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我国高端制造再获重大突破


2015-8-31 8:56:23  

     我国高端制造再获重大突破煤化工核心装备跻身世界级

                             文——中国机电工业杂志·王晶

    “十万空分压缩机,试车成功!”随着沈鼓集团总经理孔跃龙一声洪亮的宣告,营口试验基地的中控室内响起一阵热烈的掌声。这意味着超大型空气分离装置中有了“中国芯”的跳动,中国人有了自己的首台套10万空分装置压缩机组。沈鼓集团与德国西门子、曼透平等,成为世界上屈指可数的可以生产大型空分装置压缩机组的公司之一。

    此时,中央控制室里人们击掌、拥抱,分明是一片欢呼的海洋。10万空分项目主设计师汪创华的眼里噙满泪水,沈鼓人脸上洋溢着灿烂的笑容。这是数以亿万的汗珠滚出来的成绩,这是七千沈鼓人肩扛出来的责任,这是沈鼓人十年艰苦研发的成果,这是重大国产化装备国产化进程中的一座丰碑!

    投资7亿元,建国内唯一10万千瓦试验台

    2013年8月,沈鼓集团以雄厚的设计制造和试验技术优势、可靠的技术方案,赢得了用户和国家的信任,承担了研制10万空分机组这一艰巨而光荣的任务。

    中国机械工业联合会总工程师、中国通用机械工业协会主席团主席隋永滨曾提到:“10万空分装置的国产化,是中国制造业长久以来的中国梦。神华宁煤项目为我们实现这一梦想,提供了与国外先进装置同场竞技的擂台。”为了完成这一铸就“国之重器”的梦想,沈鼓与杭氧、杭汽三家企业组建联合攻关团队,通力合作,开启了高端装备国产化的航船。

    作为煤化工的核心设备,一套400 万吨/年煤间接液化制油装置,需要12套10万空分(即100000Nm3/h制氧量)空气压缩机配套。到2015年,国家在建和待核准的煤化工项目,需要此类规模空分压缩机近百套。在此之前,此项核心技术被西门子、曼透平等国际工业巨头所把持,中国企业很难在这个领域分得订单。超大型空分装置用压缩机的国产化将为国家节省大量的外汇,同时使得中国人掌握核心技术,在国际工业装备制造领域拥有更多的话语权和主动权。

    此次10万空分压缩机组国产化成功与否将关系到我国煤化工用10万空分装置能否完全实现自主制造生产的成败,因为压缩机是装置的核心,煤化工工艺流程长,工艺复杂,压缩机与上述各段工艺流程息息相关,是整个装置中最关键的“心脏”设备。

    成功不是一蹴而就的。沈鼓集团从2002年开始便致力于大型空分装置用压缩机的研制。2004年沈鼓国内首台套国产化4万空分压缩机组成功交付用户。同年,在无合同的条件下,自筹资金完成了3.5万齿轮组装式空压机组样机的制造与试验。2006年,国内首台套国产化5.2万空分压缩机组成功交付中原大化用户,并一次开车成功。2010年,国家发改委能源局确定沈鼓集团为国内唯一的大型透平压缩机研发中心。同年,沈鼓自筹资金完成5万多轴多级齿轮组装式空分增压机组样机的研发设计,于2012年完成了制造与试验工作,并完成了二十多项自主研发新技术的试验验证。2012年,国家发改委批准沈鼓集团承担国家《大型透平压缩机组研发(实验)中心建设项目》,在营口投资7亿元建设国内唯一的10万千瓦试车台位,具备大型压缩机组全压全负荷试车条件。

    “坚决发扬沈鼓人四个‘特别精神’,聚集全员智慧和力量,坚决确保10万空分机组项目研制,攻坚战必胜!”这是沈鼓集团董事长苏永强在“10万空分压缩机组项目启动会”上向全体沈鼓人发出的动员令,同时与17个专项工作小组负责人签订了责任状。当年的承诺,沈鼓人百折不挠、力拔千钧,用实际行动证明他们做到了。

    十万空分是座山:全新设计的产品结构,没有经验可借鉴

    早在2011年,沈鼓集团就集中优势资源,迅速成立了一支强大的由优秀专业技术人员组成的研发团队。集团董事长苏永强亲自主抓,集团副总经理戴继双负责实施,当时的集团总工程师王学军亲自挂帅,聘请国内知名专家进行评审,制订了详细的技术方案和措施,确保十万空分项目组织有力。

    具备多年重大项目实战经验的设计院副院长汪创华责无旁贷地承担起10万空分项目总设计师的重任。从此,几年下来,他的人生印记中便与10万空分这个词难以割裂开来,每一处设计都匠心独运,每一项创新都倾注了万般心力。

