3开发研制3收稿日期:2009203201作者简介:毛绍融,男,1963年生,教授级高级工程师,国家特殊津贴享受者(工程技术),1985年毕业于西安交通大学低温工程专业,获工学硕士学位,现为杭州制氧机集团有限公司党委书记、杭州杭氧股份有限公司总经理、党委书记。
杭氧设计制造8万～10万m 3/h 等级特大型空分设备的技术现状和能力分析毛绍融,朱朔元,卢杰,吕挺锋(杭州杭氧股份有限公司,浙江省杭州市东新路388号 310004) 摘要:从空分设备的流程组织、成套设备的技术发展、装备水平和制造工艺等方面,分析杭氧设计制造8万～10万m 3/h 等级特大型空分设备的技术现状以及具有的能力,介绍该等级空分设备压缩机系统、空气净化系统和精馏塔系统等的设计制造方案。
关键词:大型空分设备;技术现状;技术方案;设计;制造中图分类号:TB65717 文献标识码:AAnalysis of technical status and capability in designing and manufacturing 8×104210×104m 3/h extra large scale air separation units at H angyangMao Shaorong ,Zhu Shuoyuan ,Lu Jie ,Lv Tingfeng(Hangz hou Hangyang S tock Co.,L t d.,388Dongxi n Road ,Hangz hou 310004,Zhejiang ,P.R.Chi na )Abstract :The technical status and the capability in designing and manufacturing 8×104210×104m 3/h extra large scale air separation units at Hangyang are analyzed ,from the aspects of process flow configuration ,technical development of complete unit ,level of manufacturing equipment and process.The design and manufacture schemes of the air separation unit ’s compressor system ,air purification system and distillation system are introduced.K eyw ords :Large scale air separation unit ;Technical status ;Technical scheme ;Design ;Manufacture1 概 述近年来,由于大型冶金、化工(石化)工业的迅速发展,空分设备的容量和需求量日益增加。
由于需求的推动,许多新技术运用于空分设备中,使得空分设备的技术发展日新月异。
总的来说,空分设备正朝着大型化、气体产品压力等级高、液体产品多、产品纯度高、运行成本低及设备操作稳定可靠等方向发展。
杭州杭氧股份有限公司(以下简称:杭氧)作为国内空分行业的龙头企业,经过了“七五”到“十五”这20年的快速发展,通过引进技术的消化吸收、自主创新开发、国产化攻关,已经掌握了特大型空分设备的设计、制造和成套技术,并已将其应用于40000～60000m 3/h 等级空分设备中,得到国内外用户的普遍认可。
2001—2007年,杭氧承接了天钢、马钢、渭化、上海焦化等30000m 3/h 等级空分设备12套,包钢40000m 3/h 、兖矿2套42500m 3/h 、齐鲁比欧西46500m 3/h 、北营钢铁52000m 3/h 、中石化湖北和安庆48000m 3/h 、华鲁恒升48000m 3/h 、中原大化52000m 3/h 、伊朗卡维·1·集团60000m3/h、大唐国际3套58000m3/h、宝钢8#60000m3/h、神华包头4套60000m3/h空分设备等40000m3/h等级以上空分设备共46套。
其中宝钢8#60000m3/h空分设备已经于2008年9月25日顺利投产,盈德日照60000m3/h空分设备于2008年10月16日顺利投产,大唐国际3套58000m3/h空分设备正在调试中,神华包头4套60000m3/h空分设备正在紧张安装过程中。
这些空分设备的实施为特大型8万～10万m3/h等级空分设备的国产化打下了良好的基础。
2 杭氧设计8万～10万m3/h特大型空分设备的技术分析211 空分流程技术先进空分设备的先进性是由流程技术先进及成套设备先进决定的。
21111 具有先进的设计手段,空分流程计算准确在流程设计计算方面,杭氧不仅拥有美国ASPEN公司的HYSYS热力性能计算软件,并对其完成了二次开发;同时自行开发了可用于各种流程热力计算和精馏计算的通用计算平台,流程计算效率与精度已达到国际先进水平。
(1)在精馏计算方面,杭氧拥有国际先进的精馏计算软件,同时针对目前采用规整填料塔及全精馏无氢制氩流程的特点,杭氧自行开发了适用于该流程的精馏计算模块,可以实现主塔与氩塔的集成计算。
