酸性氨热法是实现大尺寸、高品质氮化镓单晶规模化生产的重要技术路径,其苛刻服役工况对氮化镓单晶制备用高温超高压反应釜设计和制造提出了极高要求。本文首先介绍了高温超高压反应釜的设计需求,明确了反应釜的潜在失效模式,阐述了高温超高压容器强度设计、高温超高压密封、高强韧镍基高温合金异型筒体锻件研制、基于热等静压的扩散连接等设计制造关键技术以及反应釜检验检测与使用情况,最后针对更大直径反应釜研制提出了相关研究建议。

深层—超深层、“三高”（高温、高压、高含硫）及含砂等复杂气井的加速开发,使采气井口阀门长期处于大压差节流、强冲蚀及多介质耦合腐蚀的极端服役环境,其运行可靠性已成为制约气田安全稳产与高效开发的关键因素。围绕超高压采气井典型工况,系统归纳了井口阀门在服役过程中的主要失效模式与损伤演化特征,重点阐明了流道冲蚀、空化侵蚀、腐蚀疲劳及其多因素耦合作用机理。在此基础上,综述了近年来超高压采气井口阀门在结构优化设计、抗冲蚀与耐腐蚀材料及表面强化技术,以及在线状态监测与检测方法等方面的研究进展。结合深层气藏安全高效开发对装备可靠性的迫切需求,指出井口阀门技术未来的发展方向主要体现在：面向极端工况的长寿命设计与材料性能突破;由单一阀门性能提升向井口阀门—管汇等装备系统的协同化、模块化与集成化设计转变;以及依托大数据与数字孪生技术,构建阀门运行状态感知、损伤演化与寿命预测模型,推动运维模式由被动维修向预测性、智能化维护转型。研究可为深层气井井口装备国产化与高端化发展,以及气田本质安全与高效开发提供技术支撑。

加氢反应器是炼油化工一体化的核心装备,是保障国家能源安全的关键。随着石油化工产业向“千万吨级”炼油的大型化方向发展,加氢反应器呈现出显著的“超大直径、超大壁厚”发展趋势。如何在实现轻量化的同时保障设备本质安全,成为行业面临的关键挑战。本文在系统回顾我国加氢反应器从依赖进口到自主创新、再到国际领先的发展历程基础上,重点综述了针对极限尺寸制造需求所构建的以先进结构设计为指导、高效高质量制造与残余应力调控为核心、全覆盖无损检测为保障的一体化建造技术体系。基于该体系,我国成功研制出世界首台2 000 t级煤液化反应器与3 000 t级浆态床反应器,实现了渣油转化率由30%提升至95%,并实现特大型加氢反应器的批量化生产,在多套百万吨级装置中稳定应用,标志着我国特大型加氢反应器建造技术能力已达到国际领先水平。

压力容器技术的发展历程体现了工业文明的演进。我国重大工程领域装备具有运行参数苛刻化、结构尺寸大型化、服役环境复杂化等典型特征,这对从强度设计、制造质量到运维的全寿命周期压力容器安全技术提出了全新挑战与要求,而人工智能的发展为压力容器安全智能技术的更替提供了前所未有的契机。本文首先结合压力容器的服役工况、损伤模式及运行安全保障的传统方法,综述了压力容器的基本支撑——强度与安全;其次,从新型传感方法及其适用性、全局与局部状态监测方法、多源传感监测方法4个方面总结了面向运维安全的压力容器状态监测技术的新进展;再次,结合数据科学的发展,从强度寿命的智能化预测、状态的智能化评估、数字孪生与系统的自主演进3个维度分析了面向全寿命周期的压力容器智能化技术,并引入系统工程思想,构建了一个涵盖L1状态感知、L2诊断预警、L3预测维护、L4协同决策和L5自主优化的5级智能化水平框架,明确了压力容器智能技术的演进路径,阐明了其在压力容器安全智能技术进程中的推动作用;最后,提出了智能压力容器的概念,并总结了其面临的挑战与对策,进一步展望了机械强度信息学对发展智能压力容器的重要意义。

特种设备包括锅炉、压力容器、压力管道、电梯、起重机械、大型游乐设施、客运索道和场（厂）内专用机动车辆,其运行安全对保障国家经济运行和人民日常生活至关重要。在特种设备建造阶段,无损检测技术被应用于原材料生产、加工成型和焊接质量的检测与控制。在使用阶段,无损检测技术被用于及时发现设备在运行过程中出现的各种腐蚀、开裂和材料劣化等损伤和缺陷,并可根据检测结果对设备的安全状况进行评价,并对其剩余寿命进行评估。首先,论述对特种设备进行无损检测与评价的重要性和作用;其次,给出目前已成熟应用的无损检测技术和制定颁布的各类特种设备无损检测标准;然后,重点对微波、太赫兹、激光散斑、磁声发射、磁巴克豪森和磁多参数融合等适用于非金属材料检测或金属材料疲劳与蠕变等早期损伤检测的无损检测技术进行介绍,综述这些技术的原理、特点、适用范围、仪器和应用情况;最后,对未来特种设备对无损检测技术的需求进行分析和展望,指出将来需进一步开展的主要研究领域和重点任务,以便更好地保障特种设备的高质量发展和运行安全。

