一、杭州杭氧股份有限公司简介
杭州杭氧股份有限公司(以下简称杭氧)是以深冷技术为依托，制造空气分离设备，低温石化装备，承接空分设备工程总承包项目和运营工业气体为主的大型上市公司。先后被列为中国制造企业500强、中国大企业大集团竞争力500强和中国机械工业100强行列。
杭氧具有65年生产空分设备及低温设备的历史，是我国大、中、小型空分及液化设备研究开发中心和制造基地，是国家经贸委认定的全国520家重点国有企业之一、机械工业百强企业、国家21家重大装备制造业国产化基地，是我国空分设备行业唯一一家国家级重点新产品开发、制造基地，拥有国家级技术中心，享有国家外贸自营权。目前是世界最大的空分设备设计和制造基地，国际上少数几个能设计制造特大型空分设备的厂商之一。
杭氧空分产品覆盖全国各地和世界40多个国家和地区，有超过30套大中型空分在欧洲顺利成功投运，特别是大型空分4.7万 Nm3/h (氧)空分设备已进入了北美市场，3.2万Nm3/h (氧)空分设备已进入了德国市场，并一直稳定满负荷低能耗运行。近年来，杭氧进入气体行业，形成了空分设备制造和工业气体运行相辅相成的经营模式，在多个省份建立了27家气体公司。同时，杭氧依托在空分和低温石化上的技术优势，实施工程总承包业务。杭氧的产品和服务从设计、制造、销售空分设备向上延伸至工程总承包，向下延伸至工业气体的生产、销售，形成了一条完整的产业链。
二、杭氧特大型空分设备发展现状
(一)杭氧的特大型空分设备已取得突破性进展
杭氧作为国内空分行业的龙头企业自主研发顶尖空分技术，创造了多个“国内第一”，填补了多项国内空白。
随着我国大石化、大化肥、大型煤化工和冶金工业的不断发展，我国已成为世界上建设空分设备项目最多、空分技术发展最活跃的国家。随着大型冶金工业项目的建设，空分设备规模向特大型方向和智能化方向发展，特大型空分设备在节约资源、能源、管理成本等方面有着重大优势，6万及以上等级空分设备成为空分发展新的方向。2005年以来，以杭氧为代表的中国空分设备制造业，通过自主创新、自主研发，在特大型空分设备国产化方面得到了快速发展，迅速占领国内特大型空分市场的制高点，产品性能受到广大用户的好评。继6万等级空分设备开发完成并成功投产，8万空分也顺利投入运行。
至2015年3月，杭氧拥有6万以上空分设备40多套，包括上海宝钢6万等级空分、大唐国际3套5.8万空分、神华包头4套6万空分、中煤榆林4套6万空分、防城港8万等级空分等均一次性投产成功。此外，杭氧在建6套10万等级空分以及12万等级空分。
(二)杭氧的成套能力已具有世界一流水平
1、国家级的企业技术中心和强大的技术团队
杭氧技术中心是国家级企业技术中心，设有博士后工作站，通过与众多国外公司和国内高校的长期技术合作，接受技术培训，自主开发设计等，杭氧已拥有了一支由15人教授级高工、170多名高级工程师和700多名专职研发人员组成的经验丰富，技术水平很高的开发设计队伍，他们高质量的工作是设备成功运行的保证。
2、具有广泛的成功运行业绩和大型成套空分性能优越的经验
杭氧每年生产40-45套大中型空分设备，具有广泛的成功运行业绩和成套空分性能优越的经验。近年来，杭氧开发出的采用规整填料塔及全精馏无氢制氩技术的新一代大中型空分设备均一次投入正常运行并通过性能考核。到目前为止，杭氧已有19套6万等级以上空分设备在成功的运行。
3、自动控制方案先进可靠
