天然气管道压缩机组国产化的现状与展望

许 洁

(中石油北京天然气管道有限公司,北京 100101)

近年来,随着中国石油、天然气管道建设的快速发展,天然气管道压缩机组及其附件的需求日益增加。天然气管道压缩机是管道运输中的重要设备,其性能、质量和产权直接关系到运营效益和有序。中国现阶段已建成了陕京、西气东输、川气东送等许多重要的输气管道。然而,目前天然气压缩机组很多关键设备还依赖国外进口,其主要供应商有GE、RR、Wan Trubo等[1]。这种过于依赖进口、受制于人的状况,一旦外部环境发生变化或者出现国际争端,就容易导致中国石油、天然气管道建设陷入停滞。同时,由于国外进口设备维护难度和备件成本高、售后服务体系复杂等因素,很大程度上也影响了国内油气管道产业的正常运行。因此,中国有必要全面推动天然气管道压缩机组及其附属设备的国产化,提高中国在天然气输送领域内的自主创新能力,最大程度地减少国际采购风险,以确保整个行业的运营安全有序。

1 天然气管道压缩机国产化意义及思路

1.1 重要意义

当前国际形势多变,中国面对的外部环境更加复杂。无论是政治层面,还是经济层面,均面临着越来越多的挑战和封锁,自主可控已上升为国家战略。实现天然气管道压缩机等核心设备国产化势在必行。近几年,中国为推动核心设备国产化进程,在政策和资金等方面加大力度支持相关产业的自主创新和转型升级。2016年,国家发改委、工信部、国家能源局联合提出了《中国制造2025》,并重点加强了能源领域的技术升级,在能源领域设备制造方面逐渐形成自主设计和研发体系,形成了成套设备的研制能力,尤其是全面推动核心材料和零部件的国产化和自主化,加速实现能源产业的转型升级。2019年,财政部和海关等多部委联合出台文件,将压缩机组、电机等重点电气管道设备列入进口不予免税的产品名录。同年,中国为实现“全国一张网”的目标,整合资源组建了国家管网公司,通过各个网络的互联互通,加强核心设备的自主研发,为中国能源安全提供更多的保障[2]。

1.2 工作思路

对中国而言,天然气管道压缩机组等设备的国产化难以一蹴而就,需要逐步推进,需要各个领域和行业的共同参与。尤其在中国天然气管道建设进程高速推进的今天,通过压缩机等核心设备国产化重点工程建设,可以促进建材、冶金、机械、电子等相关产业的发展,加速我国产业的转型升级,对于振兴民族装备制造业具有重要意义[2]。

在最近几年的设备国产化过程中,中国石油总结形成了“政产学研用”协同工作模式[2],如图1所示,以业务需求为主导,联合产学研等相关行业共同进行科技攻关,以核心技术突破为重点,通过重点工程的应用,不断提升中国在设备制造领域的研发水平。

图1 设备国产化工作模式示意图

实践表明,上述模式有利于推动重点领域核心设备的国产化进程,对于中国构建全面产业结构和加快核心设备国产化进程相匹配的组织模式意义重大,也是提升中国核心设备研发水平的重要举措。该组织模式在国产化计划执行过程中,必须立足管理和行政资源优势,加强核心设备的研发和创新,提升国产化全套设备在天然气管道工程建设中的主导地位。通过阶梯式的研发应用步骤,从而提升中国核心设备的国产化研究水平[2]。

2 天然气管道压缩机国产化进展

2000年以来,在国家能源局、中国机械工业联合会的指导和支持下,中国石油加强关键技术的研发,组织优势科研力量进行多组技术难关的攻克,并取得大量重大科技专项。同时,中国石油和超过50家的企业建立了深度合作关系,加强天然气管道压缩机组、关键阀门、SCADA 系统等25项设备及相关技术的研究,并先后推出15项被市场认可的国产设备,样机数量也超过100套,在诸多领域取得重要进展。

2014年,管道设计院在核心设备国产化应用领域攻克技术难关,完成国内首座配备全国产化燃驱机组压气站—西气东输三线西段3标段烟墩压气站(二期)工艺安装设计,标志着油气管道关键设备国产化水平进入一个全新阶段[3]。

