我国石化、火电、核电等能源领域的核心装备在上个世纪八九十年代开始被大批量投入生产,截至目前已经接近甚至超过其初始设计寿命(超期服役)。由于这些设备大都工作在高温、高压和强腐蚀环境等恶劣工况中,其力学性能会随着服役时间的增加而发生明显的老化,导致承载能力下降、失效风险增大。截至2020年底,我国压力容器保有量为439.63万台,另外还有锅炉35.59万台、气瓶1.79亿只、压力管道101.26万公里。根据中国应急管理部的统计估算,我国每年大约发生60起石油化工领域的重大安全事故,其中接近30%的事故和设备老化有关。例如,2015 年某火电厂125MW机组的主蒸汽管道在累计运行 158400h后发生爆裂事故,分析认为超期服役是此次事故的主要原因。因此,超期服役能源装备一直是我国能源企业安全监管的重点对象。在政府发布的诸多文件中,均对能源装备、尤其是特种设备的安全性提出了较高要求。《安全生产标准“十三五”发展规划》中指出,坚持预防为主,提高我国安全生产技术水平。
目前,大型能源装备,如“压力容器”的老化和延寿评估都需要得到材料服役后的力学性能数据。而传统的检测方法具有破坏性,需要在压力容器的关键部位(焊缝、应力集中区)切割取样,然后进行实验测试。破坏也就意味着设备停机,管道停运,导致严重的经济和社会损失。
因此,亟需一种无损检测在役设备力学性能的仪器,来帮助企业科学制定延寿和更换决策。避免盲目更换仍具有使用价值的设备造成不必要的污染和浪费;同时避免使用过度老化的设备带来更大的环境污染和安全隐患。