杭氧周智勇在制氧专业年会上的交流课件.ppt

1、坚持自主创新 更好服务于国内钢铁企业,2011年全国钢铁企业制氧专业技术交流会,报告人：周智勇,主要内容,长期以来，杭氧与钢铁企业建立了良好的合作关系，杭氧向钢铁企业提供了数以千计套的大型空气分离设备。在这里，杭氧要特别感谢钢铁企业领导和专家对重大装备国产化给予的大力支持，杭氧的每一步成长、发展都离不开你们的信任，更离不开你们的帮助和批评、建议。 杭氧在成套空分设备的技术和规模上每前进一步都离不开用户的支持和帮助，特别是像宝钢、神华、中石化这样的行业领头企业的支持，站在行业及国家利益的高度对国产化工作给予很大的支持，尤其是对国产化过程中出现的一些问题给予帮助和理解。我们国内每一等级空分设备都是

2、以国有大型企业项目为依托的，这些项目对国产空分有很好的示范作用。 2002年，开发设计制造了宝钢30000 m3/h（氧）空气分离设备，实现了“3万m3/h等级”空气分离设备的国产化。 2005年，北台50000 m3/h（氧）冶金型空气分离设备，结束了中国无特大型成套空气分离设备的历史。 2006年，杭氧中标宝钢8号六万制氧机，目前已稳定运行三年，是国产“六万”等级空分的里程碑。,一、感谢钢铁企业对杭氧的支持,二、今日杭氧,杭氧已投入使用的临安制造基地具有每年110万m3/h（氧）的制氧容量，每年可设计、制造40余套大型空气分离设备，并具备8-10万m3/h（氧）空气分离设备的制造能力。今年

3、杭氧预计将设计制造空分设备共56大套，总制氧容量达到145万m3/h（氧）。杭氧是全球最大的空气分离设备设计和制造基地之一，拥有国家级企业技术中心。 杭氧一直受到了党和国家领导人的高度关注，胡锦涛、温家宝、江泽民、朱德、朱镕基等党和国家主要领导都曾视察过公司，并给予杭氧殷切期望和关怀。,二、今日杭氧,2007年7月28日胡锦涛总书记视察杭氧,2009年4月26日江泽民同志第三次视察杭氧,二、今日杭氧,市场需求,“六万”等级空分装置是为大型冶金、大型煤化工、大型化肥原料、“煤代油”工程等重要工业装备配套的不可缺少的关键装备。主要提供大规模、高压的氧气、氮气产品，供后续化工工艺使用。工业装置的普遍

4、趋于大型化，为之配套的空分装置的规模也日趋大型化。在技术更新迅速、市场竞争激烈的今天，对于特大型的空分装置研制有着更多更加复杂的要求。根据用户企业的市场需求，“六万”等级空分设备的运行成本要尽量控制在一定范围内，这才有助于增强国内空分企业的竞争力以及帮助用户企业降低其生产成本提高市场竞争力。,三、杭氧大型空分装置国产化历程,成熟一代 储备一代 开发一代,2002年12月第一套国产 “三万”等级外压缩空分,2004年6月第一套国产 “五万”等级外压缩空分,2006年8月第一套国产 “五万”等级内压缩空分,2008年9月第一套国产 “六万”等级外压缩空分,2009年7月第一套国产 “六万”等级内压

5、缩空分,八万及以上等级空分,宝钢3万空分,北台5万空分,华鲁恒升4.8万空分,宝钢6万空分,大唐内蒙古多伦煤化工 有限责任公司5.8万空分,三、杭氧大型空分装置国产化历程,德国3.2万空分,双沸腾主冷凝蒸发器 四溢流筛板下塔 大直径规整填料塔,2004年，北台5万空分,上塔与主冷分离落地式总体布置 规整填料下塔,杭氧大型空分主要技术突破,2005年，包钢4万空分,2007年，华鲁恒升4.8万空分,8.5MPa高压板翅换热器成套,2002年，宝钢3万空分,2008年，宝钢6万空分,双层逆流卧式主冷凝蒸发器,2009年，大唐5.8万空分,Plus规整填料上塔 4.6直径四溢流筛板塔下塔,卧式主冷凝

