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        大型空分設備國產化的現在和未來

        2017-02-14
        ?空分設備是以空氣為原料,通過壓縮循環深度冷凍的方法把空氣變成液態,再經過精餾而從液態空氣中逐步分離生產出氧氣、氮氣及氬氣等惰性氣體的設備,廣泛應用于傳統的冶金、新型煤化工、大型氮肥、專業氣體供應等領域。

          高效節能是空分設備運行的重要經濟指標,北京科技大學教授李化治在“對空分高效分子篩的應用及相關設計問題的探討”報告中指出,鑒于當今環境污染,大氣條件惡化對空分的新要求,其高效吸附劑的研制和應用是根本應對的辦法,無論是空分舊設備的節能改造及新空分的設計制造,高效分子篩的應用都刻不容緩。目前我國在大型空分設備的整體國產化上與世界水平還有差距。

          有所突破

          我國大中型空分設備的設計制造迄今已有60多年的歷史,走過仿制、引進技術、自主研發三個階段:

          第一階段為上世紀改革開放前,在計劃經濟的指令下,走過了仿制俄羅斯空分機型的石頭蓄冷器切換流程、鋁帶式蓄冷器切換式流程、板翅式換熱器切換流程空分設備等階段,主要產品等級為1000、3350、6000m3/h空分設備,當時的設備存在著產品產量、純度達標難、能耗高、可靠性差的各種不足;

          第二階段為上世紀80年代,我國引進了德國林德公司的大型空分設備設計制造技術,使我國的中大型空分設備設計制造水平迅速提高,空分流程進步到分子篩吸附的全低壓流程,這一時期空分設備等級主要為6000、10000m3/h,其用戶為冶金工業企業居多;

          第三階段上世紀90年代后,以杭氧為代表的我國空分設備制造業在消化吸收引進技術的基礎上,自主研發了新一代的帶增壓透平膨脹機分子篩吸附、規整填料精餾塔技術流程空分設備,國內企業突破了流程組織、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,并擁有自主知識產權,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了世界一流水平,國產空分產品最大規格從10000m3/h,上升到了15000m3/h,這一期間林德、液空等國際大牌企業看好中國的大型空分設備市場,在國內建合資或獨資公司,并向市場推出20000m3/h及以上規格的大型空分設備,而后又推出60000等級以上規格的大型空分設備。

          2000年以后,隨著我國冶金、石化、煤化工等產業對大型、特大型空分設備需求的迅速增長,促進了我國空分設備行業的快速發展,以杭氧、川空、開封空分等為代表的一大批民族空分設備制造企業緊跟世界空分技術發展的步伐,通過自主創新、自主研發,開發了適應冶金、石化、新型煤化工需要的不同內壓縮流程的大型空分設備,設備最大規格迅速地從20000m3/h提高到了30000、40000、50000、60000m3/h,又從60000等級上升到了8~12萬等級,滿足了國民經濟發展的需要,國產大型空分設備發展過程取得的階段性成果。

          仍有差距

          經過幾十年的沉淀,國產大型、特大型空分設備在容量規格不斷增大的過程中,并經上百套大型空分設備的實踐,設計制造水平也取得很大的進步,杭氧流程掌握了空分流程組織、流程計算、精餾計算、精細制造、安全評估等空分設備設計制造技術,在配套部機基本相同的情況下,國產化設計、制造、成套的大型、特大型空分設備的如:產品產量、純度、品種、達到壓力、氧提取率、能耗、運行周期等技術性能指標,已經達到了國際一流水平,與外資企業的產品勢均力敵,以致于外資品牌產品成套價格也大幅度地下降,與國產設備處在同一水平線上。但是同國外先進水平相較仍有差距。

          空分配套的大型壓縮機組及增壓機是空分設備中關鍵轉運部機,占大型、特大型空分設備投資額的40%左右,其效率高低直接影響成套空分設備的效率與能耗,國產大型空壓機、增壓機組與曼透、西門子公司的機器尚存在一定的差距,且國產機業績不多,無法取得成套廠商和廣大用戶的認可,這也是大型、特大型空分國產化率不高的關鍵??辗峙涮椎耐钙脚蛎洐C、低溫液體泵也存在與壓縮機一樣的窘境。

          國產空分設備成套和配套部機在整體技術水平能達到國外同類產品水平,但國產設備往往存在可靠性不高的問題,設計、制造過程中的精細化管理不夠,各種小錯誤不斷,從而使小問題釀成大問題,這也是用戶在同等條件下選擇進口的主要因素。另外,總體設計、結構設計、管道布置等的考慮上,存在粗、大、笨,既浪費材料又不美觀的通病。

