一种利用无人机对锅炉进行检测的方法与流程

本发明涉及一种锅炉检验方法；特别是涉及一种利用无人机对锅炉进行检测的方法。

背景技术：

目前，锅炉作为发电、工业生产以及城市供热的主要动力设备，其重要性尚无可替代。在锅炉检验过程中，传统检验检测方法存在较大弊端，一是工作周期较长，对企业经济效益影响较大。如电站锅炉内部检验时，炉膛四壁需搭设几十米高的脚手架，不仅浪费大量人力物力，还增加了检验人员高空坠落的风险。二是锅炉内部检验环境及其恶劣，尤其是近年来垃圾焚烧锅炉数量迅猛增长。然而，垃圾焚烧锅炉因其燃烧产物含有致癌物质二噁英，传统检验方法因检验人员在锅炉内停留时间较长，对身体造成的危害极大，因此我们迫切需要找到一种安全、可靠、便捷的检验方法来适应日益增长的垃圾焚烧锅炉检验检测需求。

无人机技术近年来在特种设备发展非常迅速，其具有成本低、反应灵活、空间适用性强等特点，可完成高空、有毒有害、狭小空间等环境中的巡检、探测等任务，具有广阔的发展前景，目前已有多家机构开展无人机检测研究。但无人机在锅炉检验检测、维修与巡查领域的应用尚在探索阶段，没有形成完整、可行的检验检测工艺与方法。为顺应新时代智能化检验检测维修与巡查的需求，创新采用无人机技术进行锅炉检验检、维修与巡查工作，探索新型检验、维修与巡查应用的可行性。

因此，开发一种利用无人机技术面向电站锅炉和垃圾焚烧锅炉的具有通用、快速、高效的检验工艺与检验方法势在必行。

根据锅炉检验的特别之处，利用先进的无人机图像采集和测量功能，针对锅炉各个部位制定专项检验工艺与检验方法，以完成对锅炉的检验、维修与巡查工作。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种适用于对高空、悬空、有毒有害、狭小空间等环境中的锅炉进行检验、巡查、探测工作的通过无人机对锅炉进行检测的方法。

本发明所采用的技术方案是，一种利用无人机对锅炉进行检测的方法，包括以下步骤：

a.选择无人机；

b.预制定检测飞行方案；

c.根据检验检测维修准则和巡查要求相结合制定最终检测飞行方案；

d.对获得的图像进行畸变矫正，还原真实图像，生成对应检验情况报告。

所述无人机选用flyability—elios2；

所述预制定飞行方案

(5)确认检验顺序：确定一种或者多种检验顺序，以保证检验的规律性和不漏检；

(6)检验有效视野：确定一种有效的视野范围，用以保证在有效视野内，摄像头所拍摄的内容满足检验要求；

(7)无人机飞行检测方式：确定一种或多种无人机飞行方式、确定无人机摄像头的工作模式和拍摄方式、确定无人机摄像头有效区域；

(8)检测目标区域划分包括：水冷壁、包墙管、炉墙沿炉墙分布区域以及屏式受热面、对流管区域。

所述预制飞行方案还包括调整检验区域，满足具体工况要求。

所述无人机飞行检测方式包括降落观察、指定高度悬停、水平周向飞行、沿高度方向飞行；扫查方式包括水平扫除、仰视扫查、侧视扫查。

本发明的有益效果是，通过无人机具有的图像采集和测量功能，对图像边缘畸变修正，完成对锅炉的检验、维修与巡查工作并最终生成辅助检验报告，有效解决在锅炉检验检修中对于高空、悬空、有毒有害、狭小空间等环境中的检验、巡查、探测等工作，能够更好的为锅炉检验人员、检修技术人员和企业巡检人员服务。本方法特别适用于电站锅炉以及垃圾焚烧锅炉的锅炉检查。

附图说明

图1本发明无人机系统结构示意图；

图2a本发明无人机水平扫查方式示意图；

图2b本发明无人机仰视扫查方式示意图；

图2c本发明无人机侧视扫查方式示意图

图3本发明无人机检测区域示意图；

图4本发明管道保温破损及炉门密封不严情况示意图；

图5本发明炉膛卫燃带局部脱落示意图；

图6本发明过热器管大量积灰示意图；

图7本发明省煤器管变形情况示意图；

图8a本发明矫正前图像示意图；

图8b本发明矫正后图像示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

本发明一种利用无人机对锅炉进行检测的方法，包括以下步骤：

a.选择无人机；如图1所示，锅炉的炉膛、尾部受热面等均为密闭空间且空间内光线较弱，存在较强电磁干扰，信号受屏蔽严重，卫星及视觉导航系统无法实现无人机的准确定位。因此需要选用的无人机其飞行系统，通过多个不同方向的红外传感器完成测距，实现锅炉内部相对位置的确定，机械稳定性好；机身外部增加圆形防护罩，以避免飞行中可能发生碰撞时无人机的损坏问题；结构相对简单，性价比高的无人机flyability—elios2；

