CN102216728B - 用于锅炉中的蒸发管的检查装置和检查方法 - Google Patents

用于锅炉中的蒸发管的检查装置和检查方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了用于锅炉水冷壁管的检查装置和检查方法，其能基于由激光位移传感器测量所得的水冷壁管的表面形状在宽的范围内精确并有效地检查多个水冷壁管的壁厚减少状况，所述多个水冷壁管沿着锅炉的内壁表面在上下方向上延伸并且布置成彼此相邻。扫描器(14)包括直立放置并通过磁铁固定在沿着锅炉的内壁表面在上下方向上延伸的多个水冷壁管(4)的表面上的支柱(20)/固定至支柱(20)以支撑产生将要辐射到水冷壁管(4)的表面上的激光束的位移传感器(12)的支撑框架(28)、以及用于相对于支撑框架(28)在水冷壁管(4)的轴向方向上移动位移传感器(12)的移动机构(31)。还提供了信号处理单元(16)，其用于根据基于位移传感器(12)的信号的水冷壁管(4)的横截面形状和壁厚没有减少的参考形状之间的差异计算水冷壁管(4)的壁厚减少量，从而评估壁厚减少状态。

Description

用于锅炉中的蒸发管的检查装置和检查方法
技术领域
本发明涉及用于锅炉水冷壁管(又称“蒸发管”)的检查装置和检查方法，并且尤其涉及用于使用非接触式传感器测量布置在锅炉中的水冷壁管的表面形状以基于所测量的值评价水冷壁管的腐蚀度的检查装置和检查方法。
背景技术
由于最近严重的环境问题，要求用于发电的陆地锅炉减少烟道气中的氮氧化物(NOx)，并且通常从燃烧技术角度采取措施，例如，成本相对低的二级燃烧。
然而，二级燃烧使得锅炉中的燃烧气氛的还原性加强，造成诸如水冷壁管之类的锅炉元件的腐蚀问题。如今，伴随着锅炉水冷壁管的问题为由还原气氛引起的硫蚀。由于这种腐蚀造成锅炉中大范围的破坏，其需要大量时间和劳力以确定这种腐蚀。
如图1的锅炉示意图中所示，锅炉1大体由四个水冷壁3构成，而内部通过燃烧器加热。在水冷壁3内部，多个水冷壁管4在上下方向(垂直方向)上延伸并通过焊接而被设置为彼此邻近或者彼此接触。可替换地，水冷壁3自身可以由在上下方向(垂直方向)上延伸并被焊接成彼此相邻的多个水冷壁管4制成。接着，水被灌注到水冷壁管4中并在其中被加热以产生蒸汽。例如，这种锅炉的高度为70m，其侧壁宽度约为30m，多于100个的水冷壁管4安装在一个侧壁面上。
因此，为了确定硫蚀破坏开始扩大的位置，使用视觉检查(以在视觉上检查表面不均匀度)、触诊(palpation)(以用裸手检测表面不均匀度)、以及进一步地，超声厚度计。然而，由于待检查的面积大，需要花费时间和劳力检查该面积。此外，视觉检查受到检查者的主观观点的影响，并存在结果变化很大的问题。
超声波厚度测量是定量可靠的，但是由于其是测量固定点处的壁厚的点测量，因此它不适合测量水冷壁管的一般腐蚀条件。
另一方面，专利文献1(日本专利申请特许公开No.09-257714)教示出一种用于检查锅炉中水冷壁管的表面腐蚀状态的检查装置。
在专利文献1中，如图15所示，水平放置在锅炉中的传热管群由传热管束02和传热管空腔部03组成，其中检查装置04放置在传热管束02和传热管空腔部03之间。检查装置04包括机械本体05、设置在机械本体05上的将被插入传热管束02中的柔性臂06、连接到柔性臂06的尖端的端部固定器07、以及包括能够沿着设置在柔性臂06中的引导机构08在上下方向上运动的光学探测传感器的检查部件09。
在检查传热管010的外部表面的情况下，柔性臂06插入传热管束02中，并且，当其到达传热管束02的底部时，处于柔性臂06的尖端的端部固定器07被促动以固定尖端。接着，设置在柔性臂06中的传热管对准机构011被气动地或机械地膨胀以推动传热管010侧向展开，从而修正传热管阵列的未对准。此后，检查部件09沿着柔性臂06上下移动以在垂直运动期间执行检查。
然而，专利文献1中显示的检查装置为用于锅炉中的当传热管群水平放置在锅炉中时由传热管束02和传热管空腔部03构成的传热管010的检查装置，并且其不能应用在水冷壁管沿着锅炉内壁表面在纵向方向(垂直方向)上彼此相邻布置的结构。
