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【中国阀门网】 摘 要：总结我国化肥行业重大技术装备国产化工作已经取得的成绩，提出将掌握核心制造技术作为今后工作的重点。 关键词：重大技术装备 化肥工业 核心关键技术 自主知识产权 0 前言 重大技术装备的制造水平是一个国家综合实力的直接体现，从上个世纪八十年代初开始，历届国务院领导人均兼任国家重大技术装备领导小组组长，通过推进重大技术装备的发展，促进国内机械制造业发展、并达到保障国家经济安全，实现经济体制改革，科学技术进步和产业结构调整的目的。国家对化肥重大技术装备国产化工作的一贯指导思想是∶紧密结合我国化肥工业发展需要，运用政府宏观调控手段，集中必要的人力、物力和财力，以化肥生产过程中的关键技术装备为突破口，以企业为主体，以市场为导向，以质量为基础，以效益为中心，通过与技术引进、技术改造相结合，逐步掌握核心关键技术，提高国产化肥重大装备制造业市场竞争能力。 1 我国化肥工业发展思路 我国的化肥生产和消费总量已经均居世界第一位。截止到“十五”末期，全国共有化肥企业 1826 家, 其中氮肥548家, 磷肥431家, 钾肥46家, 复混肥612 家 , 化学矿山 176 家。行业总资产 2575 亿 元 , 产品销售收入 1756 亿元 , 实现利润 156.8 亿元 , 利润总额 167.8 亿元。销售利润率8.9% , 资产利润率 6.1 %。我国人口众多, 粮食生产至关重要，根据联合国粮农组织 (FAO) 研究表明, 化肥对农作物产量贡献率平均为 56%，我国化肥试验网试验结果表明, 每公斤化肥可增产粮食 从化学工程技术的角度看，化肥生产是技术含量最高的工艺过程之一。以30万吨/年合成氨装置为例，从原料处理到最终产品，各生产单元拼接过程中不确定因素较多，即使是绝大多数关键设备分别在不同的装置上达到了攻关工作的预期目标，且部分关键技术上已经达到世界先进水平。但要将多年来所有针对大化肥生产装置安排过的几乎所有消化吸收和攻关研制课题，在一个生产装置上全流程地系统化地串联起来，最终全部生产工艺技术和成套技术装备国产化，仍然要冒很大的技术和经济方面的风险。大型化肥重大技术装备国产化项目的依托工程，是在国务院领导和政府主管部门的多次过问下，历经多年周折和反复，终于在“十五”期间在德州华鲁恒升集团的大化肥建设项目上得到落实。2004年12月德州年产30万吨大氮肥国产化装置一次性开车成功，生产出合格的产品。项目总投资较进口设备节省一半以上，以投资计算的国产化率为93.8%。至此历时达二十年的我国化肥重大技术装备国产化终于取得完全成功。 大型化肥生产装置实现成套技术装备国产化，很大程度上解决了国家长期以来在化肥建设项目上投资高、经济效益差的问题。建国以来,我国化肥行业共引进120多个项目;氮肥行业引进年产30万吨合成氨装置超过30 套,年产52万吨尿素装置超过25套;仅 "八五"期间,我国化肥行业利用外资项目51套,利用外资共32亿美元,外资占总投资的比例平均为 40%，国外引进的设备费用一般是国产设备2倍到数倍,大量利用外资,造成这些技术水平高、规模大的装置通过降低有限的能耗和提高的装备水平带来的效益远不足以弥补折旧和还本付息,体现不出先进技术和规模大的优势和经济效益,实际上,装置的经济效益已通过高额的专利费、设计费、设备费等让外商赚走。