溫差小于20℃，殘余應力和變形實現降低70%，容器內外壁沒有產生裂紋。這是中國石油大學(華東)蔣文春教授團隊自主研發的主副加熱分布式熱源局部熱處理技術帶來的變化。
“此項技術一經產業化，就破解了寧波天翼石化重型設備制造有限公司在世界最大常壓塔因采用歐盟設計標準而現場無法施工的難題。”蔣文春告訴科技日報記者，分布式熱源局部熱處理技術改變了傳統局部熱處理方式，有效緩解了當前承壓設備熱處理后開裂的困境。
突破局部焊后熱處理技術壁壘
記者了解到，超大承壓設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，仍會產生“收腰”變形，內壁焊接接頭殘余應力無法消除，導致應力腐蝕開裂、再熱裂紋等安全隱患依然屢見不鮮，甚至產生火災、爆炸等災難性事故。
如何突破超大承壓裝備局部焊后熱處理的技術壁壘?作為能源裝備制造專家，蔣文春率先“吃螃蟹”，發力科研攻關。針對超大壁厚承壓設備局部熱處理溫差無法控制的難題，蔣文春發明了中頻感應加熱熱處理設備，提出了步進式溫度調控方法，實現熱處理壁厚突破352毫米，熱處理總時間縮短43%，溫差低于14℃，遠小于國家標準40℃的要求;進而提出了“筋板加固剛—柔協同控制方法”及防開裂設計準則，已成功用于國和一號CAP1400核電站鋼制安全局部熱處理。
在上述技術的基礎上，蔣文春建立了主副加熱分布式熱源局部熱處理技術，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焊接接頭組織改善、提高材料性能，通過施加副加熱帶調控內壁應力，從而首次實現了焊接接頭組織、性能以及內表面殘余應力的多尺度同步調控以及對焊接接頭內壁殘余應力的調控。
科研攻關路上的堅守與創新
主副加熱局部熱處理技術的研發成功，是蔣文春團隊十幾年來堅守與開拓的結果。蔣文春表示，他和他的團隊首先實現了理論上的突破，提出了多場耦合集成計算技術，實現了超大承壓設備殘余應力的精準高效計算，并建立了變波長中子衍射殘余應力測試技術，突破了中子測試厚度的局限，從而為超大承壓設備局部熱處理技術的改進奠定了堅實的理論基礎。結合創新性的計算理論及測試方法，蔣文春發現傳統熱處理后焊縫內壁應力無法有效消除，同時在距離焊縫不遠處出現與焊縫附近相反的應力分布規律。
經過長期深入的探索，他和團隊發現這正是由熱處理過程宏觀變形而產生的收腰變形現象，他們將該現象映射到殘余應力調控方面，持續數月進行了多個實際工程部件的測試及數千個模型的數值模擬，得到了副加熱施加區域最佳位置與設備尺寸的具體關系，從而提出了主副加熱分布式熱源局部熱處理技術。
“披星戴月的工作狀態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推廣應用至石化制造熱處理環節，然而一項新技術的推廣面臨眾多難題。本同意該技術實施應用的企業，還是因為擔心安全問題放緩了進程。為此，他和團隊成員常駐該企業，幾乎每日都去和企業洽談、匯報，在長達1個多月的堅持下，終于同意將該技術在現場應用。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部工作，汗水多次把衣服浸透，甚至多次經歷中暑的問題。但悶熱、塵土飛揚的工作環境并沒有難倒他們的團隊，他們最終心里只有一個目標，要將該技術推廣至整個石化行業。正是有了這樣的信念，讓他們突破萬難，最終在長達3天的筒體內部工作后，將此技術落地。
成果從國內走向“一帶一路”
“主副加熱分布式熱源局部熱處理技術是超大承壓裝備局部熱處理開創性、革命性的技術，”中國石化工程建設有限公司王金光表示，“該技術是一次重大的技術突破，已被工業界譽為蔣氏熱處理技術。”
為使這項新技術成果盡快產業化，蔣文春和團隊成員們深入了全國數百家承壓設備制造單位，從宣講到實施技術，再到后期爬上高聳的塔上、進入悶熱的筒體內驗證技術，征途上灑滿了汗水，但從沒有人想過放棄。
技術成功落地應用后，在業內得到了強烈的反響，獲得了承壓設備設計制造行業的認可和推廣。目前，該項技術已經成功應用于中國二重、蘭石重裝等120家企業700余臺(套)設備，有效提升了我國自主制造的承壓設備質量，助力數個大國重器的制造，提高了我國承壓設備生產在國際上的威信力。
此項技術在全球最大常壓塔、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)煉油廠中應用。蔣文春說，目前該技術在日本、德國、俄羅斯等12個國家得到了推廣應用。
如今，蔣文春團隊與中國石化工程建設有限公司等20余家單位一同制定申請了《承壓設備局部焊后熱處理規程》。中國特檢院、全國鍋爐壓力容器標準化技術委員會組織的審定專家組評價該標準為“國際上首次對承壓設備局部焊后熱處理進行系統性的規定”。
(本報記者 王健高 通 訊 員 萬 娛 田 鴿)
