2021年11月28日，由中國石油集團工程股份有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)“中油工程”）和四川空分設備（集團）有限責任公司（簡(jiǎn)稱(chēng)“四川空分”）聯(lián)合研制的國內首臺全國產(chǎn)化60萬(wàn)方/天LNG繞管式換熱器在內蒙古亨東天然氣液化裝置中一次性開(kāi)車(chē)成功，并經(jīng)過(guò)72小時(shí)以上滿(mǎn)負荷連續穩定運行，各項技術(shù)指標達到設計要求，正式投入工業(yè)運行。
這標志著(zhù)中油工程和四川空分真正掌握了具有自主知識產(chǎn)權的LNG繞管式換熱器關(guān)鍵技術(shù)，打破了國外技術(shù)壟斷，為我國開(kāi)發(fā)自主知識產(chǎn)權的特大型LNG成套技術(shù)提供了有力技術(shù)支撐，對實(shí)現我國“雙碳”能源發(fā)展目標具有重要的戰略意義。
四川空分也進(jìn)一步提升了在天然氣液化領(lǐng)域的核心競爭力，成為國內首家同時(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)域的大國重器
天然氣作為清潔低碳能源，是未來(lái)能源供應增量的主體。隨著(zhù)LNG成為重要的天然氣國際貿易形式，中國已成為第一LNG進(jìn)口大國。因此，開(kāi)發(fā)自主知識產(chǎn)權的大型LNG成套技術(shù)對實(shí)施我國海外能源戰略，實(shí)現我國“雙碳”能源發(fā)展目標具有重要的戰略意義。
國際上基本負荷型LNG裝置單線(xiàn)生產(chǎn)能力主要在300~600萬(wàn)噸/年，最大規模達到780萬(wàn)噸/年。特大型LNG裝置中關(guān)鍵設備的國產(chǎn)化是我國發(fā)展基本負荷型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裝置的首選主低溫換熱器，是天然氣液化領(lǐng)域的大國重器。LNG繞管式換熱器具有結構緊湊、可以實(shí)現多種介質(zhì)同時(shí)換熱、操作壓力高、熱膨脹可自行補償等特點(diǎn)，可實(shí)現單體設備大型化，可靠性高、穩定性好，能有效避免多臺板翅式換熱器并聯(lián)帶來(lái)的分配不均等問(wèn)題。據統計，全球90%以上的百萬(wàn)噸級大型天然氣液化工廠(chǎng)都采用LNG繞管式換熱器作為主低溫換熱器。
但長(cháng)期以來(lái)，LNG繞管式換熱器的設計制造技術(shù)都被國外公司壟斷，不僅制約了我國大型LNG裝置成套技術(shù)的發(fā)展，也對我國LNG清潔能源的戰略安全造成影響，推進(jìn)LNG繞管式換熱器的國產(chǎn)化研究勢在必行。
●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)，是我國深冷技術(shù)和裝備的主要研發(fā)制造基地之一。從上世紀70年代就開(kāi)始從事天然氣分離及液化技術(shù)研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，在LNG領(lǐng)域有著(zhù)深厚的技術(shù)底蘊。
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)鍵設備必須立足于自主研發(fā)，多年來(lái)一直堅持致力于解決LNG領(lǐng)域核心裝備的“卡脖子”難題。針對大型LNG裝置成套技術(shù)及核心設備——板翅式換熱器冷箱、膨脹機等進(jìn)行了持續深入的研發(fā)，并成功應用于大型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進(jìn)行大型LNG繞管式換熱器關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。開(kāi)展了大量的傳熱與流動(dòng)實(shí)驗和數值模擬研究、結構設計及分配性能實(shí)驗研究等工作，掌握了大型LNG繞管式換熱器的復雜相變狀態(tài)下纏繞管內與殼程的傳熱與流動(dòng)特性、大型LNG繞管式換熱器的結構設計等關(guān)鍵技術(shù)，并通過(guò)大量的工藝試驗、樣機試制，攻克了超長(cháng)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繞管式換熱器的國產(chǎn)化打下了堅實(shí)的基礎。
●中油工程與四川空分緊密合作，共同推進(jìn)LNG繞管式換熱器國產(chǎn)化
