我國高端制造再獲重大突破煤化工核心裝備躋身世界級

文 | 王 晶

我國高端制造再獲重大突破煤化工核心裝備躋身世界級

文 | 王 晶

我國首套國產10萬Nm3h空分裝置壓縮機組

“十萬空分壓縮機，試車成功！”隨著沈鼓集團總經理孔躍龍一聲洪亮的宣告，營口試驗基地的中控室內響起一陣熱烈的掌聲。這意味著超大型空氣分離裝置中有了“中國芯”的跳動，中國人有了自己的首臺套10萬空分裝置壓縮機組。沈鼓集團與德國西門子、曼透平等，成為世界上屈指可數的可以生產大型空分裝置壓縮機組的公司之一。

此時，中央控制室里人們擊掌、擁抱，分明是一片歡呼的海洋。10萬空分項目主設計師汪創華的眼里噙滿淚水，沈鼓人臉上洋溢著燦爛的笑容。這是數以億萬的汗珠滾出來的成績，這是七千沈鼓人肩扛出來的責任，這是沈鼓人十年艱苦研發的成果，這是重大國產化裝備國產化進程中的一座豐碑！

投資7億元，建國內唯一10萬千瓦試驗臺

2013年8月，沈鼓集團以雄厚的設計制造和試驗技術優勢、可靠的技術方案，贏得了用戶和國家的信任，承擔了研制10萬空分機組這一艱巨而光榮的任務。

中國機械工業聯合會原總工程師隋永濱曾提到：“10萬空分裝置的國產化，是中國制造業長久以來的中國夢。神華寧煤項目為我們實現這一夢想，提供了與國外先進裝置同場競技的擂臺。”為了完成這一鑄就“國之重器”的夢想，沈鼓與杭氧、杭汽三家企業組建聯合攻關團隊，通力合作，開啟了高端裝備國產化的航船。

作為煤化工的核心設備，一套400 萬噸/年煤間接液化制油裝置，需要12套10萬空分(即100000Nm3/h制氧量)空氣壓縮機配套。到2015年，國家在建和待核準的煤化工項目，需要此類規模空分壓縮機近百套。在此之前，此項核心技術被西門子、曼透平等國際工業巨頭所把持，中國企業很難在這個領域分得訂單。超大型空分裝置用壓縮機的國產化將為國家節省大量的外匯，同時使得中國人掌握核心技術，在國際工業裝備制造領域擁有更多的話語權和主動權。

此次10萬空分壓縮機組國產化成功與否將關系到我國煤化工用10萬空分裝置能否完全實現自主制造生產的成敗，因為壓縮機是裝置的核心，煤化工工藝流程長，工藝復雜，壓縮機與上述各段工藝流程息息相關，是整個裝置中最關鍵的“心臟”設備。

成功不是一蹴而就的。沈鼓集團從2002年開始便致力于大型空分裝置用壓縮機的研制。2004年沈鼓國內首臺套國產化4萬空分壓縮機組成功交付用戶。同年，在無合同的條件下，自籌資金完成了3.5萬齒輪組裝式空壓機組樣機的制造與試驗。2006年，國內首臺套國產化5.2萬空分壓縮機組成功交付中原大化用戶，并一次開車成功。2010年，國家發改委能源局確定沈鼓集團為國內唯一的大型透平壓縮機研發中心。同年，沈鼓自籌資金完成5萬多軸多級齒輪組裝式空分增壓機組樣機的研發設計，于2012年完成了制造與試驗工作，并完成了二十多項自主研發新技術的試驗驗證。2012年，國家發改委批準沈鼓集團承擔國家《大型透平壓縮機組研發（實驗）中心建設項目》，在營口投資7億元建設國內唯一的10萬千瓦試車臺位，具備大型壓縮機組全壓全負荷試車條件。

“堅決發揚沈鼓人四個‘特別精神’，聚集全員智慧和力量，堅決確保10萬空分機組項目研制，攻堅戰必勝!”這是沈鼓集團董事長蘇永強在“10萬空分壓縮機組項目啟動會”上向全體沈鼓人發出的動員令，同時與17個專項工作小組負責人簽訂了責任狀。當年的承諾，沈鼓人百折不撓、力拔千鈞，用實際行動證明他們做到了。

