2020-05-23 02:40 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務
大到石油、化工、核能、電力、航空、航天等行業使用的成套設備和大型裝置，小到醫用氣瓶、民用液化氣鋼瓶，壓力容器已經成為生產和生活中必不可少的產品。目前，我國承壓設備保有量巨大，其中鍋爐40.39萬臺、壓力容器394.6萬臺、氣瓶1.5億隻，壓力管道47.82萬公裡，已經成為當之無愧的承壓設備製造和使用大國。
由於承壓設備服役往往涉及高溫、高壓、腐蝕、輻射等環境，隨之產生的疲勞、蠕變、輻照等損傷成為危及特種承壓設備服役安全、導致爆炸等突發事故的主要因素。隨著承壓設備在極端環境和極端尺度兩個維度上的不斷發展，必然帶來失效模式和機理的改變。為了保障安全，需要開發相應的新設計準則和方法，同時對材料、製造、檢驗、在役維護技術提出更高的要求。而其中，實時、定量損傷感知及預警成為保障在役設備安全的關鍵。
面對承壓設備服役損傷狀態的早期、實時感知和風險評估這一迫切需求，傳統損傷檢測技術（如超聲技術等）卻難以給予滿足。為了解決這個核心關鍵問題，華東理工大學機動學院項延訓教授團隊和上海市特檢院、中國特檢院等多家單位一起開始了關於「承壓設備損傷在線/離線超聲監測及風險評估技術」的項目研究，並獲得2019年上海市科技進步一等獎。他們以超聲檢測為手段開展技術攻關，用10年的時間，形成了在線精準定位、離線精確定量和動態風險評估「三位一體」的承壓設備安全保障技術體系。
關於飛行安全的「海恩法則」指出，在每一起嚴重事故的背後，必然有29次輕微事故和300起未遂先兆以及1000起事故隱患。千裡之堤潰於蟻穴，與此相似，要保障承壓設備的安全，必須能夠對承壓設備上的早期損傷進行精確定位和精準定量。簡單地說，就是要做出針對承壓設備的好的「聽診器」。
和傳統的超聲波不同的是，非線性超聲導波非常靈敏，研究者通過信號分析就能夠發現100微米左右的細小損傷。同時，線性超聲導波一掃一大片，也非常高效。團隊結合這二者的優勢，通過研究發現了承壓設備損傷早期敏感非線性超聲導波激發模式和機制，建立了承壓設備中超聲導波的傳播理論模型，形成了承壓設備損傷檢出的超聲導波方法和技術，解決了承壓設備損傷早期定位和定量的難題。
工欲善其事必先利其器，以此為基礎，項目組開發了承壓設備損傷實時在線損傷預警及智能監測整套裝備，解決了承壓設備損傷在線精準定位和實時預警的難題，實現了承壓設備裂紋定位誤差從現有的±10%-15%到±3%-5%的跨越，相關成果為承壓設備損傷的高效精準檢出提供了極大便利。在構建蠕變、疲勞等損傷機制下微缺陷—超聲非線性參量的函數關係的基礎上，團隊又研發了承壓設備非線性超聲損傷檢測與評價裝備，將檢出缺陷精度從傳統方法的0.5mm提升到0.1mm，由此實現了損傷的早期精確定量檢出。
如此過五關斬六將，經過10年潛心耕耘，項目組的研究成果已經形成了我國承壓設備損傷模式的統一分類原則和框架，構建了基於在線/離線超聲監測實時數據的承壓設備動態風險評估技術體系，首次制定了承壓設備風險評估系列國家標準並納入國家安全技術規範，推動了基於實時數據的承壓設備動態風險評估技術體系的完善和發展。
在此過程中，通過項目研究形成了專利25項（包括發明專利17項、軟體著作權4項），專著4部，制訂修訂國家標準18項，行業標準2項，形成國家規範1項，發表SCI論文35篇。研發的超聲導波檢測與評價裝備廣泛應用於化工、電力等國家重點行業數十家企業的數千臺設備上。近3年來，項目組相關合作單位累計新增產值5.06億元，新增利稅1.56億元。
工業裝備狀態信息實時監測和自適應控制是智能製造的關鍵環節。對於他們的研發成果，國內外同行、行業學會和知名機構都給予了高度評價，例如，中國特種設備安全與節能促進會等機構評價其是「國內承壓設備安全保障技術的重大創新，在國際上屬於首創」，認為該項目研究創建了新的工業超聲檢測技術，實現了承壓設備服役損傷的精準定位、精確定量及動態評價，促進了我國特種設備行業的技術進步。英國結構完整性聯盟則指出，該項目「解決了現有方法無法實現壓力容器損傷定位的難題」。歐洲最大的工業安全服務商、德國的TUV公司也高度肯定該項目，指出「採用基於超聲導波的壓力容器損傷定位是一個重要的創新，對保障結構完整性意義重大」。
作者 | 房樹芬
圖片來源 | 受訪者
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