我國富煤、貧油、少氣的資源稟賦，使得現代煤化工成為國家能源戰略的一部分。“十二五”期間，現代煤化工投資的集中暴發，給空分設備制造業帶來前所未有的市場前景。不過，業界普遍擔憂的是，如今幾乎所有現代煤化工項目配套的大型和特大型空分設備仍依賴進口。
如何實現這一重大技術裝備領域的國產化？在9月中旬由中國工業氣體協會和盈德氣體集團共同主辦的第二屆煤化工配套大型空分設備技術交流會上，記者就此問題進行了調研采訪。
中小型設備
國產化技術成熟
“空分裝置被廣泛應用于煤化工、石油化工、冶金等諸多行業。經過幾十年的發展，國內空分設備制造業已形成杭州杭氧股份有限公司、開封空分設備集團、四川空分設備有限公司三足鼎立的局面，還有一批中小企業后起之秀。另外，法液空、林德兩大跨國公司均在中國建立了合資或獨資空分設備制造企業，給中國空分設備制造業發展增添了新力量。目前，現代煤化工已成為空分設備制造業應用市場的主力軍。”內蒙古科技大學化工學院院長王亞雄這樣告訴記者。
杭州杭氧股份有限公司制造的大唐國際內蒙古多倫煤制烯烴項目3套58000立方米/時空分裝置。（本報記者 呼躍軍 攝）
據王亞雄介紹，煤炭深加工包括煤的氣化、液化等，在這些工藝過程中，需要大量氧氣進行反應，同時需要大量氮氣，這就需要空分設備。我國以煤為主的能源格局，給大型空分設備在煤化工領域的應用帶來了廣闊市場。特別是自2000年以來，我國以煤制油、煤制烯烴、煤制天然氣、煤制二甲醚、煤制乙二醇為代表的現代煤化工發展迅猛，使得空分設備制造業不論是從技術水平還是產品規模、產品數量都得到飛速發展。
據記者了解，目前我國6萬立方米/時以下等級中小型空分成套裝備已經實現國產化并成功投運。
王亞雄表示，解放前，我國還沒有空分設備制造業。從1953年底哈爾濱制氧機廠試制成功2套30立方米/時制氧機，1955年杭州杭氧廠設計制成30立方米/時制氧機開始，到2003年底，我國已累計生產空分設備9000多套。2002年12月，杭氧公司自主開發的首套國產3萬立方米/時空分設備順利開車，主要技術指標達到同類型空分設備的國際先進水平，首次實現了我國從“七五”就開始攻關的3萬等級大型空分設備的國產化。在之后的幾年，杭氧4萬立方米/時、5萬立方米/時、6萬立方米/時等級的空分設備也逐步成功投產，其中的標志性事件是：2009年7月，杭氧提供給大唐國際多倫煤制烯烴項目的3套5.8萬立方米/時內壓縮空分設備一次開車成功；2010年10月，杭氧研制的6萬等級內壓縮空分裝置順利通過中國機械工業聯合會組織的鑒定，使得該企業成為國際上第5家可生產6萬等級煤化工空氣分離設備的企業。
開封空分集團公司生產車間。（劉志勇 攝）
此外，王亞雄還指出，開封空分設備集團、四川空分設備有限公司、開封開元、開封東京、開封黃河、開封迪爾等多個國內廠家也相繼開發了2萬立方米/時、3萬立方米/時、4萬立方米/時、5萬立方米/時等級的成套空分設備。
記者在采訪中了解到，在6萬立方米/時以上大型和特大型空分設備領域，國內企業已獲得了不少項目訂單，比如，杭氧、開封空分、杭州福斯達都已承接了6萬立方米/時或以上空分裝置的訂單，正在生產制造中。但總的來說，國內還缺乏相關的投產運行業績。因此，目前國內6萬立方米/時以上的空分設備還基本依賴進口。
大型設備
應滿足七個要求
中國工業氣體協會理事長杜軍在接受記者采訪時表示，現代煤化工是未來國內空分設備制造業的主戰場。今后幾年，煤化工將迎來投資集中暴發的局面，其裝備需求也將超過5000億元，而空分設備業有望成為最大的受益行業。所以，推進大型和特大型空分設備的國產化已是迫在眉睫。
陜鼓動力股份有限公司為陜化化工集團建設的2×4萬立方米/時空分裝置一角。（本報記者 李軍 攝）
針對煤化工用大型空分設備的特點及要求，中國通用機械工業協會氣體分離設備分會秘書長徐建平對記者表示，我國空分設備國產化須關注七個要求。
一是大型化要求，重點突破6萬立方米/時以上裝備的大型化。當前，煤化工配套單機制氧規模已遠遠超過冶金、石油化工等任何一個行業。由于國家對煤化工裝置的規模設立了準入門檻，現代煤化工裝置趨向大型化，一套裝置每小時需要氧氣數十萬立方米，對空分裝置的制氧能力也提出了大型化要求。當前，煤化工單套設備制氧能力逐漸從原來的2萬立方米/時提高到了5萬～6萬立方米/時，近幾年又提出了8萬～10萬立方米/時的要求，最大達到12萬立方米/時，現在甚至出現了“空分島”的概念，制氧量大到每小時幾百萬立方米。
赤天化股份公司空分設備檢修現場。(熊洪全 攝)
