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气体分离设备行业由大到强
【发布时间:2014-7-16 1:48:50 浏览次数:2352】
气体分离设备行业由大到强
 
中国通用机械工业协会气体分离设备分会 徐建平
 
一、行业规模
  国内气体分离设备行业跟随工业气体行业的发展,近10多年来得到了长足发展,全行业工业总产值从2000年的10.5687亿元,增至2012年的194亿元,增长近20倍,年平均的增长率达到28%,大于全国机械工业增长率(25%)。协会范围内的成套制造单位从原来的9家上升为20多家,其中产值在亿元以上的企业为14家,行业总资产已超过300亿元。
国内空分设备制造业以杭州杭氧股份有限公司(以下简称杭氧)为代表,一跃成为了“全球最大的空分设备制造基地”。行业一年中制造的空分设备制氧能力总量从2000年的15万m3/h上升为300多万m3/h左右。
  二、空分设备实现了大型化及特大型化
  随着冶金、石化、煤化工等产业十年来对空分设备大型化需求的日益增加,空分设备规格朝着大型、特大型方向发展,从而促进了我国空分设备行业的快速发展,以杭氧、川空、开封空分等为代表的一大批民族空分设备制造企业占据了主要市场,60000m3/h等级以下的空分设备市场占有率以国产设备为绝对优势的局面,其中:杭氧的大型空分设备(包括60000m3/h空分)国内市场占有率一直保持在50%以上。
  2002年12月杭氧通过自主创新、自主研发,开发的首套国产30000m3/h空分设备顺利开车,其主要技术指标达到同类型空分设备的国际先进水平,首次实现了我国从“七五”就开始攻关的“三万”等级大型空分设备的国产化,在之后的几年中,40000m3/h、50000m3/h、60000m3/h等级的空分设备也逐步通过自主开发并投产成功,标志性产品有:杭氧提供给大唐国际多伦煤化工3套58000Nm3/h内压缩空分设备2009年7月一次开车成功;2010年10月21日,由杭氧研制的六万等级内压缩空分装置在北京顺利通过中国机械工业联合会组织的鉴定。  2011年、2012年杭氧又先后取得了杭氧盛隆80000m3/h和伊朗12万m3/h成套空分设备的合同订单,其中伊朗12万m3/h等级空分设备,空气处理量达到61万m3/h,目前杭氧盛隆80000m3/h设计、制造、安装已完成,近期可望试车投入运行;伊朗12万m3/h成套空分设备正处生产制造、发货运输阶段。2013年初杭氧一举取得了煤化工用的6套10万m3/h特大型空分设备大订单,这些均标志着杭氧已进入了国际特大型空分设备生产制造商的行列。
  开封空分集团于2004年9月研制的国内首套4万内压缩空分装置在山东华鲁恒升一次开车成功。2007年11月研制的国产首套5.3万内压缩空分装置在河南龙宇煤化工项目中一次开车成功。
  随杭氧、开封空分集团有限公司(以下简称开封空分)之后,四川空分设备集团有限责任公司(以下简称川空)、开封开元、开封东京、开封黄河、开封迪尔、杭州福斯达等7、8家单位也相继开发了20000m3/h、30000m3/h空分设备,有的也有设计、制造40000m3/h、50000m3/h、60000m3/h等级的成套空分设备的业绩。 
三、自主创新及产品技术水平有了很大的提高
  在空分设备容量迅速增大的同时,国产空分设备技术水平上、成套能力上也有了很大的提高,实现了自主开发、创新。虽然国产空分与林德、法液空相比仍有一定距离,但通过近10多年发展,相互之间的距离已不大,以杭氧为例:其研发、设计、制造水平已排在世界五强之列,国产的大型、特大型空分设备成套性能主要指标之一的氧提取率已达到国际先进水平。
值得自豪的是,这十多年来杭氧生产的大型空分设备除国内市场使用外,也已有30多套万立以上大型空分设备远销国际市场,其中:3万、4万、5万空分已销往欧洲、北美,在德国、西班牙等发达国家投入运行,这是我国空分设备制造业一大进步。另外由梅塞尔、AP、普莱克斯、林德、法液空等外资企业在中国境内投资工业气体项目时,也大量选用了杭氧、川空、福斯达、杭州中泰深冷、苏氧、兴鲁等企业的国产空分设备,充分证明了国产空分的技术性能指标接近甚至达到了国外水平。