此外，专利文献1仅教导了检查部件09能够以非接触式方式测量传热管010的壁厚，并且，既没有提到用于计算传热管的壁厚的具体技术，也没有提到壁厚减少量的计算。
[专利文献1]日本专利申请特许公开No.9-257714
发明内容
鉴于这种常规技术问题，本发明的目的在于提供一种用于锅炉水冷壁管的检查装置和检查方法，其能够基于由激光位移传感器测量所得的水冷壁管的表面形状在宽的范围内精确并有效地检查多个水冷壁管的壁厚减少状态，所述多个水冷壁管沿着锅炉的内壁表面在上下方向(垂直方向)上延伸并布置成彼此相邻。
为了解决这个问题，第一发明提供一种用于锅炉水冷壁管的检查装置，该检查装置检查多个水冷壁管的壁减少状况，所述多个水冷壁管沿着锅炉的内壁表面在垂直方向上延伸并布置成彼此相邻，其特征在于，该检查装置包括：腿部，所述腿部直立放置并通过磁铁固定在水冷壁管的表面上；支撑框架，所述支撑框架固定至腿部以支撑位移传感器，所述位移传感器产生将要辐射到水冷壁管的表面上的激光束；移动机构，所述移动机构用于相对于支撑框架在水冷壁管的轴向方向上移动位移传感器；以及壁厚减少评估装置，所述壁厚减少评估装置用于基于来自位移传感器的信号测量水冷壁管的沿着大致垂直于水冷壁管的轴向方向的方向的表面形状，以根据表面形状的测量结果和壁厚没有减少的参考形状之间的差异中计算水冷管壁的壁厚减少量，从而评估壁厚减少状况。
根据本发明，可以提供具有传感器头的扫描器，位移传感器安装在传感器头上，该扫描器包括直立放置并通过磁铁固定在水冷壁管的表面上的腿部、固定至腿部以支撑产生将要辐射到水冷壁管的表面上的激光束的位移传感器、以及用于相对于支撑框架在水冷壁管的轴向方向上移动位移传感器的移动机构。
因为它是通过磁铁固定到锅炉壁上的水冷壁管的，所以可以确保固定。此外，因为至将要测量的位置的移动方便，因此可以有效地测量将要测量的部分。
另外，因此基于来自位移传感器的信号测量水冷壁管的沿着与水冷壁管的轴向方向大致垂直的方向的横截面形状，以根据表面形状的测量结果和厚度没有减少的参考形状之间的差异计算壁厚减少量，因此可以计算水冷壁管的的壁厚减少量以及进一步计算剩余管壁厚度，以根据壁厚减少量和剩余管壁厚度评估水冷壁管的腐蚀状况，使得水冷壁管的维修和检查变得有效。
在第一发明中，优选地是，支撑框架由多个腿部支撑，并且支撑框架包括连接腿部的调整机构，该调整机构能够在腿部的直立方向上和在与直立方向垂直的方向上移动，从而使得能够相对于水冷壁管调整位移传感器的位置。
根据这个结构，由于通过调整机构，位移传感器相对于水冷壁管的位置在腿部的直立方向上和在与直立方向垂直的方向上变得可调节，则到水冷壁管的距离被调节以使其保持稳定，从而最小化位移传感器的倾斜度，这样，可以减少测量水冷壁管的横截面形状中的误差，从而改善测量精确度。
还优选地是，壁厚减少评估装置包括参考位置计算部，所述参考位置计算部用于计算用于表面形状的测量结果和壁厚没有减少的参考形状之间的叠加的参考位置。
根据这个结构，由于参考位置计算装置计算表面形状的参考位置，并且表面形状的测量结果和设计参考形状基于参考位置叠加，因此可以精确地计算所述差异，并因此可以精确地计算壁厚减少量。
还优选地是，壁厚减少评估装置包括修正部，所述修正部用于在叠加的时候基于来自位移传感器的信号修正表面形状的倾斜度和位置。
根据这个结构，作为取决于激光传感器的振动以及取决于处于初始安装状态的倾斜度的测量结果，可以倾斜或者向上或向下移动从位移传感器获得的表面形状。然而，根据测量结果计算参考位置，以使参考位置和对应于壁厚没有减少的参考形状中的参考位置的位置匹配的这种方式修正水冷壁管4在周向方向上的倾斜度和水冷壁管4的上下位置关系，这样，可以精确地进行叠加并因此可以减少测量误差。
此外，即便激光束位移传感器由于取决于初始安装状态的横向运动而未平行于水冷壁管行进，也能够以相同的方式修正水冷壁管的横向位置关系，这样，可以精确地执行叠加并因此可以减少测量误差。此外，由于即便不平行也可以减少测量误差，因此可以最大程度低减少安装时间。
