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重大装备用离心压缩机高压及大轴径干气密封研制

来源:三门峡科技大市场 时间:2015-10-14 阅读:2230

重大装备用离心压缩机高压及大轴径干气密封研制的基本信息
项目名称
重大装备用离心压缩机高压及大轴径干气密封研制
公司名称
四川日机密封件股份有限公司
注册时间
注册资本
万元
注册地址
主营业务
管理团队
项目主要情况描述
技术原理简介
炼油、石化、煤化工等流程装置大量使用离心压缩机驱使易爆、有毒等气体在管道中流动。为防止离心压缩机内的高压气体从其转轴与机壳之间的间隙泄漏到大气,需要设置密封装置。干气密封是一种使用寿命长、环保型密封装置。随着国内流程装置规模的扩大,工艺参数的提高,对高参数(高压、大轴径)压缩机干气密封需求量增加非常快,目前国内高参数干气密封产品基本依赖进口,因此,需要研发这类干气密封产品。   项目是由参数范围为:压力0-14MPaA、温度-100-180℃、线速度≤150m/s的干气密封系列产品构成,能代表该系列产品技术水平的是“高压干气密封及其控制系统”及“大轴径干气密封”产品。   中石化广州分公司200万吨/年柴油加氢改质装置,选用国内沈鼓集团制造循环氢压缩机,委托配套我公司干气密封产品。项目组通过解析分析、计算机仿真,优化了干气密封设计,提出了“耐高压机械密封装置”专利。在解决了动压槽设计、制造工艺、性能试验等关键问题后,研发的干气密封及其控制系统产品,首次为国内压缩机厂生产10MPa以上压缩机配套,打破了10MPa以上配套干气密封产品被国外垄断的局面。目前,项目研发的干气密封及控制系统已平稳运行超过两年。   内蒙古大唐多伦煤化工公司的煤制烯烃项目丙烯压缩机,采用德国西门子主机,配套的是国外著名公司的干气密封产品。项目组运用最新理论对干气密封产品进行仿真设计、试验修正,首创提出了“新型双旋向动压槽”,与国内外现有双向动压槽型相比,明显的提高了气膜稳定性,进而提高了干气密封的可靠性。为此,申请了“新型双旋向动压槽”发明专利。项目组攻克了大尺寸、高精度的干气密封动压槽加工工艺技术,实现了减少大尺寸薄壁金属零件应力变形的制造技术突破并完成了大轴径密封台架性能试验方法上的探索性工作,最终自主开发出大轴径干气密封产品,其性能指标不低于国外相同产品。目前,已平稳运行超过两年半。该密封是国内当时已正式运行的最大轴径干气密封。   现在公司已与镇海炼化等用户签订10MPa以上的高压干气密封合同10余项,销售收入已接近4000万元。与云南先锋煤化工等十余家用户签订了260mm以上的大轴径干气密封合同近20项,销售收入达3500万元。   2012年,我公司向中石化湖北化肥厂提供了当前国内最大,世界最大规格之一的,轴径达到350mm压缩机干气密封。2013年底,已经顺利开车成功。着力提升“四基”产业的技术水平是实现由装备制造大国向装备制造强国转变的重要战略。根据《国务院关于加快培育和展战略性新兴产业的决定》,国家各部委出台了相关政策,促进“四基”产业的发展。由此,2013年11月工业和信息化部在四川成都召开了“千万吨级炼油加氢装置循环氢压缩机高压干气密封及其控制系统”以及“大型煤化工煤制丙烯装置丙烯制冷压缩机大轴径干气密封”两个项目的科技成果鉴定会,鉴定委员会认为两个项目均为国内首次应用,填补了国内空白,主要技术指标达到国际同类产品水平,经济效益和社会效益显著,具有很高的推广应用价值。 成果创新性:   高压干气密封是首台为国内压缩机厂配套10MPa以上的国产干气密封及控制系统,从设计、材料、制造及试验均无可借鉴的资料。   高压干气密封创新点:   1、干气密封动压槽的设计技术   基于无限窄槽理论的N-S方程,通过解析方法分析端面单向螺旋槽槽型几何参数变化对干气密封端面压力分布、流体膜刚度、泄漏量影响规律。用计算机仿真方法,优化了不同工况下端面槽型几何参数。实现了在保证有足够的气膜刚度,提高密封运行稳定性的同时,减小了密封泄漏量,降低了干气密封的使用成本。   2、关键零部件结构设计技术   高压条件下,平面度要求极高的动、静环极易变形。干气密封启动后,接触的变形高点迅速磨损,导致密封损坏。因此,需要对摩擦副材料、结构、固定方式等进行深入的研究。同样,如果密封关键金属结构件在高压下发生变形,会影响摩擦副的浮动性,严重时也会造成干气密封失效。因此,不但需要用有限元方法进行应力应变分析,优化零件结构并大幅度提高加工精度,同时需在材料选择、制造工艺、热处理方法环节有技术突破,以保证的干气密封可靠性。   