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十年磨一剑 来看"大国重器"背后的杭氧故事

2018-05-30 08:35  来源:浙江在线 见习记者 王世琪 通讯员 蒋宇晓 邵永标

  宁夏银川灵武,在这片戈壁荒原上,矗立着两个“全球之最”——

  一个是全球单套规模最大的煤炭间接液化装置——神华宁煤400万吨/年煤炭间接液化(俗称“煤制油”)项目,每天将数万吨的煤炭气化、合成再液化,变成万余吨煤基液体燃料,包括最优质的航空燃油。

  另一个是为这个“煤制油”项目提供生产所需氧气的12套十万等级空分设备。这12套十万等级空分设备是当今全球最大的空分集群,每小时可产生120多万立方米的氧气,足以充满1.4个“北京水立方”。

  12套空分设备中的6套来自中国自主品牌,由杭州杭氧股份有限公司自主研发制造。这6套设备的问世打破了国外企业对十万等级空分设备的垄断,为我国重大装备国产化树起了又一座新的里程碑。

  从2008年开始预研到2017年通过竣工验收,十万等级空分设备凝聚了杭氧人十年来的不懈努力,凝聚了几代杭氧人几十年的奋斗。如今风光无限的背后,有着鲜为人知的故事。

  同台竞技

  “门票”来之不易

  空分设备是冶金、煤化工等行业的重要装置,为生产提供充足的氧气、氮气等工业用气,被称为“现代工业之肺”。

  中国能源结构富煤少油,石油资源短缺一直是困扰我国经济社会发展的重大问题,煤制油这一煤炭清洁利用路径已成为我国能源战略的重要一环。

  早在2004年,国家发改委就批复神华宁煤集团建设煤炭间接液化示范项目,希望通过煤制油缓解我国石油资源紧缺问题。

  随着国内煤制油自主关键技术取得突破,神华宁煤400万吨/年煤炭间接液化项目提上日程,所需的十万等级空分设备也开始向全球招标。

  此时的全球十万等级空分市场刚刚拉开序幕,即使欧洲两大空分巨头德国林德集团和法国液化空气集团也仅有少数业绩,而在中国的运行业绩为“零”。面对中国这个巨大的十万等级空分潜在市场,国际空分巨头们谁都想抢先一步。

  “中国的空分设备制造一直在追赶国际最先进水平,但国外公司总是用等级门槛压我们一头。我们能做三万等级,他们就做六万等级;我们能做六万等级,他们就做八万等级……一直以来我们因为没有业绩,不能和他们同台竞技。但神华宁煤十万等级项目给了重大装备国产化一个难得的机遇。这个机遇如果错过了,我们的追赶目标将更加遥不可及。”回顾历史,杭氧股份公司董事长蒋明感慨良多。

  对神华宁煤来说,使用国外巨头的设备更保险——万一不成功,也只能说明当今世界空分设备的发展水平尚不足以支撑规模如此庞大的项目。2012年5月,神华宁煤来杭氧进行招标前的最后一次调研。讨论现场,神华宁煤出于支持国产装备的考虑,提出从12套设备中拿出2套给杭氧试试。对神华宁煤来说,这是最稳妥的方案,即使不成功,也不至于影响整个项目的运行。

  但是,杭氧志不在此。

  “要做就和国外企业一样做6套,杭氧要跟他们比一比。”杭氧股份公司总经理毛绍融态度鲜明,“这不仅是杭氧的机遇,更是中国空分制造业的机会。成了,特大型空分设备制造领域便有了中国制造的一席之地。”

  2008年9月25日,为宝钢配套的第一套六万等级空分设备出氧,杭氧迈出特大型空分设备制造的第一步。但瓶颈随之而来,2009年到2011年,杭氧一直徘徊在六万等级。与此同时,神华宁煤项目进入调研论证阶段,时间不等人。

  空分领域的市场竞争,既有业绩至关重要。杭氧的六万等级虽然已是国内空分制造业的最高水平,但放眼全球,国外企业制造的八万等级、十万等级已投入运行。

  2012年1月,杭氧投资的广西杭氧气体公司准备上马六万等级空分设备,此时距离神化宁煤招标仅剩一年时间。这一项目计划报上来,杭氧管理层反复研究,开会讨论,最终做出了一个今天看来至关重要的决策:该项目直接上已完成技术储备的八万等级空分。

  短短一年,八万等级设备成功出氧,杭氧在规模上有了与国际公司同台竞标的资本。

  就在杭氧人夜以继日为十万等级空分设备进行技术攻关的同时,国家能源局正为中国企业争取参与竞标的机会。2010年至2011年两年里,国家能源局多次组织项目单位与制造企业国产化方案的认证审查。中国机械工业联合会牵头组织多次技术论证,提出了可行的实施方案。

  “中国企业从未造过十万等级空分设备,选择国外设备可以理解。但经过调研认证,十万等级空分设备国产化具有可行性,希望神华宁煤能给中国企业一个平等的机会参与这次招标。”原国家能源局科技装备司副司长黄鹂说。

