天然氣管道壓縮機(jī)組國產(chǎn)化的現(xiàn)狀與展望

許 潔

(中石油北京天然氣管道有限公司,北京 100101)

近年來,隨著中國石油、天然氣管道建設(shè)的快速發(fā)展,天然氣管道壓縮機(jī)組及其附件的需求日益增加。天然氣管道壓縮機(jī)是管道運(yùn)輸中的重要設(shè)備,其性能、質(zhì)量和產(chǎn)權(quán)直接關(guān)系到運(yùn)營效益和有序。中國現(xiàn)階段已建成了陜京、西氣東輸、川氣東送等許多重要的輸氣管道。然而,目前天然氣壓縮機(jī)組很多關(guān)鍵設(shè)備還依賴國外進(jìn)口,其主要供應(yīng)商有GE、RR、Wan Trubo等[1]。這種過于依賴進(jìn)口、受制于人的狀況,一旦外部環(huán)境發(fā)生變化或者出現(xiàn)國際爭端,就容易導(dǎo)致中國石油、天然氣管道建設(shè)陷入停滯。同時(shí),由于國外進(jìn)口設(shè)備維護(hù)難度和備件成本高、售后服務(wù)體系復(fù)雜等因素,很大程度上也影響了國內(nèi)油氣管道產(chǎn)業(yè)的正常運(yùn)行。因此,中國有必要全面推動(dòng)天然氣管道壓縮機(jī)組及其附屬設(shè)備的國產(chǎn)化,提高中國在天然氣輸送領(lǐng)域內(nèi)的自主創(chuàng)新能力,最大程度地減少國際采購風(fēng)險(xiǎn),以確保整個(gè)行業(yè)的運(yùn)營安全有序。

1 天然氣管道壓縮機(jī)國產(chǎn)化意義及思路

1.1 重要意義

當(dāng)前國際形勢多變,中國面對的外部環(huán)境更加復(fù)雜。無論是政治層面,還是經(jīng)濟(jì)層面,均面臨著越來越多的挑戰(zhàn)和封鎖,自主可控已上升為國家戰(zhàn)略。實(shí)現(xiàn)天然氣管道壓縮機(jī)等核心設(shè)備國產(chǎn)化勢在必行。近幾年,中國為推動(dòng)核心設(shè)備國產(chǎn)化進(jìn)程,在政策和資金等方面加大力度支持相關(guān)產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新和轉(zhuǎn)型升級。2016年,國家發(fā)改委、工信部、國家能源局聯(lián)合提出了《中國制造2025》,并重點(diǎn)加強(qiáng)了能源領(lǐng)域的技術(shù)升級,在能源領(lǐng)域設(shè)備制造方面逐漸形成自主設(shè)計(jì)和研發(fā)體系,形成了成套設(shè)備的研制能力,尤其是全面推動(dòng)核心材料和零部件的國產(chǎn)化和自主化,加速實(shí)現(xiàn)能源產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。2019年,財(cái)政部和海關(guān)等多部委聯(lián)合出臺(tái)文件,將壓縮機(jī)組、電機(jī)等重點(diǎn)電氣管道設(shè)備列入進(jìn)口不予免稅的產(chǎn)品名錄。同年,中國為實(shí)現(xiàn)“全國一張網(wǎng)”的目標(biāo),整合資源組建了國家管網(wǎng)公司,通過各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通,加強(qiáng)核心設(shè)備的自主研發(fā),為中國能源安全提供更多的保障[2]。

1.2 工作思路

對中國而言,天然氣管道壓縮機(jī)組等設(shè)備的國產(chǎn)化難以一蹴而就,需要逐步推進(jìn),需要各個(gè)領(lǐng)域和行業(yè)的共同參與。尤其在中國天然氣管道建設(shè)進(jìn)程高速推進(jìn)的今天,通過壓縮機(jī)等核心設(shè)備國產(chǎn)化重點(diǎn)工程建設(shè),可以促進(jìn)建材、冶金、機(jī)械、電子等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,加速我國產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級,對于振興民族裝備制造業(yè)具有重要意義[2]。

