“富煤貧油少氣”的資源稟賦決定了發(fā)展煤炭深加工可以使我國(guó)減少對(duì)進(jìn)口石油和天然氣的依賴，也是調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的重要選擇。大型煤化工項(xiàng)目中，大型、超大型空分裝置是必不可少的關(guān)鍵裝備，但其核心技術(shù)被少數(shù)外國(guó)公司所壟斷，而其配套的大型空分裝置壓縮機(jī)組更是長(zhǎng)期依賴進(jìn)口。隨著我國(guó)大型空分裝置逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，十萬(wàn)等級(jí)以上超大型空分裝置的國(guó)產(chǎn)化，就是通用機(jī)械行業(yè)人追逐的最大夢(mèng)想。

 

逐夢(mèng)“大空分” 創(chuàng)新鑄就“大國(guó)重器”
——十萬(wàn)等級(jí)空分裝置國(guó)產(chǎn)化的自主突破歷程

 

寧夏回族自治區(qū)，賀蘭山下，黃河岸邊，銀川靈武，在這片戈壁荒原上，矗立著兩個(gè)“全球之最”：

一個(gè)是全球單套規(guī)模最大的煤炭間接液化裝置——神華寧煤400萬(wàn)噸/年煤炭間接液化（俗稱“煤制油”）項(xiàng)目，每天將數(shù)萬(wàn)噸的煤炭氣化、合成再液化，變成萬(wàn)余噸煤基液體燃料，包括最優(yōu)質(zhì)的航空燃油等；

另一個(gè)是為這個(gè)“煤制油”項(xiàng)目提供生產(chǎn)所需氧氣的12套十萬(wàn)等級(jí)空分設(shè)備。這12套十萬(wàn)等級(jí)空分設(shè)備是當(dāng)今全球最大的空分集群，每小時(shí)可產(chǎn)生120多萬(wàn)立方米的氧氣，足以充滿1.4個(gè)“北京水立方”場(chǎng)館。

12套十萬(wàn)等級(jí)空分裝置中與國(guó)際領(lǐng)先同臺(tái)競(jìng)技的6套裝置由我國(guó)自主研發(fā)制造，這一“國(guó)之重器”橫空出世，以實(shí)測(cè)能耗指標(biāo)優(yōu)于當(dāng)時(shí)世界上任何十萬(wàn)等級(jí)空分裝置的國(guó)際先進(jìn)水平，打破國(guó)外企業(yè)對(duì)十萬(wàn)等級(jí)空分裝置的壟斷，堪稱我國(guó)重大技術(shù)裝備國(guó)產(chǎn)化的里程碑成就。

不就是制氧機(jī)嗎，十萬(wàn)等級(jí)空分到底牛在哪？

制氧機(jī)確切地來(lái)說(shuō)應(yīng)該稱空分設(shè)備，或者叫氣體分離與液化設(shè)備，是冶金、化工等行業(yè)重要輔助生產(chǎn)裝置，為生產(chǎn)提供充足的氧氣、氮?dú)獾裙I(yè)用氣，被稱為“現(xiàn)代工業(yè)之肺”。

十萬(wàn)空分裝置國(guó)產(chǎn)化，一直是我國(guó)通用機(jī)械行業(yè)人長(zhǎng)久以來(lái)追逐的最大夢(mèng)想。——中國(guó)通用機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)名譽(yù)會(huì)長(zhǎng)隋永濱如此說(shuō)。

中國(guó)能源結(jié)構(gòu)富煤貧油少氣，油氣資源短缺一直是困擾我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重大問(wèn)題，煤制油這一煤炭清潔利用路徑已成為我國(guó)能源戰(zhàn)略的重要一環(huán)。早在2004年，國(guó)家發(fā)改委就批復(fù)神華寧煤集團(tuán)建設(shè)煤炭間接液化示范項(xiàng)目，希望通過(guò)煤制油緩解我國(guó)石油資源緊缺問(wèn)題。神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)400萬(wàn)噸/年煤炭間接液化項(xiàng)目是國(guó)家“十二五”煤炭深加工示范項(xiàng)目，也是全球一次建設(shè)規(guī)模最大的煤制油項(xiàng)目。它承擔(dān)著“后石油時(shí)代”為我國(guó)能源裝備制造提供技術(shù)戰(zhàn)略儲(chǔ)備的使命。

