我国立足自主的石化国产化设备取得显著进展（下）

钱伯章

（上海擎督信息科技有限公司金秋能源石化工作室)

综 述

我国立足自主的石化国产化设备取得显著进展（下）

钱伯章*

（上海擎督信息科技有限公司金秋能源石化工作室)

论述了近年来我国石化行业在装备技术方面所取得的进展，尤其是 “十五”、“十一五”期间在大型石油、化工装备的设计制造上所取得的巨大发展和业绩。这期间，许多引进的石化装备国产化取得了突破性进展，一批重要的大型石油化工装备的研制和开发获得成功，并拥有自主知识产权。论述所涉及的主要石油化工装备包括反应器、塔器、换热设备、工业炉、压缩机、分离设备、结晶器、干燥装置以及一些石油化工行业的专用机械等。

石化装备 国产化 反应器 塔器 换热设备 工业炉 分离设备 压缩机

Abstract:Discussed the equipmentand technology progress in the petrochemical industry in recentyears.Especially the design andmanufacturing of large oil and chemical equipmentachieved tremendous developmentand performance in the periodsof“the 10th five-year plan” and “the 11th five-yearplan”.During this period,the localization rate ofmany import petrochemical equipmentsmade breakthrough,a number of large-scale petrochemical equipment researched and developed successfully,owned the independent intellectual property rights.The review concerns primarily the petrochemical industry equipment,including reactors,towers,heat exchange equipment,industrial furnaces,compressors,separation equipment,crystallizer,dryerand some specialmachinery in the petrochemical industry and so on.

Key words:Petrochemical equipment； Domestication； Reactor； Tower;Exchange equipment； Industrial furnace； Separation equipment； Compressor

4 工业炉

石化生产中常用的工业炉根据用途不同可分为加热炉、裂解炉、转化炉等。

乙烯裂解炉：1984年以来，在中国石化集团公司组织下，北京化工研究院、石化工程建设公司、兰州化工机械研究院等合作，对裂解炉技术进行深入研究和消化吸收，相继开发了多种具有同期世界先进水平的高选择性CBL裂解炉，并在辽化、齐鲁石化、吉化、抚顺石化、燕化、天津石化和中原乙烯建成投产了 9台 2～6万 t/a的 CBL-Ⅰ、CBL-Ⅱ、CBL-Ⅲ和CBL-Ⅳ型炉，改变了我国乙烯工业炉完全依靠进口的局面，也为上世纪末中国石化与鲁玛斯签订合作开发大型裂解炉协议奠定了技术基础。北京东方化工厂为使乙烯装置扩能，新增一台6万t/a CBL型裂解炉也于2004年9月建成投运。扩能后，东方化工厂乙烯生产能力达到22～24万t/a。由北京化工研究院、石化工程建设公司、化工机械研究院共同承担的15万t/a大型裂解炉开发也已通过验收。

中国石化集团公司也与美国鲁玛斯公司开发了10万t/a大型乙烯裂解炉，命名为 “SL”裂解炉，这是目前我国单炉生产能力最大的乙烯裂解炉，其中10台10万t/a的SL-Ⅰ、SL-Ⅱ型炉已在中国石化第二轮乙烯改扩建中建成投产，另有11台大型炉完成设计。两家公司还着手共同开发单炉生产能力达15～18万t/a或更大的新型裂解炉。

国内最大的乙烯裂解炉在茂名重力石化机械制造公司成功制造。单套处理能力15万t/a、每台重达450 t的8台乙烯裂解炉经检验合格后，应用于国内目前最大的乙烯项目——独山子石化120万t/a乙烯工程。

国家 “十一五”规划提出 “建设千万吨级炼油、百万吨级乙烯石化产业基地”的发展方向，乙烯生产的大型化和国产化给石化装备制造业带来了新机遇。茂名重力石化机械制造公司瞄准乙烯生产的核心装备——乙烯裂解炉。经过技术攻关，该公司自主设计制造出一批专用设备，并从国外引进先进设备，开发出低温焊接、自动焊红外线跟踪等十多项新技术，建成年产乙烯裂解炉30台套的生产线。到目前为止，茂名重力公司研制开发的4～15万吨级多种系列裂解炉对流段成套设备，先后应用于燕山石化、齐鲁石化、上海石化、茂名石化等近10家企业的乙烯工程中。经生产实践检验，这些产品质量和技术指标均达到国外同类产品水平，并成功占有国内裂解炉80%的市场份额。

我国开发的可与各种炉管相匹配的、多头裂解气进口的双套管急冷锅炉，以及LQC型线性急冷锅炉，已申请专利。该设备除已用于齐鲁石化、扬子石化、上海石化6万t/a裂解炉外，还用于6～15万t/a规模的乙烯裂解炉。我国已能够制造裂解炉中辐射段离心铸造高温炉管和对流段高频焊接翅片炉管、引风机等。我国开发的气体燃料烧嘴、油气联合烧嘴，具有性能可靠、火焰扁平刚直、调节弹性大、噪音低等特点。

转化炉和汽化炉：我国设计制造的20万t/a以天然气为原料生产合成氨装置中的一段转化炉，其中的高温炉管、对流段高频焊翅片管，是在国内首次研制成功的。

5 压缩机

多年来，我国压缩机制造业在引进国外技术、消化吸收和自主开发基础上，攻克不少难关，取得重大突破。如催化裂化装置用主风机和富气压缩机、加氢装置的循环氢压缩机、新氢压缩机、乙烯三大压缩机组、化肥四大压缩机组等已大量在石化生产中应用。其中，水平剖分式离心压缩机和轴流式压缩机制造技术已接近或达到国际同类产品先进水平，往复式活塞压缩机达到国际同类产品水平。

