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化工裝備技術發展趨勢

科學的石化生產工藝過程要靠科學的石化裝備來實現。因此，石化生產技術開發要與裝備技術開發并重。本文對幾種典型的石化專用和通用設備的技術現狀及趨勢進行了介紹。我國化工裝備經過20多年的努力，取得重大技術研制成果。其中的催化裂化、加氫精制、聚乙烯等主要生產裝置所需的關鍵裝備，已達到了國際科學水平。減少了我國對化工裝備進口的依賴度，降低了建設投資和生產成本，對促進石化工業發展起到重要的作用,同國外相比，我國化工裝備還有不少差距，主要是化工生產技術進步與設備技術開發脫節，重大設備的軟件技術開發差距較大：設備技術開發跟不上工藝技術發展的速度，重工藝、輕設備的現象存在；基本上停留在模仿開發的地步，開發具有知識產權的專有技術的能力弱；設備開發還不能做到專業化、系列化；設備設計和制造水平、設備質量和可靠性還有待進一步提高。隨著化工工藝的進步和發展，對化工裝備提出了高要求。必須加大裝備的開發力度，掌握裝備的核心技術，形成一批具有知識產權的裝備，做到性能科學、質量可靠、高效節能、經濟安全，滿足化學工業的發展需求。
一．石化專用設備石化專用設備主要包括反應設備、塔器、換熱設備、工業爐、儲運設備和專用機械等。反應設備反應器：是進行化學反應過程的“心臟”設備。其發展趨勢各不相同，國際上向著由經驗放大走向數學模擬放大，實現大型化、高效化、結構簡單化、操作自動化，研究方法趨向綜合化方向發展。催化裂化反應器：國內的制造技術基本上達到了國際科學水平，廣泛應用于各個煉油廠。加氫反應器：國外著名的制造商有日本制鋼所和神戶制鋼所等。國內正在為煤化工研制的鍛焊加氫反應器外5500mm，壁厚340mm，重量2040噸，是世界上重的加氫反應器，其差距是我國創新能力差。連續重整四重疊反應器：美國UOP技術使得該反應器具有反應效率高、節省能源、占地面積小、節省投資等優點。國內已經掌握了其設計制造技術，內件安裝指標完全達到UOP技術提出的要求。大化肥氨合成塔：國際上具有代表性的有凱洛格臥式合成塔、托普索立式合成塔、伍德立式合成塔以及布朗三臺絕熱式軸向合成塔。國內在消化吸收的基礎上，在20萬噸／年合成氨裝置建設中首次設計制造采用單層鍛造、直徑為2．4米的厚壁外筒和雙錐密封的氨合成塔，還沒完全掌握其設計軟件，也沒有設計制造30萬噸／年氨合成塔的經驗。聚丙烯環管反應器：著名制造商為海蒙特公司，反應器的設計技術及軟件逐漸成熟。20萬噸／年聚丙烯環管反應器在國內已研制成功，并在上海石化得到推廣應用。已掌握了環管反應器結構設計，建立了組合應力計算數學模型，解決了環管反應器工程放大技術問題，技術水平與國外相當。高壓聚乙烯裝置超高壓管式反應器：國外掌握技術的有日本、德國、美國和荷蘭等公司：國內通過消化吸收研制成功了3萬噸／年和20萬噸／年超高壓管式反應器和冷卻器。與國外相比，表現在工藝軟件開發和設計技術存在較大差距。國內只有采用深孔鉆的方法，材料利用率低。此外，尚無專用標準以及訂貨技術條件。大型聚合釜：國外帶攪拌器反應釜技術比較成熟，可以根據不同物料和參數系列開發各種攪拌器結構形式。國內研制成功的大聚合釜為7萬噸／年高密度聚乙烯裝置90m3聚合釜。10萬噸／年聚酯反應器，已建立了酯化和縮聚各個過程的反應速率模型和過程模型。提出了工藝技術軟件以及各反應器結構、傳熱要求，為儀征化纖研制的酯化反應器和縮聚反應器，已投入生產。與國外差距主要是攪拌器種類少、選型能力弱。