火电厂锅炉管道金属内壁缺陷检测方法研究

吴佳宇

摘要：加强火电厂锅炉管道金属内壁缺陷检测力度，对火炉的正产运行有着至關重要的作用。传统的火电厂锅炉管道金属内壁缺陷检测方法受到外界温度的影响，其检测数据精度不能满足检测实际需求。为此，提出火电厂锅炉管道金属内壁缺陷检测方法研究。采用机器视觉技术，利用移动台和采像相机采集锅炉管道金属内壁图像，考虑造成内壁缺陷的因素，分割图像，突出图像中内壁缺陷特征;对图像进行归一化处理，计算出图像的梯度信息，统计各像素的梯度方向，计算出描述子，由全部的描述子组成图像缺陷特征，完成特征提取;将提取的特征作为输入，利用梯度算子对图像滤波，完成管道金属内壁缺陷检测。实验结果表明：设计的火电厂锅炉管道金属内壁缺陷检测方法的标定值和拟合值均在正常取值范围内，其检测精度满足实际检测需求。

关键词：火电厂锅炉管道;金属内壁;缺陷检测方法

引言

火力发电机组投运后，随着运行时间的增加，电站锅炉设计、制造、安装、运行存在的问题会逐渐显现。对锅炉进行内部检验是发现其缺陷的主要方式之一，熟悉锅炉内部检验中常见的缺陷才能有针对性地开展检验工作，以达到发现并消除缺陷的目的，从而确保发电机组安全稳定地运行。本文列举了一些内部检验中常见的主要缺陷并对其进行分析，为今后检验人员开展工作提供一些实践经验。

1锅炉定期检验的重要性

定期检查锅炉质量，能够有效地保障锅炉安全运行。其一，在进行检查时发现安全隐患能够及时进行排查，从而可以避免不必要的安全隐患。由于锅炉工况相对恶劣，在运行的过程中，往往会出现一定的问题，诸如由于过热导致变形、出现裂纹、腐蚀以及渗透等问题。当出现问题后不能进行及时处理，那么将会导致出现中重大的安全问题。当锅炉受火部位出现一定的裂纹时，其在高温火焰的冲击下导致水出现渗透，从而迅速变成蒸汽与烟气一起漏掉。即便渗透出现在可见的位置，工人也不能发现。比如锅炉的受压部件出现变形，那么工作人员将不会发现该问题，主要是由于变形量比较小。其二，对锅炉进行定期检查，在检查时重点检查设计、制造、安装方面的原始缺陷。锅炉投入使用之后，需要对其进行登记，同时需要对锅炉进行相应的检验，通常能够查出一般性的问题，但是去不能发现隐藏性的问题，因此当锅炉投入使用之后，需要定期对锅炉进行检查。

2火电厂锅炉管道金属内壁存在的缺陷

2.1炉膛高温火焰的冲刷

火电厂锅炉的炉内温度通常都极高，锅炉内的水冷壁、再热器以及过热器等部件长时间处在一种高温环境下同时受到飞灰等多种物质的冲刷，很容易造成内部结构的腐蚀，引发爆管事件。特别是水冷管，会更容易受到高温腐蚀的侵害。一方面，炉内高温会加快硫酸盐的分解速度，进而加快腐蚀的速度;另一方面，水冷管壁局部过高的温度，特别是当受到350℃以上高温的强烈腐蚀的时候，很多附着在管壁的腐蚀附着物还有可能会形成高温腐蚀问题。如果没有及时对腐蚀问题进行处理，非常容易造成因管壁较薄引发炉内供热问题甚至产生爆管事件。爆管事件不仅仅会对正常设备运行、工作的有序开展造成影响，还会对职工的生命安全造成威胁，对居民供电产生影响等。其次，再热器以及过热器如果长期在高温状态下很容易产生较多的高温氧化皮，甚至表面出现大量鼓泡，最终因污垢量过多形成管内阻塞，加上高温的作用下产生爆管，形成重大事故，造成巨大损失。

