空分裝置液氧泵、液氮泵國(guó)產(chǎn)化可行性研究報(bào)告

陳曉松

（東華工程科技股份有限公司，安徽合肥230024）

上世紀(jì)90年代，以國(guó)內(nèi)某公司HY為代表的我國(guó)空分裝置制造商在消化吸收引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，掌握了空分設(shè)備設(shè)計(jì)制造的要領(lǐng)，并擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，使國(guó)產(chǎn)空分設(shè)備的產(chǎn)量、純度、氧提取率、單位能耗等技術(shù)參數(shù)指標(biāo)均達(dá)到世界一流水平。

2000年以后，隨著我國(guó)冶金、石化、煤化工等產(chǎn)業(yè)對(duì)大型、特大型空分設(shè)備需求的迅速增長(zhǎng)，促進(jìn)了我國(guó)空分設(shè)備行業(yè)的快速發(fā)展。近十年來(lái)，國(guó)內(nèi)空分設(shè)備制造企業(yè)緊跟世界空分技術(shù)發(fā)展的步伐，通過(guò)自主創(chuàng)新、自主研發(fā)，開(kāi)發(fā)了適用冶金、石化、新型煤化工需要的不同內(nèi)壓縮流程的大型空分裝置，裝置規(guī)格從5萬(wàn)Nm/h逐步上升到8萬(wàn)Nm/h、10萬(wàn)Nm/h和12萬(wàn)Nm/h等級(jí)。

2013年初，國(guó)內(nèi)空分成套商在神華煤制油項(xiàng)目中取得6套10萬(wàn)Nm/h等級(jí)空分設(shè)備訂單，標(biāo)志著國(guó)產(chǎn)特大型空分裝置的設(shè)計(jì)、制造和成套技術(shù)的成熟，在特大型空分裝置領(lǐng)域打破了國(guó)際品牌的壟斷。2019年11月19日，浙江石化4 000萬(wàn)噸/煉化一體化項(xiàng)目一期4×8.3萬(wàn)Nm/h空分裝置順利出氧，2019年3月二期4×10.5 Nm/h空分裝置供貨合同順利簽署。

1 空分裝置配套低溫泵現(xiàn)狀

空分裝置中的低溫液體泵分為流程泵和輸送泵，一般采用單級(jí)或多級(jí)離心泵。

典型的空分裝置低溫液體泵的種類、規(guī)格和數(shù)量見(jiàn)表1，低溫泵設(shè)計(jì)制造的關(guān)鍵技術(shù)見(jiàn)表2。

表1 空分裝置低溫泵（8.2萬(wàn)Nm3/h空分）

表2 低溫泵設(shè)計(jì)制造的關(guān)鍵技術(shù)

由于輸送介質(zhì)為超低溫易燃易爆的液氧和液氮，泵的設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)等方面難度較大?？辗盅b置的低溫泵，特別是內(nèi)壓縮流程的大流量多級(jí)立式低溫離心泵，長(zhǎng)期以來(lái)一直被國(guó)外公司壟斷，如法國(guó)Cryostar、瑞士Cryomec和SEFCO、美國(guó)Flowserve和ACD等，導(dǎo)致用戶使用成本高、維修難、備件周期長(zhǎng)等一系列問(wèn)題。

2 低溫液體泵國(guó)內(nèi)生產(chǎn)商及產(chǎn)品情況

2009年5 月國(guó)務(wù)院通過(guò)《裝備制造業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》，把低溫泵列為石化產(chǎn)業(yè)中實(shí)施裝備自主化的重點(diǎn)設(shè)備，經(jīng)過(guò)十年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)低溫泵廠商取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步。

（1）產(chǎn)品設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際接軌，產(chǎn)品符合API 610《石油、重化學(xué)和天然氣工業(yè)用離心泵》。

