锅炉浇注料销钉缺陷的图像识别及量化

陈明重,池毓菲,高国宏,陈志荣,黄宜斌,李海洋

(1.福建华电永安发电有限公司,福建 永安366013;2.中国华电集团有限公司福建分公司,福州350001;3.华电电力科学研究院有限公司,杭州310030)

0 引 言

浇注料炉衬是循环流化床 (circulating fluidized bed,CFB)锅炉不可缺少的组成部分,在锅炉的运行过程中,由于其内部运行工况恶劣,使炉内因循环燃烧产生的高温固体颗粒物料对锅炉内部的浇注料造成严重的磨损、剥落现象[1],且锅炉及旋风分离器内壁的浇注料发生剥落、损坏,会导致锅炉的被迫停运[2]。

CFB锅炉浇注料的性能主要取决于材料的化学组成及设计施工的方式[3]。对于现役的循环流化床锅炉主要通过维修保证其使用。因此,如何科学选择材料、对锅炉浇注料质量进行评估是CFB锅炉长期安全稳定运行的重要保障。

该文利用图像方法对锅炉浇注料剥落裸露的销钉进行提取及量化分析,通过销钉的量化数据对浇注料的质量与工艺做出科学评价,以改善浇注料质量。

1 浇注料检修质量控制

循环流化床锅炉浇注料重点检修部位包括旋风分离器、炉膛水冷壁、屏式受热面等。由于CFB锅炉特殊的燃烧方式与其结构特点,使炉内有大量因循环燃烧反应产生的高温固体颗粒物料,造成了锅炉各部件严重磨损现象[4]。

浇注料检修为防磨防爆的管理范畴,在循环流化床停炉检修中,应严格按照要求进行全面检查。对于检修外观正常的浇注料,应使用“锤击听音”的方法检查其牢固情况,如果在锤击的过程中出现松动或空响的情况,应立即进行更换[5]。在检查过程中,发现锅炉浇注料表面有管道外露、异常隆起、销钉裸露、表面裂纹宽度超过厂家设计值等问题时,应将表面损坏的浇注料进行拆除,再重新敷设。对于磨损严重、频繁剥落的部位,需对其位置进行记录,分析浇注料剥落的原因,并制定改善浇注料质量的预防措施。

2 浇注料销钉图像识别及量化

2.1 图像预处理

根据对浇注料检修分析,并结合现场检修人员经验,当浇注料表面出现销钉时,则为浇注料检修的评判方式。因此,对浇注料出现的销钉进行量化分析,对后续改善浇注料质量具有一定的意义。利用图像方法对其锅炉炉膛、旋风分离器内壁浇注料出现的销钉进行量化分析。根据量化所得浇注料表面的销钉表面积和形状来评判浇注料磨损的严重程度。

图1为在CFB锅炉旋风分离器内壁拍摄的发生浇注料剥落的照片,从图中可观察到浇注料表面裸露的销钉,为量化浇注料表面销钉的表面积及形状,先将拍摄的浇注料照片转化为8-bit的灰度图,见图2。为了减少图像中噪声的影响,采用中值滤波对图2进行降噪处理,如图3(a)所示,以更好地提取浇注料表面的销钉,然后采用模糊算法对拍摄的浇注料图像的销钉进行增强,如图3(b)所示。

图1 浇注料表面缺陷图

图2 浇注料表面缺陷8-bit灰度图

图3 浇注料中值滤波与模糊增强示意图

根据经典的模糊集概念[6],假设存在一幅大小为M×N,且灰度级为L的图像I,可以表示为一个M×N的模糊矩阵:

(1)

式中:μi,j/xi,j表示图像中(i,j)的灰度xi,j相对于某个特定灰度值的隶属度。

在经典的模糊增强算法中,Pal与King采用的隶属函数[7]为

(2)

式中:Fe、Fd分别为指数模糊因子和倒数模糊因子,一般Fe=2;Xc为渡越点,当xi,j=Xc时,μc=T(Xc)=0.5。

计算所得μi,j后,需对图像进行模糊增强处理,进行隶属变换:

μ′i,j=Ir(μi,j)=I1(Ir-1(μi,j)),r=1,2,…

(3)

(4)

将μ′i,j进行逆变换,得到经过模糊增强后的图像X′,X′矩阵中像素点(i,j)的灰度值为

x′i,j=T-1(μ′i,j)

(5)

式中:T-1为T函数的逆运算。当式(3)中的r循环到一定次数时,图像可以得到显著增强,如图3(b)所示。

2.2 销钉的提取

将图像模糊增强的图像,导入相关图像处理软件,利用黑帽变换[8]法对浇注料表面的销钉进行提取,见图4。为进一步量化浇注料表面裸露的销钉,提取浇注料销钉单个裸露的面积,通过整理裸露的面积来对浇注料剥落的严重程度进行判定。

图4 黑帽变换法提取销钉示意图

根据上文可知,已通过黑帽变换法对裸露的销钉进行提取,然后利用八邻域分割法对单个裸露的销钉进行提取,见图5,图中的彩色区域则为提取的单个销钉。对提取的单个销钉的表面积进行统计分析,从图6可以发现大部分的销钉面积范围主要集中在250 pixel,总计23个单独的销钉发生裸露。

图5 销钉分割示意图

图6 销钉量化示意图

通过上述对浇注料表面剥落销钉的量化,可以对经常发生浇注料剥落的部位进行分析,以量化浇注料表面裸露销钉的分布、表面积,来侧面反应每次进行浇注料表面修复的质量。

3 结 语

使用模糊增强的图像处理方法对浇注料表面的销钉进行增强处理。利用黑帽变换法对浇注料表面的销钉进行提取,且通过二十六邻域图像分割方法对单个销钉的表面积进行量化统计。通过对单个销钉面积的统计分析,得出销钉面积主要集中在250 pixel。

通过对频繁发生浇注料剥落的销钉进行量化分析,并对剥落部位修复的浇注料质量进行对比分析,提高浇注料的质量,保证循环流化床机组运行的安全性。