中国石油认真贯彻落实政府的相关要求,积极推动设备国产替代计划,和国内设备制造企业建立深度合作关系,加强核心技术和核心设备的技术攻关,在20 MW级电驱天然气压缩机组、30 MW级燃驱天然气压缩机组等技术领域实现重要突破。

到2017年为止,中国石油已在西气东输的二三线、陕京四线等重点工程中应用了国产化电驱天然气压缩机,应用数量超过50台;在南昌—上海支干线应用了国产化燃驱天然气压缩机组,数量达5台;在西气东输三线等管道应用40 in以上国产化球阀的数量超过260台。

由此可见,中国国产化产品的应用效果良好,取得了重要进展。到目前为止,中国已实现20 MW级电驱天然气压缩机组、30 MW级燃驱天然气压缩机组投产并平稳运行万余小时,形成了管道高压大口径全焊接球阀全部替代进口产品的良好局面[4]。

国内企业在国外先进技术的基础上,积极利用自身优势,在离心式天然气压缩机整体结构方面取得重要进展,向市场推出了多轴齿轮整体组装离心式天然气压缩机。相较于传统天然气压缩机,该类型压缩机可实现高压比等温压缩、叶轮与转速最大匹配,并具有结构紧凑、逐级冷却、分段调节等诸多优势。

目前,陕鼓集团、沈鼓集团、交大赛尔等公司均在整体齿轮增速式离心式天然气压缩机技术方面有了较大的突破,并完成相关产品的研发和制造,具有较高的市场占有率,特别是陕鼓集团已研制出6轴11级的齿轮整体组装的离心式天然气压缩机,处于国际领先水平[5],目前天然气管道主要设备已打破国外长期垄断的局面,全面实现国产化指日可待。

3 天然气管道压缩机国产化发展思路

3.1 提高设备国产化的认识

相对于西方发达国家,中国在设备制造方面的整体水平较低,只有掌握关键技术,提升自身的研制能力,以便实现中国核心设备的国产化目标,减轻对国外设备的依赖性。同时,关键设备国产化可采取稳步推进策略,在现有成熟标准的基础上,逐渐推动非标准成套设备的应用,不断夯实中国关键设备的国产化基础。

3.2 编制易于国内厂家投标的中文招标文件

在中国关键设备实现国产化目标之前,为满足国际招标要求,只能编制英文版的标书和技术规格,不利于国内企业进行竞争投标,所以,有必要分别编制中文版和英文版的标书和技术规格,便于国内厂家进行投标。在合同签订过程中,采购部门需要明确告知相关技术标准以及审批程序,确保相关工作满足规范要求,最大程度的满足产品质量要求[6]。

3.3 协助国内厂家做好第三方检验

要推进天然气压缩机组及其附属设备的国产化,首先要推动企业与国际标准接轨,使其生产的产品接受第三方检验机构的质量检验。针对国内对于国际标准不熟悉的企业,针对国内对此不太熟悉的厂家,需要协助他们做好第三方的检验工作[6]。

3.4 由局部到整体

核心设备的国产化进程是复杂的,需要经历由点及面、由局部向整体的过渡过程。企业需要和相关厂商加强技术交流和合作,分阶段的逐步实现核心设备国产化目标,例如首先实现非核心设备的国产化,然后逐渐实现全面的国产化,并将产品推向国际市场[7]。

3.5 科研与生产互为促进的发展战略

为实现天然气压缩机国产化目标,有必要引导制造商在设备研制初期便参与其中,通过科研活动和生产活动的深度融合,建立科研和生产互相作用、互相促进的科研生产体系[7]。

3.6 测试小组的优化改进

根据研制需求,成立相关的测试小组,采用合理的检验方法,结合设备性能适应运行工况的差异性,对设备零部件材质以及性能等技术指标进行综合分析,在腐蚀性和力学分析的基础上,展示并对比分析小组测试结果,同时考虑反馈意见,制定有针对性的改进建议[7]。

