化工技术经济论文

化工装备管理现代化

张越

摘要:就化工装备的现代化,可归纳出以下8个特征:单机参数先进性，装置原料及能源利用经济性、生产运行及环境安全性、专业化生产及供应成套性、材料使用合理性、产品的标准化、通用化和系列化、制造及控制、管理自动化、软件化，在指出现阶段中国化工装备技术进步特殊方式及存在问题的同时，提出了加快实现化工装备先到化的建议。

作者单位：河北科技大学化工学院化工081班

关键词:化工技术经济管理现代化特征

回顾半个世纪来国内外化工装备技术进展的历程。可以清楚地看到，化工装备的发展是与化工生产的发展、化学工艺及诸如材料、电子计算机和制造工艺等众多相关领域的技术进步息息相关、相辅相成的。当前，世界化工装备工业已经达到与各种化学工业相适应的水平和规模，可为化学工业提供大型成套装备和技术软件，对许多化工产品来说，能源及原材料得到最大限度的利用，环境污染得到了有效的控制。以电子计算机为代表的高科技在化工装备研究、设计、制造、操作及故障诊断等领域内的广泛应用，使人们摆脱了传统观念，把化工装备技术提高到了高效、节能、自动化、安全和经济的现代化。在国内，近10年来通过重大技术装备的科研攻关和对引进技术消化吸收基础上的创新，是我国化工装备行业的技术水平和制造能力提高到了一个新阶段，掌握了部分化工成套装备关键设备的设计制造技术，但我国目前化工程涛装备的技术水平仍落后与国外10-20年。

1化工装备现代化的一般特征

1.1 单机参数先进性

现代化装置的一个显著特点是大型化，随着30-45万t/a氨和30-75万t/a乙烯装置为代表的化工装置的建设，离心式压缩机、工业汽轮机、泵、反应器和高压、超高压容器等在大型化的基础上，得到进一步完善、单机参数稳定先进，化工单元设备趋于高效化，结构更加合理。

以离心式压缩机为例，国外60年代到70年代初，随着石油、化工、冶金等工业设备的大型化，离心压缩机实现了大型化和高压化。德莱赛?克拉克、三菱重工、克鲁索?卢瓦尔等公司为30万t/a氨厂设计制造的合成气压缩机进口流量达2000m3/min,出口压力达27MPa，转速达11200r/min,功率达19000KW。意大利新比隆公司用于聚乙烯装置的超高压压缩机最高压力达240MPa。由于选用三元理论叶轮，并且采用数控机床精密加工轮盘和叶片，压缩机整机效率提高5%-10%；在提高气动效率的基础上，后来又通过采用新型密封结构和润滑方式，减少机械运转损失，使整机效率有提高2%-4%。

至今，许多化工装备不仅单机或单台设备参数先进，能满足生产工艺需要，而且能适应负荷的变化，运行范围宽，综合效率高，在精细化工生产装置中，有的设备还实现了将几个连续的单元操作放在一台设备中来完成，一台设备有多项功能。

1.2 装置原料及能源利用经济性

1973年以来，由于受到两次石油危机的冲击和世界能源日趋紧张，世界主要工业国家纷纷制定了新的能源政策，作为耗能大户的化学工业，对大型装置的需求大幅度减少，转向提高经济性。技术发展的重点之一是节能。于是企业和开发机构投巨资，竞相

开发节能新流程赫高效、节能机械装备。有的企业对原设备和工艺技术进行完善改进，强化节能措施。有的国家改变原料路线，充分利用本国或市场现有资源。由于采用了工艺技术优化、操作条件优化、过程用能组合优化、能量供需匹配优化、机械设备各性能优化、废弃余能回收利用、物料回收利用、采用新型催化剂和溶剂、强化循环冷却水和锅炉给水的处理、控制管理系统优化等多种措施，目前以天然气为原料的大型氨厂吨氨能耗最低位28.5GJ。比70年代初下降了35%；以乙烷为原料的大型乙烯装置吨乙烯能耗为13.0GJ，以石脑油为原料的大型乙烯装置吨乙烯能耗为19.7GJ，比70年代初降低50%。

