化工裝備技術(shù)發(fā)展趨勢

    我國化工裝備經(jīng)過20多年的努力，取得重大技術(shù)研制成果。其中的催化裂化、加氫精制、聚乙烯等主要生產(chǎn)裝置所需的關(guān)鍵裝備，已達(dá)到了國際先進(jìn)水平。減少了我國對化工裝備進(jìn)口的依賴度，降低了建設(shè)投資和生產(chǎn)成本，對促進(jìn)石化工業(yè)發(fā)展起到重要的作用,同國外相比，我國化工裝備還有不少差距，主要是化工生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步與設(shè)備技術(shù)開發(fā)脫節(jié)，重大設(shè)備的軟件技術(shù)開發(fā)差距較大：設(shè)備技術(shù)開發(fā)跟不上工藝技術(shù)發(fā)展的速度，重工藝、輕設(shè)備的現(xiàn)象存在；基本上停留在模仿開發(fā)的地步，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的專有技術(shù)的能力弱；設(shè)備開發(fā)還不能做到專業(yè)化、系列化；設(shè)備設(shè)計和制造水平、設(shè)備質(zhì)量和可靠性還有待進(jìn)一步提高。隨著化工工藝的進(jìn)步和發(fā)展，對化工裝備提出了更高要求。必須加大裝備的開發(fā)力度，掌握裝備的核心技術(shù)，形成一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的裝備，做到性能先進(jìn)、質(zhì)量可靠、高效節(jié)能、經(jīng)濟安全，滿足化學(xué)工業(yè)的發(fā)展需求。

    一．石化專用設(shè)備

    石化專用設(shè)備主要包括反應(yīng)設(shè)備、塔器、換熱設(shè)備、工業(yè)爐、儲運設(shè)備和專用機械等。

    反應(yīng)設(shè)備

    反應(yīng)器：是進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)過程的“心臟”設(shè)備。其發(fā)展趨勢各不相同，國際上向著由經(jīng)驗放大走向數(shù)學(xué)模擬放大，實現(xiàn)大型化、高效化、結(jié)構(gòu)簡單化、操作自動化，研究方法趨向綜合化方向發(fā)展。

    催化裂化反應(yīng)器：國內(nèi)的制造技術(shù)基本上達(dá)到了國際先進(jìn)水平，廣泛應(yīng)用于各個煉油廠。

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

    連續(xù)重整四重疊反應(yīng)器：美國UOP專利技術(shù)使得該反應(yīng)器具有反應(yīng)效率高、節(jié)省能源、占地面積小、節(jié)省投資等優(yōu)點。國內(nèi)已經(jīng)掌握了其設(shè)計制造技術(shù)，內(nèi)件安裝指標(biāo)完全達(dá)到UOP技術(shù)提出的要求。

    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(nèi)在消化吸收的基礎(chǔ)上，在20萬噸／年合成氨裝置建設(shè)中首次設(shè)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(shè)計軟件，也沒有設(shè)計制造30萬噸／年氨合成塔的經(jīng)驗。

    聚丙烯環(huán)管反應(yīng)器：著名制造商為海蒙特公司，反應(yīng)器的設(shè)計技術(shù)及軟件逐漸成熟。20萬噸／年聚丙烯環(huán)管反應(yīng)器在國內(nèi)已研制成功，并在上海石化得到推廣應(yīng)用。已掌握了環(huán)管反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計，建立了組合應(yīng)力計算數(shù)學(xué)模型，解決了環(huán)管反應(yīng)器工程放大技術(shù)問題，技術(shù)水平與國外相當(dāng)。

    高壓聚乙烯裝置超高壓管式反應(yīng)器：國外掌握技術(shù)的有日本、德國、美國和荷蘭等公司：國內(nèi)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(yīng)器和冷卻器。與國外相比，表現(xiàn)在工藝軟件開發(fā)和設(shè)計技術(shù)存在較大差距。國內(nèi)只有采用深孔鉆的方法，材料利用率低。此外，尚無專用標(biāo)準(zhǔn)以及訂貨技術(shù)條件。

    大型聚合釜：國外帶攪拌器反應(yīng)釜技術(shù)比較成熟，可以根據(jù)不同物料和參數(shù)系列開發(fā)各種攪拌器結(jié)構(gòu)形式。國內(nèi)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(yīng)器，已建立了酯化和縮聚各個過程的反應(yīng)速率模型和過程模型。提出了工藝技術(shù)軟件以及各反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、傳熱要求，為儀征化纖研制的酯化反應(yīng)器和縮聚反應(yīng)器，已投入生產(chǎn)。與國外差距主要是攪拌器種類少、選型能力弱。

