逐夢“大空分” 創新鑄就大國重器

　　“富煤貧油少氣”的資源稟賦決定了發展煤炭深加工可以使我國減少對進口石油和天然氣的依賴，也是調整能源結構的重要選擇。大型煤化工項目中，大型、超大型空分裝置是必不可少的關鍵裝備，但其核心技術被少數外國公司所壟斷，而其配套的大型空分裝置壓縮機組更是長期依賴進口。隨著我國大型空分裝置逐步實現國產化，十萬等級以上超大型空分裝置的國產化，就是通用機械行業人追逐的最大夢想。

　　寧夏回族自治區，賀蘭山下，黃河岸邊，銀川靈武，在這片戈壁荒原上，矗立著兩個 “全球之最”：

　　一個是全球單套規模最大的煤炭間接液化裝置——神華寧煤400萬噸/年煤炭間接液化 （俗稱煤制油）項目，每天將數萬噸的煤炭氣化、合成，再液化，變成萬余噸煤基液體燃料，包括最優質的航空燃油等；另一個是為這個 “煤制油”項目提供生產所需氧氣的12套十萬等級空分設備。這12套十萬等級空分設備是當今全球最大的空分集群，每小時可產生120多萬立方米的氧氣，足以充滿1.4個 “北京水立方”場館。

　　12套十萬等級空分裝置中與國際領先同臺競技的6套裝置由我國自主研發制造，這一 “國之重器”橫空出世，實測能耗指標優于同時期十萬等級空分裝置的國際先進水平，打破國外企業對十萬等級空分裝置的壟斷，堪稱我國重大技術裝備國產化的里程碑成就。

　　不就是制氧機嘛，十萬等級空分到底牛在哪兒

　　制氧機確切地來說應該稱空分設備，或者叫氣體分離與液化設備，是冶金、化工等行業重要輔助生產裝置，為生產提供充足的氧氣、氮氣等工業用氣，被稱為 “現代工業之肺”。

　　十萬空分裝置國產化，一直是我國通用機械行業人長久以來追逐的最大夢想。——中國通用機械工業協會名譽會長隋永濱如此說。

　　中國能源結構富煤貧油少氣，油氣資源短缺一直是困擾我國經濟社會發展的重大問題，煤制油這一煤炭清潔利用路徑已成為我國能源戰略的重要一環。早在2004年，國家發展改革委就批復神華寧煤集團建設煤炭間接液化示范項目，希望通過煤制油緩解我國石油資源緊缺問題。神華寧夏煤業集團400萬噸/年煤炭間接液化項目是國家 “十二五”煤炭深加工示范項目，也是全球一次建設規模最大的煤制油項目。它承擔著“后石油時代”為我國能源裝備制造提供技術戰略儲備的使命。

　　空分裝置是煤化工的核心裝置，作為煤化工的核心設備，一套每年400萬噸煤間接液化制油裝置，需要12套十萬等級空分設備。此時的全球十萬等級空分裝置市場剛剛拉開序幕，即使歐洲兩大空分巨頭德國林德集團和法國液化空氣集團也僅有少數業績，而在中國的運行業績為 “零”。面對中國這個巨大的十萬等級空分潛在市場，國際空分巨頭們誰都想搶先一步。

　　此刻，中國裝備制造業再次面臨 “買”與 “造”的決策。——“只有掌握了核心技術，才能為國家經濟安全、能源安全筑起一道防線。”隋永濱的話代表了行業的決心！

　　十年磨一劍，與世界領先同臺競技的中國制造

　　在上世紀90年代，我國空分設備制造業在引進、消化、吸收國外技術的基礎上，自主研發了新一代的大膨脹比增壓透平膨脹機、常溫分子篩凈化、規整填料精餾塔技術、全精餾 （無氫）制氬流程空分設備。

　　此時的國內企業也突破了流程組織、流程計算、精餾計算等空分設備設計技術的難關，掌握了空分設備設計制造的全部技術要領，擁有了自主知識產權，使國產空分設備的產量、純度、氧提取率、單位氧能耗等技術參數指標均達到世界一流水平。

