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大型空分设备国产化的现在和未来
http://cn.newmaker.com 2/19/2018 11:17:00 PM  中国工业报
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压缩机/分离/过滤机械展厅
压缩机, 空气压缩机, 过滤器, 滤清器, 滤油机, ...
空分设备是以空气为原料,通过压缩循环深度冷冻的方法把空气变成液态,再经过精馏而从液态空气中逐步分离生产出氧气、氮气及氩气等惰性气体的设备,广泛应用于传统的冶金、新型煤化工、大型氮肥、专业气体供应等领域。

高效节能是空分设备运行的重要经济指标,北京科技大学教授李化治在“对空分高效分子筛的应用及相关设计问题的探讨”报告中指出,鉴于当今环境污染,大气条件恶化对空分的新要求,其高效吸附剂的研制和应用是根本应对的办法,无论是空分旧设备的节能改造及新空分的设计制造,高效分子筛的应用都刻不容缓。目前我国在大型空分设备的整体国产化上与世界水平还有差距。

有所突破

我国大中型空分设备的设计制造迄今已有60多年的历史,走过仿制、引进技术、自主研发三个阶段:

第一阶段为上世纪改革开放前,在计划经济的指令下,走过了仿制俄罗斯空分机型的石头蓄冷器切换流程、铝带式蓄冷器切换式流程、板翅式换热器切换流程空分设备等阶段,主要产品等级为1000、3350、6000m3/h空分设备,当时的设备存在着产品产量、纯度达标难、能耗高、可靠性差的各种不足;

第二阶段为上世纪80年代,我国引进了德国林德公司的大型空分设备设计制造技术,使我国的中大型空分设备设计制造水平迅速提高,空分流程进步到分子筛吸附的全低压流程,这一时期空分设备等级主要为6000、10000m3/h,其用户为冶金工业企业居多;

第三阶段上世纪90年代后,以杭氧为代表的我国空分设备制造业在消化吸收引进技术的基础上,自主研发了新一代的带增压透平膨胀机分子筛吸附、规整填料精馏塔技术流程空分设备,国内企业突破了流程组织、流程计算、精馏计算等空分设备设计技术的难关,掌握了空分设备设计制造的全部技术要领,并拥有自主知识产权,使国产空分设备的产量、纯度、氧提取率、单位氧能耗等技术参数指标均达到了世界一流水平,国产空分产品最大规格从10000m3/h,上升到了15000m3/h,这一期间林德、液空等国际大牌企业看好中国的大型空分设备市场,在国内建合资或独资公司,并向市场推出20000m3/h及以上规格的大型空分设备,而后又推出60000等级以上规格的大型空分设备。

2000年以后,随着我国冶金、石化、煤化工等产业对大型、特大型空分设备需求的迅速增长,促进了我国空分设备行业的快速发展,以杭氧、川空、开封空分等为代表的一大批民族空分设备制造企业紧跟世界空分技术发展的步伐,通过自主创新、自主研发,开发了适应冶金、石化、新型煤化工需要的不同内压缩流程的大型空分设备,设备最大规格迅速地从20000m3/h提高到了30000、40000、50000、60000m3/h,又从60000等级上升到了8~12万等级,满足了国民经济发展的需要,国产大型空分设备发展过程取得的阶段性成果。

仍有差距

经过几十年的沉淀,国产大型、特大型空分设备在容量规格不断增大的过程中,并经上百套大型空分设备的实践,设计制造水平也取得很大的进步,杭氧流程掌握了空分流程组织、流程计算、精馏计算、精细制造、安全评估等空分设备设计制造技术,在配套部机基本相同的情况下,国产化设计、制造、成套的大型、特大型空分设备的如:产品产量、纯度、品种、达到压力、氧提取率、能耗、运行周期等技术性能指标,已经达到了国际一流水平,与外资企业的产品势均力敌,以致于外资品牌产品成套价格也大幅度地下降,与国产设备处在同一水平线上。但是同国外先进水平相较仍有差距。

空分配套的大型压缩机组及增压机是空分设备中关键转运部机,占大型、特大型空分设备投资额的40%左右,其效率高低直接影响成套空分设备的效率与能耗,国产大型空压机、增压机组与曼透、西门子公司的机器尚存在一定的差距,且国产机业绩不多,无法取得成套厂商和广大用户的认可,这也是大型、特大型空分国产化率不高的关键。空分配套的透平膨胀机、低温液体泵也存在与压缩机一样的窘境。

国产空分设备成套和配套部机在整体技术水平能达到国外同类产品水平,但国产设备往往存在可靠性不高的问题,设计、制造过程中的精细化管理不够,各种小错误不断,从而使小问题酿成大问题,这也是用户在同等条件下选择进口的主要因素。另外,总体设计、结构设计、管道布置等的考虑上,存在粗、大、笨,既浪费材料又不美观的通病。

