中国机械工业技术发展史
中国机械工业技术发展史
第三十三章 石油化工和化工工业设备
第二节 炼油及石油化工成套装备
一、 炼油设备
随着大庆油田的大规模开发，中国开始自行发展炼油成套设备。 1961 年 9 月， 一机部和石油部组织有关设计研究院所、制造企业和高等院校共 10 个单位的近百名科研设计人员，组成联合设计组，进行年处理原油 100 ～ 150 万 t 的炼油成套设备的定型设计。 1961 年底，联合设计组自美洲取得 IV 型催化裂化、铂重整、延迟焦化、尿素、脱蜡和加氢裂化等 5 种装置的新技术，随即在定型设计消化吸收，建成 5 套装置，达到 20 世纪 50 年代未国际先进水平，被誉为“五朵金花”。由于使用部门和制造部门的密切配合，设备研制和项目建设的速度很快， 1963 年，年处理原油 100 ～ 150 万 t 炼油成套设备的定型设计基本完成，当年就有一批装置建成设产。为完成该成套设备，先后研制成功了裂化油泵、往复式高温热油泵系列、离心式冷油泵和热油泵系列、中压阀门系列以及氢气透平压缩机、大冷量氨透平压缩机等。
第一批年处理原油 100 ～ 150 万 t 炼油成套设备成投产以后，一机部和石油部又联合制订规划，组织力量，突破了 S 型塔板、舌形和浮阀塔盘、园筒炉和立式炉等重大技术关键，提高了原有设备的处理原油 100 ～ 150 万 t 炼油成套设备，被改造为年处理 200 ～ 350 万 t 能力的成套设备。
1963 年到 1973 年，共建成 131 套炼油装置，其中有 96 套是按照这个一型设计生产的。
1974 年起，一机部和燃化部再次合作，组织单元蒸镏装置为年处理原油 500 万 t 的炼油成套设备的设计。
目前炼油设备能针对各类不同油品成份进行针对性设计，设计标准规模为 100 、 250 、 500 万 t 常减压装置及其配套的后处理炼油加工装置，已基本立足于国内，绝大部分设备国内均可生产，满足工业性运行要求。现以加氩技术装置为例，介绍炼油设备的技术发展情况：
加氢技术是提高油品质量和改变油品结构的二次深加工的先进工艺，也是衡量一个国家石油提炼技术发展水平的标志。这一工艺国外 20 世纪 70 年代就得到了迅速的发展，目前国外发达国家经加氢处理的油品量占原油处理量的 60% ，而我国在 1986 年前，加氢处理仅占原油处理量的 6% 。目前国际上只有少数几个国家能制造加氢关键设备，我国原已建成的加氢装置及其关键设备，如热壁加氢反应器、高压空冷器、氢气压缩机等大多数是从国外进口。
1986 年 7 月，加氢精制、加氢裂化装置被列为“七五”国产化项目。镇海石化总厂 80 万 t / 年加氢精制和加精裂化、洛阳炼油厂两套 80 万 t / 年加氢精制、广州石化总化厂、武汉石化厂各一套 40 万 t / 年加氢精制、石家庄炼油厂一套 40 万 t / 年加氢精制及 15 万 t / 年催化重整等五个厂七套装置， 109 台关键设备中国内研制了 87 台， 22 台由国外引进，其中有 4 台合作制造。经过 40 多个工厂、设计院 ( 所 ) 、大专院校和公司近三年的努力，完成了 91 台加氢装置关键设备 524 个课题的攻关任务，七套国产化装置已陆续投入运行。加氢装置关键设备研制任务的完成，使加氢装置关键设备的国产化率达 80% 以上（按价格计），成套设备国产化率达 90% 以 上（按价格计），除了进口某些原材料、配套件和少量设备外，基本上实现了国产化。
在催化裂化设备国产化方面，主要抓了主风机、烟气轮机、富氧压缩机、电液滑阀等关键设备的研制。 200 ～ 300 万 t/a 重油催化裂化的主要设备已经实现国产化，不再进口。