在最近幾年的設(shè)備國產(chǎn)化過程中,中國石油總結(jié)形成了“政產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同工作模式[2],如圖1所示,以業(yè)務(wù)需求為主導(dǎo),聯(lián)合產(chǎn)學(xué)研等相關(guān)行業(yè)共同進(jìn)行科技攻關(guān),以核心技術(shù)突破為重點(diǎn),通過重點(diǎn)工程的應(yīng)用,不斷提升中國在設(shè)備制造領(lǐng)域的研發(fā)水平。

圖1 設(shè)備國產(chǎn)化工作模式示意圖

實(shí)踐表明,上述模式有利于推動(dòng)重點(diǎn)領(lǐng)域核心設(shè)備的國產(chǎn)化進(jìn)程,對于中國構(gòu)建全面產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和加快核心設(shè)備國產(chǎn)化進(jìn)程相匹配的組織模式意義重大,也是提升中國核心設(shè)備研發(fā)水平的重要舉措。該組織模式在國產(chǎn)化計(jì)劃執(zhí)行過程中,必須立足管理和行政資源優(yōu)勢,加強(qiáng)核心設(shè)備的研發(fā)和創(chuàng)新,提升國產(chǎn)化全套設(shè)備在天然氣管道工程建設(shè)中的主導(dǎo)地位。通過階梯式的研發(fā)應(yīng)用步驟,從而提升中國核心設(shè)備的國產(chǎn)化研究水平[2]。

2 天然氣管道壓縮機(jī)國產(chǎn)化進(jìn)展

2000年以來,在國家能源局、中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)的指導(dǎo)和支持下,中國石油加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā),組織優(yōu)勢科研力量進(jìn)行多組技術(shù)難關(guān)的攻克,并取得大量重大科技專項(xiàng)。同時(shí),中國石油和超過50家的企業(yè)建立了深度合作關(guān)系,加強(qiáng)天然氣管道壓縮機(jī)組、關(guān)鍵閥門、SCADA 系統(tǒng)等25項(xiàng)設(shè)備及相關(guān)技術(shù)的研究,并先后推出15項(xiàng)被市場認(rèn)可的國產(chǎn)設(shè)備,樣機(jī)數(shù)量也超過100套,在諸多領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。

2014年,管道設(shè)計(jì)院在核心設(shè)備國產(chǎn)化應(yīng)用領(lǐng)域攻克技術(shù)難關(guān),完成國內(nèi)首座配備全國產(chǎn)化燃驅(qū)機(jī)組壓氣站—西氣東輸三線西段3標(biāo)段煙墩壓氣站(二期)工藝安裝設(shè)計(jì),標(biāo)志著油氣管道關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化水平進(jìn)入一個(gè)全新階段[3]。

中國石油認(rèn)真貫徹落實(shí)政府的相關(guān)要求,積極推動(dòng)設(shè)備國產(chǎn)替代計(jì)劃,和國內(nèi)設(shè)備制造企業(yè)建立深度合作關(guān)系,加強(qiáng)核心技術(shù)和核心設(shè)備的技術(shù)攻關(guān),在20 MW級電驅(qū)天然氣壓縮機(jī)組、30 MW級燃驅(qū)天然氣壓縮機(jī)組等技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重要突破。

到2017年為止,中國石油已在西氣東輸?shù)亩€、陜京四線等重點(diǎn)工程中應(yīng)用了國產(chǎn)化電驅(qū)天然氣壓縮機(jī),應(yīng)用數(shù)量超過50臺(tái);在南昌—上海支干線應(yīng)用了國產(chǎn)化燃驅(qū)天然氣壓縮機(jī)組,數(shù)量達(dá)5臺(tái);在西氣東輸三線等管道應(yīng)用40 in以上國產(chǎn)化球閥的數(shù)量超過260臺(tái)。

由此可見,中國國產(chǎn)化產(chǎn)品的應(yīng)用效果良好,取得了重要進(jìn)展。到目前為止,中國已實(shí)現(xiàn)20 MW級電驅(qū)天然氣壓縮機(jī)組、30 MW級燃驅(qū)天然氣壓縮機(jī)組投產(chǎn)并平穩(wěn)運(yùn)行萬余小時(shí),形成了管道高壓大口徑全焊接球閥全部替代進(jìn)口產(chǎn)品的良好局面[4]。