而化肥项目的本身效益不好,造成项目投产后无还本付息的能力,高额的还贷负担最终都转移国家头上。许多已投产的大型化肥项目及部分中型化肥项目,最终都需要"债转股"才能解困。特别是上世纪九十年代,为解决化肥工业建设资金不足的问题,化肥工业建设不得不大量利用外资, 由于当时国内化肥工业的基础性技术还比较薄弱, 造成关键生产技术装备的引进范围过大,造成建设项目投资过高, 企业负债沉重，给日后的生产经营活动留下了很大的后遗症。因此化肥重大技术装备国产化工作的成功，至少在关键生产设备采购方面可以较大幅度降低价格，一定程度上给国内化肥工业的发展创造了较好的外部环境。 1 国内已经掌握的化肥装备设计制造技术 党的十六届五中全会中央领导强调要建设创新型国家，努力掌握核心技术和关键技术，增强企业的自主创新能力,国家制定的 "十一五" 规划也强调自主创新是提升科技水平和经济实力的关键, 要把增强自主创新能力作为国家战略。从化工装备制造业的角度看，以年产30万吨合成氨装置为化肥代表的化肥重大技术装备国产化工作，经过四个“五年计划”的努力，已经在一定程度上掌握了相当数量的关键设计和制造技术，主要体现在三个方面： 首先是在高温、高压、易燃、易爆、有毒等苛刻条件下运行的化工流程设备上取得突破，例如：以天然气为原料的年产30万吨合成氨装置中的一段转化炉炉管、组合式氨冷器、氨合成塔、转化气废热锅炉、合成气废热锅炉等；以煤为原料的年产30万吨合成氨装置中的水煤浆气化炉（含气化炉炉体、喷嘴、耐火材料和破渣机）、二氧化碳吸收塔、H2S浓缩塔、多股流大型缠绕式换热器、液氮洗冷箱、合成气蒸汽过热器等；年产52万吨尿素装置中的高压洗涤器、高压冷凝器、尿素合成塔、二氧化碳汽提塔、双金属管汽提塔和大颗粒尿素造粒设备等，均能够立足与国内设计制造。 其次是掌握了高速度、大流量透平式压缩机和特种工业泵为代表的通用类机器设备的制造技术。例如：以天然气为原料的年产30万吨合成氨装置中的空气压缩机组、原料气压缩机组、氨压缩机组、合成气压缩机组等；年产52万吨尿素装置中的二氧化碳压缩机组、高压甲铵泵、高压液氨泵等；以煤为原料的年产30万吨合成氨装置中的高压煤浆泵、低压煤浆泵、灰水循环泵、锁斗循环泵、澄清槽底泵和渣池泵以及各种煤气化生产工艺所需的阀门，均已经实现国产化。此外，年产12万吨磷酸、24万吨磷铵装置所需的各种大流量、低扬程等特殊结构的泵，耐温度高、含固量高，腐蚀和磨蚀料浆泵，年产36万吨硫酸装置中的高温浓硫酸泵和二氧化硫鼓风机的设计制造技术也已经基本掌握。 三是生产操作单元为标志的化工单元技术装备设计制造技术有很大提高。例如：以天然气为原料的年产30万吨合成氨装置中的低温甲醇洗和液氮洗成套设备；以煤为原料的年产30万吨合成氨装置中的煤浆制备成套设备；年产52万吨尿素装置中的刮料机、耙料机等后处理单元设备；年产24万吨磷铵装置中重载斗提机、破碎机、振动筛等粉体单元设备；年产12万吨磷酸装置中大型磷酸萃取反应槽等搅拌单元设备和14-- 除此以外，近年来在尿素、硫酸、磷酸、磷铵等大型工程建设项目上广泛采用国内的工程设计软件包，也标志化工生产关键技术走向自主知识产权化。如寰球工程公司在世界银行贷款尿素改造项目中,针对国外专利技术缺点,取消了合成系统的高压洗涤器和高压甲铵冷凝器, 取消了中低压分解系统的二氧化碳汽提, 中压分解气热量回收利用采用国内成熟的工艺技术取代原有的尿素料浆循环的复杂流程, 中压吸收系统和蒸发造粒系统加以简化并改进设备结构, 形成了具有我国自主知识产权的专利技术。