锐士卡萨利公司和丹麦托普索公司用先进的氨合成塔内件改造原冷激式轴向塔，提高转化率，降低阻力率，取得了良好的节能效果。我国赤天化、泸天化、川天化的氨合成塔经卡萨利技术改造，塔阻力有0.06MPa降至0.3MPa；托普索S-200型径向内置换热器合成塔已成功地用于齐鲁、大庆等厂，塔阻力由0.62MPa降为0.33MPa。布朗公司的三塔三废锅流程，充分回收反应热，副产10.5-12.5MPa的高压蒸汽达1.5t/t(NH

),

3

).

比传统流程节能0.63GJ/t(NH

3

1.3 生产运行及环境安全性

减少机器设备失效，延长使用寿命，防止环境污染，是经20年来化工装备现代化的重要目标。

拿工业汽轮机来说，可以说在近半个世纪中，在设计上没有突破性的进展，完善主要放在提高经济性、可靠性、延长使用寿命及提高机组的自动化水平，连续运行时间不少于3年(API-612-87)或6年(TOCT28969-91)；总使用寿命20年以上(API-612-87)或40年(TOCT28969-91)；年设备可用率97%以上；平均无故障时间7000h(TOCT28969-91)；噪声不大于93dB(NEMA SM23-85)或85dB(TOCT24279-80)。大型离心机式压缩机也达到连续稳定运行3年以上、使用寿命在20年以上的水平。

设备诊断及在线监测技术是保证机器设备安全运行的重要手段，夜视设备管理现代化的重要指标。随着微处理器和专用集成电路技术的发展以及表面安装技术的大量采用，性能优异、多功能的机电一体化的设备诊断仪器不断问世；监测范围逐渐扩大，除对旋转机械已推出多种实用的监测仪器和成套系统外，对往复机械的在线检测诊断也取得了重大突破；采用计算机信息理论、网络技术以及人工智能-专家系统，构成分布式综合控制的新一代在线监测系统正在逐步推广。

1.4专业化生产及供应成套性

为了满足市场需要并在竞争中处于有利地位，国外化工单元设备，例如粉碎、筛分、混合、过滤、搅拌和干燥等组织专业化生产，成套供应，这不仅有利于提高劳动生产效率，从而提高经济效益，而且有利于积累技术经验，拓宽产品规格型号，不断改进设备性能和质量，可满足各类化工厂的建设和生产需要，用户（包括设计部门）选用起来也很方便。只要用户提供物料和参数，制造厂就可以进行试验，得出设计数据，进行制造。因此，当新的化工工艺技术关键突破后，设计部门设计新昌、设备选型，工程公司建设新厂不存在什么困难，不需要花费很多人力和时间，而且设计进度快，建设费用估值准确，建设期短，开车顺利，这对提高化学工业整体水平极为重要。例如，德国阿尔平（Alpine）公司是个仅有600余名职工的生产粉碎、分级设备的专业公司，建有现代化的功能齐全的实验研究中心，内有100余套先进的实验装置，可为用户选型做各种物料试验，该公司是设备供货范围包括加料、计量、粉碎、分级、捕集、输送、自控和检验等。

1.5材料使用合理性

随着化工装备高效、大型化，化工生产过程中出现高温、高压、低温、强腐蚀和大结构尺寸等苛刻条件，迫使人们寻求与之相适应的材料，相继开发了各种新型高强、韧性好、耐高温、耐低温及耐蚀结构材料，保证了机械设备的周期安全运转。各种用途新金属材料、结构陶瓷材料、聚合物和电子材料的发展，为化工装备制造业提供了新的竞争优势。

在开发新材料的同时，国外更注重材料使用的合理性。一是在设计上采用各部件等寿命原则；二是选材上遵从选材6大判据，即强度、韧性、成型性、连接性、耐蚀性和购买能力，从而既保证材料使用性能的最优化，又兼顾到设备的价格比较低廉。

