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化工装备技术发展趋势

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先进的石化生产工艺过程要靠先进的石化装备来实现。因此,石化生产技术开发要与装备技术开发并重。本文对几种典型的石化专用和通用设备的技术现状及趋势进行了介绍。我国化工装备经过20多年的努力,取得重大技术研制成果。其中的催化裂化、加氢精制、聚乙烯等主要生产装置所需的关键装备,已达到了国际先进水平。减少了我国对化工装备进口的依赖度,降低了建设投资和生产成本,对促进石化工业发展起到重要的作用,同国外相比,我国化工装备还有不少差距,主要是化工生产技术进步与设备技术开发脱节,重大设备的软件技术开发差距较大:设备技术开发跟不上工艺技术发展的速度,重工艺、轻设备的现象存在;基本上停留在模仿开发的地步,开发具有自主知识产权的专有技术的能力弱;设备开发还不能做到专业化、系列化;设备设计和制造水平、设备质量和可靠性还有待进一步提高。随着化工工艺的进步和发展,对化工装备提出了更高要求。必须加大装备的开发力度,掌握装备的核心技术,形成一批具有自主知识产权的装备,做到性能先进、质量可靠、高效节能、经济安全,满足化学工业的发展需求。

一.石化专用设备

石化专用设备主要包括反应设备、塔器、换热设备、工业炉、储运设备和专用机械等。

反应设备

反应器:是进行化学反应过程的“心脏”设备。其发展趋势各不相同,国际上向着由经验放大走向数学模拟放大,实现大型化、高效化、结构简单化、操作自动化,研究方法趋向综合化方向发展。

催化裂化反应器:国内的制造技术基本上达到了国际先进水平,广泛应用于各个炼油厂。

加氢反应器:国外著名的制造商有日本制钢所和神户制钢所等。国内正在为煤化工研制的锻焊加氢反应器外径5500mm,壁厚340mm,重量2040吨,是世界上最重的加氢反应器,其差距是我国创新能力差。

连续重整四重叠反应器:美国UOP专利技术使得该反应器具有反应效率高、节省能源、占地面积小、节省投资等优点。国内已经掌握了其设计制造技术,内件安装指标完全达到UOP技术提出的要求。

大化肥氨合成塔:国际上具有代表性的有凯洛格卧式合成塔、托普索立式合成塔、伍德立式合成塔以及布朗三台绝热式轴向合成塔。国内在消化吸收的基础上,在20万吨/年合成氨装置建设中首次设计制造采用单层锻造、直径为2.4米的厚壁外筒和双锥密封的氨合成塔,还没完全掌握其设计软件,也没有设计制造30万吨/年氨合成塔的经验。

聚丙烯环管反应器:著名制造商为海蒙特公司,反应器的设计技术及软件逐渐成熟。20万吨/年聚丙烯环管反应器在国内已研制成功,并在上海石化得到推广应用。已掌握了环管反应器结构设计,建立了组合应力计算数学模型,解决了环管反应器工程放大技术问题,技术水平与国外相当。

高压聚乙烯装置超高压管式反应器:国外掌握技术的有日本、德国、美国和荷兰等公司:国内通过消化吸收研制成功了3万吨/年和20万吨/年超高压管式反应器和冷却器。与国外相比,表现在工艺软件开发和设计技术存在较大差距。国内只有采用深孔钻的方法,材料利用率低。此外,尚无专用标准以及订货技术条件。

大型聚合釜:国外带搅拌器反应釜技术比较成熟,可以根据不同物料和参数系列开发各种搅拌器结构形式。国内研制成功的最大聚合釜为7万吨/年高密度聚乙烯装置90m3聚合釜。10万吨/年聚酯反应器,已建立了酯化和缩聚各个过程的反应速率模型和过程模型。提出了工艺技术软件以及各反应器结构、传热要求,为仪征化纤研制的酯化反应器和缩聚反应器,已投入生产。与国外差距主要是搅拌器种类少、选型能力弱。