    “没错,十万空分是座山,只有敢攀登的人才能见识成功的风景。在这条路上,你必定要舍弃太多,几年如一日投入到一项工作中。但是我们要做的就是开拓这片市场,为中国装备国产化再创第一,做第一个吃螃蟹的人,只许成功,不准失败。”在汪创华的激情鼓舞下,参与设计研发的技术人员们,热血沸腾地投入到10万空分的设计当中。承担这个项目后,面对巨大的压力,他们迎难而上。先后有60人参与到这个设计团队中。武斌就是其中担纲的一员,并承担了总体的设计任务。他白天研究学习、跑车间,晚上研究技术资料,针对每一个方案进行研究,对每一处风险点进行评估,并进行优化。

    全国知名的技术专家崔连顺在工艺方面给出无数个可行性的建设性意见。杨树华、刘长胜、郑志国、肖忠会等专家在随时关注项目进展的同时,专门抽调精兵强将作为项目设计坚实的后盾,随时保证每一个分析、计算和模型试验都准确无误,及时提供最准确的参数;这是一场属于技术尖兵的头脑风暴,这是一次代表中国工业科研水平实力的展现。

    “雄关漫道真如铁,而今迈步从头越。”创新的过程是艰难的,一切都要从零开始。10万空分压缩机组采用的是轴流+离心空压机及组装式增压机的结构设计。在研发设计过程中,沈鼓集团技术专家依靠成熟先进的大型、超大型离心压缩机技术和大型轴流压缩机技术,在掌握轴流+离心优化匹配技术的基础上,进行了技术的再优化、再创新、再升级。

    壳体的主设计刘晓鹏回忆时说“为了满足装置高效率、高性能的要求,此次产品设计采用全新结构,无论是压缩机自身还是增压机的结构设计还是密封、壳体,都没有经验可借鉴。”但这一切并没有成为沈鼓人的障碍。他们不断地与杭氧及用户进行沟通,确保每个参数的准确,及时获取最新的资料;与具备世界最先进技术的国际知名公司合作,确保各项技术应用都是国际上最先进的技术。几百次的研究、评审分析和协调会,61期大型会议组织,50多项科研课题的研究,300多个风险点评估,数千个不眠之夜的奋战,沈鼓人为用户交上了最优的方案。

    平均每个螺栓都要经过800多次的精确敲击、1000多次拉伸。

     10万空分压缩机组的加工、装配过程近乎一场百团大战。

    所有子公司和部门全部为10万空分这一沈鼓集团“特大共产党员工程”奉献智慧,戮力拼搏。在转子车间,压缩机主轴重量近30吨。需要采用三段卧式把合,并且要求一次成功。主轴左、右段与中间段仅有0.02-0.04mm的空隙,相当于头发丝的十分之一,安装稍有疏忽都会前功尽弃。左右两侧共有44个螺栓,平均每个螺栓都要经过工人800多次的精确敲击,1000多次拉伸才得以完成。十万空分项目中的空压机转子长7660mm,300余人次对工装、设备和场地安全性进行反复的推敲。每个叶轮有一吨重,操作人员绑好安全带,站在7米多高的装配架上进行操作。

    在定子车间,接到生产任务,车间高度重视,密切关注生产进程。迅速成立十万空分项目定子部件生产领导小组,认真研究制定专项生产作业计划和保障措施,组织车间精干力量投入到产品的技术准备、计划制定、过程管控及生产制造中。中央机壳加工工艺复杂,同一工序涉及多个班组协调作业。根据这一情况,车间生产科按照产品结构特点,严格遵照工艺流程,合理编制了十万空分项目中央机壳专项生产计划,并将计划分解至每道工序,严格控制计划时间节点,时刻跟踪生产进度,合理安排人员,每个环节都由专人负责,做到各班组无缝对接,确保生产加工万无一失。

    在结构车间,从产前技术准备开始,车间就选派曾多次为集团重难点产品提供技术服务的聂万隆担任技术“主刀”。接到十万空分机组图纸,聂万隆立即仔细分析每个工艺环节的合理性以及可能出现的问题,并将发现的问题逐一与设计、工艺等部门沟通解决。随后,聂万隆手中的这根沉重的接力棒又传到了“沈阳市焊接大王”、技术员甄必德的手中。他不放过任何一个问题,紧盯十万空分机组生产,每天加班成了他的家常便饭。

    在营口试验基地,为了神华宁煤10万空分装置空分压缩机研制工作,沈鼓人每一项工作都竭心尽力,将每一个细节都做到极致,克服了重重困难。营口基地是在填海造陆的基础上建设起来的,可以说是海平面附近拔起的一座工业宏伟建筑。建设伊始,水、电、汽都难以得到保障。试验需要大量的淡水,沈鼓人采取各种办法,从其他处运来淡水;新建陆地电力系统不稳定,试车人员也想尽办法,在试车时间上进行了周密的计划;蒸汽机用汽使用燃气烧水来解决。此外,攻破解决了汽轮机乏汽管道与厂房平台横梁干涉,汽轮机抽真空系统真空指数不稳定等一系列技术问题,这样通过技术攻关解决试验难点的例子不胜枚举。