1.为天然气液化及石化相关行业提供装备
  随着天然气产业的迅速崛起,天然气液化装置所占行业比重正不断加大,以四川空分为代表的气体分离设备制造业十年在液化天然气产业中取得了丰硕的成果,川空是较早进军该领域的国内企业,产品范围从大型LNG液化装置、大型LNG贮槽到撬装式LNG液化装置、LNG槽车、加汽站、钢瓶等,从原来的日处理气量5、10、15万立方的LNG液化装置,发展到了日处理气量260万立方的LNG液化装置,大型LNG贮槽发展到了国产化最大的30000m3贮槽,技术从单一的压缩膨胀流程发展到了混合冷剂制冷液化流程、带预冷的N2‐CH4 混合工质膨胀制冷液化流程、丙烷预冷混合冷剂制冷液化流程等多种形式。
  川空目前已拥有多套日处理气量20、30、50万立方的LNG项目业绩,有多套60万m3/D的液化天然气装置投入运行,该公司承接的鄂尔多斯新圣200万m3/D的液化天然气装置正在设计制造中。川空承接的国产化的国内最大的山东泰安260万m3/D的液化天然气装置也在现场安装中。
  行业制造厂商中还有杭州福斯达、杭氧、成都深冷、哈尔滨深冷、杭州中泰深冷等重点企业在液化天然气领域中生产制造LNG液化成套装置,行业在LNG产业的总产值2012年可达20亿元,约占到行业总产值的10%。行业各制造企业利用气体分离设备设计、制造技术优势,开发了多种石化产品,其中有:大型成套乙烯液化分离技术及其成套工艺设备(简称乙烯冷箱)是大型乙烯装置的关键部机,我国长期依赖进口,国家曾把“乙烯冷箱国产化”作为“九五”重大技术装备研制项目,并确定杭氧为乙烯冷箱国产化基地。杭氧通过自主研发,攻克了多组份、高压4.0~8.0 MPa铝制板翅式换热器的设计计算、制造等难关,从2000年开始先后承接并开发了20、30万吨/年乙烯冷箱项目,燕山石化66万吨/年乙烯冷箱和茂名石化、天津石化、镇海炼化等100万吨、上海赛科120万吨等级乙烯冷箱项目,其中120万吨/年乙烯冷箱是国内目前最大等级的乙烯装置,装置的性能指标和技术水平都达到了同类产品的国际先进水平,为我国重大装备国产化---乙烯装置国产化贡献了力量。
此外杭氧还在丙烷脱氢制丙烯中低温分离技术的研究及其成套工艺设备,合成气中CH4 、CO、H2低温分离技术的研究及其成套工艺设备,丙烷脱氢制丙烯中低温分离技术的研究及其成套工艺设备,甲醇制取低碳烯烃(MTO)中低温液化技术的研究及其成套工艺设备,合成氨中低温液氮洗成套分离技术的研究及其成套工艺设备等石化行业的工艺装备技术研发上实现突破,取得了业绩,技术水平达到了同类产品的国际水平。
  2.变压吸附(PSA)技术发展迅猛
  以北大先锋、天科股份、上海瑞气等为代表的变压吸附(PSA)设备制造企业,将变压吸附制氧、制氢、制氮及CO/CO2分离、工业尾气回收利用等技术广泛应用于石化、化工、冶金、食品、环保、电子、航空等行业。
PSA制氮设备技术十年来从先进技术走向成熟技术,全国已有上百家企业生产制造PSA制氮设备,产品规格小到几个立方,大到5000m3/h以上,广泛应用于石化、化纤、食品等行业。
  PSA制氧设备技术仍以北京北大先锋科技有限公司为龙头,该公司自主研发的PU-8吸附剂达到了进口PSA制氧吸附剂的先进水平,产量从10m3/h到20000m3/h,纯度从21~95%范围内可调,其中大型PSA制氧设备主要应用于冶金工业的高炉富氧冶炼。
  采用变压吸附工艺分离一氧化碳是近年来国际上的新兴技术。北大先锋开发成功的高效吸附剂PU-1,对一氧化碳有极高吸附容量和选择性,曾获中国、美国、加拿大专利。北大先锋根据此吸附剂的特性,开发成功国际领先水平、高效低耗的变压吸附分离一氧化碳新技术,解决了从氮或甲烷含量高的原料气中分离出高纯度一氧化碳的难题,设计建成多套大型一氧化碳分离装置,为高炉煤气的回收和综合利用,提供了装备,给用户带来了巨大的经济效益,获得高度评价。该技术被评为2005年度“中国高等学校十大科技进展”,获2006年度国家科学技术发明二等奖。该公司为新疆天业集团有限公司设计制造的一套电石炉气变压吸附提纯CO/H2装置是目前国内首套采用电石炉尾气合成乙二醇的工业装置。