國內(nèi)企業(yè)在國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,積極利用自身優(yōu)勢,在離心式天然氣壓縮機(jī)整體結(jié)構(gòu)方面取得重要進(jìn)展,向市場推出了多軸齒輪整體組裝離心式天然氣壓縮機(jī)。相較于傳統(tǒng)天然氣壓縮機(jī),該類型壓縮機(jī)可實(shí)現(xiàn)高壓比等溫壓縮、葉輪與轉(zhuǎn)速最大匹配,并具有結(jié)構(gòu)緊湊、逐級冷卻、分段調(diào)節(jié)等諸多優(yōu)勢。

目前,陜鼓集團(tuán)、沈鼓集團(tuán)、交大賽爾等公司均在整體齒輪增速式離心式天然氣壓縮機(jī)技術(shù)方面有了較大的突破,并完成相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)和制造,具有較高的市場占有率,特別是陜鼓集團(tuán)已研制出6軸11級的齒輪整體組裝的離心式天然氣壓縮機(jī),處于國際領(lǐng)先水平[5],目前天然氣管道主要設(shè)備已打破國外長期壟斷的局面,全面實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化指日可待。

3 天然氣管道壓縮機(jī)國產(chǎn)化發(fā)展思路

3.1 提高設(shè)備國產(chǎn)化的認(rèn)識

相對于西方發(fā)達(dá)國家,中國在設(shè)備制造方面的整體水平較低,只有掌握關(guān)鍵技術(shù),提升自身的研制能力,以便實(shí)現(xiàn)中國核心設(shè)備的國產(chǎn)化目標(biāo),減輕對國外設(shè)備的依賴性。同時(shí),關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化可采取穩(wěn)步推進(jìn)策略,在現(xiàn)有成熟標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,逐漸推動(dòng)非標(biāo)準(zhǔn)成套設(shè)備的應(yīng)用,不斷夯實(shí)中國關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化基礎(chǔ)。

3.2 編制易于國內(nèi)廠家投標(biāo)的中文招標(biāo)文件

在中國關(guān)鍵設(shè)備實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化目標(biāo)之前,為滿足國際招標(biāo)要求,只能編制英文版的標(biāo)書和技術(shù)規(guī)格,不利于國內(nèi)企業(yè)進(jìn)行競爭投標(biāo),所以,有必要分別編制中文版和英文版的標(biāo)書和技術(shù)規(guī)格,便于國內(nèi)廠家進(jìn)行投標(biāo)。在合同簽訂過程中,采購部門需要明確告知相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及審批程序,確保相關(guān)工作滿足規(guī)范要求,最大程度的滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求[6]。

3.3 協(xié)助國內(nèi)廠家做好第三方檢驗(yàn)

要推進(jìn)天然氣壓縮機(jī)組及其附屬設(shè)備的國產(chǎn)化,首先要推動(dòng)企業(yè)與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌,使其生產(chǎn)的產(chǎn)品接受第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的質(zhì)量檢驗(yàn)。針對國內(nèi)對于國際標(biāo)準(zhǔn)不熟悉的企業(yè),針對國內(nèi)對此不太熟悉的廠家,需要協(xié)助他們做好第三方的檢驗(yàn)工作[6]。

3.4 由局部到整體

核心設(shè)備的國產(chǎn)化進(jìn)程是復(fù)雜的,需要經(jīng)歷由點(diǎn)及面、由局部向整體的過渡過程。企業(yè)需要和相關(guān)廠商加強(qiáng)技術(shù)交流和合作,分階段的逐步實(shí)現(xiàn)核心設(shè)備國產(chǎn)化目標(biāo),例如首先實(shí)現(xiàn)非核心設(shè)備的國產(chǎn)化,然后逐漸實(shí)現(xiàn)全面的國產(chǎn)化,并將產(chǎn)品推向國際市場[7]。