此外，优选地是，参考位置是设置成径向突出以连接相邻的水冷壁管的隔膜的位置。根据这个结构，如果隔膜的腐蚀程度低于水冷壁管的面向锅炉内部的周向部分的腐蚀程度，则这个位置可以设为参考位置。
当水冷壁管的壁厚减少量微小时，在计算根据测量结果和壁厚没有减少的参考形状之间的叠加所获得的差异中的误差小，并且因此检查误差小。然而，当壁厚减少量增加时，隔膜的厚度减少。因此，当壁厚减少量变大时，需要测量隔膜的厚度以同样修正隔膜的表面位置。
当水冷壁管未由隔膜连接时，优选地是，参考位置可以是相邻水冷壁管之间的接触或者最接近位置。由于接触或者最接近位置处的腐蚀程度比水冷壁管的面向锅炉内部的周向部分的腐蚀程度低，因此这个位置可以设为参考位置。
此外，优选地是，折射装置设置在产生将要辐射到水冷壁管的表面上的激光束的位移传感器和水冷壁管之间，以将由位移传感器辐射的激光束向着水冷壁管折射。
大体上，其上安装有位移传感器的传感器头具有由其技术要求或规格固定的狭缝宽度和焦距。当在脚手架平面处执行检查时，具有窄的狭缝宽度和短的焦距的传感器头用于满足所述需求同时增加扫描次数。然而，根据上述结构，由于使激光束向着水冷壁管折射，即便在激光束辐射到与其中放置扫描器的锅炉中的脚手架间隔开短的距离的水冷壁管上时，也可以用所述激光束扫描一个管，这样，扫描次数减少，从而改进检查效率。
接着，第二发明提供了一种用于锅炉水冷壁管的检查方法，该检查方法检查沿着锅炉的内壁表面在垂直方向上延伸并布置成彼此相邻的水冷壁管的壁减少状况，其特征在于，基于来自用于将激光束辐射到水冷壁管的表面上的位移传感器的信号测量水冷壁管的沿着大致垂直于水冷壁管的轴向方向的方向的表面形状，将表面形状的测量结果和壁厚没有减少的参考形状进行叠加，以基于表面形状的参考位置计算表面形状的测量结果和壁厚没有减少的参考形状之间的差异，并且根据该差异计算水冷壁管的壁厚减少量，以评估壁减少状况。
根据本发明，由于基于来自位移传感器的信号测量水冷壁管的沿着大致垂直于水冷壁管的轴向方向的方向的表面形状，将表面形状的测量结果和壁厚没有减少的参考形状进行叠加，以基于表面形状的参考位置计算表面形状的测量结果和壁厚没有减少的参考形状之间的差异，从而计算水冷壁管的壁厚减少量，这样，可以计算壁厚减少量并且还计算剩余管壁厚度，从而根据壁厚减少量和剩余管壁厚度评估水冷壁管的腐蚀状况，使得水冷壁管的维修和检查变得有效。
在第二发明中，优选地是，基于来自位移传感器的信号的表面形状的倾斜度和位置在叠加的时候被修正和叠加。
换言之，根据测量结果的数据计算参考位置，以使参考位置和对应于壁厚没有减少的参考形状的参考位置的位置匹配的这种方式修正水冷壁管在周向方向上的倾斜度以及垂直和横向位置关系，这样，可以精确地执行叠加，并因此可以减少测量误差。
在第二发明中，优选地是，通过从设计壁厚中减去计算出的壁厚减少量而确定剩余管壁厚度，并且，根据剩余管壁厚度是否满足设计所需壁厚评估剩余管壁厚度。根据这个结构，基于预设的设计所需壁厚，确定水冷壁管的剩余管壁厚度是否落入危险范围，使得能够进行有效的维修和检查。
根据本发明，可以提供用于锅炉水冷壁管的检查装置和检查方法，其能够基于由激光位移传感器测量的多个水冷壁管的表面形状在宽的范围内精确并有效地检查所述多个水冷壁管的壁厚减少状况，所述多个水冷壁管沿着锅炉的内壁表面在垂直方向上延伸并设置成彼此相邻。
附图说明
图1为显示锅炉的示意图；
图2显示处于排成阵列(对齐)状态的水冷壁管的详细结构，其中(a)为整体正视图，而(b)为沿着A-A线的剖视图；
图3显示处于排成阵列(对齐)状态的水冷壁管的另一详细结构，其中(a)为整体正视图，而(b)为沿着B-B线的剖视图；
图4为显示本发明的总体结构的立体图；
图5为显示来自激光位移传感器的激光束狭缝的辐照状态的说明性图示，其中(a)示意对由隔膜连接的水冷壁管的辐照，而(b)示意在不通过隔膜连接的分离的管的情况下的辐照；
图6为显示来自激光位移传感器的激光束狭缝的辐照状态的示例性图示，其中(a)示意通过棱镜的辐照，而(b)示意通过镜子折射的辐照；
图7为显示信号处理单元的总体结构的方框图；
图8为关于壁厚减少评估装置的评估技术的流程图；