　　但此時國產空分裝置在機械方面 （特別是三機一泵）與國外相比還有不小差距，尤其是對于內壓縮流程技術所需要的高壓3MPA以上的空氣增壓機來說，基本上還需要靠進口。

　　為與國際空分巨頭在同一賽道上一較高下，杭氧扛起了空分裝置國產化的示范大旗。空分領域的市場競爭，即有業績至關重要。杭氧的六萬等級空分裝置雖然已是當時國內空分制造業的最高水平，但放眼全球，國外企業制造的八萬等級、十萬等級已投入運行。

　　2009年9月25日，杭氧為寶鋼配套的第一套六萬等級空分裝置出氧，邁出大型空分設備制造的第一步。但瓶頸隨之而來，2009年到2011年，杭氧一直徘徊在六萬等級。與此同時，神華寧煤項目進入調研論證階段，時間不等人。

　　2012年1月，杭氧投資的廣西杭氧氣體公司準備上馬六萬等級空分裝置，此時距離神化寧煤招標僅剩一年時間。廣西項目計劃報上來，杭氧管理層反復研究，開會討論，最終做出了一個至今看來至關重要的決策：廣西項目直接上已完成技術儲備的八萬等級空分。

　　僅過一年，八萬等級裝置成功出氧，杭氧在規模上有了與國際公司同臺競標的資本，拿到了入場券。

　　2013年4月26日，杭氧與神華寧煤在杭州舉行了6套十萬等級空分裝置設計、供貨和服務合同的簽約儀式，十萬等級空分裝備國產化大幕正式拉開。

　　為研制神華寧煤十萬等級空分裝置，杭氧采用大量數據分析方法，對當時10年間投產運行的上百套空分設備進行分析研究，進行了一系列關鍵技術及裝備的研發和創新，包括十萬等級特大型空分工藝包和成套集成關鍵技術、自動變負荷先進控制技術、特大型徑向流分子篩吸附器等，以便從中尋找到如何開發出國際領先水平的十萬等級空分裝置的技術路徑。杭氧團隊不斷進行技術論證和沙盤推演，在32種流程方案中選出最優方案。

　　2017年3月15日下午2時58分，第一套神華寧煤杭氧十萬等級空分裝置成功出氧。實時數據顯示，氧純度達到99.6%，氮純度達到99.999%，且系統運行穩定。

　　2017年8月25日，杭氧的6套空分裝置全部開車成功，單套設備蒸汽消耗量低于設計值6噸/小時，成為當時世界上同規模在運行的能耗最低的空分設備。

　　在十萬等級空分裝置國產化過程中，杭氧攻克了一系列技術難關，形成了多項創新技術和專利成果，自主開發了十萬等級空分設備流程設計和計算技術、工藝系統集成技術，解決了超大型精餾塔陸路運輸受限的難題。對于煤化工行業來說，安全穩定運行始終是設備首要要素。為了能給下游提供穩定的氧氣和氮氣，杭氧6套空分設備單元和后備系統實現一體化控制，實現 “零縫隙”后備。

　　杭氧研制成功了鋁制高壓板翅式換熱器，其設計壓力提高到10.0MPa，達到了國際先進水平。這些關鍵部機國產化示范的應用，不僅為未來特大型空分設備實現100%的國產化率奠定了基礎，還能在其他相關領域應用，大大提升了我國重大能源裝備的附加值水平。

　　創新鑄就 “大國重器” “大空分”裝備 “中國心”

　　早在2011年10月底，針對神華寧煤400萬噸/年煤炭間接液化項目，國家能源局就組織了關鍵設備國產化的工作會議。會議決定將十萬空分裝置用壓縮機組的國產化任務托付給沈陽鼓風機集團股份有限公司，十萬空分壓縮機國產化成功與否將關系到我國煤炭深加工的發展，也關系到此類十萬空分裝置能否實現完全自主制造生產的成敗。

　　十萬立方米等級的大型空分壓縮機，要保障每小時從50萬立方米的空氣中，壓縮分離出10萬立方米的氧氣，技術非常復雜，制造工藝難度大，一直被國外少數幾家公司壟斷。作為中國大型空氣壓縮機研制的領軍企業，沈鼓一直針對“大型空分壓縮機”進行自主攻關，并在遼寧省營口市投資建立專門的生產試驗基地。