在重整、加氢精制、加氢裂化装置中，主要抓了重整反应器、加氢反应器、螺纹锁紧环高压换热器、高压空冷器、离心式循环氢气压缩机、往复式氢气压缩机、高压进料泵及其大功率封锁刷励磁同步电机等 ，产品已成功的用于镇海、茂名、兰炼、燕山、齐鲁等一大批加氢装置上。
镇海石化厂 560 t 热壁加氢反应器由上海重型机械厂提供锻件、上海锅炉厂制造。加氢反应器是有高温、高压、临氢状态下工作。 560 t 加氢反应器为锻焊结构，由 9 个筒节、两个封头、 25 个接管及裙座组成。设计压力为 18.6MPa ，水压试验压力为 26.1MPa ，设计湿度 427 摄氏度，内径 3200mm ，壁厚 210mm ，总长 34.4M ，总重 600t （壳重 560t ）。有 10 条主焊缝，内壁堆焊 309L+347L 不锈钢，面积达 300m 2 ，主体材料为 2 1/4Cr-1Mo 介质为油气、氢气、硫化氢，要求主体材料及其受压爆缝能抵抗氢腐蚀、氢脆、回火脆性、高浊 H 2 S 腐蚀以及堆焊层剥离和硫酸的应力腐蚀开裂而避免设备破坏等。该设备不仅设计技术要求高，制造工艺复杂，检验严格，需要集中现代冶炼、锻造、热处理、机加工、焊接、无损检测等多项新技术，而且设备的大型化还给运输带来了困难。该反应器于 1991 年 3 月通过了机械部主持的鉴定验收，是当时国内制造的技术要求高、单件最大、最重的加氢反应器。上海锅炉厂针对反应器的技术难点，结合工厂实际情况，开展了大量的工艺试验，解决了一系列技术关键，特别是在弯头整体堆焊、接管与筒体连接的深坡口马鞍形自动焊接，小接管内壁自动焊接，产品整体热处理规范掌握与温度控制、整体进探伤试验室进行加速器检测等方面有一定特色，使产品制造质量达到了 20 世纪 80 年代国际同类产品的先进水平。 560t 加氢反应器的制造成功，反映了工厂在锻件生产、容器的加工、焊接、热处理、检验与起吊运输等方面具备了承制大型高压石油化工设备的综合能力。它的研制成功，说明我国压力容器制造水平又登上一个新台阶，是我国压力容器制造历史上的一个新的里程碑。
第一重型机器厂在 “ 六五 ” 期间对热壁加氢反应器用 2 1/4Cr-1Mo 钢的冶炼、锻压、焊接、堆焊等工艺开发进行研究， 20 世纪 80 年代中，和日本室兰制作所合作生产为齐鲁石化提供加氢反应器。通过全面的技术改造和技术创新， 1990 年为镇海石化总厂 80 万 t/ 年加氢精制装置提供一台 400t 加氢精制反应器，质量水平达到了日本制钢所 1987 年生产的同类产品的水平。根据北京燕山石油化工总公司的需要， 1994 年提供二台热壁加氢反就器，筒体外径 3700mm ，长度分别为 19.9m 和 25.3m ，重量分别为 242t 和 341.8t 。若制造完毕，却不能整体从制造厂运到燕山用户，只能采用在现场组焊、局部热处理、射线检测等及现场加工、打压、管理等一系列问题，为特大型压力容器的现场组焊又闯出一条新路。 1997 年 9 月一重又与齐鲁石化公司签订合同，为炼油厂 140 万 t/ 年加氢裂化装置提供 R-402 两台反应器，单台分别为 928t 和 762t ，设计压力为 19.7MPa ，设计温度为 454 摄氏度，这是我国目前承制的最大的锻焊结构热壁加氢反应器。一重集团公司开展了千吨级反应器的技术攻关，同时在大连棉花岛建成了一个千吨级容器组装厂及出海码头，解决了一重公司的大件运输问题。千吨级加氢反应器于 1998 年制造完毕，并运到用户现场安装，使我国大型加氢反应器制造进入国际先进行列。