空分裝置是煤化工的核心裝置，作為煤化工的核心設(shè)備，一套每年400萬(wàn)噸煤間接液化制油裝置，需要12套十萬(wàn)等級(jí)空分設(shè)備。此時(shí)的全球十萬(wàn)等級(jí)空分裝置市場(chǎng)剛剛拉開(kāi)序幕，即使歐洲兩大空分巨頭德國(guó)林德集團(tuán)和法國(guó)液化空氣集團(tuán)也僅有少數(shù)業(yè)績(jī)，而在中國(guó)的運(yùn)行業(yè)績(jī)?yōu)?ldquo;零”。面對(duì)中國(guó)這個(gè)巨大的十萬(wàn)等級(jí)空分潛在市場(chǎng)，國(guó)際空分巨頭們誰(shuí)都想搶先一步。

此刻，中國(guó)裝備制造業(yè)再次面臨“買(mǎi)”與“造”的決策。——“只有掌握了核心技術(shù)，才能為國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全、能源安全筑起一道防線。”隋永濱的話代表了行業(yè)的決心！

十年磨一劍，與世界領(lǐng)先同臺(tái)競(jìng)技的中國(guó)制造！

在上世紀(jì)90年代，我國(guó)空分設(shè)備制造業(yè)在引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上，自主研發(fā)了新一代的大膨脹比增壓透平膨脹機(jī)、常溫分子篩凈化、規(guī)整填料精餾塔技術(shù)、全精餾（無(wú)氫）制氬流程空分設(shè)備。

此時(shí)的國(guó)內(nèi)企業(yè)也突破了流程組織、流程計(jì)算、精餾計(jì)算等空分設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)的難關(guān)，掌握了空分設(shè)備設(shè)計(jì)制造的全部技術(shù)要領(lǐng)，擁有了自主知識(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、單位氧能耗等技術(shù)參數(shù)指標(biāo)均達(dá)到世界一流水平。

但此時(shí)國(guó)產(chǎn)空分裝置在機(jī)械方面（特別是三機(jī)一泵）與國(guó)外相比還有不小差距，尤其是對(duì)于內(nèi)壓縮流程技術(shù)所需要的高壓的3MPA以上的空氣增壓機(jī)來(lái)說(shuō)，基本上還需要靠進(jìn)口。

為與國(guó)際空分巨頭在同一賽道上一較高下，杭氧扛起了空分裝置國(guó)產(chǎn)化的示范大旗?？辗诸I(lǐng)域的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，既有業(yè)績(jī)至關(guān)重要。杭氧的六萬(wàn)等級(jí)空分裝置雖然已是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)空分制造業(yè)的最高水平，但放眼全球，國(guó)外企業(yè)制造的八萬(wàn)等級(jí)、十萬(wàn)等級(jí)已投入運(yùn)行。

2009年9月25日，杭氧為寶鋼配套的第一套六萬(wàn)等級(jí)空分裝置出氧，杭氧邁出大型空分設(shè)備制造的第一步。但瓶頸隨之而來(lái)，2009年到2011年，杭氧一直徘徊在六萬(wàn)等級(jí)。與此同時(shí)，神華寧煤項(xiàng)目進(jìn)入調(diào)研論證階段，時(shí)間不等人。

2012年1月，杭氧投資的廣西杭氧氣體公司準(zhǔn)備上馬六萬(wàn)等級(jí)空分裝置，此時(shí)距離神化寧煤招標(biāo)僅剩一年時(shí)間。廣西項(xiàng)目計(jì)劃報(bào)上來(lái)，杭氧管理層反復(fù)研究，開(kāi)會(huì)討論，最終做出了一個(gè)至今看來(lái)至關(guān)重要的決策：廣西項(xiàng)目直接上已完成技術(shù)儲(chǔ)備的八萬(wàn)等級(jí)空分。