图9为通过激光位移传感器的表面形状的说明性图示；
图10为根据表面形状显示部分水冷壁管、焊接金属部分、以及隔膜部分的说明性图示，其中(a)示意表面形状曲线，而(b)示意(a)中的曲线的一阶导数(first order derivative)的特性；
图11为显示表面形状曲线的修正状态的说明性图示，其中(a)示意沿上下方向的修正，而(b)示意斜度修正；
图12为表面形状曲线在横向方向上的修正状态的说明性图示；
图13为显示处于弯曲状态的水冷壁管的修正的说明性图示，其中(a)示意弯曲管的近似弯曲图，而(b)示意管顶部的数据；
图14为显示壁厚减少量的计算以及余下的管厚度的计算的说明性图示；
图15显示常规技术的说明性图示。
具体实施方式
以下将结合图示中所示的实施例对本发明进行详细描述。注意，除非特别明确地指出，该实施例中所描述的部件的尺寸、材料、形状、以及相对位置并不限制本发明的范围，并且该实施例仅仅为示例性的实例。
图1所示的是锅炉的示意图。锅炉1由四个水冷壁3构成，水冷壁的内部由燃烧器加热。在水冷壁3内部，多个水冷壁管4在上下方向(垂直方向)上延伸并通过焊接被布置成彼此相邻或者被布置成彼此接触。可替换地，水冷壁3自身可以由在上下方向(垂直方向)上延伸并彼此相邻焊接的多个水冷壁管4构成。接着，水被注入水冷壁管4中并在其中被加热以产生蒸汽。对于水冷壁管4，存在两种类型：管通道为直线形的平滑管类型和在直线形管通道中形成有螺旋槽的内螺纹管类型。
水冷壁管4的具体结构如图2和图3所示。图2显示多个水冷壁管4分别通过隔膜8彼此连接。图2(b)显示沿图2(a)中的线A-A的剖视图。
隔膜8为在水冷壁管4的轴向方向上延伸的板状构件，隔膜8的两端用焊接金属10在水冷壁管4的直径位置上焊接至水冷壁管4，从而以多个水冷壁管4排成阵列(对齐)的方式形成锅炉1的壁表面3。
图3为水冷壁管4的另一个实例，其中多个水冷壁管4为上下端固定的分离的管，并且每个水冷壁管4被布置成沿着锅炉1的壁表面3的内壁在直径上相对的位置处与相邻的水冷壁管4彼此接触。
将描述一种用于检查如上构造的水冷壁管4由锅炉中的硫蚀引起的壁厚减少情况的检查装置11。
这个检查装置11由扫描器14和信号处理单元16组成，扫描器14不仅支撑用于以非接触方式测量水冷壁管4的表面形状的激光位移传感器12，而且在水冷壁管4的轴向方向上移动激光位移传感器12，信号处理单元16用于处理来自激光位移传感器12的测得信号以计算壁厚减少量和剩余的管壁厚度，从而确定腐蚀情况。
如图4所示，扫描器14形成为使得四个支柱(腿)20直立放置并固定，四个支柱(腿)20具有连接至其下端的轻质磁铁18。具有用于与水冷壁管4的圆形表面配合的弧形形状的座表面22分别形成在与水冷壁管4的接合表面上。支柱20固定在一个水冷壁管4的轴向方向上的两个位置，并固定在另一个水冷壁管4的轴向方向上的两个位置，使得它们将被定位在长方形的角部。
接着，以悬挂方式设置横梁24、24，以将一个水冷壁管4上的支柱20和另一个水冷壁管4上的至柱20连接在一起。轨道26的两端连接至横梁24、24。横梁24、24和轨道26形成用于支撑激光位移传感器12的支撑框架28。
此外，横梁24被构造为具有螺旋机构，使得相对于支柱20的垂直定位是可调节的。上下调节旋钮29被旋转以使得横梁在形成狭缝30的区域中在Z轴方向(箭头a的方向)上移动。轨道26的端部也构造成能够通过螺旋机构在横梁24的轴向方向上相对于横梁24移动。横向调节旋钮31被旋转以使得能够在X轴方向(箭头b的方向)上移动。
传感器头32以能够沿着轨道26在Y轴方向上移动的方式连接至轨道26。安装在传感器头32上的是用于传动的电动机33、用于根据电动机33的旋转角度输出传感器头32的移动距离信号的编码器36、以及用于向着水冷壁管4的表面辐射激光束以测量位移的激光位移传感器12。电动机33和轨道26构成激光位移传感器12的移动机构34。
如图5(a)、(b)所示，激光位移传感器12为二维激光位移传感器12，其在与水冷壁管4的纵长方向(轴向方向)大致垂直的方向上辐射狭缝状(带状)激光束35以测量反射光，从而测量到水冷壁管4的距离。水冷壁管4的沿着垂直于水冷壁管4轴向方向的方向上的外表面形状被测量。
