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(chǎn)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(jīng)理孔躍龍一聲洪亮的宣告，營口試驗基地的中控室內(nèi)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(shù)的可以生產(chǎn)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(shè)計師汪創(chuàng)華的眼里噙滿淚水，沈鼓人臉上洋溢著燦爛的笑容。這是數(shù)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(fā)的成果，這是重大國產(chǎn)化裝備國產(chǎn)化進程中的一座豐碑！

投資7億元，建國內(nèi)唯一10萬千瓦試驗臺

2013年8月，沈鼓集團以雄厚的設(shè)計制造和試驗技術(shù)優(yōu)勢、可靠的技術(shù)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(wù)。

中國機械工業(yè)聯(lián)合會原總工程師隋永濱曾提到：“10萬空分裝置的國產(chǎn)化，是中國制造業(yè)長久以來的中國夢。神華寧煤項目為我們實現(xiàn)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(yè)組建聯(lián)合攻關(guān)團隊，通力合作，開啟了高端裝備國產(chǎn)化的航船。

作為煤化工的核心設(shè)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(guī)模空分壓縮機近百套。在此之前，此項核心技術(shù)被西門子、曼透平等國際工業(yè)巨頭所把持，中國企業(yè)很難在這個領(lǐng)域分得訂單。超大型空分裝置用壓縮機的國產(chǎn)化將為國家節(jié)省大量的外匯，同時使得中國人掌握核心技術(shù)，在國際工業(yè)裝備制造領(lǐng)域擁有更多的話語權(quán)和主動權(quán)。

此次10萬空分壓縮機組國產(chǎn)化成功與否將關(guān)系到我國煤化工用10萬空分裝置能否完全實現(xiàn)自主制造生產(chǎn)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(guān)，是整個裝置中最關(guān)鍵的“心臟”設(shè)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(nèi)首臺套國產(chǎn)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(nèi)首臺套國產(chǎn)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(fā)改委能源局確定沈鼓集團為國內(nèi)唯一的大型透平壓縮機研發(fā)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(fā)設(shè)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(fā)新技術(shù)的試驗驗證。2012年，國家發(fā)改委批準沈鼓集團承擔國家《大型透平壓縮機組研發(fā)（實驗）中心建設(shè)項目》，在營口投資7億元建設(shè)國內(nèi)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(fā)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(zhàn)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(fā)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(shè)計的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，沒有經(jīng)驗可借鑒

早在2011年，沈鼓集團就集中優(yōu)勢資源，迅速成立了一支強大的由優(yōu)秀專業(yè)技術(shù)人員組成的研發(fā)團隊。集團董事長蘇永強親自主抓，集團副總經(jīng)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(nèi)知名專家進行評審，制訂了詳細的技術(shù)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(zhàn)經(jīng)驗的設(shè)計院副院長汪創(chuàng)華責無旁貸地承擔起10萬空分項目總設(shè)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(shè)計都匠心獨運，每一項創(chuàng)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(chǎn)化再創(chuàng)第一，做第一個吃螃蟹的人，只許成功，不準失敗。”在汪創(chuàng)華的激情鼓舞下，參與設(shè)計研發(fā)的技術(shù)人員們，熱血沸騰地投入到10萬空分的設(shè)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(shè)計團隊中。武斌就是其中擔綱的一員，并承擔了總體的設(shè)計任務(wù)。他白天研究學習、跑車間，晚上研究技術(shù)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(yōu)化。

全國知名的技術(shù)專家崔連順在工藝方面給出無數(shù)個可行性的建設(shè)性意見。楊樹華、劉長勝、鄭志國、肖忠會等專家在隨時關(guān)注項目進展的同時，專門抽調(diào)精兵強將作為項目設(shè)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(shù)；這是一場屬于技術(shù)尖兵的頭腦風暴，這是一次代表中國工業(yè)科研水平實力的展現(xiàn)。

“雄關(guān)漫道真如鐵,而今邁步從頭越?！眲?chuàng)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(jié)構(gòu)設(shè)計。在研發(fā)設(shè)計過程中，沈鼓集團技術(shù)專家依靠成熟先進的大型、超大型離心壓縮機技術(shù)和大型軸流壓縮機技術(shù)，在掌握軸流＋離心優(yōu)化匹配技術(shù)的基礎(chǔ)上，進行了技術(shù)的再優(yōu)化、再創(chuàng)新、再升級。

殼體的主設(shè)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(chǎn)品設(shè)計采用全新結(jié)構(gòu)，無論是壓縮機自身還是增壓機的結(jié)構(gòu)設(shè)計還是密封、殼體，都沒有經(jīng)驗可借鑒?！钡@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(shù)的準確，及時獲取最新的資料；與具備世界最先進技術(shù)的國際知名公司合作，確保各項技術(shù)應(yīng)用都是國際上最先進的技術(shù)。幾百次的研究、評審分析和協(xié)調(diào)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(shù)千個不眠之夜的奮戰(zhàn)，沈鼓人為用戶交上了最優(yōu)的方案。