  四川天一科技股份有限公司(天科股份)将变压吸附(PSA)技术广泛应用于提纯氢气技术、提纯二氧化碳(PSA-CO2) 技术、甲醇裂解制氢装置、提纯一氧化碳(PSA-CO)、 粗苯加氢精制装置、脱除乙烷以上烃类组分(PSA-C2)、二甲醚装置、脱除二氧化碳(PSA-CO2/R)、煤造气制氢技术、PSA脱碳同时回收CO2双高技术、天然气转化制氢装置、空分富氧(PSA-O2) 、提纯氮气(PSA-N2)、其它工业气体净化和分离、焦炉气为原料制加压天然气CNG和液化天然气LNG、钢厂副产气综合利用技术、焦炉气制甲醇工业装置,取得丰硕的成果,其中四川天科股份2012年承接的中海油惠州炼油分公司2×100000Nm3/h、50000Nm3/h三套变压吸附变换气提纯氢气装置技术已达到国际先进水平。
3.企业转型升级
  伴随着我国制造业转型的步伐,行业部分企业发展也由纯制造业向工业服务业拓展。凭借制造业在空分设备在设计、制造大型空分装置方面的领先技术、丰富经验和运营管理气体公司的实践基础,可为用户带来:项目融资的便捷;空分技术团队为设备稳定运行提供强大的技术支撑;专业化队伍管理,保证空分装置运行的可靠性、安全性、经济性;丰富的管理经验、先进工艺流程的空分设备和新技术的应用,保证按供气合同持续稳定供气;完善的液体物流系统,优惠的气体价格等优势。
  在十年间,制造业转型工业服务业的市场发展迅速,目前杭氧、川空、陕鼓、开封黄河、东京空分、开元空分、杭州福斯达、上海启元、北大先锋、上海瑞气等设备制造企业均有气体投资项目,尤其杭氧,充分发挥其在设备制造领域的优势,以上市为契机大力发展气体业务,目前投资的气体产业已有25家、总制氧容量已达90万m3/h,投产的气体项目年工业产值已突破12亿元。
  截至2012年,我国气体分离设备行业内企业投资的工业气体产业实现产值约17亿元,占到行业总产值的8.5%。
  四、行业由大到强存在的差距与问题
  以杭氧为代表的我国空分设备制造业在大型、特大型空分设备实现了国产化,成为了世界空分设备的制造基地,中国制造的大型空分设备不仅能在中国市场上,也能进入发达国家的市场与国际品牌产品同台竞争。但是我们不得不看到我国空分设备制造业是沿着国际品牌厂商发展之路赶上来的,仅仅实现了由小做大,与品牌产品仍有距离,主要表现在:
1.成套大型空分设备配套的关键转动部机未能同步实现大型化、特大型化
大型、特大型空分设备配套的关键部机主要指大型的空气压缩机、增压机、高效率中压膨胀机、液体膨胀机、大型离心式液体泵,目前还依赖进口,致使成套60000m3/h等级以上的大型、特大型空分设备国产化率目前仅能实现35%~55%。
大型空气压缩机组、空气增压机组占到了成套空分设备总投资额的40%以上,而目前国内风机行业制造大型空气压缩机组、空气增压机组的现状是:在10000~30000m3/h国内成套空分设备配套中,国产机组的占有率目前仍不到50%;而30000m3/h以上空分设备则绝大多数依赖进口,可喜的是陕鼓、沈鼓近年来有40000m3/h空分配套的大型空压机、增压机进入市场,陕鼓首台60000m3/h空分配套的大型空压机、增压机也已研制成功;沈鼓也在着手特大型空分配套压缩机的研制工作。目前60000m3/h以上的空分设备则全部依赖进口。
在已国产化的大型空压机、增压机且还存在机组等温效率、可靠性等方面与国外机组(西门子、曼透平等)仍有较大的距离,未能取得成套厂商和广大用户的认可。空压机与增压机方面的落后,是大型、特大型空分国产化率提不高的关键,需要风机制造业奋起直追。