    換熱設(shè)備

    換熱器是石化生產(chǎn)中重要的設(shè)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(jié)能設(shè)備。隨著工業(yè)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(fā)展。

    鈑翅式換熱器(冷箱)：冷箱主要應(yīng)用于乙烯裂解、空氣分離、天然氣液化中，關(guān)鍵技術(shù)是設(shè)計技術(shù)和制造技術(shù)，美國s－W公司和德國林德公司等技術(shù)比較先進(jìn)成熟。杭州制氧機廠引進(jìn)美國的關(guān)鍵加工設(shè)備——大型真空釬焊爐，使冷箱的設(shè)計水平、制造能力趨近和達(dá)到了國際先進(jìn)水平，在燕山、揚子、上海等乙烯改造中得到應(yīng)用。國外已有9.0 MPa冷箱產(chǎn)品，國內(nèi)尚不掌握高壓冷箱的設(shè)計和制造技術(shù)。在分凝分餾技術(shù)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(chǎn)用于催化重整與加氫裝置，最大換熱面積達(dá)8000m2。國內(nèi)開發(fā)的的最大傳熱面積為3000m2，主要差距是研制的單片面積相同，但換熱面積較小。

    廢熱鍋爐：它是重要的節(jié)能設(shè)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(shù)比較先進(jìn)。國內(nèi)重點進(jìn)行了浮頭式廢熱鍋爐綜合技術(shù)開發(fā)，同時還開展了其他形式轉(zhuǎn)化氣關(guān)鍵技術(shù)的試驗研究，開發(fā)出了整體設(shè)計、薄管板應(yīng)力有限元計算及分析、火管廢熱鍋爐內(nèi)循環(huán)數(shù)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(zhuǎn)化氣廢熱鍋爐。

    工業(yè)爐

    根據(jù)石化生產(chǎn)中用途不同可分為加熱爐、裂解爐、轉(zhuǎn)化爐等。

    乙烯裂解爐：擁有該技術(shù)的公司主要有ABB、KBR、S&W、KTI和Linde等，工藝技術(shù)向著高溫、短停留時間和低烴分壓的方向發(fā)展，以進(jìn)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(shù)仍與世界水平有較大的差距，主要表現(xiàn)在裝置規(guī)模小，原料消耗、能耗、生產(chǎn)成本高，裝置運行周期短，控制水平低，技術(shù)重復(fù)引進(jìn)，開發(fā)、創(chuàng)新步伐緩慢。

    轉(zhuǎn)化爐和汽化爐：國外開發(fā)大型工業(yè)化裝置的主要有關(guān)國凱洛格公司、英國帝國化學(xué)工程公司、丹麥托普索公司等。國內(nèi)設(shè)計制造的20萬噸／年以天然氣為原料制合成氨裝置中的轉(zhuǎn)化爐，其中高溫爐管、對流段高頻焊翅片管首次由國內(nèi)研制成功，但至今沒有一套國產(chǎn)的30萬噸／年轉(zhuǎn)化爐用于工業(yè)裝置。汽化爐國內(nèi)還不能自行設(shè)計，水煤漿噴嘴多數(shù)依賴進(jìn)口。

    塔器

    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(shù)上不斷改進(jìn)。我國近20年開發(fā)了許多性能優(yōu)良的板式塔和填料塔，已在石化、煉油裝置中得到了廣泛應(yīng)用，性能處于國際先進(jìn)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(zhì)塔盤以及篩板一填料復(fù)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(dá)~p8400mm，由國內(nèi)研制的‘p10000mm大型精餾塔即將投入使用。

    專用機械

    石化生產(chǎn)常用的專用機械主要包括過濾機、離心機、煙氣輪機、干燥機和擠壓造粒機等。

    過濾機：主要用于煉油廠進(jìn)行油蠟分離的酮苯脫蠟轉(zhuǎn)鼓真空過濾機和PTA裝置真空轉(zhuǎn)鼓過濾機。目前，轉(zhuǎn)鼓真空過濾機國外正朝著大規(guī)格、高速率、高精度、全自動方向發(fā)展。國內(nèi)是從意大利EIMCO公司引進(jìn)的設(shè)計、制造技術(shù)，經(jīng)消化吸收和改進(jìn)，形成了一整套加工、組對、焊接工藝決竅。相比之下，主要差距是對市場發(fā)展、產(chǎn)品需求認(rèn)識不夠，創(chuàng)新能力低，對引進(jìn)技術(shù)精髓消化較差。

