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跃升中的中华压缩机制造业

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发布时间:2006/9/21 8:29:29

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前 言

在我国,压缩机专业高等教育学科已设置半个世纪,机械制造部门的压缩机研究机构也已面世近50年,压缩机制造业的各企业又长期坚持自主研发和技术合作相结合,产学研精诚联手。而国内外市场对压缩机品种和数量的需求长期看好,中华压缩机制造业崛起并已达到较高水准,在某些领域还持续向先端冲刺,就是必然的了!

鉴于长期以来我国行业划分的现实,本文主要论及容积式压缩机。 
业内人士皆深知,我国是全球为数不多的最重要的压缩机市场之一。中央关于改革开放奔小康、西部大开发/东部龙头/中部振兴战略决策的实施,给海内外压缩机制造企业以巨大的商机和技术开发的契机。
那么,当时代的骏马飞驰入廿一世纪的今天,直面WTO格局、已达到较高水准并在继续跃升中的中华压缩机制造业,拥有怎样的实力,机遇和挑战又如何呢?
1 透平式压缩机和容积式压缩机各展所长
随着单系列工艺流程的兴盛及其经济生产规模的陆续扩大,以及透平式压缩机(如图1所示意)高排气压力技术的突破和完善、不间断长时间连续运行可靠性有保障,国外合成氨、空气分离、化工与石油化工用超大型压缩机,业已由透平式一统天下。国内业主的压缩机选型趋向,也是如此。
毫无疑问,透平式压缩机具有最适于大流量、特大容量的特性,当排气压力在中压以下时则更为方便。 
不拥有透平式压缩机上述优势的容积式压缩机(以往复活塞式压缩机和容积式回转压缩机为主流),则在超高压、甚高压领域独占鳌头,还在高压、中压以及中小流量场合具有高的性能价格比和运行节能之特色。 
尽管透平式压缩机和容积式压缩机所能达及的性能参数(流量、压力)范围稍有重叠,但从总体来看它们在各展所长、相辅相成。 
2 工艺流程用往复活塞式压缩机的走向
2.1 而今,无论国外还是国内,工艺流程用往复活塞式压缩机的制造、销售和技术开发热点有三:
a.炼油及石油化工(下游)企业多种装置、流程所需多品种、大中功率、中高压力氢气等多种介质压缩机。
b.石油、天然气(上游)企业天然气集输及天然气回注采油(或注气入地下气库)用多品种、大中功率、中高压力天然气压缩机。
c.天然气汽车加气站用CNG(Comperessed Natural Gas)压缩机。
工艺流程用往复活塞式大中型氢气压缩机、大型氮氢气压缩机示于图2。
2.2 迷宫压缩机
迷宫压缩机在工艺流程用往复活塞式压缩机中独树一帜,通过精心设计和精细制造,以不接触方式实现气缸、填料处气体的密封。因此,她不只是气缸无油润滑压缩机的一种门类,在超高温或超低温工况,或压缩绝对干燥气体时,则很可能是唯一的选择。酿造及食饮品工厂在向生产车间输送直接接触食饮品的压缩气体时,采用迷宫压缩机比接触环式气缸无油润滑压缩机更卫生、合理。在制药流程及氧气装置中的安全性,相对而言,迷宫压缩机更胜一筹。 
由此断言,迷宫压缩机必将获得更广泛而又深层次的采纳。迷宫压缩机结构、其气缸/活塞、其活塞杆导向套/填料/气阀,分示于图3~图5。
