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【上海科技奖励项目专递】做好“听诊器”,当好承压设备的安全卫士,斩获上海市科技进步一等奖!

  稿件来源: 党委宣传部  |   作者:房树芬  |  摄影:本人供图  |  编辑:流韵  |  访问量:15102

大到石油、化工、核能、电力、航空、航天等行业使用的成套设备和大型装置,小到医用气瓶、民用液化气钢瓶,压力容器已经成为生产和生活中必不可少的产品。目前,我国承压设备保有量巨大,其中锅炉40.39万台、压力容器394.6万台、气瓶1.5亿只,压力管道47.82万公里,已经成为当之无愧的承压设备制造和使用大国。

由于承压设备服役往往涉及高温、高压、腐蚀、辐射等环境,随之产生的疲劳、蠕变、辐照等损伤成为危及特种承压设备服役安全、导致爆炸等突发事故的主要因素。随着承压设备在极端环境和极端尺度两个维度上的不断发展,必然带来失效模式和机理的改变。为了保障安全,需要开发相应的新设计准则和方法,同时对材料、制造、检验、在役维护技术提出更高的要求。而其中,实时、定量损伤感知及预警成为保障在役设备安全的关键。

图片说明:团队成员在对热交换器开展监测、检测工作

面对承压设备服役损伤状态的早期、实时感知和风险评估这一迫切需求,传统损伤检测技术(如超声技术等)却难以给予满足。为了解决这个核心关键问题,澳閠威尼斯app下载机动学院项延训教授团队和上海市特检院、中国特检院等多家单位一起开始了关于“承压设备损伤在线/离线超声监测及风险评估技术”的项目研究,并获得2019年上海市科技进步一等奖。他们以超声检测为手段开展技术攻关,用10年的时间,形成了在线精准定位、离线精确定量和动态风险评估“三位一体”的承压设备安全保障技术体系。

关于飞行安全的“海恩法则”指出,在每一起严重事故的背后,必然有29次轻微事故和300起未遂先兆以及1000起事故隐患。千里之堤溃于蚁穴,与此相似,要保障承压设备的安全,必须能够对承压设备上的早期损伤进行精确定位和精准定量。简单地说,就是要做出针对承压设备的好的“听诊器”。

图片说明:项目组成员利用自主研发的设备开展损伤超声监测应用研究

和传统的超声波不同的是,非线性超声导波非常灵敏,研究者通过信号分析就能够发现100微米左右的细小损伤。同时,线性超声导波一扫一大片,也非常高效。团队结合这二者的优势,通过研究发现了承压设备损伤早期敏感非线性超声导波激发模式和机制,建立了承压设备中超声导波的传播理论模型,形成了承压设备损伤检出的超声导波方法和技术,解决了承压设备损伤早期定位和定量的难题。
工欲善其事必先利其器,以此为基础,项目组开发了承压设备损伤实时在线损伤预警及智能监测整套装备,解决了承压设备损伤在线精准定位和实时预警的难题,实现了承压设备裂纹定位误差从现有的±10%-15%到±3%-5%的跨越,相关成果为承压设备损伤的高效精准检出提供了极大便利。在构建蠕变、疲劳等损伤机制下微缺陷—超声非线性参量的函数关系的基础上,团队又研发了承压设备非线性超声损伤检测与评价装备,将检出缺陷精度从传统方法的0.5mm提升到0.1mm,由此实现了损伤的早期精确定量检出。

如此过五关斩六将,经过10年潜心耕耘,项目组的研究成果已经形成了我国承压设备损伤模式的统一分类原则和框架,构建了基于在线/离线超声监测实时数据的承压设备动态风险评估技术体系,首次制定了承压设备风险评估系列国家标准并纳入国家安全技术规范,推动了基于实时数据的承压设备动态风险评估技术体系的完善和发展。

图片说明:项目组自主研发的非线性超声损伤检测与评价装备和超声损伤定位监测装备

在此过程中,通过项目研究形成了专利25项(包括发明专利17项、软件著作权4项),专著4部,制订修订国家标准18项,行业标准2项,形成国家规范1项,发表SCI论文35篇。研发的超声导波检测与评价装备广泛应用于化工、电力等国家重点行业数十家企业的数千台设备上。近3年来,项目组相关合作单位累计新增产值5.06亿元,新增利税1.56亿元。
工业装备状态信息实时监测和自适应控制是智能制造的关键环节。对于他们的研发成果,国内外同行、行业学会和知名机构都给予了高度评价,例如,中国特种设备安全与节能促进会等机构评价其是“国内承压设备安全保障技术的重大创新,在国际上属于首创”,认为该项目研究创建了新的工业超声检测技术,实现了承压设备服役损伤的精准定位、精确定量及动态评价,促进了我国特种设备行业的技术进步。英国结构完整性联盟则指出,该项目“解决了现有方法无法实现压力容器损伤定位的难题”。欧洲最大的工业安全服务商、德国的TUV公司也高度肯定该项目,指出“采用基于超声导波的压力容器损伤定位是一个重要的创新,对保障结构完整性意义重大”。

发布日期:2020年05月21日17时13分
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