2021年11月28日，由中國(guó)石油集團(tuán)工程股份有限公司（簡(jiǎn)稱“中油工程”）和四川空分設(shè)備（集團(tuán)）有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱“四川空分”）聯(lián)合研制的國(guó)內(nèi)首臺(tái)全國(guó)產(chǎn)化60萬(wàn)方/天LNG繞管式換熱器在內(nèi)蒙古亨東天然氣液化裝置中一次性開車成功，并經(jīng)過(guò)72小時(shí)以上滿負(fù)荷連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，正式投入工業(yè)運(yùn)行。
這標(biāo)志著中油工程和四川空分真正掌握了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的LNG繞管式換熱器關(guān)鍵技術(shù)，打破了國(guó)外技術(shù)壟斷，為我國(guó)開發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的特大型LNG成套技術(shù)提供了有力技術(shù)支撐，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)“雙碳”能源發(fā)展目標(biāo)具有重要的戰(zhàn)略意義。
四川空分也進(jìn)一步提升了在天然氣液化領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力，成為國(guó)內(nèi)首家同時(shí)掌握天然氣液化領(lǐng)域的繞管式換熱器和板翅式換熱器關(guān)鍵技術(shù)和核心產(chǎn)品的公司。
●LNG繞管式換熱器——天然氣液化領(lǐng)域的大國(guó)重器
天然氣作為清潔低碳能源，是未來(lái)能源供應(yīng)增量的主體。隨著LNG成為重要的天然氣國(guó)際貿(mào)易形式，中國(guó)已成為第一LNG進(jìn)口大國(guó)。因此，開發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型LNG成套技術(shù)對(duì)實(shí)施我國(guó)海外能源戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)我國(guó)“雙碳”能源發(fā)展目標(biāo)具有重要的戰(zhàn)略意義。
國(guó)際上基本負(fù)荷型LNG裝置單線生產(chǎn)能力主要在300~600萬(wàn)噸/年，最大規(guī)模達(dá)到780萬(wàn)噸/年。特大型LNG裝置中關(guān)鍵設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化是我國(guó)發(fā)展基本負(fù)荷型LNG裝置成套技術(shù)亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
LNG繞管式換熱器，是特大型LNG裝置的首選主低溫?fù)Q熱器，是天然氣液化領(lǐng)域的大國(guó)重器。LNG繞管式換熱器具有結(jié)構(gòu)緊湊、可以實(shí)現(xiàn)多種介質(zhì)同時(shí)換熱、操作壓力高、熱膨脹可自行補(bǔ)償?shù)忍攸c(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)單體設(shè)備大型化，可靠性高、穩(wěn)定性好，能有效避免多臺(tái)板翅式換熱器并聯(lián)帶來(lái)的分配不均等問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球90%以上的百萬(wàn)噸級(jí)大型天然氣液化工廠都采用LNG繞管式換熱器作為主低溫?fù)Q熱器。
但長(zhǎng)期以來(lái)，LNG繞管式換熱器的設(shè)計(jì)制造技術(shù)都被國(guó)外公司壟斷，不僅制約了我國(guó)大型LNG裝置成套技術(shù)的發(fā)展，也對(duì)我國(guó)LNG清潔能源的戰(zhàn)略安全造成影響，推進(jìn)LNG繞管式換熱器的國(guó)產(chǎn)化研究勢(shì)在必行。
●四川空分——致力于解決LNG領(lǐng)域核心裝備的“卡脖子”難題
四川空分是以低溫技術(shù)為核心的高新技術(shù)企業(yè)，是我國(guó)深冷技術(shù)和裝備的主要研發(fā)制造基地之一。從上世紀(jì)70年代就開始從事天然氣分離及液化技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)，在LNG領(lǐng)域有著深厚的技術(shù)底蘊(yùn)。
在四十多年的天然氣液化技術(shù)及裝備的研發(fā)歷程中，四川空分深切體會(huì)到LNG領(lǐng)域的核心技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備必須立足于自主研發(fā)，多年來(lái)一直堅(jiān)持致力于解決LNG領(lǐng)域核心裝備的“卡脖子”難題。針對(duì)大型LNG裝置成套技術(shù)及核心設(shè)備——板翅式換熱器冷箱、膨脹機(jī)等進(jìn)行了持續(xù)深入的研發(fā)，并成功應(yīng)用于大型LNG裝置。
在通過(guò)研發(fā)掌握大型LNG裝置的板翅式換熱器冷箱關(guān)鍵技術(shù)的同時(shí)，四川空分也注重于突破大型LNG繞管式換熱器的核心技術(shù)。從2015年起，四川空分就正式立項(xiàng)進(jìn)行大型LNG繞管式換熱器關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。開展了大量的傳熱與流動(dòng)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分配性能實(shí)驗(yàn)研究等工作，掌握了大型LNG繞管式換熱器的復(fù)雜相變狀態(tài)下纏繞管內(nèi)與殼程的傳熱與流動(dòng)特性、大型LNG繞管式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)，并通過(guò)大量的工藝試驗(yàn)、樣機(jī)試制，攻克了超長(zhǎng)鋁合金換熱管繞制關(guān)鍵技術(shù)以及一系列制造難題。這些研究工作為大型LNG繞管式換熱器的國(guó)產(chǎn)化打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
●中油工程與四川空分緊密合作，共同推進(jìn)LNG繞管式換熱器國(guó)產(chǎn)化
