概述

竖炉临氢部件损伤评估与防泄漏基础研究，有临氢材料评价、监测的设备和经验

需求详情

背景：国内外大部分大型钢铁企业基于政府双碳政策压力和强烈的社会责任感均在氢冶金方面进行布局，但大多都未能稳定运行或者处于规划阶段。中国宝武率先建成了全球首套百万吨级氢基竖炉，以此探索氢冶金多种技术难题的解决方案。湛江氢基竖炉是HYL工艺，完成了大部分设备的国产化，但对于加热炉、炉管材料等核心设备处于进口状态。由于气源结构的变化，对于临氢部件的力学性能、高温性能要求发生较大的变化。目前没有国内仍没有可参考的氢基竖炉稳定运行生产的工业数据，随着投产以后的长期运行，随之而来会面临临氢材料的高温氢损伤以及临氢部件的高温安全服役等方面的技术问题。需求描述：（1）临氢材料宽温域条件下的损伤评估及防护，基于氢基竖炉生产工况，开展临氢管道、加热炉换热管等材料的力学性能测试，揭示相关材料在不同温区的氢致损伤敏感性，通过先进表征技术，揭示材料临氢环境下微观组织特征，厘清材料在宽温域下的损伤机理，并提出相应防护措施。（2）临氢管道的寿命预测与安全评定，通过高温临氢管道氢浓度与氢扩散模拟，以此识别关键高温临氢材料的缺陷与氢扩散；基于损伤机理和连续损伤力学理论，构建高温氢-蠕变耦合损伤模型，开发相应的数值模拟技术，得到实际工况下典型临氢部件的损伤分布；开展高温蠕变裂纹扩展速率试验，预测高温临氢部件的裂纹扩展时间及使用寿命，建立关键高温临氢管道失效评定曲线和适合于工程应用的安全评定流程。（3）临氢紧固密封件的性能评估与泄漏率在线监测，选取湛江现有氢基竖炉3个典型密封点的高温临氢阀门垫片，获得不同试验温度下垫片的压缩回弹曲线和以及不同载荷下的力学试验数据，建立垫片应力与泄漏率之间的关系，实现螺栓法兰连接泄漏率的预测。选取一个密封件的连接危险部位，利用声发射检漏或光纤光栅传感技术在线监测螺栓力的方法，实现该处可拆式连接泄漏率的在线监测。技术要求：指标1:力学性能数据有效数据点（包含临氢环境下材料屈服强度、拉伸强度、延展性、断面收缩率，氢致损伤敏感性等力学性能数据），当前为：无，拟达到：大于等于30；指标2:高温蠕变条件下的裂纹扩展数据（材料在高温蠕变条件下，裂纹的扩展情况），当前为：无，拟达到：大于等于30；指标3:螺栓法兰连接泄漏率预测（通过建立高温下垫片密封的泄漏率预测模型，基于在线监测数据的螺栓法兰连接泄漏率的预测准确率），当前为：无，拟达到：大于等于80%；指标4:适合于工程应用的高温临氢管道安全评定方法（评估临氢管道的安全使用的方法），当前为：无，拟达到：1套；指标5:密封件危险部位在线监测（选取含有密封件的连接危险部位，利用声发射检漏或光纤光栅传感技术在线监测螺栓力的方法，实现该处可拆式连接泄漏率的在线监测），当前为：无，拟达到：1个；