流程工業(yè)裝備綠色化、智能化與在役再制造

高金吉，楊國(guó)安

(北京化工大學(xué)診斷與自愈工程研究中心，北京 100029）

《中國(guó)制造2025》提出，重點(diǎn)發(fā)展新一代信息技術(shù)、高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術(shù)船舶、先進(jìn)軌道交通裝備、節(jié)能與新能源汽車(chē)、電力裝備、新材料、生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械、農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備十大領(lǐng)域[1]。其中不包括流程工業(yè)裝備，但新材料和發(fā)展新一代信息技術(shù)與鋼鐵、有色、化工等流程工業(yè)密切相關(guān)，制定的強(qiáng)化工業(yè)基礎(chǔ)能力，提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量，推進(jìn)智能制造、綠色制造等科技發(fā)展戰(zhàn)略[1]，對(duì)流程工業(yè)生產(chǎn)和裝備制造同樣具有指導(dǎo)意義。

鋼鐵、有色、石化、化工、建材、造紙等流程工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，2012年這六大行業(yè)合計(jì)產(chǎn)值占工業(yè)總產(chǎn)值的43.59 %，其總能耗約占工業(yè)總能耗的64.5 %，對(duì)污染排放的貢獻(xiàn)率遠(yuǎn)高于產(chǎn)值貢獻(xiàn)率[2]。流程工業(yè)為裝備制造提供原料，是發(fā)展十大領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)。要實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)，流程工業(yè)及其裝備的制造占舉足輕重的地位。特別是石化、冶金等流程工業(yè)裝備具有大型化、復(fù)雜化、生產(chǎn)工藝自動(dòng)化、連續(xù)化等特點(diǎn)，其典型機(jī)械裝備如壓縮機(jī)組、連壓軋機(jī)等關(guān)鍵能源動(dòng)力裝備，一旦故障停機(jī)就會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失，甚至導(dǎo)致機(jī)毀人亡的重大事故；這類(lèi)設(shè)備是流程工業(yè)的耗能大戶(hù)，僅煉化、冶金行業(yè)的壓縮機(jī)組能耗就占我國(guó)工業(yè)總能耗的15 %左右[3]。目前我國(guó)石化、冶金等流程工業(yè)裝備安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問(wèn)題十分突出。

中國(guó)制造業(yè)總量已超過(guò)美國(guó)，居世界第一。鋼產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的一半，有的產(chǎn)能已經(jīng)過(guò)剩，中國(guó)是世界石化大國(guó)，乙烯產(chǎn)能和煉油能力居全球第二位[4]，但是中國(guó)的鋼鐵和煉化行業(yè)大部分企業(yè)處于虧損狀態(tài)。落實(shí)制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略我們面臨兩個(gè)重大問(wèn)題：其一，流程工業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩，今后不可能大規(guī)模增容擴(kuò)建，流程工業(yè)裝備制造業(yè)如何提升技術(shù)水平和可持續(xù)發(fā)展；其二，如何發(fā)揮好現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)在役生產(chǎn)設(shè)施和裝備的作用，安全長(zhǎng)周期優(yōu)化運(yùn)行，合理充分利用能源資源，降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

我國(guó)不能總是依靠擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模來(lái)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)。流程工業(yè)必須從規(guī)模、速度型向質(zhì)量、成本和可持續(xù)發(fā)展型轉(zhuǎn)變；必須落實(shí)安全生產(chǎn)和節(jié)約優(yōu)先的方針，充分發(fā)揮現(xiàn)有裝備的作用，實(shí)施工業(yè)裝備全壽命綠色化和智能化工程科技發(fā)展戰(zhàn)略。通過(guò)開(kāi)展基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的裝備健康能效監(jiān)測(cè)診斷和在役再制造工程，提升工業(yè)裝備綠色化和智能化水平，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械裝備高效、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行；同時(shí)培育發(fā)展新興相關(guān)服務(wù)型產(chǎn)業(yè)。這是我國(guó)流程工業(yè)加快經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)變發(fā)展方式的必由之路，也是制造強(qiáng)國(guó)的重要組成部分。