二是不同項目對流程、產品壓力、產量的要求不同，需要差異化、多樣化設計制造。由于目前的煤化工裝置要求氧氣的壓力通常為4.0～9.0兆帕，所以煤化工型空分均采用內壓縮流程。但是，由于采用的煤氣化技術不同（主要是氣化爐型不同），煤制油、煤制天然氣、煤制甲醇、煤制烯烴等工藝路線，對需要的氧氣和氮氣數量、壓力、規格會有所不同，從而形成空分流程的多樣化，必須進行有針對性的設計與開發。另外，煤化工的空分設備通常要求提供高壓氧氣、高壓氮氣、中壓氮氣、低壓氮氣、儀表空氣、全化工廠用空氣、液氧、液氮等多種產品，尤其是對氮氣產品的需求較高，規格有的達6種之多。而且，煤化工用氣量會在大范圍內變化，甚至當后續工藝停機時，短時間內用氮量也會增加幾倍。這些要求，對成套空分裝置的設計及運行都是挑戰。
三是對配套壓縮機及驅動方式的要求。大型空分設備配套的空氣壓縮機，特別是8萬立方米/時以上設備所配套的壓縮機，已不能采用單一的離心式，而應為軸流加離心式，并無法采用電機拖動，需要采用汽輪機拖動，加之內壓縮流程還需要增壓機，為了節能及簡化流程、減少投資，通常采用“一拖二”的模式。這樣的配置，對配套壓縮機的要求有較大變化，需要特別關注和考量。
四是對塔器等配套靜設備的要求。對于塔器來說，直徑有限制，并且高度不能太高，這就必須加強單元截面上的傳熱和傳質，例如上下塔采用新型的規整填料，篩板塔加大開孔率等，此外，還有高效的氣、液分配方面的問題以及高壓繞管或板翅式換熱器的研制和塔內配管問題等。
五是核心設備選型要求。核心機組配置對空分設備的正常運行至關重要，在一定程度上也是國產空分設備可靠性的保障。但是，在一次性投資與運行能耗這兩個至關重要的因素上，如何針對特定客戶合理選擇機組配置，對于空分設備的投資來說意義重大。在核心動設備選型方面，例如：高效率中壓膨脹機、液體膨脹機、大型空氣壓縮機、增壓機、大型離心式液體泵，目前企業基本都選擇進口設備，若想減少投資，唯一的途徑就是盡量國產化。但是，如何盡快、盡可能提高國產化核心部機的效率，降低能耗，縮小與進口機組的差距，是擺在國內企業面前的一個重大課題。
六是對安全性和快速反應能力的要求。由于大型煤化工裝置投入巨大，配套的特大型空分設備投入也大，任何單位都無法采用備機的方式來確保安全穩定運行，這對空分設備的可靠性及后備系統提出了嚴格要求。要實現煤化工全流程的“安、穩、長、滿、優”運行，每個機組、每個部件均要可靠，要能長時間穩定運行，萬一出現故障，后備系統必須有足夠容量，還要能快速反應，確保煤化工全流程的安全。
七是對制造、運輸、安裝的要求?？辗衷O備大型化后，在運輸上，由于道路寬度限制，一些特大型的部件和容器必須考慮在現場制造、分段制造加現場組裝，由此帶來現場制造裝備、現場施工隊伍素質、現場檢驗標準與規范等一系列問題。
三層面牽手
聯合形成長效機制
國內幾家空分設備制造企業負責人向記者透露，近幾年，我國空分設備制造業國產化水平的快速提升，得益于國家、項目業主和空分行業三個層面牽手聯合形成的長效機制。
國家能源局裝備科技司副司長黃鸝表示，重大裝備國產化是國家戰略，國家發改委、能源局將繼續堅定不移地組織推進國產化工作。在現代煤化工重大配套裝備中，技術裝備的高端就是空分設備，每個項目都有若干套空分設施，給了企業很好的國產化的機會。“我國正在實施能源結構調整戰略，煤炭深加工行業未來有很大的發展空間。目前，國家能源局已經核發的現代煤化工‘路條’有七八家，都是國家能源局下一步推進國產化的依托工程，對于空分設備制造業來說市場空間巨大。最近，神華寧煤400萬噸/年煤炭間接液化項目剛剛獲得國務院批準。該項目6套10等級空分裝置合同由杭氧公司獲得，成為大型空分設備自動化成套系統高技術產業化的國家示范工程。” 黃鸝說。
黃鸝還指出，國家能源局成立以來，對包括煤化工在內的很多產業領域都組織了國產化工作，且卓有成效，已建立起完整的國產化運行體系。具體措施包括：一是國家要求在核準項目之前，必須上報國產化方案，要與國家能源局進行對接。二是完善聯動長效機制。國家能源局與項目業主及相關配套制造單位聯合參加推進國產化工作，該機制已經形成，并且有效運轉多年，獲得了許多經驗。三是對于國家已經給“路條”的煤化工項目，國產化方案中特別是在空分設備領域，要求技術裝備表現出高水平，而且要有標志性國產化產品。
黃鸝說，今年4月國家能源局下發了《關于依托煤炭深加工示范項目開展技術裝備自主化工作的通知》，明確提出已列入國家煤炭深加工規劃的項目，均為國家能源科技示范項目，必須承擔裝備自主化的示范任務。通知要求，凡是國內能夠設計制造的設備，應積極推進國產化；國內空白或專利產品，必須引進國外的，要做好消化吸收工作，而且鼓勵自主研發，進行產業示范。根據文件要求，目前大部分項目業主已開始前期工作，并編報了項目國產化方案。近期，國家能源局還要組織業主單位對當前空分設備制造業國內研發條件、制造條件、技術儲備等做一個調研，讓業主單位在充分保證產品水平、建設周期等前提下，建立對國產空分產品的信心。
業內專家告訴記者，大型和特大型空分設備制造國產化，需要在空分行業加大自主創新力度的基礎上，進一步加強三個層面聯動的長效機制，以實現空分設備自主化的全方位突破。
