無人機空中檢查-工業(yè)鍋爐檢驗指南

約公元一世紀(jì)，亞歷山大的海倫發(fā)明了 Aeopile，這是一種小型鍋爐，可以產(chǎn)生蒸汽，旋轉(zhuǎn)附著的球體。雖然在當(dāng)時令人印象深刻，但早期原型幾乎沒有用處。

第 一個家用和工業(yè)鍋爐直到 17 世紀(jì)才出現(xiàn)。盡管容量小、壓力低（約 5 psi）且使用盤管燃料，但第 一批鍋爐后來成功推動了大工業(yè)革命。

如今，鍋爐已發(fā)展成為功能強大的機器，壓力高達(dá) 4500 psi。然而，更大的運行容量和更復(fù)雜的設(shè)計意味著更難維護(hù)。這時，無損檢測（尤其是無人機輔助檢測）就派上用場了，它可以從內(nèi)到外檢查設(shè)備，而不會中斷運行。

工業(yè)鍋爐需要定期維護(hù)

幾乎每個行業(yè)都依賴鍋爐來發(fā)電。2023 年，米其林斥資 5000 萬美元建造了一座配備天然氣鍋爐的設(shè)施。同年晚些時候，G?teborg Energi 啟動了一項令人印象深刻的2.177 億歐元項目，將其發(fā)電廠與新的生物質(zhì)鍋爐整合在一起。最后，Klabin 剛剛投資 17 億美元升級其造紙廠，增加了一臺新的回收鍋爐。

然而，花費并不會隨著設(shè)施建設(shè)而結(jié)束。由于可燃物、高溫和極端壓力，鍋爐容易過熱、日常磨損和效率隨時間下降。因此需要定期維護(hù)和定期升級。

缺乏這些因素可能會帶來災(zāi)難性的后果。根據(jù)美國職業(yè)安全與健康管理局 (OSHA) 數(shù)據(jù)庫，每年有 2-15 人因鍋爐爆炸、蒸汽溢出和壓力釋放而死亡和受傷。與此同時，英國支持的一項研究發(fā)現(xiàn)，氫氣鍋爐每年造成 65 人受傷，燃?xì)忮仩t造成 17 人受傷。

及時維修工業(yè)鍋爐對于預(yù)防事故至關(guān)重要——定期維修還有其他原因：

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合規(guī)性：政府機構(gòu)負(fù)責(zé)監(jiān)督運營安全和排放。保險政策還要求鍋爐檢查作為承保條件。不遵守規(guī)定將導(dǎo)致罰款。石化公司 TPC Group因工廠的鍋爐排放過量的氮氧化物而被罰款 214,000 美元。

l效率：檢查可發(fā)現(xiàn)結(jié)垢、結(jié)垢和燃燒不當(dāng)?shù)扔绊戝仩t效率的問題。隨著時間的推移，鍋爐會通過廢氣損失20% 的燃燒能量。減少鍋爐缺陷可節(jié)省能源、減少排放并降低運營成本。

l環(huán)境影響：許多鍋爐都使用化石燃料。磨損和泄漏會導(dǎo)致排放量超過監(jiān)管機構(gòu)允許的水平。例如，英國鍋爐的氮氧化物排放量約占所有氮氧化物排放量的五分之一。定期維護(hù)有助于減少碳足跡。

l壽命：如果保養(yǎng)得當(dāng)，工業(yè)鍋爐的使用壽命為15 至 25 年。及時檢查也有助于盡早發(fā)現(xiàn)問題并采取預(yù)防性干預(yù)措施。

工業(yè)鍋爐檢驗要求

鍋爐運行的各個方面都受到監(jiān)管——從設(shè)計和建造到維護(hù)和維修。標(biāo)準(zhǔn)要求由認(rèn)證人員使用標(biāo)準(zhǔn)化程序和認(rèn)可的工具進(jìn)行定期檢查（包括內(nèi)部、外部和無損檢測）。

通常，您需要檢查鍋爐的加熱系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、壓力容器、管道、管線和氣閥是否有內(nèi)部腐蝕、堵塞和浪費。此外，還要檢查電氣連接和接線的連續(xù)性。目視檢查外部是否有凸起、銅綠、生銹、應(yīng)力開裂和泄漏的跡象。測量水的 pH 值以確保其處于適當(dāng)范圍內(nèi)。最后，檢查螺紋與所有配件和支架的連接情況。