国内为石化企业提供压缩机的制造厂家主要有沈阳鼓风机股份有限公司、陕西鼓风机 （集团）有限公司、上海鼓风机厂等。沈阳鼓风机股份有限公司生产的离心压缩机在国内石化压缩机市场占有率达50%以上。目前，我国催化裂化和延迟焦化装置的富气压缩机进口流量达到81 600Nm3／h，功率达7 166 kW，已用于300万t/a装置；离心式循环氢压缩机流量达 250 000 Nm3／h，功率达 1 600 kW，出口压力达18MPa，已经用于120万t/a加氢裂化装置；裂解气压缩机流量达120 000Nm3／h，功率达18 000 kW，已应用于30～50万t/a乙烯裂解装置；大化肥装置的空气压缩机、天然气压缩机、氨压缩机、二氧化碳压缩机已应用于20～30万t/a合成氨装置；空分装置的空气压缩机流量达到220 000Nm3／h，功率达到17 580 kW，已经应用于40 000Nm3／h空分装置。陕西鼓风机（集团）有限公司在引进瑞士苏尔寿公司技术基础上，成功设计制造出170多台套性能优良的轴流压缩机，其中60多台套用于催化裂化装置的主、备风机。为大连石化公司350万t/a催化裂化装置制造的主风机是目前国内石化装置中最大的轴流压缩机，流量达到300 000Nm3／h，功率达到40 000 kW。

经过20年发展，我国已形成L、D、DZ、H、M型等数10个压缩机系列的数百种产品。沈阳气体压缩机股份有限公司从德国引进了全套往复压缩机设计制造技术，在大中型往复压缩机技术开发方面已取得突破性进展。1990年，我国研制成功符合现行国际标准的4M 50型系列大型氢气往复压缩机组，1996年推出6M 50型系列氮氢气压缩机组，1998年研制成功4M 80型系列大型氢气压缩机组。往复式新氢压缩机容积流量达到34 000Nm3／h，活塞压力达到80 kN，出口压力达到19MPa，功率达到4 000 kW，已用于200万t/a渣油加氢脱硫装置。国内自行设计制造的迷宫压缩机流量达到980 Nm3／h，出口压力达到3.8MPa，已应用于7万t/a聚丙烯装置。

我国自主研制的首台大型乙烯裂解气压缩机组（H 598）在沈阳鼓风集团研制成功，并运往茂名应用。该压缩机组的开发成功，打破了国外公司长期以来的技术封锁，为我国大型压缩机的国产化奠定了基础。这台大型压缩机组是我国目前研制的具有自主知识产权的最大乙烯装置裂解气压缩机组，机组采用三缸联运式结构，配套能力为64万t/a乙烯，是专为茂名石化乙烯工程配套的。试车运行验证，该机组高、中、低压缸机械运转和性能试验正常，各测震点的震动值都在20μm以下，各项技术指标均达到或超过了设计标准和水平。据介绍，我国的大型乙烯裂解气机组基本依赖进口，仅在24万t/a乙烯机组、36万t/a乙烯机组等一些 “轻量级”和 “中量级”装置上实现了国产化，而60万t/a以上的乙烯装置领域却一直是空白。为此，在投资43.54亿元的茂名石化乙烯改造工程中，中国石化集团决定采用国产60万t/a级的裂解气压缩机组，填补这一重量级装备的国产空白。这台配套能力为64万t/a的裂解气压缩机组的研制成功，不仅在乙烯装备国产化进程中又竖立了一个里程碑，而且为今后建设80万t/a，乃至100万t/a的乙烯装置，实现大型压缩机国产化铺平了道路。据了解，沈鼓集团曾先后完成两个乙烯装置大型裂解气压缩机组的研制。2000年沈鼓集团为大庆石化总厂研制出的24万t/a乙烯装置压缩机，实现了我国大型乙烯装置用离心压缩机组设计、制造技术的重大突破，填补了国内技术空白，打破了国外厂家对该产品的垄断。该产品达到了国际同类产品的先进水平，为大庆石化公司创产值11.3亿元／年。我国首台60万吨级乙烯裂解气压缩机国产化在茂名石化公司应用，这是大乙烯设备国产化的成功先例。在改进完善的基础上，中石化将在镇海炼化、天津石化100万t乙烯等工程中，继续采用国产大型裂解气压缩机。

由西安交通大学等单位联合研制的大型尿素装置宽工况节能型二氧化碳离心压缩机，通过鉴定。鉴定认为，该成果具有完全自主知识产权，压缩机总体气动性能优于国际先进水平，大大提升了我国流体机械设计制造技术在国际上的核心竞争力，具有很高的推广应用价值。应用该成果改造的二氧化碳离心压缩机已在中国石化股份公司安庆分公司30万t/a合成氨装置运行一年多，各项经济技术指标达到国外同类设备领先水平，彻底解决了长期困扰我国石化行业大型尿素生产装置能耗大、设备故障频发的难题，保证了大型尿素装置在低负荷运行时的节能效果，从源头降低了尿素生产成本。课题组在二氧化碳离心压缩机设计理论、方法和叶轮制造技术方面均取得重要创新。其中，在化工介质三元叶轮S2流面反问题设计方法中，首次提出了气体物性参数分段计算方法，成功解决了化工介质三元叶轮设计计算中经常碰到的发散的难题，大大缩短了计算时间，提高了计算的准确性；以基于全三维湍流流场计算与实验设计和响应面技术相结合的优化理论，建立了三元叶轮设计方法，开发了相应技术；研发了三元叶轮四坐标联动数控加工技术和软件，大大降低了加工成本；研发了旋转叶轮真空钎焊及整体热处理工艺，并在产品中成功应用；研发了17个不同流量系数的三元叶轮模型级，为成功研制高性能多级离心压缩机奠定了重要基础；研究了二氧化碳离心压缩机高压缸转子在不同转速、不同流量工况下轴向力的变化规律，避免了高压缸转子在开车过程中易发生的窜轴烧瓦事故。该成果突破了离心压缩机叶轮出口相对宽度的使用极限和同类机器稳定工况的最小流量极限，能耗相对同类规格的国外产品下降10.2%，在驱动透平耗汽量及低压缸不变的条件下，可增产10%。