实践证明这些创新和改进都是成功的。又如四川大学根据西方发达国家在磷酸生产过程中采用的“磷酸浓缩”工艺技术不适合中国国情的具体情况，改为“磷铵料浆浓缩”，并由此产生一系列具有比较优势工艺特点的“料浆法工艺”。经过与引进技术的反复比较，最终成为全国小磷肥企业产品升级换代的主要工艺路线。“在全国共建设年3万吨规模装置76套，6万吨装置2套，以及多套15万吨和20万吨装置，撑起了我国高浓度磷复肥工业的大半壁江山。 化肥重大技术装备国产化取得成功，也使国内形成了接近当代世界水平的化工机械制造骨干企业群体,如沈阳鼓风机集团公司、锦西化工机械有限公司、大连冰山集团金州重型机器厂、中石化南京化学工业公司化工机械厂、兰州天华化工机械与自动化研究设计总院等。这些企业或院所从诸如压缩机转子、转化炉炉管大型化肥装置重要备品备件国产化起步，逐步过渡到整机、机组和成套设备替代国家重点建设或技术改造项目的引进设备。上世纪八十年代以来, 为了适应化工生产的规模和装备日益大型化的潮流，一些企业在狠抓化工重大技术装备研制工作的同时，还引进了世界同业的专利技术，如沈阳鼓风机厂先后引进了意大利、美国等国的先进设计制造技术,已经生产了包括化工行业大型离心压缩机在内先进的透平压缩机数百台。杭州气轮机厂引进了德国汽轮机的设计制造技术,经过不断消化吸收和改进创新, 产品已接近当前国外同业的技术水平。这些企业经过二十余年的努力, 均成为国家级的化工重大技术装备研发制造平台，产品的设计制造技术已经接近或达到当前的世界水平。除在国内大型化工生产装备市场保持较高的占有率外。还逐步走向世界，进入国际化肥机器设备市场。 [Page] 4、化肥工业发展急需的关键技术 改革开放以来，由于种种原因，我国大量的重复成套引进化肥生产装置，时间之长耗资之大在世界上是绝无仅有的，重大技术装备国产化的成果应该说只是解决了设备，并不能完全解决化肥生产建设过程中的所有问题。或者说不掌握化肥行业生产的核心技术，就不能解决化肥工业发展的根本问题，如果连当年引进的大型化肥生产装置需要扩能改造还离不开国外专利公司, 还要花外汇让外国人来承担扩能改造的基础设计, 这与我们今天的制造大国地位是极不相称的。近年来随着我国科学技术的发展和国力的加强, 我国化学工业已经具备了开发具有我国自主知识产权技术的能力。"十一五"期间将通过一系列国家级的科技攻关项目从根本上解决我国发展化肥工业所急需的关键技术问题。 根据化学工业发展规划，“十一五”期间中国化肥工业面临的最大任务是适应国家建设资源节约性社会所带来的产业结构调整，原料结构进一步从石油和天然气转向煤。我国矿物能源中煤已探明的储量为7650亿吨，我国每年采煤量为11亿吨，广泛用于民用燃料、发电、冶金、化工等领域，因此先进的煤利用技术就是当前国内化学工业最为急需的关键技术，尽管“十一五”期间国家对化学工业的重点仍然是大力发展天然气化工和石油化工及相关产业，但从调整中国能源结构的战略角度出发，以及考虑到国内煤炭工业和以煤为原料的工业部门的短期和中长期利益，仍然安排了一批煤化工产业建设项目，包括煤制油、煤气化联合循环发电(IGCC)、合成甲醇及转化烯烃、合成醋酸（醋酐）等下游的碳一化学产品等。因此开发先进的煤化工生产技术，对于我国传统工业的建设和改造将起到不可估量的积极作用。