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摘要： 从设计和制造角度，分析煤制天然气项目甲烷化装置废热锅炉系统国产化的可行性和可靠性，从而得出国产化可行的结论。
关键词：废锅系统；设计；制造；国产化
中图分类号：TU713文献标识码：A
在煤制天然气项目甲烷化装置单元，废热锅炉、汽包、热力管线以及蒸汽过热器构成的废锅系统是甲烷化装置中重要的组成部分，国外专利包一般要求采用印度、德国公司进行设备设计和制造。随着国内装备制造业的长足发展，多数项目考虑是否能进行国产化。该部分的国产化对煤制天然气项目的投资减少、建设周期缩短、建成装置后的服务以及运行成本都有明显的作用。为此，我们就此部分的国产化技术的可行性和可靠性进行分析。
1.该废锅系统的工艺和设备、控制方案以及相关的技术服务，国内有专业化的综合技术开发研究机构，（例如，兰州天华院）该部分相关技术30年前就从技术开发、设计制造等环节进行了全面的专题攻关研究，突破一道道难关，到目前为止，主要有以下五点：
（1）设计水平达到国际先进水平。
（2）所用材质的金属部分主要指压力容器用钢，其主要指标高于美国ASME要求，综合性能高于国外同等材料的性能，设备所用材质有充分可靠的保证。
（3）专业制造水平和综合能力，国内多数压力容器制造企业有三类压力容器设计、制造许可证，完全满足设计、制造的资质要求。
（4）国内提供的专有废锅设备，综合性能满足特定工艺要求，使用可靠性和寿命不低于国外进口设备，目前已有国内制造制氢废锅无维修连续运行十五年的记录。
（5）有废热锅炉、汽包、热力管线以及蒸汽过热器构成的高、中、低三种压力等级的相似废锅系统，在工艺装置中应用，自动化水平高，综合性能稳定、可靠。
2.废锅系统国产技术装备可靠性
（1）本系统的设计技术
本系统的设计技术主要包含强度设计、工艺设计、自控设计、水循环设计、高温调节阀设计。
① 强度设计：
本系统中废热锅炉、汽包及蒸汽过热器受压元件设计主要按照GB150-2011《压力容器》的规定，计算软件采用国家容委会指定专业强度设计软件。
本系统中废热锅炉的管板及肘节采用大型分析软件ANSYS进行应力场分析，并应用相应的标准进行强度评定，作为结构优化设计的依据；同时，采用ANSYS软件进行温度场的数值模拟计算，作为受压元件选材及确定高温局部热防护结构设计的依据，确保了设计的可靠性。应力分析和温度场计算达到国外先进水平。
②工艺设计
本系统工艺设计采用国际通用工艺流程模拟软件PRO/II进行物料流程模拟。对传热计算结果运用国际通用软件Htri进行校核，确保了工艺计算的准确性。
③ 本系统中采用多套自控液位计，以控制液位稳定性，两套安全阀设计成一开一备配置保证安全，工艺气配置中采用高温调节阀，确保工艺气出口参数稳定。
④ 水循环设计
水循环的可靠性是废热锅炉安全运行的关键技术之一，采用专用水循环计算软件对废锅系统的水循环进行计算。本系统采用的水循环分析设计方法，为不同的管系设计以及合理局部结构设计提供了计算依据，通过合理配置，有效降低高温端管板水侧的热负荷，改善高温水循环特性，增加设备运行的安全性。
在循環倍率值的确定上，使循环系统的可靠性高于国外同类设备，提高了设备的操作弹性和运行可靠性，整个系统的设计方法、运行可靠性和设备寿命与国外先进技术相当。
⑤ 高温调节阀设计
本系统的废热锅炉结构设计中，中心高温调节阀的设计也是关键部分之一，阀体结构由废锅专业设计人员设计，由专业阀门制造厂家供货。
（2）材料的选用
经对本系统的工艺参数进行分析，通过设计计算和以往用材经验，凡与工艺转化气接触的部分选用中温抗氢钢（钼钢或铬钼钢），部分采用低合金碳钢，锻件部分均采用相应等级的锻件，或更好的高温耐热钢。材料均可采用国产材料。
