水冷壁クローラロボット

ボイラーは発電所の比較的に重要な生産設備であり、その炉内の水冷壁管は長期服役中に煙、石炭灰、炎などの浸食を受け、摩耗、腐食が極めて発生しやすく、管壁の局部的な減薄をもたらし、管内の高圧、高温蒸気の作用の下で、最終的に管体の破裂漏れなどの深刻な事故を発生した。ボイラーからの漏れは一般的な配管からの漏れとは異なり、生産運転中に修理することができず、しばしば停止して応急修理しなければならず、その経済的損失は巨大であるため、各発電所はボイラーの爆発管を効果的に減少させ、回避することを非常に重視しており、短期停止期間中にボイラー棚をいっぱいにすることなく水冷壁用クローラロボットを検査することができることは非常に重要な意義がある。

一、発電所ボイラーの水冷壁腐食のタイプ

1、内壁スケール下腐食

水冷壁管の受熱面内でスケール下腐食により発生した酸化物により蒸気が停滞したり流速が減少したりすると、反応が起こり、金属表面に磁性酸化鉄膜（Fe 3 O 4）が形成され、「蒸気腐食」と呼ばれ、発生した蒸気が腐食して生成した水素ガスが気流により速く持ち去られなければ、鋼管表面と作用して脱炭素され、鋼材が脆くなるため、「水素腐食」とも呼ばれる。

内壁腐食は実質的に化学反応過程であり、局所温度が高いほど反応が強くなる。反応中に発生した水酸化物残留物は局所蒸気流速を遅くし、上述の反応の進行をさらに促進し、スケール下腐食は一般的にボイラー水冷壁管の火側内壁に発生し、貝殻のような形で破壊される。スケール下腐食が発生した後、深さに発展し、管壁の穿孔が破裂した。また、腐食された領域の鋼材表面には緩い鉄錆層が被覆されており、管壁の熱伝導性が不良になり、局所的な管壁の過熱が発生し、材質のクリープが発生し、さらに管壁の外側への膨張が発生し、最終的に破裂した。

複数の異なる発電所のボイラ検査では、水冷壁管内壁欠陥には以下のいくつかの主要な特徴があることが分かった：

（1）欠陥の多くは腐食ピットであり、亀裂は極めて少ない。

（2）すべての腐食ピットは中間部が多いように、火に向かう側で発生しています。

（3）腐食ピットの面積の大きさ、深さが異なり、服務時間に応じて発展する。

（4）炉の壁には不規則な分布がある。どこかに爆発管が現れた場合、切断付近のいくつかの管検査は完全に損なわれず、しばらく運転するとまた別の位置で爆発管が爆発する。

2、外壁の高温腐食

水冷壁の外部腐食に影響を与える最も主要な原因は、水冷壁付近の煙成分と管壁温度である。具体的には、燃焼器付近の火炎温度は1400℃程度に達することができるため、石炭中の鉱物成分が揮発する腐食性ガスが多く、受熱面の腐食に条件が作られている。また、燃焼器領域付近の水冷壁管の熱流密度が大きく、温度勾配も大きく、管壁温度は常に400〜450℃に達し、これは管壁の高温腐食にも少なからぬ役割を果たしている。

ボイラ水冷壁管の金属は酸素、硫黄などの酸化剤の作用の下で、酸化反応が発生し、高温腐食が発生する。煙や積層灰に腐食性成分が含まれると、管が腐食し、破裂管にもなる。

石炭燃焼ボイラーの水冷壁で発生する高温腐食は通常硫化物型高温腐食に属し、主に煙中のH 2 Sガスによるものである。燃焼領域の排ガス中に酸素含有量が低く還元性ガス（CO、H 2など）が存在すると、石炭中の硫黄と塩素がH 2 SとHCIガスを生成し、水蒸気と腐食性の強い酸性ガスを形成し、管壁金属酸化膜と腐食反応を起こし、金属表面の保護膜を破壊する。

また、現在の環境保護要求下の低窒素酸素欠乏燃焼は高温腐食の重要な原因である。

二、水冷壁腐食の危害

発電所の水冷壁は非常に劣悪な環境で動作し、摩耗、引裂、高温腐食、スケールなどの問題があり、これらの問題は最終的には事故の発生を引き起こす可能性があることをタイムリーに発見しなかった。

