超大型空分装置跳动中国芯
8月23日，辽宁营口鲅鱼圈，沈鼓集团国家能源大型透平压缩机组研发(实验)中心中央控制室，我国首套国产10万立方米/时空分装置压缩机组正在进行全负荷性能试验。 机组振幅值均小于25微米，整机效率超过89%，各项机械性能及气动性能指标均达到国际先进水平。随着一组实时数据闪烁大屏幕，沈鼓集团总经理孔跃龙一声洪亮的宣告打破了宁静，“十万空分压缩机，试车成功！” 刹那间，在场的研制团队成员眼里噙满泪水，中央控制室里的见证专家击掌、拥抱。试车成功，意味着超大型空分装置有了“中国芯”的跳动，我国有了自主的首台套10万等级空分装置压缩机组，成为世界上屈指可数的可以生产大型空分装置压缩机组的国家之一。 首台套使命花落沈鼓 空气压缩机组是整个煤化工工艺流程提供动力的“心脏设备”。截至目前，国家已批准和待批准的煤化工项目，需要此类规模空分压缩机70台套以上。作为煤化工的核心设备，一套400万吨/年煤间接液化制油装置，需要制氧量120万立方米/时的空分岛、12套10万等级空分配套空气压缩机组。 然而，10万等级空分配套空气压缩机组核心技术长期被少数外国公司垄断，我国大型空分装置压缩机组全部依赖进口。 2011年10月28日，国家能源局组织了关于神华宁煤400万吨/年煤炭间接液化项目关键设备国产化工作会议，会议决定10万等级空分装置及其配套空气压缩机组作为国产化重点。 10万等级空分压缩机组的国产化不仅可以为国家和用户节省大量投资，更关系到国民经济安全。此次压缩机组国产化成功与否关系到我国煤化工用10万等级空分装置完全实现自主制造生产的成败与否，使命光荣，任重责艰。 机遇总是垂青有准备的人。2013年8月，沈鼓集团用最充分的技术优势、最可靠的技术方案、最周到的服务构想，赢得了专家和用户的信任和认可，在无数次博弈和商业争夺中抢下了首套10万等级空分装置配套压缩机组国产化攻关这份厚重的订单。 事实上，沈鼓集团从2002年开始便致力于大型空分装置用压缩机的研制；2004年沈鼓国内首台套国产化4万等级空分压缩机组成功交付用户，同年在无合同的条件下，自筹资金完成了3.5万等级齿轮组装式空压机组样机的制造与试验；2006年，国内首台套国产化5.2万等级空分压缩机组成功交付中原大化用户，并一次开车成功。 到了2010年，国家发改委、能源局确定沈鼓集团作为国内唯一的大型透平压缩机研发中心；同年，沈鼓自筹资金完成5万等级多轴多级齿轮组装式空分增压机组样机的研发设计，于2012年完成了制造与试验工作，并完成了20多项自主研发新技术的试验验证。 创新图强矢志自主攻关 经过十余年的大型空分装置压缩机组技术经验积累，沈鼓集团已经解决了叶轮模型级、转子稳定性、核心部件材料及强度分析等技术难题，为研制10万等级空分空气压缩机组作了充分的技术储备。 在首套10万等级空分压缩机组的研制过程中，沈鼓集团设立了50多项研究课题，开展了300多个风险点评估及消除技术研究，先后攻克了大轮毂比混流式和小轮毂比高马赫数的高效叶轮设计、特型结构转子动力学分析、转子和定子的复杂联接结构、机组装置成套设计等一系列技术难题。 创新的过程是艰难的，一切都要从零开始。为了满足装置大流量、大压比、高效率的要求，空压机采用全新的“轴流+离心”共轴结构，增压机采用多轴多级齿轮组装式，无论是机组的空气动力设计、应力和稳定性分析、整体设计优化，还是关键零部件加工制造工艺，空压机、增压机全负荷方案等，都凝结着沈鼓集团和联合研发团队的智慧、心血和不懈的努力。 尤其是在“轴流+离心”空压机及组装式增压机的结构设计过程中，沈鼓集团技术专家依靠成熟先进的大型、超大型离心压缩机技术和大型轴流压缩机技术，在掌握“轴流+离心”优化匹配技术的基础上，进行了技术的再优化、再创新、再升级。 