平均每個螺栓都要經(jīng)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(zhàn)。

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(chǎn)黨員工程”奉獻智慧，戮力拼搏。在轉(zhuǎn)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(fā)絲的十分之一，安裝稍有疏忽都會前功盡棄。左右兩側(cè)共有44個螺栓，平均每個螺栓都要經(jīng)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(zhuǎn)子長7660mm，300余人次對工裝、設(shè)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(chǎn)任務(wù)，車間高度重視，密切關(guān)注生產(chǎn)進程。迅速成立十萬空分項目定子部件生產(chǎn)領(lǐng)導小組，認真研究制定專項生產(chǎn)作業(yè)計劃和保障措施，組織車間精干力量投入到產(chǎn)品的技術(shù)準備、計劃制定、過程管控及生產(chǎn)制造中。中央機殼加工工藝復雜，同一工序涉及多個班組協(xié)調(diào)作業(yè)。根據(jù)這一情況，車間生產(chǎn)科按照產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(chǎn)計劃，并將計劃分解至每道工序，嚴格控制計劃時間節(jié)點，時刻跟蹤生產(chǎn)進度，合理安排人員，每個環(huán)節(jié)都由專人負責，做到各班組無縫對接，確保生產(chǎn)加工萬無一失。

神華寧煤400噸年煤制油項目配套國產(chǎn)化首臺套十萬空分空壓機組整機試驗見證會

在結(jié)構(gòu)車間，從產(chǎn)前技術(shù)準備開始，車間就選派曾多次為集團重難點產(chǎn)品提供技術(shù)服務(wù)的聶萬隆擔任技術(shù)“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(huán)節(jié)的合理性以及可能出現(xiàn)的問題，并將發(fā)現(xiàn)的問題逐一與設(shè)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(shù)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(chǎn)，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(jié)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(chǔ)上建設(shè)起來的，可以說是海平面附近拔起的一座工業(yè)宏偉建筑。建設(shè)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(tǒng)不穩(wěn)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(tǒng)真空指數(shù)不穩(wěn)定等一系列技術(shù)問題，這樣通過技術(shù)攻關(guān)解決試驗難點的例子不勝枚舉。

2011年10月28日，國家發(fā)改委組織神華寧煤400萬噸/年煤炭間接液化項目重要設(shè)備安排協(xié)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(fā)的產(chǎn)品性能達到世界領(lǐng)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(xiàn)場，甚至油管路都按照最高規(guī)格、最優(yōu)質(zhì)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(wǎng)絡(luò)。為了保證機組的質(zhì)量，所有機組部件實行百分百探傷。所有經(jīng)過外協(xié)廠加工的零部件，細致檢查。以過濾器為例，外協(xié)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(zhì)后，重新焊接，以防有雜質(zhì)劃傷軸流葉片。最后，進行全負荷聯(lián)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(zhuǎn)試驗及其輔助裝置試驗、汽輪機驅(qū)動下的主空壓機的機械運轉(zhuǎn)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(zhì)的鞋套，以防在管線內(nèi)壁留下痕跡。為了防止管道有剩余雜質(zhì)打傷葉輪，在試驗前，我們用揉好的面團吸附灰塵?！痹诂F(xiàn)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(lián)動試驗前的過程就是一場分秒必爭、激烈的攻堅戰(zhàn)。

2014年12月5日，十萬空分轉(zhuǎn)子在南京汽輪機廠完成了高速動平衡，各項參數(shù)全部達標，性能合格。下一步就是將轉(zhuǎn)子送到遼寧營口的試驗基地進行組裝。沈鼓人為了確保轉(zhuǎn)子安全抵達，派出運輸公司全程擔任3500公里的運輸任務(wù)，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(xù)48小時奔馳，終于如期將轉(zhuǎn)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(zhuǎn)試驗倒計時不到20小時。主設(shè)計汪創(chuàng)華突然愁眉不展，他立刻召集營口現(xiàn)場相關(guān)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?？蓴?shù)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(fā)生了凍結(jié)?！按蠹矣惺裁匆庖娊ㄗh么？用戶的期盼，我們的責任，試車堅決不能拖?！蓖魟?chuàng)華講述了他內(nèi)心的困惑。會議室內(nèi)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(huán)水系統(tǒng)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(tài)度堅決。話音剛落，他便趕緊拿起了電話，聯(lián)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(zhuǎn)試驗，直至 15日下午3點整個試驗結(jié)束，預(yù)示著沈鼓集團為神華寧煤年產(chǎn)400萬噸煤制油項目10萬空分裝置研究開發(fā)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(tǒng)、汽輪機蒸汽凝液系統(tǒng)、頂軸油系統(tǒng)、蒸汽管道系統(tǒng)、減溫減壓器、凝汽（包括抽氣器、乏汽管路等）系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、密封等各系統(tǒng)的調(diào)試；隨后完成了汽輪機+減速機（帶盤車裝置）的機械運轉(zhuǎn)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(jiān)測儀表和控制系統(tǒng)等輔機系統(tǒng)的可靠性。試驗結(jié)果滿足API612-2005的標準規(guī)定，機械運轉(zhuǎn)的性能指標優(yōu)于API612-2005標準的規(guī)定。

