浅析内窥镜技术在水冷壁小口径管检测中的应用与研究

0 引言

水冷壁是电站锅炉核心部件，负责吸收热量转化汽水混合物。其小口径管在恶劣工况下运行，安全性影响锅炉效能与寿命。传统检测方法效率低且可能损伤管道。工业内窥镜作为无损检测技术，通过光学成像和电子技术实现管道内壁高清检测，支持缺陷评估。内窥镜技术可缩短锅炉停机时间，保障电力供应稳定。其降低维护成本并延长管道寿命，提升锅炉效率[1]。该技术助力电力行业可持续发展，减少能源浪费与污染，符合绿色发展理念。

水冷壁管路内部成像

1 内窥镜技术在水冷壁小口径管检测中的应用

1.1 缺陷类型

水垢沉积：水中矿物质在高温高压下于管道内壁沉积，降低导热性，导致局部过热，影响寿命。

腐蚀凹坑：工质中的腐蚀介质及高温氧化使管道内壁形成凹坑，削弱壁厚，降低强度，增加破裂风险。

裂纹：热应力、机械应力及交变载荷导致管道产生裂纹，扩展可能引发泄漏或爆管，威胁锅炉安全。

壁厚减薄：长期冲刷磨损和腐蚀使壁厚逐渐减薄，达到临界值后无法承受内压，引发事故。

1.2 关键参数

壁温：反映管道运行状态的关键参数，过高会导致材料性能下降。内窥镜搭载温度传感器或热成像技术可实时监测异常部位。

壁厚：衡量管道强度的核心指标，测量对评估寿命和安全至关重要。内窥镜结合激光测距或超声测厚技术可实现精准测量。

管道内径变形量：高温高压等作用易导致内径变形，影响工质流动并引发应力集中。通过内窥镜图像测量可分析变形量。

1.3 技术优势

工业内窥镜检测无需拆卸管道，避免损伤并减少时间和成本。它允许在锅炉运行中对水冷壁管进行定期检查，及时发现安全隐患。现代工业内窥镜采用先进光学和光纤技术，提供高分辨率图像[2]。高端内窥镜像素高达数百万，清晰捕捉管道内壁微观缺陷。优化的镜头和照明系统确保在不同光照下获取清晰图像，助力准确判断。内窥镜检测系统具有数据记录和分析功能，实时存储图像和视频，便于后续分析。测量标定功能精确测量缺陷参数。高级系统支持三维建模，直观展示管道内壁缺陷，便于追踪。

2 技术挑战与解决方案

2.1 小口径管道的检测难点

水冷壁小口径管的内径通常较小，一般小于 50mm，这就要求内窥镜探头具有超细的尺寸。传统的内窥镜探头难以满足小口径管道的检测需求，在进入管道时容易受到阻碍，无法到达检测部位。此外，小口径管道内部空间狭窄，操作空间有限，对探头的灵活性和操控性提出了更高的要求。

水冷壁小口径管处于高温、高压的恶劣环境中，温度可达数百摄氏度，压力可达数十兆帕。在这样的环境下，内窥镜设备需要具备良好的耐热性和稳定性，否则容易出现故障，影响检测结果的准确性。同时，管道内部的强电磁干扰、腐蚀性介质等也会对内窥镜的性能产生不利影响。

2.2 现有解决方案

为适应小口径管道检测需求，开发了直径≤6m m 的柔性内窥镜探头 采用微型化设计集成高分辨率摄像头和高亮 LED 光源，可在狭小空间灵活 柔韧性和耐用性以应对复杂管道环境。结合激光测距技术， 模块可监测管壁温度分布，部分设备还配备压力、湿度等传感 采用AI 图像识别技术处理海量检测数据，基于大量缺陷图像训练的算 与严重程度。如 CNN 算法能精准分类评级管道缺陷[3]，智能分析提升检测效率与准确性，减少人为误差影响。

3 研究案例与成果

3.1 案例1：工业内窥镜在水冷壁检查中的应用

某电厂在对电站锅炉进行定期检修时，采用工业内窥镜对水冷壁小口径管进行检测。在检测过程中，通过内窥镜发现水冷壁导向片存在局部腐蚀现象。导向片的腐蚀会导致水冷壁管的固定和导向作用失效，进而引起水冷壁管的磨损和变形。由于及时发现了这一问题，电厂采取了相应的修复措施，避免了因壁厚减薄导致的泄漏事故，保障了锅炉的安全运行。此次检测充分展示了工业内窥镜在水冷壁小口径管检测中的有效性和重要性。

3.2 案例2：小口径管道测量系统开发

某研究团队针对小口径管道检测的难题，设计开发了一种集成探头与信号处理设备的测量系统。该系统采用了先进的微型化探头，能够顺利进入Φ20mm 的小口径管道内部。通过结合激光测距技术和图像处理算法，实现了对管道内壁参数的精确测量。在实验验证中，该系统对管道壁厚、内径变形量等参数的测量误差率小于1.5%，验证了其在小口径管道内壁参数测量的可行性和高精度。该研究成果为小口径管道检测提供了新的技术手段和方法。

4 未来研究方向

4.1 多模态检测技术

单一的内窥镜检测技术在缺陷识别方面存在一定的局限性，未来可融合内窥镜成像与超声、涡流等无损检测方法。超声检测可以检测管道内部的缺陷和壁厚变化，涡流检测则对管道表面和近表面的裂纹具有较高的灵敏度。通过多模态检测技术的融合，可以实现对管道缺陷的全面、准确识别，提高检测的可靠性和准确性。

4.2 智能化升级

进一步开发基于深度学习的实时缺陷诊断系统是未来的发展趋势。利用深度学习算法对大量的检测数据进行学习和分析，实现对缺陷的实时诊断和预测。同时，结合物联网技术，将内窥镜检测设备与电站锅炉的监控系统进行集成，实现检测数据的实时传输和共享，为电站锅炉的智能化运维提供支持。

4.3 极端环境适应性

随着电站锅炉运行参数的不断提高，水冷壁小口径管的工作环境更加恶劣。未来需要优化探头材料与封装技术，提高内窥镜在高温、高湿、强腐蚀等极端环境下的耐用性和可靠性。例如，研发新型的耐高温、耐腐蚀材料，采用特殊的封装工艺，保护内窥镜内部的电子元件和光学元件不受恶劣环境的影响。

5 结论

工业内窥镜技术以其非破坏性、高精度成像和数据记录分析等优势，为水冷壁小口径管检测提供高效可靠的解决方案，对电站锅炉维护检修至关重要。展望未来，内窥镜技术有望通过材料科学、电子技术、计算机科学等多学科技术的结合，推动创新和发展。尽管如此，小口径场景下内窥镜技术仍面临探头微型化、环境适应性及智能化分析等挑战。在多模态检测技术、智能化升级和极端环境适应性等方面取得进展，以实现更高精度与自动化，为电站锅炉安全稳定运行提供更坚实的技术支持，助力电力行业可持续发展。

参考文献

[1] 针对内螺纹缺陷探测的内窥镜改进研究[D].邵庆康.长春理工大学,2024.

[2] 小口径工业内窥镜成像系统设计与研究[D].陈梦.天津大学,2019.

[3] 电子内窥镜的研究现状及发展趋势[J].张雯雯,周正东,管绍林,余子丽.中国医疗设备,2017(0

作者简介

章毅（1974.11—），男，生于江苏南京，高级技师，现任维护部综合班班长。