一、石化、冶金等流程工業(yè)裝備運(yùn)行現(xiàn)狀、問(wèn)題及原因分析

中國(guó)工程院重點(diǎn)咨詢(xún)項(xiàng)目“中國(guó)高能耗機(jī)械裝備運(yùn)行狀況及節(jié)能對(duì)策研究”指出，目前我國(guó)流程工業(yè)關(guān)鍵機(jī)組普遍存在能耗高、可靠性差、故障率高和運(yùn)行周期短等突出問(wèn)題。國(guó)內(nèi)同類(lèi)機(jī)組的連續(xù)運(yùn)行周期只有國(guó)外領(lǐng)先水平的1/2 ～ 2/3，中國(guó)石化行業(yè)大型工藝壓縮機(jī)故障率約為30 %，經(jīng)濟(jì)損失巨大，危及人機(jī)安全[5]。國(guó)內(nèi)制造和進(jìn)口機(jī)組遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)工況運(yùn)行的現(xiàn)象普遍存在，實(shí)際運(yùn)行效率比設(shè)計(jì)效率低5 % ～ 20 %，有的甚至低30 %多[3]。冶金行業(yè)由于裝備經(jīng)常低負(fù)荷生產(chǎn)，裝備智能化程度低，不能自適應(yīng)調(diào)整，能源浪費(fèi)日顯突出。工業(yè)裝備運(yùn)行故障多、效率低是中國(guó)鋼鐵和煉化行業(yè)大部分企業(yè)處于虧損狀態(tài)的重要原因之一。造成這些問(wèn)題的主要原因如下所述[3]。

原因之一：建設(shè)和設(shè)計(jì)問(wèn)題。在設(shè)計(jì)、選型、定購(gòu)、引進(jìn)裝備時(shí)片面追求設(shè)備本身的效率而忽視與生產(chǎn)過(guò)程的匹配，實(shí)際運(yùn)行遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)工況且設(shè)備自適應(yīng)調(diào)控智能化程度低，造成“大馬拉小車(chē)”低效運(yùn)行普遍存在[6]。美國(guó)能源部關(guān)于空氣壓縮機(jī)負(fù)荷率調(diào)查數(shù)據(jù)表明，中國(guó)工業(yè)空氣壓縮機(jī)負(fù)荷率比全球平均水平低13 %，如圖1所示[7]。工藝壓縮機(jī)運(yùn)行負(fù)荷低于設(shè)計(jì)負(fù)荷比這還要嚴(yán)重得多。由于負(fù)荷過(guò)低，效率遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)水平。此外，機(jī)電裝備故障頻發(fā)，事故時(shí)有發(fā)生，國(guó)內(nèi)某企業(yè)集團(tuán)煉油板塊壓縮機(jī)故障情況如表1所示。

圖1 美國(guó)能源部關(guān)于空氣壓縮機(jī)負(fù)荷率調(diào)查數(shù)據(jù)

造成運(yùn)行周期短和效率低的重要原因：其一，設(shè)計(jì)時(shí)裝備與過(guò)程不匹配導(dǎo)致“大馬拉小車(chē)”；其二，在役機(jī)械裝備缺乏健康能效監(jiān)測(cè)和智能調(diào)控系統(tǒng)，對(duì)故障不能監(jiān)測(cè)預(yù)警且對(duì)生產(chǎn)負(fù)荷變化不能自適應(yīng)調(diào)控。

高能耗機(jī)械裝備低效運(yùn)行現(xiàn)狀利用透平壓縮機(jī)組低效運(yùn)行工程實(shí)例進(jìn)行分析，如表2所示。

往復(fù)壓縮機(jī)組和泵運(yùn)行負(fù)荷偏離設(shè)計(jì)工況也非常嚴(yán)重，某石化煉油分部6 000 V壓縮機(jī)效率測(cè)算數(shù)據(jù)如表3所示。表4為某企業(yè)泵設(shè)備運(yùn)行效率統(tǒng)計(jì)。

原因之二：企業(yè)管理問(wèn)題。裝備能耗的評(píng)定與節(jié)能監(jiān)管體制尚不健全，生產(chǎn)運(yùn)行節(jié)能沒(méi)引起全社會(huì)足夠重視。許多行業(yè)對(duì)企業(yè)高能耗裝備的運(yùn)行能效監(jiān)測(cè)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)定沒(méi)有健全的制度，裝備節(jié)能監(jiān)管力度不夠，節(jié)能技術(shù)改造措施難以實(shí)施；工業(yè)裝備能耗指標(biāo)對(duì)國(guó)企領(lǐng)導(dǎo)政績(jī)的影響沒(méi)有得到充分體現(xiàn)；企業(yè)設(shè)備管理部門(mén)只負(fù)責(zé)維修和安全，節(jié)能部門(mén)往往只重視工藝系統(tǒng)的節(jié)能，對(duì)裝備運(yùn)行能效監(jiān)測(cè)評(píng)估和節(jié)能重視不夠；流程工業(yè)檢修時(shí)間緊迫，關(guān)鍵機(jī)組無(wú)備臺(tái)，節(jié)能改造風(fēng)險(xiǎn)大，企業(yè)不愿也無(wú)暇顧及；有的機(jī)組靠犧牲裝備效率保生產(chǎn)安全，還有的為降低生產(chǎn)成本，設(shè)備不壞不修，以至釀成事故。