再造蓝天的CNG压缩机组及天然气汽车尾气排放指标示于图6,CNG压缩机结构参看图7。
3 我国压缩机制造业的主要服务领域
3.1 为国民经济重大技术装备配套,如为各种大型炼油装置、煤化工提供大型、超大型加氢压缩机,为天然气工业提供多规格的集输用、注气用大中型天然气压缩机,为化肥、炸药工业提供大中型氮氢气压缩机、二氧化碳压缩机,为煤炭、冶金、电力、轻纺、医药、食饮品工业提供动力用空气压缩机/纯净、无油、无菌压缩空气,为核潜艇、火箭发射配套的特种高压高参数高性能压缩机。
3.2 为环保型清洁燃料汽车加气站改良环境和改善能源结构配套服务,提供多品种的CNG压缩机、LPG压缩机,为天然气汽车或液化石油气汽车加气站提供关键装备。
3.3 为极其广泛的压缩空气应用场所服务,从大型矿山开采、黑色金属/有色金属/稀有金属冶炼、中小型空气分离装置、中小型变压吸附产气装置、道路与建筑施工直至各种居家耗气用途。
4 中华压缩机制造业之跃升
4.1 工艺流程用大型往复活塞式压缩机
全球范围内,工艺流程用大型往复活塞式压缩机的热卖点是石油化工行业炼油厂所需加氢压缩机,而我国又是最热点之一,需求与竞争两旺。 
我国正在实施的能源安全战略的一个重要方面,就是推广大型煤液化工程。超大型氢气压缩机更是其中不可或缺的核心装备。 
沈阳气体压缩机股份有限公司、无锡压缩机股份有限公司、上海压缩机有限公司、上海大隆机器厂、四川大川压缩机有限公司、潍坊生建压缩机厂、杭州杭氧压缩机有限公司等强力企业,共用拥有高的国内市场份额,向石油化工、化工、石油天然气、工业气体等行业提供了众多的关键装备——多品种规格的工艺流程用大型往复活塞式压缩机。 
其中,沈阳气体压缩机股份有限公司将自主研发与技术合作成功地有机结合,拥有了世界级水准的大型往复活塞式压缩机专有技术(活塞力100kN~1250kN),制造全系列大型对称平衡型压缩机,已面世机型最大功率5000kW、最大活塞力800kN、列数最多6列。其最主要结构特色有三:
a.活塞杆与十字头的机械——液压联接方式,借助于三次施加并释放达150MPa的超高油压,使弹性受力零件产生了预应力,有效地降低了纯机械联结方式无可避免的使活塞杆承受之高应力幅,传统结构大直径活塞杆螺纹根部的严重应力集中也自不存在,保障活塞杆可靠工作。
b.力学处理优化的强刚性、多列组合式机身设计,机身因无垂直于受力方向的壁面,从而获得大的承载能力。
c.压缩机传动机构“反向润滑”,曲轴无需油孔,遂免受传统曲轴多个油孔处应力集中之困扰,强度高、刚性好、加工易,并一改十字头销/十字头滑履处比压高、油压最低为比压低、油压最高。故而传动机构磨损小、温升低、热膨胀值小,易保活塞杆运动的精确直线性。
显而易见,其压缩机工作的安全性、可靠性有保障。 
沈阳气体压缩机股份有限公司生产的大型往复活塞式压缩机,就单机功率、活塞力而言,均已跻身于世界最大型压缩机行列。如成功地运行于广东茂名石油化工股份有限公司等特大型石化企业的4M80—30/22—200—BX型新氢压缩机(图8),系200万吨/年渣油脱硫加氢装置用,为对称平衡型、4列,活塞力800kN,排气压力20MPa,轴功率3250kW,质量68.6t,冷却器等辅机质量16.2t,电动机质量47t,外形9690mm×4680mm×1950mm。迄今为止,仅广东茂名石化一家企业,即有沈气产多达20台4M80级大型压缩机在役运行,为我国石油化工行业的发展作出了贡献。