随着国内钢材加工水平的提高，压力容器用钢中硫、磷含量的不断降低，有效提高了压力容器的安全性。我国正在或即将实施的一些标准对硫、磷含量的规定严于美国ASME标准，不仅符合欧洲标准所规定的指标，在低温用钢板和钢锻件的标准中，其硫、磷含量的指标还优于相应欧洲标准的规定，国内压力容器用钢的质量水平及供应方面都可满足。
（3）加工制造
① 废锅的加工制造除了满足通用压力容器的制造条件外，还应满足专用制造技术条件，以满足相关的特殊工艺要求。
② 管子与管板的焊接，采用全焊透结构，即保证了焊接强度，又避免了废锅侧的间隙腐蚀。
③ 国内专业院所具有加工制造废热锅炉和其他设备的能力和条件，通过多年各种规格设备的加工制造，总结积累了加工、焊接、热处理、浇注耐火材料等一整套经验，完全可以满足技术要求。
（4）供货周期
在设备制造周期方面，国内供货可以满足项目进展周期（制造周期约8个月），同时，国内设计供货可节约较大投资，已年产13亿立方煤制天然气项目为例，国内设计制造，单套降低成本500万元以上。
（5）售后服务
经过多年的推广应用，国内优秀的设计制造单位多年已形成科、工、贸及技术服务体系，对安装、调试等现场服务有专业人员负责，且有丰富的现场服务经验，能确保应用现场的正常进度。
国内已有专业院所供货的成套挠性薄管板废热锅炉设备，在国内甲醇装置及合成氨等装置中成功推广几十余化工项目的案例，与煤制天然气项目甲烷化装置的方案工艺参数相比，部分应用条件更为苛刻。经多年使用，成套设备的应用效果良好。应用业绩足以证明国内的整体技术水平和成套设备供货能力是可靠的。
结论：总之，国内自行设计制造提供的废锅系统是可靠的，由国内设计并成套供货，综合性能有保障，这部分的工艺和设备可不选择进口。
作者简介：范振方，男，汉族，1981年出生，吉林长春人，大学本科学历，学士学位，工程师。现任辽宁大唐国际阜新煤制天然气有限责任公司 机械动力部主任助理，同时兼任甲烷化装置施工负责人，主要从事设备管理和施工管理工作。
关键词：废锅系统；设计；制造；国产化
中图分类号：TU713文献标识码：A
在煤制天然气项目甲烷化装置单元，废热锅炉、汽包、热力管线以及蒸汽过热器构成的废锅系统是甲烷化装置中重要的组成部分，国外专利包一般要求采用印度、德国公司进行设备设计和制造。随着国内装备制造业的长足发展，多数项目考虑是否能进行国产化。该部分的国产化对煤制天然气项目的投资减少、建设周期缩短、建成装置后的服务以及运行成本都有明显的作用。为此，我们就此部分的国产化技术的可行性和可靠性进行分析。
1.该废锅系统的工艺和设备、控制方案以及相关的技术服务，国内有专业化的综合技术开发研究机构，（例如，兰州天华院）该部分相关技术30年前就从技术开发、设计制造等环节进行了全面的专题攻关研究，突破一道道难关，到目前为止，主要有以下五点：
（1）设计水平达到国际先进水平。
（2）所用材质的金属部分主要指压力容器用钢，其主要指标高于美国ASME要求，综合性能高于国外同等材料的性能，设备所用材质有充分可靠的保证。
（3）专业制造水平和综合能力，国内多数压力容器制造企业有三类压力容器设计、制造许可证，完全满足设计、制造的资质要求。
（4）国内提供的专有废锅设备，综合性能满足特定工艺要求，使用可靠性和寿命不低于国外进口设备，目前已有国内制造制氢废锅无维修连续运行十五年的记录。
（5）有废热锅炉、汽包、热力管线以及蒸汽过热器构成的高、中、低三种压力等级的相似废锅系统，在工艺装置中应用，自动化水平高，综合性能稳定、可靠。
2.废锅系统国产技术装备可靠性
（1）本系统的设计技术
本系统的设计技术主要包含强度设计、工艺设计、自控设计、水循环设计、高温调节阀设计。
① 强度设计：