杭氧空分设备仪控系统在保证可靠性的前提下，充分考虑先进性，确保设备长期稳定运行，操作维护方便。在空分设备DCS控制方案和压缩机组的ITCC控制方案的常规控制方面具有丰富的经验。在自动变负荷先进控制方案上，杭氧开发出ALC自动变负荷控制系统，即以MPC (Model Predictive Control，基于测试模型的多变量预测控制)和RTO (Real Time Optimization，广义上的实时操作模拟与优化)相结合的专家控制系统。操作人员仅仅通过对几个主要产品的产量设定值的改变来实现自动变负荷，使工艺参数的设定点在其控制之下，从而实现对整个工艺过程的自动变负荷。MPC与RTO相结合的方式大大提高了变负荷的速度，有效改善了变负荷过程中产品质量，优化了平稳变负荷过程，并消除了因人工变负荷而产生的人为影响。变负荷速度能达到1%~1.2%/min，属于世界先进水平。
(三)杭氧拥有世界最强的空分设备整体制造能力
杭氧临安制造基地具有年产大中型空分设备150-180万Nm3/h制氧容量，其中已建单套空分设备的制氧容量达12万Nm3/h，是世界一流的空分设备制造基地。2012年10月京杭大运河边的重跨厂房投入运行，厂房带有自备码头，设备可以直接通过运河下海，在国内同类码头中能力最大。
1、熔焊和钎接设备
拥有亚洲最大的大型真空钎接炉，该钎接炉的真空系统配备了国际先进的系统，控制系统配备了国际先进的Honeywell最新的控制系统，其钎接的高压板翅式换热器已应用于神华10万等级空分及北美和欧洲多个大型空分。拥有最先进的自动化翅片冲制流水线，氦检设备。使杭氧在装备水平居世界前列，很好满足了各类等级空分设备以及百万吨乙烯冷箱等石化设备的配套需要。
2、国内首创全自动填料生产线
全自动填料生产线集精密冲孔、平面糙化、精确成型、在线清洗、表面处理、脱水烘干、程控剪切于一体，确保产品成型参数准确性，同时避免生产过程中人为因素对产品造成损伤，有效保障产品质量。并拥有国内最大的自动空分内件水力学试验装置。
3、检测设备
拥有国家级计量理化中心，具有完备的检测手段和仪器。配备了满足产品质量控制所需的美国热电的ARL3460直读光谱仪、100t万能电子拉力试验机、日本岛津的AA-6650原子吸收仪、红外线水平垂直测定仪、在线露点分析仪、最大能穿透110毫米厚度钢板的德国移动式X射线机、每小时洗片上万张的进口AGFA自动洗片机、数字式超声波探伤仪等产品检测、理化分析设施，具有长度、热工、力学、电学四大类17种量值溯源标准器资质，先进和完备的检测设备和检测手段，保证了杭氧大型空分设备的生产从原料到工艺再到成品每个环节的可靠性，产品质量保持国内领先水平。
(四)杭氧拥有目前世界上最大空分群的建设经验
杭氧制造的神华包头4套6万等级空分，中煤榆林4套6万空分，大唐多伦3套5.8万空分，大唐克期6套4.8万空分，宁夏宝丰3套5.2万空分，新疆伊犁3套5.1万空分均为空分群模式建设。
2012年杭氧中标神华宁煤B标段的6套10万空分，是目前世界上最大的空分群。单套规模和空分群整体规模均非常大，需要空分厂家考虑配套机组等的成熟度、性价比及空分群集成效应和组合问题。这些大型空分群的建设，杭氧都为用户做了细致而周到的考虑，大大提升了此类超大型空分群的建设经验。
(五)杭氧拥有拥有强大的部机制造能力
1、压缩机系统
杭氧压缩机已有四十多年的设计制造历史，对空分配套的氧压机、氮压机、空压机、增压机均有系列产品，空压机已有配套4万空分的业绩，循环增压机最高排压可做到6.0MPa，而我们的氧气透平压缩机，采用机壳内部流道杭氧专有的镀铜技术、小流道叶轮金基钎焊技术及大量氧透特殊材料，最大限度确保氧透的安全性;叶轮方向的特殊布置，多腔自动差压密封控制，确保氧气纯度，有效降低氧气泄漏量和转子止推轴承耗功，提升机组运行效率，目前可以做到最大流量10万Nm3/h、最高压力4.0MPa的氧气透平压缩机。杭氧具有各种加工测试设备，如五轴加工中心、大型数控龙门镗铣床、最大工作转速达40000 rpm的高速动平衡机、叶轮超速试验台、最大驱动电机为5000kW的机械性能测试台，严格保证设计优化和制造精度。