原因之三：政府導(dǎo)向問(wèn)題。我國(guó)缺乏在役裝備運(yùn)行能效的監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)體系和考核制度，尚無(wú)相應(yīng)的法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系?？萍纪度胫亍绊斕臁陛p“立地”；重高新科學(xué)技術(shù)趕超國(guó)際先進(jìn)水平，輕解決企業(yè)工程實(shí)際問(wèn)題。在先進(jìn)制造領(lǐng)域，各種基金和重大項(xiàng)目投入都以研制新型高端裝備和機(jī)械制造工藝技術(shù)為主，在流程工業(yè)生產(chǎn)裝備運(yùn)行節(jié)能科技創(chuàng)新方面的支持比較薄弱。

表1 某企業(yè)集團(tuán)煉油板塊壓縮機(jī)故障情況

表2 透平壓縮機(jī)組低效運(yùn)行工程實(shí)例

表3 某石化煉油分部6000 V壓縮機(jī)效率測(cè)算數(shù)據(jù)

表4 某企業(yè)泵設(shè)備運(yùn)行效率統(tǒng)計(jì)

原因之四：人才培養(yǎng)和教育問(wèn)題。人才培養(yǎng)重創(chuàng)辦世界一流大學(xué)，輕培育對(duì)國(guó)家最有用的大學(xué)。在高等教育領(lǐng)域，目前傳統(tǒng)的單學(xué)科劃分往往形成壁壘，不利于培養(yǎng)善于解決復(fù)雜工程問(wèn)題的交叉學(xué)科人才；對(duì)工業(yè)過(guò)程、裝備與控制交叉學(xué)科人才培養(yǎng)重視不夠，不利于培養(yǎng)善于解決諸如裝備與過(guò)程、控制的系統(tǒng)和諧設(shè)計(jì)及高效運(yùn)行等復(fù)雜工程問(wèn)題的交叉學(xué)科人才。

工業(yè)裝備綠色化、智能化工程要立足于工業(yè)裝備全壽命周期，即工業(yè)裝備的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行、在役再制造和再制造等階段，還要考慮與生產(chǎn)過(guò)程的和諧適應(yīng)，確保工業(yè)裝備自身和生產(chǎn)過(guò)程的安全、節(jié)能、節(jié)材和環(huán)保，實(shí)現(xiàn)綠色化、智能化，如圖2所示。

圖2 流程工業(yè)裝備全壽命綠色化、智能化工程

二、綠色設(shè)計(jì)制造

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)許多工業(yè)裝備技術(shù)以消化吸收、仿制為主，缺乏自主創(chuàng)新品牌[8]；低能耗與輕量化的綠色設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，既缺乏綠色設(shè)計(jì)理念，又缺乏綠色設(shè)計(jì)監(jiān)管。工業(yè)裝備設(shè)計(jì)要特別重視與生產(chǎn)過(guò)程的匹配，改變實(shí)際運(yùn)行遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)工況且設(shè)備自適應(yīng)能力差的現(xiàn)狀。此外，還應(yīng)做到：①面向環(huán)境的設(shè)計(jì)，使裝備運(yùn)行與環(huán)境友好；②在滿(mǎn)足使用功能、保證力學(xué)強(qiáng)度和使用壽命的前提下，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)裝備的輕量化，達(dá)到節(jié)材和節(jié)能的效果；③將科技進(jìn)步的新理論、新理念、新材料、新工藝、新技術(shù)及時(shí)融入設(shè)計(jì)中，從而改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)、提升運(yùn)行監(jiān)控水平，有效提升設(shè)備的綠色化程度；④在設(shè)計(jì)過(guò)程中增強(qiáng)可回收的意識(shí)，使設(shè)備結(jié)構(gòu)具有多重可回收性，推進(jìn)資源循環(huán)利用；⑤使先進(jìn)成形技術(shù)向數(shù)字化、減量化、短流程、精密化、復(fù)合化、綠色化、智能化方向發(fā)展，裝備零部件毛坯制造趨向近凈成形——精確鍛壓成形、精確軋制成形、無(wú)模鑄造精密成形、無(wú)廢棄物制造促進(jìn)循環(huán)利用等[1]。

