合肥通用机械研究院历时年攻克极端条件下重要压力容器

合肥通用机械研究院历时9年，攻克极端条件下重要压力容器的技术难题，捧得国家科技进步一等奖 ——

合肥通用机械研究院为新疆独山子石化公司设计建造的百万吨乙烯工程低温储罐。吴国俊 摄

本报记者 汪永安

1月9日上午，北京人民大会堂。合肥通用机械研究院院长陈学东研究员站在领奖台上，捧回了2014年度国家科技进步一等奖的奖励证书。为了这一天，陈学东和他的科研团队整整奋战了9年。

九年磨一剑——

夜以继日攻关，打破重要压力容器依赖进口的局面

合肥通用机械研究院此次获得一等奖的项目，是由该院主持完成的“极端条件下重要压力容器的设计、制造与维护”。陈学东告诉记者，压力容器是具有一定压力边界，广泛用于石化、电力、冶金、燃气等过程工业以及国防军工等领域的承压类特种设备，一旦发生失效破坏，将会产生爆炸、火灾、环境污染等灾难性事故。截至2013年底，我国在用固定式压力容器301.12万台、气瓶14387万只、压力管道89.83万公里，保证它们长周期安全运行意义重大。

陈学东常说，国家和企业的需求，就是我们科研的动力和目标。合肥通用机械研究院针对保障极端条件下压力容器安全运行的科研攻关，从上世纪90年代中期就开始了，并先后5次获得国家科技进步二等奖。合肥通用机械研究院等单位研究解决了在用含缺陷压力容器在典型腐蚀介质环境下的应力腐蚀、腐蚀疲劳、氢损伤、失效预测和预防技术难题，对我国万台压力容器设备年事故率由上世纪90年代的2.5下降到2005年的0.8做出了重大贡献。

本世纪初以来，伴随能源工业装置大型化和工艺介质含硫含酸加剧，压力容器面临严峻的极端条件考验，即高温、高压、深冷、复杂腐蚀等极端服役环境和超大直径、超大壁厚、超大容积等极端尺度，传统的压力容器技术标准所确定的设计边界和设计准则已不能适应工程需求。我国一些重要压力容器要么国内不能生产，要么寿命与可靠性低，千万吨炼油、百万吨乙烯、大型煤化工、液化天然气集输等国家重大工程建设急需的大量关键设备不得不依赖进口。为此，合肥通用机械研究院自2005年以来，在国家“863”重点项目等课题的支持下，联合国内20多家单位、100多人开展攻关；历时9年，通过系统的理论分析和试验研究，在极端服役环境和极端尺度压力容器的设计边界拓展、设计准则提出、全寿命服役风险的预测和控制、重大装备国产化等方面取得了突破，不仅满足了百万吨乙烯、千万吨炼油、大型煤化工等国家重大工程建设需求，而且在使我国万台事故率由0.8下降到0.4中，做出了一份贡献。

敢啃“硬骨头”——

攻克高温、高压、深冷、腐蚀等极端条件下的研制难题，技术达到世界先进水平

2008年，天津石化、镇海炼化等百万吨大型乙烯工程在建设中遭遇了外国厂商技术上“卡脖子”，当时外商因种种原因拒绝向我国提供制造低温乙烯球罐用钢板，而国产钢板尚无成熟应用的业绩，这些工程面临着停工的窘境。合肥通用机械研究院主动接下这块难啃的“硬骨头”，陈学东科研团队夜以继日全力攻关，终于在较短时间完成了长寿命、高可靠性钢制2000立方米低温乙烯球罐的研制，技术上达到国际先进水平，在极端条件下重要压力容器研发上迈出了关键的一步。

接下来，陈学东研究团队探明了极端条件压力容器设计制造与全寿命周期服役风险演化的内在联系，率先提出基于全寿命风险控制的极端条件压力容器设计制造工程技术方法，在设计制造早期采取材料控制、结构改进与制造工艺优化等措施降低压力容器的服役风险。

科研人员攻克了高韧性材料开发、焊接热处理工艺筛选等多项难题，完成了6类重要压力容器的首台套国产化研制，包括世界首台直径达3.7米的大型镍基合金B3容器，世界首台换热面积达7000平方米的低温缠绕管式换热器，国产首台直径达7米、锻件厚度400mm的环氧乙烷反应器，容积达3万立方米的深冷天然气单容罐，容积达15万立方米的超大型原油储罐，直径630mm、压力达2MPa的钢丝增强复合管，为我国千万吨炼油、天然气集输、大型煤化工、战略石油储备等重大工程建设提供了长寿命、高可靠性的重大装备，打破了发达国家封锁，保障了装置长周期安全运行。

项目研制的极端条件下重要压力容器，部分产品质量甚至优于国际先进水平。大型环氧乙烷反应器是乙烯工业中至关重要的强化传热反应容器，尺寸大，管板厚，介质有应力腐蚀倾向。原先都是由美国科学设计公司设计、日本石川岛播磨公司制造，但他们为全世界制造的16台环氧乙烷反应器仅用不到两年就大多发生开裂，其中给我国上海石化制造的2台反应器使用不到一年也发生了开裂。而合肥通用院在全寿命风险识别与控制的基础上，解决了抗应力腐蚀设计与大尺寸管板焊接变形控制、焊接残余应力消减技术难题，研制的环氧乙烷反应器已在扬子石化安全使用3年，仍在服役，已在十多家企业推广，创造产值10多亿元。

铸造“安全阀”——

助力压力容器设备事故率大幅下降，产生直接、间接经济效益超百亿元

据统计，“极端条件下重要压力容器的设计、制造与维护”成果已在全国30多个省市自治区的1000多套装置、数十万台容器上得到应用，涵盖石油化工、煤化工、燃气、化肥、军工等领域，涉及2000多家压力容器设计制造企业，覆盖中石油、中石化所属全部炼化企业，以及数十家煤化工、燃气、化肥等用户企业。近3年取得直接经济效益32.8亿元，间接效益150余亿元。

石油化工、冶金电力等行业都是“极端条件下重要压力容器的设计、制造与维护”项目的受益者。上述行业都需要一种能承受极端高压的储运罐等容器，而为这些容器装上高性能、高稳定性的“安全阀”，一直是众多专家苦心研究的问题之一。陈学东研究团队在国内率先开展石化装置与城市燃气储配系统工程风险评价与控制技术研究与应用，为石化、燃气、冶金、电力等过程工业装置长周期安全运行提供关键技术保障。成果应用带来我国石化装置检维修理念和方式的一次变革，石化装置连续不停车周期从过去的1年至2年延长到现在3年至6年，使得我国石化装置在运行风险降低的条件下年检维修费用降低了15%至35%，仅中石油、中石化两大石油化工集团每年节约检维修费用就超过45亿元。

创新永远在路上。谈到项目成果的应用前景，陈学东表示，未来在电力、冶金、高压储氢、深海探测、航空航天等领域极端条件越来越苛刻，压力容器的制造难度也越来越大，他将和同事一起创新不停步，攻坚攀高峰，挑战每一个可能遇到的极端条件，为社会创造更大价值。

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