換熱設備換熱器是石化生產中重要的設備，幾乎所有的工藝過程都有加熱、冷卻或冷凝過程，因此也是重要的節能設備。隨著工業裝置的大型化及高效化，國外換熱器也趨于大型化，并向低溫差、低壓力損失方向發展。鈑翅式換熱器(冷箱)：冷箱主要應用于乙烯裂解、空氣分離、天然氣液化中，關鍵技術是設計技術和制造技術，美國s－W公司和德國林德公司等技術比較科學成熟。杭州制氧機廠引進美國的關鍵加工設備-大型真空釬焊爐，使冷箱的設計水平、制造能力趨近和達到了國際科學水平，在燕山、揚子、上海等乙烯改造中得到應用。國外已有9.0 MPa冷箱產品，國內尚不掌握高壓冷箱的設計和制造技術。在分凝分餾技術方面差距較大。板殼式換熱器：僅有法國Packinox公司一家可以生產用于催化重整與加氫裝置，大換熱面積達8000m2。國內開發的的大傳熱面積為3000m2，主要差距是研制的單片面積相同，但換熱面積較小。廢熱鍋爐：它是重要的節能設備，常用在乙烯裂解和合成氨裝置中德國Borsig公司、美國Kellogg公司技術比較科學。國內重點進行了浮頭式廢熱鍋爐綜合技術開發，同時還開展了其他形式轉化氣關鍵技術的試驗研究，開發出了整體設計、薄管板應力有限元計算及分析、火管廢熱鍋爐內循環數值計算及分析等大型程序，研制的臺浮頭式廢熱鍋爐用于四川化工總廠20萬噸／年合成氨裝置，但尚未制造過30萬噸／年轉化氣廢熱鍋爐。工業爐根據石化生產中用途不同可分為加熱爐、裂解爐、轉化爐等。乙烯裂解爐：擁有該技術的公司主要有ABB、KBR、S&W、KTI和Linde等，工藝技術向著高溫、短停留時間和低烴分壓的方向發展，以進一步提高選擇性、降低投資等。從總體水平來看，我國裂解技術仍與世界水平有較大的差距，主要表現在裝置規模小，原料消耗、能耗、生產成本高，裝置運行周期短，控制水平低，技術重復引進，開發、創新步伐緩慢。(源自：中國機電企業網) 轉化爐和汽化爐：國外開發大型工業化裝置的主要有關國凱洛格公司、英國帝國化學工程公司、丹麥托普索公司等。國內設計制造的20萬噸／年以天然氣為原料制合成氨裝置中的轉化爐，其中高溫爐管、對流段高頻焊翅片管首次由國內研制成功，但至今沒有一套國產的30萬噸／年轉化爐用于工業裝置。汽化爐國內還不能自行設計，水煤漿噴嘴多數依賴進口。塔器塔器在石化工藝過程中的作用主要是分餾、吸收、汽提、萃取、洗滌、回收、再生、脫水及氣體凈化和冷卻等。常用的有板式塔和填料塔，國外塔器主要是在塔盤和填料技術上不斷改進。我國近20年開發了許多性能好的板式塔和填料塔，已在石化、煉油裝置中得到了廣泛應用，性能處于國際科學水平。其中具有代表性的主要有適宜于處理高液體通量的DT塔盤、適宜于處理高氣體通量的旋流塔盤、具有高操作彈性及高效率的立體傳質塔盤以及篩板一填料復合塔等。為洛陽和大慶500萬噸／年的潤滑油型煉油廠分別配置的大型板式塔型和大型填料塔型的減壓塔直徑達~p8400mm，由國內研制的‘p10000mm大型精餾塔即將投入使用。專用機械石化生產常用的專用機械主要包括過濾機、離心機、煙氣輪機、干燥機和擠壓造粒機等。過濾機：主要用于煉油廠進行油蠟分離的酮苯脫蠟轉鼓真空過濾機和PTA裝置真空轉鼓過濾機。目前，轉鼓真空過濾機國外正朝著大規格、高速率、高精度、全自動方向發展。國內是從意大利EIMCO公司引進的設計、制造技術，經消化吸收和改進，形成了一整套加工、組對、焊接工藝決竅。相比之下，主要差距是對市場發展、產品需求認識不夠，創新能力低，對引進技術精髓消化較差。離心機：主要有立式和臥式螺旋卸料沉降式離心機。