目前我国的煤气化技术绝大多数仍然是上世纪三四十年代就已普遍采用的固定层常压间歇气化,由于它间歇制气、吹风气排放、对煤质要求高等特点,因此生产效率低,煤利用率低、生产成本高,对环境污染严重等问题,一直困扰化肥工业发展。为了改变化肥工业的落后状态,近十几年来,我国已从美国德士古公司、德国鲁奇公司分别引进了水煤浆气化技术和固定层连续气化技术。上述两项技术的引进,不但改变了我国煤气技术单一性,而且在很大程度上改善了因固定层间歇气化存在的弊端。但该两种气化技术的主要设备--气化炉采用的都是衬砖结构,由于炉温高、气流冲剧作用大,对耐火材料要求高,价格昂贵,过去主要靠进口,且对煤的杂质成份(重金属)要求也非常严格。过去对这个问题缺乏认识,没有引起足够重视,很大程度影响耐火砖的使用寿命,致使生产不连续,阻碍其优点的发挥。而壳牌煤气化技术采用的是煤粉气化,其气化空间由膜式壁围成,气化气是采用后续工段返回的工艺气体进行冷激,操作比较平稳,该方法炉膛受热面不用耐火砖,不但克服了由于耐火砖损坏,更换带的停炉检修影响装置生产的连续性问题,而且还可使装置运行费用大大降低，用于冷却炉渣的废水采用封闭循环,可完全达到无污染排放,目前存在的主要问题是设备及其内件造价太高。壳牌煤粉气化工艺的关键设备是气化炉和废热锅炉、两台设备的造价约占煤气化工程总价的50%,而上述两台设备运行情况的好坏又取决于内件。由于内件的主要构件型式是水冷壁,其主要功能是形成气化空间、渣池、输气通道、进行热交换并保护压力壳体。因其设计与传热(热工)和水冷壁的制造关系密切,壳牌煤粉气化工艺在以往的工程实践中对上述两台设备的基础设计和内件的详细设计均由内件德国供应商承担。因该设计涉及面比较广、结构复杂、技术难度高、设计工作量大、设计软件费用占设备造价的50%左右。为了降低工程造价,使壳牌煤粉气化技术在国内的油改煤工程和大中型以块煤为原料的合成氨新建和改造工程中得到推广,研究和开发以气化炉和废热锅炉为代表的粉煤气化成套设备并使之国产化具有非常现实的意义。 我国在上世纪七十年代以前广泛采用固定床常压气化工艺，国内的科研设计单位、高等学校和生产企业在长期的应用实践中，根据煤的种类特点和下游产品的需求，开发或派生出各种不同类型的适用工艺技术，为世界固定床常压气化工艺发展增加了大量丰富的内容；上世纪七十年代后期我国引进了以德国鲁奇为代表的固定床加压气化工艺技术，国内机械制造业通过“七五”、“八五”国产化攻关，掌握了固定床加压气化装备的制造技术，先后依托兰州、依兰、义马等城市的煤气建设工程，完成了以固定床加压气化工艺技术为特征的城市煤气重大技术装备的研制，设备国产化比例从40％开始，最终达到80％；上世纪八十年代初期我国又引进了德士古为代表的水煤浆加压气化工艺技术，国内机械制造业通过“九五”和“十五” 国产化攻关，掌握了德士古水煤浆加压气化压气化装备的制造技术，通过上海焦化厂三联供年产20万吨低压甲醇装置、鲁南化肥厂年产15万吨甲醇装置、渭河化肥厂年产30万吨合成氨装置等工程项目，完成了水煤浆加压气化关键设备的研制，设备国产化比例最终达到90％以上。“十五”期间德州华鲁恒升集团30万吨/年合成氨装置中采用国内自己研发的四喷嘴水煤浆加压气化压气化工艺技术，最终完成水煤浆加压气化重大技术装备研制项目；进入本世纪后我国正在引进壳牌为代表的干煤粉气化工艺技术，目前国家已经确定湖北应城化工厂、广西柳州化肥厂、云南沾益化肥厂、安庆石油化工总厂、湖北枝江化肥厂、湖南洞庭化肥厂等建设项目采用煤粉气化成套工艺技术，并结合这些项目进行相应的煤粉气化成套工艺技术装备国产化研制工作。