化工裝備行業四大類產品分析

我國化工裝備經過20多年的努力，取得重大技術研制成果。但同國外相比，我國化工裝備還有不少差距，主要是化工生產技術進步與設備技術開發脫節，重大設備的軟件技術開發差距較大：設備技術開發跟不上工藝技術發展的速度，重工藝、輕設備的現象存在；基本上停留在模仿開發的階段，開發具有自主知識產權的專有技術的能力弱；設備開發還不能做到專業化、系列化；設備設計和制造水平、設備質量和可靠性還有待進一步提高。隨著化工工藝的進步和發展，對化工裝備提出了更高要求，必須加大裝備的開發力度，掌握裝備的核心技術，形成一批具有自主知識產權的裝備，做到性能先進、質量可靠、高效節能、經濟安全，才能滿足化學工業的發展需求。

　　　化工裝備主要分為化工單元設備、化工非標專用設備、通用機械設備和儀器儀表四大類。各類發展情況如下：

　　1.化工單元設備

　　　化工單元設備主要包括分離過濾設備、干燥蒸發設備、混合設備、攪拌設備、換熱設備和擠壓造粒設備等。

　　1.1分離過濾設備

　　　過濾機：是利用多孔性過濾介質，截留液體與固體顆粒混合物中的固體顆粒，而實現固、液分離的設備。主要用于煉油廠進行油蠟分離的酮苯脫蠟轉鼓真空過濾機和PTA裝置真空轉鼓過濾機。目前，轉鼓真空過濾機國外正朝著大規格、高速率、高精度、全自動方向發展。國內是從意大利EIMCO公司引進的設計、制造技術，經消化吸收和改進，形成了一整套加工、組對、焊接工藝。相比之下，主要差距在于對市場發展、產品需求認識不夠，創新能力低，對引進技術精髓消化較差。

　　　離心機：離心分離機是利用離心力分離液體與固體顆粒或液體與液體的混合物中各組分的機械，又稱離心機。主要有立式和臥式螺旋卸料沉降式離心機。國外離心機技術發展較快，而且實現了專業化和系列化；國內研制的El、式LWFl000一N型和LWFl050一N型離心機已分別用于7～10萬噸/年高密度聚乙烯裝置的懸浮液的分離，研制的LWl200x1980型離心機用于22.5萬噸/年PTA漿液的脫水，離心機轉鼓直徑達到φ1200mm。但立式離心機還處于初步模仿階段，與國外相比主要差距體現在設計技術、產品大型化和系列化上。

　　1.2干燥蒸發設備

　　　干燥設備：是通過加熱使物料中的濕分(一般指水分或其他可揮發性液體成分)汽化逸出，以獲得規定濕含量的固體物料的機械設備。日本三井造船、月島機械及德國FAUVET-GIREL的制造直徑達φ4000mm以上。20萬噸/年HDPE蒸汽管回轉干燥機及40萬噸/年TA裝置蒸汽管回轉干燥機已實現了國產化。差距主要表現在設備大型化方面，在即將建設的40～50萬噸/年聚乙烯和聚丙烯裝置以及60萬噸/年聚酯裝置的大型干燥機，國內有待開發。

　　1.3混合設備

　　　混合設備是利用機械力和重力等，將兩種或兩種以上物料均勻混合起來的機械。分為氣體和低粘度液體混合器、中高粘度液體和膏狀物混合機械、熱塑性物料混合機、粉狀與粒狀固體物料混合機械四大類。三菱電機最新推出FX2N-5A新型混合式轉換器。國內混合設備技術方面有待加強。

　　1.4換熱設備

　　　換熱設備是化工生產中重要的設備，幾乎所有的工藝過程都有加熱、冷卻或冷凝過程，因此也是重要的節能設備。隨著工業裝置的大型化及高效化，國外換熱器也趨于大型化，并向低溫差、低壓力損失方向發展。

　　　鈑翅式換熱器(冷箱)：冷箱主要應用于乙烯裂解、空氣分離、天然氣液化中，關鍵技術是設計技術和制造技術，美國s-W公司和德國林德公司等技術比較先進成熟。杭州制氧機廠引進美國的關鍵加工設備——大型真空釬焊爐，使冷箱的設計水平、制造能力趨近和達到了國際先進水平，在燕山、揚子、上海等乙烯改造中得到應用。國外已有9.0 MPa冷箱產品，國內尚不掌握高壓冷箱的設計和制造技術，在分凝分餾技術方面差距較大。