    汽轮机静置于实验台上,空压机、增压机吊装到位,在高10米的试验台上,横卧着长30米,高5米,合重达478吨的钢铁巨龙。几百名安装工人上上下下地进行安装。为了使开发的产品性能达到世界领先水平,沈鼓进行了大量的研究和实验验证,全部模拟用户运行现场,甚至油管路都按照最高规格、最优质量,按照一比一大小进行制作,整个油气管道错综复杂,在机组下仿佛织起一张庞大的网络。为了保证机组的质量,所有机组部件实行百分百探伤。所有经过外协厂加工的零部件,细致检查。以过滤器为例,外协厂加工后,到沈鼓重新喷砂,将过滤器重新拆卸,确保无一杂质后,重新焊接,以防有杂质划伤轴流叶片。最后,进行全负荷联动试验,并针对性能进行了9项大型试验。如汽轮机机械运转试验及其辅助装置试验、汽轮机驱动下的主空压机的机械运转试验、全速全压全负荷整机气动性能试验等。

    “十万空分的每一个部件,我们都像自己的‘眼球’一样珍惜。我们每天进蒸汽管道检查,都要套上特质的鞋套,以防在管线内壁留下痕迹。为了防止管道有剩余杂质打伤叶轮,在试验前,我们用揉好的面团吸附灰尘。”在现场工作的装配工人李程讲述着。

    “就算天上下刀子,都不能阻挡我们试车!”

    联动试验前的过程就是一场分秒必争、激烈的攻坚战。

    2014年12月5日,十万空分转子在南京汽轮机厂完成了高速动平衡,各项参数全部达标,性能合格。下一步就是将转子送到辽宁营口的试验基地进行组装。沈鼓人为了确保转子安全抵达,派出运输公司全程担任3500公里的运输任务,一路风尘,雾气笼罩,高速禁行。长途跋涉,加油站难寻,沈鼓人放弃开暖风取暖,在怒号的寒风中吃住车中。天公降雪,为防止大雪封路,沈鼓人又顶住疲惫,连续48小时奔驰,终于如期将转子运到营口试验基地进行安装。

    1月14日,临近汽轮机机械运转试验倒计时不到20小时。主设计汪创华突然愁眉不展,他立刻召集营口现场相关人员召开紧急会议。汽轮机试验马上开始,意味着十万空分机组的全面试验即将展开。可数九寒冬,北方的冬天异常寒冷,冰雪覆盖了整个营口试验基地,试验用的冷凝水发生了冻结。“大家有什么意见建议么?用户的期盼,我们的责任,试车坚决不能拖。”汪创华讲述了他内心的困惑。会议室内陷入了一片沉静,突然有一个声音不知从何处传出:“营口有得天独厚的温泉,不如我们就干脆给循环水系统洗个热水澡吧。” “好,就这么办,就是天上下刀子,都不能阻挡我们试车。”试车副总指挥李鹏态度坚决。话音刚落,他便赶紧拿起了电话,联系几十台车运送温泉保证冷凝水畅流不冻,但就是这样,也不知道能否奏效,所有人心里都无比忐忑。第二天一早,李鹏一来到试验台,便高兴地跺脚。原来天公作美,冰雪融化,气温升高,冷凝水融化,完全具备试车条件,所有的担心都烟消云散。随后,历时9个小时的汽轮机机械运转试验,直至 15日下午3点整个试验结束,预示着沈鼓集团为神华宁煤年产400万吨煤制油项目10万空分装置研究开发的空分压缩机机组进入全面的试验阶段!

    2015年1月初完成了锅炉及其蒸汽供给系统、汽轮机蒸汽凝液系统、顶轴油系统、蒸汽管道系统、减温减压器、凝汽(包括抽气器、乏汽管路等)系统、循环水系统、润滑油系统、密封等各系统的调试;随后完成了汽轮机+减速机(带盘车装置)的机械运转试验,该实验还包含了超速保护试验、超速试验、升速速率试验等试验项目,验证了汽轮机、监测仪表和控制系统等辅机系统的可靠性。试验结果满足API612-2005的标准规定,机械运转的性能指标优于API612-2005标准的规定。

    2015年1月中旬,完成了汽轮机驱动下的空压机机械运转试验。试验结果表明,空压机的机械运转的性能指标均满足了合同要求,并优于API617-2002标准规定。

    1月末,进行了空压机的全速全压全负荷性能试验,测试空压机在可调静导开度为+15°、+10°、+5°、0°的全性能曲线。

    3月中旬,空压机进行了第二次全速全压全负荷性能试验,测试空压机在可调静导开度为0°、-5°、-10°的性能曲线,并对第一次试验结果(其它可调静导开度)进行了复校,两次试验结果重复性很好。空压机的性能试验按照ASME PTC-10 Ι类试验的标准进行,气动性能指标达到了合同要求。

