走创新发展之路 做行业技术先锋
——记四川空分设备（集团）有限责任公司天然气液化技术发展历程
进入新世纪，一股大兴新能源之风在全球刮起，天然气作为最热门的清洁能源之一被市场看好。根据埃克森美孚石油公司的预测，2030年前全球天然气消费需求年均增长率为2.0%，而石油和煤炭需求的年均增长率仅为0.7％。国际能源机构（IEA）发布的天然气中长期需求预测显示，到2035年全球天然气需求总量将达到 5.1万亿立方米，占全球能源需求的25％。
都说“机遇总是给有准备的人”，也许是上天的厚爱，历史把这样的机遇给了川空人。作为我国最早从事天然气（油田气）分离装置及天然气液化装置设计、制造的四川空分设备（集团）有限责任公司（以下简称“川空”），历经长期的科研技术储备，为我国LNG产业的发展提供了属于中国的LNG液化技术及装备。本刊本期将为大家重点介绍川空在LNG产业中取得的成就及创新。
高 枝 起 飞
提起川空的天然气液化技术，可谓是源远流长。据了解，川空既是国内最早、规模最大的从事天然气（油田气）分离装置及天然气液化装置设计、制造的专业公司，又是原机械工业部定点的天然气液化及分离成套设备设计、制造的唯一企业，更是原机械工业部定点的低温液体贮运设备设计制造企业。1976年，原机械部在该公司组建了四川深冷设备研究所，并投资建设600升/时的LNG中试装置，进一步明确了川空为天然气液化和分离设备的定点设计制造单位。之后，四川深冷设备研究所转向天然气深冷分离技术研究和装置的研发。目前，川空占地1.1平方公里，厂房建筑面积20万平方米，在册员工2586人，该公司注册资本人民币12800万元，总资产达30多亿元。
这是人为的远见，抑或历史的恩赐？不管怎么说，川空人做好了准备，站在了比别人更高的起跑线上。据统计，自上世纪80年代以来，川空为国内油田及东南亚国家设计、制造、成套的5~100×104Nm3/d系列天然气深冷分离装置达20多套，其中50×104N m3/d天然气分离成套设备在92年获国家科技进步二等奖和国家质量金奖。在天然气深冷分离技术的开发中，该公司自主开发了天然气深冷分离工艺模拟软件，能准确预测天然气混合物系的低温热力学性质，认识天然气低温工业装置的特性，为LNG技术开发打下了良好基础。
本世纪以来，川空先后开发出采用两级氮膨胀制冷循环的液化工艺、带预冷的N2-CH4混合介质膨胀制冷工艺和混合冷剂（MRC）的两级分离三级节流制冷工艺，包括高含氮天然气脱氮和液化工艺技术，富甲烷气、焦炉煤气的深冷分离和液化工艺技术；设备成套范围包括天然气预处理（脱二氧化碳、脱水、脱苯和脱汞）、天然气液化系统、LNG贮存和装车系统、仪控和电控系统以及辅助系统。在这些LNG装置开发中，突出了可靠性和适应性要求，满足了用户操作弹性要求，特别是变工况下仍有较高的流程效率，制冷压缩机均具有良好的调节性能，以实现负荷和工况变化下的节能要求。
创 新 发 展
上一代川空人风餐露宿、勤恳耕耘，其创业的艰苦、创新的智慧，才使得川空的天然气液化与分离技术有了高起点，但这并不意味着川空就永远会有产品和市场。随着LNG技术及产业链的不断迅猛发展，原有的产品和技术需要更新发展，创新技术、创新产品、创新管理成为市场的需要、用户的需要、时代的需要、发展的需要。川空人清醒的意识到了，川空适时站到了新的起点上，创新发展成为了老一代川空人及新一代川空人永恒的主题。
川空拥有精良的工艺装备和雄厚的技术力量。据了解，川空拥有以国家重点院校毕业生为骨干的工程技术人员480多人，其中高级工程师67人、工程师117人、享受政府特殊津贴专家和国家级突出贡献专家十余名，同时拥有一支以高级技师为骨干力量的专业技工队伍。川空拥有国家二类所四川深冷设备研究所、省级技术中心、焊接研究所、空分工程技术研究院等研究机构，具有很强的设计和制造能力，检测手段完善，主要产品技术水平和性能均达到当代先进水平，已取得了国家质检总局A1、A2、C2、C3、B3级压力容器设计、制造许可证，美国ASME许可证和U、U2钢印，通过了ISO9001～2000质量体系认证，获得了军工质量体系认证，产品曾获得国家经委、原机械部和四川省的优秀新产品、高效节能产品、重大科技成果和优质产品等多项荣誉称号。2007年川空被认定为四川省自主知识产权优势企业，2009年11月被国家认定为高新技术企业。川空在LNG产品开发中先后取得专利19项，多项产品填补了国内空白。