　　　板殼式換熱器：僅有法國Packinox公司一家可以生產用于催化重整與加氫裝置，最大換熱面積達8000 m2。國內開發的的最大傳熱面積為3000 m2，主要差距是研制的單片面積相同，但換熱面積較小。

　　1.5擠壓造粒設備

　　　擠壓造粒機：該設備可以把聚合物經過混煉、擠壓、造粒等過程制造出聚烯烴粒料，以方便運輸。國外只有德國WP公司、日本制鋼所等為數不多的公司擁有設計、制造大型混煉造粒機組成套技術的能力，其主流向著雙螺桿混煉造粒機組方向發展。我國開發速度較落后，目前開發研制的多為中小機型，ABS萬噸級混煉擠出機經生產運行考核，主要技術指標已達到設計要求。目前大中型聚烯烴的生產裝置擠壓造粒機全部依靠進口。

2.化工非標專用設備

　　　化工非標專用設備主要包括反應釜、塔、槽、罐和其他反應設備等。

　　2.1釜

　　　大型聚合釜：國外帶攪拌器反應釜技術比較成熟，可以根據不同物料和參數系列開發各種攪拌器結構形式。國內研制成功的最大聚合釜為7萬噸/年高密度聚乙烯裝置90m3聚合釜。10萬噸/年聚酯反應器，已建立了酯化和縮聚各個過程的反應速率模型和過程模型，提出了工藝技術軟件以及各反應器結構、傳熱要求，為儀征化纖研制的酯化反應器和縮聚反應器，已投入生產。與國外差距主要是攪拌器種類少、選型能力弱。

　　2.2塔

　　　塔器在石化工藝過程中的作用主要是分餾、吸收、汽提、萃取、洗滌、回收、再生、脫水及氣體凈化和冷卻等。常用的有板式塔和填料塔，國外塔器主要是在塔盤和填料技術上不斷改進。我國近20年開發了許多性能優良的板式塔和填料塔，已在石化、煉油裝置中得到了廣泛應用，性能處于國際先進水平。其中具有代表性的主要有適宜于處理高液體通量的DT塔盤、適宜于處理高氣體通量的旋流塔盤、具有高操作彈性及高效率的立體傳質塔盤以及篩板一填料復合塔等。為洛陽和大慶500萬噸/年的潤滑油型煉油廠分別配置的大型板式塔型和大型填料塔型的減壓塔直徑達φ8400mm，由國內研制的φ10000mm大型精餾塔在即將投入使用。

　　　大化肥氨合成塔：國際上具有代表性的有凱洛格臥式合成塔、托普索立式合成塔、伍德立式合成塔以及布朗三臺絕熱式軸向合成塔。國內在消化吸收的基礎上，在20萬噸/年合成氨裝置建設中首次設計制造采用單層鍛造、直徑為2.4米的厚壁外筒和雙錐密封的氨合成塔，還沒完全掌握其設計軟件，也沒有設計制造30萬噸/年氨合成塔的經驗。

　　2.3其他反應設備

　　　反應設備是進行化學反應過程的“心臟”設備。其發展趨勢各不相同，國際上向著由經驗放大走向數學模擬放大，實現大型化、高效化、結構簡單化、操作自動化，研究方法趨向綜合化方向發展。

　　　催化裂化反應器：國內的制造技術基本上達到了國際先進水平，廣泛應用于各個煉油廠。

　　　加氫反應器：國外著名的制造商有日本制鋼所和神戶制鋼所等。國內正在為煤化工研制的鍛焊加氫反應器外徑5500mm，壁厚340mm，重量2040噸，是世界上最重的加氫反應器，其差距是我國創新能力差。

　　　連續重整四重疊反應器：美國UOP專利技術使得該反應器具有反應效率高、節省能源、占地面積小、節省投資等優點。國內已經掌握了其設計制造技術，內件安裝指標完全達到UOP技術提出的要求。

　　　聚丙烯環管反應器：著名制造商為海蒙特公司，反應器的設計技術及軟件逐漸成熟。20萬噸/年聚丙烯環管反應器在國內已研制成功，并在上海石化得到推廣應用。已掌握了環管反應器結構設計，建立了組合應力計算數學模型，解決了環管反應器工程放大技術問題，技術水平與國外相當。

　　　高壓聚乙烯裝置超高壓管式反應器：國外掌握技術的有日本、德國、美國和荷蘭等公司，國內通過消化吸收研制成功了3萬噸/年和20萬噸/年超高壓管式反應器和冷卻器。與國外相比，表現在工藝軟件開發和設計技術存在較大差距。國內只有采用深孔鉆的方法，材料利用率低。此外，尚無專用標準以及訂貨技術條件。

