2023年ASME PVP会议简介

苑宇童,施建峰,2,邓贵德,刘应华,程光旭,陈学东,范志超,贾国栋,郑津洋,2

(1.浙江大学 化工机械研究所,杭州 310027;2.浙江大学 氢能研究院,杭州 310027;3.中国特种设备检测研究院,北京 100029;4.清华大学 工程力学系,北京 100084;5.西安交通大学 化学工程与技术学院,西安 710049;6.中国机械工业集团有限公司,北京 100080;7.合肥通用机械研究院有限公司,合肥 230031)

1 概述

2023年美国机械工程师协会(ASME)压力容器与管道(PVP)会议(以下简称ASME PVP会议)于2023年7月16日～21日在美国亚特兰大召开。ASME PVP分部是本次会议的主办方,ASME无损检测、诊断及预测分部(NDPD)也参与承办了此次会议。会议吸引了来自40多个国家和地区的超过400名代表注册参加,其中来自中国的代表人数为12人,分别来自中国石油大学(北京)、北京化工大学、浙江大学等单位。今年,会议共接收大约460篇技术论文和演讲,被收录技术论文421篇;共组织了130个技术分会场,3个技术教程——主题分别为“工艺管道声致振动和流致振动预测与缓解方法的改进”“基于未来API 579第15部分进行管道振动基础、测量和评估”和“ASME第8章第2部分第5节:分析设计简介”,1个氢能技术研讨会,1个面向首次与会者特别欢迎仪式和1个面向早期职业工程师定向会议,以及面向青年学生的Rudy Scavuzzo学生论文竞赛。从整体上看,论文整体数量和技术分会场数量相较于疫情(2019年末新冠肺炎疫情爆发)前有所下降,但是参会国家和地区及注册代表人数已基本和疫情前接近,同时今年还增加了氢能技术研讨会的环节。

2 会议议题

本次会议涵盖了包括规范与标准,计算机技术与螺栓连接,设计与分析,流固耦合,高压技术,材料与制造,无损检测与诊断及预测,操作、应用与零部件和地震工程在内的九大类常规议题。其中,九大类常规议题的论文收录篇数和报告场次见表1。

表1 2023年ASME PVP会议中常规议题的收录论文数量

由表1可知,与2022年论文占比相比,在2023年各议题论文占比变化不大。“规范与标准”“设计与分析”“材料与制造”仍然是论文数量最多的3个议题,表明这3个领域仍是目前国际压力容器和管道研究重点关注领域。与2022年ASME PVP会议相比,随着极端压力容器的发展和对流固耦合研究的重视,议题“高压技术”和“流固耦合”论文收录数增加数目较多。

(1)规范与标准。

由日本三菱重工公司的Kiminobu Hojo博士作为技术负责人组织这一议题。该议题共包括15个分议题:压力容器和管道设计中的疲劳问题;压力元件结构完整性;ASME规范与标准的最新进展;基于氢对材料性能影响的结构完整性评估;基于概率和风险指引方法的结构完整性评估;ASME规范第十一篇介绍;蠕变疲劳评估和可靠性方法;欧洲规范与标准的最新进展;中国规范与标准的最新进展;维修、更换和减灾适用性规则;疲劳评估和管理;核石墨的力学性能及其在规范和标准中的应用;规范与标准中的约束效应;断裂韧性的主曲线方法和其他小试样的力学性能;高温规范与标准。

“中国规范与标准的最新进展”(CS-10)分议题主要介绍中国最新的规范、标准及相关研究成果。2023年ASME PVP会议中国专场由中国机械工业集团有限公司陈学东院士、浙江大学郑津洋院士、中国特种设备检测研究院贾国栋研究员、西安交通大学程光旭教授、清华大学刘应华教授、合肥通用机械研究院有限公司范志超研究员、中国特种设备检测研究院邓贵德研究员、浙江大学施建峰教授等共同组织发起,共有2个分会场,分别为压力容器与管道的完整性管理专场和极端承压设备专场。本次中国专场共收录论文6篇。专场吸引了众多国内外学术界、企业界的专家和学者的参与与讨论。

(2)计算机技术与螺栓连接。

该议题由加拿大的Kinectrics公司的Reza-Adibi-Asl博士组织,共包括6个分议题:螺栓法兰接头的设计与分析;计算在疲劳、断裂和损伤力学中的应用;密封性和瞬时泄放;螺栓法兰接头的高温特性;螺栓连接装配;新兴分析方法及其应用。