6、蒸发器,三、杭氧大型空分装置国产化历程,杭氧20,000Nm3/h（氧）等级及以上空分设备统计,（注：ICP为流程）,30套 (ICP 17套),26套 (ICP 14套),15套 (ICP 14套),104套 (ICP 19套),15套 (ICP 11套),杭氧自1998年成功开发以全精馏制氩为核心技术的第六代空分设备以来，已生产销售了340多套大中型空分设备。其中，制氧容量大于 30,000Nm3/h 等级的空分设备86套。,四、成熟的六万等级空分技术,“六万”等级空分业绩表,四、成熟的六万等级空分技术,在物性数据方面软件,1.采用先进设计计算软件,适应空气介质的高精度的BENDER方程数

7、据软件 美国S-W公司数据软件 美国Hysis数据软件,四、成熟的六万等级空分技术,应用美国Hysis热力计算软件 杭氧自行开发热力计算软件 杭氧自行开发的精馏塔水力学计算软件 美国S-W公司板翅式换热器性能及结构计算程序 美国Aspen公司MUSE板翅式换热器性能及结构计算程序 美国STAAD/PRO结构分析和设计软件，对冷箱骨架进行地震载荷、风载荷、固定载荷计算 美国CAESAR II 软件进行低温管路应力分析 采用PDMS三维管道设计软件对冷箱内低温管道设计 ANSYS有限元分析计算软件 AFT ARROW阻力分析软件,1.采用先进设计计算软件,四、成熟的六万等级空分技术,美国HYSYS

8、热力计算软件,物性数据软件,1.采用先进设计计算软件,四、成熟的六万等级空分技术,美国STAAD/PRO结构分析和设计软件,CAESAR II管道应力分析软件,流场模拟分析软件,PDMS三维管道设计软件,1.采用先进设计计算软件,四、成熟的六万等级空分技术,ANSYS有限元分析计算软件,AFT ARROW阻力分析软件,1.采用先进设计计算软件,四、成熟的六万等级空分技术,拥有重型组装车间，跨度36m，总长204m，最大起重能力为两台100t行车，行车轨高16m，满足了10万等级空分大型容器和乙烯冷箱的组装要求。,四、成熟的六万等级空分技术,2.大型设备制造能力,装备实力,下料能力,大型数控等离

9、子火焰切割机,拥有大型等离子切割机（最大切割厚度120mm），大型数控等离子火焰切割机（60mm），大型剪板机（最大剪切范围8000mm25mm）, 大型刨边机(最大工作范围16m)，可以满足10万m3/h以上等级空分设备的下料需求。,大型剪板机,四、成熟的六万等级空分技术,2.大型设备制造能力,成形设备,熔焊和钎接设备,金属切割机床,拥有特大型封头旋压机（最大直径8000，壁厚50mm），大型卷板机（60mm），1200t水压机和各种板式换热器翅片专用冲床等。,新增了国内最大的真空钎接炉，最大钎接尺寸为1.3m(W)1.8m(H)8m(L)，最大耐压等级为10Mpa。,拥有从德国引进的大型数

10、控龙门镗、铣床，从瑞典、瑞士引进的五轴联动加工中心各一台，德国引进的多规格卧式加工中心等。,四、成熟的六万等级空分技术,2.大型设备制造能力,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。先进检测设备的配置，保证了杭氧特大型空分设备的生产从原料到工艺再到成品每个环节的可靠性。,叶轮、气体轴承超速试验台,原子吸收仪,直读光谱分析仪,四、成熟的六万等级空分技术,2.大型设备制造能力,3.综合能耗控制技术,NPV净现值 C电费，单位货币kWh T装置的年运转时间(h年) R年收益率(小数) P年通货膨胀率(小数) N可使用时间(年),综合一次性投资与运行成本平衡,四、成熟的六万等级空分

11、技术,能耗最低的流程组织形式 降低板翅式换热器的热端温差 合理降低主冷凝器液位 合理分配高低压板翅换热器各段之间的最小温差,3.综合能耗控制技术,四、成熟的六万等级空分技术,(1).精确优化的工艺流程技术,提高板翅式换热器的翅片性能，提高换热器效率 强化主冷凝蒸发器的换热效率，降低主冷温差 开发节能型蒸汽加热器,3.综合能耗控制技术,四、成熟的六万等级空分技术,(2).高效节能的单元设备,机组选型考虑高效可靠 流程组织方式与高效机组匹配,3.综合能耗控制技术,四、成熟的六万等级空分技术,(3).高效动设备选型技术,合理配置管道以及单元设备的布置降低管道和单元设备布置不合理带来的压力损失 适当降