由于碳钢304、316、3041、3161的制备方法和加工工艺比较成熟，价格比较低廉，能满足大部分化工工艺条件，至今仍是化工装备材料的主体。由于氧-氩精炼和其他精炼技术的采用，发展了一些新金属材料，如含Mo不锈钢，尤其是含6%Mo的超级不锈钢、双相不锈钢、超纯铁素体不锈钢、20号合金，以及哈氏合金C-276为代表的镍基合金、高耐磨耐蚀钴基合金、钛合金等，这些材料作为化工装备结构材料已有了新的应用领域，特别是在耐孔蚀和缝隙腐蚀方面发挥了重要作用。高分子材料，特别是高性能高分子材料的应用已很广泛，其产品有整机，也有部件，更多的则是各种各样的配件和涂衬层，补充金属材料在性能上的不足。树脂-玻璃纤维、树脂-碳纤维、高分子材料-金属等复合材料已获得广泛应用，新一代金属基-陶瓷基及碳-碳复合材料正在解决连接和降低成本的问题。

1.6产品的标准化、通用化和系列化

标准化是组织现代化生产的重要手段，是科学管理内的组成部分。在化工装备新产品开发中标准化是现行的。

国外化工装备制造厂高度重视产品质量，严格按ISO(国际标准化组织)和IEC(国际电工委员会)制定的国际标准和国际公认的先进标准(如API、ASME、ANSI、DIN、TOCT 等)设计和生产，按ISO9000质量管理和质量保证系列标准进行检验，把质量保证体系同现代化的科学管理结合起来。使用厂家还对关键机器设备进行严格的监制。

由于按国际标准组织设计、生产和检验，大大提高了产品的通用性，推动了国际贸易。

为满足不同规模企业的需要，国外化工装备制造厂积极发展系列产品。例如，瑞士布斯(Boss)公司系列化生产机筒剖分型单螺杆挤出机，螺杆直径为46-700mm，长径比为7-23.德国WP公司的ZSK型双螺杆挤出机系列齐全，统一中心距。螺纹元件有深槽型和浅槽型，有双螺纹，也有三头螺纹，长径比可在9-42范围内任意选择。

国外生产工业汽轮机和造粒挤出机的主要厂家在实现通用化、标准化和系列化的基础上还根据“积木化”设计原理，进一步提高了产品的三化程度，用少量基本积木块和其他专用积木块构造出型号、品种、规格繁多的机组，以满足不同用户的各种需要。这样对用户来说，购得的是符合特定用途的新产品，而对于制造厂来说，则是用成熟技术和标准零部件生产的成熟产品。采用积木化系统后，大大缩短了交货期，减少了金属用量，降低了制造成本。

实现“三化”，大大加快了机械产品现代化的步伐。

1.7制造及控制、管理自动化

国外一般机械设备制造厂均有适度的装备水平，重要工序及关键零部件加工配备

有数控机床或多功能机床。大型制造厂出具有先进的铸造及热处理设备、自动焊接切割设备、大量数控机床、检测设备和实验装置外，计算机辅助设计(CAI)系统由检索型向人机对话的交互式、图形化、智能化发展，并且与计算机辅助制造(CAM)系统相结合，发展成CAD/CAM一体化系统；以数控车床为基础的柔性制造系统也得到发展和应用。少数现代化制造企业正在开发计算机集成化制造系统(CIMS)，这种系统把原来分散的CAD、CAM及其它计算机应用项目集合起来组成一个完整的系统，计算机在设计、制造和工厂管理等方面的应用，大大提高了产品的制造质量、可靠性和机电仪一体化水平，大大缩短了交货期，把化工装备制造提高到了一个新的水平。在实现单机高性能、高参数及化工单元设备小成套、化工装备大成套的同时，仪表及自动化技术也是保障化工装置安稳长期运行的基本手段。在激烈的市场竞争中，以节约资源、改善环境为目标，化工企业纷纷追求先进的控制及计算机技术来提高效率，降低能耗，控制三废。近10多年来，采用高可靠、智能化的仪表、微处理机控制技术和分散控制系统(DCS)，开发先进控制策略，在各个层次上实施离线或在线优化，推行管理信息系统(MIS)进行辅助管理，进而组织计算机集成的管理与控制一体化优化系统(CIPS)，已成为发达国家化工企业自动化和计算机应用的标准发展模式。