十萬空分是座山：全新設計的產品結構，沒有經驗可借鑒

早在2011年，沈鼓集團就集中優勢資源，迅速成立了一支強大的由優秀專業技術人員組成的研發團隊。集團董事長蘇永強親自主抓，集團副總經理戴繼雙負責實施，當時的集團總工程師王學軍親自掛帥，聘請國內知名專家進行評審，制訂了詳細的技術方案和措施，確保十萬空分項目組織有力。

具備多年重大項目實戰經驗的設計院副院長汪創華責無旁貸地承擔起10萬空分項目總設計師的重任。從此，幾年下來，他的人生印記中便與10萬空分這個詞難以割裂開來，每一處設計都匠心獨運，每一項創新都傾注了萬般心力。

“沒錯，十萬空分是座山，只有敢攀登的人才能見識成功的風景。在這條路上，你必定要舍棄太多，幾年如一日投入到一項工作中。但是我們要做的就是開拓這片市場，為中國裝備國產化再創第一，做第一個吃螃蟹的人，只許成功，不準失敗。”在汪創華的激情鼓舞下，參與設計研發的技術人員們，熱血沸騰地投入到10萬空分的設計當中。承擔這個項目后，面對巨大的壓力，他們迎難而上。先后有60人參與到這個設計團隊中。武斌就是其中擔綱的一員，并承擔了總體的設計任務。他白天研究學習、跑車間，晚上研究技術資料，針對每一個方案進行研究，對每一處風險點進行評估，并進行優化。

全國知名的技術專家崔連順在工藝方面給出無數個可行性的建設性意見。楊樹華、劉長勝、鄭志國、肖忠會等專家在隨時關注項目進展的同時，專門抽調精兵強將作為項目設計堅實的后盾，隨時保證每一個分析、計算和模型試驗都準確無誤，及時提供最準確的參數；這是一場屬于技術尖兵的頭腦風暴，這是一次代表中國工業科研水平實力的展現。

“雄關漫道真如鐵,而今邁步從頭越。”創新的過程是艱難的，一切都要從零開始。10萬空分壓縮機組采用的是軸流+離心空壓機及組裝式增壓機的結構設計。在研發設計過程中，沈鼓集團技術專家依靠成熟先進的大型、超大型離心壓縮機技術和大型軸流壓縮機技術，在掌握軸流＋離心優化匹配技術的基礎上，進行了技術的再優化、再創新、再升級。

殼體的主設計劉曉鵬回憶時說“為了滿足裝置高效率、高性能的要求，此次產品設計采用全新結構，無論是壓縮機自身還是增壓機的結構設計還是密封、殼體，都沒有經驗可借鑒。”但這一切并沒有成為沈鼓人的障礙。他們不斷地與杭氧及用戶進行溝通，確保每個參數的準確，及時獲取最新的資料；與具備世界最先進技術的國際知名公司合作，確保各項技術應用都是國際上最先進的技術。幾百次的研究、評審分析和協調會，61期大型會議組織，50多項科研課題的研究，300多個風險點評估，數千個不眠之夜的奮戰，沈鼓人為用戶交上了最優的方案。

平均每個螺栓都要經過800多次的精確敲擊、1000多次拉伸

10萬空分壓縮機組的加工、裝配過程近乎一場百團大戰。

所有子公司和部門全部為10萬空分這一沈鼓集團“特大共產黨員工程”奉獻智慧，戮力拼搏。在轉子車間，壓縮機主軸重量近30噸。需要采用三段臥式把合，并且要求一次成功。主軸左、右段與中間段僅有0.02～0.04mm的空隙，相當于頭發絲的十分之一，安裝稍有疏忽都會前功盡棄。左右兩側共有44個螺栓，平均每個螺栓都要經過工人800多次的精確敲擊，1000多次拉伸才得以完成。十萬空分項目中的空壓機轉子長7660mm，300余人次對工裝、設備和場地安全性進行反復的推敲。每個葉輪有一噸重，操作人員綁好安全帶，站在7米多高的裝配架上進行操作。