  2012年,杭氧制定了32套流程方案,从技术论证到沙盘推演,研究团队夜以继日进行论证。

  戈壁天气恶劣,为确保项目安全,神华宁煤请来国际第三方咨询公司做煤化工项目的整体布置方案。杭氧空分设计研究院院长韩一松发现这个方案有缺陷:“没有考虑到未来环境变化对设备的影响,解决不好设备无法运行。这是国家的大项目,不能有一点纰漏。”

  2012年,北京论证会上,韩一松带着研究出来的未来污染物对设备的影响分析报告对国外咨询公司的方案提出质疑,引起神华宁煤高度重视。“最终,国外咨询公司的前期方案被推翻,在报告的影响下,新方案最大程度地避免了因设计缺陷带来的后期运行问题,在国际上这种方法都是首次。”韩一松自豪地说。

  2013年4月26日,杭氧与神华宁煤在杭州隆重举行了6套十万等级空分设备设计、供货和服务合同的签约仪式,项目领导组组长由蒋明担纲。

  核心技术

  只能自己拼搏

  2018年3月1日,杭氧的十万等级空分装置在央视纪录片《大国重器》第二季第4集中亮相,当戈壁滩上6套打着杭氧蓝色标识的空分设备出现在屏幕上时,杭氧人热血沸腾。

  自1950年建厂以来,杭氧就一直是空分设备设计制造的国家队。走进杭氧临安制造基地的办公楼,朱德的题词赫然在目:“奋发图强,自力更生,艰苦奋斗,勤俭建国。”60多年来,不负国家重托,杭氧一次次填补了中国空分设备行业的空白。

  上世纪八九十年代,杭氧的技术与国外公司的差距是用代差来衡量的。1994年,当时还是公司战略发展部部长的蒋明,和研发人员应邀去欧洲同行考察。从实验室到车间,一圈看下来,蒋明不由感叹,和人家的技术差距实在太大了!

  但当时,杭氧出于现实生存的考虑,不得不决定把研发方向聚焦于实用性设备改良技术,撤掉了从事基础性研究的试验中心,让研究所和技术开发处合并。“今后有能力的时候,我们一定要加强基础性研究,恢复试验中心,重建研究所。”蒋明告诉记者,杭氧的创新精神深藏在骨子里,可以慢、甚至可以暂停,但绝不会放弃。

  时任杭氧股份总工程师的朱朔元,同蒋明一样,那份不甘一直埋在心里,直到2008年接到攻关特大型空分设备任务的那一刻。“必须攻克特大型空分设备,为国争光。”朱朔元立了“军令状”。

  核心技术、关键技术,化缘是化不来的,要靠自己拼搏。此时的杭氧,已经完成改制上市,有了融资支持,重拾基础研究也有了底气。2005年起,杭氧投入大量人力、物力、财力,完善研发机构、重建制氧机研究所、设立试验中心。

  如今,在杭氧临安制造基地,实验室无处不在,在生产车间内部都能看到封闭的实验室,各种材料设备在里面进行应力实验和性能检测。杭氧股份公司副总经理赵大为说:“车间里生产出的产品能够随时进入实验室进行实验,并将实验数据共享给前端的基础研究实验室,为设计性能更高的产品提供支持。”

  与此同时,杭氧为了解决新技术的应用测试问题,为自己培养了一块“试验田”——气体公司。在这些气体公司的空分设备上应用检验杭氧最新的研究成果,为更先进的空分设备升级积累技术和经验。

  基础研究实验中心、车间测试平台,气体公司应用试验平台——完善的三层次实验体系成为研发人员克难攻坚的有力保障。

  一个个问题在试验中心前端得以解决,一台台性能更优异的设备走出车间……杭氧厚积薄发,各种新技术、新产品相继问世。

  2013年,年近60岁的朱朔元接过十万等级空分设备项目现场总指挥的指挥棒。这是他退休前的最后一战,他想赢得漂亮,也必须赢得漂亮:“等设备出氧,为我的职业生涯划上一个圆满的‘句号’,我就放心退休了。”

  此时的杭氧空分设计研究院汇集了一批精兵强将——周智勇、卢杰、韩一松、毛央平、郑达海,每个人都是国内空分领域的技术“大咖”。大家反复演算,对流程方案锱铢必较,精益求精。

  2015年4月,铝制高压板翅式换热器研制成功,达到国际先进水平,成为关键部机国产化示范的应用典范,不但为未来特大型空分设备实现100%国产化奠定了基础,还能在其他相关领域应用,大大提升了我国重大能源装备的附加值水平。

  在宁夏的制造现场,条件异常艰苦,杭氧生产制造现场对面便是国外公司的场地,所有人都憋着一股劲,“我们一定要做得比他们好!”