由天华化工机械及自动化研究设计院承担的国家重大装备国产化项目——大型多列迷宫密封压缩机研制，荣获中国石油化工集团公司科技进步二等奖。大型多列迷宫密封压缩机是天华院在过去迷宫密封压缩机国产化项目研制成功的基础上，又一次承担的国家重大装备研制课题，无论技术难度、研制风险以及影响方面都超过从前。该项目依托于中国石化齐鲁股份有限公司65万t/a乙烯改造工程LLDPE装置K5206X尾气回收气压缩机，用于尾气的回收利用。大型三列迷宫密封压缩机——K5206X尾气回收气压缩机设计在诸多方面具有创新性。该尾气回收气压缩机在10万t/a LLDPE装置上连续稳定运行近11 000 h，机组性能优良，运行平稳，经济效益明显，节省设备直接投资约500万元。大型多列迷宫密封压缩机的成功研制，为天华化工机械及自动化研究设计院下一步承担 “十一五”重大装备国产化项目——特大型四列迷宫压缩机研制工作奠定了基础。

沈阳鼓风机 （集团）有限公司制造的BCL904+BCL905重整循环氢离心压缩机组 （H707机组）高、低压缸，于2007年10月投用成功，从而宣告国产化最大型的循环氢离心压缩机组研制成功。2006年，沈鼓公司与青岛炼化签订了为其1 000万t/a炼油项目5套装置提供6大机组的合同。其中机型为BCL904+BCL905的循环氢离心压缩机组是连续重整装置的心脏设备，也是国内当前正在发展的千万吨大炼油装置的核心设备之一。此外，该机组还是目前国产化最大型的循环氢离心压缩机，而且是国产化最大型的筒型压缩机。在此之前，这种超大型压缩机由于技术含量高、研制难度大，只能依赖进口。沈鼓公司依靠拥有自主知识产权的技术储备和整体雄厚的研发实力，历经一年多的努力，成功实现了这一大型机组的国产化。预计这将为国家节约设备投资数千万元，我国也因此成为世界上少数几个能够设计制造这种压缩机的国家之一。该机组的成功研制，表明我国已具备千万吨级大型炼油装置用氢气压缩机的设计、制造能力，填补了国内该项技术的空白，可以替代同类进口产品。沈鼓公司首开国内大型炼油装置用筒型离心压缩机的研制，为我国今后研制更大型的炼油装置用压缩机做好了技术储备，并为沈鼓公司后续大流量筒型离心压缩机的研制、开发打下了坚实的基础，如福建炼油乙烯项目芳烃联合装置的BCL904、福建炼油乙烯项目芳烃联合装置的BCL904+BCL905、大连福佳芳烃联合装置的BCL1004+BCL1004等。近年来，我国成品油的需求量迅速增长，千万吨级的大炼油项目相继上马，超大规模的筒型离心压缩机需求量增多，流量规模也越来越大。而沈鼓公司开发的H 707机组是先进成熟单元技术的集成，不仅适用于大型千万吨炼油，而且可以移植到大型PX（对二甲苯）装置、大型化肥以及石化行业各种用途的离心压缩机上，市场前景非常广阔。

沈阳鼓风机 （集团）有限公司于2008年5月23日宣布，我国大型炼油装置用压缩机设计制造又创新纪录。该公司为大连福佳大化石油化工有限公司大型芳烃联合装置生产的最大型国产化筒型压缩机BCL1104+BCL1104试车成功，并已交付用户使用。这一重量级机组的问世，创下筒型氢气压缩机目前国内叶轮直径最大、吨位最重两项新纪录。此前沈鼓集团曾在2007年10月为青岛大炼油项目首次制造出机型为BCL904+BCL905的循环氢离心压缩机组。更具意义的是，由于该机组是先进成熟单元技术的集成，不仅适用于大型炼油装置，还可移植到大型PX(对二甲苯)装置、大型化肥以及石化行业各种用途的离心压缩机上，将大大降低我国石化项目的建设成本。大连福佳大化公司的芳烃联合装置由石脑油预加氢、重整、连续再生、抽提蒸馏、二甲苯分馏、吸附分离、歧化和苯甲苯分馏、异构化和PSA（变压吸附）等9个单元组成。其中核心单元重整设计规模为182万t/a，吸附分离原料设计规模为320万t/a，处理量均位列世界前茅。该联合装置具有工艺流程复杂、设备数量多、操作难度大、自动化程度高、高度工艺联合等特点，配以相应的储运系统，循环水、空分、消防、污水处理等公用工程系统后，是一座典型的大型现代化石油化工联合工厂。