总体说来,由于我国压缩机制造业产学研各单位的齐心合力,国产工艺流程用大型往复活塞式压缩机不仅成功地替代了进口机,实际运行状况还优于某些进口机。由于其综合性能——价格比的优势,业已拥有随石化成套装备走向海外的良好条件。而这,也已如是实施。 
4.2 分体式和整体式燃气摩托天然气压缩机组
在管道式燃气轮机——离心式天然气压缩机组的冲击下,大功率(最高曾达10067kW[13500HP])整体式燃气摩托压缩机逐渐退出了历史舞台。现今之整体式燃气摩托压缩机皆为对称平衡结构,其动力缸、压缩缸水平对称卧置,动力活塞、压缩活塞相向或反向运动,惯性力平衡优良,低速、重载,经久耐用,无需值守人员,运行费用低,功率为630kW及以下(参看图9、图10)。
该类燃气摩托压缩机组是由燃用天然气的动力缸和压缩天然气的压缩缸构成的橇装有机整体,不需外接主电源和水源,机组的冷却、润滑、点火、自控等系统亦无需外界提供动力。显而易见,它是无动力电或接电困难的分散油气田、边缘油气田和后期油气田理想的集输气装备。 
中国石油天然气集团公司四川石油管理局成都天然气压缩机厂和四川大川压缩机有限公司,是我国广大油气田整体式燃气摩托压缩机组的最主要供应者。其中,仅成都天然气压缩机厂制造的ZTY系列产品已近300台,运行实绩良好。
“分体式”大型天然气压缩机组(参看图9),是油气田集输气用主力机种,多由大功率、高转速天然气发动机直联驱动(或由电动机直联驱动)并和大型风冷式冷却器共同构成为独立橇装机组,为油气田所不或或缺。
中国石油化工集团公司江汉石油管理局第三机械厂(武汉市吴家山)生产的RDS系列大中功率(达3000kW)压缩机组,即属此类,系技术合作与独立创新相结合的结晶。
4.3 天然气汽车加气站用CNG压缩机
世界面对着原油仅可开采40余年,而天然气却能再采70年以上的现实。我国正面临着:着力于能源多元化、强化西气东输工程,大力保护环境,积极开采/使用蕴藏量丰富的陆/海天然气,进口液化天然气,不远的将来还能实现天然气(进口)管路国际联网,以及蕴藏量甚丰的煤层气(油气田天然气的后续天然气)开发力度加大,这样的大好形势。
天然气汽车具有技术成熟、清洁、安全和经济性好等显著的环保/技术/经济综合优势。
自1931年意大利北部建成世界近代首座天然气汽车加气站和1988年在四川建成首座国产装备天然气汽车加气站以来,国内外CNG压缩机品种、销量和技术进展渐趋活跃。时至今日,CNG压缩机已跃升为全球压缩机市场的最热卖点之一,尤以我国、东南亚和南美洲为最。
CNG压缩机单机功率并不很大,然而在近年却高度富集了当代往复活塞式工艺流程用压缩机多项先进技术。客观上,CNG压缩机几乎成为全球工艺流程用往复活塞式压缩机中唯一能够形成批量生产的门类。随着石油的更加短缺,治理城市汽车尾气污染的紧迫,以及我国西气东输和后续工程分期实施,居民社区燃气能源的逐步普及,CNG压缩机在国内外必将有更大的发展。
虽然起步甚晚却直逼世界先进水准的国产CNG压缩机,在新世纪之初奇葩争艳、异彩纷呈,自不同的角度逐步地将其综合技术水准升华至不亚于舶来品的程度。从而不但为国内天然气汽车加气站的建设作出了新贡献,而且拥有了在我国加入WTO之后与国外著名品牌抗衡的不凡实力,同时踏入了国际市场。由于拥有高的性能价格比和低价位,销往海外的国产CNG压缩机台数逐渐增多,乐于接受中华CNG压缩机的国家和地区也在扩大。四川省某民企八成产值为外销CNG压缩机。