对于技术设计人员来说，10万等级空分压缩机组的设计由于采用全新结构，无论是压缩机、增压机的结构设计，还是密封、壳体，都没有经验可借鉴，但这一切的困难并没有成为自主研发的障碍。 沈鼓研发团队不断地与杭氧及用户进行沟通，确保每个参数的准确，及时获取最新的资料；与具备世界最先进技术的国际知名公司合作，确保各项技术应用都是国际上最先进的技术；几百次的研究、评审分析和协调会，61期大型会议组织，数千个不眠之夜的奋战，沈鼓集团为用户交上了最优的设计方案。 一套优质的超大型空分装置配套压缩机组的诞生，需要匠心独运、量身定制的设计方案，更需要加工精良、工艺过硬的制造技术作保障。在沈鼓集团，10万等级空分压缩机组的加工、装配过程近乎一场百团大战。 在制造过程中，沈鼓集团所有子公司和部门全力为这一项目奉献智慧，戮力拼搏，举全局之力，聚众人之智，携威武之师，以拥有国内最先进的加工装备和工艺技术，保证了所有关键零部件的加工精度和质量。 该产品所有叶轮均采用世界最前沿的整体铣制、电火花加工、端齿加工等先进技术；为减少转子重量，空压机主轴采用空心轴、分段式结构，轴段配合间隙仅有头发丝直径的十分之一；直径达1.5米的超大叶轮、近8米长的主轴、重达29吨的转子，给加工和装配都提出了极高的要求；大型机壳焊接及加工有效避免了铸造缺陷，保证了产品整体质量。 实践证明，全新的设计结构，超大型的机组制造和装配，特型部件的稳固吊装，精准的装配数据检测，一系列高难度的制造和装配过程，代表了我国透平压缩机制造业的最高水平。 自主试验完美验证产品质量 10万等级空分压缩机组设计制造难度很大，为确保首台套机组投产运行万无一失，产品出厂前必须做全速全压全负荷性能试验。 由于该机组功率超过6万千瓦，拿到订单之时，国内没有任何一家企业具备试验能力，而GE、爱利奥特、西门子、曼透平等国际著名透平压缩机制造厂家都具备9-13万千瓦压缩机组试验能力。 为此，早在2012年国家发改委即批准沈鼓集团承担国家《大型透平压缩机组研发（实验）中心建设项目》，在辽宁营口投资7亿元建设国内唯一的10万千瓦试车台位，具备大型压缩机组全压全负荷试车条件。 建设10万千瓦透平压缩机试验台，不仅是研制10万等级空分压缩机的需要，也是开发15万空分、大型天然气液化装置等更大型压缩机的需要，是国家制造力量的体现。试验台建设和机组试验技术难度高，工作量巨大。 国家的需要就是沈鼓的行动。为了完成压缩机组的各项试验，沈鼓集团攻克了所有试验设备及管路装配、蒸汽供给系统打靶、双控制系统组态、水电气及蒸汽等全系统运行操作等难关，具备全面试验能力的试车台为机组的试验提供了可靠保障。 10万等级空分压缩机组出厂试验过程极其复杂，联动试验前的过程就是一场分秒必争、过程激烈的攻坚战。在7个月时间里，花费了2千多万元试车设备材料费和2千万元燃料消耗费，分别进行了汽轮机、空压机、增压机单机的机械运转试验和性能试验，以及压缩机组联动的机械运转试验和全负荷性能试验等共9类试验。 自今年7月23日到8月3日，由沈鼓集团、杭汽轮集团、杭氧集团研发团队自主研发的10万等级空分机组先后3次成功进行了全负荷性能试验，各项性能指标均满足设计要求并优于国际标准，达到了国际先进水平。 与此同时，通过以上试验，包括锅炉及其蒸汽供给系统、循环水系统、控制和监测系统等9大系统在内的沈鼓营口大型产品制造试验基地经受住了全面考验，这标志着沈鼓集团已经完全具备15万以上空分装置压缩机组的设计、制造、试验能力，也为超大型乙烯、LNG、管道输送等装置用压缩机的研制和试验打下坚实基础。