2、阀门系统
在分子筛切换阀门上，杭氧已研制出了大口径三杆阀，是世界上三家大口径分子筛切换三杆阀门之一，专门为空分的分子筛系统针对性设计，具有本质防止冲击床层功能，且使用寿命长超过20年。改进了进口阀门的劣势，防腐性能更优，从而提升了使用寿命。目前已有20多套空分设备，160多台杭氧的三杆阀在平稳运行，且运行多年，性能优异。通过测试比较，比进口的同类阀门阻力小，提高了空分节能。
对于高压差调节阀由于压力下降过快，在某一时刻压力会低于蒸汽压，产生气泡，发生气蚀现象，而杭氧的开发了笼式结构的高压差调节阀，多孔多级降压结构，抗气蚀能力强、噪音小的特点。由于采用平衡式阀芯，既满足大压差的要求，又振动小;且是可抽芯式阀芯，实现免扒砂清洗阀芯、维修阀门的要求。用于高压氧气调节阀采用特种合金制造，安全性高。目前该类阀门已广泛应用于低温高压液空节流阀、高压氧气产品送出阀等。
伊朗12万的高压氧送出阀(PN110、DN300阀内件Monel)
3、板式换热器
杭氧不断开发先进高效翅片，拥有先进的翅片开发平台，已制造生产出的10.0MPa压力的高压板翅式换热器，经英国劳氏和德国TUV的现场见证，验证了超高压板式的钎焊技术。杭氧已成功实现了超大尺寸高压产品的研制，在神华宁煤项目中应用。神华宁煤高压板翅式换热器单台尺寸6000×1220×~1832mm，最高设计压力为8.2MPa，根据合同1.5倍水压试验要求，试验压力达12.3MPa，按照现行板翅式换热器标准规定为1.3倍水压试验的要求换算成设计压力，实际设计压力可达9.46MPa。
4、增压透平膨胀机
杭氧膨胀机采用引进的叶轮设计软件，增压机模型级软件，应用CFD、ANSYS、动力学分析等多种手段对产品设计进行分析、优化，采用AutoCAD、UG等手段进行高效设计开发。叶轮直径15-450mm，转速5000-260000r/min，产品范围可配套小型空分至如十万、十二万等级特大型空分，目前已成功为日照钢铁六万、广西盛隆钢铁八万、伊朗卡维十二万、双鸭山龙煤天泰煤制芳烃项目数十套大型、特大型空分设备配套。
杭氧膨胀机目前已运行的最大低压膨胀机叶轮直径为450mm，中压膨胀机叶轮直径为360mm。叶轮采用德国五轴联动数控加工中心加工，具有良好的加工精度，轴承采用世界上最可靠的可倾瓦轴承，保障良好的运行稳定性和较大的承载能力。这些机器在现场运行稳定，状态良好，性能达到设计要求。
5、低温液体泵
杭氧6万Nm3/h，8.0MPa（G）高压液氧泵，经72小时测试。
杭氧已制造的低温液氧泵流量已达6万Nm3/h、压力达8.0MPaG，并根据API标准完成了72小时液氮连续寿命试验，该泵无论从流量上还是压力上完全能满足10万以上空分流程液氧泵两用一备的要求。该泵的成功开发，使杭氧泵产品系列范围覆盖了目前绝大部分空分的需求，目前杭氧具有生产流量10-100Nm3/h，扬程350-1100Nm3/h的离心式高压迷宫密封液体泵的能力，密封等级能满足高纯度介质的3级要求。循环液氧泵30Nm3/h,已在8万空分中使用，比国外同类型泵运行更平稳。
三、杭氧针对冶炼行业空分的技术方案
到目前为止，杭氧已为冶炼行业生产300多套大型空分设备，为大型钢铁和冶炼厂家提供了30000-60000Nm3/h空分设备50多套，如提供给广西防城港8万空分、宝钢6万空分、北台钢铁5万空分、包钢4万空分、南京钢铁3万等空分设备均已经一次投运成功出氧，在有色冶炼中也拥有大量的业绩，如铜陵有色3.5万、紫金铜业2.5万空分设备、南方有色1.5万等空分设备。