使我国的煤气化技术研究和我国煤化工装备制造业发展再上一个新台阶，努力接近世界先进水平 [Page] 5、“十一五”化肥重大技术装备研制重点 “十一五”化肥重大技术装备研制工作中，最为难啃的“骨头”就是掌握粉煤气化的关键设备制造技术。煤粉气化空间由膜式壁围成,气化气是采用后续工段返回的工艺气体进行冷激,操作比较平稳,采用煤粉气化工艺炉膛受热面不用耐火砖,不但克服了由于耐火砖损坏,更换带的停炉检修影响装置生产的连续性问题,而且还可使装置运行费用大大降低，用于冷却炉渣的废水采用封闭循环,可完全达到无污染排放,目前存在的主要问题是引进国外粉气化工艺设备及其内件造价太高。粉煤气化工艺的关键设备是气化炉和废热锅炉、两台设备的造价约占煤气化工程总价的50%,而上述两台设备运行情况的好坏又取决于内件。由于内件的主要构件型式是水冷壁,其主要功能是形成气化空间、渣池、输气通道、进行热交换并保护压力壳体。因其设计与传热(热工)和水冷壁的制造关系密切,在粉煤气化工艺以往的工程实践中，上述两台设备的基础设计和内件的详细设计均由商国外公司承担。因该设计涉及面比较广、结构复杂、技术难度高、设计工作量大、设计软件费用占设备造价的50%左右。因此降低工程造价,使粉煤气化技术在国内的油改煤工程和大中型以块煤为原料的合成氨新建和改造工程中得到推广,研究和开发以气化炉和废热锅炉为代表的粉煤气化成套设备并使之国产化具有非常现实的意义。 粉煤气化关键设备制造技术的主要内容是：以年产20～50万吨合成氨工程为依托，完成日投煤量1000～2000吨粉煤气化装置工艺技术和成套设备的研制任务。完成以粉煤气化装置的核心设备煤气化炉、合成气冷却器、输气导管等关键设备的国产化。彻底改变目前煤气化炉、合成气冷却器、输气导管内件依靠国外制造,工期长不能满足国内建设及技术改造的需求的局面。同时将烧嘴、煤粉阀、渣阀、灰阀等关键零部件完全国产化，实现粉煤气化装置工艺技术和成套设备自主化率达到90％以上。主要工作内容：一是结合外商提供的设计采用中期编制提出的计算方法进行校核计算，验证制订方法的可行性。由SEG提供全部内件基础设计，由国内公司和制造厂共同完成内件详细设计，设备全部国内制造。在设备内件制造过程中实施设备制造监检，深入了解内件制造程序，装备工装配备，制造检验等要求，提出确保设备制造和内件组装质量内容的有关文件。二是根据工艺介质的组份、压力和温度以及操作环境调查落实设备的外壳和内件所涉及的8种材料国内供应的可能性；调查落实压力壳体板厚32、50和 6 结语 总的来说，化肥工业是技术密集型产业, 当今的化肥建设项目只有起点高、标准高, 尽量采用当今世界最先进的技术，才能在激烈的市场竞争中站稳脚跟。进入“十一五”以后，我国化肥行业经过努力，在煤的气化技术、合成氨、合成甲醇、合成醋酸、特别是煤制烯烃方面, 取得了一批拥有自主知识产权、世界先进水平的专利技术和产业化成果, 为化肥工业今后的发展提公了有力的技术支撑。从长远看，石油资源枯竭后，化工原料从石油、天然气重新回到以煤为主的路线上来，我国化肥工业的发展将寄希望于煤气化新技术的开发，也期待着化工装备制造业拿出更多、更先进的适合新的生产工艺技术的重大技术装备。 作者简介： 孙腾良 （1950-） 中国化工机械动力技术协会理事长 (来源：互联网) |
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