僅過(guò)一年，八萬(wàn)等級(jí)裝置成功出氧，杭氧在規(guī)模上有了與國(guó)際公司同臺(tái)競(jìng)標(biāo)的資本，拿到了入場(chǎng)券。

2013年4月26日，杭氧與神華寧煤在杭州隆重舉行了6套十萬(wàn)等級(jí)空分裝置設(shè)計(jì)、供貨和服務(wù)合同的簽約儀式，十萬(wàn)等級(jí)空分裝備國(guó)產(chǎn)化大幕正式拉開(kāi)！

為研制神華寧煤十萬(wàn)等級(jí)空分裝置，杭氧采用大量數(shù)據(jù)分析方法，對(duì)當(dāng)時(shí)10年間投產(chǎn)運(yùn)行的上百套空分設(shè)備進(jìn)行分析研究，進(jìn)行了一系列關(guān)鍵技術(shù)及裝備的研發(fā)和創(chuàng)新，包括十萬(wàn)等級(jí)特大型空分工藝包和成套集成關(guān)鍵技術(shù)、自動(dòng)變負(fù)荷先進(jìn)控制技術(shù)、特大型徑向流分子篩吸附器等，以便從中尋找到如何開(kāi)發(fā)出國(guó)際領(lǐng)先水平的十萬(wàn)等級(jí)空分裝置的技術(shù)路徑。杭氧團(tuán)隊(duì)不斷進(jìn)行技術(shù)論證和沙盤(pán)推演，在32種流程方案中選出最優(yōu)方案。

2017年3月15日下午2時(shí)58分，第一套神華寧煤杭氧十萬(wàn)等級(jí)空分裝置成功出氧！實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，氧純度達(dá)到99.6%，氮純度達(dá)到99.999%，且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

2017年8月25日，杭氧的6套空分裝置全部開(kāi)車成功，單套設(shè)備蒸汽消耗量低于設(shè)計(jì)值6噸/小時(shí)，成為當(dāng)時(shí)世界上同規(guī)模在運(yùn)行的能耗最低的空分設(shè)備。

在國(guó)產(chǎn)十萬(wàn)等級(jí)空分裝置在國(guó)產(chǎn)化過(guò)程中，杭氧攻克了一系列技術(shù)難關(guān)，并形成了多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)和專利成果，自主開(kāi)發(fā)了十萬(wàn)等級(jí)空分設(shè)備流程設(shè)計(jì)和計(jì)算技術(shù)、工藝系統(tǒng)集成技術(shù)，解決了超大型精餾塔陸路運(yùn)輸受限的難題。對(duì)于煤化工行業(yè)來(lái)說(shuō)，安全穩(wěn)定運(yùn)行始終是設(shè)備首要要素。為了能給下游能提供穩(wěn)定的氧氣和氮?dú)?，杭?套空分設(shè)備單元和后備系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一體化控制，實(shí)現(xiàn) “零縫隙”后備。

杭氧研制成功了鋁制高壓板翅式換熱器，其設(shè)計(jì)壓力提高到10.0MPa，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。這些關(guān)鍵部機(jī)國(guó)產(chǎn)化示范的應(yīng)用，不僅為未來(lái)特大型空分設(shè)備實(shí)現(xiàn)100%的國(guó)產(chǎn)化率奠定了基礎(chǔ)，還能在其他相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用，大大提升了我國(guó)重大能源裝備的附加值水平。

創(chuàng)新鑄就“大國(guó)重器”，“大空分”裝備“中國(guó)心”！

早在2011年10月底，針對(duì)神華寧煤400萬(wàn)噸/年煤炭間接液化項(xiàng)目，國(guó)家能源局組織了關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的工作會(huì)議。會(huì)議決定將十萬(wàn)空分裝置用壓縮機(jī)組的國(guó)產(chǎn)化任務(wù)托付給沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司，十萬(wàn)空分壓縮機(jī)國(guó)產(chǎn)化成功與否將關(guān)系到我國(guó)煤炭深加工的發(fā)展，也關(guān)系到此類十萬(wàn)空分裝置能否實(shí)現(xiàn)完全自主制造生產(chǎn)的成敗，因?yàn)閴嚎s機(jī)是核心設(shè)備，是整個(gè)裝置中最關(guān)鍵的“心臟”設(shè)備。