(3)设计与分析。

该议题由加拿大A.C.Avery Projects公司的Alicia C.Avery博士组织,共包括10个分议题:管道及其组件的设计与分析;螺栓接头设计与分析;疲劳;断裂;压力容器及其组件的设计与分析;焦炭塔生命周期管理;非弹性、非线性和极限载荷分析;管道和设备的动力响应分析;合乎使用评估;氢压力装置设计与分析。

(4)流固耦合。

该议题由日本东京工业大学的Kazuaki Inaba博士组织,共包括4个分议题:热液现象与容器、管道和部件的相互作用;工业流体-结构相互设计;极端载荷条件下的结构;工业和可再生能源运输设计。

(5)高压技术。

该议题由美国Structural Integrity Associates 公司的Kannan Subramanian博士组织,共包括6个分议题:高压容器和设备的设计、分析和寿命预测;极端载荷条件下的结构、油气勘探与生产用高压装备的设计与分析;脉冲载荷下容器设计与分析;高压容器和管道使用方法的材料和适用性;高压加氢装置的设计与分析;工业高压设备的设计与分析。

(6)材料与制造。

该议题由美国GE Gas Power公司的Haiyang Qian博士组织,共包括18个分议题:先进制造与增材制造;断裂力学在失效评估中的应用;精炼用材料和制造;管线完整性;适用性和失效评估;氢装置用材料;蠕变及蠕变疲劳交互作用;材料质量和失效分析;失效概率评估;高强度钢在压力容器和管道中的应用;核电站用材料与技术;焊接残余应力及变形模拟与测量;焊接接头及热影响区的断裂和疲劳;爆破前的失效;力学性能的小尺度测试与统计分析;核石墨的力学性能及其在规范和标准中的实施;复合材料和非金属系统在压力容器和管道中的应用;三维裂纹扩展有限元模拟。

(7)无损检测与诊断及预测。

该议题由西班牙Fusion for Energy-UNED的Maria Ortiz de Zungia博士组织,共包括3个分议题:新兴的无损检测技术及应用;石油化工和电厂部件的无损检测技术及应用;无损检测可靠性分析-建模和实验分析。

(8)操作、应用与零部件。

该议题由美国Streamline Automation的Alton Reich博士组织,共包括6个分议题:设备检查、测试、老化管理和寿命延长;风险管理和系统可靠性的应用;有毒物质的储存与运输;泵和阀门的可靠性和完整性评估;现有设备的持续安全运行;风险管理和危害分析。

(9)地震工程。

该议题由日本东京电机大学的Osamu Furuya博士组织,共包括6个议题:结构动力学;抗震和地震余量/工业设施抗震分析的机器学习;隔震/减震和振动控制;管道系统的抗震分析和设计;先进地震评估与规范;系统、结构和部件的抗震评估。

3 主要国家论文发表情况

3.1 ASME PVP 2023 要国家论文发表情况

表2列出了按各国论文数量统计出的10个主要国家的论文发表情况。其中,中国论文收录数量在2023年ASME PVP会议中排在第2位,共计72篇,与排名第一的美国的论文收录数量还存在较大差距。与2022,2021年论文收录情况相比,会议的论文议题重点仍集中在“规范与标准”“设计与分析”和“材料与制造”,其他领域的关注度与上述领域相比差距较大。

表2 主要国家发表论文情况(按第一作者国籍统计)

