裂解炉中登“金科”

文／张海英 李 坚

李金科致力于乙烯裂解炉急冷换热和燃烧系统的研发，捧回国家科技进步一等奖。

●李金科表示将带领团队继续走好自主创新之路。 供图/李 坚

2021年11月3日，人民大会堂里星光熠熠。2020年度国家科学技术奖励大会在这里隆重举行。

中国中化所属天华化工机械及自动化研究设计院有限公司（以下简称天华院）副总工程师李金科代表团队参加大会，捧回了极具分量的证书——天华院参研的“复杂原料百万吨级乙烯成套技术研发及工业应用”项目获得了国家科学技术进步一等奖。

乙烯工业是石化工业的基石，乙烯装置则是乙烯工业的核心，而乙烯裂解炉是乙烯装置的龙头。在该项目中，李金科团队承担的是急冷换热器系统和燃烧系统的研发设计。这是乙烯裂解炉中的关键设备。

作为天华院工业炉研究所所长，李金科已经从事乙烯裂解炉急冷换热系统和燃烧系统的研究和开发工作30多年，承担过多项国家和行业重大科研项目。对于此次获奖，李金科说：“这是对我们团队一直以来坚持自主创新的最大肯定！”

不解之缘

1987年，李金科大学毕业后进入天华院（原化工部化工机械研究院）。当时，天华院是我国唯一专门从事化工装备研发的科研单位，拥有诸多国内领先的技术、科研成果。

刚入天华院，他就听说了很多前辈们艰苦创业的故事。年轻的他暗下决心：一定要秉承优良传统，以刻苦学习、勤奋努力，走出一条自己的创新创造之路。

尽管有雄心壮志，但创新之路怎么走，年轻的他一开始是迷茫的。老师告诉他：“咱们研究的是裂解炉用急冷锅炉系统和燃烧系统。这是裂解炉的核心技术，国内特别需要。你要想创新，就好好在这方面下功夫吧！”

老师的指点，让他坚定了研究方向。裂解炉中那通红的火焰里，隐藏着无数技术秘密等待着人们去破解，这让李金科愈发沉醉其中。

为实现乙烯裂解炉国产化，北方炉开发组于1985年成立，天华院是三家参研单位之一。这让刚刚踏进天华院的李金科有机会参与国内第一台年产2万吨裂解炉的研制。研制过程中，他接触到了当时世界上最先进的技术，而且通过跟著名专家学者的深入交流，积累了坚实的技术知识，快速成长。

此后的十年间，李金科所在的团队消化吸收了大量先进技术，积累了众多经验。1999年，南京石化工业炉联合研究所成立，为李金科和他的团队提供了更广阔的技术创新平台。

厉兵秣马

在与国外同行的交流中，李金科深深感受到，要创新，特别是要想在较短时间内赶超世界先进水平，仅靠经验和自身勤奋是不够的，必须依托先进的技术手段和高素质人才，必须有良好的研究平台和科研方法。因此，他带领大家在更新硬件、软件和提升研发人员素质上狠下功夫。

一方面，在资金较为困难的情况下，仍坚持引入一批用于集成计算的大型工作站，并陆续添置了一批先进的软件模拟平台，用于化工流程模拟、结构分析、压力容器设计等，彻底改变了传统的设计手段。同时，依托天华院的综合试验能力，建设流体和强度试验平台，用于验证软件模拟的可靠性。

另一方面，努力构建学习型、创新型团队。他不仅自己带头学，更要求团队所有研发人员必须熟练应用软件，提升设计研发综合素质，三五年内形成专长，成为不可替代人才。同时带领大家积极引进来、走出去，不断与不同领域、不同专业的专家进行交流学习，不仅学习技术，而且学习研发设计理念。

在拓展视野提升研究思维上，李金科有自己的小方法。虽然是一名工科男，但他喜欢研究《易经》《道德经》《红楼梦》等经典，还喜好猜谜语，曾多次参加中央人民广播电台的猜谜节目。他说：“中国传统文化中的大智慧给了我启迪，借鉴西方科学技术，能促进我中西贯通，让我在创新的实践中更加得心应手。”

经过摸索实践，李金科团队总结出了一套创新流程。首先，认真倾听用户声音，明确用户需求和研发任务；然后借助工具提出创新思想和结构，用软件模拟和仿真手段对方案进行优化，择优制成试验品，再用冷、热态试验进行验证；最后，结合精益六西格玛质量管理，控制变异，消除浪费，持续改进。

勤于思考，善于综合，多措并举，勇于尝试，他带领团队在创新研发道路上，一路向前。

旗开得胜

2010年，李金科团队在天津百万吨乙烯项目上，迈出了自主创新的关键一步。

在2008年举行的该项目大型裂解炉用燃烧器课题评审会上，国内知名专家、中国工程院院士袁晴棠说：“这些年，天华院在燃烧器上进行了大量深入研究，取得了一定成绩。这次天津项目中的11台10万吨裂解炉，我们准备拿出一台裂解炉的燃烧器交给你们国产化。成功了就用你们的，不成功就只能还用国外的。”

