許 潔

(中石油北京天然氣管道有限公司,北京 100101)

近年來,隨著中國石油、天然氣管道建設的快速發(fā)展,天然氣管道壓縮機組及其附件的需求日益增加。天然氣管道壓縮機是管道運輸中的重要設備,其性能、質(zhì)量和產(chǎn)權(quán)直接關(guān)系到運營效益和有序。中國現(xiàn)階段已建成了陜京、西氣東輸、川氣東送等許多重要的輸氣管道。然而,目前天然氣壓縮機組很多關(guān)鍵設備還依賴國外進口,其主要供應商有GE、RR、Wan Trubo等[1]。這種過于依賴進口、受制于人的狀況,一旦外部環(huán)境發(fā)生變化或者出現(xiàn)國際爭端,就容易導致中國石油、天然氣管道建設陷入停滯。同時,由于國外進口設備維護難度和備件成本高、售后服務體系復雜等因素,很大程度上也影響了國內(nèi)油氣管道產(chǎn)業(yè)的正常運行。因此,中國有必要全面推動天然氣管道壓縮機組及其附屬設備的國產(chǎn)化,提高中國在天然氣輸送領(lǐng)域內(nèi)的自主創(chuàng)新能力,最大程度地減少國際采購風險,以確保整個行業(yè)的運營安全有序。

1 天然氣管道壓縮機國產(chǎn)化意義及思路

1.1 重要意義

當前國際形勢多變,中國面對的外部環(huán)境更加復雜。無論是政治層面,還是經(jīng)濟層面,均面臨著越來越多的挑戰(zhàn)和封鎖,自主可控已上升為國家戰(zhàn)略。實現(xiàn)天然氣管道壓縮機等核心設備國產(chǎn)化勢在必行。近幾年,中國為推動核心設備國產(chǎn)化進程,在政策和資金等方面加大力度支持相關(guān)產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新和轉(zhuǎn)型升級。2016年,國家發(fā)改委、工信部、國家能源局聯(lián)合提出了《中國制造2025》,并重點加強了能源領(lǐng)域的技術(shù)升級,在能源領(lǐng)域設備制造方面逐漸形成自主設計和研發(fā)體系,形成了成套設備的研制能力,尤其是全面推動核心材料和零部件的國產(chǎn)化和自主化,加速實現(xiàn)能源產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。2019年,財政部和海關(guān)等多部委聯(lián)合出臺文件,將壓縮機組、電機等重點電氣管道設備列入進口不予免稅的產(chǎn)品名錄。同年,中國為實現(xiàn)“全國一張網(wǎng)”的目標,整合資源組建了國家管網(wǎng)公司,通過各個網(wǎng)絡的互聯(lián)互通,加強核心設備的自主研發(fā),為中國能源安全提供更多的保障[2]。

1.2 工作思路

對中國而言,天然氣管道壓縮機組等設備的國產(chǎn)化難以一蹴而就,需要逐步推進,需要各個領(lǐng)域和行業(yè)的共同參與。尤其在中國天然氣管道建設進程高速推進的今天,通過壓縮機等核心設備國產(chǎn)化重點工程建設,可以促進建材、冶金、機械、電子等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,加速我國產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級,對于振興民族裝備制造業(yè)具有重要意義[2]。

在最近幾年的設備國產(chǎn)化過程中,中國石油總結(jié)形成了“政產(chǎn)學研用”協(xié)同工作模式[2],如圖1所示,以業(yè)務需求為主導,聯(lián)合產(chǎn)學研等相關(guān)行業(yè)共同進行科技攻關(guān),以核心技術(shù)突破為重點,通過重點工程的應用,不斷提升中國在設備制造領(lǐng)域的研發(fā)水平。

圖1 設備國產(chǎn)化工作模式示意圖

實踐表明,上述模式有利于推動重點領(lǐng)域核心設備的國產(chǎn)化進程,對于中國構(gòu)建全面產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和加快核心設備國產(chǎn)化進程相匹配的組織模式意義重大,也是提升中國核心設備研發(fā)水平的重要舉措。該組織模式在國產(chǎn)化計劃執(zhí)行過程中,必須立足管理和行政資源優(yōu)勢,加強核心設備的研發(fā)和創(chuàng)新,提升國產(chǎn)化全套設備在天然氣管道工程建設中的主導地位。通過階梯式的研發(fā)應用步驟,從而提升中國核心設備的國產(chǎn)化研究水平[2]。