中国录用文章(以第一作者的单位做统计)较多的单位主要有:中国特种设备检测研究院(18篇),主要研究内容包括基于FLACS的公用事业隧道气室瓦斯爆炸特性数值分析、高温蒸汽管道的材料劣化和剩余寿命评估、加氢反应器在长期使用条件下的回火脆性综合预测、基于模拟的人工神经网络辅助有害气体泄漏源定位、中国液化天然气码头标准体系及智能化管理模式研究、不同进料注入方案对工业RFCC立管中反应结焦影响的CFD研究等;浙江大学(11篇),主要研究内容包括基于中国两个采暖季长时现场试验的热力管道非开挖修复用内衬复合管的可靠性研究、短碳纤维增强热塑性复合材料断裂韧性评价、基于有限元分析的聚乙烯管道不规则缺陷的PA-UT扇形扫描成像模拟、内胆裂纹大小和位置对70 MPa Ⅲ型气瓶疲劳寿命影响的研究、考虑动态热边界的低温压缩氢储罐休眠时间预测、热塑性材料作为热力管道非开挖修复衬管的适用性分析等;合肥通用机械研究院有限公司(9篇),主要研究内容包括互联网背景下中国压力容器设计、制造与维护的探索、基于材料基因组技术的离心铸造Fe-Cr-Ni耐热合金设计、基于全矩阵捕获优化的多层超声成像相移迁移方法、基于多模全聚焦法的焊缝裂纹类缺陷超声相控阵检测、考虑粗糙面层影响的电磁超声检测建模与实验分析、螺旋缠绕垫片与卡姆型垫片的高温性能比较等;中国石油大学(北京)(8篇),主要研究内容包括加油站法兰连接系统密封性能的数值分析与研究、基于剩磁效应的管道周向裂纹检测仿真分析与实验研究、基于声学内部检测的液体管道小泄漏特性及降噪方法研究、材料特性对含有焊接缺陷的管道环缝焊缝极限压力影响的研究、韧性断裂标准参数校准与分析:X80管钢等;北京化工大学(4篇),主要研究内容包括空腔压力囊式蓄能器橡胶气球屈曲失稳行为机理研究、气瓶在冲击载荷下的机械响应研究、化工园区数据库安全系统优化研究、大体积碳纤维全缠绕筒束定期检验标准研究;天津大学(3篇),主要研究内容包括被动控制下的流动诱导振动串联塔研究、大型热交换器中的声共振现象研究、关于热交换器中心管束圆周压力分布的研究;江苏省特种设备安全监督检验研究院(3篇),主要研究内容包括柔性膨胀管-管板接头拉拔试验研究、延迟焦化装置大焦炭桶典型损坏机理的识别、延迟焦化装置大型焦炭桶裙部与锥体连接处的纵向开裂故障研究。

美国录用文章(以第一作者的单位做统计)较多的单位主要有:Oak Ridge国家实验室(13篇),主要研究内容包括前进之路——人工智能时代ASME规范和标准的材料数据现代化、乏燃料管理罐的增材制造与规范试验、不同热处理下316L不锈钢电弧增材制造的力学响应、完成NCT和HAC规范试验后B型集装箱结构损伤与预测FEA结果的三维计量分析、利用数字图像相关技术获取自由落体冲击数据、缺口对617合金高温蠕变疲劳行为的影响等;Savanna River国家实验室(8篇),主要研究内容包括端部夹紧条件下单刃缺口拉伸试样应力强度因子确定的CMOD柔度解、API 1183中预测管道凹痕疲劳寿命的疲劳模型比较、预测厚壁腐蚀管道剩余强度的腐蚀评估模型、模拟厚壁和薄壁压力容器爆裂强度的人工神经网络、9975运输包装的储存寿命和监测、数据驱动的应力强度薄壁圆筒轴向外表面裂纹的因子求解等;Sandia国家实验室(7篇),主要研究内容包括爆炸破坏系统P3容器鉴定结果、氢分压对低合金调质钢疲劳裂纹扩展速率的影响、HSERA-26安全壳的爆炸氢码建模和防爆试验、铝合金在气态氢中的疲劳和断裂行为研究、含氢高强度奥氏体不锈钢管疲劳裂纹萌生及疲劳寿命试验、内外氢对奥氏体不锈钢抗断裂性能的影响等。

日本录用文章(以第一作者的单位做统计)较多的单位主要有:三菱重工(10篇),主要研究内容包括研究和开发用于提高火力发电厂抗震性的粘性流体阻尼器——第13部分:基于结构健康监测的脆性分析、JSME环境疲劳评价方法的技术修订、多支管系动力、高频和静力响应组合的时程分析辅助底板响应谱方法研究、基于弹塑性分析的圆形布置锚杆抗震评价研究、韧脆转变温度区断裂的约束效应研究(报告3)、应用三维有限元综合模型对反应堆冷却剂系统的分析方法进行研究;日本原子能机构(10篇),主要研究内容包括反应堆压力容器喷嘴角表面裂纹应力强度因子求解方法的发展、ASME锅炉压力容器规范第XI节断裂力学评定方法与JSME钠冷快堆断裂前泄漏评定指南的比较、分析mini-CT试样裂缝前曲率对断裂韧性评估的影响、改进ASME B&PV规范 第Ⅺ节验收标准的探讨、ASME B&PV规范第XI节铁素体钢材料允许平面缺陷的修订、用于评估应力腐蚀开裂的316型不锈钢构件的硬度和焊接残余应力建模等;日挥株式会社(3篇),主要研究内容包括浮式隔震系统试验、跨建筑隔震边界交叉管的抗震设计方法、用ASME规范N-900和JSME规范NC-CC-008对交叉管进行弹塑性分析。

