空分裝置液氧泵、液氮泵國產化可行性研究報告

陳曉松

（東華工程科技股份有限公司，安徽合肥230024）

上世紀90年代，以國內某公司HY為代表的我國空分裝置制造商在消化吸收引進技術的基礎上，掌握了空分設備設計制造的要領，并擁有自主知識產權，使國產空分設備的產量、純度、氧提取率、單位能耗等技術參數指標均達到世界一流水平。

2000年以后，隨著我國冶金、石化、煤化工等產業對大型、特大型空分設備需求的迅速增長，促進了我國空分設備行業的快速發展。近十年來，國內空分設備制造企業緊跟世界空分技術發展的步伐，通過自主創新、自主研發，開發了適用冶金、石化、新型煤化工需要的不同內壓縮流程的大型空分裝置，裝置規格從5萬Nm/h逐步上升到8萬Nm/h、10萬Nm/h和12萬Nm/h等級。

2013年初，國內空分成套商在神華煤制油項目中取得6套10萬Nm/h等級空分設備訂單，標志著國產特大型空分裝置的設計、制造和成套技術的成熟，在特大型空分裝置領域打破了國際品牌的壟斷。2019年11月19日，浙江石化4 000萬噸/煉化一體化項目一期4×8.3萬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，一般采用單級或多級離心泵。

典型的空分裝置低溫液體泵的種類、規格和數量見表1，低溫泵設計制造的關鍵技術見表2。

表1 空分裝置低溫泵（8.2萬Nm3/h空分）

表2 低溫泵設計制造的關鍵技術

由于輸送介質為超低溫易燃易爆的液氧和液氮，泵的設計、制造、試驗等方面難度較大。空分裝置的低溫泵，特別是內壓縮流程的大流量多級立式低溫離心泵，長期以來一直被國外公司壟斷，如法國Cryostar、瑞士Cryomec和SEFCO、美國Flowserve和ACD等，導致用戶使用成本高、維修難、備件周期長等一系列問題。

2 低溫液體泵國內生產商及產品情況

2009年5 月國務院通過《裝備制造業調整和振興規劃》，把低溫泵列為石化產業中實施裝備自主化的重點設備，經過十年的發展，國內低溫泵廠商取得了實質性的進步。

（1）產品設計標準與國際接軌，產品符合API 610《石油、重化學和天然氣工業用離心泵》。

（2）產品設計理論和水力設計方法基本上已經與國外同步。ANSYS有限元分析應用于轉子動力學分析（干/濕態臨界轉速、轉子的撓度、軸應力及強度、轉子強度與剛度、軸承動力特性、密封間隙動力特性等）；利用流體動力學CFD（Computational Fluid Dynamics）進行數字化參數設計，已實現全流道全三維流場計算。

（3）五軸聯動數控加工、精密鑄造、3D激光打印機、三維坐標測繪、直讀式光譜分析、氦質譜檢驗等先進制造技術已得到廣泛應用。

（4）全性能大中小型低溫泵試驗臺已投用，可完成各種規格低溫泵的機械運轉試驗、性能試驗、NPSHr及PUMPDOWN試驗，以及振動、噪聲等測量。

（5）10萬等級空分國產化配套各類低溫泵已有一百多臺成功運行業績。除了提供整機供貨，也能夠為原進口泵提供在線維護服務、離線維修服務，提供原進口泵及備品備件國產化替換服務。

目前具有代表性的低溫泵國產廠商在設計制造能力和使用業績上已經可以和進口品牌競爭（見表3）。

3 國產低溫泵與進口低溫泵比較（表4）

通過表3、表4和表5可以看出，國產空分裝置低溫液體泵無論是設計制造還是投資都已經具有了市場競爭力。但是國產化的進程非常緩慢，現階段制約低溫液體泵國產化的因素主要有：

表3 企業及國產多級立式離心泵情況

表4 國產低溫泵與進口低溫泵性能比較

表5 不同規格空分裝置國產立式多級液氧泵與進口產品投資比較

（1）國內空分專用低溫泵的開發較晚，進口產品一旦形成壟斷，新開發的國產泵進入市場比較困難。

（2）最近十年，空分裝置的大型化與產品壓力不斷提高，空分國產化也從成套技術到靜設備開始逐步推進。低溫泵屬于動設備，從研發、試驗、試用到全面推廣應用，需要一定的周期。

（3）國外供貨商對國內用戶的宣傳過程中，過度強調進口和國產的標簽效應，簡單認為進口產品質量優于國產產品，利用國內“用了進口產品即使出問題也不用擔太大責任”的心理順勢推銷，但實際上進口產品已經出現很多質量問題。

（4）空分裝置關鍵的動設備，通常要求至少有三年以上的成功運行業績，這一門檻也導致了國產化率低，國產泵及高壓深冷電機長期運行的絕緣可靠性需要更多業績驗證。

（5）國產產品和進口產品相比，存在外觀、性能上的差異，國產低溫泵在設計的精確化、制造的精細化程度上仍需要進一步提升。

（6）原有的生產裝置是進口的，所配套的低溫泵也大多是國外品牌，所以國內用戶普遍對國產制造缺乏信心。

空分裝置向著大型化方向發展的同時，提高經濟性，降低投資以及運行、維護成本，提高運行維護效率將是需要解決的問題，提高空分裝置設備的國產化率是未來空分行業發展的趨勢。

4 國產化途徑

《中國制造2025》提出了通過“三步走”實現制造強國的戰略目標：第一步，到2025年邁入制造強國行列；第二步，到2035年中國制造業整體達到世界制造強國陣營中等水平；第三步，到新中國成立一百年時，綜合實力進入世界制造強國前列。低溫液體泵的國產化途徑：

（1）在空分裝置國產化的同時帶動相關配套部機的國產化，與有自主產權的空分工藝技術綁定，通過工藝包模式提高低溫泵國產化程度。

（2）培育更多的國產設備制造商，形成國產空分設備的高端制造業產業鏈，進一步提升國產低溫泵的設計制造水平，提高國產設備競爭力。

（3）針對空分產品規格多樣化的趨勢，開發出更多參數規格的產品，實現國產設備的系列化和集群化。

（4）充分利用國內工業升級、老舊改造的契機，發揮國產廠商的靈活性、便利性，從對可靠性要求相對較低的后備系統低溫泵、輸送泵的改造入手，做好基礎性研發改進工作，逐步實現國產替代。

（5）隨著工業4.0體系日趨成熟，充分運用“互聯網+”和物聯網技術，實現設備遠程監控，并進入大數據分析、自動故障診斷可行化研究，在產品技術上對進口設備實現彎道超越。

5 結束語

經過60多年的發展，我國空分裝置已經走過了早期仿制、引進技術、自主研發三個階段。我們在中大型空分裝置的設計、制造和成套技術上已經取得了有目共睹的成績，提高空分裝置配套設備國產化率將是未來一段時期的重點工作。代表著國內高端制造水平的低溫泵生產商需要繼續在數值模擬、水力設計、流場測試等方面深入研究，在國家政策的指導下，鼓勵自主創新，抓住空分行業快速發展的契機，加快推進國產化替代進程，提高空分裝置關鍵配套設備的國產化率。