3.5 科研與生產(chǎn)互為促進(jìn)的發(fā)展戰(zhàn)略

為實(shí)現(xiàn)天然氣壓縮機(jī)國產(chǎn)化目標(biāo),有必要引導(dǎo)制造商在設(shè)備研制初期便參與其中,通過科研活動(dòng)和生產(chǎn)活動(dòng)的深度融合,建立科研和生產(chǎn)互相作用、互相促進(jìn)的科研生產(chǎn)體系[7]。

3.6 測試小組的優(yōu)化改進(jìn)

根據(jù)研制需求,成立相關(guān)的測試小組,采用合理的檢驗(yàn)方法,結(jié)合設(shè)備性能適應(yīng)運(yùn)行工況的差異性,對設(shè)備零部件材質(zhì)以及性能等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析,在腐蝕性和力學(xué)分析的基礎(chǔ)上,展示并對比分析小組測試結(jié)果,同時(shí)考慮反饋意見,制定有針對性的改進(jìn)建議[7]。

4 天然氣管道壓縮機(jī)國產(chǎn)化的實(shí)施

在天然氣管道壓縮機(jī)組國產(chǎn)化方面,中國制定了“單臺(tái)試用、逐步擴(kuò)大”的國產(chǎn)化策略來推動(dòng)管道壓縮機(jī)組的發(fā)展。具體步驟如下:

2009年,在西氣東輸定遠(yuǎn)站應(yīng)用了由國外企業(yè)設(shè)計(jì),沈鼓集團(tuán)生產(chǎn)的天然氣管道壓縮機(jī);2011年,在西氣東輸二線西段應(yīng)用了沈鼓集團(tuán)自主設(shè)計(jì)和自主生產(chǎn)的天然氣管道壓縮機(jī),共計(jì)3套;2013年,沈鼓集團(tuán)正式開始生產(chǎn)成套的電驅(qū)天然氣壓氣站,實(shí)現(xiàn)了從早期設(shè)計(jì)、到后續(xù)的生產(chǎn)安裝等環(huán)節(jié)的全面國產(chǎn)化目標(biāo)。在此期間,國內(nèi)企業(yè)還加強(qiáng)對變壓器和大功率電機(jī)的研發(fā)生產(chǎn),上海電氣、中船重工等企業(yè)在高速燃?xì)廨啓C(jī)等方面均實(shí)現(xiàn)重要突破,具有全球領(lǐng)先水平[8]。

與此同時(shí),中國和相關(guān)平臺(tái)建立深度合作關(guān)系,加速推動(dòng)國產(chǎn)化進(jìn)程[9]。

4.1 基礎(chǔ)條件準(zhǔn)備

確定天然氣壓縮機(jī)組的運(yùn)行參數(shù),包括機(jī)組的排氣量、轉(zhuǎn)速;機(jī)組各級的進(jìn)排氣溫度、進(jìn)排氣壓力;壓縮機(jī)的安裝尺寸,確保國產(chǎn)化零部件能夠滿足機(jī)體空間位置;完成壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)與選材等。

4.2 裝機(jī)試驗(yàn)

為了評價(jià)國產(chǎn)壓縮機(jī)的性能,和進(jìn)口天然氣壓縮機(jī)進(jìn)行對比,裝機(jī)試驗(yàn)中將國產(chǎn)天然氣壓縮機(jī)與進(jìn)口天然氣壓縮機(jī)同時(shí)運(yùn)行,在機(jī)組進(jìn)出口壓力、溫度、流量均符合設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上,通過4 000 h的運(yùn)行試驗(yàn),進(jìn)行現(xiàn)場觀測,進(jìn)而判斷天然氣壓縮機(jī)是否發(fā)生故障。

4.3 后評價(jià)

對運(yùn)行4 000 h的天然氣壓縮機(jī)組的關(guān)鍵部位進(jìn)行檢查維護(hù),并將其送至分析測試中心,分別進(jìn)行無損探傷、抗壓測試、彈性性能3項(xiàng)檢測[10]。