本系统中废热锅炉、汽包及蒸汽过热器受压元件设计主要按照GB150-2011《压力容器》的规定，计算软件采用国家容委会指定专业强度设计软件。
本系统中废热锅炉的管板及肘节采用大型分析软件ANSYS进行应力场分析，并应用相应的标准进行强度评定，作为结构优化设计的依据；同时，采用ANSYS软件进行温度场的数值模拟计算，作为受压元件选材及确定高温局部热防护结构设计的依据，确保了设计的可靠性。应力分析和温度场计算达到国外先进水平。
②工艺设计
本系统工艺设计采用国际通用工艺流程模拟软件PRO/II进行物料流程模拟。对传热计算结果运用国际通用软件Htri进行校核，确保了工艺计算的准确性。
③ 本系统中采用多套自控液位计，以控制液位稳定性，两套安全阀设计成一开一备配置保证安全，工艺气配置中采用高温调节阀，确保工艺气出口参数稳定。
④ 水循环设计
水循环的可靠性是废热锅炉安全运行的关键技术之一，采用专用水循环计算软件对废锅系统的水循环进行计算。本系统采用的水循环分析设计方法，为不同的管系设计以及合理局部结构设计提供了计算依据，通过合理配置，有效降低高温端管板水侧的热负荷，改善高温水循环特性，增加设备运行的安全性。
在循環倍率值的确定上，使循环系统的可靠性高于国外同类设备，提高了设备的操作弹性和运行可靠性，整个系统的设计方法、运行可靠性和设备寿命与国外先进技术相当。
⑤ 高温调节阀设计
本系统的废热锅炉结构设计中，中心高温调节阀的设计也是关键部分之一，阀体结构由废锅专业设计人员设计，由专业阀门制造厂家供货。
（2）材料的选用
经对本系统的工艺参数进行分析，通过设计计算和以往用材经验，凡与工艺转化气接触的部分选用中温抗氢钢（钼钢或铬钼钢），部分采用低合金碳钢，锻件部分均采用相应等级的锻件，或更好的高温耐热钢。材料均可采用国产材料。
随着国内钢材加工水平的提高，压力容器用钢中硫、磷含量的不断降低，有效提高了压力容器的安全性。我国正在或即将实施的一些标准对硫、磷含量的规定严于美国ASME标准，不仅符合欧洲标准所规定的指标，在低温用钢板和钢锻件的标准中，其硫、磷含量的指标还优于相应欧洲标准的规定，国内压力容器用钢的质量水平及供应方面都可满足。
（3）加工制造
① 废锅的加工制造除了满足通用压力容器的制造条件外，还应满足专用制造技术条件，以满足相关的特殊工艺要求。
② 管子与管板的焊接，采用全焊透结构，即保证了焊接强度，又避免了废锅侧的间隙腐蚀。
③ 国内专业院所具有加工制造废热锅炉和其他设备的能力和条件，通过多年各种规格设备的加工制造，总结积累了加工、焊接、热处理、浇注耐火材料等一整套经验，完全可以满足技术要求。
（4）供货周期
在设备制造周期方面，国内供货可以满足项目进展周期（制造周期约8个月），同时，国内设计供货可节约较大投资，已年产13亿立方煤制天然气项目为例，国内设计制造，单套降低成本500万元以上。
（5）售后服务
经过多年的推广应用，国内优秀的设计制造单位多年已形成科、工、贸及技术服务体系，对安装、调试等现场服务有专业人员负责，且有丰富的现场服务经验，能确保应用现场的正常进度。
国内已有专业院所供货的成套挠性薄管板废热锅炉设备，在国内甲醇装置及合成氨等装置中成功推广几十余化工项目的案例，与煤制天然气项目甲烷化装置的方案工艺参数相比，部分应用条件更为苛刻。经多年使用，成套设备的应用效果良好。应用业绩足以证明国内的整体技术水平和成套设备供货能力是可靠的。
结论：总之，国内自行设计制造提供的废锅系统是可靠的，由国内设计并成套供货，综合性能有保障，这部分的工艺和设备可不选择进口。
作者简介：范振方，男，汉族，1981年出生，吉林长春人，大学本科学历，学士学位，工程师。现任辽宁大唐国际阜新煤制天然气有限责任公司 机械动力部主任助理，同时兼任甲烷化装置施工负责人，主要从事设备管理和施工管理工作。