笔者回顾了“十一五”到“十四五”期间主持国家重点研发计划项目中课题组织和执行的历程,在原国家质检总局（后期为市场监管总局）组织领导和中国特种设备检测研究院牵头的特种设备安全科技研究发展战略中,笔者呈现了科研团队提出电站锅炉安全科技研究的总体技术思路、分析和综合相结合的研究方法,展示了协同科研取得的科研成果以及这些成果如何转化成指导电站锅炉安全生产促进经济和社会发展的安全监管体系、技术标准和安全评估及预测预警方法,为电站锅炉长周期安全运行构建了一道切实可行的防火墙。实践证明：体系化的领导组织管理、正确的研究思路和研究方法、实事求是反映时代需求的命题设置、产学研诸环节协同攻关创新、全面响应和解决电站锅炉安全生产中存在的现实问题是协同科技攻关重大需求研究中的成功路径。

在“双碳”目标和能源转型背景下,燃煤火电机组由“基荷电源”向“调节性电源”转型,深度调峰与频繁启停成为新常态运行方式。由此导致电站锅炉承压部件长期偏离设计工况,在机械载荷与温度载荷交变同时耦合的热机械疲劳条件下,疲劳与蠕变交互作用会显著加速锅炉各类受热面的损伤与失效。不同的锅炉耐热面涉及材料众多,如15CrMoG(P12)、12Cr1MoVG、12Cr2MoG（P22）、10Cr9Mo1VNbN（P91）、10Cr9MoW2VNbBN（P92)、07Cr18Ni9NbCu3BN（Super304H）、07Cr25Ni21NbN（HR3C）等。然而,目前尚缺乏将上述多层次材料体系在深度调峰这一特定工况下的失效机理进行系统性对比的研究,为此本文按照低合金钢耐热钢、马氏体耐热钢及奥氏体耐热钢进行分类,重点分析不同代际材料在灵活运行条件下的损伤特征与失效机理。研究表明,在疲劳与蠕变交互作用下,上述材料在微观组织和析出相演化、循环变形行为及氧化辅助裂纹扩展方面存在明显差异。在此基础上,进一步结合我国现行GB/T 30580—2022《电站锅炉主要承压部件寿命评估技术导则》,讨论了基于线性累积损伤理论的寿命评估方法在深度调峰工况下的适用性与局限性,并展望了向物理机制非线性模型转型的必要性。

圆筒是压力容器领域中重要的基础件,轴压屈曲是其设计过程中需要重点关注的失效模式。我国压力容器基础设计标准GB/T 150系列标准中有关圆筒许用轴向压缩应力计算方法一直沿用美国ASME方法,所提年代久远,理论基础是线性屈曲,准确性一般。经过十多年潜心研究,笔者所在研究团队基于弹塑性理论和能量壁垒理论提出了新的圆筒许用轴向压缩应力计算方法,并被纳入GB/T 150.1—2024《压力容器 第1部分：通用要求》中,结束了我国轴压圆筒屈曲设计长期采用美国ASME方法的历史。本文详细阐述了新方法的适用范围、应用流程以及理论基础,通过与国内外公开文献报道的轴压圆筒屈曲应力试验值、工业规模大型圆筒件实际承载值以及现行欧美标准方法的多方面对比分析,证明了新方法的准确性、先进性和可靠性。预期新方法能为未来我国压力容器领域中大型圆筒结构的轻量化发展提供一定的理论基础和技术支撑。

玻璃纤维增强复合材料（Glass Fiber Reinforced Polymer, GFRP）在长期服役过程中易产生损伤,其中针对平底孔缺陷难以实现高对比度成像与精确定位的问题,本文开展了基于微波反射法的缺陷检测与成像研究。首先分析了GFRP中电磁波传播特性及内部介电不连续界面对反射系数的影响。构建了基于反射特征增强的缺陷定位与成像方法,结合反射异常谱分析、递增间隔约束峰值识别以及二维空间精细定位,实现了对背面非均匀间隔分布的8 mm平底孔缺陷进行稳定识别与精确定位。结果表明,该方法能够有效抑制背景干扰,显著提高缺陷与基体之间的成像对比度,成像结果与缺陷实际分布具有良好一致性。研究结果表明,所提出的方法适用于GFRP内部典型缺陷的无损检测与可视化表征,为复合材料结构损伤的高质量无损成像检测提供技术参考。

2219铝合金比强度高,高温和低温力学性能好,但其表面硬度与耐蚀性不足,制约了其在特种设备领域的应用。本研究利用电子束重熔技术在其表面制备了AlCoCrFeNi高熵合金熔覆层,进而系统研究了熔覆束流、扫描速度和扫描频率对熔覆层微观组织的影响。并结合显微组织表征及电化学腐蚀实验,深入分析了微观组织结构演变对熔覆层力学性能及耐蚀性的影响机制。结果表明,焊接束流15 mA、扫描速度150 mm/min、扫描频率800 Hz为最佳熔覆参数。在该参数下,界面处Al元素向熔覆层的扩散作用增强,同时稀释效应缓解了界面的约束应力,有效抑制了单道熔覆层裂纹的产生。最终,所得熔覆层显微硬度稳定在400 HV左右,耐蚀性显著优于2219铝合金母材（BM）及其他参数组合下的熔覆层。