我国大化肥设备国产化再传捷报，由湖南湘东化工机械有限公司汽轮机分公司设计制造的102J原料气压缩机组试车成功。该机组在性能和技术上均能与国外产品相媲美，而价格却大大低于国外同类产品，仅为进口设备价格的20%左右。据介绍，这样一套包括汽轮机、离心压缩机、油系统、冷凝系统、控制系统等在内的全套设备即使在国外也很难在同一家公司采购到。102J原料气压缩机组是鄂尔多斯联合化工用于2×30万t/a合成氨装置中的配套设备。该设备原来都是从国外购买，目前在国内也只有二三家公司能生产其中的部分配件。2007年，湘东化机承接该项任务后，严格按照美国API 612、API617标准设计制造。从设计到制造，仅用了一年时间就生产出汽轮机、离心压缩机/油系统、冷凝系统、控制系统等全套设备，并一次试车成功。经检验，该机组各种性能完全满足设计和制造标准，达到同类进口产品的技术要求。现代大型合成氨厂多数以天然气作为原料，湘东化机公司生产的102J原料气压缩机组是将天然气压缩后进入脱硫工序，除去H2S及其他硫化合物，提高原料气的压力，使其达到生产需要的压力。102J原料气压缩机组的另一个过人之处就在于它具有的节能减排功效。该机组可利用炼油厂、石油化工厂在生产过程中产生的尾气制取合成氨，以减少装置的尾气排放。此外，该机组还可将石化和化工装置产生的废蒸汽、废热通过压差发电、余热发电和废热发电等方式，回收转化为电能，驱动汽轮机工作。我国大化肥厂家众多，建厂时其压缩机组设备都是从国外进口。随着这些进口设备进入老化期，价格优势明显、在性能和技术上都能达到国外产品要求的102J原料气压缩机组将逐步替代这些进口设备，为国家节约大量外汇，使企业减少资金投入。

我国首台百万吨级乙烯裂解气压缩机组于2009年1月9日由沈阳鼓风机集团制造并试车成功。试车结果表明，该机组各项指标完全达到技术协议及国际标准要求。这台乙烯裂解气压缩机组的问世，标志着我国已具备百万吨级乙烯 “三机”制造能力。这台裂解气压缩机组是沈鼓集团为中石化天津石化分公司的百万吨级乙烯项目研制的。天津百万吨级乙烯炼化一体化项目是我国正在建设的重大项目之一。该项目建成后，天津石化乙烯总规模将达到120万t，炼油能力达到1 250万t，每年可生产石油、石化和化纤产品1 200万t。乙烯压缩机是百万吨级乙烯装置中最关键、国产化难度最大的核心设备，其生产技术长期被世界少数几大公司垄断。2008年初，沈鼓集团开始研制百万吨级乙烯裂解气压缩机组。其间，科研人员相继攻克了裂解气压缩机高压缸机壳水压试验和大直径叶轮加工制造难度大等技术难题，于当年10月和12月分别完成低压缸、中压缸、高压缸性能试验，机组机械性能指标远优于国际石油协会标准的规定。乙烯裂解气压缩机组试车成功，为沈鼓集团今后制造百万吨级乙/丙烯压缩机积蓄了实力。

天津百万吨乙烯装置中最为关键的核心设备——裂解气压缩机组在我国百万吨级乙烯装置中将首次拥有 “中国芯”。据了解，这套国产化裂解气压缩机组设备由天津石油化工公司与沈阳鼓风机集团共同研制，是我国首个拥有自主知识产权的百万吨级乙烯裂解气压缩机装置。在国产化乙烯裂解气压缩机的试车过程中，该机组各项指标均达到攻关目标及国际标准要求。在乙烯装置中，裂解气压缩机、丙烯制冷压缩机和乙烯压缩机俗称 “乙烯三机”，是百万吨乙烯装置中最关键、最难国产化的核心设备，生产技术长期为世界少数几家公司垄断。裂解气压缩机为乙烯装置的 “心脏设备”，也是天津百万吨乙烯装置中最为关键的核心设备。目前国内乙烯装置裂解气压缩机多为进口设备，价格昂贵。截至目前，在天津石化百万吨乙烯配套工程项目中，乙烯工程装备国产化率达到78%以上，炼油工程的装备国产化率已超过90%。

沈阳鼓风机集团有限公司于2009年6月上旬宣布，该公司为中石化镇海炼化分公司百万吨乙烯装置研制的丙烯制冷压缩机组，通过中石化验收委员会的出厂验收。机组整体技术达到国际先进水平，填补了国内空白。这是沈鼓集团继成功研制天津石化百万吨乙烯裂解气压缩机组后，在大型离心压缩机设计制造技术方面的又一重大突破。这套为镇海炼化提供的丙烯压缩机组在同类装置中规模最大，其设计制造技术曾长期为国外少数几家大公司垄断。沈鼓集团在整机优化设计等方面开展了多项创新：采用新开发软件进行整体优化设计计算，满足了整机各个工艺段运行工况的设计要求，具有大流量调节范围及完善的各级性能匹配；在加抽气蜗室搭建模型级数值平台，研究其流量特性及两股气混合特点，对设计模型级进行数值计算和优化；利用数值模拟方法对排气蜗室进行流场分析，从结构上进行优化，提高了机组的运转稳定性和可靠性。此外，他们还采用ASME-PTC10标准规定的Ⅱ类试验，编制了气动性能试验方案，进行了代用气体的热力性能试验，验证了产品设计、加工制造质量和气动性能指标，为用户提供了满意的产品。验收委员会专家认为，百万吨级乙烯装置丙烯压缩机组性能指标达到了技术协议中整机功率偏差不大于设计功率2%的要求，远远低于ASMEPTC-10标准规定的4%。机组经过4个多小时的连续运转，机械运转振幅小于11μm，低于技术协议及API 617标准规定的25.4μm。机组整体技术达到了国际先进水平，打破了该类产品长期依赖进口的局面。随着以我国大型乙烯工程为依托工程的百万吨乙烯装置的裂解气压缩机、丙烯制冷压缩机相继研制成功，以及乙烯压缩机研制工作的顺利进行，以百万吨乙烯装置 “三机”为代表的关键技术和核心设备取得了突破性进展，使我国大型石化成套装备自主化能力得到进一步提升，逐步达到国际先进水平。