在定子車間，接到生產任務，車間高度重視，密切關注生產進程。迅速成立十萬空分項目定子部件生產領導小組，認真研究制定專項生產作業計劃和保障措施，組織車間精干力量投入到產品的技術準備、計劃制定、過程管控及生產制造中。中央機殼加工工藝復雜，同一工序涉及多個班組協調作業。根據這一情況，車間生產科按照產品結構特點，嚴格遵照工藝流程，合理編制了十萬空分項目中央機殼專項生產計劃，并將計劃分解至每道工序，嚴格控制計劃時間節點，時刻跟蹤生產進度，合理安排人員，每個環節都由專人負責，做到各班組無縫對接，確保生產加工萬無一失。

神華寧煤400噸年煤制油項目配套國產化首臺套十萬空分空壓機組整機試驗見證會

在結構車間，從產前技術準備開始，車間就選派曾多次為集團重難點產品提供技術服務的聶萬隆擔任技術“主刀”。接到十萬空分機組圖紙，聶萬隆立即仔細分析每個工藝環節的合理性以及可能出現的問題，并將發現的問題逐一與設計、工藝等部門溝通解決。隨后，聶萬隆手中的這根沉重的接力棒又傳到了“沈陽市焊接大王”、技術員甄必德的手中。他不放過任何一個問題，緊盯十萬空分機組生產，每天加班成了他的家常便飯。

在營口試驗基地，為了神華寧煤10萬空分裝置空分壓縮機研制工作，沈鼓人每一項工作都竭心盡力，將每一個細節都做到極致，克服了重重困難。營口基地是在填海造陸的基礎上建設起來的，可以說是海平面附近拔起的一座工業宏偉建筑。建設伊始，水、電、汽都難以得到保障。試驗需要大量的淡水，沈鼓人采取各種辦法，從其他處運來淡水；新建陸地電力系統不穩定，試車人員也想盡辦法，在試車時間上進行了周密的計劃；蒸汽機用汽使用燃氣燒水來解決。此外，攻破解決了汽輪機乏汽管道與廠房平臺橫梁干涉，汽輪機抽真空系統真空指數不穩定等一系列技術問題，這樣通過技術攻關解決試驗難點的例子不勝枚舉。

2011年10月28日，國家發改委組織神華寧煤400萬噸/年煤炭間接液化項目重要設備安排協商會

汽輪機靜置于實驗臺上，空壓機、增壓機吊裝到位，在高10米的試驗臺上，橫臥著長30米，高5米，合重達478噸的鋼鐵巨龍。幾百名安裝工人上上下下地進行安裝。為了使開發的產品性能達到世界領先水平，沈鼓進行了大量的研究和實驗驗證，全部模擬用戶運行現場，甚至油管路都按照最高規格、最優質量，按照一比一大小進行制作，整個油氣管道錯綜復雜，在機組下仿佛織起一張龐大的網絡。為了保證機組的質量，所有機組部件實行百分百探傷。所有經過外協廠加工的零部件，細致檢查。以過濾器為例，外協廠加工后，到沈鼓重新噴砂，將過濾器重新拆卸，確保無一雜質后，重新焊接，以防有雜質劃傷軸流葉片。最后，進行全負荷聯動試驗，并針對性能進行了9項大型試驗。如汽輪機機械運轉試驗及其輔助裝置試驗、汽輪機驅動下的主空壓機的機械運轉試驗、全速全壓全負荷整機氣動性能試驗等。

“十萬空分的每一個部件，我們都像自己的‘眼球’一樣珍惜。我們每天進蒸汽管道檢查，都要套上特質的鞋套，以防在管線內壁留下痕跡。為了防止管道有剩余雜質打傷葉輪，在試驗前，我們用揉好的面團吸附灰塵。”在現場工作的裝配工人李程講述著。

“就算天上下刀子，都不能阻擋我們試車！”