十萬(wàn)立方米等級(jí)的大型空分壓縮機(jī)，要保障每小時(shí)從50萬(wàn)立方米的空氣中，壓縮分離出10萬(wàn)立方米的氧氣，技術(shù)非常復(fù)雜，制造工藝難度大，一直被國(guó)外少數(shù)幾家公司壟斷。作為中國(guó)大型空氣壓縮機(jī)研制的領(lǐng)軍企業(yè)沈鼓一直在針對(duì)“大型空分壓縮機(jī)”進(jìn)行了自主攻關(guān)，并在遼寧省營(yíng)口市投資建立了專門(mén)的生產(chǎn)試驗(yàn)基地。

沈鼓自上世紀(jì)九十年代初就開(kāi)展了2萬(wàn)-12萬(wàn)等級(jí)空分壓縮機(jī)的自主研發(fā)工作。2004年，第一套國(guó)產(chǎn)大型空分裝置用壓縮機(jī)問(wèn)世于沈鼓，結(jié)束了我國(guó)不能生產(chǎn)4萬(wàn)以上等級(jí)空分裝置用壓縮機(jī)的歷史。2006年，沈鼓再獲突破，生產(chǎn)了5.2萬(wàn)等級(jí)空分裝置用壓縮機(jī)組，成為運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)、能力最大的國(guó)產(chǎn)化空分壓縮機(jī)，再次打破了國(guó)外幾十年的技術(shù)壟斷，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。

2014年12月5日，十萬(wàn)等級(jí)空分壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子在南京汽輪機(jī)廠完成了高速動(dòng)平衡，各項(xiàng)參數(shù)全部達(dá)標(biāo)，性能合格；

2015年1月，十萬(wàn)等級(jí)空分項(xiàng)目完成研發(fā)設(shè)計(jì)、加工制造等流程，進(jìn)入機(jī)組整體試驗(yàn)階段；機(jī)組試驗(yàn)在沈鼓營(yíng)口透平基地、國(guó)內(nèi)唯一十萬(wàn)千瓦試車臺(tái)位上進(jìn)行；

2015年8月23日凌晨1點(diǎn)30分，機(jī)組完美地經(jīng)歷了暖機(jī)、越過(guò)臨界轉(zhuǎn)速、升速等一系列實(shí)驗(yàn)，空壓機(jī)、增壓機(jī)、汽輪機(jī)三機(jī)聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)成功完成，十萬(wàn)空分壓縮機(jī)試車成功！

2017年5月15日，十萬(wàn)等級(jí)空分裝置壓縮機(jī)組(空壓機(jī)、汽輪機(jī)、減速機(jī)、增壓機(jī))在神華寧夏現(xiàn)場(chǎng)一次開(kāi)車成功。機(jī)組振幅值、軸承溫度、軸位移等軸系監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均符合合同規(guī)定，空壓機(jī)和增壓機(jī)的流量、壓力等工藝參數(shù)等性能指標(biāo)均滿足裝置需求。運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，機(jī)組的各項(xiàng)機(jī)械性能及氣動(dòng)性能指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，機(jī)組各項(xiàng)性能數(shù)據(jù)均達(dá)到裝置工藝要求，十萬(wàn)等級(jí)空分裝置壓縮機(jī)組整機(jī)聯(lián)動(dòng)試車一次合格!

為滿足“10萬(wàn)大空分”裝置的大流量、大壓比、高效率要求，沈鼓研發(fā)團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)了空壓機(jī)“軸流+離心”共軸結(jié)構(gòu)，增壓機(jī)創(chuàng)新采用多軸多級(jí)齒輪組裝結(jié)構(gòu)，解決了葉輪直徑大、效率低等難題，并實(shí)現(xiàn)一鍵式啟車、黑屏式穩(wěn)定運(yùn)行。