图5(a)显示当水冷壁管4通过隔膜8连接时激光束狭缝的辐射状况。图5(b)显示当水冷壁管4为未通过隔膜8连接但以彼此接触的方式布置的分离管时激光束狭缝的辐射状况。
在锅炉检查的情况下，在通常安装在锅炉中的脚手架上执行该检查。脚手架和水冷壁管4的表面之间的空隙约为150-300mm。因此，当靠近脚手架(脚手架平面)的位置将要被检查时，焦距需要缩短。然而，根据激光位移传感器12的一般技术要求，当激光束的焦距缩短时，由于狭缝宽度也变得较窄，则水冷壁管4的表面不可能由如图5(a)，(b)所示的狭缝激光束所覆盖。在此情况下，激光位移传感器12需要向着水冷壁管4移动以测量水冷壁管4的表面的位移，导致检查效率的降低。
因此，如图6(a)、(b)所示，采用用于使激光束35折射的折射装置。作为折射装置，在图6(a)中设置了棱镜41，从而由结合在传感器头32中的激光位移传感器产生的激光束35将会穿过棱镜41以使激光束35折射。
在图6(b)中，设置了镜子43，使得由激光位移传感器12产生的激光束35将会被镜子43折射。
图6(a)、(b)中所示的折射装置的使用使得甚至在照射与脚手架的距离短的水冷壁管时也能够用激光扫描一个管，从而减少扫描的次数，因而改善检查效率。
因此，如此构造的扫描器14使得四个支柱20由轻质磁铁18固定在高腐蚀部分或者作为定期检查的目标的部分，而传感器头32安装在检查区域中。此后，上下调节旋钮29和横向调节旋钮31被旋转以进行调整，使得从作为检查目标的水冷壁管4的表面到激光位移传感器12的距离将会稳定不变。
接着，通过电动机33，在沿着水冷壁管4的轴向方向(纵长方向)辐射激光束的同时使激光位移传感器扫描，从而在传感器头32的行程范围(例如，在300-500mm的范围)内测量表面形状数据。在此情况下，编码器36可以在每个固定移动距离(例如，1-2mm)处获取表面形状数据。
由于扫描器14通过磁铁固定在水冷壁管4上，因此可以确保固定。此外，由于到待测量位置的运动方便，因此可以在宽的范围内有效测量待测量部分。
接着，将会描述信号处理单元16，其用于处理来自激光位移传感器12的测量信号，以计算壁厚减少量以及剩余的管壁厚度，从而确定腐蚀情况。
这个信号处理单元16的总体结构在图7中示出。来自激光位移传感器12的位移测量数据(三维测量数据)和来自编码器36的位置信息被输入到控制器40中。每个预定距离(例如，1-2mm)的位移测量数据(三维测量数据)与距离信息一起存储在PC(检查人员的电脑)42中，并显示在屏幕上。
存储在PC 42中的位移测量数据(三维测量数据)被输入壁厚减少评估装置44。这个壁厚减少评估装置44具有用于根据位移测量数据(三维测量数据)计算用于计算壁厚减少量的参考位置的参考位置计算部46、用于基于位移测量数据(三维测量数据)修正表面形状的倾斜度以及垂直和横向偏移的修正部48、用于将来自位移测量数据(三维测量数据)的表面形状与设计参考形状叠加以根据作为叠加结果的差异计算壁厚减少量的壁厚减少量计算部50、用于根据设计数据计算剩余管壁厚度的剩余管壁厚度计算部52、以及用于评估来自壁厚减少量计算部50和剩余管壁厚度计算部52的计算结果并将结果输出在显示器上的显示部54。
设备/测试地点信息也从设备信息数据库56输入到壁厚减少评估装置44。例如，输入待检查的设备的名称、待测试的地点的名称、设计数据(管的设计外径、设计所需厚度、材料等等)、以往的检查历史、类似的设备数据等等。
将参照图8的流程图描述壁厚减少评估装置44的评估技术。
首先，当在步骤S1开始时，在S2步骤中获得与位置信息相关的位移数据。作为位移数据，如图9所示，取得横坐标上的锅炉宽度距离(如图4所示的X轴方向上的距离)，获得作为离传感器头32的位置的位移的水冷壁管4上的表面形状数据D。
接着，在步骤S3中，根据由参照位置计算部46获得的表面形状，识别水冷壁管4的一部分、焊接金属10的一部分、以及隔膜8的一部分。