b.预制定检测飞行方案；

(1)确认检验顺序：根据锅炉不同结构特点，无人机在检验顺序方面，基本按照自下而上(炉膛内)或自上而下(尾部受热面)的检验顺序，飞行方向一般为顺时针环向飞行或按照整面墙垂直飞行，防止漏检。一般情况下无人机从炉膛或尾部受热面的右侧炉门进入检验空间，进入检验空间后沿顺时针方向飞到右墙与前墙连接处，该处作为本次检验的起点；

(2)检验视频视野有效范围：检验时以显示器中部的1/2区域为有效检验区域，区域外视频仅对检验结论起辅助作用

(3)无人机飞行与检测方式：飞行方式分为：降落观察、指定高度悬停、沿目标水平周向飞行、沿目标高度上下飞行等。

无人机摄像头检测方式：水平垂直扫查，仰视(俯视)扫查，侧视扫查。如图2a至图2c所示。

无人机在以上三种检测方式扫描时应保证的有效区域：1x1平方米

(4)检测目标区域划分包括：如图3所示

a.水冷壁、包墙管、炉墙等沿炉墙分布区域

根据炉膛或烟道高度，以高度方向上4米为一个检验区域，最后不足4米的按照一个区域计算。

b.屏式受热面、对流管等区域；根据部件尺寸，以沿受热面管长度方向不超过2米为一个检验区域，最后不足2米为一个检验区域计算。

(5)检验区域可根据具体工况，进行调整以满足检验要求，并且检测区域应有一定程度的重叠。

表一：检测项目及检测要求

c.根据检验检测维修准则和巡查要求相结合制定最终检测飞行方案。如图4所示，应用无人机技术进行锅炉外部检验无人机飞行检测于观察各主要蒸汽管道、阀门是否有泄漏，支吊架是否有变形，保温层是否完好，炉墙炉顶密封是否有开裂、破损和明显变形，膨胀指示装置是否完好。如图4所示，为无人机搭载的远红外成像仪拍摄到的管道保温破损及炉门密封不严情况。

锅炉内部检验时，检验人员通过无人机摄像镜头观察锅炉内部状况，因镜头视野有限，容易出现无法分辨无人机所处位置的情况。因此，控制无人机的检验人员应具备相应级别的锅炉检验资格，熟悉受检锅炉结构，并熟练掌握无人机各项性能及飞行操作。

针对各受热面特点以及容易出现的缺陷类型，选择不同的飞行方式。如针对锅炉四墙水冷壁，绝热层脱落、膜式水冷壁的开裂、变形是较为常见的缺陷。在热负荷较高的区域容易出现结焦、过热变形、燃烧器烧损等问题，飞行时应重点观察。图5为使用无人机进行锅炉内部检验时发现的炉膛卫燃带局部脱落缺陷。过热器管常见缺陷类型为变形、移位、棚膜、腐蚀、积灰、结焦、管卡脱落等，图6为某垃圾焚烧锅炉高温过热器管大量积灰情况。

根据实际现场检测情况对预定方案进行调整，明确重点检测部位并制定出最终检验方案，选择出各区域无人机检测动作(见表一)：

①水冷壁管子：

无人机检测时距离目标水冷壁之间的垂直距离保持0.5米左右，若有障碍物和温度测点等，最大距离可以为1米。

在每一个检验区域内，无人机需悬停在相对区域高度为1米、3米位置，对目标水冷壁进行垂直、仰视扫查，使视角覆盖整个检验区域，并且使无人机固定悬停高度沿顺时针检查单面水冷壁。检查完成后飞回该面水冷壁起点，对目标水冷壁进行侧视扫查，无人机有效视角下应覆盖不少于10根水冷壁管(必要时需要适时调整灯光)，最终飞行一周。对起定位、夹持作用的水冷壁管悬停检查是否有明显磨损，与膜式水冷壁连接处的鳍片是否有裂纹。对水冷壁固定件及与水冷壁的连接焊缝，悬停检查是否有明显变形、损坏、裂纹、超标咬边等；

对于折焰角、冷灰斗等水冷壁斜面区域，将摄像头调整方向修正成垂直和仰视状态进行检测。

②水冷壁重点检查部位：包括燃烧器周围以及热负荷较高区域水冷壁管、膜式水冷壁吹灰器孔、人孔、打焦孔以及观火孔周围的水冷壁管，燃烧设备是否有严重烧损、明显变形、磨损、泄漏、卡死；燃烧器吊挂装置连接部位是否有裂纹、松脱；吹灰器以及套管等是否有明显减薄，喷头是否有严重烧损。