此后，沈鼓空分產(chǎn)品持續(xù)創(chuàng)新提升，全新一代超大型“軸流（6級(jí)）+離心（1級(jí)）空氣壓縮機(jī)組”，對(duì)比之前實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)和氣動(dòng)性能的全面優(yōu)化，并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，各項(xiàng)性能指標(biāo)國(guó)際領(lǐng)先。全新一代“6+1”機(jī)組為10.5萬(wàn)空分壓縮機(jī)組，已在廠內(nèi)成功試車，并已順利交付用戶現(xiàn)場(chǎng)！

運(yùn)行周年“答卷”，從國(guó)際先進(jìn)到國(guó)際領(lǐng)先！

2018年4月，國(guó)產(chǎn)十萬(wàn)等級(jí)空分裝置迎來(lái)運(yùn)行一年后的“大考”——中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)與中國(guó)通用機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)共同組織對(duì)十萬(wàn)等級(jí)空分裝置幾壓縮機(jī)組鑒定：

4月18日至19日，“特大型空氣分離設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)化和101,500m³/h(氧)空氣分離設(shè)備應(yīng)用”成果鑒定會(huì)召開(kāi)，鑒定專家組一致認(rèn)為，國(guó)產(chǎn)十萬(wàn)等級(jí)空分設(shè)備的研制成功，是我國(guó)重大裝備國(guó)產(chǎn)化的又一突破，其主要技術(shù)性能達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平，可以滿足國(guó)內(nèi)大型煤化工、石油化工及冶金等重大工程對(duì)十萬(wàn)及以上等級(jí)空分裝置的需要。

4月26日，“十萬(wàn)等級(jí)空分裝置用空氣壓縮機(jī)組”產(chǎn)品鑒定會(huì)召開(kāi)，最終鑒定意見(jiàn)為，十萬(wàn)等級(jí)空分裝置用空氣壓縮機(jī)組填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，是裝備國(guó)產(chǎn)化的重大技術(shù)突破，機(jī)組技術(shù)性能達(dá)到了國(guó)際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平，其中機(jī)組操作性和工況適應(yīng)能力等居國(guó)際領(lǐng)先水平。

“十年磨一劍”，十萬(wàn)等級(jí)空分裝置打上“中國(guó)制造”標(biāo)簽。

從國(guó)際先進(jìn)到國(guó)際領(lǐng)先，國(guó)產(chǎn)十萬(wàn)等級(jí)空分裝置用指標(biāo)和性能彰顯了“中國(guó)制造”的實(shí)力，國(guó)際公司在規(guī)模和技術(shù)指標(biāo)上壓國(guó)產(chǎn)空分設(shè)備一頭的時(shí)代宣告結(jié)束。

2021年11月3日，2020年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)在北京人民大會(huì)堂隆重召開(kāi)。“400萬(wàn)噸/年煤間接液化成套技術(shù)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”榮獲國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，杭氧與沈鼓雙雙上榜。十分等級(jí)空分裝置的成功應(yīng)用運(yùn)行，打破了多項(xiàng)國(guó)外關(guān)鍵技術(shù)、重大裝備及材料的技術(shù)壟斷，為我國(guó)煤制油產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，帶動(dòng)了一大批裝備制造企業(yè)躋身國(guó)際一流行列，對(duì)支撐國(guó)家能源多元供給，保障我國(guó)能源安全具有重大戰(zhàn)略和現(xiàn)實(shí)意義。

為什么我們?nèi)绱藷崆械匾诋a(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)領(lǐng)域都要實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代？

因?yàn)橹挥羞@樣，才能避免被別人卡脖子，才能避免在關(guān)鍵時(shí)刻被徹底斷供的風(fēng)險(xiǎn)。

越基礎(chǔ)，越重要；基礎(chǔ)不牢，地動(dòng)山搖。

十萬(wàn)等級(jí)空分裝置國(guó)產(chǎn)化歷程表明：重大技術(shù)裝備事關(guān)國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全與能源安全，核心技術(shù)買(mǎi)不來(lái)、化緣不來(lái)，也用市場(chǎng)換不來(lái)，自古只有華山一條路——堅(jiān)定不移推進(jìn)重大技術(shù)裝備國(guó)產(chǎn)化！