1.8技术软件化

60年代，在系统工程、化学工程、过程控制、计算数学、信息技术和计算机技术等学科的边缘上形成了化工系统工程学。它的基本方法是过程模拟，即过程系统的模型化和求解。30年来，在过程单元模拟及过程系统模拟两个层次上取得了长足的进步。

在化工单元模拟方面，在机械领域计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)的基础上，国外化机设备公司发展了化学工程领域的计算机辅助过程设计(CAPD)和计算机辅助操作(CAO)，加强了化工设备的设计软件开发，形成了各种化工单元设备的设计软件包供出售或进行工程承包。

在化工系统模拟方面，国外工程公司发展了计算机辅助化学工程系统(CACE)，形成工程总软件包供出售或进行工程承包。工程总软件包包括多个应用程序，如工艺过程工程程序、机械工程程序、压力容器工程程序、控制系统工程程序、环境工程程序、可靠性程序、配管工程程序、结构工程程序及电力工程程序等，不仅实现了化工装备与工艺的紧密结合，而且大大促进了化工过程开发、化工工程设计和化工过程优化。

化工装备现代化还可以用其他标准来衡量，本文所列“五性五化”（单机先进性、装备经济性、生产安全性、供应成套性、材料合理性、标准化、通用化、系列化、自动化、软件化）反映了世界各国化工装备现代化的特征或共同规律。

2现阶段中国化工装备现代化的特殊性

2.1要大力推进化工装备国产化进程

我国化工行业是随着化学工业的发展而逐步成长壮大起来的。70年代以来引进大量成套化工装备，对促进化工装备发展起到了重要作用。化工装备行业为保证这些装置的正常运行，从提供大量配件和关键备件开始，逐步扩大到提供单机和成套机组。“七五”和“八五”期间，通过对合成氨及尿素、复合肥料、离子膜烧碱、聚氯乙烯、纯碱、硫酸、电石、钛白粉、子午胎、炭黑等项目的消化吸收和科技攻关，使我国化工装备行业的生产能力和技术水平都有了明显提高。但是，各类化工装备大量重复引进耗费了大量外汇，据统计，“八五”前3年用于购买国外化工设备的资金占这3年化工总投资的40%-50%，在国家和企业资金短缺的情况下，用于化工装备国产化的资金明显不足。加

之国家缺乏对引进化工装置进行消化吸收、创新国产化的强制性政策、规划和宏观管理促使，尚未形成有利于化工装备国产化的机制。因此，至今化工装备消化吸收创新国产化的广度和深度都不够。

化工装备国产化是提高国内化工装备技术水平的根本突进，对促进民族工业的发展、节省化工建设资金具有重要的意义，无论是发展化工行业的眼前需要，还是国家发展技术和国民经济的长期利益，都要求大力推进化工装备国产化进程。换句话说，消化吸收创新国产化已经成为我国化工装备现代化的一项战略任务。

2.2重点开发石油化工装备的同时，超前安排煤化工装备开发

我国煤、油、气都有可供化工利用的前景。从资源条件看，煤炭的开采潜力大于油、气。但是由于石油化工的经济效益和工艺及装备技术水平无论在国内还是在国际范围均比煤化工优越，因此在今后一段时间内，油、气的比重还将逐步有所提高。与此相应，在化工装备开发上必将以石油化工装备为重点。

