基于互联网的能源化工设备在线健康状态评估

第二届“互联网+”大赛报名表项目名称基于互联网的能源化工设备在线健康状态评估组别 ☑创意组□初创组□成长组类别□ “互联网+”现代农业☑ “互联网+”制造业□ “互联网+”信息技术服务□“互联网+”商务服务□ “互联网+”公共服务□“互联网+”公益创业项目主持人及成员主持人姓名所在学校毕业时间学历/学位所学专业朱麟西北大学201907研究生/博士学位能源化学工程成员刘剑秋西北大学201807研究生/硕士学位化工过程机械辛甜西北大学201707研究生/硕士学位化工过程机械郭苗苗西北大学201807研究生/硕士学位化工过程机械张琦西北大学201807研究生/硕士学位化学工程潘成飞西北大学201707研究生/硕士学位化学工程指导教师刘新宝西北大学200307研究生/博士学位材料加工工程一、项目简介（500字以内）近年来，雾霾天气在我国频繁出现，空气质量问题已引起全社会高度关注。据国家环保部统计，以北京为例，雾霾颗粒中燃煤、扬尘、工业总占比高达50%，大气污染重压之下，减煤是最根本的治污手段，提高燃煤效率迫在眉睫。为解决环境问题，国内石油化工和能源动力等行业使用的旧机组正陆续升级为超临界、超超临界机组，部分运行时间已达到20万小时，有的甚至高达30万小时。调查发现，大多数高温环境承载构件的失效是由高温、高压作用引起的高温蠕变所致。因此，为保证构件设备的安全可靠运行，对服役构件的蠕变状态进行准确、可靠评估，进而预测高温构件的蠕变寿命就显得相当重要。相对于传统的基于唯象理论方法，本项目将材料蠕变过程中微观结构损伤的演化与蠕变宏观参数化表征方法结合起来，为化工设备的损伤状态及寿命进行量化评估提供了可靠依据。

二、项目实施背景随着能源短缺与环境问题的日益突出，迫使火电厂机组运行条件向高温、高压方向发展。目前国内外火电厂多采用超临界甚至超超临界发电技术来缓解能源问题以及环境问题，并且有向更高参数、更大容量方向发展的趋势，以此来满足工业化和现代化建设对电力持续增长的需求。目前，9Cr-1Mo耐热钢已用于丹东电厂（2×350 MW）、鸭河口电厂（2×350 MW）、盐城电厂（6×500 MW）、聊城电厂（2×660 MW）、洛磺电厂（2×350 MW）、珠海电厂（2×700 MW）、邹县电厂（2×600 MW）、梅洲湾电厂（2×300 MW）、外高桥电厂（2×900MW）等工程中。在这些超（超）临界机组以及其他石油化工和能源冶金等领域，许多金属构件长期服役在高温高压条件下，所用材料的内部组织和综合力学性能都会随时间的增长发生巨大的变化，从而导致构件的寿命大幅度降低，最终导致失效破坏。调查发现，大多数高温环境承载构件的失效是由高温、高压作用引起的高温蠕变所致，而高温蠕变过程在实际环境中是十分缓慢的，因为是金属组织内部微观结构的演化，因此一般不易察觉。但是，一旦裂纹扩展到金属构件表面，蠕变断裂过程将会相当迅速，将导致金属构件发生意外断裂，可能附带引起火灾或连续爆炸，更严重的是有可能造成极大的人身伤亡事故，这样将会导致灾难性的后果和重大的经济损失。因此，为了避免不必要的伤亡事故以及重大的经济损失，对高温服役构件的蠕变状态进行准确、可靠地评估，进而预测其蠕变寿命就显得相当重要。相对于传统的基于唯象理论的等温线外推法、L-M法及θ投影法，本项目将材料在蠕变过程中微观结构损伤的演化与其他测试方法结合起来，借助非线性超声技术、内耗、X-射线衍射技术、磁滞回线检测技术以及硬度测量等宏观表征参数，结合光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射技术（EBSD）以及透射电子显微镜（TEM）等微观检测手段，将实验观察与分析技术结合起来，从而定义若干与蠕变微观结构演化相关的参数，对整个蠕变行为进行评估。参数化表征蠕变状态方法对保证设备的安全运行，降低生产成本等方面有重要作用。虽无法达到快速预测材料高温蠕变寿命的目的，但可利用上述表征方法研究相关参数随材料蠕变损伤演化的变化规律，建立高温蠕变损伤表征方法，从而为服役构件的剩余寿命进行量化表征提供一定的依据。