三、健康能效監(jiān)控智能化

美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)裝備的故障預(yù)測(cè)和健康管理（PHM）與基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化決策高度重視，通用電氣公司（GE）將其稱(chēng)為新一輪工業(yè)革命浪潮[9]。中國(guó)工程院也提出，數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化是科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的必然趨勢(shì)，我國(guó)流程工業(yè)加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式要抓住這個(gè)難得的重大機(jī)遇。

對(duì)工業(yè)裝備而言，運(yùn)行是其設(shè)計(jì)制造的目的，也是發(fā)揮其功效、創(chuàng)造價(jià)值的階段，綠色運(yùn)行至關(guān)重要。對(duì)我國(guó)工業(yè)企業(yè)尚存大量低效運(yùn)行、故障頻發(fā)的機(jī)械裝備，應(yīng)發(fā)展基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的裝備健康能效監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)，診斷分析機(jī)器服役存在的問(wèn)題，為裝備的安全和高效運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。我國(guó)在這一方面已取得可喜的成果，自主開(kāi)發(fā)的健康監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)大量推廣應(yīng)用，如國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)用的往復(fù)壓縮機(jī)組監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)95 %以上是自主生產(chǎn)的，圖3是應(yīng)用于石化、冶金、風(fēng)力發(fā)電等的網(wǎng)絡(luò)化裝備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；石化、冶金、機(jī)械的用戶(hù)和制造廠已對(duì)數(shù)千臺(tái)關(guān)鍵機(jī)組進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障診斷，通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心預(yù)警，曾避免多起氫氣爆炸等重大事故[1]。我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的高能耗設(shè)備能效監(jiān)控和節(jié)能改進(jìn)指導(dǎo)系統(tǒng)與往復(fù)壓縮機(jī)流量自適應(yīng)無(wú)級(jí)調(diào)控系統(tǒng)分別如圖4和圖5所示。

工業(yè)裝備運(yùn)行綠色化、智能化是對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)健康診斷和能效監(jiān)控，以便及時(shí)維護(hù)，避免重大事故，并通過(guò)智能調(diào)控使裝備運(yùn)行與過(guò)程相適應(yīng)，從而提高裝備運(yùn)行能效，并使整個(gè)工藝流程能耗和排放降到最低水平。

四、在役再制造工程

圖3 基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的裝備遠(yuǎn)程健康監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)

圖4 高能耗設(shè)備能效監(jiān)控和節(jié)能改進(jìn)指導(dǎo)系統(tǒng)

鑒于我國(guó)石化、冶金等企業(yè)高能耗、機(jī)械“大馬拉小車(chē)”低效運(yùn)行普遍存在的現(xiàn)狀，有必要開(kāi)展在役再制造工程。在役再制造工程(remanufacture engineering in service，REIS)是以裝備健康能效監(jiān)測(cè)診斷理論為基礎(chǔ)指導(dǎo)，以在役老舊和性能低下的機(jī)電裝備實(shí)現(xiàn)提升健康能效和智能化水平為目標(biāo)，以再制造后的裝備更適應(yīng)生產(chǎn)為需求準(zhǔn)則，以先進(jìn)技術(shù)和再設(shè)計(jì)為手段，進(jìn)行改造機(jī)電裝備的一系列技術(shù)措施或工程活動(dòng)的總稱(chēng)。對(duì)在役老舊和性能低下、故障頻發(fā)的裝備進(jìn)行健康能效監(jiān)測(cè)和系統(tǒng)診斷，可準(zhǔn)確查明存在的問(wèn)題，有的放矢地進(jìn)行個(gè)性化再設(shè)計(jì)，可使裝備與過(guò)程比原設(shè)計(jì)更匹配，并提高其智能化水平。在役再制造工程可確保裝備系統(tǒng)安全、節(jié)能、環(huán)保、長(zhǎng)周期運(yùn)行，降低生產(chǎn)成本和產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)成本，也為我國(guó)裝備制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展和培育新興服務(wù)型在役再制造產(chǎn)業(yè)提供新的機(jī)遇和市場(chǎng)。