聯動試驗前的過程就是一場分秒必爭、激烈的攻堅戰。

2014年12月5日，十萬空分轉子在南京汽輪機廠完成了高速動平衡，各項參數全部達標，性能合格。下一步就是將轉子送到遼寧營口的試驗基地進行組裝。沈鼓人為了確保轉子安全抵達，派出運輸公司全程擔任3500公里的運輸任務，一路風塵，霧氣籠罩，高速禁行。長途跋涉,加油站難尋，沈鼓人放棄開暖風取暖，在怒號的寒風中吃住車中。天公降雪，為防止大雪封路，沈鼓人又頂住疲憊，連續48小時奔馳，終于如期將轉子運到營口試驗基地進行安裝。

1月14日，臨近汽輪機機械運轉試驗倒計時不到20小時。主設計汪創華突然愁眉不展，他立刻召集營口現場相關人員召開緊急會議。汽輪機試驗馬上開始，意味著十萬空分機組的全面試驗即將展開。可數九寒冬，北方的冬天異常寒冷，冰雪覆蓋了整個營口試驗基地，試驗用的冷凝水發生了凍結。“大家有什么意見建議么？用戶的期盼，我們的責任，試車堅決不能拖。”汪創華講述了他內心的困惑。會議室內陷入了一片沉靜，突然有一個聲音不知從何處傳出：“營口有得天獨厚的溫泉，不如我們就干脆給循環水系統洗個熱水澡吧。” “好，就這么辦，就是天上下刀子，都不能阻擋我們試車。”試車副總指揮李鵬態度堅決。話音剛落，他便趕緊拿起了電話，聯系幾十臺車運送溫泉保證冷凝水暢流不凍，但就是這樣，也不知道能否奏效，所有人心里都無比忐忑。第二天一早，李鵬一來到試驗臺，便高興地跺腳。原來天公作美，冰雪融化，氣溫升高，冷凝水融化，完全具備試車條件，所有的擔心都煙消云散。隨后，歷時9個小時的汽輪機機械運轉試驗，直至 15日下午3點整個試驗結束，預示著沈鼓集團為神華寧煤年產400萬噸煤制油項目10萬空分裝置研究開發的空分壓縮機機組進入全面的試驗階段！

2015年1月初完成了鍋爐及其蒸汽供給系統、汽輪機蒸汽凝液系統、頂軸油系統、蒸汽管道系統、減溫減壓器、凝汽（包括抽氣器、乏汽管路等）系統、循環水系統、潤滑油系統、密封等各系統的調試；隨后完成了汽輪機+減速機（帶盤車裝置）的機械運轉試驗，該實驗還包含了超速保護試驗、超速試驗、升速速率試驗等試驗項目，驗證了汽輪機、監測儀表和控制系統等輔機系統的可靠性。試驗結果滿足API612-2005的標準規定，機械運轉的性能指標優于API612-2005標準的規定。

2015年1月中旬，完成了汽輪機驅動下的空壓機機械運轉試驗。試驗結果表明，空壓機的機械運轉的性能指標均滿足了合同要求，并優于API617-2002標準規定。

1月末，進行了空壓機的全速全壓全負荷性能試驗，測試空壓機在可調靜導開度為+15°、+10°、+5°、0°的全性能曲線。

3月中旬，空壓機進行了第二次全速全壓全負荷性能試驗，測試空壓機在可調靜導開度為0°、-5°、-10°的性能曲線，并對第一次試驗結果（其它可調靜導開度）進行了復校，兩次試驗結果重復性很好。空壓機的性能試驗按照ASME PTC-10Ι類試驗的標準進行，氣動性能指標達到了合同要求。

4月中旬，沈鼓集團委托第三方（西安熱工研究院有限公司）對汽輪機的進行了負荷性能測試，實驗的負荷來自空壓機。汽輪機試驗按照API612-2005及ASME PTC-6的標準規定進行，試驗負荷工況下性能指標（熱效率）優于設計預期值。

5月中旬，由汽輪機驅動增壓壓縮機進行了機械運轉試驗，該實驗還包含了升速速率試驗和超速試驗，試驗滿足API617-2002的標準規定。經測試，增壓壓縮機的機械運轉性能指標均達到了合同要求，并且優于API標準規定。