川空经过长期实践，总结出了“净化要皮实、液化要灵敏、配套要可靠、细微之处要周到”的设计理念，并持之以恒的坚持至今，仅10~200×104Nm3/d天然气液化成套装置就已经设计制造出30余套。
LNG冷箱制造：该公司于20世纪九十年代初期与钎焊炉制造厂家合作研制出中国第一台大型真空钎接炉，其各项技术指标均达到国内领先水平，川空使用该设备成功生产出了最大单元尺寸为1.3m×1.59m×6.3m，单元最高设计压力7.7MPa的换热器。2006年，川空拥有了世界上最大的真空钎接炉，可生产单元尺寸达10000×1450×1600mm的铝制板翅式换热器，到目前已成功钎接出8800×1300×1100mm5.8MPa世界上最大的单体钣式换热器，并已投运三年，这类换热器广泛应用于空分设备、天然气分离/液化设备和乙烯冷箱。川空拥有“板翅式换热器气液两相流均布装置及气液两相流混合方法”发明专利，用于解决两相流气液分配问题。冷箱的配管设计和管道应力分析以及钢结构的应力分析均采用国际著名的软件，均已有多年的应用经验，大量应用于大型或特大型空分冷箱的设计，得到了验证。
在LNG贮运方面：川空自20世纪70年代引进日本大同酸素、德国林德公司低温贮罐技术以来，设计、制造、安装了500余台套大型低温液体贮罐 ，其中1000 ~30000m3大型低温液体贮罐300余台套，是目前国内规模最大的设计制造厂家。该公司在吸收国外设计、建造大型贮罐先进技术的基础上，加大投入，自主开发了200~8000m3平底拱顶式结构的大型低温液体贮罐、10000~50000m3平底吊顶式结构的LNG贮罐。贮罐本体采用ANSYS分析软件进行静、动态分析，对贮罐管路采用CAESAR II进行应力分析，为贮罐结构设计、管道设计提供了可靠的理论依据，并得以成功应用。
在LNG车用气瓶及LNG站用成套设备方面：2005年，川空以上海交大、全国气瓶标委会为合作单位，完成了国家清洁能源项目“十五”科技攻关计划项目——“LNG汽车用超低温气瓶研究和开发及产业化”课题，成功研发出62~450升LNG车用气瓶系列产品，2007年通过国家科技部的项目验收，并列入2007~2009年国家重点新产品。2008年，川空承担了国家863计划项目“LNG站用成套设备的研究开发”课题，并成功开发LNG撬装式加液站。
在LNG冷能利用技术方面：川空在冷能空分领域一直走在国内前列，从2004年就开始积极进行LNG冷能利用技术的开发，目前拥有冷能空分专利3项、利用LNG冷能的空调系统专利1项。川空设计、制造并安装的唐山LNG冷能利用2×723T/d液体空分项目，是利用中石油唐山液化天然气项目冷能生产的全液体空分。另外，中海油浙江宁波LNG冷能利用所配套的空分设备也均由川空设计制造。
2013年10月，川空研制的大型LNG开架式气化器通过了中国机械工业联合会组织的专家鉴定。ORV是大型化LNG接收站的重要设备之一，为了替代进口，川空与中石油唐山LNG项目部自2011年开始，从流动与传热、结构设计与分析、材料与防腐、制造工艺等方面进行了国产化研究。经过近两年的研究和试验、试制，成功完成了国内首台ORV开架式气化器的试制，已安装配套在大型LNG接收站上，填补了该产品国内的空白。对ORV设备、川空已具备产业化条件。该装置的研发成功，标志着川空在液化天然气关键设备国产化方面取得了新的成就。