从空气过滤器到压缩机、增压机、换热器、容器、泵、阀、各种管材、板材、吸附剂、仪器仪表,需要各行各业众多单位的配合协调,针对空分设备所需的特别低温环境下和氧介质环境下的特殊配套,专门设计、专业制造,国内未形成系统的产业链,特别是在大型、特大型空分的开发上,许多环节缺乏,造成只能依赖进口或无法满足成套性能的要求。

趋势自主

气体分离设备行业中在经历了高速发展阶段,进入了“新常态”的发展期,需求在萎缩,但空分设备是国家重大装备的组成部分,大工业的发展离不开空分设备,空分设备大型化、特大型化、机组集群化成为一种趋势。特大型化的空分设备可以直接减少大型冶金、化工项目的空分设备台数,进而减少设备投资、设备用地和设备运行、维护的人工工作量,空分设备大型化与机组集群化,有利于设备的统一管理,但同时对现场布置优化提出更高的要求。

空分流程的多样化也是大型空分设备的发展趋势之一,由于随着工业工艺发展,特别是煤化工领域中空分设备,用户对空分产品的纯度、压力、时长等规格,如:煤化工中各种工艺流程不同,对气体产品的需求品种就不一样,又因不同的气化炉的类型、规格,对气体产品要求又不一样,有高压氧、中压氧、高压氮、中压氮、低压氮、仪表空气、液氧、液氮等多种规格,而且用气量变化也很大,这就对空分设备流程设计、运行提出更高要求,将要求空分设备厂商,以工艺包模式,对各类流程实现整体开发。此外,开发IGCC等空分新应用领域的流程、大型空分稀有气体全提取流程、混合塔制取低纯度氧的流程、超高纯氧、氮提取流程等也是大型空分

随着“互联网+”的发展,工业4.0体系日趋成熟,充分运用互联网远程监控,建立远程监控系统,实时收集大型空分设备运行数据,并进入大数据分析,进行自动故障诊断,为用户提出优化操作建议,及时发现问题,改进设计方案。

在一些用户企业中,尤其是钢铁企业中,存在着用氧不均衡的状况,而空分设备生产又是必须连续性运行的,因此就造成了钢厂用氧量减小时,大量的氧气被放空,遭成能源的巨大浪费,特别是在随着空分的超大型化,空分设备的设计能力与供求量之间矛盾的更为突出。同时随着市场竞争日益加剧,企业对成本的控制越来越严,而降低氧气放散率成为了降低制氧成本的关键。空分设备的智能化,自动变负荷技术的推广应用成为大型空分设备发展的必然趋势。

空分设备的设计、制造的精细化是大型空分设备的发展趋势,空分设备技术已发展到了一定的水平,进一步的提高与发展的空间有限,因此提高大型空分设备设计的精确化,制造的精细化程度,是大型空分设备发展关键,另外大型、特大型空分设备在大型工业化中的重要性,也决定了大型空分设备越来越要求精制。

在大型、特大型空分设备国产化的同时带动相关机组、配套部机、配套元器件的国产化,如:开发低阻高效高压板式换热器,承压可达12.5MPaA以上,强化翅片的换热效果和承压能力;开发高效节能的主冷凝蒸发器,在保证安全的情况下尽可能降低液位温差,保证能耗最优;开发低温关键配套阀门,满足各种工况下开关及调节要求;开发透平膨胀机及全液体高压膨胀机,提高运转效率,适应各类流程;开发全系列高效产品压缩机,提高运转效率,适应各类流程。

通过与风机、泵阀等行业共同研发,形成国产空分设备的产业链,进一步提高大型、特大型空分设备的国产化率,其中:60000m3/h等级及以下成套空分设备的国产化率从现在的50%~70%提高到80%以上,主要是配套空压机、增压机的效率与可靠性提高,实现真正的国产化;60000m3/h以上等级成套空分设备的国产化率从现在的35%提高到60%以上。

《中国制造2025》提出了通过“三步走”实现制造强国的战略目标:第一步,到2025年迈入制造强国行列;第二步,到2035年中国制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平;第三步,到新中国成立一百年时,综合实力进入世界制造强国前列。现阶段我国大型、特大型空分设备国产化制造水平已通过自身的努力实现迈入了制造强国的行列,因此今后10年中,应努力实现大型、特大型空分设备成套设计制造及关键配套机组达到世界先进水平,整体达到世界制造强国中等水平。

(作者系中国通用机械工业协会副秘书长、气体分离设备分会秘书长)

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