3.通用機械設備

　　　化工通用機械設備主要包括化工用泵、氣體壓縮機和閥門等

　　3.1化工泵

　　　泵是輸送液體或使液體增壓的機械。泵主要用來輸送液體包括水、油、酸堿液、乳化液、懸乳液和液態金屬等，也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。國際上石化用泵制造廠主要有瑞士蘇爾壽公司、德國KSB公司、美國高斯公司等。石化用泵的生產技術比較成熟，規格品種多，標準化程度高，發展方向主要是大型化、高速化，機電一體化及泵產品成套化。特別是高溫泵、低溫和超低溫泵、高速泵、精密計量泵、耐腐蝕泵、輸送粘稠介質和帶固體顆粒介質泵、屏蔽泵技術發展很快。國內生產制造廠家100多個，形成了100多個系列、2000多個品種泵類產品制造技術和生產裝備，滿足了石化生產的需要。與國外比較，國內石化用泵在設計理論、設計方法上比較落后，產品開發多采用仿制和類比的方法，缺乏理論根據和實驗研究數據；加工裝備和工藝水平比較落后，加工精度低，生產效率低；產品系列化和通用化程度不高，規格品種少；泵效率、質量和可靠性、密封性能、耐腐蝕性能等方面同國外相比還有較大差距，因此化工用泵還有較多進口。

　　　羅茨泵：目前我國國產羅茨泵按現行標準合格率在70%左右，如果與國際先進水平相比，綜合性能差距更大些。主要表現在：軸封漏油嚴重，國產軸封經不起長期運轉，漏油現象比較普遍；振動、噪聲大。有的產品動平衡不好，也有的齒輪、軸承精度不夠；依據行業標準，一些產品的零流量壓縮比以及最大允許壓差達不到標準要求，有的企業生產工藝裝備落后，不能保證零部件的加工精度和裝配精度。由于存在著以上的問題，表現為羅茨泵運行不可靠，故障率高。有的泵運轉幾個月就要維修，與德國L-H公司羅茨泵運行數年不必維修形成巨大反差。

　　　旋片泵：目前我國旋片泵的生產從設計水平到加工制造到性能質量都已趨向成熟。主要企業生產的產品質量比較穩定，外觀質量有了明顯的提高。過去長期存在的噴油、漏油問題近幾年得到一定的控制，旋片材料性能得到改善，一定程度上增加了旋片泵的可靠性。國投南光有限公司生產的2XZ-8A直聯旋片泵是近幾年旋片泵產品中為數不多的新品種，從普速泵到高速泵，在技術水平上具有一定的突破，解決了高溫高速運轉條件下，零部件易老化、易磨損的難題。

　　　真空泵：目前我國真空泵設備品種齊全，質量水平穩步提高，基本上滿足了國內市場的需求。中國入世后國際市場競爭日趨激烈，而我國的真空泵設備產品質量水平仍存在著很大的差距，亟待我們冷靜思考，研究對策，爭取在盡可能短的時間內趕上國際先進水平。

　　　滑閥泵：國產滑閥泵與國外產品相比仍然存在著較大的差距。主要表現為：噪聲、振動大。如H-150滑閥泵，國內產品大多數要用地腳螺栓，否則由于振動，泵爬行嚴重；噴油、漏油。泵啟動時噴油嚴重，運轉后漏油，多數產品存在此問題；停泵返油嚴重，造成啟動困難，使電機過載；穩定性、可靠性差，由于生產加工裝備落后，不但生產效率低，且零部件的互換性差，影響了產品的穩定性和可靠性。

　　　高壓泵：高壓泵以高壓甲胺泵和高壓液氨泵為例。高壓甲胺泵和高壓液氨泵是尿素裝置中遭受強腐蝕、技術難度最大的泵種。在中、小型尿素裝置中多采用往復式柱塞結構，在大型尿素裝置中常采用多級離心式和高速部分流式，近年來還出現往復式結構泵。往復式泵機組體積大，結構復雜，維修不方便，泵體容易出現疲勞開裂，但運轉較可靠，效率較高。高速部分流泵采用二級徑向葉輪， 轉速高達14000多轉/分，結構緊湊，運轉也較平穩，但密封和磨損問題比較突出，不易解決。多級離心式泵則介于二者之間，其制造難度相對較低，密封結構較好，且較為可靠。對這三種結構形式的高壓甲胺泵國內都進行過研制，在制造和保證使用方面已無多大問題，但目前產品主要還是依靠進口。