  因为很多设备尺寸超大,只能现场制造。恶劣的环境给现场制造带来巨大困难。为了适应空分设备里接近零下两百度的低温,材料多选用铝合金,但铝合金对焊接环境的要求极苛刻,项目现场巨大的昼夜温差和突如其来的大风都会造成不利影响。“我们只能趁天气好的时候加班加点,而且还要打造精品,让现场制造也达到和工厂制造一样的标准。”赵大为说。

  杭氧现场制造团队入场比国外公司晚了半年,但离场只晚了3个月。“我们昼夜兼程,抢下了三个月工期,为后面的调试争取了时间。”赵大为说。

  为保证设备安装无误,需要进入管道进行仔细检查,周将龙和周文正是团队里身材最瘦小的,此时身材成了优势,“我们在管道里爬上爬下比其他人方便得多。虽然高温环境下,每次检查完管道都像从水里捞上来一样,但我们都清楚,这次不仅仅是为杭氧做装备,更是为国家做。”

  领先世界

  创新永不止步

  当杭氧的6套设备与国外公司的6套设备相向而立、同台竞赛呼之欲出时,用户提出了异议:为什么杭氧的分子筛吸附器和国外的结构不同,为什么杭氧的流程和国外的不同,为什么杭氧的选型、工艺参数和国外的不同……是不是国外的更加先进?杭氧是否需要修改?

  杭氧总工程师周智勇态度很坚定:“技术本身和制造绝对没有问题。创新不能亦步亦趋,跟在别人身后永远成不了世界一流。我对我们的技术有绝对的信心,我们不做修改。”

  最终,杭氧坚持了既定的技术方案和目标。事后,这一决定也被证明是正确的。

  2017年3月15日,杭氧第一套十万等级空分成功出氧。实时数据显示,氧纯度达到99.87%,超过99.6%的行业标准,氮纯度达到99.999%,且系统运行稳定。

  但是,更大的考验还在后面。

  2017年4月10日,刚成功出氧不到一个月的第一套设备,在进行高压液氧泵调试时,突然出现故障,发生了冷箱内的保温材料珠光砂喷出事故。

  “国产化根本不过关,神华宁煤将为国产化付出惨重代价……”负面消息袭来,杭氧上下压力巨大。

  “当时听到消息,不敢相信是真的。”周智勇火速赶往宁夏现场。经过排查发现,出问题的地方是一处国外进口的高压液氧泵,基于对国外品牌的信任,当时没有对国外知名制造商生产的部件进行清洁度二次检验,才导致了这个问题。“我们要承担责任,检查环节的疏忽为我们敲响了警钟,但我们的设计制造没问题,我有这个自信。”周智勇说。

  重整旗鼓,杭氧项目人员迅速整改,创造了一个月开车三套设备的纪录。2017年8月25日,杭氧的6套空分设备全部开车成功,单套设备蒸汽消耗量低于设计值6T/h,成为当时世界上同规模在运行的空分设备中能耗最低的。

  神华宁煤十万等级空分设备项目中,杭氧为实现超越,采用了大量数据分析方法,对近10年来投产运行的上百套空分设备进行分析研究,实现了一系列关键技术及装备的创新,包括十万等级特大型空分工艺包和成套集成关键技术、自动变负荷先进控制技术、特大型径向流分子筛吸附器等,获得专利23项,其中发明专利18项,在体系上也进一步完善了开发国际领先十万等级空分装置的技术路径。

  杭氧的国产十万等级空分设备通过国家工业运行评审后,参加评审的国家能源局监管总监李冶说,神华宁煤十万等级空分项目达到了国际先进水平。时任神华宁煤氧气厂厂长朱国强也不禁感叹:“中外比拼,杭氧胜出。”神华宁煤副总经理姚敏也风趣地对蒋明说:“神华宁煤用国产十万等级空分,是第一个‘吃螃蟹者’,本来想吃两只‘螃蟹’,最后吃了六只,现在看,六只是吃对了。”

  2018年4月18日至19日,杭氧十万空分迎来运行一年后的“大考”。中国机械工业联合会与中国通用机械工业协会组织的11位国内空分设备领域专家一致认为,杭氧十万等级空分设备总体技术达到“国际领先”水平,成果推广应用已经取得了显著的经济效益和社会效益,可满足大型煤化工、石油化工、冶金等领域的需求。

  从国际先进到国际领先,杭氧彰显了“中国制造”的实力,国际公司在规模和技术指标上压国产空分设备一头的时代宣告结束。

  以神华宁煤十万空分设备示范项目为契机,杭氧又先后成功中标浙江石化、江苏海力化工、山东方宇、新疆天业、神华榆林等一批特大型空分项目。性能更优、能耗更低、规模更大的空分设备正在杭氧研发。

  因为杭氧的存在,目前杭州已集聚起世界最大空分产业集群。一场新的竞赛正在这里展开。

  “神华宁煤项目画上了句号,但也是杭氧新征程的起点。创新永不止步,杭氧又走上了新的战场。”蒋明说,“30年前,我们就想做气体产业,但那时能力不够,神华宁煤项目的成功让我们更有底气去拓宽产业链,以空分设备制造为依托发展气体产业,在这个领域和国际公司继续一较高下。”

  近年来,杭氧已在全国的14个省、自治区投资建设了27家气体公司,除生产氧、氮、氩、二氧化碳等常规气体外,还成功制取了氪、氙、氖、氦等稀有气体,实现了从“卖奶牛”到“牵着奶牛卖牛奶”的战略转型。2017年气体销售收入已超过公司总收入的50%,利润占公司总利润的70%。

编辑:徐光

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