此外还自行开发了精馏塔水力学计算程序。
(2)在空气预冷系统和分子筛纯化系统计算方面,拥有专用的性能和结构计算软件。
(3)在换热器计算方面,拥有美国S2W公司板翅式换热器性能及结构计算软件,同时自行开发了多个专用计算软件。
(4)在透平机械设计方面,杭氧拥有美国NREC软件,用于离心压缩机、透平膨胀机的叶轮设计,同时该软件可自动生成加工指令。
(5)在强度计算方面,杭氧拥有MSC/ NASTRAN应力分析、计算软件。
空分设备流程设计计算技术是成套空分设备成败的关键,杭氧采用自行开发的空分流程设计计算的软件包,计算效率与精度已达到国际先进水平。
近10年来,用这些软件设计的空分设备具有100%的成功率,得到了国外空分厂家的认可。
21112 流程的优化设计决定空分设备的先进性杭氧一向重视流程的优化设计工作,针对用户所需产品产量、液体特点及单位产品能耗与投资情况进行多方案比较,确定最佳的流程形式。
在流程确定后,对流程中各点参数进行优化,保证空分设备的先进性。
21113 拥有一支经验丰富、技术优秀的设计队伍通过与众多国外公司的长期技术合作、接受技术培训和自主开发设计等,杭氧已拥有了一支经验丰富、技术水平高的开发设计队伍,他们高质量的工作是空分设备成功运行的保证。
21114 具有丰富的成功运行业绩和经验杭氧每年生产40～45套大中型空分设备,具有丰富的成功运行业绩和经验。
近年来,杭氧开发出的采用规整填料塔及全精馏无氢制氩技术的新一代大中型空分设备,均一次投入正常运行,并通过性能考核。
到目前为止,杭氧已签订了46套40000m3/h 等级以上大型空分设备,其中60000m3/h等级以上有11套。
这些都说明了杭氧对特大型空分设备的研制开发已获得成功。
212 大型空分成套设备先进可靠关注国外成套部机技术发展,把国外先进技术应用到国内大中型空分设备中,在流程组织中选用国外先进的运转设备,提高了空分设备的整体可靠性及先进性。
21211 关键静态核心设备的设计制造通过大型空分设备研制攻关,杭氧设计制造的关键静态核心设备大型化已取得了世人瞩目的成绩。
已制造出的最大单体设备有:(1)国内最大低温精馏铝制塔器,直径4800mm,壁厚35mm;(2)适合特大型空分设备的卧式冷凝蒸发器(主冷)已研制成功,并已应用在产品中;(3)低压主换热器最大钎接尺寸1200mm×1100mm×7500mm;(4)能处理41万m3/h空气量的分子筛吸附器,尺寸Φ4200mm×22000mm;(5)为80000m3/h等级空分设备配套的节能型分子筛蒸汽加热器;(6)能处理41万m3/h空气量的空冷塔,尺寸Φ4900mm×28000mm。
·2·杭氧大型化关键单元设备的开发成功,使国产化80000m3/h及更大等级空分设备的设计制造得以实现。
21212 关键配套运转设备选用进口或国产产品为提高空分设备的可靠性,选用国内外成熟、可靠的运转设备。
(1)原料空气透平压缩机及空气透平增压机,选择厂家:MAN公司、SIEM ENS公司;(2)驱动透平蒸汽轮机,选择厂家:MAN公司、SIEM ENS公司或杭汽轮集团;(3)透平膨胀机,选择厂家:A TLAS公司、ACD公司、CR YOSTAR公司;(4)低温泵,选择厂家:CR YOSTAR公司、CR YOM EC公司、ACD公司;(5)高压或高压差的低温阀门采用进口产品;(6)关键仪表采用进口产品。
21213 静态核心设备进口或选用国内产品(1)高压换热器(内压缩流程),选择厂家: CHAR T公司、NOR TON公司;(2)精馏塔填料,上塔采用上海苏尔寿公司产品,氩塔采用天大和无锡雪浪公司产品。
杭氧的流程技术及大型化单元部机业绩,是杭氧大型空分成套设备成功的关键。
3 杭氧设计9万～10万m3/h特大型空分设备的装备水平和制造技术311 生产厂房杭氧将于2009年6月整体搬迁至临安新区———中国大中型空分设备制造基地。
杭氧迁至临安新区后,将形成年产大中型空分设备140万m3/h 制氧容量的能力,其中单套空分设备制氧容量为10万m3/h。
312 下料设备目前拥有等离子切割机(80mm)、数控等离子火焰切割机(200mm)、9m和12m大型刨边机等。
313 成型设备目前拥有从意大利进口的大型封头旋压机(最大直径Φ5200mm,壁厚50mm)、大型卷板机(60mm)、1200t水压机和各种板翅式换热器翅片专用冲床等。
314 熔焊和钎接设备目前拥有从美国S2W公司引进的大型真空钎接炉(可钎接尺寸为1200mm×1200mm×6000mm 的板翅式换热器),叶轮真空钎接炉和多种大型自动焊机等。
杭氧于2003年新增了1台大型真空钎接炉,焊接尺寸可达1300mm×1500mm×7500mm,增添了自动焊接设备及其他装备,并进行工艺结构调整,使杭氧在装备水平上完全达到正常生产8万～10万m3/h空分设备的要求。
315 金属切割机床目前拥有从德国引进的大型数控龙门镗、铣床,从瑞典、瑞士引进的五轴联动加工中心各1台,以及从德国引进的多规格卧式加工中心等。
316 检测设备拥有国家级计量理化中心,具有完备的检测手段和仪器,包括从美国引进的直读光谱仪、从德国引进的高精度动平衡机和从英国引进的超声C扫描仪。