2 天然氣管道壓縮機國產(chǎn)化進展

2000年以來,在國家能源局、中國機械工業(yè)聯(lián)合會的指導和支持下,中國石油加強關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā),組織優(yōu)勢科研力量進行多組技術(shù)難關(guān)的攻克,并取得大量重大科技專項。同時,中國石油和超過50家的企業(yè)建立了深度合作關(guān)系,加強天然氣管道壓縮機組、關(guān)鍵閥門、SCADA 系統(tǒng)等25項設備及相關(guān)技術(shù)的研究,并先后推出15項被市場認可的國產(chǎn)設備,樣機數(shù)量也超過100套,在諸多領(lǐng)域取得重要進展。

2014年,管道設計院在核心設備國產(chǎn)化應用領(lǐng)域攻克技術(shù)難關(guān),完成國內(nèi)首座配備全國產(chǎn)化燃驅(qū)機組壓氣站—西氣東輸三線西段3標段煙墩壓氣站(二期)工藝安裝設計,標志著油氣管道關(guān)鍵設備國產(chǎn)化水平進入一個全新階段[3]。

中國石油認真貫徹落實政府的相關(guān)要求,積極推動設備國產(chǎn)替代計劃,和國內(nèi)設備制造企業(yè)建立深度合作關(guān)系,加強核心技術(shù)和核心設備的技術(shù)攻關(guān),在20 MW級電驅(qū)天然氣壓縮機組、30 MW級燃驅(qū)天然氣壓縮機組等技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重要突破。

到2017年為止,中國石油已在西氣東輸?shù)亩€、陜京四線等重點工程中應用了國產(chǎn)化電驅(qū)天然氣壓縮機,應用數(shù)量超過50臺;在南昌—上海支干線應用了國產(chǎn)化燃驅(qū)天然氣壓縮機組,數(shù)量達5臺;在西氣東輸三線等管道應用40 in以上國產(chǎn)化球閥的數(shù)量超過260臺。

由此可見,中國國產(chǎn)化產(chǎn)品的應用效果良好,取得了重要進展。到目前為止,中國已實現(xiàn)20 MW級電驅(qū)天然氣壓縮機組、30 MW級燃驅(qū)天然氣壓縮機組投產(chǎn)并平穩(wěn)運行萬余小時,形成了管道高壓大口徑全焊接球閥全部替代進口產(chǎn)品的良好局面[4]。

國內(nèi)企業(yè)在國外先進技術(shù)的基礎上,積極利用自身優(yōu)勢,在離心式天然氣壓縮機整體結(jié)構(gòu)方面取得重要進展,向市場推出了多軸齒輪整體組裝離心式天然氣壓縮機。相較于傳統(tǒng)天然氣壓縮機,該類型壓縮機可實現(xiàn)高壓比等溫壓縮、葉輪與轉(zhuǎn)速最大匹配,并具有結(jié)構(gòu)緊湊、逐級冷卻、分段調(diào)節(jié)等諸多優(yōu)勢。

目前,陜鼓集團、沈鼓集團、交大賽爾等公司均在整體齒輪增速式離心式天然氣壓縮機技術(shù)方面有了較大的突破,并完成相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)和制造,具有較高的市場占有率,特別是陜鼓集團已研制出6軸11級的齒輪整體組裝的離心式天然氣壓縮機,處于國際領(lǐng)先水平[5],目前天然氣管道主要設備已打破國外長期壟斷的局面,全面實現(xiàn)國產(chǎn)化指日可待。

3 天然氣管道壓縮機國產(chǎn)化發(fā)展思路

3.1 提高設備國產(chǎn)化的認識

相對于西方發(fā)達國家,中國在設備制造方面的整體水平較低,只有掌握關(guān)鍵技術(shù),提升自身的研制能力,以便實現(xiàn)中國核心設備的國產(chǎn)化目標,減輕對國外設備的依賴性。同時,關(guān)鍵設備國產(chǎn)化可采取穩(wěn)步推進策略,在現(xiàn)有成熟標準的基礎上,逐漸推動非標準成套設備的應用,不斷夯實中國關(guān)鍵設備的國產(chǎn)化基礎。