尽量保证无人机与管壁距离不小于1米，防止无人机与附属物品相挂。

在每一个检验区域内，无人机需悬停在这些重点检查部位，进行仰视、俯视和侧视扫查相结合，便于发现缺陷，必要时拍照。

循环流化床锅炉炉膛测温热电偶附近以及靠近水平烟道的水冷壁管及其对接焊缝是否有明显磨损。

③顶棚管：

无人机进行仰视检查，以沿顶棚管管子4米长度为一个检测范围，使无人机有效视角下垂直、仰视检查顶棚管，无人机运行轨迹沿管子垂直方向。完成一次垂直、仰视检查后飞回检测起点沿管子垂直方向进行侧视检查。

④屏式受热面：

根据屏式受热面高度，对水冷屏最下方管平行于管排方向延管排飞行，摄像头向斜上方检查屏式受热面变形情况。

每一扇屏式受热面都延高度方向每2米向屏式受热面水平方向进行侧视和仰视扫查。扫查时保证无人机与水冷屏垂直距离稳定。

无人机对屏式受热面与顶棚管穿墙位置的检查，无人机悬停在距离顶部0.5米位置，延水冷屏穿墙管周向飞行，扫查方式为仰视扫查，覆盖整个屏式受热面穿墙部位。若屏式受热面之间距离过小，可从水冷屏端部进行仰视扫查并尽量覆盖整个穿墙管部位。

⑤水平布置省煤器：

确定水平布置省煤器管间垂直距离(两级受热面间检查空间)大于800mm。

无人机进入检测空间，由省煤器一端垂直于管排管子方向水平飞行，飞行高度应距离最上排管200-400mm，必要时可停于管排上，摄像镜头垂直向下或略有倾斜，每次水平飞行检测管排管子有效检测长度不超过2m，检测无人机下部管排间距是否均匀，管子及管排是否有前后方向的变形，管子及弯头是否有明显磨损，管排间是否有异物，积灰，结焦及其他异常现象(如图7所示)。检测防磨板是否有脱落，位移，磨损，明显变形，防磨板是否有转向，与管子连接的焊缝是否开裂，脱焊。检测支吊架、管卡、阻流板是否有脱落，磨损，明显变形，与管子连接的焊缝是否开裂，脱焊。飞行至受热面另一端后，平行于管排向前(后)飞行约2米，重复进行上述检测，每次检测与上次检测应有200mm重复。检测上部管排时，飞行高度应距离上一级省煤器最下排管200-400mm，摄像镜头垂直向上或略有倾斜。循环往复直至检测所有管排。

无人机进入检测空间，按照顺时针方向沿检测空间内炉墙水平飞行一周，飞行高度尽量接近检测空间顶部，无人机尽量接近炉墙，摄像镜头垂直向下，检测省煤器是否与炉墙相贴合，下部炉墙是否有变形及损坏(如有包墙壁过热器还应检查过热器管是否有变形及磨损)。同样再飞行一周，摄像镜头垂直向上对无人机上部的情况进行检查。

当省煤器有悬吊管，无人机悬停检测悬吊管是否有明显磨损，焊缝表面是否有裂纹及其他超标缺陷。

⑥水平布置过热器：

确定水平布置省煤器管间垂直距离(两级受热面间检查空间)大于800mm。

无人机进入检测空间，由过热器一端垂直于管排管子方向水平飞行，飞行高度应距离最上排管200-400mm，必要时可停于管排上，摄像镜头垂直向下或略有倾斜，每次水平飞行检测管排管子有效长度不超过2m，检测无人机下部管排间距是否均匀，管子及管排是否有前后方向的变形，管子及弯头是否有明显磨损，管排间是否有异物，积灰，结焦及其他异常现象。检测防磨板是否有脱落，位移，磨损，明显变形，防磨板是否有转向，与管子连接的焊缝是否开裂，脱焊。检测支吊架、管卡、阻流板是否有脱落，磨损，明显变形，与管子连接的焊缝是否开裂，脱焊。吹灰器附近的管子是否有裂纹和明显吹损。飞行至受热面另一端后，平行于管排向前(后)飞行2m，重复进行上述检测，每次检测与上次检测应有200mm重复。检测上部管排时，飞行高度应距离上一级省煤器最下排管200-400mm，摄像镜头垂直向上或略有倾斜。循环往复直至检测所有管排。

无人机进入检测空间，按照顺时针方向沿检测空间内炉墙水平飞行一周，飞行高度尽量接近检测空间顶部，无人机尽量接近炉墙，摄像镜头垂直向下，检测过热器是否与炉墙相贴合，下部炉墙是否有变形及损坏(如有包墙壁过热器还应检查过热器管是否有变形及磨损)。同样再飞行一周，摄像镜头垂直向上对无人机上部的情况进行检查。