长输管线压缩机模型级关键技术研究项目于2010年1月初在沈阳鼓风机集团获得重大突破。这项新技术打破了国外对我国长输管线压缩机模型级技术的封锁，为西气东输提供了重大技术支撑，从而加速我国长输管线压缩机国产化步伐，提升国内大型长输管线工程压缩机制造能力。在天然气等长输管线工程中，压缩机是一个极其关键的设备，而模型级系统是压缩机内离心叶轮系统制造的一个特定系统，不仅决定着叶轮系统流量的大小，以及流速、压比、摩擦流损等关键技术指标，而且决定着压缩机的体积和成本、机械性能。此前，只有极少数国家拥有此项技术。因国内没有掌握模型级系统，导致压缩机体积大、耗能高、消耗材料多，压缩机小了又达不到功能要求。而有了模型级系统，无论制造什么规格的压缩机都可以达标。为攻克这项技术，沈鼓集团科技人员经过不懈努力，首先攻克了模型级基本级系统，自主开发了7个长输管线压缩机模型级基本级。在此基础上，他们采用准相似切割计算、性能分析、反复修正等技术措施，优化模型级系列化设计方案，完成了大量性能试验，获得了大量可靠数据，完成了长输管线压缩机模型级技术攻关。沈阳鼓风机集团研发的模型级技术先进，其长输管线压缩机PCL系列包含11个模型级，流量系数范围为0.090～0.038，可满足近期长输管线压缩机新产品开发的需要。其系列模型级的效率，无论是无叶扩压器还是叶片扩压器级都达到了当前世界先进水平。他们研发的级能头系数设计合理，可满足管线压缩机的特殊要求。压缩机广泛应用于石油、化工、天然气输送、冶金、空气分离等国民经济的各个领域，是国家基础工业和重大工程成套装置的核心设备。压缩机在长输管线装置中具有特殊的作用，目前正在向大型化、系列化、运行高效化、结构小型化、低噪声化方向发展，而这些均取决于压缩机制造技术的核心——模型级系数。确定模型级系数不仅是压缩机设计的关键技术，也是衡量一个国家压缩机发展水平与能力的重要标志。

6 分离设备

油浆专用微型旋流分离器：华东理工大学机械工程学院与镇海炼油化工股份公司共同承担的中石化科技开发项目 “催化裂化外甩油浆固体分离技术开发与应用”，通过专家评审。该技术通过在镇海炼化公司180万t/a重油催化裂化装置完成1 t/h规模的工业侧线试验，开发的油浆专用微型旋流器性能良好，在其进口催化剂的含量不大于18 000 mg／L时，出口净化油浆相的催化剂含量为200～1 000mg／L，净化油浆催化剂颗粒的平均粒径2 μm。镇海炼化公司己将该工艺在其180万t/a重油催化裂化装置上应用。

FCC三级旋风分离器：截至2008年6月20日，大庆石化公司机械厂自主研发的陶瓷内衬单管三级旋风分离器，已在广州石化公司200万t/a催化裂化 （FCC）装置试运行超过一年。运行结果显示，这种分离器出口的粉尘浓度小于40mg/m3，实测压降小于12 kPa，大于8μm的颗粒粉尘基本被分离干净，达到了国际同类产品技术指标。大庆石化公司机械厂自1984年生产出国内第一台催化裂化三级旋风分离器以来，在该设备的研制上一直走在市场前列。近年来该厂加大研发投入，建成了国内先进的全自动控制旋风分离实验测试装置，研制出了以高耐磨陶瓷为内衬的新型排尘结构三旋单管，并于2007年2月在广州石化公司催化装置上首次投用。装置投用后，解决了原钢制旋风分离器运行中粉尘结污堵塞问题，在降低系统压降的同时，加大了单管处理量，使烟气处理能力提高了1.5倍以上，实现了高效回收烟气能量、延长烟机的使用寿命和减少有害物质排放的目的。国内炼油企业有催化裂化装置100多套，其中95%以上采用烟气轮机回收能量。被誉为烟机保护神的三级旋风分离器，是石油化工催化裂化装置烟气、能量回收的重要除尘设备。目前，我国炼油催化裂化装置普遍使用不锈钢内衬三级旋风分离器，因常规钢制旋风分离器耐磨性差，使用年限仅为6年左右。而新型陶瓷内衬三旋单管的耐磨性是钢材料的10倍左右，使用寿命可以延长至15～20年以上，并具有更换便捷、节省钢材的显著特点，每年可节约更新费用1亿元以上。此项自主研发技术是节能环保领域的重大课题，研发成果在炼化企业具有较高的推广价值。

膜法分离器：

（a）中空纤维膜生产线

天津工业大学膜天膜工程技术公司中空纤维系列产品产业化示范工程建设项目于2004年4月进行验收。该工程建成后年产100万m2中空纤维系列产品，其生产技术达到国际先进水平，生产规模位居亚洲第一。

天津工大年产100万m2中空纤维系列产品产业化示范工程既是国家级膜产业化基地项目，也是天津市重大高新技术产业化项目，总投资1.2亿元。

该项目完成后，将拥有10条具有自主知识产权的中空纤维膜生产线及相关检测系统和设备，有效提高生产工艺技术水平，并将带动天津市新材料、环保、海水淡化、生物医药、电子等产业的快速发展，成为经济发展的重要增长点。