不同于煤化工行业，对氧氮产品压力等级高的要求，冶炼行业配套的空分设备对氧气和氮气的压力要求都较低。如有色冶炼所需的氧气压力一般只有50 kPa到1.0 MPa左右;高炉炼铁所需氧气压力不高于2.0MPa;转炉炼钢所需氧气压力不高于3.0MPa。由于氮气作为保护气，使用间断而压力不高，因此氮气产品通常由氮气压缩机压缩得到的。而对于50kPa到3.0MPa的氧气产品，流程形式常采用外压缩流程、自增压流程和内压缩流程。
(一)常规外压缩流程
如某铜业厂家采用氧气底吹熔炼铜法工艺，所配套的15000Nm3/h空分设备主要性能指标如下表：
表一：某铜业厂家配套的15000Nm3/h外压缩空分设备主要性能指标
图一：某铜业厂家配套的15000Nm3/h外压缩空分设备流程简图
产品氧气由从上塔底部抽取的气氧经主换热器复热出冷箱后进入氧气透平压缩机压缩到0.8 MPa(G)获得，产品氮气从上塔顶部抽取的气氮经过冷器和主换热器复热出冷箱后进入氮气压缩机压缩到1.6 MPa(G)获得。并生产少量液体产品作后备和外卖。
外压缩流程由于流程简洁明了，在液体产量不大的情况下可以做到无膨胀空气去污氮管旁通，整个空分设备提取率高，且易于操作，为广大冶炼厂家所欢迎。因此，杭氧开发了系列标准外压缩空分设备，产品规模涵盖标准15000-50000Nm3/h空分，产品氮气和产品氧气量最高可达3:1，采用设备单元设计精细化、标准化;冷箱总体布置合理优化;空分设备可根据用户需要随时投产，有效地保证项目进度及空分设备产品的质量稳定，为用户实现经济利益最大化。
(二)内压缩流程
某大型铜冶炼企业新上项目需要两种不同压力的氧气产品：50KPa和1.0MPa，且需要较多的液体产品以市场销售，提升企业的经济效益。产品指标如表二：
表二：某铜业厂家配套的25000Nm3/h内压缩空分设备主要性能指标
图二：某铜业厂家配套的25000Nm3/h内压缩空分设备流程简图
针对用户的产品需求，我们选择了分子筛净化空气、部分氧气自增压、部分氧气内压缩、膨胀空气进下塔，采用规整填料上塔，全精馏无氢制氩的工艺流程。
(三)自增压流程
广西盛隆配套钢厂的80000Nm3/h空分设备的主要性能指标见表三：
表三：广西盛隆配套的80000Nm3/h内压缩空分设备主要性能指标
因钢厂用户用氧流量大(8万)、压力较高(3.0MPaG)，为提高氧压机的入口压力, 从而减小氧压机的压缩比，降低氧压机的负荷。我们采用了液氧自增压流程, 使得氧气出冷箱的压力达到50kPa。由于上下塔全采用了规整填料塔，工况变负荷范围可从50%到100%。该空分设备又额外配置了杭氧自有稀有技术贫氪氙装置以提高经济收益。该项目由杭氧化医总承包，于2013年8月一次开车成功，一直平稳运行至今。
四、总结
冶炼行业空分设备的产品结构比较简单，产品压力较低，完全可以实现全面国产化。杭氧已成熟掌握了8万~12万Nm3/h等级特大型空分设备设计技术和关键设备制造技术及工艺，并开发出1.5万~5万Nm3/h标准空分，根据用户不同的用气需求提供从空分设备、工程设计到EPC高效的解决方案，保证项目平稳有序地推进，实现双方的共赢。
参考文献：
[1]毛绍融等. 80000 m3/h 等级以上特大型煤化工空分设备国产化可行性研究[J]. 深冷技术， 2010( 6) : 1-5.
[2]艾绍华. 液氧自增压空分设备的流程选择[J]. 深冷技术， 2011( 3) : 32-36
声明：
“杭氧冶炼型空分设备技术发展现状” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
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编辑：中冶有色技术网
来源：杭州杭氧股份有限公司
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