2019年，中油工程以保障國家能源戰略安全為己任，為突破超大型LNG裝置成套技術(shù)及關(guān)鍵設備的國產(chǎn)化，啟動(dòng)了中油工程重點(diǎn)研發(fā)項目“800萬(wàn)噸級超大型LNG成套技術(shù)研究”，項目包含了對超大型LNG裝置關(guān)鍵設備國產(chǎn)化的研究。中國石油工程建設有限公司西南分公司作為國家能源局液化天然氣研發(fā)中心承擔單位，牽頭負責開(kāi)展“800萬(wàn)噸級超大型LNG成套技術(shù)研究”課題。四川空分承擔了其中 “800萬(wàn)噸級LNG裝置繞管式換熱器國產(chǎn)化研究”課題，并于2021年承擔了四川省科技計劃重點(diǎn)研發(fā)項目“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、結構設計、制造檢驗等方面。為突破這些關(guān)鍵技術(shù)，除了進(jìn)行理論分析和實(shí)驗研究外，還必須通過(guò)工程樣機的研制及工程試驗，對關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行驗證，才能真正實(shí)現關(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，并在所投資的LNG工廠(chǎng)建設國內首套60萬(wàn)方/天基于LNG繞管式換熱器的天然氣液化系統，以驗證LNG繞管式換熱器的各項關(guān)鍵技術(shù)，為L(cháng)NG繞管式換熱器的全面國產(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驗證方案，得到了中油工程的認可和好評。雙方達成戰略合作框架協(xié)議，緊密合作，共同推進(jìn)LNG繞管式換熱器的國產(chǎn)化研究。
兩年多的時(shí)間里，“800萬(wàn)噸級超大型LNG成套技術(shù)研究”課題承擔單位中國石油工程建設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)項目組，針對800萬(wàn)噸級超大型LNG繞管式換熱器的特性，開(kāi)展了大量的關(guān)鍵技術(shù)理論研究、實(shí)驗研究及工藝攻關(guān)。通過(guò)研究，突破了大型LNG裝置繞管式換熱器復雜相變狀態(tài)下纏繞管內與殼程的傳熱與流動(dòng)特性、大型LNG繞管式換熱器殼側混合冷劑流動(dòng)及分配特性、大型LNG繞管式換熱器結構設計關(guān)鍵技術(shù)、大型LNG繞管式換熱器制造檢驗關(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?；陉P(guān)鍵技術(shù)研究成果，自主開(kāi)發(fā)了LNG繞管式換熱器設計專(zhuān)用軟件并取得了軟件著(zhù)作權，獲得了多項自主創(chuàng )新的LNG繞管式換熱器結構專(zhuān)利，研制了國內首臺60萬(wàn)方/天LNG繞管式換熱器工程樣機，并建設了國內首套60萬(wàn)方/天基于LNG繞管式換熱器的天然氣液化系統。
●LNG繞管式換熱器一次性開(kāi)車(chē)成功，打破國外技術(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(chǎng)驗收，隨即發(fā)往內蒙古亨東項目現場(chǎng)進(jìn)行安裝調試。項目組克服了時(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，于2021年11月中旬完成了所有安裝工作。
2021年11月25日，國內首套具有自主知識產(chǎn)權的60萬(wàn)方/天基于LNG繞管式換熱器的天然氣液化系統正式進(jìn)行開(kāi)車(chē)調試，僅經(jīng)過(guò)3天的時(shí)間就順利完成系統及設備的預冷、工況調節、負荷提升，于 2021年11月28日LNG繞管式換熱器運行負荷達到60萬(wàn)方/天，并經(jīng)過(guò)72小時(shí)以上滿(mǎn)負荷連續穩定運行，各項技術(shù)指標達到設計要求。這標志著(zhù)我國首臺全國產(chǎn)化的60萬(wàn)方/天LNG繞管式換熱器一次性開(kāi)車(chē)成功，正式投入工業(yè)運行，也意味著(zhù)LNG繞管式換熱器的關(guān)鍵技術(shù)研究成果得到了工程驗證。
至此，中油工程和四川空分真正掌握了具有自主知識產(chǎn)權的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)運行，打破了國外技術(shù)壟斷。
四川空分也進(jìn)一步提升了在天然氣液化領(lǐng)域的核心競爭力，成為國內首家同時(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，對形成800萬(wàn)噸級大型天然氣液化裝置成套國產(chǎn)化技術(shù)，打破國外技術(shù)壟斷，提供了有力的技術(shù)支撐，對實(shí)現我國“雙碳”能源發(fā)展目標具有重要的戰略意義。