无人机进入检测空间，使无人机飞至过热器穿墙管处，于穿墙管间距离200-300mm，检测穿墙管是否有磨碰，穿墙管与密封结构焊接是否有裂纹或其他缺陷。

⑦垂直布置过热器：

确定垂直布置过热器管间距离(两级受热面间检查空间)是否满足无人机飞行检测要求(垂直距离800mm以上)

无人机进入检测空间，飞行至距炉顶0.5米处，由过热器一端垂直于管排水平飞行，无人机应距离被检测过热器最外侧管200-400mm，摄像镜头水平向前或倾斜向上，每次水平飞行检测管排管子有效长度不超过2m，检测管排间距是否均匀，管子及管排是否有左右方向的变形，管子及弯头是否有明显磨损、腐蚀、氧化、结焦，管排间是否有异物，积灰，结焦及其他异常现象。检查过热器防磨板是否有脱落，位移，磨损，明显变形，防磨板是否有转向，与管子连接的焊缝是否开裂，脱焊。检测支吊架、管卡、阻流板是否有脱落，磨损，明显变形，与管子连接的焊缝是否开裂，脱焊。飞行至受热面另一端后，调整无人机与管排最外侧管距离为50-100mm，摄像镜头水平且朝向飞行器飞行方向，每次水平飞行检测管排有效宽度不超过1m，检测过热器第一排管排是否前后排列不齐，管子是否有前后方向的变形。回到飞行起点后，下降1-2m，重复上述检测动作直至完成全部受热面检验。

无人机进入检测空间，沿检测空间内炉墙飞行一周，飞行器距离炉墙500mm左右，摄像镜头自由控制，检测过热器是否与炉墙相贴合，炉墙是否有变形及损坏。

无人机进入检测空间，使无人机飞至过热器穿墙管处，于穿墙管间距离200-300mm，检测穿墙管是否有磨碰，穿墙管与密封结构焊接是否有裂纹或其他缺陷。

无人机进入检测空间，使无人机飞至过热器顶棚管处，飞行器距离顶棚管200-300mm，分别进行水平飞行垂直检测和倾斜检测，检查是否有明显磨损、腐蚀、胀粗、鼓包、氧化、变形、碰磨、机械损伤、结焦、裂纹，穿墙管是否有磨碰，穿墙管与密封结构焊接是否有裂纹或其他缺陷。

⑧包墙过热器：

无人机进入检测空间，参照水冷壁检查飞行方式对包墙过热器进行检查，抽查过热器管，是否有明显磨损、腐蚀、胀粗、鼓包、氧化、变形、碰磨、机械损伤、结焦、裂纹，必要时进行壁厚测量；对水平烟道区域包墙过热器管鳍片，抽查水平烟道区域包墙过热器管鳍片，是否有明显烧损、开裂。

⑨分离器检测：

无人机进入检测空间，飞行至距离顶部2m，距炉墙1m处，沿顺时针方向对炉墙进行垂直或倾斜向上检测，抽查炉墙、炉内耐火层，是否有破损、明显变形、脱落等缺陷。无人机飞至分离器芯管上部，摄像头倾斜向下，沿顺时针方向飞行检测，抽查芯管是否有开裂、明显变形、脱落等缺陷。

⑩卫燃带及上方水冷壁检测：

无人机进入检测空间，沿检测空间内炉墙飞行一周，飞行器距离炉墙1m左右，摄像镜头上、下自由控制，检测炉墙是否有变形及损坏，卫燃带锅炉的卫燃带以及销钉，是否有损坏，耐火层是否有损坏。检查循环流化床锅炉进料口、返料口、出灰口是否有明显磨损、腐蚀；检查卫燃带上方水冷壁管及其对接焊缝是否有明显磨损。

如图8a和图8b所示，后期辅助软件处理：由于图像边缘畸变无法在现场矫正。目前无人机成像边缘存在一定畸变，中心区域变形量较小，在检验过程中不会影响对缺陷的判断，但镜头边缘畸变量较大，因此在现场检验时，需设置观察的有效区域，超出有效区域部分图像则不能作为判断依据。虽然大部分无人机对此增设了后处理软件，可对初始图像进行畸变矫正，将图像还原。但后处理软件独立于无人机操作系统，需将图像整理上传至电脑再进行矫正，并利用辅助软件如图像软件photoshop、视频软件premiere等对图像进行后期处理。

值得指出的是，本发明的保护范围并不局限于上述具体实例方式，根据本发明的基本技术构思，也可用基本相同的结构，可以实现本发明的目的，只要本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本发明的保护范围。