国产代表性CNG压缩机参数参看表1。
表2为国内外典型CNG压缩机参数表,其中的国产机各具特色:
中石化江汉三机厂的全风冷机组(参看图11、图13、图14),最适合在干旱、高寒地域运行,其配置隔声罩机组用于闹市区,已开发成功低吸气压力0.3MPa~0.5MPa和高吸气压力2.0MPa多种流量机型;无锡压缩机股份有限公司的气缸无油润滑机组,适应较宽的低吸气压力范围(0.2MPa~0.5MPa),供气品质优良,冷却方式为水冷及中空活塞杆通油内冷却以保障填料、活塞环工作正常,且无需隔声罩即可于市区运行(参看图11、图16、图17);南京压缩机股份有限公司的机组(参看图18)高度紧凑,吸气压力范围0.5MPa~1.0MPa,供气量又大,适合城区高中压天然气管网建大型常规站/加气母站用。
国产CNG压缩机群参看图12。
开创了国产全风冷CNG压缩机组先河并获国家专利证书的三机厂2D4型机,于2001年始运行于中原油田。继在成都地区配置了3座加气站之后,2003年、2004年西安市天然气总公司北二环路加气站两度选择了2D4型机。多座加气站中的该型机组在无备机、重负荷(每天开20小时以上)工况下,经历了酷暑、严寒自然条件的考验,至今运行状况优良。
2D4型机与国外名机之比较参看表2,其优秀设计和传动件承载面的甚低比压值(参看表3)确保了运行安全、可靠和长寿命。
研发了国产首台CNG压缩机的重庆气体压缩机厂有限责任公司,不仅大力拓展了多结构型式、多品种、多类站用的水冷机组,还出口到东南亚,而且继三机厂之后开发了风冷机组,扩大了服务地域。
安瑞科(蚌埠)压缩机有限公司不仅借用引进德、奥压缩机技术的相关部分和国内技术,较早、多品种供应常规站用CNG压缩机,还积极开拓了子站用机、母站用机。特别是其母公司——新奥集团公司实施的城市天然气工程,更拓宽了其CNG压缩机的应用地域、增大了订货量。
北京京城环保产业发展有限责任公司在小型风冷机空气试车、鉴定的基础上,开发了胜利油田所需功率160kW的风冷CNG压缩机。
四川大川压缩机有限公司、四川金星压缩机制造有限公司、自贡通达机器制造有限公司、自贡山川气体压缩机有限责任公司、四川南方气体压缩机有限公司等川渝地区CNG压缩机制造者,皆有积极建树。
上海大隆机器厂着力研发的大型常规天然气汽车加气站用CNG压缩机,为4列、对称平衡型,活塞力60kN,冷却方式为风、水混合冷却,已成为中英合资企业——上海康普艾大隆高压设备有限公司的主导机型之一。
4.4 特种高压压缩机
作为压缩机中的特殊群体的特种高压压缩机,都具有高参数、高性能的技术特征,如:排气压力高达若干,环境温度低至××、高至××,环境相对湿度××,盐雾××,纵倾××,横倾××,外形尺寸小于××,重量小于××,露点低于××,振动烈度低于××,噪声声功率级小于××,平均无故障运行时间大于××,单位时间内启动次数大于××,等等。 
功率和外形尺寸并不很大的特种高压压缩机,以其甚高科技含量而屹立于压缩机设计/制造技术为数不多的几个巅峰之一。
国产特种高压、高参数、高性能压缩机集群(参看图19)的总体水准已不亚于外机。毫无疑问,她们已是我国载人宇宙飞行等高科技领域,以及保卫国土、捍卫海疆和领空的优秀保障装备,功不可没。我国压缩机制造业中的佼佼者,已为此奋斗了半个世纪,功勋卓著!