    4月中旬,沈鼓集团委托第三方(西安热工研究院有限公司)对汽轮机的进行了负荷性能测试,实验的负荷来自空压机。汽轮机试验按照API612-2005及ASME PTC-6的标准规定进行,试验负荷工况下性能指标(热效率)优于设计预期值。

    5月中旬,由汽轮机驱动增压压缩机进行了机械运转试验,该实验还包含了升速速率试验和超速试验,试验满足API617-2002的标准规定。经测试,增压压缩机的机械运转性能指标均达到了合同要求,并且优于API标准规定。

    5月末,进行了增压压缩机的全速全压全负荷气动性能试验,测试出两段入口导叶开度均为+40°+20°、0°、-10°的全性能曲线。

    6月中旬进行了第二次气动性能试验,测试出压缩机两段入口导叶开度均为+60°、+40°、0°、-10°的全性能曲线,并对第一次试验(其它导叶开度下)进行复校,结果重复性很好。经两次试验结果显示,实测效率高于设计预期值,但能头偏高,使整机压比偏高。

    为了保证增压压缩机的压比完全符合合同要求,沈鼓对增压机的叶轮进行了修正处理,并与6月末进行了第三次全负荷试验,结果显示,叶轮修正后的增压压缩机性能指标完全达到了设计预期,能耗低于合同规定值。性能试验按照ASME PTC-10 Ι类试验的标准进行,试验结果表明,增压压缩机的性能指标优于合同规定。

    通过以上主机的各项试验,减速机、盘车装置、所有联轴器、润滑及控制油站、空压机导叶伺服油站、仪表、阀门、控制系统等辅机的性能也同时得到了验证,各设备满足机组的需要,性能指标均达到了相关标准及合同要求。

    2015年7月23日凌晨1点30分,随着沈阳鼓风机集团有限公司副总经理、神华宁煤年产400万吨煤制油项目10万空分装置用机组的项目总经理、产品试车总指挥戴继双的一声令下,倒计时开始,现场所有人都屏住呼吸,所有人的心都悬着。“10、9、8、7、6……1”,试车副总指挥李鹏果断按下启动按钮,屏幕上显示九大系统的现场运行情况和各系统的参数变化,所有人目不转睛地盯着屏幕,这时,对讲机中不时传来报告,“润滑油系统正常”、“油温油压正常”、“冷凝水液位正常”,听到各系统平稳运行,人们的心稍稍平静了一些。冲转过程是对整个机组性能的考验,“500转正常”、“1000转正常”、“2800转正常”中央控制室内不时传来监控人员的报告。能否实现超高速运转是检验整个机组是否合格的重要标志,在过超高速运转值的那一刻,人们的瞳孔放大,紧紧盯着所有屏幕,“平稳无异常!”中央控制室内的这一声洪亮的报告,让所有人都振奋起来。机组完美地经历了暖机、越过临界转速、升速、稳定转速、跳闸重启、超速、机械运转试验等完整试验过程。

    蒸汽滚滚,动力强劲。汽轮机、空压机、增压机联机全速全压性能试验一气呵成,整个试验动力装置运转平稳,机械性能指标均优于API标准的规定,这标志着沈鼓集团摘得了中国装备制造业首台国产化成果的又一桂冠。十万空分压缩机组研制试验成功,必将载入中国工业装备制造的史册!

    有着80年浓厚历史底蕴的沈鼓,有着7000爱国热忱的沈鼓人用实力书写了工业装备制造业新的历史。多年来沈鼓集团的百万吨乙烯压缩机组、西气东输长输管线压缩机组、大型PTA压缩机组、大型LNG压缩机组、大型MTO压缩机组等产品,在多个领域内打破国外垄断,被誉为中国装备制造业与外商抗衡的“国家砝码”。如今,沈鼓再夺工业桂冠。具有国际超高水平,全国唯一可以满足十万空分级压缩机组联动试验基地——沈鼓营口透平装备基地等待着更多国产化首台套的检阅,等待着为中国工业装备制造再立新功。

    十万空分的成功,离不开国家、政府的政策支持,离不开杭氧、杭汽等主要合作伙伴精诚团结的合作。这是有着装备中国梦想的中国人戮力同心,汗水堆砌的成果,这是我国高端技术参与国际竞争的较量平台,这是加快中国装备制造业国产化进程的真实写照。他们在大型压缩机组国产化道路上矢志不渝。在国际工业领域,纵贯四海,博弈天下,树立起属于中国人的一座又一座具有划时代意义的里程碑。

 

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