具体地，如图10(a)所示，如果横坐标为锅炉宽度距离而纵坐标为山状表面形状的高度，则(1)、(6)对应于隔膜8的部分，(2)、(5)对应于焊接金属10的部分，(3)-(4)对应于水冷壁管4的一部分。
可以根据测量数据通过根据山状表面形状的曲线的一阶导数(firstorder derivative)计算倾斜度确定这些位置。
图10(b)显示一阶导数数据，其中，由于存在焊接金属垫，在隔膜8的部分(1)、(6)中以及在部分(2)、(5)中的倾斜度几乎为零。
倾斜度峰值分别出现在正负侧的两个位置处。在横坐标方向上的第一峰值的位置处于从隔膜8到焊接金属10的过渡中，而第二峰值的位置(3)处于从焊接金属到水冷壁管4的过渡中。由于这个位置(3)能够被确定为焊接金属10和水冷壁管4之间的边界位置P，因此发现(3)-(4)为水冷壁管4的表面部分。
因此，隔膜8的位置(1)、(6)以及边界位置(3)、(4)被确定并且被用作用于在稍后描述的壁厚减少量的计算期间的叠加的参考位置。
此外，根据由测量数据所确定的山状表面形状的曲线的一阶导数计算倾斜度，并且拐点(inflection points)可以用来确定隔膜8的位置以及焊接金属10和水冷壁管4之间的边界位置P(见图14)。因此，可靠地计算参考位置，改进壁厚减少量的计算准确度。
接着，在步骤S4中进行曲线修正，并且，程序进展到步骤S5，在步骤S5中，如果由测量数据所确定的表面形状中的隔膜8的左右位置(1)和(6)的高度或者左右边界位置(3)和(4)的高度不匹配，则修正部48进行修正，以如图11(b)所示在水冷壁管4的周向方向上使该曲线旋转θ度从而使这些高度水平地匹配。
如果由测量数据所确定的隔膜的位置(1)和(6)或者边界位置(3)和(4)与诸如设计数据之类的壁厚未减少的参考形状的隔膜位置或者边界位置未对准，则使曲线在上下方向上移动距离H，如图11(a)所示。在图11(a)、(b)中，虚线表示修正前的形状位置而实线表示修正后的形状位置。
此外，如果激光位移传感器未根据初始安装状态与水冷壁管4平行地行进，并且因此通过在水冷壁管4(见图4)的径向方向(X轴方向)上线性地辐射激光束所获得的表面形状数据D在横向方向上偏离θ’度，则手动或者自动地检测在焊接金属和隔膜之间的边界位置(或者管与焊接部分之间的边界位置)，计算表面形状数据D的第一数据和最后数据之间的偏差X，并且进行修正以将所获得的数据在横向方向上移动x，从而使其与理想的圆匹配。注意，xi被计算为xi＝ni×d×tanθ’。术语“理想的圆”表示基于水冷壁管4的设计数据的水冷壁管4的横截面形状。
作为测量结果，基于由测量期间的振动引起的激光位移传感器12的垂直振动并且进一步基于初始安装状态下的倾斜度，可以倾斜或者上下移动从激光位移传感器12获得的表面形状。然而，水冷壁管4的周向方向上的倾斜度和垂直位置关系能够被修正，以使作为参考的隔膜8的位置或者边界位置P与壁厚未减少的情况下的参考形状中的隔膜位置匹配。因此，可以精确地执行稍后描述的叠加，并且因此可以减少测量误差。
即便激光束位移传感器12由于取决于初始安装状态的横向运动而不能与水冷壁管4平行地行进，也能够以相同的方式修正水冷壁管4的横向位置关系，使得可以精确地实现叠加并因此可以减少测量误差。此外，因为即便不平行也可以减少测量误差，所以可以最大程度地减少安装时间。
上述修正假设在水冷壁管4没有弯曲，但是，由于操作期间产生的热压，实际锅炉1中的水冷壁管4可能会弯曲。因此，将参照图13描述源自这种弯曲的误差的修正。
作为如图13(a)中示出的那样弯曲的水冷壁管4的弯曲管45在弯曲凹部与连接起点和终点的参考高度之间具有间隙，这样，待评估的壁厚减少量包含大的误差。因此，进行修正以将弯曲凹部提升至连接起点和终点的参考高度。
当将它提升参考高度和弯曲管的顶部之间的距离(差)而达到参考高度时，如果顶点部分的厚度减小，误差变得较大。