関連統計によると、火力発電ユニットの非停止事故の60%はボイラーの「4管」の破裂によるもので、「4管」の破裂の75%は水冷壁の腐食摩耗によるものだ。

我が国の8割近くの大型発電所ボイラーは水冷壁の高温腐食の影響を受け、高温腐食は水冷壁の厚さが絶えず薄くなり、材料の強度が低下し、水冷壁は破裂管、漏洩情況の発生があり、ボイラー全体の正常な安全運行に危害を及ぼす可能性がある。計画外の運転停止事故が発生すると、発電所に大きな経済損失をもたらす。

そのため、ボイラの高温腐食の防止はボイラの安全で安定した運転にとって非常に必要であり、水冷壁の定期的な検査は直ちに発見でき、事故の発生を根絶することができる。

三、水冷壁腐食の伝統的な検査

現在、国内ボイラーの水冷壁の測定方式は、主に人工足場或いは昇降プラットフォームで測定し、外壁の測定は主に肉眼と手触り、超音波測厚計で管壁の厚さを測定して腐食位置を探し出す、内壁用超音波厚測定器または割管用内視鏡を用いて管内腐食状況を検査する。

ボイラ炉内の粉塵は比較的大きく、足場を構築するには炉内が室温まで冷却されるのを待つ必要がある。水冷壁に対して人工検査を行い、作業環境が劣悪で、作業量が大きく、進度が遅く、コストが高い。また、人為的な要素、データは十分ではなく、検査漏れが発生しやすい。また、ボイラー水冷壁の点検修理は制限された空間内の高所作業に属し、そのリスクはかなり高く、高所墜落が発生すると当事者と企業に深刻な結果をもたらす。

四、水冷壁クローラロボットの検出

4.1検査概要

我が社は水冷壁の人工検査の問題に対して研究を展開している。研究開発チームは発電所の現場考査と複数回の設計の実際の試用を通じて、水冷壁クローラロボットの開発に成功した。水冷壁クローラロボットは人工に代えて水冷壁検出を行うことができ、ロボットは永久磁気技術を用いて水冷壁に吸着し、水冷壁上を移動することができ、リアルタイムのハイビジョンビデオを通じて水冷壁排管浮灰の洗浄、焦点除去、排管外観の検出、排管壁厚さの自動検出、欠陥の位置決めなどの機能を完成する。発電所の水冷壁の耐摩耗・防爆のインテリジェント化の各方位検査を実現し、発電所の安全運行を推進し、工期と費用を節約することに重要な意義がある。

4.2構成と原理

ロボットは磁気吸着式構造を採用し、炉内の範囲内で確実によじ登ることができ、ロボットの垂直張力は200 kgより大きい。また、駆動走行機構、検出機構、洗浄装置、表示コントローラを含む異なるタスクに基づいてモジュール組立を行うことができる。

駆動走行機構は車体、減速モータ、フレーム及び磁気ホイールを含み、減速モータは車体内に設置される。

検出機構は前、後のハイビジョンカメラ、電磁超音波厚さ測定器、位置決め装置を含み、それぞれ車体に設置されている。

洗浄装置は清掃ブラシと2つの高圧散水装置からなり、車体の両側に分布している。

表示コントローラは7インチ高精細タッチスクリーンのアンドロイドシステム制御端末を採用し、水冷壁のクローラロボットの歩行、検出、洗浄、厚さの表示を制御する。

4.3 水冷壁クローラロボットの特徴及び技術パラメータ

（1）高品位ビデオ

カメラは200万画素CMOSイメージセンサーを採用し、150°大視野角、LED照明、リアルタイム1080 P高精細撮像、記憶。現場環境、ロボットの走行、管壁外観の高温摩耗の検出と記録を実現することができる。

（2）高圧洗浄

搭載された2つの高圧水洗浄システムは、水冷壁を洗浄する際に5メガパスカルの洗浄力を達成でき、水冷壁の一部のスラグ、コークスを効率よく洗浄することができ、洗浄消費水量は10 L/min以下である。

（3）高精度厚さ測定

電磁超音波厚さ測定装置を用い、結合剤を必要とせず、0.1 mm精度で水冷壁の管壁厚さを測定した。従来の超音波厚さ測定方式では、厚さ測定を行うために結合剤を塗布しなければならなかった不便さが省かれた。