鍋爐澆注料銷(xiāo)釘缺陷的圖像識(shí)別及量化

陳明重,池毓菲,高國(guó)宏,陳志榮,黃宜斌,李海洋

(1.福建華電永安發(fā)電有限公司,福建 永安366013;2.中國(guó)華電集團(tuán)有限公司福建分公司,福州350001;3.華電電力科學(xué)研究院有限公司,杭州310030)

0 引 言

澆注料爐襯是循環(huán)流化床 (circulating fluidized bed,CFB)鍋爐不可缺少的組成部分,在鍋爐的運(yùn)行過(guò)程中,由于其內(nèi)部運(yùn)行工況惡劣,使?fàn)t內(nèi)因循環(huán)燃燒產(chǎn)生的高溫固體顆粒物料對(duì)鍋爐內(nèi)部的澆注料造成嚴(yán)重的磨損、剝落現(xiàn)象[1],且鍋爐及旋風(fēng)分離器內(nèi)壁的澆注料發(fā)生剝落、損壞,會(huì)導(dǎo)致鍋爐的被迫停運(yùn)[2]。

CFB鍋爐澆注料的性能主要取決于材料的化學(xué)組成及設(shè)計(jì)施工的方式[3]。對(duì)于現(xiàn)役的循環(huán)流化床鍋爐主要通過(guò)維修保證其使用。因此,如何科學(xué)選擇材料、對(duì)鍋爐澆注料質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估是CFB鍋爐長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。

該文利用圖像方法對(duì)鍋爐澆注料剝落裸露的銷(xiāo)釘進(jìn)行提取及量化分析,通過(guò)銷(xiāo)釘?shù)牧炕瘮?shù)據(jù)對(duì)澆注料的質(zhì)量與工藝做出科學(xué)評(píng)價(jià),以改善澆注料質(zhì)量。

1 澆注料檢修質(zhì)量控制

循環(huán)流化床鍋爐澆注料重點(diǎn)檢修部位包括旋風(fēng)分離器、爐膛水冷壁、屏式受熱面等。由于CFB鍋爐特殊的燃燒方式與其結(jié)構(gòu)特點(diǎn),使?fàn)t內(nèi)有大量因循環(huán)燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的高溫固體顆粒物料,造成了鍋爐各部件嚴(yán)重磨損現(xiàn)象[4]。

澆注料檢修為防磨防爆的管理范疇,在循環(huán)流化床停爐檢修中,應(yīng)嚴(yán)格按照要求進(jìn)行全面檢查。對(duì)于檢修外觀正常的澆注料,應(yīng)使用“錘擊聽(tīng)音”的方法檢查其牢固情況,如果在錘擊的過(guò)程中出現(xiàn)松動(dòng)或空響的情況,應(yīng)立即進(jìn)行更換[5]。在檢查過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)鍋爐澆注料表面有管道外露、異常隆起、銷(xiāo)釘裸露、表面裂紋寬度超過(guò)廠家設(shè)計(jì)值等問(wèn)題時(shí),應(yīng)將表面損壞的澆注料進(jìn)行拆除,再重新敷設(shè)。對(duì)于磨損嚴(yán)重、頻繁剝落的部位,需對(duì)其位置進(jìn)行記錄,分析澆注料剝落的原因,并制定改善澆注料質(zhì)量的預(yù)防措施。

2 澆注料銷(xiāo)釘圖像識(shí)別及量化

2.1 圖像預(yù)處理

根據(jù)對(duì)澆注料檢修分析,并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢修人員經(jīng)驗(yàn),當(dāng)澆注料表面出現(xiàn)銷(xiāo)釘時(shí),則為澆注料檢修的評(píng)判方式。因此,對(duì)澆注料出現(xiàn)的銷(xiāo)釘進(jìn)行量化分析,對(duì)后續(xù)改善澆注料質(zhì)量具有一定的意義。利用圖像方法對(duì)其鍋爐爐膛、旋風(fēng)分離器內(nèi)壁澆注料出現(xiàn)的銷(xiāo)釘進(jìn)行量化分析。根據(jù)量化所得澆注料表面的銷(xiāo)釘表面積和形狀來(lái)評(píng)判澆注料磨損的嚴(yán)重程度。

圖1為在CFB鍋爐旋風(fēng)分離器內(nèi)壁拍攝的發(fā)生澆注料剝落的照片,從圖中可觀察到澆注料表面裸露的銷(xiāo)釘,為量化澆注料表面銷(xiāo)釘?shù)谋砻娣e及形狀,先將拍攝的澆注料照片轉(zhuǎn)化為8-bit的灰度圖,見(jiàn)圖2。為了減少圖像中噪聲的影響,采用中值濾波對(duì)圖2進(jìn)行降噪處理,如圖3(a)所示,以更好地提取澆注料表面的銷(xiāo)釘,然后采用模糊算法對(duì)拍攝的澆注料圖像的銷(xiāo)釘進(jìn)行增強(qiáng),如圖3(b)所示。