这些话既是鼓舞，更是鞭策。李金科坚定决心，一定要抓住机遇，让重大乙烯项目用上国产技术设备。

摆在他们面前的困难是巨大的。这台裂解炉共有36台底部燃烧器，燃烧器的布置、火焰形状、火焰长度、炉内热通量分布、NOX排放等关键指标，技术的优劣，直接关系到裂解炉运行周期和目的产物收率。

模型大，时间紧，既要满足炉内热场要求，又要满足环保要求，如何设计是关键，对硬件、软件和人员素质具有很强的挑战性。为做好研究，李金科干脆吃住在了办公室，困了就在沙发上打个盹，腿疾复发了咬牙坚持。他带领全所员工不断进行理论分析、软件模拟和热态试验，用半年时间完成了设计。2010年1月16日，装置开车投油一次成功。

当时，专家组在鉴定书上写到：由天华院开发的底部燃烧器结构设计合理，火焰扁平刚直，燃烧稳定，NOX排放量和噪音值均优于（当时）国家标准，整体技术达到国际先进水平。

在验收会上，当天华院拿出裂解炉炉内流场CFD模拟结果时，袁晴棠院士感慨地说：“过去，我们用的都是国外的裂解炉燃烧器；今天，我终于看到了我们自己的装置。确实不容易，我为你们骄傲！”

自此，国内自主研发的燃烧器成功应用在了百万吨级乙烯项目上。随后，在中石化武汉80万吨乙烯项目全部8台裂解炉1104台燃烧器国际招标中，天华院凭借核心技术实力，一举击败两家国外竞争对手，拿到全部订单，装置于2013年8月13日开车投油成功。

不断突破

在李金科和团队的努力下，天华院燃烧器技术不断发展。其成果应用从单台炉到整套装置，从单台能力2万吨裂解炉，到10万吨、20万吨乃至30万吨裂解炉，都取得了成功。

截至目前，在中石化上海金山石化、扬子石化、茂名石化、广州石化、齐鲁石化、燕山石化等裂解炉低NOX燃烧器改造中，都采用了李金科团队开发的低NOX燃烧器，均满足工艺要求和环保要求。2019年，天华院不仅承担了中科80万吨乙烯项目单台能力30万吨的裂解炉和龙油项目、华泰项目所有裂解炉的燃烧器的研发设计，还走出国门，实现天华院燃烧器在海外项目中的设计应用。

李金科团队对乙烯裂解炉急冷锅炉系统也进行了大量创新和研究，开发出具有自主知识产权的各种型式线性和传统式急冷换热器系统，使我国这一技术达到世界先进水平，并得到大规模推广应用。

此外，李金科还带领团队在软件包开发方面狠下功夫并取得长足进展。目前软件包成了天华院参与国内外竞争的有力手段之一。

在此次获得国家科学技术进步一等奖的“复杂原料百万吨级乙烯成套技术研发及工业应用”项目中，李金科团队充分发挥在裂解炉用急冷系统和燃烧系统研发方面的技术优势，通过采用最先进的哑铃型线性结构，使急冷换热器具有换热管管径大、质量流速低、阻力降小、出口温度低、蒸汽产量高、操作周期长等优点。采用燃料分级、烟气再循环技术，通过CFD分析和热态实验开发的低NOX燃烧器，满足了裂解炉工艺和环保的高要求。

截至目前，天华院已开发出先进的线性急冷换热器500多台、新型大能力急冷换热器100多台、低NOX燃烧器2000多台，广受用户好评。

砥砺前行

深耕乙烯裂解炉急冷换热系统和燃烧系统30余年，李金科带领团队获得了国家和省部级科技进步奖10余项，获专利授权47项，其中发明专利12项。他还获得了侯德榜化工科技创新奖、中央企业劳动模范、中央企业优秀党务工作者等多项荣誉，是甘肃省领军人才，并享受国务院特殊津贴。

尽管已经荣誉等身，但李金科对自己和团队的要求一点没有松懈。“我之所以能取得这些成绩，是天华院科技工作团队不断创新的结果，是这个团队共同奋斗的结果。我是在党的培育下成长起来的，可以说没有组织的培养，没有领导的关心，就没有今天的成绩！我很感恩，将更好地带领团队，继续创新，再立新功。”他表示。

●乙烯装置国产化，有李金科团队的贡献。供图/李 坚

在李金科看来，此次获奖对团队来说是一次巨大的肯定，但同时更是动力。这将鼓励团队成员继续研制出更多高科技、高附加值的产品。

目前，天华院已经开始在南京基地建设国内最大的乙烯裂解炉用燃烧器热态试验装置。该试验装置采用最先进的测试设备，将补齐裂解烧嘴软件开发向工业应用的短板，将进一步提升研发能力，为后续研究与开发奠定基础。

对未来，李金科充满信心：“我相信在‘科学至上’理念的引领下，天华院工业炉研究团队一定能继续走好自主创新之路，为中国中化建设世界一流综合性化工企业尽一份力量！”