12、低流体的流速来降低管道的阻力,3.综合能耗控制技术,四、成熟的六万等级空分技术,(4).过程的阻力控制技术,4、安全保障技术,采用进口整盘仪表管 对仪表管根部实行可靠保护 仪表管保护架采用不锈钢 对仪表管补偿走向做合理设计,1）可靠的仪表管保护体系,整盘仪表管,仪表管根部保护,四、成熟的六万等级空分技术,4、安全保障技术,管道沿塔体设计 管道支架固定在塔体上 管道塔体同步收缩 降低冷态下管道应力,2）管道沿塔体设计,塔体管道同步收缩设计 。,精确定位管道支吊架,空气进下塔运行后的变形模拟,四、成熟的六万等级空分技术,4、安全保障技术,较高液氧的循环倍率设计 全浸式操作方式 特殊液氧通道设计，液

13、氧 流动更通畅,3）主冷凝蒸发器安全设计,四、成熟的六万等级空分技术,4、安全保障技术,降低了冷箱高度，避免 因塔器过高带来的应力 过大问题，保证空分运 行可靠,4）上下塔分置平行设计,四、成熟的六万等级空分技术,管道流速控制在3m/s左右 过流部分选用monel材质 氧阀均设置在防火墙,5）高压氧阀的安全设置,4、安全保障技术,四、成熟的六万等级空分技术,6级高压离心液氧泵替代 20多级的离心泵安全性能 大大提高 高压氧气稳定性控制方案,6）高压液氧泵选型及控制,4、安全保障技术,四、成熟的六万等级空分技术,开发防冲床隔板装置 合理设计分子筛切换阀的 低压差切换,7）分子筛防冲床技术,4、安

14、全保障技术,四、成熟的六万等级空分技术,合理选型，合理布置 避免气蚀和闪蒸带来 的危害,8）高压节流阀门的选型布置,4、安全保障技术,四、成熟的六万等级空分技术,5. 专利及专有技术,四、成熟的六万等级空分技术,a. 六万等级空流程计算的计算软件包 b六万等级空分流程的优化设计软件包 c4.5米及以上特大型规整填料塔的性能及结构设计软件包 d. 4.6米及以上特大型四溢流筛板塔的性能及结构设计软件包,5. 专利及专有技术,四、成熟的六万等级空分技术,6.与国外技术水平比较,四、成熟的六万等级空分技术,6.与国外技术水平比较,四、成熟的六万等级空分技术,四、成熟的六万等级空分技术,7.通过鉴定,

15、杭氧已拥有成熟的六万等级空分技术， 得到了广大客户一致肯定， 2010年10月21日，国家能源局委托中国机械联合会 对杭氧六万空分进行鉴定，各位专家一致通过鉴定并 认为杭氧六万空分达到了国际先进水平。,2、八万空分研制的关键点,（以常见煤化工空分装置为例）,性能指标,五.“八万”等级空分装置的技术储备,流程技术通用 物性库一致 计算平台相同,八万 空分装置,二万六万 空分装置,原则：以可靠性为主、兼具先进性,二六万空分装置的流程均适用于八万等级空分装置,1.流程技术解决方案,五.“八万”等级空分装置的技术储备,对于不同的氧产品压力等级和不同氮产品及压力，杭氧已开发了二十多种不同流程，这些流程已

16、在300多套大型空分上成功应用,单泵内压缩膨胀进下塔增效塔流程、双泵内压缩膨胀空气进下塔增效塔流程已在7套“六万”等级煤化工型空分设备上成功应用 液氧自增压流程已在2套“六万”等级冶金型空分中成功应用,1.流程技术解决方案,上述流程稳定可靠，八万十万等级空分完全可以采用这些流程技术。,五.“八万”等级空分装置的技术储备,空压机、增压机及驱动汽轮机均采用进口产品（ MAN或SIEMENS）。“八万”等级空分装置的空气量在41300Nm3/h左右，原料空气压缩可以选择以下三种配置方式： MAN公司RIKT160机型。RIKT160机型的空气处理能力从430,000m3/h到660,000m3/h（

17、空压机吸入口状态），折合成标态就是从363,000Nm3/h到530,000Nm3/h。 SIEMENS公司140机型+1台小型压缩机。 MAN公司的轴流加离心式压缩机。,空气压缩机系统已有完整的配套方案,2.压缩机系统解决方案,五.“八万”等级空分装置的技术储备,2.压缩机系统解决方案,五.“八万”等级空分装置的技术储备,2.压缩机系统解决方案,增压机选用方案,流量：215000Nm3/h 进口压力：0.553Mpa(A) 出口压力：7.2MPa(A),五.“八万”等级空分装置的技术储备,“八万”等级空分装置压缩系统示意图,原料压缩机,增压机,汽轮机,2.压缩机系统解决方案,五.“八万”等级