2015年1月中旬，完成了汽輪機驅(qū)動下的空壓機機械運轉(zhuǎn)試驗。試驗結(jié)果表明，空壓機的機械運轉(zhuǎn)的性能指標均滿足了合同要求，并優(yōu)于API617-2002標準規(guī)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(diào)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(diào)靜導開度為0°、-5°、-10°的性能曲線，并對第一次試驗結(jié)果（其它可調(diào)靜導開度）進行了復校，兩次試驗結(jié)果重復性很好?？諌簷C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(guī)定進行，試驗負荷工況下性能指標（熱效率）優(yōu)于設(shè)計預(yù)期值。

5月中旬，由汽輪機驅(qū)動增壓壓縮機進行了機械運轉(zhuǎn)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(guī)定。經(jīng)測試，增壓壓縮機的機械運轉(zhuǎn)性能指標均達到了合同要求，并且優(yōu)于API標準規(guī)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(jié)果重復性很好。經(jīng)兩次試驗結(jié)果顯示，實測效率高于設(shè)計預(yù)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(jié)果顯示，葉輪修正后的增壓壓縮機性能指標完全達到了設(shè)計預(yù)期，能耗低于合同規(guī)定值。性能試驗按照ASME PTC-10Ι類試驗的標準進行，試驗結(jié)果表明，增壓壓縮機的性能指標優(yōu)于合同規(guī)定。

通過以上主機的各項試驗，減速機、盤車裝置、所有聯(lián)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(tǒng)等輔機的性能也同時得到了驗證，各設(shè)備滿足機組的需要，性能指標均達到了相關(guān)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(jīng)理、神華寧煤年產(chǎn)400萬噸煤制油項目10萬空分裝置用機組的項目總經(jīng)理、產(chǎn)品試車總指揮戴繼雙的一聲令下，倒計時開始，現(xiàn)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(tǒng)的現(xiàn)場運行情況和各系統(tǒng)的參數(shù)變化，所有人目不轉(zhuǎn)睛地盯著屏幕，這時，對講機中不時傳來報告，“潤滑油系統(tǒng)正?！?、“油溫油壓正?！?、“冷凝水液位正?！?聽到各系統(tǒng)平穩(wěn)運行，人們的心稍稍平靜了一些。沖轉(zhuǎn)過程是對整個機組性能的考驗，“500轉(zhuǎn)正常”、“1000轉(zhuǎn)正?！?、“2800轉(zhuǎn)正?！敝醒肟刂剖覂?nèi)不時傳來監(jiān)控人員的報告。能否實現(xiàn)超高速運轉(zhuǎn)是檢驗整個機組是否合格的重要標志，在過超高速運轉(zhuǎn)值的那一刻，人們的瞳孔放大，緊緊盯著所有屏幕，“平穩(wěn)無異常！”中央控制室內(nèi)的這一聲洪亮的報告，讓所有人都振奮起來。機組完美地經(jīng)歷了暖機、越過臨界轉(zhuǎn)速、升速、穩(wěn)定轉(zhuǎn)速、跳閘重啟、超速、機械運轉(zhuǎn)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(lián)機全速全壓性能試驗一氣呵成，整個試驗動力裝置運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，機械性能指標均優(yōu)于API標準的規(guī)定,這標志著沈鼓集團摘得了中國裝備制造業(yè)首臺國產(chǎn)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(yè)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(yè)裝備制造業(yè)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(chǎn)品，在多個領(lǐng)域內(nèi)打破國外壟斷，被譽為中國裝備制造業(yè)與外商抗衡的“國家砝碼”。如今，沈鼓再奪工業(yè)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(lián)動試驗基地——沈鼓營口透平裝備基地等待著更多國產(chǎn)化首臺套的檢閱，等待著為中國工業(yè)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(jié)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(shù)參與國際競爭的較量平臺，這是加快中國裝備制造業(yè)國產(chǎn)化進程的真實寫照。他們在大型壓縮機組國產(chǎn)化道路上矢志不渝。在國際工業(yè)領(lǐng)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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