更精 確的要求在很大程度上取決于當(dāng)?shù)胤?、鍋爐類型/容量和制造商的建議。國際上有兩個核心標(biāo)準(zhǔn)：

lASME 鍋爐和壓力容器規(guī)范：要求定期對動力和加熱鍋爐進(jìn)行無損檢測。ASME 的鍋爐授權(quán)證書有效期為3 年（對于由鑄鐵和鑄鋁制成的小型加熱鍋爐，有效期為 1 年）。

lISO 16528-1:2007：定義鍋爐設(shè)計、建造、焊接和測試的規(guī)范。該標(biāo)準(zhǔn)描述了如何通過檢查及時發(fā)現(xiàn)裂紋形成、延性撕裂、過度局部應(yīng)變、塑性變形、爆裂、泄漏、彎曲等。

各個國家的標(biāo)準(zhǔn)也有所不同，在美國，各個州的標(biāo)準(zhǔn)也有所不同。例如，英國實行《鍋爐測試規(guī)范 2018》 。該標(biāo)準(zhǔn)描述了 3 至 1100 巴升的銅和鋼鍋爐的檢查要求，建議進(jìn)行超聲波檢測、X 射線、染料滲透和磁粉檢查

在美國，有OSHA 1926.29和 NFPA 85。這些標(biāo)準(zhǔn)描述了鍋爐安全安裝、檢查和測試的工作流程，并說明了如何防止爆炸和內(nèi)爆。

鍋爐檢查間隔

鍋爐檢查間隔也因標(biāo)準(zhǔn)、當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)和制造商建議而異。具體情況如下：

推薦的鍋爐檢查方法

盡管鍋爐檢查必不可少，但其難度卻很大。大型工業(yè)鍋爐及其蒸汽管道、排氣管和儲罐的高度可達(dá)多層建筑，因此需要額外的檢修設(shè)備。

內(nèi)部檢查則更加困難。您需要排空鍋爐、冷卻表面、防止蒸汽泄漏、關(guān)閉所有閥門、斷開排污管線并打開所有通風(fēng)口。這意味著停機和停工?？紤]到現(xiàn)代工業(yè)鍋爐的容量為10M – 40M Btu/小時甚至100M Btu/小時，停機可能會擾亂整個設(shè)施的運行。

這就是無損檢測（尤其是無人機檢測）可以提供幫助的地方。無損檢測方法屬于非侵入式，可提供豐富的資產(chǎn)狀況數(shù)據(jù)，以確保有效運營和合規(guī)性。

n超聲波檢測 (UT)

超聲波檢測是一種無損檢測技術(shù)，它依靠高頻聲波來測量壁厚并定位地下缺陷。UT 是鍋爐最常用的檢測方法，幾乎所有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中都提到了它。為什么？

UT 相對容易操作，對檢測人員來說很安全，并且僅用一側(cè)就可以檢測不可移動的物體。它可以檢測出最 大 0.05 毫米的裂紋、空隙、雜質(zhì)和腐蝕，還可以洞悉它們的大小、形狀和位置。但是，如果應(yīng)用于多孔、非均質(zhì)或臟污的表面，UT 無法提供可靠的數(shù)據(jù)。

根據(jù)ASME 鍋爐和壓力容器規(guī)范 (BPVC) 第 V 節(jié)，超聲波壁厚測量可檢測以下內(nèi)容：

l局部磨粒磨損

l均勻腐蝕

l侵蝕

l熱交換器管道中的微動磨損

l板材和管材層壓件

l縫隙腐蝕和點蝕

l焊接燒穿及余高、根部凹陷

使用Voliro T 無人機，您可以在高空或密閉空間內(nèi)對大型鍋爐進(jìn)行超聲波檢測。使用實時 A 掃描，您將立即在應(yīng)用程序中收到檢查結(jié)果。Voliro 的超聲波探頭厚度范圍為 2 – 150 毫米 / 0.08 – 5.9 英寸，可在早期階段發(fā)現(xiàn)腐蝕和材料退化。

對于加熱鍋爐，我們擁有高溫 UT 測厚儀，能夠測試工作溫度為 0 – 260 °C / 32 – 500 °F 的鍋爐。即使在極端環(huán)境下，該探頭也能提供與低溫探頭相同的厚度范圍和分辨率。

n聲發(fā)射測試

聲發(fā)射檢測(AET) 是一種測量由施加到物體上的外部壓力、負(fù)載和溫度產(chǎn)生的彈性波的方法。這些波使鍋爐或其部件振動。AET 將振動轉(zhuǎn)換為電信號，我們可以進(jìn)一步解讀這些電信號以識別缺陷。

