦合，才能进行测厚。最开始我们准备了两个机器人，一个是能实现水冷壁管的清理，还有一个是设备传输，准备水冷壁清洗之后进行一个厚度测量。但实际上第二套机器人，我们当时提出了搭载机械臂的理念，通过机械臂进行超声的测厚，我们和中科院武汉所对接了一下，他们是2016年开始研制成功了一个电磁超声，相当于我们机器人搭载了电磁超声，不需要传统的耦合，可以直接进行厚度的测量，而且能有效的避开氧化皮。

当时研发的时候我们也是咨询北京汇力智能科技有限公司，作为机器人研发的新公司，我们联合研发，把以往的一些理念推翻了，进行重新的设计。

我们第一代的样机重量是130公斤，是比较重的机器人。当时我们考虑到是搭载高压水冲洗系统的，我们最开始选用了三个冲洗的喷头，但是三个冲洗喷头并不能很高效的把水冷壁上的一些结渣、结焦冲洗掉，后来没办法，我们对喷头也进行了改良，相当于我们搭载的高压水冲洗系统，是能达到50兆帕的冲洗力，相当于能把水冷壁上所有的硬焦、硬渣清除掉的。

这是我们当时在实验室做的几个水冷冰机器人技术的测试，主要是为了机器人能在炉膛里面非常安全、稳定的工作。这是高压水系统的制作。

这是电磁超声测厚装置，这是中科院武汉研究所研发的，相当于无需耦合剂，可以非常高精度的来测量水冷壁的管壁厚。

这是去年我们在炉膛内进行实操工作，进行测试的一个视频。

在这次工作中我们完成了仿诸器方案的测试。完成了机器人爬壁及机动性能测试，验证了设计性能，完成了机器人高压水冲洗装置不同压力冲洗效果的测试。完成了电磁超声探头测厚测试与传统压电超声探头的精度对比，验证了电磁超声技术是用于水冷壁检测有独特优势。最重要的是完成了防坠器方案的安全测试。因为我们的机器人第一代是130公斤，人在上面怕掉下来，相当于在炉膛顶部安装了两个防坠器，对机器人进行保护。

这次实验中我们得到了大量的数据，包括我们为什么选择10兆帕的高压水冲洗，就是因为当时把水冷壁管进行取样、进行检测，测出了机器的结合壁。包括有效的氧化末，在50兆帕条件下是清洗不掉的，一般的氧化皮是在5兆帕情况下就可以清除掉的，所以我们选择这个数值主要是为了保护水冷壁有效的氧化膜。

通过这次实验我们进行了大量的改进，包括改进磁钢布置方式，设计搭载高位布置的全景前置摄像头，优化防坠器布置位置，编制合理的作业工艺，研制了多光束自动寻迹系统，这是基于我们的红外系统，后来我们提出别的定位系统，相当于红外系统的精度是在0.1毫米。考虑到这个机器人有130公斤，搬运的时候比较困难，我们对机器人进行了瘦身的设计。

这是二人机器人，在今年4月份的时候已经拿出第二代机器人了。跟国外机器人对比优势是，可自行跨越冷灰斗转角，水冷壁上可任意方向行走，具有清洗水冷壁功能，电磁超声测厚，无需耦合剂，螺旋管、垂直管都可以自行检测。这是二代机器人的构想。

说一下这个机器人的经济效益。以单次进行水冷壁检测为例，单次传统的检测费用是38万，包括脚手架的搭设，需要停炉后8—10天才能具备检测条件。现在我们利用二代机器人，可以在停炉之后只要温度50度以下，24小时之内就能把水冷壁所有的数据得出来，绘制出一个水冷壁的壁厚地图。节约了时间，同时也减少了一些专业检测人员的投入，这套机器人已经在600多套锅炉推广使用。

这个机器人包括机器人的本体、地面的控制站，后面有两条光缆，一条是电缆，一条是水管，通过地面的高压泵站进行高压水的输送。

这是我们模拟的高压水清洗的方式。原来的一代机我们只设计了三个喷头，二代机我们在机器人的前面都设计了一排高压水的冲洗喷头，这样的范围更广、效率更高。

机器人腹部这个位置放置了电磁超声测试仪，根据我们厂的情况，同时能检测三个管子，这样由原来的3天检测时间直接24小时就能检测完毕了。

我们现在二代机采用的是红外的定位方式，精度在0.1毫米，下一步我们准备采用另一种定位方式，这种方式应该能达到0.01毫米，能更精准的检测水冷壁。

这是我们最近正在进行攻关的工作，准备建立一个数字模型，相当于为锅炉的燃烧提供数据。

这是我们近期的发展方向。严格意义来讲属于机械车，我们准备在机械车上加装一些钢性的机械臂，实现更多功能的解锁，我们准备进行水冷壁防护喷涂功能的开发。这个功能可以作为水冷壁管的保护方式。喷涂是主要的保护方式，内部供热的时候，高粉尘是对人体伤害很大，所以我们准备用这款机器人实现喷涂功能，保证人的安全。下一步我们准备实现人工智能，在办公室内就可以对机器人进行操控，并不需要任何人到现场，在办公室内就能完成整个机器人对水冷壁的检查。

谢谢大家！

来源：北极星电力网

（本文根据现场速记整理，未经发言人审核。）