國外離心機技術發展較快，而且實現了專業化和系列化。國內研制的El、式LWFl000一N型和LWFl050一N型離心機已分別用于7～10萬噸／年高密度聚乙烯裝置的懸浮液的分離，研制的LWl200x1980型離心機用于22．5萬噸／年PTA漿液的脫水，離心機轉鼓直徑達到φ1200mm。但立式離心機還處于初步模仿階段。與國外相比主要差距是在設計技術、產品大型化和系列化上。煙氣輪機：是催化裂化裝置中重要的能量回收設備，德國GHH公司技術比較成熟。國內開發的YL33000A和YL35000A煙氣輪機，已應用于300～350萬噸／年重油催化裂化裝置，標志著達到國際科學水平，干燥機：日本三井造船、月島機械及德國FAUVET?GIREL的制造直徑達φ4000mm以上。20萬噸／年HDPE蒸汽管回轉干燥機及40萬噸／年TA裝置蒸汽管回轉干燥機已實現了國產化。差距主要表現在設備大型化方面，在即將建設的40萬噸／年～50萬噸／年聚乙烯和聚丙烯裝置以及60萬噸／年聚酯裝置的大型干燥機，國內有待開發。擠壓造粒機：該設備可以把聚合物經過混煉、擠壓、造粒等過程制造出聚烯烴粒料，以方便運輸。國外只有德國WP公司、日本制鋼所等為數不多的公司擁有設計、制造大型混煉造粒機組成套技術的能力，其主流向著雙螺桿混煉造粒機組方向發展。我國開發速度較落后，目前開發研制的多為中小機型，ABS萬噸級混煉擠出機經生產運行考核，主要技術指標已達到設計要求。目前大中型聚烯烴的生產裝置擠壓造粒機全部依靠進口。
二．石化通用設備石化通用設備主要包括氣體壓縮機、石化用泵和閥門等。氣體壓縮機：氣體壓縮機是產生壓力能和輸送氣體的關鍵設備，有透平式壓縮機和往復式壓縮機：主要有日本、美國、德國、意大利、瑞士等國家的設計和制造技術比較科學。長期以來國內開發或者引進后攻克了不少難關，有了重大突破。其中水平剖分式離心壓縮機和軸流式壓縮機接近國際同類產品的科學水平。離心式壓縮機：國際上的發展方向是容量增大，開發高壓、小流量、低噪音、高效率壓縮機產品。國內生產企業達十多家，特別是沈陽鼓風機廠、上海鼓風機廠、陜西鼓風機廠等。國內離心壓縮機高技術、高參數、高質量和特殊產品還不能滿足需要，50％左右還要靠國外進口。另外在技術水平、質量、成套性上和國外還有差距，在設計制造大型氣體壓縮機上還沒有成熟的經驗。往復式壓縮機：普遍采用撬裝無基礎、全罩低噪音設計，大大節約安裝、基礎和調試費用。國內的生產廠家有20多家，已形成L、D、DZ、H、M型等數十個壓縮機系列、數百種產品，但大型往復壓縮機還不能滿足需要。工業泵國際上石化用泵制造廠主要有瑞士蘇爾壽公司、德國KSB公司、美國高斯公司等。石化用泵的生產技術比較成熟，規格品種多，標準化程度高，發展方向主要是大型化、高速化，機電一體化及泵產品成套化。特別是高溫泵、低溫和超低溫泵、高速泵、精密計量泵、耐腐蝕泵、輸送粘稠介質和帶固體顆粒介質泵、屏蔽泵技術發展很快。國內生產制造廠家100多個，形成了100多個系列、2000多個品種泵類產品制造技術和生產裝備，滿足了石化生產的需要。與國外比較，國內石化用泵在設計理論、設計方法上比較落后，產品開發多采用仿制和類比的方法，缺乏理論根據和實驗研究數據；加工裝備和工藝水平比較落后，加工精度低，生產效率低；產品系列化和通用化程度不高，規格品種少；泵效率、質量和可靠性、密封性能、耐腐蝕性能等方面同國外相比還有較大差距，因此石化用泵還有較多進口。

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