三項創(chuàng)新讓蠕變無法遁形
蠕變是高溫環(huán)境下結(jié)構(gòu)/材料難以避免的一種破壞形式，就像人類的癌癥一樣，其可怕之處在于未見明顯征兆的情況下突然發(fā)生破壞，給生產(chǎn)生活帶來嚴(yán)重?fù)p失，甚至引發(fā)慘重后果。特別是近年來，為了提高產(chǎn)能、減少能耗，煤化工、石油化工的許多裝置都趨向大型化、高溫化、高壓化，蠕變危害的烈度和范圍進(jìn)一步增加。
據(jù)相關(guān)行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，我國現(xiàn)有壓力容器310多萬臺，工業(yè)壓力管道80余萬千米，并且每年還在以5%～10%的速度遞增。在這些承壓設(shè)備中，大約有15%的工業(yè)裝置在高溫環(huán)境下運(yùn)行，涉及年產(chǎn)值超過5000億元，一旦失效，不僅會誘發(fā)火災(zāi)、中毒、環(huán)境污染，還將影響國家經(jīng)濟(jì)的安全運(yùn)行和社會穩(wěn)定。尤其令人擔(dān)憂
的是，國內(nèi)迄今沒有針對高溫失效的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以至很難對其進(jìn)行安全監(jiān)管。
針對這一問題，涂善東、軒福貞等研究人員，歷經(jīng)10余年攻關(guān)，形成了一整套高溫過程裝備結(jié)構(gòu)完整性評價技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了高溫蠕變設(shè)計、安全評價和損傷監(jiān)控預(yù)警等3個關(guān)鍵性的技術(shù)創(chuàng)新，取得相關(guān)專利25項，編制企業(yè)技術(shù)規(guī)范15件，為推動我國高溫過程設(shè)備的自主研發(fā)、提升國際競爭力發(fā)揮了重要作用。
全周期預(yù)警讓安全精確可控
從設(shè)計、制造，到使用、維護(hù)，課題組的研究覆蓋了高溫裝置的全壽命周期過程，形成了“準(zhǔn)確、實(shí)時、簡潔”的技術(shù)特色和應(yīng)用效果。
“蠕變往往隨著溫度升高而加劇，傳統(tǒng)的承壓設(shè)備強(qiáng)度設(shè)計只考慮應(yīng)力，不關(guān)注變形，而我們是雙管齊下，形成了應(yīng)力與變形兼顧的雙判據(jù)設(shè)計考核方法。”軒福貞介紹說。通過對石化企業(yè)長期服役的爐管解剖數(shù)據(jù)的反演證實(shí)，這種雙判據(jù)設(shè)計方法比傳統(tǒng)方法精度提高了10%。目前，該項技術(shù)方法通過專用軟件，已用于百萬千瓦級超超臨界汽輪機(jī)等新產(chǎn)品，并出口伊朗、印度、巴基斯坦、孟加拉等國家，占據(jù)了該產(chǎn)品半數(shù)以上的國際市場份額。
“結(jié)構(gòu)的蠕變失效是溫度、壓力、時間等多因素作用的后果。對此，國外往往采取分別評定的做法，不僅計算量大、周期長，且需有專門基礎(chǔ)的專家來完成。采用該項目提出的高溫缺陷安全評價技術(shù)，即使普通技術(shù)人員也能對高溫設(shè)備的缺陷進(jìn)行較精確的評價，比美國API等技術(shù)方法更簡潔方便。”軒福貞表示。
傳統(tǒng)上，由于缺乏對高溫裝置實(shí)際運(yùn)行過程中的健康狀況缺
乏實(shí)時掌握，需要依賴于定期的停車檢驗(yàn)來保障運(yùn)行安全，這種維護(hù)方式不僅會由于“過度體檢”導(dǎo)致設(shè)備頻繁停車，造成生產(chǎn)損失和“過度治療”，而且也不能避免突發(fā)事故。為此，該課題組研發(fā)了系列高溫變形測量傳感器、高溫裝備損傷在線監(jiān)測技術(shù)和實(shí)時預(yù)警系統(tǒng)。應(yīng)用表明，這種高溫裝置健康狀態(tài)實(shí)時預(yù)警系統(tǒng)使高溫設(shè)備非計劃停車顯著減少，為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
上天下海入地多領(lǐng)域護(hù)航
2013年9月，華東理工大學(xué)與中航商用發(fā)動機(jī)有限責(zé)任公司“牽手”成立航空發(fā)動機(jī)壽命預(yù)測技術(shù)聯(lián)合創(chuàng)新中心，化工特色高校牽頭這一項目可能讓人有點(diǎn)摸不著頭腦?這其實(shí)是涂善東教授研究團(tuán)隊不斷拓展高溫過程裝置結(jié)構(gòu)完整性研究領(lǐng)域的一個成果，可謂水到渠成。
據(jù)涂善東教授介紹，長壽命高可靠性結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)是大型飛機(jī)自主研制需攻克的十大關(guān)鍵技術(shù)之一，而中航工業(yè)商發(fā)之所以向華理拋出這個“繡球”，也正是因?yàn)榭粗辛怂麄冋n題組在結(jié)構(gòu)壽命與可靠性研究方面的深厚基礎(chǔ)和技術(shù)儲備。
其實(shí)，“飛天”仍然只是該課題組研究的一個方向。華東理工大學(xué)作為中國結(jié)構(gòu)完整性聯(lián)盟的牽頭單位，他們立足結(jié)構(gòu)完整性研究這一主題，還對腐蝕、低溫、高溫、巨大體積、小微體積等多種“極端”條件下的工業(yè)裝置開展了研究，應(yīng)用領(lǐng)域已由傳統(tǒng)的石油化工、煤化工、電力、冶金等向核電和海洋裝備等新天地拓展。例如，應(yīng)用他們研究成果的核級安全閥產(chǎn)品，已用于巴基斯坦恰希瑪核電站二期、秦山二期擴(kuò)建等工程。
2014年1月9日，當(dāng)中國人工潛入突破深海300米處的消息傳來后，軒福貞教授非常興奮。在軒教授眼里，完成此次任務(wù)的“深潛號”雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但萬變不離其宗，“既然仍是一個壓力容器，我們的研究就大有空間”。
“簡單地說，結(jié)構(gòu)完整性將來的大方向就是上天、入地、下海，不過要想做出有影響力的成果，我們還需要更多的優(yōu)秀人才和更長的時間積累。”涂善東教授表示。