AET 是區(qū)分發(fā)展缺陷和停滯缺陷的有效方法?，F(xiàn)代 AET 探頭可以穿透污垢和保護(hù)涂層，無需額外準(zhǔn)備。但是，AET 不能應(yīng)用于厚金屬結(jié)構(gòu)（超過 20 毫米）。外部因素也會影響結(jié)果，使其準(zhǔn)確性降低。

ASME BPVC 第 VIII 節(jié)第 2 部分要求在水壓試驗或氣動試驗期間進(jìn)行聲發(fā)射測試。AET 有助于檢測：

l壓力容器內(nèi)裂紋的形成和擴(kuò)展

l因腐蝕而受到影響的船舶結(jié)構(gòu)區(qū)域

l金屬變脆的區(qū)域，可能導(dǎo)致應(yīng)力失效

l塑性變形和結(jié)構(gòu)弱點

l侵蝕點蝕，影響容器的完整性

l泄漏產(chǎn)生的聲音信號

n渦流檢測（ECT）

渦流檢測(ECT) 是一種依靠電磁感應(yīng)來發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電材料中的腐蝕、裂紋和材料變薄的技術(shù)。它主要用于檢測近表面不規(guī)則性和測量涂層厚度。

ECT 需要的準(zhǔn)備工作很少，一次即可覆蓋大面積測試區(qū)域，因此檢測速度比其他方法快得多。探頭不需要直接接觸表面。但是，檢測結(jié)果可能會受到粗糙度、光潔度和涂層應(yīng)用等表面特性的影響。

根據(jù)ASME BPVC 第 V 條，渦流檢測可檢測鍋爐中的以下問題：

l熱交換器中的擋板磨損

l疲勞裂紋

l熱交換器管道中的微動磨損

l焊接裂紋、夾雜、未熔合

l鍛造爆裂、夾雜、裂紋

l鋼筋和管道接縫

l鑄件熱淚

Voliro T 安裝了我們的PEC 探頭，能夠可靠地檢測高處絕緣層下的腐蝕情況。通過使用短而高能的電磁脈沖，PEC 探頭可穿透厚度達(dá) 100 毫米的絕緣層，并提供 3 – 18 毫米的壁厚測量值。

n液體滲透檢測 (PT)

液體滲透檢測 (PT) 是一種無損檢測方法，它使用有色或熒光液體滲入表面缺陷，從而使其布局可視化。

這種無損檢測方法成本低且易于操作——無需復(fù)雜的設(shè)備，只需一個氣霧罐、燈和清潔劑。PT 適用于大多數(shù)無孔材料（鍋爐、鋼、鑄鐵、鋁和黃銅）。主要缺點是檢查者必須直接接觸表面。這通常意味著您需要冷卻、清潔和通風(fēng)鍋爐。

根據(jù)PG-25.2.1.2.2，鍋爐在熱處理后需要對所有鑄件表面進(jìn)行液體滲透。NBIC 建議 PT 查找管道周圍的泄漏，檢查焊縫，并評估火災(zāi)損壞的組件和纖維增強塑料壓力設(shè)備。

根據(jù)ASME BPVC 第 V 條，PT 最適合修復(fù)以下鍋爐缺陷：

l局部磨粒磨損

l腐蝕輔助疲勞裂紋、跨環(huán)裂紋

l腐蝕點蝕

l疲勞裂紋

l熱裂紋和氫致裂紋

l焊接未焊透、重疊、氣孔、咬邊

l鍛件爆裂

l鑄件中的冷隔、熱裂

結(jié)論

僅靠人力可能難以維持鍋爐年度檢查計劃。檢查無人機可加快并簡化流程，確保人員安全和設(shè)施持續(xù)運行。

此外，無人機還能幫助收集更全面的數(shù)據(jù)。借助各種有效載荷，您可以捕捉高清圖像、進(jìn)行 UT 厚度測量、監(jiān)測氣體排放并找到最早的腐蝕跡象。

例如，只需一架 Voliro 無人機，您就可以滿足大部分 NDT 需求

l無需任何起重設(shè)備即可對大型資產(chǎn)進(jìn)行近距離檢查。

l輕松在一系列 NDT 探頭選項之間切換 - UT、高溫 UT、EMAT、PEC、LPS 和 DFT。

l測試多種類型的運營資產(chǎn)，包括管道、火炬塔、儲罐、滅火環(huán)等。

此外，通過Voliro 訂閱，我們可以負(fù)責(zé)無人機的維護(hù)、重新認(rèn)證、維修、保險和飛行員培訓(xùn)。