随着能源结构的变化和科技的进步，我国煤化工装备的开发、建设和生产规模将大大提高，而大型成套煤化工装置的开发,从立项到研制、安装、试车、稳定运行至少需要10年时间，开发成功后，推广应用工作难度也较大，因此对新一代煤化工装备的开发必须超前进步，作必要的技术准备。现代煤化工是以煤气化为基础的碳化学，因此，在煤化工装备方面，气化炉和大型甲醇、甲酸、醋酸、醋酐生产设备及适用材料等更应超前开发。

2.3装备要与工艺并重，协调发展

我国化学工业的发展60年代以来一直实行“工艺与装备并重”的方针，但是70年代以来，大规模成套引进的化工装备所采用的工艺技术五花八门，打破了工艺与装备的平衡关系，也给化工装备国产化增加了难度。以化肥为例，合成氨装置先后引进了凯洛格工艺技术、凯洛格节能工艺技术、伍德-TCT工艺技术、布朗工艺技术；尿素装置引进了二氧化碳汽提工艺技术和氨汽提工艺技术，还引进了日本东洋工艺技术。这些工艺技术虽各有千秋，但都是目前世界上一流的工艺技术、其技术经济指标差异不大。

我国人口众多，化肥将长期是我国化学工业重点之一。为了使合成氨及尿素生产立足于国内技术，产品进入国际市场，其装备必须国产化，这就要求在现有众多工艺中择优发展，形成自己的工艺特点，并配套开发适应这一工艺的装备，是工艺和装备在更高水平达到平衡，获得协调发展。

合成材料、精细化工等化工行业装备的发展也要适应工艺路线。

2.4用先进技术和机制改造传统产业以实现管理现代化

2.4.1采用和发展高科技

化学工业采用和发展高新技术主要是指发展新型化工材料、生物技术和自动化技术，特别是计算机在化工中的应用。

从化工装备角度来说，在新型化工材料方面，要逐步形成新型高分子材料、新金属材料、无机非金属材料和复合材料为主的新型化工材料体系，开发及推广的重点是耐高温、耐磨、耐局部腐蚀的结构材料以及膜分离材料。在生物技术方面，开发及推广的重点应是高效生化反应器、膜超滤器和生物传感器。在计算机应用方面，开发及推广的重点应是分散控制系统(DCS)、计算机集成管控一体化系统(CIPS)、机械在线监测和故障诊断智能专家系统、产品质量和生产率管理系统(OPIS)、计算机辅助设计(CAD)、计算

机辅助制造(CAM)、计算机辅助操作(CAO)、计算机辅助过程设计(CAPD)及计算机辅助化学工程系统(CAPD)及计算机辅助化学工程系统(CACE)等。

2.4.2推广适用技术，改造化工企业

我国是一个农业大国，工业基础差，除少数大型化工企业具有现代化的装备外，至今大部分化工企业的装备技术陈旧，能耗高，经济效益差；另一方面，进过多年的科技攻关和近十几年来对引进科技的消化吸收创新国产化，掌握了大量化工装备适用技术。在转换企业经营机制、适当增加技术改造投资的同时，依靠科技进步，积极采用适用技术，将大大提高我国化工装备的整体水平。

2.4.3用先进的装备和开发机制改造化机企业

我国化机企业的装备普通陈旧，据28个重点化机企业统计，具有80年代水平的加工设备仅占13.7%，多数加工设备为六七十年代的产品，铸造基本上还停留在手工操作的传统工艺上，缺少大型先进的热处理设备，70%的焊接设备还是手工焊机；高精度、数控机床少；缺乏先进的检验检测设备和实验装置；柔性制造系统尚未应用。改良装置，对于提高化机企业的劳动生产率和产品质量将起重要作用。