换热设备

换热器是石化生产中重要的设备,几乎所有的工艺过程都有加热、冷却或冷凝过程,因此也是重要的节能设备。随着工业装置的大型化及高效化,国外换热器也趋于大型化,并向低温差、低压力损失方向发展。

钣翅式换热器(冷箱):冷箱主要应用于乙烯裂解、空气分离、天然气液化中,关键技术是设计技术和制造技术,美国s-W公司和德国林德公司等技术比较先进成熟。杭州制氧机厂引进美国的关键加工设备-大型真空钎焊炉,使冷箱的设计水平、制造能力趋近和达到了国际先进水平,在燕山、扬子、上海等乙烯改造中得到应用。国外已有9.0 MPa冷箱产品,国内尚不掌握高压冷箱的设计和制造技术。在分凝分馏技术方面差距较大。

板壳式换热器:仅有法国Packinox公司一家可以生产用于催化重整与加氢装置,最大换热面积达8000m2。国内开发的的最大传热面积为3000m2,主要差距是研制的单片面积相同,但换热面积较小。

废热锅炉:它是重要的节能设备,常用在乙烯裂解和合成氨装置中德国Borsig公司、美国Kellogg公司技术比较先进。国内重点进行了浮头式废热锅炉综合技术开发,同时还开展了其他形式转化气关键技术的试验研究,开发出了整体设计、薄管板应力有限元计算及分析、火管废热锅炉内循环数值计算及分析等大型程序,研制的第一台浮头式废热锅炉用于四川化工总厂20万吨/年合成氨装置,但尚未制造过30万吨/年转化气废热锅炉。

工业炉

根据石化生产中用途不同可分为加热炉、裂解炉、转化炉等。

乙烯裂解炉:拥有该技术的公司主要有ABB、KBR、S&W、KTI和Linde等,工艺技术向着高温、短停留时间和低烃分压的方向发展,以进一步提高选择性、降低投资等。从总体水平来看,我国裂解技术仍与世界水平有较大的差距,主要表现在装置规模小,原料消耗、能耗、生产成本高,装置运行周期短,控制水平低,技术重复引进,开发、创新步伐缓慢。

(源自:中国机电企业网)

转化炉和汽化炉:国外开发大型工业化装置的主要有关国凯洛格公司、英国帝国化学工程公司、丹麦托普索公司等。国内设计制造的20万吨/年以天然气为原料制合成氨装置中的转化炉,其中高温炉管、对流段高频焊翅片管首次由国内研制成功,但至今没有一套国产的30万吨/年转化炉用于工业装置。汽化炉国内还不能自行设计,水煤浆喷嘴多数依赖进口。

塔器

塔器在石化工艺过程中的作用主要是分馏、吸收、汽提、萃取、洗涤、回收、再生、脱水及气体净化和冷却等。常用的有板式塔和填料塔,国外塔器主要是在塔盘和填料技术上不断改进。我国近20年开发了许多性能优良的板式塔和填料塔,已在石化、炼油装置中得到了广泛应用,性能处于国际先进水平。其中具有代表性的主要有适宜于处理高液体通量的DT塔盘、适宜于处理高气体通量的旋流塔盘、具有高操作弹性及高效率的立体传质塔盘以及筛板一填料复合塔等。为洛阳和大庆500万吨/年的润滑油型炼油厂分别配置的大型板式塔型和大型填料塔型的减压塔直径达~p8400mm,由国内研制的‘p10000mm大型精馏塔即将投入使用。

专用机械

石化生产常用的专用机械主要包括过滤机、离心机、烟气轮机、干燥机和挤压造粒机等。

过滤机:主要用于炼油厂进行油蜡分离的酮苯脱蜡转鼓真空过滤机和PTA装置真空转鼓过滤机。目前,转鼓真空过滤机国外正朝着大规格、高速率、高精度、全自动方向发展。国内是从意大利EIMCO公司引进的设计、制造技术,经消化吸收和改进,形成了一整套加工、组对、焊接工艺决窍。相比之下,主要差距是对市场发展、产品需求认识不够,创新能力低,对引进技术精髓消化较差。

