中国机械工业技术发展史--第四节 煤化工成套装置（一、 大型城市煤制气设备）

中国机械工业技术发展史
第三十三章 石油化工和化工工业设备

第四节 煤化工成套装置

一、 大型城市煤制气设备

中国煤炭资源丰富，发展煤化工，搞好煤炭的综合利用，对国民经济的发民具有重大意义。我国城市煤制气基础十分薄弱，整体技术只相当于国外 20 世纪五六十年代水平，气化率远远低于发达国家，城市污染十分严重，发展城市煤气事业是一项迫切而十分艰巨的任务。大型鲁奇型加压气化工艺技术是当今世界上成熟、先进、应用较广的煤加压气化技术。为了使煤加压气化立足于国内，对于成套设备中的关键设备和技术，从“六五”便开始了重点科研攻关。 1980 年开始，化工部第二设计院、太原重型机器厂等单位自行设计和研制φ 1 .8m 和φ 2.8m 加压气化炉，取得了一定成绩。在“七五”期间，中国分别引进捷克、东德的鲁奇型加压气化技术生产城市煤气，包括主要工艺设计和主要机电设备，建设兰州煤气工程和哈尔滨依兰煤气工程。结合工程项目的引进，对 兰州、哈尔滨煤气中的关键设备和φ 3000 mm 加压气化炉、 4D m-PKM 加压气化炉、废热换热器、吸收塔 外壳、多功能塔 等 关键设备与国外合作制造，实现了国产化，并对 CO 换热器、涂层列管式换热器、缠绕管式换热器等结合产品进行了技术攻关。

φ 3 m 煤加压气化炉的设计压力为 3.4MP a ，设计温度为 2700 摄氏度，单台炉生产能力为 11500N m 3 /h, 总重达 140 t ， 由大连重型机器厂与捷克二月胜利厂（ ZVU ）合作制造，以提供兰州日产 54 万 m 3 煤气工程 。 由于介质为易燃易爆有毒气体，且有高温高压下运行，技术要求高、难度大。主要部件如煤箱、炉体、灰箱、顶冷器皆为三类压力容器，主要受压件对接焊缝均需进行 100% 的射线检测，并进行 5.25MPa 水压试验。在研制过程中，主要解决了 7 项关键技术问题：炉蓖和 5 刮刀用特殊合金、灰箱及阀体高温低合金材料的铸造、大型炉体（φ 3000mm × 22mm × 10250mm ）的焊接、阀门耐磨合金材料的堆焊加工、炉体最终焊缝消除应力退火、炉篦驱动齿轮齿面喷涂硬质合金技术、炉篦大轴承耐高温涂漠滚珠的研制等。该设备在国内首次研制成功，填补了国内生产的空白 ，国产化率达 85% 。 4DM-PKM 气化炉的设计压力为 3MPa ，产气量为 35000m3/h ，适用于褐煤和长焰煤。为前东德在前西德第二代鲁奇鲁奇炉基础上改进和发展起来的，由太原重型机器厂与前 东德格尔玛尼亚工厂合作制造，用于哈尔滨依兰煤气工程。太重掌握了插管角焊缝缺陷定量检测、同步自动跟踪和排道技术解决厚壁容器焊缝内边缘与层间质量、 CrMo 钢铸造容 器、中低硬度高温堆焊材料制造阀门、材料的高温性能及高温疲劳强度等核心关键技术，使自制率由 57% 提高到 90% 以上，从而实现完全立足于国内生产。

-60 ℃吸收塔设计压力为 3.1MPa ，塔体总高 60.9 m 、上段内径 1200mm 、下段内径 1800mm 、塔盘技承件 110 层、开孔 85 个，塔体上开有 29 个φ 500mm 人孔，多功能塔包括预洗器、硫洗器、 CO 2 洗涤器和最终洗降器四部分，设计压力为 3MPa, 直径 2400mm ，总高 72m,121 块塔盘。吸收塔盘和多功能塔分别为兰州煤气工程和哈尔滨依兰煤气工程采用的低温甲醇洗流程中的关键设备，目前世界上只有为数不多的几个国家能够生产。两种塔均由兰州石油化工机器总厂制造，中国通用机械工程总公司与兰州石油化工机器总厂联合完成了吸收工机塔外壳的转化设计，在制造中采用了数控切割、马鞍形气割开孔、封头堆焊及变形控制等多项新技术，有效地解决塔体变曲、椭圆、局部凹陷及塔盘支承变形等技术难题，制造质量较好，为我国推广采用 C-Mn 钢系材料制造低温容器开创了一个成功的先例，为实现低温甲醇洗流程中重大关键设备的国产化生产奠定了基础。废热器是兰州煤制气工程主工艺流程的关键设备，结构形式为浮头式，设计压力为 3.1MPa 、设计温度为 2300C 、直径 1850mm 、高 10350mm 、换热器面积 488m 2 、换热管 31.8 mm26872 根、管板厚 160 mm 、总重 32t 。由上锅炉厂和清华大学联合攻关，完成了和束气密性检漏及壳体水压试验专用装置的设计制造、管口自动钨极脉冲氩弧焊、螺旋叶片、棚架式液体及贺形装配架的研制。首次提出了伴有不凝性气体和焦油蒸汽和水蒸气的凝结传热计算方法，并已用于山西化肥厂引进德国煤加压气化装置废热换热器热力和水动力的校核计算。

CO 变换炉设计压力为 3MP a ，工作温度为 380 ～ 5500 ℃，直径为 2400 ～ 3200 mm 。它是哈依煤气化成套装备变换部分的关键设备。设备使用条件恶劣，设计技术要求高，制造难度大，内部要求进行不锈钢电渣堆焊。由甘肃工业大学和兰石厂完成浅溶深电渣堆焊技术攻关，由兰厂石研制出达到德国设计要求的，即工作温度 5000 ℃、 H 2 含量达 78% 的 CO 变换炉，内壁单层堆焊 4 mm 厚不锈钢制作技术。

规模 54N m 3 / D 的兰州煤气工程已于 1991 年建成代供气；哈尔滨依兰煤气工程规模为 160 万 Nm 3 /d 煤气、联产 4 万 t/a 甲醇，分两期建成，一期规模 60 万 Nm 3 /d ，与 1992 年建成，全部工程已于 1994 年建成投产。中国通用机械工程总公司是这二个工程项目的总包单位。

通过兰州、哈尔滨两套煤加压气代装置的引进消代，合作制造、技术攻关，已经掌握了 20 世纪 70 年代水平的捷克、前东德加压气化成套设备的制造技术。尽管全套装置 国产化率只达到 50% ，重要的是通过项目能够在大型煤气方面往前迈进一步，从大型煤气来讲，也算是个起步项目，通过与国外合作，逐步掌握一些关键技术，能够逐步在大型煤气方面立足于国产化，为今后我国发展城市加压制煤气积累了经验。

1994 年 7 月开始建设的河马煤气工程日产 120 万 N m 3 煤气、 联产柴油和硬蜡 2 万 t/a ，引进德国鲁奇公司煤加压气化技术，由化工部二院设计，主要工艺设备由国风机械厂家提供。关键核心设备 3 台带蒸汽夹套固定订床加压气化炉为鲁奇 MARKIV 型，由哈尔滨锅炉厂进行制造（仅灰锁由鲁奇公司提供），该气炉型试制成功，使我国加压气化炉技术达到 20 世纪 80 年代后期国外先进水平 。