（2）產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論和水力設(shè)計(jì)方法基本上已經(jīng)與國(guó)外同步。ANSYS有限元分析應(yīng)用于轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析（干/濕態(tài)臨界轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子的撓度、軸應(yīng)力及強(qiáng)度、轉(zhuǎn)子強(qiáng)度與剛度、軸承動(dòng)力特性、密封間隙動(dòng)力特性等）；利用流體動(dòng)力學(xué)CFD（Computational Fluid Dynamics）進(jìn)行數(shù)字化參數(shù)設(shè)計(jì)，已實(shí)現(xiàn)全流道全三維流場(chǎng)計(jì)算。

（3）五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工、精密鑄造、3D激光打印機(jī)、三維坐標(biāo)測(cè)繪、直讀式光譜分析、氦質(zhì)譜檢驗(yàn)等先進(jìn)制造技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用。

（4）全性能大中小型低溫泵試驗(yàn)臺(tái)已投用，可完成各種規(guī)格低溫泵的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)、性能試驗(yàn)、NPSHr及PUMPDOWN試驗(yàn)，以及振動(dòng)、噪聲等測(cè)量。

（5）10萬(wàn)等級(jí)空分國(guó)產(chǎn)化配套各類低溫泵已有一百多臺(tái)成功運(yùn)行業(yè)績(jī)。除了提供整機(jī)供貨，也能夠?yàn)樵M(jìn)口泵提供在線維護(hù)服務(wù)、離線維修服務(wù)，提供原進(jìn)口泵及備品備件國(guó)產(chǎn)化替換服務(wù)。

目前具有代表性的低溫泵國(guó)產(chǎn)廠商在設(shè)計(jì)制造能力和使用業(yè)績(jī)上已經(jīng)可以和進(jìn)口品牌競(jìng)爭(zhēng)（見(jiàn)表3）。

3 國(guó)產(chǎn)低溫泵與進(jìn)口低溫泵比較（表4）

通過(guò)表3、表4和表5可以看出，國(guó)產(chǎn)空分裝置低溫液體泵無(wú)論是設(shè)計(jì)制造還是投資都已經(jīng)具有了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。但是國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)程非常緩慢，現(xiàn)階段制約低溫液體泵國(guó)產(chǎn)化的因素主要有：

表3 企業(yè)及國(guó)產(chǎn)多級(jí)立式離心泵情況

表4 國(guó)產(chǎn)低溫泵與進(jìn)口低溫泵性能比較

表5 不同規(guī)格空分裝置國(guó)產(chǎn)立式多級(jí)液氧泵與進(jìn)口產(chǎn)品投資比較

（1）國(guó)內(nèi)空分專用低溫泵的開(kāi)發(fā)較晚，進(jìn)口產(chǎn)品一旦形成壟斷，新開(kāi)發(fā)的國(guó)產(chǎn)泵進(jìn)入市場(chǎng)比較困難。

（2）最近十年，空分裝置的大型化與產(chǎn)品壓力不斷提高，空分國(guó)產(chǎn)化也從成套技術(shù)到靜設(shè)備開(kāi)始逐步推進(jìn)。低溫泵屬于動(dòng)設(shè)備，從研發(fā)、試驗(yàn)、試用到全面推廣應(yīng)用，需要一定的周期。

（3）國(guó)外供貨商對(duì)國(guó)內(nèi)用戶的宣傳過(guò)程中，過(guò)度強(qiáng)調(diào)進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)的標(biāo)簽效應(yīng)，簡(jiǎn)單認(rèn)為進(jìn)口產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)于國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品，利用國(guó)內(nèi)“用了進(jìn)口產(chǎn)品即使出問(wèn)題也不用擔(dān)太大責(zé)任”的心理順勢(shì)推銷，但實(shí)際上進(jìn)口產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)很多質(zhì)量問(wèn)題。

（4）空分裝置關(guān)鍵的動(dòng)設(shè)備，通常要求至少有三年以上的成功運(yùn)行業(yè)績(jī)，這一門檻也導(dǎo)致了國(guó)產(chǎn)化率低，國(guó)產(chǎn)泵及高壓深冷電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行的絕緣可靠性需要更多業(yè)績(jī)驗(yàn)證。

