隨著我國經濟的快速發展和能源消費結構的轉變，天然氣、生物質氣化燃氣、氫氣等燃氣能源消費量增速明顯，燃氣的輸運、儲存和利用裝備數量呈現逐年快速增長的趨勢。以天然氣管道為例，根據我國《中長期油氣管網規劃（2016—2025）》，到2025年天然氣管網里程將達到16.3萬千米，全國城鎮用氣人口達到5.5億，天然氣消費規模在能源消費結構中比例將達到12%。以天然氣埋地管道、儲氣井及高壓氣瓶組、燃氣鍋爐為代表的典型燃氣裝備，廣泛應用于生產、生活、公共交通等多個領域，涉及民生工程和公共安全，一旦發生事故將造成重大生命財產損失。   

近年來，燃氣裝備在向著大型化、高參數化、介質復雜化、長周期運行等方向發展，相同介質的燃氣裝備在損傷失效模式和檢測識別技術等方面存在許多共性科學問題，需要開展圍繞燃氣裝備安全的綜合性科技研究工作，涵蓋“基礎理論研究、關鍵共性技術研究與成果轉化應用、公益性技術研究”的全鏈條模式，提升信息化和科學監管水平，構建燃氣裝備安全檢測監測和風險防控技術體系，保障燃氣裝備安全穩定運行，推動燃氣裝備行業整體技術進步，引領和支撐燃氣裝備市場監管事業發展。

安全科學是涵蓋事故發生發展規律以及預防事故手段的結構化知識體系，自工業革命時期應運而生以來，美國、歐洲、日本等發達國家針對承壓燃氣裝備安全基礎理論與共性技術的研發取得了一系列成果：油氣、化工產業安全管理與風險防控理論，燃氣裝備的腐蝕、蠕變等典型失效模式及識別方法，燃氣裝備安全評價與壽命評估，傳統材料與新材料基礎性能和損傷機制，聲發射、超聲相控陣等無損檢測技術理論與應用，均走在世界前列。如今，許多國外制造企業建立了針對承壓設備的完整質量監管體系，并將風險評估和基于風險的檢驗檢測理論技術應用到承壓設備中。

國內研究相比國外起步較晚，早期主要是對國外成果進行系統梳理。隨著我國經濟的蓬勃發展，我國特種設備總體生產規模和保有量都已躍居世界首位，設計制造能力和水平取得巨大進步，科技研發投入不斷加大，燃氣裝備安全科技水平不斷提高，在失效模式及損傷機制、材料性能、檢驗檢測技術等方面進行了大量理論與實驗研究，在危險源辨識、風險評估、完整性管理、安全評價等方面縮小并追趕國際先進水平，在脈沖渦流檢測、電磁和超聲在線檢測技術、燃氣低氮燃燒和超低排放等方面已達到國際領先地位。近年來，特別是在長輸油氣管道漏磁內檢測技術、極端條件下重要壓力容器的設計制造與維護、城市燃氣管網運行監測工程應用等方面突破國外技術封鎖，形成了擁有自主知識產權的技術理論體系和標準體系，在燃氣裝備大數據分析和構建風險預測模型方面也形成了創新成果，為實現精確檢驗和信息化監管提供技術支撐。
     

但是也應看到，同國際領先技術水平相比，我國在燃氣裝備安全基礎理論與共性技術方面還須加強與完善，先進制造與新材料應用、檢測傳感器研發等方面還存在差距，在提升燃氣利用裝備節能減排指標、實現“碳達峰、碳中和”目標方面責任重大，在下一代通信網絡、物聯網、云計算與燃氣裝備安全監督檢驗的融合方面有較大發展空間，在共性技術復合型人才隊伍和綜合性實驗室建設方面也存在較大缺口。當前我國已步入經濟新常態，不斷深化機制體制改革，實施創新驅動發展戰略，社會對安全、質量和環保的要求和關注越來越高，在這樣的背景和形勢下，需要探索燃氣裝備安全科技發展策略，應對面臨的科技發展需求、安全風險，以及趕超國際領先水平的機遇和挑戰。

