溫差小于20℃，殘余應(yīng)力和變形實現(xiàn)降低70%，容器內(nèi)外壁沒有產(chǎn)生裂紋。這是中國石油大學(xué)(華東)蔣文春教授團隊自主研發(fā)的主副加熱分布式熱源局部熱處理技術(shù)帶來的變化。

“此項技術(shù)一經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，就破解了寧波天翼石化重型設(shè)備制造有限公司在世界最大常壓塔因采用歐盟設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)而現(xiàn)場無法施工的難題。”蔣文春告訴科技日報記者，分布式熱源局部熱處理技術(shù)改變了傳統(tǒng)局部熱處理方式，有效緩解了當(dāng)前承壓設(shè)備熱處理后開裂的困境。

突破局部焊后熱處理技術(shù)壁壘

記者了解到，超大承壓設(shè)備的極端尺寸必然也帶來極大的制造難題：受熱處理爐和現(xiàn)場條件的限制，無法整體熱處理，只能采用分段制造、分段熱處理和總裝焊縫局部熱處理的方式。但采用局部焊后熱處理難以保證溫度均勻性，仍會產(chǎn)生“收腰”變形，內(nèi)壁焊接接頭殘余應(yīng)力無法消除，導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂、再熱裂紋等安全隱患依然屢見不鮮，甚至產(chǎn)生火災(zāi)、爆炸等災(zāi)難性事故。

如何突破超大承壓裝備局部焊后熱處理的技術(shù)壁壘?作為能源裝備制造專家，蔣文春率先“吃螃蟹”，發(fā)力科研攻關(guān)。針對超大壁厚承壓設(shè)備局部熱處理溫差無法控制的難題，蔣文春發(fā)明了中頻感應(yīng)加熱熱處理設(shè)備，提出了步進式溫度調(diào)控方法，實現(xiàn)熱處理壁厚突破352毫米，熱處理總時間縮短43%，溫差低于14℃，遠(yuǎn)小于國家標(biāo)準(zhǔn)40℃的要求;進而提出了“筋板加固剛—柔協(xié)同控制方法”及防開裂設(shè)計準(zhǔn)則，已成功用于國和一號CAP1400核電站鋼制安全局部熱處理。

在上述技術(shù)的基礎(chǔ)上，蔣文春建立了主副加熱分布式熱源局部熱處理技術(shù)，巧妙地利用熱處理過程中的反變形原理，通過主加熱過程實現(xiàn)焊接接頭組織改善、提高材料性能，通過施加副加熱帶調(diào)控內(nèi)壁應(yīng)力，從而首次實現(xiàn)了焊接接頭組織、性能以及內(nèi)表面殘余應(yīng)力的多尺度同步調(diào)控以及對焊接接頭內(nèi)壁殘余應(yīng)力的調(diào)控。

科研攻關(guān)路上的堅守與創(chuàng)新

主副加熱局部熱處理技術(shù)的研發(fā)成功，是蔣文春團隊十幾年來堅守與開拓的結(jié)果。蔣文春表示，他和他的團隊首先實現(xiàn)了理論上的突破，提出了多場耦合集成計算技術(shù)，實現(xiàn)了超大承壓設(shè)備殘余應(yīng)力的精準(zhǔn)高效計算，并建立了變波長中子衍射殘余應(yīng)力測試技術(shù)，突破了中子測試厚度的局限，從而為超大承壓設(shè)備局部熱處理技術(shù)的改進奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。結(jié)合創(chuàng)新性的計算理論及測試方法，蔣文春發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)熱處理后焊縫內(nèi)壁應(yīng)力無法有效消除，同時在距離焊縫不遠(yuǎn)處出現(xiàn)與焊縫附近相反的應(yīng)力分布規(guī)律。

經(jīng)過長期深入的探索，他和團隊發(fā)現(xiàn)這正是由熱處理過程宏觀變形而產(chǎn)生的收腰變形現(xiàn)象，他們將該現(xiàn)象映射到殘余應(yīng)力調(diào)控方面，持續(xù)數(shù)月進行了多個實際工程部件的測試及數(shù)千個模型的數(shù)值模擬，得到了副加熱施加區(qū)域最佳位置與設(shè)備尺寸的具體關(guān)系，從而提出了主副加熱分布式熱源局部熱處理技術(shù)。

“披星戴月的工作狀態(tài)早已成為了家常便飯。”蔣文春告訴記者，實驗成功后，他和團隊力求將該技術(shù)推廣應(yīng)用至石化制造熱處理環(huán)節(jié)，然而一項新技術(shù)的推廣面臨眾多難題。本同意該技術(shù)實施應(yīng)用的企業(yè)，還是因為擔(dān)心安全問題放緩了進程。為此，他和團隊成員常駐該企業(yè)，幾乎每日都去和企業(yè)洽談、匯報，在長達1個多月的堅持下，終于同意將該技術(shù)在現(xiàn)場應(yīng)用。而在炎熱的夏季，溫度高達近40攝氏度，他和團隊成員在容器內(nèi)部工作，汗水多次把衣服浸透，甚至多次經(jīng)歷中暑的問題。但悶熱、塵土飛揚的工作環(huán)境并沒有難倒他們的團隊，他們最終心里只有一個目標(biāo)，要將該技術(shù)推廣至整個石化行業(yè)。正是有了這樣的信念，讓他們突破萬難，最終在長達3天的筒體內(nèi)部工作后，將此技術(shù)落地。

成果從國內(nèi)走向“一帶一路”

“主副加熱分布式熱源局部熱處理技術(shù)是超大承壓裝備局部熱處理開創(chuàng)性、革命性的技術(shù)，”中國石化工程建設(shè)有限公司王金光表示，“該技術(shù)是一次重大的技術(shù)突破，已被工業(yè)界譽為蔣氏熱處理技術(shù)。”

為使這項新技術(shù)成果盡快產(chǎn)業(yè)化，蔣文春和團隊成員們深入了全國數(shù)百家承壓設(shè)備制造單位，從宣講到實施技術(shù)，再到后期爬上高聳的塔上、進入悶熱的筒體內(nèi)驗證技術(shù)，征途上灑滿了汗水，但從沒有人想過放棄。

技術(shù)成功落地應(yīng)用后，在業(yè)內(nèi)得到了強烈的反響，獲得了承壓設(shè)備設(shè)計制造行業(yè)的認(rèn)可和推廣。目前，該項技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于中國二重、蘭石重裝等120家企業(yè)700余臺(套)設(shè)備，有效提升了我國自主制造的承壓設(shè)備質(zhì)量，助力數(shù)個大國重器的制造，提高了我國承壓設(shè)備生產(chǎn)在國際上的威信力。

此項技術(shù)在全球最大常壓塔、在“一帶一路”沿線國家——尼日利亞全球最大單系列煉廠——3250萬噸/年的尼日利亞丹格特(Dangote)煉油廠中應(yīng)用。蔣文春說，目前該技術(shù)在日本、德國、俄羅斯等12個國家得到了推廣應(yīng)用。

如今，蔣文春團隊與中國石化工程建設(shè)有限公司等20余家單位一同制定申請了《承壓設(shè)備局部焊后熱處理規(guī)程》。中國特檢院、全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會組織的審定專家組評價該標(biāo)準(zhǔn)為“國際上首次對承壓設(shè)備局部焊后熱處理進行系統(tǒng)性的規(guī)定”。

(本報記者 王健高 通 訊 員 萬 娛 田 鴿)