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汇聚福建的首台套,为何能改变历史?

2024-05-13 10:06:14来源:福建日报

《福建日报》2024年5月13日第08版

核心提示

12日,福清江阴港城经济区,中景石化年产100万吨丙烷脱氢(PDH)项目正式投产。这是全球单套年产能最大的PDH装置,更令人瞩目的是,设备国产率历史性地达到了99.5%以上。

加上去年投产的全球最大120万吨多元共聚聚丙烯项目,在中景石化科技园已汇聚6项全球首台套、7项全国首台套重大化工装备。

一批首台套缘何集中汇聚福建,又将如何改变行业格局?近日,记者走进位于福清江阴港城经济区的中景石化科技园,一探国产“化工智造”背后的故事。

合力攻关突破“卡脖子”

在中景石化科技园中,记者来到PDH装置的5号反应器烃出口阀旁,没有感到震动。仪表显示,随着液压动力系统的推进,直径1.2米的阀门已完成了一次开合。

再生空气加热炉(首台套)的吊装过程

每个反应器有8个阀门,接续开合之间,物料在反应器中完成反应、再生、烧焦、抽气、还原5个过程的循环交替,才能产出合格的产品。

“这个特种阀门学名双楔式闸阀,是中景石化PDH装置的核心设备之一。”中景石化生产技术部经理黄敏告诉记者,每个反应器在一个周期(24分钟)内按照规定时间开关一次,整个PDH装置共8个反应器、64个液压驱动特阀,需要在高温下完成高频动作,精准切换开关动作、持续稳定保证密封性,隔断烃类介质和空气,保护装置安全。

这些特阀产自北京航天石化技术装备有限公司,已成功通过中交与近半年的顺利试生产,是这一关键设备的首次国产化。

而此前,这种阀门一直被国外企业垄断。“全球仅有德国ZJ、日本久保田两家企业的产品可选。”黄敏说,定价权掌握在他人手中,成为我国PDH行业自主发展的瓶颈。

中景选择国产特阀,不仅是价格原因。“化工产业安全大于天,且整个项目总投资高达数十亿元,即便进口特阀的价格过亿元,但出于保险,以往大多企业干脆购买进口产品。”中景石化董事局主席翁声锦清楚记得,选择与国内厂家合作研发设备前还是纠结了一番。

“进口设备不仅价格由垄断企业说了算,而且购买后还有高昂的维护成本。”翁声锦说,曾购买过一个进口设备,从安装到调试、检测,每一个步骤都要等外国员工来完成,按日计算服务费。国外的技术人员“从拎上行李就开始算钱”,安装费、调试费、检测费花了数千万元,且服务时效性、主动性和设备的宽裕度等,与国内厂家有很大差距。

难道多年积累,我们就造不出可靠的设备吗?带着这样的“不服气”,经过认真考察国内制造企业并结合往年的合作经验,中景石化最终向国内化工装备生产企业发出“英雄帖”。

经过层层筛选,拥有长期技术积累的北京航天石化技术装备有限公司夺得订单,与中景石化的科研团队切磋拆解,逐步攻克阀门的一系列难题。

首先是材料要克服高温与腐蚀。“工作温度高达620摄氏度,在这样的温度下,普通材料会产生‘蠕变’,影响阀门密封性。”中景石化负责设备的副总经理宋武告诉记者,经过千百次试验,最终选择高性能的T800材料,采用高超技术堆焊至5毫米厚度,制作成阀座、阀盘,保证密封面达到技术要求;更新工艺,在T800与基材之间采用过渡层,解决了耐蚀问题,提高使用寿命。

此外,阀门数量多、口径大、动作时间快,以往驱动阀门开关大多采用电动,但速度较慢,难以满足要求。为此,国产液压龙头企业——江苏恒立液压股份有限公司随之“揭榜”,为特阀提供先进的油缸及液压系统。

“我们与北京航天石化技术装备有限公司发挥各自的技术优势,深入交流、合作研发,攻克了多项技术难题,实现了关键技术的国产化。”恒立液压董事徐进介绍说,从应用场景、元件选型、工况模拟、设计制造到出厂验证,每一个环节都严格把关,提升特阀的性能和使用寿命。