  透平膨胀机是空分设备的心脏部机之一,其效率的高低直接影响到空分设备的能耗可直接影响到空分设备的单位能耗,目前的现状是:国内成套外压缩流程的30000m3/h及以下空分设备基本采用国产的低压透平膨胀机组,30000m3/h以上的空分和内压缩流程空分配套的透平膨胀机,则往往选用一台进口、一台国产(备机状态)或全部进口。国产的透平膨胀机在大型化,尤其是内压缩中压膨胀机方面研究不够,据调查与国外机组相比效率低3%~5%,可靠性方面存在着一定的距离。一些流程选用的液体膨胀机国内则为空白,只能依赖进口。
大型离心式液体泵包括流程中的液氧、液氮输出泵、液氩循环泵等,目前主要依赖进口,主要因素是低温工作环境下的机械性能、密封、可靠性方面存在差异。大口径的低温气动调节阀、截止阀,基于可靠性的要求,用户往往选用进口。国产精馏塔用的规整填料、液体分布器与进口填料在精馏效率和可靠性上还存在一定的差距,还有不少用户选用进口。大型板翅式换热器,包括高压板翅式换热器目前已完全可实现国产,但由于热力计算的差异和翅片形式少等原因,同样换热效果的情况下,国产的换热器体积和重量比进口要大得多,造成制造成本上升。
制造过程中用的不同口径的不锈钢和铝、铜和铝接头,即双金属接头虽价值量小、投资不大,但多少年仍依赖进口,这说明我国在焊接方面的差距。成套空分设备用的氧、氮、氩等气体的控制仪表、分析仪器,还是大量地依赖进口。
2.气体分离设备行业自主创新的研发能力不足
气体分离设备行业近十年赶超世界先进水平取得了显著的成绩,使我国的空气分离设备、天然气液化装置初步具有参与国际竞争的能力,但是必须清醒地看到:
1)缺乏超前、进一步创新的能力,往往跟在别人后面走,如:大型、特大型空分设备的发展过程中,每当研制出高一档次的空分设备时,以外商引领的中国市场又提出了新的、更大规模的需求,当杭氧研制出20000m3/h、30000m3/h空分时,市场提出了40000m3/h、50000m3/h的空分需求,当杭氧、开封空分研制出40000m3/h、50000m3/h空分时,市场又提出了60000m3/h的空分需求,当杭氧又一次实现60000m3/h空分设备国产化时,市场又提出了8~10万m3/h空分设备的需求,而每一次提升的阶段中,都是由国际大牌企业--林德、法液空等几家公司拔得头筹,占据市场的先机,赚足了进口与国产化的差价。
2)各个规模企业都是设有技术中心,也有一定的投入,但技术中心的研究重点还停留在产品设计上、制造工艺上所需解决问题的层面上,未进入到试验、研究、开发、技术提高的层面上。
3)产品的针对性、精细化设计不够,特别是在安全性设计预测、可靠性的细节考量存在较大的差距。因为缺乏与气体分离相关行业的技术及应用研究,致使我们基本只能承接空分设备,不能从事空分以外前后工艺设备和工业气体的应用开发方面的装备,例如:煤化工的制氢工艺等研究、设计方面,虽然近些来行业各厂也相继从事了一些装备制造,但均不能掌握成套技术与工艺和领先的技术,而林德、法液空等品牌公司他们能针对冶金、石油化工、煤化工进行气体的应用性研究,可帮助用户选择更为合适的设备以及拓展更广泛的气体应用,因此,每当用户提出需要成套包括空分在内的更大范围的成套时,国内厂商往往束手无策了。气体分离行业涉及低温工程领域,但这些年来,行业主要集中在空分设备、天然气液化装置上,低于液氮温度以下的工程设备、航天领域的工程、液氢、液氦的研究及应用技术开发,几乎停滞不前。
4)产、学、研介入核心产业集群的合作机制,尚未真正有效运作。科研、高校等技术机构与企业和产业缺乏良好联结,大学与科研机构没有成为企业创新的知识源头。特别是科研成果也不能及时转化为企业生产力。
3.国内制造业产品质量及可靠性与国外相比尚有较大的差距
各类的大型、特大型空分设备、天然气液化装置,技术性能指标也能达到国外同类产品水平,但国产设备往往存在可靠性不高的问题,制造过程中的精细化管理不够,各种小错误不断,有些低级错误重复性地发生,从而使小问题酿成大问题,这也是用户在同等条件下选择进口的主要因素。另外,总体设计、结构设计、管道布置等的考虑上,存在粗、大、笨,既浪费材料又不美观的通病。
4.行业已出现产能过剩现象
