项目编号	A05-2023-J040
项目名称	长周期运行重型承压设备韧性及蠕变性能小微测试评价关键技术与应用
候选单位	中国特种设备检测研究院 华东理工大学 中特检验集团有限公司
候选人	桂乐乐 钟继如 王汉奎 徐彤 王琼琦 顾宝兰 徐光明 孙超 张雪涛 商学欣 周天宇 于海洋 刘凯 孙永辉
项目简介	承压设备是石油、化工、电力等领域重要支撑装备，量大面广，具有潜在的泄漏和爆炸风险。目前，我国登记重大危险源石化成套装置6549套，其中，投用20年以上重大危险源石化装置占比9.8%，部分石化企业超设计使用年限服役（简称超期服役）压力容器占比甚至超过40%。盲目报废超期服役承压设备不仅会给企业带来沉重负担，也不符合当前“双碳”目标的宗旨。而大型承压设备长期在高温、高压等条件下运行，材质劣化风险不断提高，特别是回火脆和蠕变导致的韧性和强度下降，成为检验和评估的重难点。以加氢反应器为例，其材质脆化主要通过定期监测其挂块试样韧脆转变温度来进行评估，需要消耗大量的材料，届时将面临无试块可用的困境。常规的无损检测可以发现设备的宏观缺陷，但在材料劣化程度的定量评估上仍缺乏有效手段。小微测试可以弥补无损检测方法的局限和不足，在近乎无损的情况下获得在役设备高参数条件下长周期运行后材料退化劣化程度，在在役设备材料性能评价方面具有巨大应用价值。 本项目分别采用小尺寸断裂韧度测试、液压鼓胀和小冲杆测试技术，研究其在长周期运行重型承压设备材料强度、韧性以及蠕变性能的表征和评价，主要创新成果包括： 1.提出了液压鼓胀球缺模型，利用几何和微积分面积法推导出液压鼓胀断裂能的理论解，建立了基于液压鼓胀的冲击韧性评价方法。 2.建立了小试样评价宏观力学性能的临界尺寸准则，提出了利用有限元模拟和混合粒子群算法确定应力-应变曲线的思路，建立了基于数据库的小冲杆强度预测方法。 3.采用反向有限元技术，获得小冲杆测试的Cr-Mo钢材料Norton参数，建立了蠕变强度的参数化测试方法。利用带U型缺口试样和不同方向不同温度下的小冲杆试验，提出了各向异性材料韧脆转变温度的确定以及材料劣化的定量评价方法。 4.研究了试样尺寸和试验温度对主曲线参考温度T0的影响规律，提出了尺寸效应修正方法。 5.提出液压鼓胀最小厚度的测量方法，引入液压鼓胀断裂能和等效断裂应变计算模型，建立工程化的液压鼓胀断裂韧度评价方法。 本项目授权发明专利5项，形成团体标准一项，发表论文15篇，其中SCI/EI论文11篇。成果已应用于中石化、中石油、中广核、国家官网等多家企业成套装置和管道，排除了设备的安全隐患，减少了非计划停车，极大提升了我国重型装置长周期运行的安全保障能力和水平。项目成果应用近三年经济效益和社会效益显著。
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