針對燃氣裝備科技發展趨勢，結合我國《國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》中在加強基礎研究、提高安全生產水平、推進監管能力現代化、健全產業基礎支撐體系、推動生產性服務業融合化發展等方面對特種設備安全和檢測監管能力提出的要求，應逐步建立圍繞“燃氣基礎特性及抑爆機制、燃氣裝備全生命周期安全檢測、風險防控和應急處置”的關鍵技術研發體系，充分挖掘燃氣裝備動/靜態數據，融合“計算機輔助設計制造、輔助管理與在線監測、事故預警與決策支持”的完整性信息化技術，形成“以大數據技術為基礎，基礎理論研究與應用技術研究結合，風險防控與應急處置為保障”的技術路線，如圖1所示，致力于解決燃氣裝備典型事故中的燃氣擴散燃燒機理及爆炸特性、燃氣裝備材料基礎性能及損傷演化規律、燃氣高效清潔利用及安全性評價、燃氣裝備缺陷檢測關鍵技術、基于大數據技術的燃氣裝備信息分析處理及預警輔助決策系統關鍵技術等一系列關鍵科學問題，突破國外先進技術壁壘，掌握核心自主知識產權，推動我國燃氣裝備安全和節能科技水平盡快達到國際先進水平。

圖1   燃氣裝備安全關鍵技術發展技術路線

2.1   燃氣裝備典型事故中的燃氣非預混燃燒機理及抑爆機制研究      

研究了解燃氣的燃燒與爆炸規律是保障燃氣裝備安全的基礎。結合燃氣裝備典型事故中燃氣擴散的方式和環境特征，研究在不同氛圍條件下燃氣擴散與氧氣混合的流場特性、組分分布，特別是在高溫高壓條件下，燃氣湍流射流自動著火（auto-ignition）過程，湍流混合及壓差對自動著火延遲（ignition-delay）的影響以及火焰傳播速度與壓力、溫度的關系，有助于理解燃氣裝備燃爆事故的發生規律，從而在燃氣裝備設計制造和檢驗檢測中及時排查可能誘發燃爆事故的缺陷隱患，抑制燃爆發生的環境因素。同時，探索在受限和非受限空間內，不同結構特征、材料和惰性介質對燃氣爆炸的抑制特性，分析不同抑爆方法在燃氣裝備中的應用效果，可以為燃氣裝備的設計制造和改造安全提供理論支撐。

2.2   燃氣裝備綜合性安全評價和壽命評估技術研究

燃氣裝備綜合性安全評價和壽命評估技術是在現有安全理論研究基礎上，拓展和完善燃氣裝備典型材料和新材料的基礎性能、損傷機理、失效模式等共性技術理論研究，以及對燃氣裝備節能減排新技術的綜合性安全評價研究。

針對燃氣裝備典型材料發生的腐蝕減薄、裂紋、變形、泄漏等失效模式，通過模擬燃氣裝備內外部腐蝕、載荷作用環境，采用諸如儲氣井固井及加載試驗、管件材料性能分析、超聲相控陣等無損檢測方法，分析特定缺陷在不同環境氛圍和裝備中的損傷演變機制和影響因素，通過采集建立特定缺陷各類檢測信號數據庫，結合大數據歸因降噪分析技術，完善相應的損傷和失效演化模型。

針對燃氣裝備節能減排新技術，如燃氣鍋爐低氮改造技術，分析能效影響因子對能效計算模型和損傷失效演化模型的影響權重，結合經濟成本與排放限制等因素，提供綜合性安全評價和壽命評估方法。并結合仿真數值模擬技術，推演診斷新技術可能會產生的風險與安全隱患，提出相應的防控措施。

2.3   燃氣裝備缺陷檢測關鍵技術研究

●2.3.1   漏磁內檢測技術的應用研究      

當前漏磁內檢測技術在城鎮燃氣管道的應用中，可以有效識別管道管體中的腐蝕、制造缺陷、夾渣、裂紋等缺陷，但在焊縫異常缺陷信號的識別，以及不同壓力流場氛圍條件中的檢測精度方面還存在不足。通過完善漏磁內檢測技術理論、提高檢測精度，開發適應不同環境氛圍和裝備結構的內檢測設備，將拓展該技術在更廣泛承壓燃氣裝備內檢測中的應用。

由于焊縫區余高的存在會產生強烈漏磁信號并與焊縫異常缺陷信號疊加，將會影響對缺陷信號的識別。由于當前研究仍缺乏對各類焊接缺陷的漏磁內檢信號特征的系統研究和科學評價，導致對焊接異常缺陷的檢出率不高、識別分析不準確、評價不足等問題。開展基于漏磁內檢測技術的焊縫檢測、識別量化及評價研究，探索確立焊縫缺陷識別的方法，建立實際焊縫缺陷數據庫，并通過工程試驗進行驗證，進而彌補漏磁內檢測技術在燃氣管道內檢測中的短板，提高檢測準確性，擴大漏磁內檢測的應用范圍。