一重集团公司从 1987 到 1998 年已向国内有关石化企业提供 34 台热壁加氢反应器。一重集团的加氢反应器已由厂内生产，发展到在用户现场组焊生产；主体材料由 2 1/4Cr-Mo 钢发展到 3Cr-Mo1/4V 钢；由从只能生产铁路运输限内（外径〈 3m ，重量〈 380t 〉，发展到外径 4.8m ，重量达 928t ；生产周期也由 18 个月，缩短到 14 个月，甚至 12 个月；其主体材料的 X 系数、 J 系数、回火脆性指标等，都达到当代国外先进水平。一重集团公司对我国炼油行业作出了巨大贡献。
螺纹锁紧式高压换热器是炼油厂加氢精制、加氢脱硫和加氢裂化中广泛使用的一种新型换热器，是炼化设备大型化、高效率、深加工发展的必然趋势。该设备为炼油设备中承压能力最高的一种换热器，设计压力，壳程为 19 ～ 20MPa ，管程为 17 ～ 18MPa ，设计温度为 215 摄氏度、管程为 290 摄氏度。该换热器由于结构复杂，加工工作量大、精度要求高、难度大、专用工具和工装多、密封可靠性要求高， 1989 年兰石厂与意大利 IMB 公司合作生产。通过合作生产，消化吸收国外先进技术和制造经验，攻克了直径φ 157mm 大螺纹加工技术、管箱密封槽加工技术，安放式接管焊接坡口和管箱开孔坡口技术，厚管板管孔加工和堆焊技术， U 形管固熔处理技术、爆炸胀管技术、大平面金属垫片加工技术、大弯管煨制工艺技术、局部热处理技术等难题，首次在国内研制成功了螺纹紧环密封结构的高温高压换热器。为该产品国产化奠定了基础。
“ 八五 ” 期间，兰石厂利用合作生产取得的技术和经验，通过进一步技术开发和工艺攻关，首先为镇海石化提供了第一台国产化螺纹紧环换热器，该产品的国产化率达到 100% 。接着为辽阳石化、武汉石化和齐鲁石化提供了八台该类产品，产品形式由 “ 高 - 高压型 ” 发展到 “ 高 - 低压型 ” ，由单壳程发展到双壳程，由不堆焊发展到全堆焊型等多种形式。通过这一历程，兰石厂积累了较丰富的经验，制造技术日趋完善、成熟，工艺装备更加实用完善。
“ 九五 ” 期间，兰石厂进一步提高产品质量，缩短生产周期，扩大生产能力，实现正常批量生产。 1996 年承接天津石化公司炼油厂 80 万 t/ 年加氢裂化装置中双壳程螺纹锁紧环式高压换热器，经过 15 个月努力，于 1997 年 3 月成功的研制出 H-L 型双壳程螺纹锁紧环式高压换热器，经原机械部和中石化总公司两部专家评议认为，该设备在设计上吸收了国外先进技术，在结构上做了合理的改进，其设计、制造主要技术指标达到了当代国际同类设备水平。表明该类设备立足于国内设计制造、批量生产是完全可行的。螺纹锁紧式高温高压换热器研制成功，使加氢装置又一关键设备国产化，为我国独立自主的建设高温高压加氢装置作出了贡献。
七套加氢装置中的 91 台关键设备，包括与国外合作生产的工作压力 17.4MPa 的高压空冷器和氢压机。沈阳气体压缩机厂利用引进的德国技术，完成了 10 种 20 台具有 20 世纪 80 年代初先进水平的往复氢气压缩机，最大功率为 3080kW ，是目前国内最大的往复式氢压机。氢气压缩机配套 7 种 20 台增安型无励磁防爆电动机（最大功率 3080kW ），由南阳防爆电气研究所、北京重型电机厂、佳木斯电机厂、沈阳电机厂、天津电气传动设计研究所、广州电器科学研究所等单位承担研制，填补了国内空白。 |
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