5 天然氣管道壓縮機(jī)國產(chǎn)化的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

隨著天然氣管道壓縮機(jī)組國產(chǎn)化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),廠商和用戶之間的技術(shù)溝通更加便捷,有利于提升用戶對設(shè)備的維護(hù)能力,對于廠商改善售后服務(wù)質(zhì)量具有重要意義。

核心設(shè)備國產(chǎn)化對于備品備件的供應(yīng)保障也具有積極作用,首先可以消除國際采購的限制和不便之處,有利于成本壓縮;其次,有利于提升設(shè)備的使用效率,減少庫存壓力,增加企業(yè)的運(yùn)營收益。需要強(qiáng)調(diào)的是,中國天然氣壓縮機(jī)企業(yè)的整體技術(shù)實(shí)力與國外廠家還存在一定的差距,在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、用戶培訓(xùn)、規(guī)范化售后服務(wù)等方面依然存在較大差距,難以為用戶提供標(biāo)準(zhǔn)化、程序化、文字化的技術(shù)服務(wù),用戶體驗(yàn)不佳。用戶培訓(xùn)體系尚不成熟,技術(shù)培訓(xùn)的師資力量薄弱,培訓(xùn)內(nèi)容不完善,難以達(dá)到預(yù)期的培訓(xùn)目標(biāo)。并且,大部分廠商在售后服務(wù)團(tuán)隊(duì)建設(shè)方面存在一定滯后性,在用戶服務(wù)方面依然存在較大改進(jìn)余地[11]。

6 天然氣管道設(shè)備國產(chǎn)化展望

可以通過以下幾個(gè)渠道來推動(dòng)中國天然氣管道建設(shè)設(shè)備的國產(chǎn)化進(jìn)程,實(shí)現(xiàn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級,具體包括[12]:(1)加強(qiáng)設(shè)備優(yōu)化,提升國產(chǎn)化水平,從薄弱環(huán)節(jié)入手,以天然氣壓縮機(jī)的干氣密封系統(tǒng)、齒輪箱、電機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)易損部件等設(shè)備作為重點(diǎn)組織開展設(shè)備的國產(chǎn)化研制工作;(2)對國產(chǎn)化設(shè)備的應(yīng)用效果進(jìn)行跟蹤調(diào)查,以便進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化,通過對標(biāo)國際標(biāo)準(zhǔn),識別國產(chǎn)替代品中存在的問題,集中優(yōu)勢資源、有針對性地進(jìn)行改進(jìn);(3)依托重點(diǎn)工程,加強(qiáng)國產(chǎn)化產(chǎn)品的應(yīng)用。建立完善的國產(chǎn)化設(shè)備應(yīng)用機(jī)制,在國內(nèi)項(xiàng)目開展過程中引入國產(chǎn)設(shè)備,逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)設(shè)備規(guī)?；瘧?yīng)用。

相對而言,中國國產(chǎn)設(shè)備應(yīng)用時(shí)間較短,在諸多領(lǐng)域缺乏實(shí)際管理和維護(hù)經(jīng)驗(yàn),只能在參照國外做法的基礎(chǔ)上,結(jié)合自身情況進(jìn)行有針對性的調(diào)整和系統(tǒng)的突破,分階段地逐步實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。在天然氣壓縮機(jī)國產(chǎn)化進(jìn)程中,我國不但要加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān),還需要積極培養(yǎng)相應(yīng)的人才、建立高素質(zhì)的維護(hù)管理團(tuán)隊(duì)、提升用戶維護(hù)水平、改善用戶體驗(yàn)。相較于發(fā)達(dá)國家,國內(nèi)天然氣管道建設(shè)還存在較大差距,以“政產(chǎn)學(xué)研用”模式為平臺(tái),深化相關(guān)研究和推廣,逐步實(shí)現(xiàn)整個(gè)行業(yè)的持續(xù)發(fā)展,加速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

因此,天然氣管道壓縮機(jī)組的成功國產(chǎn)化可以帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展,有利于中國燃?xì)夤艿澜ㄔO(shè)的提質(zhì)增效,提升中國設(shè)備制造廠商的國際競爭力。