经过几十年的发展,气体分离设备行业的制造能力有了很大的提高,已成为世界气体分离设备制造大国,在特大型空分设备的制造上还有相当部分依赖进口。而在一些普通设备、低端领域则出现了产能过剩的现状,行业内竞争激烈、相互压价现象频频出现,有些厂商为追求低成本不是靠技术进步,而是靠减少材料量、加工量来取得,甚至采用不规范的手段、标准,降低了产品质量,影响了产品的可靠性,也影响了行业整体形象。
5.空分配套的产业链不够完善
气体分离设备是一成套设备,从空气过滤器到压缩机、增压机、换热器、容器、泵、阀、各种管材、板材、吸附剂、仪器仪表,需要各行各业的配合配套,针对气体分离设备所需的特殊配套,专门设计、专业制造国内未形成系统的产业链,特别是在大型、特大型空分的开发上,许多环节缺乏,造成只能依赖进口或无法满足成套性能的要求。
五、实现由大到强的的途径和目标任务
1.首台套国际一流的特大型空分设备
1)国产特大型空分设备杭氧已获得了6套100000m3/h特大型空分设备的订单,2014~2015年将投入运行,这是与国际品牌公司同台竞技,考验国产品牌空分能否真正达到国际一流水平的场合,是今后国产特大型空分能否站稳市场的关键,因此杭氧必须集尽全力、精心组织、找出国产设备与品牌产品的差距、制定相应的措施,精细化管理,制造出国际一流的产品。
2)在实现首台套8~12万m3/h空分设备国产化的同时,进行首台套严格的考核和鉴定,加大自主创新,在国家支持下,5年内实现特大型空分设备的产业化,目标实现国产特大型空分市场占有率达到50%以上。
3)通过与风机、泵阀等行业共同研发,形成国产空分设备的产业链,进一步提高大型、特大型空分设备的国产化率,其中:60000m3/h等级及以下成套空分设备的国产化率从现在的50~70%提高到80%以上,主要有待于配套空压机、增压机的效率与可靠性提高,实现真正的国产化;60000m3/h以上等级成套空分设备的国产化率从现在的35%提高到60%以上。特大型配套的空压机、增压机、关键阀门、高压低温液体泵、中、高压膨胀机、关键异金属接头等通过协会、科技、工信等国家部委立项、资助、成套厂家与专业生产厂家协同攻关,提高行业成套能力和水平。
4)通过3~5年的努力,加大技术创新和精细化管理的力度,使国产大型、特大型空分设备的节能性、可靠性、安全性有较大幅度的提高,完全达到国际品牌公司同类产品的水平。
2.加大技术投入和扶植,培育行业技术研发中心
鼓励企业建立和完善技术中心的建设,加大技术投入,5年内行业建立国家级气体分离设备工程研究中心,开展特大型空分设备成套技术、产业链内配套部机等相关技术的研发,石油化工、煤化工等领域里工业气体的应用研究,低温工程技术,结合项目提升产品开发、制造水平,提高产品可靠性。
在空分、低温领域中,通过协会、项目等资源统一协调,企业间研发、实验投入各有侧重,进一步迈向专业化,共同合作制造成套精品。
3.培育一批专、精、特色企业,创民族品牌
鼓励和扶植少数企业做大,成为气体分离的大型成套企业,如:杭氧、开封空分、川空等能成为与世界品牌企业竞争的民族品牌制造业,同时也鼓励和培育一批能生产制造特色设备的中小型企业,专业分工细化,配套于大型企业,如:从事中小型空分、纯氮设备、低温液化装置、透平膨胀机、板翅式换热器、低温贮运设备等专业生产制造的企业,使行业产品各具特色,达到国际一流水平。
4.加快传统制造业向制造服务业的转型
  气体分离设备行业已在传统制造业向现代制造服务转型中迈出了一步,今后5~10年中要加大投入、加快步伐。
1)以空分设备产业为主体向两头延伸,上游重点发展工程成套服务业务,下游重点发展工业气体业务,加强工业气体应用研究。
2)在发展成套空分设备和关键配套机组业务的同时,兼顾横向发展石化低温相关产业和具有竞争优势的特色产品,如乙烯冷箱、液氮洗冷箱和LNG冷箱等业务、低温工程领域的设备;
3)在保持国内市场占有率的同时开拓国际市场;
4)不断改进和完善现有的管理体制和生产组织方式,加强协作、提高效率、追求卓越、制造精品。
 
 
 
 
 
 
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