開展極端工況下內檢測器速度優化控制技術研究，針對低壓低流量和高壓高流量管線內檢測時，檢測器數據偏移、數據無效等問題，開展檢測器速度調控裝置的改進研究工作，使檢測器有效主動應對管線內部極端工況環境。在低壓低流量情況下，開展低磁化強度下漏磁欠飽和磁化狀態研究，在保證檢測精度的同時，可有效降低檢測器重量及摩擦力；在高壓高流速情況下，對檢測器進行自主流量泄放，降低檢測器運行速度，開展開孔泄放尺寸及對應壓力、流量關系研究，建立對應數學模型，為高流速管道內檢測器設計提供技術支撐。

●2.3.2   非開挖外檢測技術的應用研究     

非開挖外檢測技術針對在役埋地管道管體缺陷進行非開挖無損檢測，具有成本低、便利性等優勢。但在實際應用中，受復雜環境因素干擾，檢測精度還存在不足。開展非開挖外檢測技術的應用研究，增加非開挖檢測技術手段，對提高檢測精度、拓展應用場景有較大益處。

針對在役埋地管道防腐層漏電點的檢測，基于交流電位梯度檢測法（PCM法、DM法、PS法）、直流電位梯度檢測法（DCVG法）、密間隔電位測試法（CIPS法）等組成的防腐層漏電點綜合檢測與評價技術，可以快速、準確地找出防腐層漏電點位置，并可實現對防腐層漏電點進一步檢測，以評判缺陷的形狀和活性。

針對雜散電流對埋地管道的腐蝕影響，綜合采用管地電位偏移量法、土壤表面電位法、極化電位測試法、交流電流密度法等方法對管道雜散電流進行測試，可以精準檢測管道被干擾區域、管段，動態測定干擾管段內雜散電流的構成、來源、方向和強度，判斷干擾源附近區域管道雜散電流的干擾強度和時間段與干擾源距離關系，從而為研究在役管道受雜散電流腐蝕機理提供技術支撐，提供排流措施和管道運行維護建議。

●2.3.3   超聲相控陣檢測技術的應用研究      

針對高壓地下儲氣井缺陷檢測，國內檢測技術理論和檢測設備匱乏，隨著儲氣井在我國燃氣儲存和燃氣消費領域應用日益廣泛，需開發研究新型的檢驗檢測方法，實現儲氣井的便捷式、全覆蓋化檢驗。基于超聲相控陣技術的自動化超聲相控陣檢測系統，可以對殼體全方位全角度壁厚進行測量，對腐蝕、裂紋、分層、孔洞、夾雜缺陷進行定性和定量檢測，充分保障殼體各類缺陷的全方位檢測，將成為在役地下儲氣井安全檢測的重要技術手段。

2.4   基于大數據的燃氣裝備風險防控和預警技術

基于燃氣裝備典型事故動靜態數據分析及大數據歸因技術，通過對多源異構數據進行聚類分析和降維去噪，建立燃氣裝備典型事故大數據分析系統，建立基于多參數耦合的燃氣裝備典型事故的后果情景推演模型以及燃氣裝備損傷、故障到事故演化模型，對于開展燃氣裝備全壽命周期的動態風險評估和監測預警、實施特種設備精準監管和有效檢驗作用重大。

通過研究燃氣裝備事故發生規律并歸納安全共性風險，設計事故響應、控制、預防等應急處置方案，完善燃氣裝備事故應急救援體系。研究優化事故救援策略，提高救援效率，建立事故預防和處置機制。基于燃氣裝備典型事故的模型分析基礎，根據燃氣裝備典型事故類型，實現對事故不同演化階段的應急決策動態調整，研究燃氣裝備典型事故預防預測技術、燃氣裝備典型事故應急響應技術以及特種設備典型事故輔助決策技術，從而為研究面向不同用戶（燃氣裝備生產、使用、檢驗、監察等單位、社會公眾和政府部門）的系統提供關鍵技術支撐。