4 天然气管道压缩机国产化的实施

在天然气管道压缩机组国产化方面,中国制定了“单台试用、逐步扩大”的国产化策略来推动管道压缩机组的发展。具体步骤如下:

2009年,在西气东输定远站应用了由国外企业设计,沈鼓集团生产的天然气管道压缩机;2011年,在西气东输二线西段应用了沈鼓集团自主设计和自主生产的天然气管道压缩机,共计3套;2013年,沈鼓集团正式开始生产成套的电驱天然气压气站,实现了从早期设计、到后续的生产安装等环节的全面国产化目标。在此期间,国内企业还加强对变压器和大功率电机的研发生产,上海电气、中船重工等企业在高速燃气轮机等方面均实现重要突破,具有全球领先水平[8]。

与此同时,中国和相关平台建立深度合作关系,加速推动国产化进程[9]。

4.1 基础条件准备

确定天然气压缩机组的运行参数,包括机组的排气量、转速;机组各级的进排气温度、进排气压力;压缩机的安装尺寸,确保国产化零部件能够满足机体空间位置;完成压缩机的设计与选材等。

4.2 装机试验

为了评价国产压缩机的性能,和进口天然气压缩机进行对比,装机试验中将国产天然气压缩机与进口天然气压缩机同时运行,在机组进出口压力、温度、流量均符合设计要求的基础上,通过4 000 h的运行试验,进行现场观测,进而判断天然气压缩机是否发生故障。

4.3 后评价

对运行4 000 h的天然气压缩机组的关键部位进行检查维护,并将其送至分析测试中心,分别进行无损探伤、抗压测试、弹性性能3项检测[10]。

5 天然气管道压缩机国产化的机遇与挑战

随着天然气管道压缩机组国产化目标的实现,厂商和用户之间的技术沟通更加便捷,有利于提升用户对设备的维护能力,对于厂商改善售后服务质量具有重要意义。

核心设备国产化对于备品备件的供应保障也具有积极作用,首先可以消除国际采购的限制和不便之处,有利于成本压缩;其次,有利于提升设备的使用效率,减少库存压力,增加企业的运营收益。需要强调的是,中国天然气压缩机企业的整体技术实力与国外厂家还存在一定的差距,在技术标准、用户培训、规范化售后服务等方面依然存在较大差距,难以为用户提供标准化、程序化、文字化的技术服务,用户体验不佳。用户培训体系尚不成熟,技术培训的师资力量薄弱,培训内容不完善,难以达到预期的培训目标。并且,大部分厂商在售后服务团队建设方面存在一定滞后性,在用户服务方面依然存在较大改进余地[11]。

6 天然气管道设备国产化展望

可以通过以下几个渠道来推动中国天然气管道建设设备的国产化进程,实现相关产业的转型升级,具体包括[12]:(1)加强设备优化,提升国产化水平,从薄弱环节入手,以天然气压缩机的干气密封系统、齿轮箱、电机、燃气轮机易损部件等设备作为重点组织开展设备的国产化研制工作;(2)对国产化设备的应用效果进行跟踪调查,以便进行持续优化,通过对标国际标准,识别国产替代品中存在的问题,集中优势资源、有针对性地进行改进;(3)依托重点工程,加强国产化产品的应用。建立完善的国产化设备应用机制,在国内项目开展过程中引入国产设备,逐步实现国产设备规模化应用。

相对而言,中国国产设备应用时间较短,在诸多领域缺乏实际管理和维护经验,只能在参照国外做法的基础上,结合自身情况进行有针对性的调整和系统的突破,分阶段地逐步实现预期目标。在天然气压缩机国产化进程中,我国不但要加强技术攻关,还需要积极培养相应的人才、建立高素质的维护管理团队、提升用户维护水平、改善用户体验。相较于发达国家,国内天然气管道建设还存在较大差距,以“政产学研用”模式为平台,深化相关研究和推广,逐步实现整个行业的持续发展,加速实现产业的转型升级。

因此,天然气管道压缩机组的成功国产化可以带动整个产业链的发展,有利于中国燃气管道建设的提质增效,提升中国设备制造厂商的国际竞争力。