因此，需要近似曲线来进行修正，从而将弯曲凹部提升至连接起点和终点的参考高度。首先，如图13(b)所示，获得弯曲管45的管顶部的数据。根据焊接金属和隔膜之间的边界位置，更具体地根据图10(a)中焊接金属和隔膜之间的边界位置(3)和(4)之间的中点，根据由激光位移传感器获得的表面形状数据，可以获得管顶部的数据。管顶部的多个数据从管横截面获得以采用最小二乘法(the least square method)进行近似。这里，将以近似函数(approximate function)为二次函数的情况为例进行描述。
计算下述二次函数
f(x，a)＝a1+a2+a3x2
与至管顶部的每个数据的距离的平方的和R2。这里，n＝3。
R2＝∑[yi-f(xi+a1+a2+.....+an)]2
R2在以下条件下变为最小值：
∂ ( R 2 ) ∂ a i = 0
可以通过找到满足上述条件的a取得近似表达式，并且可以绘制出如图13(a)所示的近似曲线。注意，上述技术仅是近似法和除此之外的诸如序函数的任何其它技术的一个示例。
参考高度与近似曲线之差被加上或者减去，使得所获得的数据将没有弯曲。因此，甚至当水冷壁管4弯曲时，进行修正以将凹部提升至参考高度，这样可以减少在评估用于水冷壁管4的弯曲的壁厚减少量中的误差。
在此实施例中，由于水冷壁管与隔膜焊接，横向方向上的变形小，因此，仅需考虑水冷壁管在轴向方向上的变形。
接着，在步骤S6中，从设备信息资料库56中获得水冷壁管4的设计参考形状和先前的检查历史数据，并且，在步骤S7中，在步骤S4和步骤S5中修正的表面形状的测量数据与没有壁厚减少的设计参考数据、或者与在之前的检查历史中在壁厚没有减少状态下的测量数据、或者与其直径为(3)和(4)之间的距离的理想圆进行叠加。
基于隔膜8的表面位置(1)、(6)或者焊接金属10和水冷壁管4之间的边界位置(3)、(4)进行这个叠加。
鳍状水冷壁管4的情况下的叠加状态在图14(a)中示出，而没有隔膜的水冷壁管4的情况下的叠加状态在图14(b)中示出。
在没有隔膜的水冷壁管4的情况下，根据测量数据绘制其直径为最远位置之间的距离的理想的圆，并将所述理想的圆进行叠加和比较。
由于隔膜8中的腐蚀程度低于水冷壁管4的面向锅炉1内部的圆周表面，因此隔膜8适合用作参考位置。当水冷壁管4的壁厚减少量微小时，在计算根据测量结果和壁厚没有减少的参考形状之间的叠加所取得的差异中的误差小，并且因此检查误差小。然而，当壁厚减少量增加时，隔膜8的厚度减少。因此，当壁厚减少量变大时，隔膜8的厚度需要通过超声波厚度测量单元测量以同样修正隔膜8的表面位置。
此外，可以通过超声波厚度测量单元测量一个管顶部，这样，在计算壁厚减少量之后，这个值可以用作在上下方向上的修正值。
当水冷壁管4为没有通过隔膜8连接的分离的管时，根据测量数据的表面形状的两个端部，即，与相邻水冷壁管4接触的位置或者最接近位置用作参考位置，如图14(b)所示。这不仅因为这种位置不太可能暴露在燃烧气体下且因此腐蚀程度低，而且还因为可以绘制其直径为表面形状的两个端部之间的距离的理想的圆，并且这使得易于计算壁厚减少量。
接着，程序进行到步骤S8，在步骤S8中，将都在S7中被叠加的根据测量数据的表面形状和壁厚没有减少的数据进行比较，以计算通过从从壁厚没有减少的数据的圆心到轮廓位置(contour position)的距离(半径)中减去测量数据的轮廓形状而获得的距离m(参见图14(a))。然后，在步骤S9中，确定这个距离m为壁厚减少量m。
接着，程序进行到步骤S10，将量m与壁厚减少参考值进行比较并在步骤S11中输出结果。
这个壁厚减少参考值基于水冷壁管4的设计壁厚(壁厚没有减少的厚度T1)和设计所需厚度(设计中所需的厚度T2)设置(T1-T2)，设计壁厚和设计所需厚度都存储在设备信息数据库56中。当显示部54将测量结果显示在屏幕上以警告工作人员和设备管理人员时，如果其达到壁厚减少参考值，所测量的部分是彩色编码的，例如是红色编码的。
接着，在步骤S12中，获得均存储在设备信息数据库56中的水冷壁管4的设计所需厚度(设计中所需的厚度T2)和设计壁厚信息(壁厚没有减少的厚度T1)，并且在步骤S13中，通过从设计壁厚(壁厚没有减少的厚度T1)中减去步骤S9中计算出的壁厚减少量m而计算出剩余管壁厚度n。
接着，在步骤S14中，剩余管壁厚度n与作为参考的设计所需厚度(设计中所需的厚度T2)进行比较，在步骤S15中输出剩余厚度状况，并且，程序进行到步骤S16并结束。