    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(shù)發(fā)展較快，而且實現(xiàn)了專業(yè)化和系列化。國內(nèi)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P(guān)TA漿液的脫水，離心機轉(zhuǎn)鼓直徑達(dá)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是在設(shè)計技術(shù)、產(chǎn)品大型化和系列化上。

    煙氣輪機：是催化裂化裝置中重要的能量回收設(shè)備，德國GHH公司技術(shù)比較成熟。國內(nèi)開發(fā)的YL33000A和YL35000A煙氣輪機，已應(yīng)用于300～350萬噸／年重油催化裂化裝置，標(biāo)志著達(dá)到國際先進(jìn)水平，   

    干燥機：日本三井造船、月島機械及德國FAUVET—GIREL的制造直徑達(dá)φ4000mm以上。20萬噸／年HDPE蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機及40萬噸／年TA裝置蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機已實現(xiàn)了國產(chǎn)化。差距主要表現(xiàn)在設(shè)備大型化方面，在即將建設(shè)的40萬噸／年～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(nèi)有待開發(fā)。

    擠壓造粒機：該設(shè)備可以把聚合物經(jīng)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(shù)不多的公司擁有設(shè)計、制造大型混煉造粒機組成套技術(shù)的能力，其主流向著雙螺桿混煉造粒機組方向發(fā)展。我國開發(fā)速度較落后，目前開發(fā)研制的多為中小機型，ABS萬噸級混煉擠出機經(jīng)生產(chǎn)運行考核，主要技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到設(shè)計要求。目前大中型聚烯烴的生產(chǎn)裝置擠壓造粒機全部依靠進(jìn)口。
 

    二．石化通用設(shè)備

    石化通用設(shè)備主要包括氣體壓縮機、石化用泵和閥門等。

    氣體壓縮機：氣體壓縮機是產(chǎn)生壓力能和輸送氣體的關(guān)鍵設(shè)備，有透平式壓縮機和往復(fù)式壓縮機：主要有日本、美國、德國、意大利、瑞士等國家的設(shè)計和制造技術(shù)比較先進(jìn)。長期以來國內(nèi)自主開發(fā)或者引進(jìn)后攻克了不少難關(guān)，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(chǎn)品的先進(jìn)水平。

    離心式壓縮機：國際上的發(fā)展方向是容量增大，開發(fā)高壓、小流量、低噪音、高效率壓縮機產(chǎn)品。國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)達(dá)十多家，特別是沈陽鼓風(fēng)機廠、上海鼓風(fēng)機廠、陜西鼓風(fēng)機廠等。國內(nèi)離心壓縮機高技術(shù)、高參數(shù)、高質(zhì)量和特殊產(chǎn)品還不能滿足需要，50％左右還要靠國外進(jìn)口。另外在技術(shù)水平、質(zhì)量、成套性上和國外還有差距，在設(shè)計制造大型氣體壓縮機上還沒有成熟的經(jīng)驗。

    往復(fù)式壓縮機：普遍采用撬裝無基礎(chǔ)、全罩低噪音設(shè)計，大大節(jié)約安裝、基礎(chǔ)和調(diào)試費用。國內(nèi)的生產(chǎn)廠家有20多家，已形成L、D、DZ、H、M型等數(shù)十個壓縮機系列、數(shù)百種產(chǎn)品，但大型往復(fù)壓縮機還不能滿足需要。

    工業(yè)泵

    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(chǎn)技術(shù)比較成熟，規(guī)格品種多，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，發(fā)展方向主要是大型化、高速化，機電一體化及泵產(chǎn)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(zhì)和帶固體顆粒介質(zhì)泵、屏蔽泵技術(shù)發(fā)展很快。國內(nèi)生產(chǎn)制造廠家100多個，形成了100多個系列、2000多個品種泵類產(chǎn)品制造技術(shù)和生產(chǎn)裝備，滿足了石化生產(chǎn)的需要。與國外比較，國內(nèi)石化用泵在設(shè)計理論、設(shè)計方法上比較落后，產(chǎn)品開發(fā)多采用仿制和類比的方法，缺乏理論根據(jù)和實驗研究數(shù)據(jù)；加工裝備和工藝水平比較落后，加工精度低，生產(chǎn)效率低；產(chǎn)品系列化和通用化程度不高，規(guī)格品種少；泵效率、質(zhì)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，因此石化用泵還有較多進(jìn)口.