圖5 往復(fù)壓縮機(jī)流量自適應(yīng)無(wú)級(jí)調(diào)控系統(tǒng)

簡(jiǎn)而言之，在役再制造工程就是在役機(jī)電裝備高技術(shù)改造升級(jí)的服務(wù)型產(chǎn)業(yè)，其主要內(nèi)容包括以下四個(gè)方面。

（1）對(duì)在役老舊裝備進(jìn)行健康能效監(jiān)測(cè)和系統(tǒng)診斷，查明存在的問(wèn)題。

（2）以提高健康能效、智能化水平和適應(yīng)生產(chǎn)系統(tǒng)需要為目標(biāo)，應(yīng)用新技術(shù)進(jìn)行再制造設(shè)計(jì)。

（3）按再制造設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行機(jī)件和調(diào)控系統(tǒng)的預(yù)制。

（4）在適當(dāng)時(shí)對(duì)裝備進(jìn)行再制造。

對(duì)流程工業(yè)裝備實(shí)施在役再制造使在役老舊和性能低下的機(jī)電裝備重?zé)ㄇ啻?，大大提高裝備的健康、能效、智能化水平，是實(shí)現(xiàn)更清潔、更健康、更安全和可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。以高效可靠為目標(biāo)和基于運(yùn)行診斷進(jìn)行的新概念設(shè)計(jì)是在役機(jī)電裝備高技術(shù)改造升級(jí)的前提。在役再制造可將我國(guó)基礎(chǔ)工業(yè)從大規(guī)模擴(kuò)大生產(chǎn)裝置引導(dǎo)至向提高現(xiàn)有生產(chǎn)裝備技術(shù)水平、節(jié)能降耗、提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力過(guò)渡的道路上，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的同時(shí)發(fā)展產(chǎn)業(yè)升級(jí)，在役再制造將發(fā)揮重要作用。

在役再制造工程與再制造工程有所不同，再制造工程(RE)是使廢舊機(jī)器起死回生，而在役再制造工程是使性能低下、故障頻發(fā)、技術(shù)落后的在役裝備重新煥發(fā)青春，并提高性能和智能化水平。再制造工程與在役再制造工程之間的關(guān)系如表5所示。

鋼鐵、石化等流程工業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩，今后不可能大規(guī)模增容擴(kuò)建，流程工業(yè)裝備制造業(yè)如壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、冶金機(jī)械等如何可持續(xù)發(fā)展是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略面臨的必須解決的重大問(wèn)題，在役再制造也為發(fā)展新興服務(wù)型在役再制造產(chǎn)業(yè)、為我國(guó)裝備制造業(yè)未來(lái)可持續(xù)發(fā)展提供新的機(jī)遇和市場(chǎng)。與此同時(shí)，流程工業(yè)裝備制造企業(yè)也必須提高裝備設(shè)計(jì)制造的綠色化、智能化水平。

目前，大多數(shù)企業(yè)對(duì)裝備節(jié)能技術(shù)改造重視不夠，特別是關(guān)鍵機(jī)組無(wú)備臺(tái)，節(jié)能改造風(fēng)險(xiǎn)大，企業(yè)不愿也無(wú)暇顧及。中國(guó)石油化工集團(tuán)公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)中石化）和中國(guó)石油天然氣股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)中石油）有的企業(yè)與裝備制造廠家合作，對(duì)有些效率低下的機(jī)組成功進(jìn)行了再制造，均在當(dāng)年回收成本，節(jié)能效果十分顯著。

透平壓縮機(jī)組在役再制造工程案例之一：中石化某分公司8×105t . a-1催化裂化裝置，富氣壓縮機(jī)-汽輪機(jī)組由美國(guó)ELLIOTT公司引進(jìn)。投產(chǎn)后實(shí)際需要?dú)饬繛?3 000 Nm3.h-1，比機(jī)組設(shè)計(jì)正常點(diǎn)流量 42 000 Nm3.h-1少了 9 000 Nm3.h-1，機(jī)組長(zhǎng)期在防喘振閥14 %開(kāi)度下運(yùn)行。