与步骤S11中一样，如果步骤S15中的输出达到设计所需厚度时，当显示部54将测量结果显示在屏幕上时，所测量的部分是彩色编码的，例如是红色编码的。
通过从设计壁厚T1中减去壁厚减少量m而确定剩余管壁厚度n，以根据剩余管壁厚度n是否满足设计所需壁厚T2而评估腐蚀状况，并且这能够实现可靠、有效的维修和检查。
由于考虑到制造误差，实际水冷壁管4被制造为在内径侧具有比设计壁厚多2-3％的多余衬垫，因此可以确定关键腐蚀情况，为误差留出余量。
工业适用性
根据本发明，由于能够基于由激光位移传感器测量所得的水冷壁管的表面形状精确并有效地在宽的范围上检查沿着锅炉的内壁表面在上下方向(垂直方向)上延伸的多个水冷壁管的壁厚减少状况，因此这对应用到用于锅炉水冷壁管的检测装置是有用的。

Claims (9)

1.一种用于锅炉水冷壁管的检查装置，该检查装置检查沿着锅炉的内壁表面在垂直方向上延伸并布置成彼此相邻的多个水冷壁管的壁减少状况，其特征在于，该检查装置包括：
腿部，所述腿部直立放置并通过磁铁固定在水冷壁管的表面上；
支撑框架，所述支撑框架固定至腿部以支撑位移传感器，所述位移传感器产生将要辐射到水冷壁管的表面上的激光束；
移动机构，所述移动机构用于相对于支撑框架在水冷壁管的轴向方向上移动位移传感器；以及
壁厚减少评估装置，所述壁厚减少评估装置用于基于来自位移传感器的信号测量水冷壁管的沿大致垂直于水冷壁管的轴向方向的方向的表面形状，以根据表面形状的测量结果和壁厚没有减少的参考形状之间的差异计算水冷管壁的壁厚减少量，从而评估壁厚减少状况，
其中壁厚减少评估装置包括参考位置计算部，所述参考位置计算部用于计算用于表面形状的测量结果和壁厚没有减少的参考形状之间的叠加的参考位置，并且
所述参考位置计算部将所述测量结果的表面形状的曲线进行一阶求导并计算倾斜度后，基于该倾斜度求出所述参考位置。
2.根据权利要求1所述的用于锅炉水冷壁管的检查装置，其特征在于，支撑框架由多个腿部支撑并包括连接腿部的调整机构，该调整机构能够在腿部的直立方向上和在与直立方向垂直的方向上移动，以使得能够相对于水冷壁管调整位移传感器的位置。
3.根据权利要求1所述的用于锅炉水冷壁管的检查装置，其特征在于，壁厚减少评估装置包括修正部，所述修正部用于在叠加时基于来自位移传感器的信号修正表面形状的倾斜度和位置。
4.根据权利要求1所述的用于锅炉水冷壁管的检查装置，其特征在于，参考位置是设置成径向突出以连接相邻的水冷壁管的隔膜的位置。
5.根据权利要求1所述的用于锅炉水冷壁管的检查装置，其特征在于，参考位置是相邻水冷壁管之间的接触或者最接近位置。
6.根据权利要求1所述的用于锅炉水冷壁管的检查装置，其特征在于，该检查装置还包括折射装置，该折射装置设置在产生将要辐射到水冷壁管的表面上的激光束的位移传感器和水冷壁管之间，以将从位移传感器辐射的激光束向着水冷壁管折射。
7.一种用于锅炉水冷壁管的检查方法，该检查方法检查沿着锅炉的内壁表面在垂直方向上延伸并布置成彼此相邻的水冷壁管的壁减少状况，其特征在于：
基于来自用于将激光束辐射到水冷壁管的表面上的位移传感器的信号测量水冷壁管的沿着大致垂直于水冷壁管的轴向方向的方向的表面形状，将所述测量结果的表面形状的曲线进行一阶求导并计算倾斜度后，基于该倾斜度求出表面形状的参考位置，将表面形状的测量结果和壁厚没有减少的参考形状进行叠加，以基于表面形状的参考位置计算表面形状的测量结果和壁厚没有减少的参考形状之间的差异，并且根据该差异计算水冷壁管的壁厚减少量，以评估壁减少状况。
8.根据权利要求7所述的用于锅炉水冷壁管的检查方法，其特征在于，基于来自位移传感器的信号的表面形状的倾斜度和位置在叠加的时候被修正和叠加。
9.根据权利要求8所述的用于锅炉水冷壁管的检查方法，其特征在于，通过从设计壁厚中减去计算出的壁厚减少量而确定剩余管壁厚度，并且，根据剩余管壁厚度是否满足设计所需壁厚评估剩余管壁厚度。
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