4.5 隔膜式压缩机
历经40余年的发展,我国隔膜式压缩机制造企业的生产能力和产品所达到的技术水准,已不容诸强小视。目前,国产隔膜压缩机(参看图20)不仅完全可以替代进口产品,还拥有了在WTO规则中竞争的可观实力。
北京京城环保产业发展有限责任公司研发的隔膜式压缩机,成批量的成功运行于核电站及国防工程。 
国家机械装备集团中国通用机械工程总公司与上海大隆机器厂合作研制的超高压200MPa隔膜式氢气压缩机组,具有高技术水准和运行可靠性。
北京汇知机电设备有限责任公司研发成功了具有完整自主知识产权、新颖的对称平衡型金属隔膜压缩机。 
北京市科学技术委员会组织专家通过了对汇知公司“GD134-30/160型对称平衡型隔膜压缩机”科技成果的鉴定,确认其创新点和填补了我国大型隔膜压缩机品种的空白,认定其技术性能指标为国内领先、接近国际先进水平。
汇知公司的此项技术,已获国家知识产权局实用新型专利证书(参看图21)。
由金属隔膜压缩机的极高气密性和高工作压力两大优势所决定,它适宜在军民核能技术、纳米技术、防化、国防、化工、石油化工、气体工业、医疗、医药工业、超临界二氧化碳萃取领域压缩、输送气体,尤其适于压缩剧毒、强腐蚀、放射性、珍稀、极纯净、极干燥、可燃易爆气体,此种特殊功能是其他结构类型的容积式或动力式压缩机所不具备的。膜腔型线优化,膜片寿命过关,多层膜片在一片破裂报警的同时还能确保安全,远传膜头与气动膜头技术,膜腔气压与液压缸油压差值保持技术等,也都促进了国产隔膜压缩机近年需求量的飙升。 
毫无疑问,国产隔膜式压缩机在国际市场上拥有优异的性能——价格比及低价位优势。实际上,其出口业绩也看好。 
4.6 容积式回转压缩机
国内压缩机业主的选型观念,已由非常看重压缩机运行电耗转向更客观、更综合性地通盘考虑。操作人员日常劳务费,维修所需劳务、配件与耗材费,事故停机的直接、间接经济损失等多方面的因素,促进了业主选用螺杆式压缩机。典型的移动式、固定式螺杆空压机参看图22。
继先进工业国家之后,国内喷油螺杆空压机的设计、制造技术日趋成熟,而干式(无油)螺杆空压机则尚显逊色。 
工艺流程用螺杆压缩机,特别适于压缩中低压力的强腐蚀、剧毒、含液滴、易液化气体,其国内外市场占有率仍将有所上升。 
国产工艺流程用螺杆压缩机,依然由上海压缩机有限公司独占鳌头,不仅产销两旺并且出口。 
螺杆空压机的技术进展,除了型线(齿形)这一重要方面,油、气、冷却、自控系统的改进和机组各单元配置优化,以及降、隔噪声措施所起的作用不容小看。而今,全面改进螺杆压缩机的中华企业更多了。 
我国压缩机、制冷机、工业泵、减变速机4个行业的制造企业,都拥有螺杆转子专用铣床、磨床,且皆为国际顶尖级品牌,其数量总和惊人之多。笔者估计,通用机械4个行业的转子专用机床总台数,雄踞世界首位(按国家计),可谓制造潜能巨大。
海峡两岸的中华螺杆式空压机制造企业,共同拥有了强的制造能力,且产销两旺,如:无锡压缩机股份有限公司、南京压缩机股份有限公司、江西气体压缩机有限公司、江苏超力机械有限公司、无锡市五洋赛德压缩机有限公司、沈阳空气压缩机制造厂、烟台兰星压缩机有限公司、上海博莱特压缩机有限公司、宁波欣达螺杆压缩机有限公司,以及台湾复盛机械有限公司与其分布在上海市、北京市、中山市的三处制造与研发基地。 
和国外将单螺杆压缩机基本都用于压缩制冷介质迥然不同,独具中华特色的单螺杆压缩机(参看图23、图24)技术,业已造就成了目前以喷油单螺杆空压机为主体的强力生产基地——上海佳力士机械有限公司、广东正力精密机械有限公司、阜新金昊空压机有限公司、上海飞和实业集团有限公司等。尤其难能可贵的是这些企业的志士仁人拼搏进取,荣获多项单螺杆压缩机和相关技术的国家专利证书,并已转化为生产力。不但单螺杆空压机实测技术经济指标雄踞世界前列,而且品种规格繁多能满足各方需求,同时实现了产销两旺和出口。