5月末，進行了增壓壓縮機的全速全壓全負荷氣動性能試驗，測試出兩段入口導葉開度均為+40°+20°、0°、-10°的全性能曲線。

6月中旬進行了第二次氣動性能試驗，測試出壓縮機兩段入口導葉開度均為+60°、+40°、0°、-10°的全性能曲線，并對第一次試驗（其它導葉開度下）進行復校，結果重復性很好。經兩次試驗結果顯示，實測效率高于設計預期值，但能頭偏高，使整機壓比偏高。

為了保證增壓壓縮機的壓比完全符合合同要求，沈鼓對增壓機的葉輪進行了修正處理，并與6月末進行了第三次全負荷試驗，結果顯示，葉輪修正后的增壓壓縮機性能指標完全達到了設計預期，能耗低于合同規定值。性能試驗按照ASME PTC-10Ι類試驗的標準進行，試驗結果表明，增壓壓縮機的性能指標優于合同規定。

通過以上主機的各項試驗，減速機、盤車裝置、所有聯軸器、潤滑及控制油站、空壓機導葉伺服油站、儀表、閥門、控制系統等輔機的性能也同時得到了驗證，各設備滿足機組的需要，性能指標均達到了相關標準及合同要求。

2015年7月23日凌晨1點30分，隨著沈陽鼓風機集團有限公司副總經理、神華寧煤年產400萬噸煤制油項目10萬空分裝置用機組的項目總經理、產品試車總指揮戴繼雙的一聲令下，倒計時開始，現場所有人都屏住呼吸，所有人的心都懸著。“10、9、8、7、6……1”,試車副總指揮李鵬果斷按下啟動按鈕，屏幕上顯示九大系統的現場運行情況和各系統的參數變化，所有人目不轉睛地盯著屏幕，這時，對講機中不時傳來報告，“潤滑油系統正常”、“油溫油壓正常”、“冷凝水液位正常”,聽到各系統平穩運行，人們的心稍稍平靜了一些。沖轉過程是對整個機組性能的考驗，“500轉正常”、“1000轉正常”、“2800轉正常”中央控制室內不時傳來監控人員的報告。能否實現超高速運轉是檢驗整個機組是否合格的重要標志，在過超高速運轉值的那一刻，人們的瞳孔放大，緊緊盯著所有屏幕，“平穩無異常！”中央控制室內的這一聲洪亮的報告，讓所有人都振奮起來。機組完美地經歷了暖機、越過臨界轉速、升速、穩定轉速、跳閘重啟、超速、機械運轉試驗等完整試驗過程。

蒸汽滾滾，動力強勁。汽輪機、空壓機、增壓機聯機全速全壓性能試驗一氣呵成，整個試驗動力裝置運轉平穩，機械性能指標均優于API標準的規定,這標志著沈鼓集團摘得了中國裝備制造業首臺國產化成果的又一桂冠。十萬空分壓縮機組研制試驗成功，必將載入中國工業裝備制造的史冊！

有著80年濃厚歷史底蘊的沈鼓，有著7000愛國熱忱的沈鼓人用實力書寫了工業裝備制造業新的歷史。多年來沈鼓集團的百萬噸乙烯壓縮機組、西氣東輸長輸管線壓縮機組、大型PTA壓縮機組、大型LNG壓縮機組、大型MTO壓縮機組等產品，在多個領域內打破國外壟斷，被譽為中國裝備制造業與外商抗衡的“國家砝碼”。如今，沈鼓再奪工業桂冠。具有國際超高水平，全國唯一可以滿足十萬空分級壓縮機組聯動試驗基地——沈鼓營口透平裝備基地等待著更多國產化首臺套的檢閱，等待著為中國工業裝備制造再立新功。

十萬空分的成功，離不開國家、政府的政策支持，離不開杭氧、杭汽等主要合作伙伴精誠團結的合作。這是有著裝備中國夢想的中國人戮力同心，汗水堆砌的成果，這是我國高端技術參與國際競爭的較量平臺，這是加快中國裝備制造業國產化進程的真實寫照。他們在大型壓縮機組國產化道路上矢志不渝。在國際工業領域，縱貫四海，博弈天下，樹立起屬于中國人的一座又一座具有劃時代意義的里程碑。

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