（5）國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品和進(jìn)口產(chǎn)品相比，存在外觀、性能上的差異，國(guó)產(chǎn)低溫泵在設(shè)計(jì)的精確化、制造的精細(xì)化程度上仍需要進(jìn)一步提升。

（6）原有的生產(chǎn)裝置是進(jìn)口的，所配套的低溫泵也大多是國(guó)外品牌，所以國(guó)內(nèi)用戶普遍對(duì)國(guó)產(chǎn)制造缺乏信心。

空分裝置向著大型化方向發(fā)展的同時(shí)，提高經(jīng)濟(jì)性，降低投資以及運(yùn)行、維護(hù)成本，提高運(yùn)行維護(hù)效率將是需要解決的問(wèn)題，提高空分裝置設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率是未來(lái)空分行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。

4 國(guó)產(chǎn)化途徑

《中國(guó)制造2025》提出了通過(guò)“三步走”實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略目標(biāo)：第一步，到2025年邁入制造強(qiáng)國(guó)行列；第二步，到2035年中國(guó)制造業(yè)整體達(dá)到世界制造強(qiáng)國(guó)陣營(yíng)中等水平；第三步，到新中國(guó)成立一百年時(shí)，綜合實(shí)力進(jìn)入世界制造強(qiáng)國(guó)前列。低溫液體泵的國(guó)產(chǎn)化途徑：

（1）在空分裝置國(guó)產(chǎn)化的同時(shí)帶動(dòng)相關(guān)配套部機(jī)的國(guó)產(chǎn)化，與有自主產(chǎn)權(quán)的空分工藝技術(shù)綁定，通過(guò)工藝包模式提高低溫泵國(guó)產(chǎn)化程度。

（2）培育更多的國(guó)產(chǎn)設(shè)備制造商，形成國(guó)產(chǎn)空分設(shè)備的高端制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，進(jìn)一步提升國(guó)產(chǎn)低溫泵的設(shè)計(jì)制造水平，提高國(guó)產(chǎn)設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)力。

（3）針對(duì)空分產(chǎn)品規(guī)格多樣化的趨勢(shì)，開(kāi)發(fā)出更多參數(shù)規(guī)格的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)設(shè)備的系列化和集群化。

（4）充分利用國(guó)內(nèi)工業(yè)升級(jí)、老舊改造的契機(jī)，發(fā)揮國(guó)產(chǎn)廠商的靈活性、便利性，從對(duì)可靠性要求相對(duì)較低的后備系統(tǒng)低溫泵、輸送泵的改造入手，做好基礎(chǔ)性研發(fā)改進(jìn)工作，逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。

（5）隨著工業(yè)4.0體系日趨成熟，充分運(yùn)用“互聯(lián)網(wǎng)+”和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控，并進(jìn)入大數(shù)據(jù)分析、自動(dòng)故障診斷可行化研究，在產(chǎn)品技術(shù)上對(duì)進(jìn)口設(shè)備實(shí)現(xiàn)彎道超越。

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)60多年的發(fā)展，我國(guó)空分裝置已經(jīng)走過(guò)了早期仿制、引進(jìn)技術(shù)、自主研發(fā)三個(gè)階段。我們?cè)谥写笮涂辗盅b置的設(shè)計(jì)、制造和成套技術(shù)上已經(jīng)取得了有目共睹的成績(jī)，提高空分裝置配套設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率將是未來(lái)一段時(shí)期的重點(diǎn)工作。代表著國(guó)內(nèi)高端制造水平的低溫泵生產(chǎn)商需要繼續(xù)在數(shù)值模擬、水力設(shè)計(jì)、流場(chǎng)測(cè)試等方面深入研究，在國(guó)家政策的指導(dǎo)下，鼓勵(lì)自主創(chuàng)新，抓住空分行業(yè)快速發(fā)展的契機(jī)，加快推進(jìn)國(guó)產(chǎn)化替代進(jìn)程，提高空分裝置關(guān)鍵配套設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率。