加拿大录用文章(以第一作者的单位做统计)较多的单位有:蒙特利尔大学(4篇),主要研究内容包括螺栓连接应力水平对ASME B16.5和B16.47标准法兰强度的影响、流体工况对法兰表面腐蚀的影响、压水堆模型阵列轴流与射流交叉流组合的实验研究、两相交叉流中旋转三角阵力测量的概论等;Kinectrics公司(3篇),主要内容包括高温管道构件分析——实例问题、核结构完整性评估中概率断裂力学规范验证的最佳实践综述、基于统计的Zr-Nb压力管轴向缺陷疲劳裂纹起裂模型的验证与改进;阿尔伯塔大学(3篇),主要研究内容包括PE-RT管道残余应力评估及退火温度敏感性分析、通过船样试验程序对焦炭桶的可靠性和寿命进行评价、永久地面运动下埋地管道的响应研究——基于物理的深度神经网络方法。

3.2 ASME PVP近3年主要国家论文收录数量对比

图1为近3年主要参与国家在ASME PVP会议中论文收录情况。可以看出,美国和中国发表论文数一直稳居前二,表明中国研究人员积极参与国际会议,在国际舞台具备较大的影响力。2021年,由于疫情影响较大,各个国家发表论文数量均处于相对较低水平;2022年,各个国家的论文在总数上均有小幅上升;2023年,美国、日本和加拿大三个国家的论文数持续上升,其他国家论文数量均维持和上一年基本持平或者小幅降低的水平。

图1 近3年主要国家会议论文情况

3.3 近年来中国论文发表情况

近年来,中国科技实力大幅提升,压力容器与管道行业蓬勃发展,行业内相关的基础研究和技术创新有所加强。从2021～2023年,近3年ASME PVP会议中国论文收录数和收录占比情况如图2所示。

图2 近3年ASME PVP会议中国论文收录数和

结合疫情前数据[1-11]和图中数据可以得出:自疫情以来,ASME PVP会议论文收录数量有着较大幅度的减少,其中2021年收录论文数量最少,疫情影响逐渐降低后,2022年和2023年论文收录数量均在稳步回升中。从图2可以看出,2021～2023年,虽然中国论文收录数量所占比例下降,但是论文收录的总体数量有所回升;同时,中国各大科研企业和高校也在进一步提高科技创新能力,巩固和增强中国在压力容器与管道行业中的地位。

自2008年开始,“中国规范与标准的最新进展”已经连续15年在“规范与标准(CS)”议题中作为子议题出现[1-11],主要介绍中国最新的规范、标准及相关研究成果,为中国研究人员提供了在国际顶级学术会议上展示交流的平台。由于疫情原因,近3年的ASME PVP会议论文收录数量有所降低,2021～2023年的“规范与标准”议题及“中国规范与标准的最新进展”子议题论文收录数如表3所示。可以看出,2023年的论文收录数和“中国规范与标准的最新进展”专场论文收录数占ASME PVP会议中国论文总收录数的比例,相较之前都有了比较大的下降,主要原因是中国规范与标准在逐渐完善,中国研究人员对于各个议题的内容了解更加清晰,将论文投递到更加相近的议题,同时可以更好地同国际学者进行沟通交流。

表3 近3年来“中国规范与标准的最新进展”论文收录数

4 发展趋势与热点问题

2023年,美国在“规范与标准”“设计与分析”和“材料与制造”三个热门议题的论文收录数分别为35,24,40,中国在上述三个议题的论文收录数分别为9,11,15,与美国存在较大差距。其中,中国在“规范与标准”的论文收录主要集中在“中国规范与标准的最新进展”专区。标准与规范是产品质量的重要保障,同时体现了国家在某一技术领域的市场主动权和话语权。建议中国学者未来更多地参与到其他规范与标准议题中,积极输出中国规范与标准的影响力。