3.2 編制易于國內(nèi)廠家投標的中文招標文件

在中國關(guān)鍵設備實現(xiàn)國產(chǎn)化目標之前,為滿足國際招標要求,只能編制英文版的標書和技術(shù)規(guī)格,不利于國內(nèi)企業(yè)進行競爭投標,所以,有必要分別編制中文版和英文版的標書和技術(shù)規(guī)格,便于國內(nèi)廠家進行投標。在合同簽訂過程中,采購部門需要明確告知相關(guān)技術(shù)標準以及審批程序,確保相關(guān)工作滿足規(guī)范要求,最大程度的滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求[6]。

3.3 協(xié)助國內(nèi)廠家做好第三方檢驗

要推進天然氣壓縮機組及其附屬設備的國產(chǎn)化,首先要推動企業(yè)與國際標準接軌,使其生產(chǎn)的產(chǎn)品接受第三方檢驗機構(gòu)的質(zhì)量檢驗。針對國內(nèi)對于國際標準不熟悉的企業(yè),針對國內(nèi)對此不太熟悉的廠家,需要協(xié)助他們做好第三方的檢驗工作[6]。

3.4 由局部到整體

核心設備的國產(chǎn)化進程是復雜的,需要經(jīng)歷由點及面、由局部向整體的過渡過程。企業(yè)需要和相關(guān)廠商加強技術(shù)交流和合作,分階段的逐步實現(xiàn)核心設備國產(chǎn)化目標,例如首先實現(xiàn)非核心設備的國產(chǎn)化,然后逐漸實現(xiàn)全面的國產(chǎn)化,并將產(chǎn)品推向國際市場[7]。

3.5 科研與生產(chǎn)互為促進的發(fā)展戰(zhàn)略

為實現(xiàn)天然氣壓縮機國產(chǎn)化目標,有必要引導制造商在設備研制初期便參與其中,通過科研活動和生產(chǎn)活動的深度融合,建立科研和生產(chǎn)互相作用、互相促進的科研生產(chǎn)體系[7]。

3.6 測試小組的優(yōu)化改進

根據(jù)研制需求,成立相關(guān)的測試小組,采用合理的檢驗方法,結(jié)合設備性能適應運行工況的差異性,對設備零部件材質(zhì)以及性能等技術(shù)指標進行綜合分析,在腐蝕性和力學分析的基礎上,展示并對比分析小組測試結(jié)果,同時考慮反饋意見,制定有針對性的改進建議[7]。

4 天然氣管道壓縮機國產(chǎn)化的實施

在天然氣管道壓縮機組國產(chǎn)化方面,中國制定了“單臺試用、逐步擴大”的國產(chǎn)化策略來推動管道壓縮機組的發(fā)展。具體步驟如下:

2009年,在西氣東輸定遠站應用了由國外企業(yè)設計,沈鼓集團生產(chǎn)的天然氣管道壓縮機;2011年,在西氣東輸二線西段應用了沈鼓集團自主設計和自主生產(chǎn)的天然氣管道壓縮機,共計3套;2013年,沈鼓集團正式開始生產(chǎn)成套的電驅(qū)天然氣壓氣站,實現(xiàn)了從早期設計、到后續(xù)的生產(chǎn)安裝等環(huán)節(jié)的全面國產(chǎn)化目標。在此期間,國內(nèi)企業(yè)還加強對變壓器和大功率電機的研發(fā)生產(chǎn),上海電氣、中船重工等企業(yè)在高速燃氣輪機等方面均實現(xiàn)重要突破,具有全球領(lǐng)先水平[8]。

與此同時,中國和相關(guān)平臺建立深度合作關(guān)系,加速推動國產(chǎn)化進程[9]。

4.1 基礎條件準備

確定天然氣壓縮機組的運行參數(shù),包括機組的排氣量、轉(zhuǎn)速;機組各級的進排氣溫度、進排氣壓力;壓縮機的安裝尺寸,確保國產(chǎn)化零部件能夠滿足機體空間位置;完成壓縮機的設計與選材等。