4.7 往复活塞式动力用空压机与微小型空压机
在我国,容积流量3m3/min以上的动力用空压机领域(固定式及移动式),螺杆式和往复活塞式空压机是主流。
空压机的先进性、经济性取决于设计、制造成本(原材料费、设备折旧费、劳务费等)、运行成本(电耗、水耗、劳务费、零件更换费等)的综合结果。我国电费单价高而劳务费低,这样的特定国情与国外差异很大。由此,决定了: 
a.宜倡导发展螺杆式空压机,并形成适当数量的具有经济生产规模的制造企业,其主要服务领域是对空压机的综合性能要求较高的使用部门。
b.应提高往复活塞式空压机运行的可靠性,向社会提供廉价、好用的产品。
笔者给出的各结构类型动力用空压机最佳参数范围如表4。
显然,某一具体结构类型的空压机,只有当其处于最佳参数范围时,方可获得良好的技术和经济效益。 
有必要说明,“最佳参数范围”是在发展、变化的,而且即使在同一历史时期,业内人士对其具体范围的界定也会有所差异。 
我国往复活塞式动力用空气压缩机(参看图25)具有自主研发的优秀技术基础和强大的制造实力,且其派生产品所覆盖的服务领域广阔。南京压缩机股份有限公司、柳州柳二空机械股份有限公司、柳州环宇压缩机有限公司、重庆气体压缩机厂有限责任公司、潍坊生建压缩机厂、北京京城环保产业发展有限责任公司、江西气体压缩机有限公司、余姚捷华压缩机有限公司、长春空气压缩机制造有限公司、太原气体压缩机厂、中国铁道建筑总公司徐州机械总厂、济南压缩机有限公司、河北省吴桥空压机有限责任公司、湘潭压缩机有限公司等企业皆如此。
不可忽视的选型要素是:往复活塞式动力用空压机不但价廉,而且运行节能。 
容积流量3m3/min以下的往复活塞式微小型空压机(参看图25)用途极其广泛,绝对需求量很大。而在现代产销模式下,其单机售价有限,所以只有生产规模很大并有一定技术含量的制造企业才能立足和将产品外销。
长春空气压缩机制造有限公司、江苏超力机械有限公司、上海东方压缩机制造有限公司、沈阳东陵空压机有限公司、鞍山无油空压机有限公司、北京金环压缩机有限责任公司、天津市气体压缩机厂、天津市压缩机厂、石家庄市三原压缩机厂、太原第二气体压缩机厂、南京华冠压缩机股份有限公司、中国人民解放军第四八一二工厂、马鞍山正棱压缩机有限责任公司、烟台兰星压缩机有限公司、无锡力源压缩机有限公司、常德通用压缩机有限公司、开封市空气压缩机厂、佛山市珊瑚压缩机有限公司、柳州市金象机器制造有限公司、重庆小型压缩机厂等企业,都有着生产往复活塞式微小型空压机的悠久历史和相当的生产能力,较好地满足了社会需求。 
以位于浙江省温岭市泽国镇的浙江鑫磊机电股份有限公司、浙江鸿友压缩机制造有限公司,和福建省泉州市力达机械有限公司为代表的一批浙、闽地区民营往复活塞式微小型空压机制造企业,作为异军突起的后起之秀,拥有多国质量认证证书,还实现了极大规模生产,成本低、效率高、产品外观好、质量稳定,绝大部分产品远销欧美澳新,年出口量合计达数百万台以上,成为全球家用往复活塞式微小型空压机的主要供货者。 
我国压缩机制造业的志士仁人,决意继续奋力打造压缩机制造业科技/经贸日趋兴盛的崭新局面,以性能价格比优异的适用产品服务于长城内外、大江南北,跃动于全球经济圈,从而屹立于世界压缩机强林!
让我们携手共勉!  
                                                                                         中国通用机械工业协会压缩机分会秘书处 高其烈

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