在2023年收录的论文中,与“氢”相关的技术专题多达12个,与“氢”相关的论文多达42篇,约占全部论文数的10.0%;此外,还专门设置“氢”相关的技术研讨会——氢101-氢服务的介绍主要事项。可见氢作为一种清洁能源逐渐成为国际压力容器与管道行业的关注重点。在与“氢”相关的42篇收录的论文中,有14篇来自中国,10篇来自美国,5篇来自日本,可以看出中国研究人员对氢能较为重视,在氢能相关的领域研究较为深入。与“疲劳”相关的技术专题有11个,与“疲劳”相关的论文有41篇,占全部论文数的9.7%。在与“疲劳”相关的41篇收录的论文中,17篇来自美国,5篇来自日本,仅2篇来自中国。在疲劳相关的领域,中国和美国还有着较大的差距,希望国内学者们可以对疲劳领域提高关注,更好地参与到疲劳问题的研究和讨论中。和“地震工程”相关的论文多达27篇,占全部论文数的6.4%。在与“地震工程”相关的27篇收录的论文中,22篇来自日本,只有1篇来自中国。相比于日本,中国学者们对“地震工程”这一领域的研究关注较少,未来中国需要提高对该领域的关注,来更好地应对地震等突发性自然灾害。

2023年ASME PVP会议议题延续了往届大部分常规议题[1-11],同时在此基础上增加了若干新议题,如“材料与制造”中新增了“基于氢对材料性能影响的结构完整性评估”子议题,收录了4篇文章;“设计与分析”中新增了“氢压力装置设计与分析”子议题,收录了6篇文章。从新增议题中可以看出,氢能受到了越来越多的关注,其作为一种清洁能源将应用到更多的领域中。

5 学生论文竞赛情况

自2022年ASME PVP会议论文竞赛单元恢复之后,中国各大高校的研究生们便积极参与其中。其中,2023年ASME PVP会议学生论文竞赛单元共有2篇硕士论文和6篇博士论文入围。最终,来自浙江大学的苑宇童获得了学生论文竞赛单元硕士组第二名。

近年来,随着国内大学科研水平的提高和科研经费的增长,许多高校相继出台政策,鼓励学生走上国际会议的舞台上进行学习和交流。自2008年以来,中国各大高校每年都有学生受邀做学生论文竞赛的现场报告。2008～2023年,中国部分高校学生论文竞赛单元和论坛累计入围68次[1-11],其中,浙江大学累计入围28人次,约占大陆地区院校入围次数的41.2%。

从2008～2023年,中国学生参与ASME PVP学生论文竞赛取得了优异的成绩,包括博士组竞赛第一名1次、博士组竞赛第二名1次、硕士组竞赛第二名4次、硕士组竞赛第三名2次、硕士组论坛第一名1次和学生论文竞赛和论坛优胜奖59次。获奖的学生主要来自浙江大学、华东理工大学、南京工业大学、西安交通大学、山东大学、中国石油大学(北京)、中国石油大学(华东)、大连理工大学、哈尔滨工程大学、上海交通大学、同济大学、浙江工业大学、天津大学和武汉工程大学。

6 结语

ASME PVP会议在国际压力容器与管道领域有着重要的地位和影响力,该会议的所有论文(不包含仅演讲部分)均被EI收录,而一些优秀的论文还有机会被推荐到JournalofPressureVesselTechnology-transactionsoftheASME上发表。

近年来,国内业界积极推动压力容器及管道行业的发展,因此,来自中国的论文被ASME PVP会议收录的数量逐渐增加。但在“规范与标准”“设计与分析”“高压技术”“材料与制造”这4个热门议题的参与度方面,与美国相比仍存在较大差距。随着中国在压力容器与管道领域的不断研究与探索,在这些方面的差距一定会逐渐缩小。与此同时,在一些新兴热门领域中,如氢能领域,在国家政策的大力扶持下,中国研究成果颇多。从发展趋势与热点分析中可以看出,中国氢能领域的研究论文数量位居前列,反映了中国对于前沿科技领域的重视程度提高,科研人员对前沿科研领域的关注度和贡献度的提高。在中国制造业振兴的时代背景下,希望从事压力容器和管道行业的技术人员能够继续努力,加强跨领域合作,为中国压力容器和管道工业的发展开创新的篇章。在科技强国的战略目标下,中国学者的学术成果在国际舞台上一定会具备越来越大的影响力。

2024 ASME PVP会议将于2024年7月28日～8月2日在美国华盛顿贝尔维尤市举行,大会主席为Yasumasa Shoji博士。会议将继续涵盖技术教程、技术示范论坛两大版块,包含“规范与标准”“设计与分析”“材料与制造”和“无损检测与诊断及预测”等前述九类议题。论文摘要提交的截止日期为2023年10月16日;论文全文初稿提交的截止日期为2024年1月29日。