          從空氣過濾器到壓縮機、增壓機、換熱器、容器、泵、閥、各種管材、板材、吸附劑、儀器儀表,需要各行各業眾多單位的配合協調,針對空分設備所需的特別低溫環境下和氧介質環境下的特殊配套,專門設計、專業制造,國內未形成系統的產業鏈,特別是在大型、特大型空分的開發上,許多環節缺乏,造成只能依賴進口或無法滿足成套性能的要求。

          趨勢自主

          氣體分離設備行業中在經歷了高速發展階段,進入了“新常態”的發展期,需求在萎縮,但空分設備是國家重大裝備的組成部分,大工業的發展離不開空分設備,空分設備大型化、特大型化、機組集群化成為一種趨勢。特大型化的空分設備可以直接減少大型冶金、化工項目的空分設備臺數,進而減少設備投資、設備用地和設備運行、維護的人工工作量,空分設備大型化與機組集群化,有利于設備的統一管理,但同時對現場布置優化提出更高的要求。

          空分流程的多樣化也是大型空分設備的發展趨勢之一,由于隨著工業工藝發展,特別是煤化工領域中空分設備,用戶對空分產品的純度、壓力、時長等規格,如:煤化工中各種工藝流程不同,對氣體產品的需求品種就不一樣,又因不同的氣化爐的類型、規格,對氣體產品要求又不一樣,有高壓氧、中壓氧、高壓氮、中壓氮、低壓氮、儀表空氣、液氧、液氮等多種規格,而且用氣量變化也很大,這就對空分設備流程設計、運行提出更高要求,將要求空分設備廠商,以工藝包模式,對各類流程實現整體開發。此外,開發IGCC等空分新應用領域的流程、大型空分稀有氣體全提取流程、混合塔制取低純度氧的流程、超高純氧、氮提取流程等也是大型空分

          隨著“互聯網+”的發展,工業4.0體系日趨成熟,充分運用互聯網遠程監控,建立遠程監控系統,實時收集大型空分設備運行數據,并進入大數據分析,進行自動故障診斷,為用戶提出優化操作建議,及時發現問題,改進設計方案。

          在一些用戶企業中,尤其是鋼鐵企業中,存在著用氧不均衡的狀況,而空分設備生產又是必須連續性運行的,因此就造成了鋼廠用氧量減小時,大量的氧氣被放空,遭成能源的巨大浪費,特別是在隨著空分的超大型化,空分設備的設計能力與供求量之間矛盾的更為突出。同時隨著市場競爭日益加劇,企業對成本的控制越來越嚴,而降低氧氣放散率成為了降低制氧成本的關鍵??辗衷O備的智能化,自動變負荷技術的推廣應用成為大型空分設備發展的必然趨勢。

          空分設備的設計、制造的精細化是大型空分設備的發展趨勢,空分設備技術已發展到了一定的水平,進一步的提高與發展的空間有限,因此提高大型空分設備設計的精確化,制造的精細化程度,是大型空分設備發展關鍵,另外大型、特大型空分設備在大型工業化中的重要性,也決定了大型空分設備越來越要求精制。

          在大型、特大型空分設備國產化的同時帶動相關機組、配套部機、配套元器件的國產化,如:開發低阻高效高壓板式換熱器,承壓可達12.5MPaA以上,強化翅片的換熱效果和承壓能力;開發高效節能的主冷凝蒸發器,在保證安全的情況下盡可能降低液位溫差,保證能耗最優;開發低溫關鍵配套閥門,滿足各種工況下開關及調節要求;開發透平膨脹機及全液體高壓膨脹機,提高運轉效率,適應各類流程;開發全系列高效產品壓縮機,提高運轉效率,適應各類流程。

          通過與風機、泵閥等行業共同研發,形成國產空分設備的產業鏈,進一步提高大型、特大型空分設備的國產化率,其中:60000m3/h等級及以下成套空分設備的國產化率從現在的50%~70%提高到80%以上,主要是配套空壓機、增壓機的效率與可靠性提高,實現真正的國產化;60000m3/h以上等級成套空分設備的國產化率從現在的35%提高到60%以上。

          《中國制造2025》提出了通過“三步走”實現制造強國的戰略目標:第一步,到2025年邁入制造強國行列;第二步,到2035年中國制造業整體達到世界制造強國陣營中等水平;第三步,到新中國成立一百年時,綜合實力進入世界制造強國前列?,F階段我國大型、特大型空分設備國產化制造水平已通過自身的努力實現邁入了制造強國的行列,因此今后10年中,應努力實現大型、特大型空分設備成套設計制造及關鍵配套機組達到世界先進水平,整體達到世界制造強國中等水平。

          (作者系中國通用機械工業協會副秘書長、氣體分離設備分會秘書長)

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