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我国特种设备安全科技工作的创新与实践
中国特种设备检测研究院门户网站 www.csei.org.cn 2019-08-31 17:42:58 来源: 科技管理部
  特种设备主要包括锅炉、压力容器、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施和场(厂)内专用机动车辆八大类,广泛应用于石油、化工、电力、机械、冶金、船舶、交通、轻工、建材、医药、航空航天等行业。截至2017年,我国特种设备总量达到1296万台,另有气瓶1.4亿只、压力管道45万公里,年均增长率超过10%。特种设备具有在高温、高压、高空、高速条件下运行的特点,有的盛装易燃、易爆、有毒介质,涉及生产安全和公共安全,一旦发生事故将造成重大生命财产损失、影响社会稳定。例如“11·22”青岛管道爆炸事故,共造成62人死亡;“7·26”荆州电梯吞人事故,引发全民讨论,迅速演变为重大公共安全事件。
  
  为保障特种设备安全运行,在监管部门和检验机构的大力推动下,特种设备安全科技工作历经30余年发展,取得丰硕成果,从根本上提升了特种设备的本质安全,增强了特种设备的技术保障能力。在各方共同努力下,2008年至2017年10年间,在特种设备数量增长近1.5倍的情况下,万台事故死亡率下降63.41%,为特种设备安全状况持续好转、国民经济平稳运行发挥了重要支撑作用。

一、特种设备安全科技重大突破

  特种设备安全科技工作坚持问题导向,解决了不同时期的一系列工程技术难题,与国际先进水平差距日益缩小,基本实现从“跟跑”到“并跑”、个别“领跑”的跨越式发展。

  “七五”到“八五”期间,聚焦锅炉、压力容器缺陷评定。通过开展在用锅炉压力容器的缺陷检测和安全评定技术研究,解决了数十万台锅炉压力容器存在严重制造缺陷的“带病”服役问题。针对压力容器的凹坑、气孔、裂纹等缺陷,通过大量复杂的弹性与弹塑性计算、极限与安定性分析和实验测试,提出综合安全评定方法和安全状况等级划分方法,解放了一大批缺陷设备,避免了不必要的缺陷返修、报废和停产,在当时为国家节约了200亿元至300亿元资金,该等级划分方法被专家评为国际领先水平。

  “九五”到“十五”期间,重点解决管道带病服役及不开挖外检测问题。在当时我国80%以上工业管道存在超标焊接缺陷、隐患严重的情况下,提出含局部减薄、未焊透等常见缺陷和安全状况评定方法,开发了便携式超声检测系统,结束了无技术可用、无标准可依的局面,并指导全国千家检验机构对全国15万公里工业管道进行普查。针对城市燃气埋地管道疲于堵漏抢险以及维护成本高、效率低的问题,首次从环境腐蚀性、腐蚀防护系统、管道腐蚀状况等角度入手,开展不开挖外腐蚀评价及泄漏检测方法研究,避免管道盲目更新、科学安排检修,为企业节省了巨额资金。特种设备安全保障逐步从被动应急向主动预防转变。

  “十一五”到“十二五”期间,全面引入风险理念。依托“生命线工程和特种设备安全保障关键技术与工程示范”等国家科技支撑计划项目,全面引入基于风险的检验方法,在基础数据、损伤机理、风险分析、安全评估、寿命预测等方面进行系统研究,将风险的安全管控评估节点向前拓展至设计、制造阶段,强化了特种设备的本质安全,解决了国家重大工程中的特种设备风险评估问题和装置长周期运行安全瓶颈问题。以基于风险的检验(RBI)技术应用为例,目前已在中石油、中石化的700多套大型石化装置中开展应用,通过延长检验周期、提高检验效率,为企业减少因设备停车造成的经济损失超过500亿元。

  进入“十三五”,从风险评估向风险防控转变。依托公共安全和国家质量基础领域国家重点研发计划开展研究,加强特种设备全寿命周期安全保障技术体系研究。在制造阶段,重点研究材料性能控制、结构优化设计、制造工艺筛选等关键技术,突出本质安全与风险预防;在使用阶段,重点研究检测监测、安全评价、寿命预测、损伤修复等关键技术及仪器装备,突出风险控制;在政府技术支撑和社会化服务方面,研究构建基于大数据的承压设备宏观安全风险防控和应急平台,不断完善特种设备“设计、制造、使用、检验检测、政府监管”多元共治技术体系。   

二、特种设备安全科技管理创新
  
  特种设备安全科技工作在注重技术创新的同时,不断加强管理创新,以特种设备检验机构为主体,联合政产学研用等各方面力量,通过管理创新为技术创新注入强大动力。

  加强科技工作顶层设计。运用战略思维和系统思想谋划特种设备安全科技工作长远发展。“十一五”期间,组织100多名专家,研究编制了《21世纪特种设备安全科技发展战略》;进入“十三五”,组织130余家单位240余名专家,共同编制70万字的特种设备安全与节能2025科技发展战略研究报告和科技发展规划,对科技工作发挥了重要引领和指导作用。