（b）加氢裂化干气膜分离回收氢气

标志着我国气体分离膜技术业已达到国际先进水平的国内首套石油炼厂加氢裂化干气及PSA解析气中氢气回收装置，在中石化镇海炼油厂开车成功。该装置已实际处理干气和PSA解析气约4 000万m3，产生氢气约3 500万m3。由天邦膜技术国家工程研究中心 （TMB）开发的这项技术，打破了国外在此领域的垄断，其经济和社会效益显著。

该装置不仅使干气中的氢气得到回收利用，而且使原生产过程中的水、电、气等各类能源消耗大大降低，经标定核算，每吨氢成本只是原生产成本的17.42%。炼厂氢气回收技术的开发成功，对缓解国家氢源紧张、促进绿色环保、降低制氢装置投资成本具有重要意义。该技术在我国炼油企业如能得到推广应用，每年将产生上亿元的经济效益。

大连化物所作为该研究中心的控股股东，从20世纪70年代末开始气体分离膜国产化研制工作，先后在石家庄炼油厂完成干气提氢工业试验，在安庆石油化工总厂实现国产膜分离氢回收装置在炼厂气应用中的工业化，并通过验收鉴定。目前，膜分离氢回收技术已成功应用于炼厂中低压含氢气源中。

该套装置在流程前处理和工艺配套等设计中，进行了大胆创新，首次使用了两段分离、分段加热、三级过滤和限流孔板等新工艺、新技术，并增加了多套连锁保护的新措施，使氢回收装置在不增加能耗的基础上，提高了产氢浓度和回收率，大大简化了回收流程，延长了分离器的使用寿命。该套氢回收装置操作简单，全部采用自动化控制，回收过程绿色环保，处理量达1.1万m3/h，产氢气约7 000m3/h，纯度超过91%，回收率达85%以上。装置年设计开工时间为8 400 h，按整套装置的50%负荷计算，每年经济效益达2 000多万元人民币。

经使用确认，回收装置操作弹性大，在设计负荷的50%～150%情况下，均能正常运行，不但氢气质量完全满足航空煤油加氢等装置的使用要求，而且生产流程、配套设施以及与原有设备的联动形成了一套完美的组合。

（c）膜技术回收乙烯

膜法回收技术是20世纪90年代兴起的新型分离技术，正在逐渐应用于石化行业中乙烯、丙烯及其它烷烯烃的回收。

中石油吉林石化分公司应用最新技术，实现了半渗透膜法技术的国产化，采用该技术的乙烯单体回收率高达90%以上，年回收乙烯和甲烷总价值达165万元。吉林石化分公司在生产环氧乙烷和乙二醇的过程中，在排放惰性气体的同时常有少量未反应的原料乙烯也被排放。为最大限度回收乙烯气体，该公司将大连欧科膜技术工程有限公司研究开发的膜法回收系统用于环氧乙烷和乙二醇的生产。该系统采用德国GKSS研究所的高分子复合膜，具有耐有机溶剂、耐高压、分离性能高等优点，乙烯单体回收率高达90%以上，采用甲烷致稳时，可节约近30%的甲烷。该回收系统还可采用原系统提供的压力作为膜回收系统的推动力，不需额外增加动力源，而且该系统以原装置排放气为原料气，富集乙烯气返回原装置常压体系，尾气排入原放空系统，对原装置无影响，同时还具有占地面积小、操作简单、维护保养容易等特点。

天津石化乙烯厂将膜法回收系统成功应用于环氧乙烷／乙二醇的生产过程中，并应用国外最新技术，实现了系统的国产化，乙烯单体回收率可达85%以上。据估算，该系统每年可回收乙烯300 t左右。天津石化乙烯厂在生产环氧乙烷和乙二醇的过程中，在排放惰性气体的同时常伴有部分未反应的原料乙烯也被排放。为最大限度回收乙烯气体，该厂与大连欧科膜技术工程有限公司合作，该装置于2004年5月开车成功并打通全流程。该系统采用了德国的高分子复合膜，具有耐有机溶剂、耐高压、分离性能高等优点，乙烯单体回收率可达85%以上。该回收系统还可采用原系统提供的压力作为膜回收系统的动力，不需额外增加动力源，富集乙烯气返回原装置常压体系，尾气排入原放空系统，对原装置均无影响，同时还具有占地面积小、操作简单、维护保养容易等特点。

（d）氯甲烷有机蒸气膜法回收

中科院大连化物所承担的5万t/a有机硅尾气中氯甲烷有机蒸气膜法回收项目，在中石油吉林分公司通过验收。这是目前国内第一套膜分离与低温蒸馏相结合的集成分离系统，是继2003年中科院大连化物所有机蒸气膜法分离在1.2万t/a有机硅装置上获得工业试验成功后首次在工业生产上应用。

膜法有机蒸气分离作为低污染、低能耗的分离技术，能够满足现代工业尤其是石油化工可持续发展对分离技术的要求。5万t/a有机硅尾气中氯甲烷有机蒸气膜法回收项目处理量为1 200 Nm3/h，要求氯甲烷回收率＞90%。为达到这一要求，中科院大连化物所成功开发出低温蒸馏加膜分离技术的集成计算软件，解决了工艺计算、流程设计和系统循环中非可凝性气体累积等多项技术难题，并与天邦膜技术国家工程研究中心有限责任公司合作，在中石油吉林分公司配合下，使装置一次开车成功。使用结果表明，这套装置运行稳定，各项指标均达到设计要求，氯甲烷回收率高，效益明显。这一项目的成功开发将拓展气体膜分离技术的应用领域。