在LNG低温阀门方面：川空拥有国内一流的低温和特种阀门设计、制造能力。系列液化天然气阀门已研制成功并取得API认证，产品全面进入石化行业。
勇 立 潮 头
LNG作为一项新兴的产业和技术，正以无比猛烈的势头向我们席卷而来，谁能抢占技术的制高点，谁就能抢占市场先机。川空在2004年成立了四川川空天然气工程有限公司，专门从事成套天然气液化和分离设备的研究与开发。我们看到，经过十年的发展，川空坚持以产品和技术为先导，以满足用户为目标，经营生产取得了可喜成绩。
2006年9月，川空与成都永龙天然气液化公司签订10×104Nm3/d LNG成套工艺装置合同，采用活性炭吸附脱苯、分子筛脱水和二氧化碳、两级氮膨胀制冷循环液化工艺。这是国内首家采用活性炭吸附脱苯的LNG装置，于2008年投产。
2006年10月，川空签订出口波兰100TPD天然气液化装置合同，该项目是天然气液化成套设备出口中的第一套，也是中国出口欧盟（通过欧盟四项指令的CE认证）的第一套天然气成套液化设备。该装置配套水平高、技术成熟先进，采用了两级氮膨胀液化和低温精馏脱氮的新工艺来实现天然气的液化及氮化脱除。该装置处理的原料天然气为高含氮天然气，氮含量高达25%，液化系统中含有精馏脱氮塔。装置于2009年投产。
2006年，川空为中海油珠海LNG工厂提供2X3850m3贮罐及装车系统。该贮罐是国内第一台大型常压LNG贮罐，设有BOG回收系统、气体补充系统、液位测量系统。这也为川空制作更大型的低温液体贮罐积累了宝贵经验，标志着川空在大型低温贮槽设计制造领域内又上了一个新台阶。
2008年3月，川空与宁夏清洁能源公司签订30×104Nm3/d 天然气液化成套工艺装置总承包合同。该装置是当时国产化设备处理量最大的项目，采用氟利昂预冷的N2-CH4混合介质膨胀制冷的新工艺来实现天然气的液化。一期于2009年投产，二期于2010年投产。
2008年3月，川空与鄂尔多斯新圣天然气公司签订13.5×104Nm3/d 天然气液化成套工艺装置合同，采用氟利昂预冷的N2-CH4混合介质膨胀制冷工艺，于2010年投产。
2008年4月，川空与云南瑞气化工有限公司签订甲烷深冷分离设备合同，采用低温精馏和氮气膨胀制冷工艺实现甲烷分离和液化。原料气中甲烷含量9.17%，实现甲烷收率不低于90%，液化产量150Nm3/h，获得“煤气化装置来原料气的分离系统”实用新型专利。该装置于2011年投产。
2008年6月，川空成立工程技术研究院，专门从事大型空分和大型天然气液化成套设备的研究与开发。
2009年2月，川空中标大型LNG研发项目“大型天然气液化技术和冷箱研究与设计开发”，单线生产能力为1250×104Nm3/d（每年260万吨）。该项目是国家能源局领导下的重大国产化研发项目，川空于2010年5月完成该项目研发工作，并通过了英国知名工程公司的审核并给予好评，取得了“天然气液化工艺的制冷系统和液化系统”等发明专利，通过研发形成的自主知识产权促进和带动了川空天然气液化设备的进一步发展。
2009年底，为了满足大型化天然气液化和特大型空分设备的生产需要，川空集团组建了超大型设备制造基地——浙江大川空分设备有限公司，专门从事大中型天然气液化设备、大型空分和大型真空贮槽的制造业务。2011年7月全部建成投产。该基地配有带码头的重型装配车间：长240米，宽38米，配有多台160吨行车，设有500吨级港池式泊位，港池总长130米，深入车间50米。可运输最大产品尺寸达50m（L）X11m(W)X7.3m(H)
2010年，川空相继承担了寰球工程公司安塞200×104Nm3/dLNG装置和泰安260104Nm3/dLNG中液化冷箱的研制工作，成功钎接出设计压力5.72MPa、尺寸为1300×2215×8800mm的大截面板翅式换热器单元，为天然气液化装置的大型化发展提供了坚实基础。