18、空分装置的技术储备,原料空气过滤器采用国产设备 型式为自洁式，滤纸采用进口植物纤维 处理空气量800,000Nm3/h 过滤效率99.5% 立式安装，占地面积70m2,我国已有相关公司为国外空分公司的9.5万空分设备配套空气过滤器，设计制造没有任何问题。,3.空气过滤器解决方案,五.“八万”等级空分装置的技术储备,空冷系统中的空冷塔和水冷塔完成单体论证,4.预冷系统解决方案,空冷塔和水冷塔全部采用填料塔，筒体材质为Q345R。空气预冷系统的处理空气量正常为413,000 Nm3/h，此前杭氧设计制造的最大尺寸同类设备已配套于大唐多伦项目，最大处理空气量为397100Nm3/h。与“八万”等级空

19、分装置所配套的设备为同一等级。,五.“八万”等级空分装置的技术储备,空冷塔结构特点 上段：增强聚丙烯环，规格；65651.5 下段：增强聚丙烯环，规格：88881.5 不锈钢环， 规格：88441.2 采用苏尔寿扑雾器 采用不锈钢分布器,空冷塔比较,4.预冷系统解决方案,五.“八万”等级空分装置的技术储备,分子筛吸附器已完成单体论证,5.分子筛系统解决方案,分子筛吸附器采用卧式、双层床结构，筒体材质为Q345R。 空气预冷系统的处理空气量正常为413,000 Nm3/h，此前杭氧设计制造的最大尺寸同类设备已配套于大唐多伦项目，最大处理空气量为397100Nm3/h。与“八万”等级空分装置所配套

20、的设备为同一等级。,五.“八万”等级空分装置的技术储备,应用气流均布装置，提高气流均布性,卧式吸附器气流均布装置 ZL 200610154688.4,5.分子筛系统解决方案,五.“八万”等级空分装置的技术储备,5.分子筛系统解决方案,采用流场模拟分析技术，提高气流均布性,五.“八万”等级空分装置的技术储备,5.分子筛系统解决方案,五.“八万”等级空分装置的技术储备,杭氧与用户签定合同,填料供应商（苏尔寿）,确定填料塔直径 每段的填料的盘数 分布器的重量 塔的高度 填料类型,杭氧流程计算,塔的设计任务书 精馏计算书,杭氧技术确认,6.精馏塔解决方案,杭氧与苏尔寿填料供应商的合作模式,确定填料供应

21、方案,五.“八万”等级空分装置的技术储备,6.精馏塔解决方案,配置苏尔寿高效的PLUS新型规整填料，下塔采用低通量规整填料，上塔采用高通量规整填料。对于该等级的精馏塔填料，苏尔寿已具有一定的运行业绩，性能完全可靠。 采用苏尔寿的Plus填料后，上塔和下塔的直径可以小于4.8米,五.“八万”等级空分装置的技术储备,6.精馏塔解决方案,苏尔寿的填料方案,五.“八万”等级空分装置的技术储备,6.精馏塔解决方案,上下塔高度较高，采用该模式可以有效降低冷箱高度，降低冷态下的管道应力。 该模式在宝钢6万、日照6万、大唐多伦5.8万、神华6万空分得到成功应用，技术成熟。,五.“八万”等级空分装置的技术储备,

22、通过翅片的优化和通过改变传热机理，杭氧开发了高效的主换热器，低压翅片的单位表面传热面积从以前的最高15m2/m2到现在的20.28m2/m2，单位体积传热面积从以前的最高1417m2/m3到现在的1917m2/m3,7.板翅换热器解决方案,五.“八万”等级空分装置的技术储备,7.板翅换热器解决方案,低压主换热器：12台换热单元，单元尺寸：6,0001,3001,140mm ，杭氧设计制造，技术成熟，质量可靠。 高压主换热器：4台换热单元，单元尺寸： 9141,3505,750mm ，采用CHART或NORDON产品，技术成熟，质量可靠。,五.“八万”等级空分装置的技术储备,7.板翅换热器解决方