大型空分设备：

2009年8月1日，国内首套六万等级化工型内压缩流程空分装置——内蒙古大唐国际58 000 Nm3/h(氧)空分装置一次开车成功。这是杭氧集团继2008年两套六万等级外压缩流程空分设备成功开车后，杭氧第三套成功投运的六万等级空分装置。大唐国际58 000Nm3/h(氧)内压缩空分装置是由杭氧自行研发、自主设计制造的，采用了多项国际先进的内压缩空分流程技术。它的成功运行是我国空分历史上的又一个里程碑，标志着杭氧已全面掌握了六万等级大型空分装置的设计、制造和成套技术，使我国的大型空分装置的国产化又跨上了一个新的台阶，并取得了重大突破性进展。大唐国际58 000 Nm3/h(氧)内压缩空分装置，是大唐国际发电集团公司在多伦兴建的大型煤化工项目——多伦年产46万t煤基烯烃项目配套的空分装置。该项目共设置三套58 000Nm3/h(氧)空分装置，生产氧气、氮气，同时副产液氮和液氧。该空分装置成功生产出合格氧气、氮气产品，各项指标均满足要求（氧气纯度99.9%，氮气纯度达到99.998 6%），并于2009年8月1日达产，各项技术性能指标均达到或超过设计值。目前，杭氧 “六万”等级空气分离设备优良的性能指标和优越的性价比，得到用户的广泛好评并被市场所认可。截止到2009年7月底，宝钢、伊朗卡维、大唐国际、神华集团、盈德气体等多家著名大型公司已向杭氧订购了 “六万”等级空气分离设备13套。宝钢集团、山东日照、大唐国际 “六万”等级空分装置均已成功出氧；包头神华的4套 “六万”等级空分装置已交货，在2009年底进入调试，这些大型六万等级空气分离设备的实施，显示出杭氧在特大型空气分离设备领域，已完全具备了参与国际竞争的能力和实力。

7 结晶器、干燥装置

国产首台52万t/a PTA装置双相不锈钢CTA第三结晶器在南京化学工业有限公司化工机械厂制造成功。这一成果对加快PTA装置关键设备国产化，降低工程投资具有十分重要的意义。双相不锈钢CTA第三结晶器是PTA装置关键设备。由于双相不锈钢材料性能特殊，目前仅有国外两家企业能够制造这种设备。南化化机厂攻克双相不锈钢大直径封头固溶处理、筒体下料、成型和焊接等一系列技术难关，顺利完成制造任务。据专家检测，这台双相不锈钢CTA第三结晶器各项指标符合设计和标准规范要求，主要质量指标已达到国外同类产品水平，造价仅为进口设备的一半。

我国在百万吨PTA（精对苯二甲酸）成套装置制备方面再创佳绩。2010年8月11日，继PTA大型蒸汽管回转干燥装置出口比利时和签约浙江逸盛PTA回转干燥装置之后，天华化工机械及自动化研究设计院又与翔鹭石化有限公司签订了两套100万t/a PTA回转干燥机成套装置项目，合同金额高达1.588亿元。这套装置创下三项世界之最：规模最大、单线产能最大和制造难度最大。翔鹭石化有限公司系国家批准成立的外资大型石化企业，规划建设炼油1 500万t/a，乙烯200万t/a，拥有世界最大的PTA单线产能，目前正在建设的项目为200万t/a PTA与80万t/a PX两个世界级产品制造基地。天华院此次与翔鹭石化有限公司签订的100万t PTA成套系统装置项目位于福建省漳州市漳浦县古雷半岛，属于翔鹭石化二期扩建工程项目，与腾龙芳烃 （漳州）有限公司的80万t/a PX（对二甲苯）项目公用工程实行一体化配置，建成后其PTA产能将达到440万t/a。该项目已被列入国家 《石化产业调整和振兴规划》。蒸汽管回转干燥机作为PTA成套装置中的重要组成部分，对制造工艺和技术含量的要求极高。天华院作为我国石化装备的主要研发设计及制造机构之一，在石化装备重大技术研发方面取得了一系列重大研究成果。大型蒸汽管回转干燥机就是其中代表之一。经过多年的创新、实践和改进，该院已掌握了蒸汽管回转干燥机的工程放大技术，建立了传热系数及物料停留时间关联模型和布管及排液模型，采用ANSYS软件对关键部件结构进行了应力分析和优化，完成了腐蚀及选材的研究，拥有大型蒸汽管回转干燥机的设计、加工成套技术和安装调试经验，并已取得3项蒸汽管回转干燥机的专利。该项技术目前已在洛阳石化、乌石化、佳龙石化、仪征化纤、神华集团、宝钢、太钢、攀钢等国内知名公司的PTA、煤调湿、褐煤调制生产装置中推广应用。

8 专用机械

石化装置中使用的离心机主要有立式和卧式螺旋卸料沉降式离心机。我国研制的卧式LWF1000－N型和LWF1050－N型离心机已分别用于7～10万t/a高密度聚乙烯装置悬浮液分离，研制的LW 1200×1980型离心机用于22.5万t/a PTA浆液脱水，离心机转鼓鼓直径达到1 200mm。

烟气轮机是催化裂化装置中重要的能量回收设备，20世纪70年代，我国研制完成了首台催化裂化装置YL3000型烟气轮机；1982年，我国又研制出双级烟气轮机，使烟机效率由74%提高到82%以上；1987年，我国研制出YLⅡ6000型大功率双级烟气轮机。目前，我国已生产YL型单、双级烟气轮机70余台，其输出功率范围为2 000～19 200 kW，生产烟气轮机总台数在世界排名第二，其中生产双级烟气轮机总台数名列首位。我国研制的烟气轮机使用寿命、振动值等性能指标与国外机组相当。目前，我国开发的YL33000A和YL35000A烟气轮机，已应用于300～350万t/a重油催化裂化装置，该烟气轮机是国内功率最大的烟气轮机，标志着我国烟气轮机生产已达到国际先进水平，能够满足现代催化裂化装置生产的需要，设计和制造水平与国外相当。