我国化工装备技术与国外的一个显著差距是新产品少、开发周期长。究其原因，既有体制方面的问题，又有机制方面的问题。以往的新产品开发，科研单位负责研究设计，制造单位负责试制和生产，设计单位负责选型。由于科研、制造、设计互相脱节，售后服务跟不上，因此新产品开发速度很慢。另一方面，化工装备行业缺乏专业分工，企业分散，产品分散，多数化机企业内部科研设计力量薄弱，缺乏市场竞争意识，未形成有效的型产品开发机制。在封闭的计划经济年代，由于化工生产规模不大，化工企业本身技术更新速度也很慢，对新产品的需求不多，因此矛盾不太突出。改革开放以来，特别是建立市场经济体制以来，化工生产规模迅速扩大，企业都追求高经济效益，对新技术和新产品的需求强烈，为了满足国内市场的需求，适应复观后必然出现的开放市场，化机企业迫切需要建立有效的型产品开发机制，从而加快化工装备新产品开发。

那么建立什么样的开发价值呢？第一，它必须是市场机制，要有既熟悉专业又熟悉市场经济和知识的人才来管理，从市场信息和用户反馈信息开始。第二，由于未来许多年仍将是买方市场，因此需要满足用户对设备的特殊要求，为此需建立一系列为用户做各种物料实验装置，该试验室（车间）同时作为本企业开发系列新产品的试验基地，建立试验装置还要考虑小成套的需要。第三，在实验基础上选型，进行单机或成套设计，然后进行制造。第四，还必须把营销和售后服务纳入开发过程，只有做好营销才能开拓市场，只有做好售后服务才能巩固已占领的市场。可见，在市场经济体制下，化工装备开发机制应当是：信息-试验-选型-制造-营销和服务。采用这一开发机制后，化机企业将不仅是一个设备制造单位，而且还应当成为某类化工装备的试验基地和开发机构，具有为化工建设工程直接提供配套装备的能力，并且能为化工企业提供与所出售化工装备配套的技术服务。

在化机企业本身加强开发设计力量的同时，还应加强同科研、设计单位和大专院校的横向联合，在行业统一规划和市场充分竞争的基础上，形成多个更具实力的化工装备技术开发中心，这些技术开发中心也应按照市场经济的规律和国际管理进行技术开发和经营活动。

有条件的化工装备科研院所充分发挥人才优势，加大科技投入，组建部级化工装备技术开发中心和国家及化工装备工程研究中心，运用现代和技术水平，建成几个对发展我国化工装备起重大作用的开发基地。

2.5在大化工范围内整体提高化工单元设备的技术水平

化工单元设备的技术水平对化工生产装置的技术经济指标具有重大的作用和影响工业发达国家均以专业化方式生产各类化工单元设备的系列产品，面向化工、炼油、轻工、冶金和食品等具备化工单元过程的企业。我国由于长期受计划经济条例管理的束缚，化工单元设备各行业自搞一套，未能在大化工的范围内组织专业化生产，为大化工服务，在行业内部也未能形成科研-设计-制造-服务横向联合体制，造成各行业化工单元设备水平参差不齐，普遍落后的局面。在当前市场经济条件下，化工单元设备制造厂要在国家产业政策指导下，以产品为龙头，试验研究为先导，设计为基础，质量为核心，市场占有为目标，通过竞争，在大化工范围内形成各类化工单元设备开发中心，整体提高化工单元设备的技术水平。

2.6大力提高各类人员技术素质和企业管理水平

在化工装备发展方面，可以列出许多条与国外的距离，各类人员技术素质和企业管理水平低便是明显而重要的一条。

化工装备行业是技术密集性行业。重视职工队伍的建设，提高劳动者的技术素质，以适应以智力为基础的劳动；加强企业管理，实现企业组织制度和管理制度的科学化、规范化，是企业形成激励和约束相结合的经营机制，是提高企业劳动生产率和经济效益的两个重要方面。特别是企业决策人物，要对市场竞争和科技进步的伟大力量有充分地认识。只要掌握利用信息，依靠科技进步，加大科技投入，发挥各类人员的智慧和工作积极性，用科学的态度和办法来管理，企业必须能在市场竞争中立于不败之地。

参考文献

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