空分装置液氧泵、液氮泵国产化可行性研究报告

陈晓松

（东华工程科技股份有限公司，安徽合肥230024）

上世纪90年代，以国内某公司HY为代表的我国空分装置制造商在消化吸收引进技术的基础上，掌握了空分设备设计制造的要领，并拥有自主知识产权，使国产空分设备的产量、纯度、氧提取率、单位能耗等技术参数指标均达到世界一流水平。

2000年以后，随着我国冶金、石化、煤化工等产业对大型、特大型空分设备需求的迅速增长，促进了我国空分设备行业的快速发展。近十年来，国内空分设备制造企业紧跟世界空分技术发展的步伐，通过自主创新、自主研发，开发了适用冶金、石化、新型煤化工需要的不同内压缩流程的大型空分装置，装置规格从5万Nm/h逐步上升到8万Nm/h、10万Nm/h和12万Nm/h等级。

2013年初，国内空分成套商在神华煤制油项目中取得6套10万Nm/h等级空分设备订单，标志着国产特大型空分装置的设计、制造和成套技术的成熟，在特大型空分装置领域打破了国际品牌的垄断。2019年11月19日，浙江石化4 000万吨/炼化一体化项目一期4×8.3万Nm/h空分装置顺利出氧，2019年3月二期4×10.5 Nm/h空分装置供货合同顺利签署。

1 空分装置配套低温泵现状

空分装置中的低温液体泵分为流程泵和输送泵，一般采用单级或多级离心泵。

典型的空分装置低温液体泵的种类、规格和数量见表1，低温泵设计制造的关键技术见表2。

表1 空分装置低温泵（8.2万Nm3/h空分）

表2 低温泵设计制造的关键技术

由于输送介质为超低温易燃易爆的液氧和液氮，泵的设计、制造、试验等方面难度较大。空分装置的低温泵，特别是内压缩流程的大流量多级立式低温离心泵，长期以来一直被国外公司垄断，如法国Cryostar、瑞士Cryomec和SEFCO、美国Flowserve和ACD等，导致用户使用成本高、维修难、备件周期长等一系列问题。

2 低温液体泵国内生产商及产品情况

2009年5 月国务院通过《装备制造业调整和振兴规划》，把低温泵列为石化产业中实施装备自主化的重点设备，经过十年的发展，国内低温泵厂商取得了实质性的进步。

（1）产品设计标准与国际接轨，产品符合API 610《石油、重化学和天然气工业用离心泵》。

（2）产品设计理论和水力设计方法基本上已经与国外同步。ANSYS有限元分析应用于转子动力学分析（干/湿态临界转速、转子的挠度、轴应力及强度、转子强度与刚度、轴承动力特性、密封间隙动力特性等）；利用流体动力学CFD（Computational Fluid Dynamics）进行数字化参数设计，已实现全流道全三维流场计算。

（3）五轴联动数控加工、精密铸造、3D激光打印机、三维坐标测绘、直读式光谱分析、氦质谱检验等先进制造技术已得到广泛应用。

（4）全性能大中小型低温泵试验台已投用，可完成各种规格低温泵的机械运转试验、性能试验、NPSHr及PUMPDOWN试验，以及振动、噪声等测量。

（5）10万等级空分国产化配套各类低温泵已有一百多台成功运行业绩。除了提供整机供货，也能够为原进口泵提供在线维护服务、离线维修服务，提供原进口泵及备品备件国产化替换服务。

目前具有代表性的低温泵国产厂商在设计制造能力和使用业绩上已经可以和进口品牌竞争（见表3）。

3 国产低温泵与进口低温泵比较（表4）

通过表3、表4和表5可以看出，国产空分装置低温液体泵无论是设计制造还是投资都已经具有了市场竞争力。但是国产化的进程非常缓慢，现阶段制约低温液体泵国产化的因素主要有：

表3 企业及国产多级立式离心泵情况

表4 国产低温泵与进口低温泵性能比较

表5 不同规格空分装置国产立式多级液氧泵与进口产品投资比较

（1）国内空分专用低温泵的开发较晚，进口产品一旦形成垄断，新开发的国产泵进入市场比较困难。

（2）最近十年，空分装置的大型化与产品压力不断提高，空分国产化也从成套技术到静设备开始逐步推进。低温泵属于动设备，从研发、试验、试用到全面推广应用，需要一定的周期。

（3）国外供货商对国内用户的宣传过程中，过度强调进口和国产的标签效应，简单认为进口产品质量优于国产产品，利用国内“用了进口产品即使出问题也不用担太大责任”的心理顺势推销，但实际上进口产品已经出现很多质量问题。

（4）空分装置关键的动设备，通常要求至少有三年以上的成功运行业绩，这一门槛也导致了国产化率低，国产泵及高压深冷电机长期运行的绝缘可靠性需要更多业绩验证。

（5）国产产品和进口产品相比，存在外观、性能上的差异，国产低温泵在设计的精确化、制造的精细化程度上仍需要进一步提升。

（6）原有的生产装置是进口的，所配套的低温泵也大多是国外品牌，所以国内用户普遍对国产制造缺乏信心。

空分装置向着大型化方向发展的同时，提高经济性，降低投资以及运行、维护成本，提高运行维护效率将是需要解决的问题，提高空分装置设备的国产化率是未来空分行业发展的趋势。

4 国产化途径

《中国制造2025》提出了通过“三步走”实现制造强国的战略目标：第一步，到2025年迈入制造强国行列；第二步，到2035年中国制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平；第三步，到新中国成立一百年时，综合实力进入世界制造强国前列。低温液体泵的国产化途径：

（1）在空分装置国产化的同时带动相关配套部机的国产化，与有自主产权的空分工艺技术绑定，通过工艺包模式提高低温泵国产化程度。

（2）培育更多的国产设备制造商，形成国产空分设备的高端制造业产业链，进一步提升国产低温泵的设计制造水平，提高国产设备竞争力。

（3）针对空分产品规格多样化的趋势，开发出更多参数规格的产品，实现国产设备的系列化和集群化。

（4）充分利用国内工业升级、老旧改造的契机，发挥国产厂商的灵活性、便利性，从对可靠性要求相对较低的后备系统低温泵、输送泵的改造入手，做好基础性研发改进工作，逐步实现国产替代。

（5）随着工业4.0体系日趋成熟，充分运用“互联网+”和物联网技术，实现设备远程监控，并进入大数据分析、自动故障诊断可行化研究，在产品技术上对进口设备实现弯道超越。

5 结束语

经过60多年的发展，我国空分装置已经走过了早期仿制、引进技术、自主研发三个阶段。我们在中大型空分装置的设计、制造和成套技术上已经取得了有目共睹的成绩，提高空分装置配套设备国产化率将是未来一段时期的重点工作。代表着国内高端制造水平的低温泵生产商需要继续在数值模拟、水力设计、流场测试等方面深入研究，在国家政策的指导下，鼓励自主创新，抓住空分行业快速发展的契机，加快推进国产化替代进程，提高空分装置关键配套设备的国产化率。