　　　料漿泵：料漿泵以磷酸料漿泵為例。磷酸料漿泵是磷肥生產過程中各種泵的泛稱，是極具代表性的耐強腐蝕和抗磨損泵種。在磷肥工業發展的初期，常用的化工耐腐蝕泵，有的壽命只有一周，因此國內外泵業的專家在磷酸料漿泵的結構設計、材料試驗、密封研究等方面進行了大量開發研究。在磷酸料漿泵的設計中，首先要解決的是耐腐蝕或腐蝕兼沖刷磨損問題。因此，對結構設計和泵殼與葉輪相互間的匹配應加以特殊考慮。國外磷酸料漿泵所用金屬材料，是根據介質狀況采用不同的系列。國內制造廠和研究單位也分別對各種材料進行腐蝕性能和抗磨損性能的研究，創造出自己的鐵素體不銹鋼、雙相鋼、奧氏體不銹鋼等材料系列。國內有不少磷酸料漿泵專業制造廠，同時也有中科院、大學、設計院、研究院等參與科研開發，磷酸料漿泵的國產化問題現已基本解決。

3.2閥門

　　　閥門是用以控制流體流量、壓力和流向的裝置。按用途分為一下7類：

　　　煉油裝置用閥門。煉油裝置需用的閥門大多是管道閥門，主要為閘閥、截止閥、止回閥、安全閥、球閥、蝶閥、疏水閥，其中，閘閥需量占閥門總數的80%左右(閥門占裝置總投資的3%～5%)。

　　　化纖裝置用閥門。化纖產品主要有滌綸、晴綸、維綸三大類。其需用的閥門的球閥、夾套閥(夾套球閥、夾套閘閥、夾套截止閥)。

　　　丙烯晴裝置用閥門。該裝置一般需用API標準生產的閥門，主要為閘閥、截止閥、止回閥、球閥、疏水閥、針型閥、旋塞閥，其中，閘閥占閥門總量的75%左右。

　　　合成氨裝置用閥門。由于合成氨原和凈化方法不同，其工藝流程不同，所需閥門的技術性能也不同。目前，國內合成氨裝置主要需用閘閥、截止閥、止回閥、疏水閥、蝶閥、球閥、隔膜閥、調節閥、針型閥、安全閥、高溫低溫閥。其中，截止閥占裝置用閥總數據的53.4%，閘閥占25.1%，疏水閥占7.7%，安全閥占2.4%，調節閥和離低溫閥及其它占11.4%.

　　　乙烯裝置用閥門。乙烯裝置是石油化工的龍頭裝置，其需用閥門種類繁多。閘閥、截止閥、止回閥、升降桿式球閥占大多數，其中閘閥需居首。“十五”規劃，全國還需建年產66萬噸的乙烯裝置6套，其閥門需求量可觀。另外，大型乙烯和高壓聚乙烯裝置還需用超高溫，越低溫及超高壓閥門系列產品。

　　　空分裝置用閥門。“空分”即空氣分離，該裝置主要需用截止閥、安全閥、止回閥、調節閥、球閥、蝶閥、低溫閥。

　　　聚丙烯裝置用閥門。聚丙烯易是以丙烯為原料，經聚合而成的高分子化合物，該裝置主要需用閘閥、截止閥、止回閥、針型閥、球閥、疏水閥。

　　3.3管件

　　　管道/管件是用管子、管子聯接件和閥門等聯接成的用于輸送氣體、液體或帶固體顆粒的流體的裝置。今后一個時期，管件重點將攻關、推廣應用和超前研發43項管道技術，通過這些重點技術項目的實施，逐步形成油氣輸送技術、油氣儲存技術、管道工程技術、管道完整性評價及配套技術、油氣管道運行管理與信息技術五大管道技術系列，以全面提升管道技術水平。這43項技術包括，需要集中力量攻克的瓶頸技術26項，推廣應用的新技術10項和超前研究的儲備技術7項。

　　3.4工業爐

　　　工業爐是在工業生產中，利用燃料燃燒或電能轉化的熱量，將物料或工件加熱的熱工設備。根據化工生產中用途不同可分為加熱爐、裂解爐、轉化爐等。

　　　乙烯裂解爐：擁有該技術的公司主要有ABB、KBR、S&W、KTI和Linde等，工藝技術向著高溫、短停留時間和低烴分壓的方向發展，以進一步提高選擇性、降低投資等。從總體水平來看，我國裂解技術仍與世界水平有較大的差距，主要表現在裝置規模小，原料消耗、能耗、生產成本高，裝置運行周期短，控制水平低，技術重復引進，開發、創新步伐緩慢。

