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十万空分——澎湃民族芯 共筑中国梦

——我国首套国产10万Nm³/h空分装置压缩机组纪实

2016/09/24

 

 

 

开篇

由沈鼓集团自主研发的我国首套国产10万Nm³/h空分装置压缩机组在沈鼓营口试验基地圆满完成全负荷性能试验。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。

 

第一章:鼎力沈鼓 铸就重器

我国是一个“缺油、少气、富煤”的国家,发展煤炭深加工是我国减少对进口石油和天然气的依赖和调整能源结构的重要选择。

压缩机组是为整个煤化工工艺流程提供动力的“心脏设备”。目前,国家在建和待核准的煤化工项目中,需要大量10万等级空分压缩机组,然而,其核心技术长期被少数外国公司所垄断。我国大型空分装置压缩机组全部依赖进口,因此,该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,实现此类机组的国产化迫在眉睫!

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10万空分装置及其配套的压缩机机组作为国产化重点。国家的重托给沈鼓集团提供了难得的历史机遇。

10万空分装置用大型空气压缩机组设计制造难度很大,为确保首台套机组研制万无一失,产品出厂前必须做全速全压全负荷性能试验。该机组功率超过6万千瓦,当时国内没有任何一家企业具备试验能力,而GE、爱利奥特、西门子等欧美著名透平压缩机制造厂家都具有9-13万千瓦试验能力。2012年,国家能源局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》,投入7亿元资金在营口基地建设国内唯一、世界领先的10万千瓦试车台位。该试验台可以按照用户现场实际运行参数要求,将包括空压机和增压机的压缩机组主机、汽轮机、辅机、控制系统等全部设备联动进行试验。这既是对用户的庄严承诺,也是提升国内压缩机组试验能力和国际竞争力的需要。

沈鼓集团以雄厚的设计制造和试验技术优势、可靠的技术方案,赢得了用户和国家的信任,承担了研制10万空分机组这一艰巨而光荣的任务。沈鼓集团与杭氧集团、杭汽轮集团合作,组成了联合攻关团队,将携手实现超大型空分装置“中国芯”的跳动。

 

第二章:研发之路 勇往直前

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、强度和稳定性分析、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,都凝结着沈鼓人和联合研发团队的智慧、心血和不懈的努力。

沈鼓集团早在十几年前就致力于大型空分装置压缩机的开发,先后开发了3.5万空分装置空压机、5万空分装置多轴多级齿轮组装式增压机样机,解决了高效叶轮模型级、转子稳定性、核心部件材料及强度分析等技术难题。先后向用户成功提供了4万、5.2万空分装置用压缩机组,为研制10万空分空气压缩机组做了充分的技术储备。

大型空气压缩机组研制过程,充分体现了沈鼓人的创新精神和严谨的科学态度,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、多种复杂流动的协同耦合、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、复杂工况控制及调节等一系列技术难题。

 

第三章:攻克难关 制造精品

沈鼓集团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1/10;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,给转子的加工和装配都提出了极高的要求;成功开发了端齿加工技术和叶轮双悬型转子的高速动平衡技术;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。

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,一系列高难度的制造和装配过程,代表着中国透平压缩机制造业的最高水平。大型龙门铣、五坐标加工中心、焊接机器人等200余台套大型高、精、稀设备,五坐标测量仪、超声波探伤仪等400余台套先进检测设备,为产品的加工制造提供了坚实保障。

 

第四章:反复试验“芯”潮澎湃

建设10万千瓦透平压缩机试验台,不仅是研制10万空分压缩机的需要,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,是国家装备研制能力的体现。国家的需要就是沈鼓的行动。

试验台建设和机组试验技术难度高,工作量巨大,为了完成压缩机组的各项试验,沈鼓人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。

10万空分机组出厂试验过程极其复杂,在8个月时间里,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2015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10万空分机组先后三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。

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15万等级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。

 

尾声

由沈鼓集团、杭汽轮集团和杭氧集团研发团队研发的10万空分机组全负荷试验成功,可以郑重宣告10万空分装置第一次用上了“中国芯”,圆了中国制造业长久以来的“中国梦”。梦圆之旅得到了国家能源局等国家有关部门、各级地方政府、中国机械工业联合会的高度重视和组织协调,得到了神华宁煤用户的大力支持和配合,是“政、产、学、研、用”共同推进重大装备国产化的典范。

此前,沈鼓集团曾先后为国家提供了百万吨乙烯、千万吨炼油、天然气管线输送、大型LNG等装置用压缩机组,一百五十吨大推力往复式压缩机组、一千兆瓦三代核电站用泵等数百套国产化首台套设备。

沈鼓集团和联合研发团队承载着国家和民族的期望,为“中国装备、装备中国、装备世界”,实现中华民族的伟大复兴、工业现代化和小康社会的“中国梦”而矢志不渝,树立起属于中国人的一座再一座新的丰碑!