　　沈鼓自上世紀90年代初就開展了2萬-12萬等級空分壓縮機的自主研發工作。2004年，第一套國產大型空分裝置用壓縮機問世于沈鼓，結束了我國不能生產4萬以上等級空分裝置用壓縮機的歷史。2006年，沈鼓再獲突破，生產了5.2萬等級空分裝置用壓縮機組，成為運行時間最長、能力最大的國產化空分壓縮機。

　　2014年12月5日，十萬等級空分壓縮機轉子在南京汽輪機廠完成了高速動平衡，各項參數全部達標，性能合格；2015年1月，十萬等級空分項目完成研發設計、加工制造等流程，進入機組整體試驗階段；機組試驗在沈鼓營口透平基地、國內唯一十萬千瓦試車臺位上進行；2015年8月23日凌晨1點30分，機組完美地經歷了暖機、越過臨界轉速、升速等一系列實驗，空壓機、增壓機、汽輪機三機聯動試驗成功完成，十萬空分壓縮機試車成功。

　　2017年5月15日，十萬等級空分裝置壓縮機組 (空壓機、汽輪機、減速機、增壓機)在神華寧夏現場一次開車成功。機組振幅值、軸承溫度、軸位移等軸系監測數據均符合合同規定，空壓機和增壓機的流量、壓力等工藝參數等性能指標均滿足裝置需求。運行數據表明，機組的各項機械及氣動性能指標均達到國際先進水平。機組各項性能數據均達到裝置工藝要求，十萬等級空分裝置壓縮機組整機聯動試車一次合格。

　　為滿足 “10萬大空分”裝置的大流量、大壓比、高效率要求，沈鼓研發團隊首創了空壓機 “軸流+離心”共軸結構，增壓機創新采用多軸多級齒輪組裝結構，解決了葉輪直徑大、效率低等難題，并實現一鍵式啟車、黑屏式穩定運行。

　　此后，沈鼓空分產品持續創新提升，全新一代超大型“軸流 （6級）+離心 （1級）空氣壓縮機組”，對比之前實現了結構和氣動性能的全面優化，并實現工業化應用，各項性能指標國際領先。全新一代 “6+1”機組為10.5萬空分壓縮機組，已在廠內成功試車，并已順利交付用戶現場。

　　運行周年 “答卷” 從國際先進到國際領先

　　2018年4月，國產十萬等級空分裝置迎來運行一年后的“大考”——中國機械工業聯合會與中國通用機械工業協會共同組織對十萬等級空分裝置幾壓縮機組鑒定：

　　4月18日至19日，“特大型空氣分離設備關鍵技術開發及產業化和10.15萬m3/h(氧)空氣分離設備應用”成果鑒定會召開，鑒定專家組一致認為，國產十萬等級空分設備的研制成功，是我國重大裝備國產化的又一突破，其主要技術性能達到了國際領先水平，可以滿足國內大型煤化工、石油化工及冶金等重大工程對十萬及以上等級空分裝置的需要。

　　4月26日，“十萬等級空分裝置用空氣壓縮機組”產品鑒定會召開，最終鑒定意見為，十萬等級空分裝置用空氣壓縮機組填補了國內空白，是裝備國產化的重大技術突破，機組技術性能達到了國際同類產品先進水平，其中機組操作性和工況適應能力等居國際領先水平。

　　2021年11月3日，2020年度國家科學技術獎勵大會在北京人民大會堂召開。“400萬噸/年煤間接液化成套技術創新開發及產業化”榮獲國家科技進步一等獎，杭氧與沈鼓雙雙上榜。十分等級空分裝置的成功應用運行，打破了多項國外關鍵技術、重大裝備及材料的技術壟斷，為我國煤制油產業化發展奠定了堅實的技術基礎，帶動了一大批裝備制造企業躋身國際一流行列，對支撐國家能源多元供給，保障我國能源安全具有重大戰略和現實意義。（本文由中國通用機械工業協會供稿）

　　轉自：中國工業報

　　【版權及免責聲明】凡本網所屬版權作品，轉載時須獲得授權并注明來源“中國產業經濟信息網”，違者本網將保留追究其相關法律責任的權力。凡轉載文章及企業宣傳資訊，僅代表作者個人觀點，不代表本網觀點和立場。版權事宜請聯系：010-65363056。

延伸閱讀