  建立联合攻关合作机制。由全国特种设备检验机构联合组建科技协作平台,解决了地方特检机构科研资源分散、低水平重复研究等问题,历经近10年发展,目前成员单位发展至56家,科研累计投入自筹资金超过8亿元,由“外部输血”到“自身造血”,由“靠天吃饭”到“众筹创业”,形成了人才辈出的培养机制,营造出浓厚的科研氛围。

  强化项目设置软硬结合。特种设备软科学研究自“十一五”纳入研究体系以来,依托国家级科研项目不断深入,将基于风险的检验拓展至基于风险的监管,为推进立法、宏观决策、体制改革、机制创新,进而完善特种设备安全治理体系和提升治理能力,提供了较为有力的理论支撑。

  注重法规标准制定推广。按照“科学研究—工程应用—标准制定”三位一体的工作模式,形成了99项安全技术规范,350余项国际、国家和行业标准,构成较为完备的中国特种设备安全技术法规和标准体系。   

三、当前面临的形势与挑战

  我国是世界上最大的特种设备生产国和使用国。随着新时代、新业态、新技术的发展,以及全社会对于安全、质量、环保的关注程度不断提高,对于以科技创新和进步支撑特种设备安全水平提升提出了新的更高的要求。

  设备自身风险不断增加。由于新材料、新工艺、新技术不断涌现,锅炉、压力容器、压力管道等承压设备向着大型化、复杂化、介质苛刻化以及长周期运行等方向发展,电梯、起重机械、游乐设施等机电设备向着更高速度、更大负载能力、运行方式更新颖刺激等方向发展,同时老旧设备日益增多,都造成不可预知风险的不断累积。

  自主核心技术亟待突破。与工业发达国家相比,我国在特种设备制造材料基础数据库方面刚刚起步,锅炉、压力容器新材料研发总体滞后,高速超高速电梯技术还不掌握,游乐设施、客运索道仍以仿制为主。先进传感器制造工艺水平较低、可靠性有待提高,数字射线、相控阵超声检测、红外热成像、电磁超声等检测技术尚有差距,监测技术体系尚不完善。

  信息技术融合不够紧密。新一代信息技术在制造业、服务业中的应用和深度融合,将不断改变传统特种设备的生产方式、产业形态和管理模式。基于物联网技术的特种设备状态的智能感知,基于大数据的事故预测预防,基于人工智能和机器人技术的复杂环境下事故处置和应急救援,以及建立覆盖特种设备全寿命周期的统一数据平台等,都对特种设备安全科技发展进步提出了新要求。  

 四、下一步科技工作建议

  随着经济社会快速发展,我国特种设备安全科技取得显著成效,但与工业发达国家相比,事故率仍然较高,重特大事故仍有发生,安全形势依然严峻,都需要进一步发挥科技创新的基础保障和支撑作用。

  加强国家实验基地建设,实现关键技术突破。建议继续围绕国家重大战略需求,努力缩小我国特种设备安全科技创新能力与国际先进水平的差距,从根本上改变关键领域核心技术受制于人的局面。应打通设计制造、使用维护、检验检测等全产业链技术体系,依托全国重点实验基地和科研机构,推动基础科研能力提升,集中优势资源,突破薄弱技术环节。应积极应对特种设备设计制造绿色化、轻量化和运行长周期、工况复杂化带来的新的安全问题。

  推动基础数据平台建设,实现数据互联共享。建议在统筹现有数据平台的基础上,建立特种设备全寿命周期全覆盖的统一数据平台。研究特种设备信息资源知识图谱表示方法、特种设备信息资源分类方法与编码规则、典型特种设备追溯编码与标识规范;研究特种设备数据多指标质量评价体系和方法,建立特种设备质量评价系统;实验研究特种设备关键部件的可靠性数据,研究特种设备典型事故数据表征和原因识别方法,建立特种设备典型数据标准和事故原因数据库等,促进各方特种设备信息资源整合。

  探索特种设备智慧管理,实现安全预警防控。建议深入推进特种设备领域信息技术与智能制造、智能检验的融合创新。应探索以先进传感器、健康监测技术为基础的设备研发,推进移动互联网、数据挖掘为基础的新型交互式安全服务系统建设。应推动传统安全管理模式转型升级为远程、在线、实时、互动的智慧管理模式。 
相关链接

特种设备科技协作平台

  为了更好地推进国家“科技兴检”战略,在原国家质检总局科技司、特种设备安全监察局的领导下,由中国特种设备检测研究院牵头,全国多家特种设备检验检测机构按照自觉自愿、平等互利的原则,于2009年12月24日参与组建了特种设备科技协作平台。

  特种设备科技协作平台的宗旨:在遵守国家政策法规的基础上,不断提高特种设备行业科技创新能力,有效改善特种设备行业科技创新环境,减少科研资源重复投入、增强持续发展能力,为特种设备科技长远发展与重点突破提供强有力的支撑。特种设备科技协作平台的主要工作包括:组织协调平台理事单位在研科研项目合作研究;组织开展科研项目申报工作;组织开展技术交流和成果推广活动;组建平台科研创新团队,实施人才培养计划;组织编制和发布平台科研项目指南等。截至目前,特种设备科技协作平台拥有理事单位56家,理事长单位是中国特种设备检测研究院,另有5家副理事长单位。
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