  3.1   加快燃氣裝備安全信息化平臺建設     

下一代通信網絡、物聯網、云計算技術的發展，正在深刻影響和推動世界新一輪科技革命和產業變革。大數據、信息化管理和安全智能監測監管將是燃氣裝備產業、特種設備檢驗檢測機構和市場監管機構的發展趨勢。建設燃氣裝備動靜態信息數據庫，面向燃氣裝備生產使用單位、特種設備監察和檢驗機構，建立集數據分析、安全監察、風險預警、應急處置、檢驗綜合業務管理和公共服務等功能為一體的綜合性信息化平臺，助力互聯網+檢驗檢測技術服務、物聯網+維護管理等新業態發展，支撐燃氣裝備市場監管事業向信息化、智能化方向發展。

3.2   建設燃氣裝備安全綜合性科研實驗室     

鑒于燃氣裝備安全技術理論在損傷失效模式和檢測識別技術等方面存在諸多共性科學問題，燃氣裝備的設計和研制，燃氣的基礎特性以及燃氣的儲存、輸運和利用過程存在許多共性參數和影響因素，然而國內缺乏以燃氣裝備安全為核心的綜合性技術實驗室和復合型人才隊伍，相關研究單位各自開展燃氣裝備關鍵技術的研究工作，但由于數據不統一和數據集成度不夠等方面原因，相關基礎數據仍然依賴國外的標準規范或試驗結果，無法形成對問題進行綜合分析的能力和手段，關鍵檢測監測設備的自主開發受各自實驗室條件的限制進展緩慢，無法與國際領先水平同步，一些先進儀器只能依靠進口。此外，由于缺乏有效的交流平臺，數據共享程度低，科技資源無法得到合理利用。因此，亟須建立一定規模的綜合性專業實驗室，開展圍繞燃氣裝備安全的綜合性研究工作，在特種設備檢驗檢測高技術領域建設國內領先的綜合性科技研發與成果轉化平臺，加強國內和國際燃氣裝備安全高層次學術交流，聚集和培養優秀科技人才，產出高水平科研成果。從而達到提升我國燃氣裝備市場監管科技創新能力、引領和支撐燃氣裝備市場監管事業發展的目標。

3.3   增加產學研檢合作，建立人才聯合培養機制    

充分發揮高校和科研院所在基礎研究、前沿技術研究領域的引領作用，結合燃氣裝備生產制造企業在設計生產方面的數據和經驗、特種設備檢測機構在安全科技理論和檢驗技術方面的積淀，建設產學研檢合作平臺，增加技術交流和溝通渠道，打通基礎研究與應用研究的技術壁壘，建立成果轉化和利益共享機制，爭取國家戰略層面共性技術研發項目和資金支持，助推燃氣裝備安全科技迅速發展。
     

同時，建立“企特校”聯合培養人才的新機制。增加高校學生的工程實踐機會，開展特檢機構人才定期返校、駐企交流與培訓，創建研究生聯合培養基地，培養富有科技創新和實踐能力的燃氣裝備安全科技人才隊伍，為燃氣裝備安全科技的發展提供充足的人才儲備和技術支撐。

隨著我國燃氣裝備數量的迅速增長，通用化和標準化成為主流，同時向大型化、高參數方向發展，服役環境向極端條件發展，燃氣裝備的老齡化、輕量化和監控智能化也成為關注焦點。這些趨勢對燃氣裝備安全風險控制及檢驗檢測技術提出了更高的要求。由于燃氣裝備安全與社會公共安全緊密相連，其所服務的石化能源產業在國民經濟、“一帶一路”以及“碳達峰、碳中和”目標中扮演重要角色，所以開展針對燃氣裝備安全科技發展策略的探索研究，建立圍繞“燃氣基礎特性及抑爆機制、燃氣裝備全生命周期安全檢測、風險防控和應急處置”的關鍵技術研發體系，充分挖掘燃氣裝備動/靜態數據，融合“計算機輔助設計制造、輔助管理與在線監測、事故預警與決策支持”的完整性信息化技術，形成“以大數據技術為基礎，基礎理論研究與應用技術研究結合，風險防控與應急處置為保障”的技術路線，加快燃氣裝備安全信息化平臺建設，建設燃氣裝備安全綜合性科研實驗室，增加產學研檢合作，建立人才聯合培養機制，為燃氣裝備安全運行、社會經濟和人民日常生活提供重要保障，為燃氣裝備市場監管事業的發展提供有力支撐。