由中石化集团工程建设公司、中石油集团兰州炼油化工机械厂联合研制开发的33 000 kW大型烟气轮机，在兰州石化公司300万t/a重油催化裂化装置一次投运成功，并通过鉴定验收。烟气轮机是石化催化裂化装置中的关键节能设备，其功率超过20 000 kW的大型烟气轮机的研制生产在国内一直是空白。世界上达到33 000 kW级的烟气轮机仅有3台，都由美国制造。由中石化集团工程建设公司、中石油集团兰州炼油化工机械厂联合研制开发的33 000 kW大型烟气轮机的投运，表明我国在烟气轮机领域所掌握的技术、工艺设计及材料等方面已达到世界先进水平。该项目共形成核心技术16项， “特大功率烟机的设计方法”和 “特大功率烟机的制造试验方法”正在申请专利。

我国20万t/a HDPE蒸汽管回转干燥机及40万t/a PTA装置蒸汽管回转干燥机已实现国产化。目前蒸汽管回转干燥机已形成筒体直径为1 800～3 200mm的系列化产品。

2009年5月末，代表我国烟气轮机设计制造最高水平的YL19000A型烟气轮机，在兰州石化公司机械厂完成了热态试验，各项指标均达到设计要求，现已交付广西石化公司使用。据了解，烟气轮机是炼油厂催化裂化装置能量回收的关键设备，是以催化裂化装置再生器烧焦时产生的高温烟气为介质膨胀做功，或驱动主风机，或带动发电机发电。兰州石化公司机械厂设计制造的这台烟气轮机，各项技术指标代表了我国烟气轮机设计制造的最高水平，是目前供国内低海拔地区使用的功率最大的烟气轮机，也是我国烟气流量最大的烟气轮机。

沈阳鼓风机集团自主研制的北京燕山膨胀机（GZ1）和扬子石化膨胀机模型级 （KY71）经过性能测试，证明各项技术指标达到国际标准，结束了我国PTA膨胀机依靠进口的历史，为我国自主PTA成套技术百万吨级装置国产化奠定了重要的基础。沈鼓集团跟踪世界先进技术，从设计气动模型到采用世界先进的CFD（计算流体动力学）手段，从试验装置设计到模型级叶轮的加工制造等，获取了大量试验数据，积累了膨胀机设计、工艺、加工制造和性能试验经验，并通过GZ1验证了技术的先进性和可靠性，使PTA机组国产化坚冰终于被打破。据悉，这一技术的实施可大大降低PTA老装置的物耗及能耗，提升装置的技术含量，节约研制经费800万元。

2009年以来，沈鼓集团已先后签下扬子和江苏海伦PTA项目，标志着中国石化已经拥有具有自主知识产权的PTA成套技术。据了解，2000年初，PTA国产化成套技术开发项目被列为国家科技攻关项目。沈鼓集团承担PTA的空气压缩机组国产化项目，其中的瓶颈就是尾气膨胀机设计制造技术。由于国外厂商凭借在该技术上的垄断地位，实行严格的技术封锁，使机组成套价格高达数亿元以上。因此，沈鼓PTA工艺压缩机组的研发受到了国家和行业的极大关注。

我国石化行业百万吨乙烯工程关键设备国产化的最后一个 “堡垒”——大型挤压造粒机组国产化在大连橡胶塑料机械股份有限公司被攻克，并通过了验收。至此，我国百万吨乙烯工程的三大动力设备全部实现国产化，大型乙烯装备制造能力达到国际先进水平。这台20万t/a聚丙烯大型挤压造粒机组的价格及生产周期仅为进口同规格机组的一半左右，是我国实现百万吨级大型乙烯成套设备和对二甲苯 （PX）、 对苯二甲酸 （PTA）、 聚酯成套设备的国产化标志性成果，同时，为下一步研制35万吨级、45万吨级等大型造粒机组打下了牢固基础。大型挤压造粒机是乙烯装置下游工序的关键设备，是乙烯工程的三大动力设备 （气体压缩机、聚合反应器、大型挤压造粒机组）中唯一没有实现国产化的重要机组，长期以来一直依赖进口。目前国际上只有德国、日本的3家公司拥有设计、制造成套大型造粒机组的技术，并控制着技术与市场。在我国石化行业，一台20万吨级的挤压造粒机进口价格已从2002年的600万美元，上涨到了目前的1 300万美元。交货期从10～12个月延至18～24个月，严重影响了我国石化工程项目的投资控制和建设进度。作为国家 “十一五”重大技术装备攻关项目，2007年1月，在国家发改委、机械联合会、中石化的组织和协调下，确定了以燕山石化乙烯改造工程为依托，大连橡塑、北京化工大学和燕山石化等6家单位组建成国家层面上的产学研联合攻关团队，由大连橡塑公司担纲国产化机组成套研制的重任，并于2008年7月在大连启动研发工作。乙烯装置是乙烯生产的龙头，大型挤压造粒机组是大型乙烯装置后处理的关键设备，集机械、电气、仪表于一体，自动化水平高，设计、制造难度大。大连橡塑凭借技术储备，经过多年联合攻关，使关键部件全部实现国产化。该机组将落户燕山石化公司。

(续完)

The Outstanding Undependent Progress for Petrochem ical Equipment Industry：Ⅱ

Qian Bozhang

TQ 05

2010-09-20）

*钱伯章，男，1939年10月生，教授级高级工程师。上海市，200127。