主要再設(shè)計(jì)改造內(nèi)容為應(yīng)用新技術(shù)只改造壓縮機(jī)通流部分：①采用三元流場(chǎng)設(shè)計(jì)，提高通流部分氣動(dòng)效率；②葉輪級(jí)間口環(huán)密封采用金屬軟密封，減少級(jí)間內(nèi)泄漏；③采用反旋繞式平衡盤(pán)密封，降低平衡盤(pán)氣流擾動(dòng)激振。透平壓縮機(jī)再制造原理及結(jié)構(gòu)如圖6所示。改造前后的運(yùn)行參數(shù)對(duì)比如表6所示。改造投資360萬(wàn)元，全年工作8 000 h可節(jié)約運(yùn)行成本512萬(wàn)元。

透平壓縮機(jī)組在役再制造工程案例之二：中石化某分公司2#催化裂化煙機(jī)，設(shè)計(jì)效率最大為82 %，實(shí)際運(yùn)行效率僅為69.58 %。改進(jìn)措施：①采用全新的全三維有黏氣動(dòng)設(shè)計(jì)，煙機(jī)的最佳工作點(diǎn)在最高效率點(diǎn)上；②葉片型面采用復(fù)合彎扭設(shè)計(jì)，減少催化劑的堆積，提高效率同時(shí)減少二次流產(chǎn)生的磨損；③改進(jìn)了密封和煙機(jī)排氣殼體。改造前后的運(yùn)行參數(shù)對(duì)比如表7所示。新煙機(jī)效率提高到86 %，投資成本只需10個(gè)月就可收回。

表5 在役再制造工程與再制造工程之間的關(guān)系

圖6 38M7I透平壓縮機(jī)再制造原理及結(jié)構(gòu)示意圖

表6 改造前后運(yùn)行參數(shù)對(duì)比

往復(fù)壓縮機(jī)無(wú)級(jí)氣量調(diào)節(jié)技術(shù)升級(jí)案例：中石油某企業(yè)對(duì)七臺(tái)往復(fù)壓縮機(jī)采用無(wú)級(jí)氣量調(diào)節(jié)技術(shù)升級(jí)改造，每年節(jié)電3 687萬(wàn)度，年創(chuàng)效益2 581萬(wàn)元，改造投資2 000萬(wàn)元，當(dāng)年可收回投資，如表8所示。

五、綠色化、智能化科技發(fā)展戰(zhàn)略與對(duì)策

流程工業(yè)裝備綠色化和智能化科技發(fā)展是實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的重要組成部分，要予以足夠的重視。首先要理念創(chuàng)新，要從大規(guī)模基建擴(kuò)容向發(fā)揮好現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施和裝備的作用轉(zhuǎn)變，特別要重視在役工業(yè)裝備的安全和節(jié)能運(yùn)行。我國(guó)工業(yè)和信息化部等政府主管部門(mén)要做好頂層設(shè)計(jì)，制定發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃。以石化、冶金行業(yè)高能耗機(jī)械裝備為重點(diǎn)，調(diào)查發(fā)達(dá)國(guó)家高端能動(dòng)機(jī)械健康和能效監(jiān)控的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，深入了解我國(guó)的現(xiàn)狀和差距，提出我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展、自主創(chuàng)新方向和發(fā)展戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的對(duì)策措施，提出以我國(guó)流程工業(yè)裝備綠色化、智能化為目標(biāo)的在役再制造工程發(fā)展路線圖。

（一）科研投入適度向裝備健康能效監(jiān)測(cè)診斷和在役再制造工程領(lǐng)域傾斜

重視發(fā)揮現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施和裝備的作用，提升企業(yè)技術(shù)和智能化水平。力爭(zhēng)在重大科學(xué)問(wèn)題和關(guān)鍵核心技術(shù)上實(shí)現(xiàn)革命性突破，提出并支持在役再制造工程發(fā)展的共性關(guān)鍵技術(shù)。建議開(kāi)展如下專(zhuān)題研究和推廣應(yīng)用工作。

（1）基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的流程工業(yè)機(jī)械裝備健康能效監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)，多參數(shù)監(jiān)測(cè)的健康綜合診斷和大數(shù)據(jù)分析能效評(píng)價(jià)體系。

（2）開(kāi)發(fā)基于監(jiān)測(cè)診斷的個(gè)性化設(shè)計(jì)和在役再制造關(guān)鍵技術(shù)，確定流程工業(yè)機(jī)械裝備再制造重點(diǎn)工程。