2019年，中油工程以保障國(guó)家能源戰(zhàn)略安全為己任，為突破超大型LNG裝置成套技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，啟動(dòng)了中油工程重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目“800萬(wàn)噸級(jí)超大型LNG成套技術(shù)研究”，項(xiàng)目包含了對(duì)超大型LNG裝置關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的研究。中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司西南分公司作為國(guó)家能源局液化天然氣研發(fā)中心承擔(dān)單位，牽頭負(fù)責(zé)開展“800萬(wàn)噸級(jí)超大型LNG成套技術(shù)研究”課題。四川空分承擔(dān)了其中 “800萬(wàn)噸級(jí)LNG裝置繞管式換熱器國(guó)產(chǎn)化研究”課題，并于2021年承擔(dān)了四川省科技計(jì)劃重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目“大型LNG裝置繞管式換熱器關(guān)鍵技術(shù)研究”課題。
大型LNG裝置繞管式換熱器的關(guān)鍵技術(shù)主要包括傳熱與流動(dòng)特性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造檢驗(yàn)等方面。為突破這些關(guān)鍵技術(shù)，除了進(jìn)行理論分析和實(shí)驗(yàn)研究外，還必須通過(guò)工程樣機(jī)的研制及工程試驗(yàn)，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，才能真正實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的突破。因此，四川空分下定決心，研制60萬(wàn)方/天LNG繞管式換熱器工程樣機(jī)，并在所投資的LNG工廠建設(shè)國(guó)內(nèi)首套60萬(wàn)方/天基于LNG繞管式換熱器的天然氣液化系統(tǒng)，以驗(yàn)證LNG繞管式換熱器的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，為L(zhǎng)NG繞管式換熱器的全面國(guó)產(chǎn)化提供有力支撐。
四川空分關(guān)于大型LNG繞管式換熱器的已有技術(shù)積累、關(guān)鍵技術(shù)研究思路和工程樣機(jī)驗(yàn)證方案，得到了中油工程的認(rèn)可和好評(píng)。雙方達(dá)成戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，緊密合作，共同推進(jìn)LNG繞管式換熱器的國(guó)產(chǎn)化研究。
兩年多的時(shí)間里，“800萬(wàn)噸級(jí)超大型LNG成套技術(shù)研究”課題承擔(dān)單位中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司西南分公司與四川空分共同組建了大型LNG繞管式換熱器研發(fā)項(xiàng)目組，針對(duì)800萬(wàn)噸級(jí)超大型LNG繞管式換熱器的特性，開展了大量的關(guān)鍵技術(shù)理論研究、實(shí)驗(yàn)研究及工藝攻關(guān)。通過(guò)研究，突破了大型LNG裝置繞管式換熱器復(fù)雜相變狀態(tài)下纏繞管內(nèi)與殼程的傳熱與流動(dòng)特性、大型LNG繞管式換熱器殼側(cè)混合冷劑流動(dòng)及分配特性、大型LNG繞管式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)、大型LNG繞管式換熱器制造檢驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)、基于LNG繞管式換熱器的天然氣液化技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)難題。基于關(guān)鍵技術(shù)研究成果，自主開發(fā)了LNG繞管式換熱器設(shè)計(jì)專用軟件并取得了軟件著作權(quán)，獲得了多項(xiàng)自主創(chuàng)新的LNG繞管式換熱器結(jié)構(gòu)專利，研制了國(guó)內(nèi)首臺(tái)60萬(wàn)方/天LNG繞管式換熱器工程樣機(jī)，并建設(shè)了國(guó)內(nèi)首套60萬(wàn)方/天基于LNG繞管式換熱器的天然氣液化系統(tǒng)。
●LNG繞管式換熱器一次性開車成功，打破國(guó)外技術(shù)壟斷
2021年9月14日， 60萬(wàn)方/天LNG繞管式換熱器在四川空分研制完成，并順利通過(guò)出廠驗(yàn)收，隨即發(fā)往內(nèi)蒙古亨東項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝調(diào)試。項(xiàng)目組克服了時(shí)間緊、任務(wù)重及疫情等多方面的影響，經(jīng)過(guò)2個(gè)多月的艱苦奮戰(zhàn)，于2021年11月中旬完成了所有安裝工作。
2021年11月25日，國(guó)內(nèi)首套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的60萬(wàn)方/天基于LNG繞管式換熱器的天然氣液化系統(tǒng)正式進(jìn)行開車調(diào)試，僅經(jīng)過(guò)3天的時(shí)間就順利完成系統(tǒng)及設(shè)備的預(yù)冷、工況調(diào)節(jié)、負(fù)荷提升，于 2021年11月28日LNG繞管式換熱器運(yùn)行負(fù)荷達(dá)到60萬(wàn)方/天，并經(jīng)過(guò)72小時(shí)以上滿負(fù)荷連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。這標(biāo)志著我國(guó)首臺(tái)全國(guó)產(chǎn)化的60萬(wàn)方/天LNG繞管式換熱器一次性開車成功，正式投入工業(yè)運(yùn)行，也意味著LNG繞管式換熱器的關(guān)鍵技術(shù)研究成果得到了工程驗(yàn)證。
至此，中油工程和四川空分真正掌握了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的LNG繞管式換熱器關(guān)鍵核心技術(shù)，研制的LNG繞管式換熱器產(chǎn)品正式投入工業(yè)運(yùn)行，打破了國(guó)外技術(shù)壟斷。
四川空分也進(jìn)一步提升了在天然氣液化領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力，成為國(guó)內(nèi)首家同時(shí)掌握天然氣液化領(lǐng)域的繞管式換熱器和板翅式換熱器關(guān)鍵技術(shù)和核心產(chǎn)品的公司。
LNG繞管式換熱器的這一重大突破，對(duì)形成800萬(wàn)噸級(jí)大型天然氣液化裝置成套國(guó)產(chǎn)化技術(shù)，打破國(guó)外技術(shù)壟斷，提供了有力的技術(shù)支撐，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)“雙碳”能源發(fā)展目標(biāo)具有重要的戰(zhàn)略意義。