2.2磨损

磨损是受热面泄露中很常见的一种形式，一般分为机械磨损、飞灰磨损和蒸汽吹损。①机械磨损。机械磨损一般由于定位卡块失效或夹持不牢造成管排与管排之间、管排与夹持管之间出现磨损。应从设计、制造、安装及检修等方面规避此类问题的发生。②飞灰磨损。飞灰磨损一般发生在工作环境温度较低的后烟井受热面。由于烟气中含有大量飞灰，飞灰中携带大量坚硬颗粒，冲刷管子表面，使低温受热面出现飞灰磨损。一般容易出现磨损的部位是受热面与包墙之间，或蛇形管间的间隙过宽而形成的“烟气走廊”区域，受烟气冲刷的第一排管子中心点及两侧磨损最严重。烟气速度越快，磨损现象越容易发生，后烟井常有因积灰堵塞烟气通道的现象，通道的堵塞增加了烟气的流速，会导致磨损现象的发生。③蒸汽吹灰器吹损。吹灰器故障，如卡涩、投运时间过长，均会对附近管子造成吹损。运行过程中，应加强对吹灰器的合理投运，避免超时投运。同时，加强对吹灰器的维护管理，对于出现故障的吹灰器，应及时进行维修或更换。

3火电厂锅炉管道金属内壁缺陷检测方法

3.1采集管道金属内壁图像

采用机器视觉技术，结合移动台模块和采像相机采集锅炉管道金属内壁图像，从中提取出锅炉管道金属内部表面特征，检测出内壁缺陷并标注。使用移动台为相机提供运动动力，确保相机能够采集到完整的管道金属内壁图像，针对待检测的锅炉管道金属，采用多相机分布式采集管道各处的图像，所用相机的数量与管道的长度成正比，借助外力使管道做旋转前进运动，从而采集到管道金属内壁的图像。采集过程中使用的相机是采集装置的输入，其本质是光信号向电信号的转换，使用CCD工业相机作为采集模块的核心。在使用中，选用面阵传感器结构的相机，通过光学接口连接相机和镜头，根据实际需求设置曝光方式。通过对工业相机各参数性能的选择，结合实际检测需求，选择MV-EM510M相机作为采集管道金属内壁图像的相机。光源是决定图像质量的重要因素，对于火电厂锅炉管道金属内壁缺陷检测的需求，选择多角度打光模式，突出金属内壁的不平整区域，根据反光强度观察特征，使管道金属内壁缺陷轮廓清晰地展现出来。在多角度光照下，同色系的光源会使图像变亮，反色系的光源会使图像变暗，在图像采集过程中，选择互补色光源，最大化观察内壁与背景之间的区别。选择的光源确保现场中的光是均匀的并且稍大于现场的尺寸，确保图像清晰，图像表面特征明显。在图像采集完成后，提取出管道金属内壁的表面特征，为进一步缺陷检测做准备。

3.2检验冷水壁

在使用的过程中，冷水壁往往出现如下情况：第一，受热出现变形。对于折焰角位置的冷水壁而言，由于极易受到高温的影响，因此经常出现问题。因此锅炉需要承受较大的烟气流压力，从而内壁产生一定的影响。经过调查发现在折焰角、门口两侧以及燃烧器等位置出现磨损比较严重的问题。第二，伴有鼓包以及相应的胀粗问题，主要出现在能量堆高热量以及水循环位置。第三，出现裂纹缺陷，在对裂纹进行检测时，通常发生在防渣管位置。当出现裂纹时，假如不能进行有效地处理，那么将导致出现严重的冷水壁机械损伤故障。第四，出现磨损问题。通常发生在高热以及燃烧器内部。当内部出现磨损问题时，将会导致冷水壁裂开或者出现穿透安全问题。与此同时，将导致出现氧化腐蚀问题。

3.3减温器、阀门、燃烧器与吹灰器检查

主要检查区域：重点抽查减温器筒体表面、环焊缝、封头焊缝、内套筒定位螺栓焊缝表面、连接焊缝、管座角焊缝、混合式减温器内套筒、喷水管等。检验方法：采用目视检查、壁厚测定、硬度检测以及金相分析检验要点：焊缝表面是否有裂纹以及超标缺陷，燃烧器是否明显烧损、变形、结焦和耐火层脱落;吹灰器以及套管是否明显减薄，喷头是否有严重烧损、开裂;炉顶密封结构是否完好，炉墙、保温以及炉内耐火层是否有破损、明显变形与脱落。

结束语

总而言之，锅炉检验人员需要结合电站锅炉的具体情况，通过查阅锅炉相关检修、运行资料，制定切实合理的检验方案。在检验过程中，检验人员要严格落实规范及方案的要求，对发现的缺陷要及时反馈给使用单位，并掌握缺陷的处理过程。由于锅炉在运行的过程中，工况条件相对复杂极易带来安全隐患。为了能够有效地优化锅炉运行的情况，需要对锅炉进行检验。与此同时，对于出现的问题，相关工作人员可以编制有效的解决办法，从而可以有效地促进锅炉高效的运行，避免不必要的安全隐患。

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