离心机:主要有立式和卧式螺旋卸料沉降式离心机。国外离心机技术发展较快,而且实现了专业化和系列化。国内研制的El、式LWFl000一N型和LWFl050一N型离心机已分别用于7~10万吨/年高密度聚乙烯装置的悬浮液的分离,研制的LWl200x1980型离心机用于22.5万吨/年PTA浆液的脱水,离心机转鼓直径达到φ1200mm。但立式离心机还处于初步模仿阶段。与国外相比主要差距是在设计技术、产品大型化和系列化上。

烟气轮机:是催化裂化装置中重要的能量回收设备,德国GHH公司技术比较成熟。国内开发的YL33000A和YL35000A烟气轮机,已应用于300~350万吨/年重油催化裂化装置,标志着达到国际先进水平,

干燥机:日本三井造船、月岛机械及德国FAUVET?GIREL的制造直径达φ4000mm以上。20万吨/年HDPE蒸汽管回转干燥机及40万吨/年TA装置蒸汽管回转干燥机已实现了国产化。差距主要表现在设备大型化方面,在即将建设的40万吨/年~50万吨/年聚乙烯和聚丙烯装置以及60万吨/年聚酯装置的大型干燥机,国内有待开发。

挤压造粒机:该设备可以把聚合物经过混炼、挤压、造粒等过程制造出聚烯烃粒料,以方便运输。国外只有德国WP公司、日本制钢所等为数不多的公司拥有设计、制造大型混炼造粒机组成套技术的能力,其主流向着双螺杆混炼造粒机组方向发展。我国开发速度较落后,目前开发研制的多为中小机型,ABS万吨级混炼挤出机经生产运行考核,主要技术指标已达到设计要求。目前大中型聚烯烃的生产装置挤压造粒机全部依靠进口。

二.石化通用设备

石化通用设备主要包括气体压缩机、石化用泵和阀门等。

气体压缩机:气体压缩机是产生压力能和输送气体的关键设备,有透平式压缩机和往复式压缩机:主要有日本、美国、德国、意大利、瑞士等国家的设计和制造技术比较先进。长期以来国内自主开发或者引进后攻克了不少难关,有了重大突破。其中水平剖分式离心压缩机和轴流式压缩机接近国际同类产品的先进水平。

离心式压缩机:国际上的发展方向是容量增大,开发高压、小流量、低噪音、高效率压缩机产品。国内生产企业达十多家,特别是沈阳鼓风机厂、上海鼓风机厂、陕西鼓风机厂等。国内离心压缩机高技术、高参数、高质量和特殊产品还不能满足需要,50%左右还要靠国外进口。另外在技术水平、质量、成套性上和国外还有差距,在设计制造大型气体压缩机上还没有成熟的经验。

往复式压缩机:普遍采用撬装无基础、全罩低噪音设计,大大节约安装、基础和调试费用。国内的生产厂家有20多家,已形成L、D、DZ、H、M型等数十个压缩机系列、数百种产品,但大型往复压缩机还不能满足需要。

工业泵

国际上石化用泵制造厂主要有瑞士苏尔寿公司、德国KSB公司、美国高斯公司等。石化用泵的生产技术比较成熟,规格品种多,标准化程度高,发展方向主要是大型化、高速化,机电一体化及泵产品成套化。特别是高温泵、低温和超低温泵、高速泵、精密计量泵、耐腐蚀泵、输送粘稠介质和带固体颗粒介质泵、屏蔽泵技术发展很快。国内生产制造厂家100多个,形成了100多个系列、2000多个品种泵类产品制造技术和生产装备,满足了石化生产的需要。与国外比较,国内石化用泵在设计理论、设计方法上比较落后,产品开发多采用仿制和类比的方法,缺乏理论根据和实验研究数据;加工装备和工艺水平比较落后,加工精度低,生产效率低;产品系列化和通用化程度不高,规格品种少;泵效率、质量和可靠性、密封性能、耐腐蚀性能等方面同国外相比还有较大差距,因此石化用泵还有较多进口。
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