随着难题一一解决,北京航天石化技术装备有限公司成为国内首家拥有该产品成套业绩的阀门厂家,打破了该设备的国外垄断,填补了国内空白。

“虽然各方都是首次生产相关设备,但生产厂家积极攻关,我们也为之提供使用效能经验,双方反复切磋、快速调整,实现了设备一次性开车(指化工生产装置投料正式生产)成功。”中景石化总经理朱泽斌说,特阀价格仅为进口设备的一半,调试也仅用了3个月,是进口设备调试时间的一半,为中景石化降本增效、提升产品竞争力奠定了坚实的基础,也让国产化工反应器特阀打开了市场。

从反应器特阀到产品压缩机、50MW正压防爆电动机、169MW空气加热炉、轴流泵加热炉、高温三偏心蝶阀、反应器内衬……在整套PDH装置中,不仅汇聚了我国化工装备制造领域的顶尖央企、国企的高端装备,实现国产“从0到1”,还创造出多个“全球第一”。

化工装备的强劲“中国心”

“中景石化这套装置设备国产率这么高,是100万吨PDH领域中的唯一,到底能不能开车成功?全行业都在观望。”说起开车那一晚,黄敏仍激动不已。

反应器特阀(首台套)

3月19日深夜,机械开车一次成功!3月28日反应器上线!4月4日产出第一批合格产品!这属于“非常顺利”的速度,让全行业吃了定心丸。

“说明国产设备不仅可以替代进口,部分还达到了国际领先水平。”黄敏说,这集中展示了中国企业在高端装备制造领域的实力和竞争力。

产品气压缩机,是PDH装置的“心脏”。

记者登上PDH装置的三层平台,看到总长近30米的产品气压缩机,重量相当于250辆家用轿车的总重。它是目前世界上最大的单轴离心压缩机,产自沈阳鼓风机集团股份有限公司(以下简称“沈鼓集团”)。

长久以来,大型压缩机也是“卡脖子”技术,国内PDH装置的产品气压缩机,主要来自美国埃利奥特和日本三菱重工。

“压缩机被称为‘工业心脏’,如同人的心脏,负责把各种不同的气体、介质进行升压,送到需要的流程里面,之后经过一系列化学反应,变成所需要的化工产品。”沈鼓集团的煤化工成套室主任金鑫形象比喻道,“压缩机只有一个,没有备份,一旦出现问题停下,整个动力都要停止,就像人的心脏停止跳动。”

“接单”中景石化100万吨PDH的6台套压缩机组后,沈鼓集团直面难题:由于流量大、入口负压运行,产品气压缩机整体尺寸大、重量大等原因,所以设计难度高,且其效率指标对整个装置的运行能耗水平有重大影响。

面对技术难度大、生产工艺要求高的双重挑战,沈鼓集团精选技术精湛、经验丰富的人才组建项目团队,采用了一系列创新设计——在气动设计上,采用高效率的三元叶轮,提高叶轮的多变效率;在结构设计上,运用计算流体力学分析手段,对进、排气室进行分析优化,降低蜗室损失,进一步提高多变效率。

“此外,PDH特殊的运行工况,给机组的启动带来了挑战。”金鑫介绍说,根据这一特殊情况,沈鼓集团定制化更新了机组带压启动曲线,彻底解决其带压启动难题。

终于,沈鼓集团成功拿出了性能优秀、全球最大的单轴离心压缩机。其驱动机功率达50兆瓦,共分3段10级压缩,叶轮最大加工直径近1828毫米,低压缸整机重达380吨,整机多变效率达到国际先进水平,并一次机械试车成功。

其中,产品气压缩机配套的50兆瓦高速同步防爆电动机、变频器,产自卧龙电气驱动集团股份有限公司(以下简称“卧龙电驱”),同样是全球化工装备中的首台套,意味着大功率电机和变频器长期依赖进口的局面就此打破。

“为中景石化研发的防爆电动机,是目前国内投入运行最大功率的同步防爆电动机,振动小、效率高、噪声低,综合性能达到国际先进水平。”卧龙电驱董事长庞欣元自豪地说,该设备替代德国西门子、瑞典ABB、日本TEMIC等同类设备,目前已获得实用新型专利10项、发明专利2项,为推进国家重大装备国产化作出了积极贡献。

“这次合作打破对国外技术的依赖,不但造价大大降低,还将带来长远的经济效益。”沈鼓集团总裁马诚对福建民企搭建的平台由衷点赞。他说,国产化的压缩机组不仅能够提高国内企业的核心竞争力,还降低相关设备的对外依存度,保障国家能源安全。“我们希望更多的民族企业像中景石化一样,担当国家重任,铸就国之重器,让更多国产重大装备跳动‘中国心’。”

