能化大型承压装备的“长寿”密码——记科技进步一等奖重大承压设备分布式热源局部热处理技术、装备及应用

　　解决多项大型承压设备的局部热处理国际难题，提升我国重大承压设备的制造质量和服役安全，这是“重大承压设备分布式热源局部热处理技术、装备及应用”项目的重要意义。该项目由中国石油大学(华东)与中国石化工程建设有限公司等国内顶尖承压设备设计、制造单位合作完成，于近日荣获2023年度中国石油和化学工业联合会科学技术奖科技进步一等奖。以曹湘洪院士为组长的鉴定委员会认为：该成果整体达到国际先进水平，其中焊接残余应力调控理论与主副加热局部热处理技术处于国际领先水平。

　　近十年，随着“千万吨炼油、百万吨乙烯、百万千瓦核电”等国家重大战略实施，承压设备作为支撑石化、核电等能源工业的关键装备，逐渐向大型化的方向发展。然而，极端尺寸下的承压设备难以实现整体热处理，只能采用分段制造、分段热处理和总装焊缝局部热处理的方式代替，但传统局部热处理方法残余应力消除率低，国内局部热处理标准未考虑直径的影响、仅规定了壁厚小于50毫米承压设备的热处理工艺，国际标准规定的加热带过宽、现场无法实施，无法满足超大承压设备高可靠性制造的需求。“这个问题不改善，很难减少开裂造成的安全问题。”该项目的主要负责人中国石油大学(华东)蒋文春教授说。

　　为此，蒋文春团队首先在残余应力调控理论方面进行突破，建立了重大承压设备焊接残余应力计算方法。他们针对传统单加热局部热处理方法没有规定壁厚大于50毫米承压设备热处理工艺的问题，提出加热带宽度、隔热带宽度的计算公式，革新了传统单加热局部热处理技术，由此重新科学设计了不同宽度的卡式炉，大幅降低了能耗，保证了热处理效果。

　　同时，传统大型承压设备的局部热处理时也会出现内壁残余应力不降反升的现象。究其原因是在热处理冷却过程中，焊缝收缩，引发“收腰”变形，内表面产生新的二次拉应力，在服役时与腐蚀介质接触，易导致应力腐蚀开裂事故，严重限制了超大承压设备的高质量发展。

　　经过长期探索，蒋文春团队将收腰变形现象映射到残余应力调控方面，在实践中进行了多个实际工程部件的测试及数百个模型的数值模拟，得到了副加热施加区域最佳位置与设备尺寸的具体关系，阐明了温差与加热带宽度、壁厚之间的关系，建立了包括主副加热带温度、宽度、间距三个关键工艺参数的应力控制设计准则，首创了主副加热分布式热源局部热处理技术，解决了传统方法加热带过宽及无法消除内表面拉应力的难题，实现了整体残余应力降低70%以上、比现有方法提高40%，内表面产生了压应力，显著降低了应力腐蚀开裂的风险。这项突破性的热处理技术被工业界称为“蒋氏热处理方法”，改变了超大承压设备传统制造方式，推动其从“能制造”迈进了“高质量制造”的新阶段。

　　长期以来，蒋文春团队与设计院及制造厂联合攻关、发展相关技术，并协同推进技术的应用，使之成为了大型承压设备制造的共性关键技术。该技术已在中国石化工程建设有限公司、中国一重等11家龙头设计、制造单位得到了应用，成功制造了核电钢制安全壳、核反应堆压力容器、石化加氢反应器、超大塔器、高压换热器等千余台重大承压设备，包括全球最大3037吨浆态床加氢反应器、全球最大常压塔等，打破了世界核电、石化装备的多项极限制造纪录。

　　该项目的成功实施不仅体现了我国在大型承压设备制造领域的领先技术水平，同时也为全球相关行业的发展提供了重要参考和借鉴，提升了我国能源工业的国际竞争力。基于该技术的大量成功应用经验，项目团队共同制订了多项标准，其中，《承压设备局部焊后热处理规程》获得了2022年CSTM团体标准贡献奖，并入选工信部百项团体标准应用示范项目。