（3）開(kāi)發(fā)流程工業(yè)機(jī)械裝備智能聯(lián)鎖停車(chē)保護(hù)和故障自愈調(diào)控系統(tǒng)以及裝備與過(guò)程復(fù)雜工況適應(yīng)的自?xún)?yōu)化調(diào)控節(jié)能技術(shù)。

（二）培養(yǎng)工業(yè)裝備節(jié)能專(zhuān)業(yè)人才，建立節(jié)能專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍

高等教育要改變單一專(zhuān)業(yè)的一級(jí)學(xué)科劃分體制，逐步增設(shè)交叉的一級(jí)學(xué)科，如過(guò)程工業(yè)裝備與控制工程等，培養(yǎng)裝備與過(guò)程和諧設(shè)計(jì)及高效運(yùn)行等交叉學(xué)科人才；同時(shí)提高工程技術(shù)人員和一線操作人員水平，科學(xué)運(yùn)行高能耗設(shè)備，在降低設(shè)備故障率的基礎(chǔ)上提高設(shè)備使用效率和管理水平。

（三）重視裝備與生產(chǎn)過(guò)程系統(tǒng)的和諧設(shè)計(jì)和審查監(jiān)督，提高綠色化、智能化和節(jié)能設(shè)計(jì)水平

設(shè)計(jì)單位要強(qiáng)化節(jié)能、安全等系統(tǒng)設(shè)計(jì)和審查，從設(shè)計(jì)源頭抓起，從系統(tǒng)工程、環(huán)境工程、綜合利用、運(yùn)行可靠性的角度來(lái)構(gòu)思與設(shè)計(jì)，重視裝備與過(guò)程匹配，避免實(shí)際運(yùn)行出現(xiàn)“大馬拉小車(chē)”的現(xiàn)象。提倡研制設(shè)計(jì)對(duì)復(fù)雜工況可自適應(yīng)調(diào)控的裝備系統(tǒng)，提高智能化水平。加強(qiáng)對(duì)高能耗裝備系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行能效的評(píng)價(jià)和監(jiān)督。

表7 改造前后運(yùn)行參數(shù)對(duì)比

表8 往復(fù)式壓縮機(jī)無(wú)極氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)節(jié)能一覽表

六、政策建議

（1）推行依法節(jié)能，加大高能耗設(shè)備運(yùn)行能效的監(jiān)管力度，對(duì)工業(yè)裝備實(shí)行充分、合理利用能源的“光盤(pán)政策”。建立第三方機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)工業(yè)裝備監(jiān)測(cè)和評(píng)估裝備效能等級(jí)；完善和推廣應(yīng)用基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的裝備健康能效監(jiān)測(cè)診斷體系，制訂和實(shí)施機(jī)組安全節(jié)能綠色化評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)嚴(yán)重超標(biāo)的企業(yè)嚴(yán)令其限期整改。

（2）扶植培育在役再制造等新興服務(wù)型產(chǎn)業(yè)。以降低運(yùn)行成本及增進(jìn)技術(shù)進(jìn)步為目的，建立在役再制造節(jié)能風(fēng)險(xiǎn)機(jī)制，實(shí)施減免稅政策。

（3）科研投入和人才培養(yǎng)適度向工業(yè)裝備綠色化、智能化工程等交叉學(xué)科傾斜，提出并支持工業(yè)裝備綠色工程發(fā)展的共性關(guān)鍵技術(shù)，重視發(fā)揮現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施和裝備的作用，提升企業(yè)裝備技術(shù)和智能化水平。

（4）重視相關(guān)領(lǐng)域國(guó)家與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的修改及制訂工作；明確企業(yè)及主管部門(mén)責(zé)任，設(shè)計(jì)部門(mén)要以用戶(hù)應(yīng)用裝備取得效益為宗旨，制訂和實(shí)施機(jī)組與過(guò)程和諧設(shè)計(jì)規(guī)范及考核機(jī)制。企業(yè)設(shè)備部門(mén)要管設(shè)備節(jié)能。

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院. 國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)《中國(guó)制造2025》的通知， 國(guó)發(fā)﹝2015﹞28號(hào)[Z]. 2015-05-08.

[2] 中國(guó)工程院“工業(yè)綠色發(fā)展工程科技戰(zhàn)略及對(duì)策”項(xiàng)目組. “工業(yè)綠色發(fā)展工程科技戰(zhàn)略及對(duì)策”項(xiàng)目綜合報(bào)告[R]. 201505,北京： 中國(guó)工程院, 2015.

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