　　　轉化爐和汽化爐：國外開發大型工業化裝置的主要有美國凱洛格公司、英國帝國化學工程公司、丹麥托普索公司等。國內設計制造的20萬噸/年以天然氣為原料制合成氨裝置中的轉化爐，其中高溫爐管、對流段高頻焊翅片管首次由國內研制成功，但至今沒有一套國產的30萬噸/年轉化爐用于工業裝置。汽化爐國內還不能自行設計，水煤漿噴嘴多數依賴進口。

　　　廢熱鍋爐：它是重要的節能設備，常用在乙烯裂解和合成氨裝置中德國Borsig公司、美國Kellogg公司技術比較先進。國內重點進行了浮頭式廢熱鍋爐綜合技術開發，同時還開展了其他形式轉化氣關鍵技術的試驗研究，開發出了整體設計、薄管板應力有限元計算及分析、火管廢熱鍋爐內循環數值計算及分析等大型程序，研制的第一臺浮頭式廢熱鍋爐用于四川化工總廠20萬噸/年合成氨裝置，但尚未制造過30萬噸/年轉化氣廢熱鍋爐。

3.5壓縮機

　　　氣體壓縮機：氣體壓縮機是產生壓力能和輸送氣體的關鍵設備，有透平式壓縮機和往復式壓縮機，主要有日本、美國、德國、意大利、瑞士等國家的設計和制造技術比較先進。長期以來國內自主開發或者引進后攻克了不少難關，有了重大突破。其中水平剖分式離心壓縮機和軸流式壓縮機接近國際同類產品的先進水平。

　　　離心式壓縮機：國際上的發展方向是容量增大，開發高壓、小流量、低噪音、高效率壓縮機產品。國內生產企業達十多家，特別是沈陽鼓風機廠、上海鼓風機廠、陜西鼓風機廠等。國內離心壓縮機高技術、高參數、高質量和特殊產品還不能滿足需要，50%左右還要靠國外進口。另外在技術水平、質量、成套性上和國外還有差距，在設計制造大型氣體壓縮機上還沒有成熟的經驗。

　　　往復式壓縮機：普遍采用撬裝無基礎、全罩低噪音設計，大大節約安裝、基礎和調試費用。國內的生產廠家有20多家，已形成L、D、DZ、H、M型等數十個壓縮機系列、數百種產品，但大型往復壓縮機還不能滿足需要。

　　4.儀器儀表

　　　儀器儀表是用以檢出、測量、觀察、計算各種物理量、物質成分、物性參數等的器具或設備。廣義來說，儀器儀表也可具有自動控制、報警、信號傳遞和數據處理等功能。

　　　工業自動化儀表：重點發展基于現場總線技術的主控系統裝置及智能化儀表、特種和專用自動化儀表；全面擴大服務領域，推進儀器儀表系統的數字化、智能化、網絡化，完成自動化儀表從模擬技術向數字技術的轉變，5年內數字儀表比例達到60%以上；加速具有自主知識產權的自動化軟件的商品化。

　　　環保儀器儀表：重點發展大氣環境、水環境的環保監測自動化控制系統產品，鑒于加強環保執法力度，加快環保建設步伐，加大環保建設投資、培育環保產業這一國民經濟新增長點的需要，面對我國5000多個環境檢測站和大量的城鎮污水處理及企業廢水處理這個巨大的市場，今后環保儀器儀表工業產品市場將有大幅度的增長。據有關方面不完全統計，1998年我國環保儀器儀表及監控系統產值約11.7億元，到2005年將擴至42億元達到20世紀90年代后期國際先進水平，國內市場占有率達到50%～60%，而到2010年將擴至110億元，到2010年國內市場占有率達到70%以上。由此可見，其市場前景十分廣闊。

　　　分析化學儀器：重點研究方向包括：一是高通量分析，即在單位時間內可分析測試大量的樣品；二是極端條件分析，其中單分子單細胞分析與操縱為目前熱門的課題；三是在線、實時、現場或原位分析，即從樣品采集到數據輸出，實現快速的或一條龍的分析；四是聯用技術，即將兩種(或兩種以上)分析技術聯接，互相補充，從而完成更復雜的 分析任務。聯用技術及聯用儀器的組合方式，特別是三聯甚至四聯系統的出現，已成為現代分析儀器發展的重要方向；五是陣列技術，如果把聯用分析技術看成計算機中的串行方法，那么陣列技術就等同于計算機中的并行運算方法。和計算機一樣，陣列方法是大幅度提高分析速度或樣品批處理量的最佳方案。一旦將并行陣列思路與集成和芯片制作技術完美結合，分析化學就將向新的領域進發。