2010年8月，川空与鄂尔多斯新圣天然气公司签订60×104Nm3/d 天然气液化成套工艺装置合同，采用混合冷剂（MRC）两级分离三级节流制冷工艺，同时采用低温洗涤的方法脱除重烃，于2012年底投产。
2010年10月，川空与鄂尔多斯润禾清洁燃气有限公司签订100×104Nm3/d 天然气液化成套工艺装置合同（因业主气源未落实项目暂停），采用混合冷剂（MRC）两级分离三级节流制冷工艺，低温洗涤的方法脱除重烃。 2010年8月完成100×104Nm3/d等级液化装置产品设计开发。
2011年，川空与云南瑞气化工有限公司签订甲烷深冷分离设备合同，采用低温精馏和混合冷剂（MRC）制冷+液氮节流工艺实现甲烷分离和液化。原料气中甲烷含量13%，实现甲烷收率不低于98%，液化产量60×104Nm3/d，于2013年底投产。
2011年，川空先后与张家口、阿拉善国储液化天然气公司签订100×104Nm3/d 天然气液化成套工艺装置合同，采用混合冷剂（MRC）两级分离三级节流制冷工艺，同时采用低温洗涤方法脱除重烃。配套混合冷剂压缩机，采用离心式压缩机，变频电动驱动，压缩机、配套电机、变频器均选用国内制造商产品。
2012年，川空与西安庆港签订30×104Nm3/d的液化装置，原料气源为煤层气，该项目将于2014年投产。
2012年3月，川空与内蒙古兴圣天然气公司签订200×104Nm3/d 天然气液化EPC总包合同，采用混合冷剂（MRC）两级分离三级节流制冷工艺，低温洗涤方法脱除重烃；冷剂压缩机采用沈鼓离心压缩机，两台串联压缩，采用变频电机驱动，单台电机功率达16000KW，电机和变频器均采用了国产产品，是目前国内最大的LNG装置之一（见下图）。由川空设计、制造、安装的3万m3 LNG贮罐，采用平底、双壁金属罐，内罐为吊顶式，内置潜液泵，全部管线均从灌顶进出，贮罐的设计通过了各种荷载条件的应力分析，安装工艺采用了先进的液压顶升和自助埋弧焊、自动气保焊工艺。
2013年12月，川空与黑龙江建龙化工有限公司签订富甲烷液化装置合同，采用低温精馏和混合冷剂（MRC）两级节流制冷工艺与氮气节流循环制冷工艺实现甲烷分离和液化。原料气中甲烷含量59.8%，甲烷收率不低于98%，液化产量27.66×104Nm3/d。目前已完成设计开发，预计2014年底投产。
2013年12月，川空与河南利源燃气有限公司签订焦炉煤气甲烷化制LNG项目合同，采用低温精馏和混合冷剂（MRC）两级节流制冷工艺与氮气节流循环制冷工艺实现甲烷分离和液化。原料气中甲烷含量69.4%，甲烷收率不低于98%，液化产量35.52×104Nm3/d。目前已完成设计开发，预计2014年底投产。
光 明 未 来
川空在天然气液化领域中，研发开始于30多年前。发展至今，其领域不断扩大，技术水平在创新中不断提升，在技术方面有着得天独厚的优势。
川空将把技术优势应用到具体装置上，实现装置的大型化，同时不断提高装置国产化率。目前，川空已经形成了天然气液化、天然气运输、LNG利用（如加注站、冷能利用）的一条完整产业链，从技术和制造上解决了各环节所需配套设备。在液化方面，川空除常规天然气、煤层气、焦炉尾气、化工驰放气、瓦斯气的液化制取LNG外，还将致力于页岩气、煤制天然气、沼气等原料液化制取LNG的研发，使各类液化装置适应市场不断变化的需求。
作为清洁能源，LNG对改善能源结构、缓解煤炭运输压力、减少污染物排放、改善大气环境具有重要作用，可广泛应用于大型节能环保型企业。LNG需求的日益增加，必将加快中国LNG装备国产化进程。川空将一如既往的发挥自身优势，加大科技开发力度，并积极开展与高校的广泛合作，坚持“团结诚信、决战决胜”的企业文化，进一步扩大技术优势，确保行业的领军地位，为中国的LNG装备国产化做出应有的贡献；同时，川空也将在这一过程中自我完善，不断发展。我们相信，LNG的应用前途是无限光明的，川空的LNG产业技术和装备必将会给中国的LNG事业带来更加光明的未来！
