早前，由合肥通用機(jī)械研究院（以下簡(jiǎn)稱“合肥通用院”）主導(dǎo)完成的“重型壓力容器輕量化設(shè)計(jì)制造關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用”項(xiàng)目榮獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。 “對(duì)合肥通用院來說，2017年是創(chuàng)新成果豐收的一年！ ”中國(guó)工程院院士、合肥通用院院長(zhǎng)陳學(xué)東告訴記者，該成果不僅榮獲2017年國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，還獲得2017年中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì) “綠色制造技術(shù)創(chuàng)新一等獎(jiǎng)”。由于該項(xiàng)新成果的推廣應(yīng)用，使得我國(guó)每年大量新增的千噸級(jí)重型壓力容器平均“瘦身”10%，產(chǎn)生數(shù)以百億計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益。

　　壓力容器越來越大行業(yè)發(fā)展急需“減重”

　　壓力容器是具有潛在泄漏和爆炸危險(xiǎn)的承壓類特種設(shè)備，廣泛用于煤炭、石油化工、天然氣等能源工業(yè)領(lǐng)域。為提高效率、降低成本，我國(guó)能源工業(yè)壓力容器不斷向重型化方向發(fā)展，最大壁厚達(dá)數(shù)百毫米、單臺(tái)重量超千噸。壓力容器重型化不僅導(dǎo)致材料消耗巨大（我國(guó)每年耗鋼數(shù)千萬噸）、加工制造困難（甚至超出現(xiàn)有設(shè)計(jì)制造能力），而且可能產(chǎn)生新的失效模式和機(jī)理，存在重大安全事故隱患。近年來，國(guó)內(nèi)外都曾多次出現(xiàn)重型壓力容器失效事故，甚至有的超大壁厚壓力容器由于設(shè)計(jì)制造能力限制，存在先天性裂紋，材料韌性差，設(shè)備在水壓試驗(yàn)過程中就發(fā)生了脆性斷裂?！疤筇睾茈y制造，既耗能耗材也不安全。 ”因此，如何在確保本質(zhì)安全前提下實(shí)現(xiàn)重型壓力容器輕量化，已成為壓力容器裝備制造業(yè)突破現(xiàn)有設(shè)計(jì)制造能力瓶頸、提高產(chǎn)品國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力、實(shí)現(xiàn)節(jié)能節(jié)材的必然選擇。陳學(xué)東告訴記者，在實(shí)施“重型壓力容器輕量化設(shè)計(jì)制造關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用”項(xiàng)目之前，我國(guó)大型加氫反應(yīng)器、大型換熱器、深冷儲(chǔ)運(yùn)容器等重型壓力容器不但自重大、耗材多、產(chǎn)品缺乏國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，而且壽命低可靠性差，難以滿足重大工程建設(shè)需求。

　　從跟跑并跑到局部領(lǐng)跑創(chuàng)造多項(xiàng)國(guó)內(nèi)國(guó)際第一

　　從2010年開始，合肥通用院聯(lián)合行業(yè)科研機(jī)構(gòu)圍繞重型壓力容器輕量化設(shè)計(jì)制造技術(shù)，開展“產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同攻關(guān)，取得卓有成效的創(chuàng)新成果。他們開發(fā)了高溫、高壓、臨氫、深冷等苛刻環(huán)境壓力容器性能測(cè)試裝置，通過大量試驗(yàn)和工業(yè)驗(yàn)證，研究極端條件下材料適應(yīng)性，建立損傷評(píng)價(jià)技術(shù)方法，提出材料純凈度、均勻性等指標(biāo)控制要求，減小材料性能的不確定性；系統(tǒng)研究了38種典型材料與83種損傷機(jī)理之間的關(guān)聯(lián)規(guī)律，建立了基于全壽命周期風(fēng)險(xiǎn)控制的設(shè)計(jì)制造與維護(hù)方法；在此基礎(chǔ)上，科學(xué)調(diào)整了壓力容器許用強(qiáng)度系數(shù)，被國(guó)家安全技術(shù)規(guī)范和基礎(chǔ)性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)采納。

　　針對(duì)石油化工、煤化工裝置大型加氫反應(yīng)器，科研人員奮力攻關(guān)，解決了基于壽命的高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)定、400mm厚壓力容器冷熱裂紋控制等技術(shù)難題，研制出國(guó)產(chǎn)首臺(tái)輕量化大型加釩鋼制加氫反應(yīng)器，應(yīng)用于中石油廣西石化400萬噸渣油加氫裝置，產(chǎn)品的節(jié)材效果和安全性能均優(yōu)于國(guó)內(nèi)外同行，之后產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)石油化工、煤化工企業(yè)推廣，并出口印度、伊朗等“一帶一路”沿線國(guó)家。針對(duì)集反應(yīng)、傳熱于一體的超大型管殼式換熱器，攻克了傳熱流動(dòng)與強(qiáng)度剛度協(xié)同設(shè)計(jì)、大型碟形薄管板組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、大直徑薄壁換熱管流致振動(dòng)控制、薄管板和薄壁換熱管可靠連接等關(guān)鍵技術(shù)，研制出國(guó)際首臺(tái)輕量化超大型丁辛醇換熱器，創(chuàng)造性地將管板厚度由260mm減薄至40mm，節(jié)材 20%以上，產(chǎn)品應(yīng)用于山東兗州煤礦、天津渤?；さ榷嗉移髽I(yè)。針對(duì)低溫深冷儲(chǔ)運(yùn)容器，突破基于常溫性能的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，首創(chuàng)基于材料低溫性能的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法，研制出國(guó)際首臺(tái)550m3、-196℃輕量化深冷儲(chǔ)運(yùn)容器，節(jié)材25%至45%?！巴l(fā)達(dá)國(guó)家相比，現(xiàn)在我國(guó)重型壓力容器輕量化設(shè)計(jì)制造技術(shù)已實(shí)現(xiàn)從跟跑到整體并跑、局部領(lǐng)跑的跨越。 ”陳學(xué)東自豪地說。

　　平均瘦身10%每年少用數(shù)百萬噸特鋼

　　壓力容器輕量化相關(guān)產(chǎn)品與技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于能源、石化等行業(yè)龍頭企業(yè)，包括中國(guó)一重、中集集團(tuán)、中石化洛陽院、寰球工程公司、查特工業(yè)、TaylorWarton等國(guó)際領(lǐng)先的容器設(shè)計(jì)制造單位，以及中國(guó)三大石油公司、全球四大氣體公司等國(guó)際著名的容器使用單位，產(chǎn)品國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)85%以上，并出口澳大利亞、印度、伊朗等20多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，輕量化深冷儲(chǔ)運(yùn)容器的全球市場(chǎng)份額從0躍升至30%，成果應(yīng)用取得顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。中石油煉化分公司提供的用戶反饋函指出，合肥通用院為廣西石化、云南石化、華北石化等中石油所屬企業(yè)提供的40多臺(tái)輕量化大型加氫反應(yīng)器，累計(jì)節(jié)約設(shè)備直接投資約5億元。

　　可別小看重型壓力容器輕量化這個(gè)創(chuàng)新，它所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益十分巨大。陳學(xué)東給記者算了一筆賬：我國(guó)每年新增壓力容器需消耗高強(qiáng)度特殊鋼材數(shù)千萬噸，按平均減重10%計(jì)算，每年減少壓力容器用鋼數(shù)百萬噸，僅此一項(xiàng)可為企業(yè)節(jié)省開支數(shù)百億元，這還沒算制造過程中能耗與人工成本的下降。