4.2 裝機試驗

為了評價國產(chǎn)壓縮機的性能,和進口天然氣壓縮機進行對比,裝機試驗中將國產(chǎn)天然氣壓縮機與進口天然氣壓縮機同時運行,在機組進出口壓力、溫度、流量均符合設計要求的基礎上,通過4 000 h的運行試驗,進行現(xiàn)場觀測,進而判斷天然氣壓縮機是否發(fā)生故障。

4.3 后評價

對運行4 000 h的天然氣壓縮機組的關(guān)鍵部位進行檢查維護,并將其送至分析測試中心,分別進行無損探傷、抗壓測試、彈性性能3項檢測[10]。

5 天然氣管道壓縮機國產(chǎn)化的機遇與挑戰(zhàn)

隨著天然氣管道壓縮機組國產(chǎn)化目標的實現(xiàn),廠商和用戶之間的技術(shù)溝通更加便捷,有利于提升用戶對設備的維護能力,對于廠商改善售后服務質(zhì)量具有重要意義。

核心設備國產(chǎn)化對于備品備件的供應保障也具有積極作用,首先可以消除國際采購的限制和不便之處,有利于成本壓縮;其次,有利于提升設備的使用效率,減少庫存壓力,增加企業(yè)的運營收益。需要強調(diào)的是,中國天然氣壓縮機企業(yè)的整體技術(shù)實力與國外廠家還存在一定的差距,在技術(shù)標準、用戶培訓、規(guī)范化售后服務等方面依然存在較大差距,難以為用戶提供標準化、程序化、文字化的技術(shù)服務,用戶體驗不佳。用戶培訓體系尚不成熟,技術(shù)培訓的師資力量薄弱,培訓內(nèi)容不完善,難以達到預期的培訓目標。并且,大部分廠商在售后服務團隊建設方面存在一定滯后性,在用戶服務方面依然存在較大改進余地[11]。

6 天然氣管道設備國產(chǎn)化展望

可以通過以下幾個渠道來推動中國天然氣管道建設設備的國產(chǎn)化進程,實現(xiàn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級,具體包括[12]:(1)加強設備優(yōu)化,提升國產(chǎn)化水平,從薄弱環(huán)節(jié)入手,以天然氣壓縮機的干氣密封系統(tǒng)、齒輪箱、電機、燃氣輪機易損部件等設備作為重點組織開展設備的國產(chǎn)化研制工作;(2)對國產(chǎn)化設備的應用效果進行跟蹤調(diào)查,以便進行持續(xù)優(yōu)化,通過對標國際標準,識別國產(chǎn)替代品中存在的問題,集中優(yōu)勢資源、有針對性地進行改進;(3)依托重點工程,加強國產(chǎn)化產(chǎn)品的應用。建立完善的國產(chǎn)化設備應用機制,在國內(nèi)項目開展過程中引入國產(chǎn)設備,逐步實現(xiàn)國產(chǎn)設備規(guī)?；瘧谩?/p>

相對而言,中國國產(chǎn)設備應用時間較短,在諸多領(lǐng)域缺乏實際管理和維護經(jīng)驗,只能在參照國外做法的基礎上,結(jié)合自身情況進行有針對性的調(diào)整和系統(tǒng)的突破,分階段地逐步實現(xiàn)預期目標。在天然氣壓縮機國產(chǎn)化進程中,我國不但要加強技術(shù)攻關(guān),還需要積極培養(yǎng)相應的人才、建立高素質(zhì)的維護管理團隊、提升用戶維護水平、改善用戶體驗。相較于發(fā)達國家,國內(nèi)天然氣管道建設還存在較大差距,以“政產(chǎn)學研用”模式為平臺,深化相關(guān)研究和推廣,逐步實現(xiàn)整個行業(yè)的持續(xù)發(fā)展,加速實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

因此,天然氣管道壓縮機組的成功國產(chǎn)化可以帶動整個產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展,有利于中國燃氣管道建設的提質(zhì)增效,提升中國設備制造廠商的國際競爭力。