23、案,通过AFT ARROW阻力分析软件对不同换热器布置模式下系统阻力进行分析，可以找到合适的换热器的布置和走向方案。,五.“八万”等级空分装置的技术储备,8.主冷凝蒸发器解决方案,在“六万”空分主冷的基础上做轴向延伸，很容易实现“八万”等级空分的主冷制造。,五.“八万”等级空分装置的技术储备,“六万”等级空分和“八万”等级空分主冷凝蒸发器比较,8.主冷凝蒸发器解决方案,“六万”等级空分和“八万”等级空分主冷凝蒸发器规模非常接近。这种模式可以用于“十二万”等级空分。,五.“八万”等级空分装置的技术储备,8.主冷凝蒸发器解决方案,“八万”等级空分的主冷凝蒸发器将采用卧式双层结构，直径为4.2米，长

24、13.5米，不存在运输问题。目前运行的“六万”等级空分均采用卧式结构，从运行情况来看安全、可靠、节能。,五.“八万”等级空分装置的技术储备,杭氧已开发出新型的错流式过冷器 新型的错流式过冷器气体侧使用新型翅片，大大提高了换热效率 比传统过冷器轻5%，截面减小了16.5%，芯体无拼接，降低了气侧33%的流动阻力 制造周期短，冷箱内布置方便,9.过冷器的解决方案,五.“八万”等级空分装置的技术储备,9.过冷器的解决方案,“八万”等级空分仅采用两只错流式过冷器，污氮气、氮气分别与液氮、液空换热，氮气和污氮的热负荷完全均布热平衡更接近理想模式 错流式过冷器已在上海焦化3万、神华6万空分装置上应用成功,

25、五.“八万”等级空分装置的技术储备,采用新技术减少设备的外形尺寸 有色金属设备： 由于运输尺寸对容器直径的限制，设计思路考虑容器尺寸的横向扩大。 下塔、上塔和主冷凝蒸发器等有色金属设备采用新技术后，可以将尺寸控制在运输上限尺寸以内。 就近加工来解决部分设备的运输问题 黑色金属设备： 由于直径超过运输上限尺寸，其中空冷塔、水冷塔、分子筛系统等黑色金属设备需要就近加工，杭氧已有一套加工质量控制体系，保证制造质量。,10.大型单元设备到现场方案,五.“八万”等级空分装置的技术储备,“六万”与“八万”等级空分采用的主要技术比较,单体设备技术已有成功运行业绩， 八十万等级空分采用这些技术成熟可靠,五.“

26、八万”等级空分装置的技术储备,世界一流的制造基地,静态核心设备技术已验证,系统集成技术已成熟,15套6万空分业绩支撑,具备条件,结论,五.“八万”等级空分装置的技术储备,2、八万空分研制的关键点,六. 特大型空装置的发展方向,目前筛板下塔的阻力一般在1620KPa左右，如采用规整填料塔一般在45KPa，这样一般可以减少阻力1115KPa左右，相当于减少空压机背压1115KPa，据初步估算对2万等级空分设备每小时可节电75110KW，按每年8000小时运行时间和0.5元/KWh，每年可节约费3040万元，这样由于下塔从筛板塔改成规整填料塔而增加的成本45年就能收回。我们应开发效率更高和更适应在0

27、.40.5MPa压力等级下有效精馏的规整填料，降低规整填料下塔的高度。,1.规整填料下塔逐步得到应用,六. 特大型空装置的发展方向,膜式主冷由于没有液位，其温差极低，但膜式主冷的安全性目前还无法得到有效的解决。所以开发三层、四层甚至更多层的主冷凝蒸发器，使主冷蒸发侧液氧柱的高度降低，从而缩小主冷温差达到节能的目的，这是我们今后一个时期的研究方向。,2.开发三层、四层等多层浴式主冷凝蒸发器。,六. 特大型空装置的发展方向,在大型内压缩流程空分设备中，有一股出高压板翅式换热器冷端的高压液空，这股液空需要被送入下塔参与精馏。传统的做法是将这股高压液空通过一个节流阀，液空被节流到下塔压力后再进入塔内，现在用体液体膨胀机代替高压液空节流阀。用液体膨胀机代替传统的节流阀具有两大优势：1、利用液体膨胀机制冷和膨胀功发电达到节能目的。根据流程模拟和国外的相关报道，不同的流程形式采用液体膨胀机比采用传统的高压节流阀节能约2%3%。2、全液体膨胀机在膨胀过程中，膨胀后液体焓值会降低，采用液体膨胀机膨胀与高压液体节流相比，膨