为国产化工智造赋能

在中景石化科技园中,巍然屹立着全球最大的丙烷丙烯产品分离塔,高达138米,容积达11000立方米。

全球最大丙烷脱氢产品分离塔(首台套)的吊装过程

分离塔的生产商是中国中化控股有限责任公司旗下的天华化工机械及自动化研究设计院有限公司(简称“天华院”),该企业是中景石化120万吨多元共聚聚丙烯项目的环管反应器生产商。

天华院总经理助理、环管反应器攻关团队负责人张万尧告诉记者:“近两年,我们在聚烯烃相关领域的产品口碑、市场竞争力显著提高,这些成果与中景石化的合作引领密切相关。”

2019年,中景石化要为120万吨多元共聚聚丙烯装置寻找60万吨聚丙烯大型环管反应器的国产制造商,张万尧得知这一消息十分激动。

环管反应器是聚烯烃生产装置的核心反应设备,目前,全球仅有两三家生产商;而120万吨多元共聚聚丙烯装置,是全球单套产能最大的装置。张万尧作为业内人士,深知这个机会的含金量,兴奋地带领团队人员快速从兰州赶到了福清。

在与中景石化进行深入的技术交流后,项目难度更加清晰。反应器直管段长度55米,圆度、直线度、内壁光洁度等都有严格要求,要精确控制加工过程,克服超大工件焊接应力。

交流之下,天华院张万尧团队的技术能力获得了中景石化的认可。时间紧任务重,天华院迎难而上,开展一系列技术攻关:大型环管反应器“流场模拟和反应”数字模型,大型环管反应器与钢结构的整体框架力学模型,环管反应器内壁自动抛光技术及装备,环管反应器焊接应力控制及消除技术等。

细致的工作换来了丰硕回报,通过与中景石化的密切合作,设备顺利完成安装调试。2022年8月,中景石化的120万吨多元共聚聚丙烯装置一次性开车成功,且连续稳定运行。该环管反应器研制及应用,荣获2023年度中国石油和化工自动化应用协会科技进步一等奖。

“这彰显了天华院设计制造实力,赢得了业界口碑。”天华院执行董事孙中心说,也展示了化工装备的国产研发实力。

获益的不只天华院。去年,合肥华升泵阀股份有限公司(以下简称“华升泵阀”)开拓了俄罗斯和沙特市场,产品出口业务大幅度增长。

在中景石化120万吨多元共聚聚丙烯项目中,华升泵阀负责研发“热塑性弹性体聚丙烯装置环管反应器轴流泵/丙烯进料泵”。

工业泵,在很多人眼里只不过是个技术含量不高的铁疙瘩。实际上,环管轴流泵是石油化工行业生产聚丙烯等的关键设备,但一直被国外厂商垄断。

“中景石化年产120万吨多元共聚聚丙烯项目中,双环管反应器负责聚合反应,配套的聚丙烯轴流泵,规模也是全球领先。”华升泵阀常务副总经理林冲告诉记者,该装置进口压力大,工艺条件复杂又不稳定,对设备安全稳定运行要求高。“某国外品牌价格奇高,备件供货周期长,服务响应不及时。”

华升泵阀与中景石化联合攻关,充分考察相同装置及相似装置,研究其复杂的气液固三相流的工艺工况参数、机泵运行情况;通过水力研究、分析,开发模型泵,验证模型泵性能参数等一系列过程,终于自主研发出大型聚丙烯轴流泵,实现首台套国产化。

丙烷脱氢产品分离塔(首台套) (本版图片均由受访单位提供)

“设备一次性开车成功,运行稳定,轴流泵最大振动1.4mm/s,振动、噪声等各项指标优于标准要求,达到国际先进水平。”林冲自豪地说,目前,公司已成为全球聚丙烯轴流泵和丙烯进料泵的主力生产商,轴流泵产品不仅在国内有多个订单顺利开车、完成供货或在制造中,还成功出口俄罗斯,累计已实现20余套项目订单,推动中国企业智造化工设备走向国际市场。

(名词解释:丙烯,是最重要的基础石化原料之一。丙烷脱氢,是将丙烷制备成丙烯及氢气的过程,是目前市场占有率增长最快、最具前景的丙烯生产技术。)

(福建日报记者 陈旻 王永珍)

【责任编辑:钟培培】
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