圖1 澆注料表面缺陷圖

圖2 澆注料表面缺陷8-bit灰度圖

圖3 澆注料中值濾波與模糊增強(qiáng)示意圖

根據(jù)經(jīng)典的模糊集概念[6],假設(shè)存在一幅大小為M×N,且灰度級(jí)為L(zhǎng)的圖像I,可以表示為一個(gè)M×N的模糊矩陣:

(1)

式中:μi,j/xi,j表示圖像中(i,j)的灰度xi,j相對(duì)于某個(gè)特定灰度值的隸屬度。

在經(jīng)典的模糊增強(qiáng)算法中,Pal與King采用的隸屬函數(shù)[7]為

(2)

式中:Fe、Fd分別為指數(shù)模糊因子和倒數(shù)模糊因子,一般Fe=2;Xc為渡越點(diǎn),當(dāng)xi,j=Xc時(shí),μc=T(Xc)=0.5。

計(jì)算所得μi,j后,需對(duì)圖像進(jìn)行模糊增強(qiáng)處理,進(jìn)行隸屬變換:

μ′i,j=Ir(μi,j)=I1(Ir-1(μi,j)),r=1,2,…

(3)

(4)

將μ′i,j進(jìn)行逆變換,得到經(jīng)過(guò)模糊增強(qiáng)后的圖像X′,X′矩陣中像素點(diǎn)(i,j)的灰度值為

x′i,j=T-1(μ′i,j)

(5)

式中:T-1為T(mén)函數(shù)的逆運(yùn)算。當(dāng)式(3)中的r循環(huán)到一定次數(shù)時(shí),圖像可以得到顯著增強(qiáng),如圖3(b)所示。

2.2 銷(xiāo)釘?shù)奶崛?/h3>

將圖像模糊增強(qiáng)的圖像,導(dǎo)入相關(guān)圖像處理軟件,利用黑帽變換[8]法對(duì)澆注料表面的銷(xiāo)釘進(jìn)行提取,見(jiàn)圖4。為進(jìn)一步量化澆注料表面裸露的銷(xiāo)釘,提取澆注料銷(xiāo)釘單個(gè)裸露的面積,通過(guò)整理裸露的面積來(lái)對(duì)澆注料剝落的嚴(yán)重程度進(jìn)行判定。

圖4 黑帽變換法提取銷(xiāo)釘示意圖

根據(jù)上文可知,已通過(guò)黑帽變換法對(duì)裸露的銷(xiāo)釘進(jìn)行提取,然后利用八鄰域分割法對(duì)單個(gè)裸露的銷(xiāo)釘進(jìn)行提取,見(jiàn)圖5,圖中的彩色區(qū)域則為提取的單個(gè)銷(xiāo)釘。對(duì)提取的單個(gè)銷(xiāo)釘?shù)谋砻娣e進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,從圖6可以發(fā)現(xiàn)大部分的銷(xiāo)釘面積范圍主要集中在250 pixel,總計(jì)23個(gè)單獨(dú)的銷(xiāo)釘發(fā)生裸露。

圖5 銷(xiāo)釘分割示意圖

圖6 銷(xiāo)釘量化示意圖

通過(guò)上述對(duì)澆注料表面剝落銷(xiāo)釘?shù)牧炕?可以對(duì)經(jīng)常發(fā)生澆注料剝落的部位進(jìn)行分析,以量化澆注料表面裸露銷(xiāo)釘?shù)姆植肌⒈砻娣e,來(lái)側(cè)面反應(yīng)每次進(jìn)行澆注料表面修復(fù)的質(zhì)量。

3 結(jié) 語(yǔ)

使用模糊增強(qiáng)的圖像處理方法對(duì)澆注料表面的銷(xiāo)釘進(jìn)行增強(qiáng)處理。利用黑帽變換法對(duì)澆注料表面的銷(xiāo)釘進(jìn)行提取,且通過(guò)二十六鄰域圖像分割方法對(duì)單個(gè)銷(xiāo)釘?shù)谋砻娣e進(jìn)行量化統(tǒng)計(jì)。通過(guò)對(duì)單個(gè)銷(xiāo)釘面積的統(tǒng)計(jì)分析,得出銷(xiāo)釘面積主要集中在250 pixel。

通過(guò)對(duì)頻繁發(fā)生澆注料剝落的銷(xiāo)釘進(jìn)行量化分析,并對(duì)剝落部位修復(fù)的澆注料質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比分析,提高澆注料的質(zhì)量,保證循環(huán)流化床機(jī)組運(yùn)行的安全性。