3、密封控制系统设计技术   高压情况下,气体容易发生相态改变,凝结出雾或微小液滴,通过系统管道进入密封腔并附着在干气密封摩擦副端面及动压槽上,严重影响干气密封运行状态。所以,要保证工艺气在压缩机所有工况下,始终保持干净干燥并连续稳定的供给干气密封,需在高压的系统管路设计上增加特殊的除液及增压装置。   4、高压干气密封的试验技术   高压下,试验的干气密封会产生极大的轴向力,需要专门方法和特殊的设计达到结构的平衡。试验过程中,干气密封发热量大,需要在试验台设计中考虑热平衡问题。   大轴径干气密封规格(轴径Φ284mm)的干气密封为国内首次开发,从设计,材料,制造及试验均无可借鉴的资料。产品的成功使用将是国内干气密封在大轴径领域的一次突破。   大轴径干气密封创新点:   1、双向动压槽设计技术   用稀薄流体力学和格子波尔兹曼算法(LBM)分析双向槽型干气密封端面流场。采用极限近似原则来处理CFD(计算流体力学)仿真的结果,设计了不同参数的双向动压槽型,用基于同一误差水平来进行横向对比,最终得到综合效果最理想的动压槽槽型设计参数,申请了相关专利(CN201310457517.9),并应用于大轴径干气密封,获得了理想的使用效果。   2、金属件的尺寸稳定性控制技术   超大尺寸薄壁金属件要保证很高的尺寸精度、形位公差要求和尺寸的稳定性,常规的手段很难保证,需在制造工艺、加工设备、热处理等关键环节上均有针对性考虑。   3、超大尺寸碳化硅环表面流体动压槽加工及研磨技术 干气密封碳化硅动环端面上需要加工出数十个动压槽,要求槽深的一致性达到±1μm和槽底的粗糙度低于Ra 0.8μm。为此,与国内相关单位合作研发了专用于加工高精度动压槽的设备,设计了特殊结构的动压槽加工工装。 另外,碳化硅动环端面外径尺寸已超过400mm,用常规手段保证其平面度和粗糙度非常困难。为此,改进了研磨设备和优化工艺技术,并采用超大规格的光学平晶(Φ660mm)保证了端面的平面度。   4、超大轴径干气密封的试验技术   该干气密封的尺寸超大,重量较重,为此,设计了专用的大轴径干气密封试验台,并采用在线监测技术、斜坡滤波技术,确保了密封试验数据的准确性。   5、关键零件的设计技术   正常运行时,干气密封静环在弹簧力、介质压力、辅助密封圈阻力等力的作用下,保持良好的追随性,保证动环与静环之间有稳定的3~5μm间隙。对于外径超过400mm大轴径干气密封,在高速运行状态下使动、静环保持精确的尺寸和位置精度难度更大,需要对零部件结构进行更精确的设计和应力应变分析,以保证运行稳定。 成果独占性:   目前,重大装备用离心压缩机高压及大轴径干气密封研制项目,达到国际同类产品的水平,在国内处于领先地位。并成功的应用于石油、化工、煤化工的重要装置,有了相应的业绩。由于有技术和业绩优势,其它密封件厂不但要攻克技术难关,还要推广没有业绩支撑的新产品,难度非常大。 成果盈利性:   项目研制的产品是为满足石油、化工、煤化工等领域内,压缩机大型化、高压化的发展趋势,提高了干气密封技术水平和性能。由于技术领先,国内缺少竞争,因此,价格以国外进口相同产品为基础确定的,项目产品的盈利能力强。 成果持续性:   由于新产品盈利能力强,使得企业有技术研发的经费,支撑研究人员、科研设备等投入后续的开发,企业有国家级博士后科研工作站、省级企业技术中心、是国家高新技术企业、四川省建设创新型企业试点企业、是成都市高端装备制造企业、“四川省专精特新中小企业培育”企业。教授级高级工程师6人、高级工程师26人、中级和初级职称92,科研人员参与研究、设计、销售和售后服务全过程工作。因此,保证了企业持续创新能力和技术储备。 成果先进性:   重大装备用离心压缩机高压及大轴径干气密封研制是由“千万吨级炼油加氢装置循环氢压缩机高压干气密封及其控制系统”以及“大型煤化工煤制丙烯装置丙烯制冷压缩机大轴径干气密封”两个项目组成。2013年11月21日,工业和信息化部在四川成都召开了“千万吨级炼油加氢装置循环氢压缩机高压干气密封及其控制系统”以及“大型煤化工煤制丙烯装置丙烯制冷压缩机大轴径干气密封”两个项目的科技成果鉴定会,鉴定委员会听取了我公司的研制总结报告、考察了生产现场、见证了产品试验、并对产品进行了现场拆解检查,经过质询和讨论后,认为两个项目均为国内首次应用,填补了国内空白,主要技术指标达到国际同类产品水平,经济效益和社会效益显著,具有很高的推广应用价值。 成熟度:13、回报级:收回全部投入后开始赚钱再投入 市场分析:   干气密封是20世纪60年代末期出现的一种新型非接触式机械密封,通过在密封环上增开动压浅槽以及采用相应的控制系统而实现摩擦副的非接触运行。干气密封用“气封液或气封气”的新观念替代传统的“液封气或液封液”观念,是密封技术的一次革命。与传统的接触式机械密封相比,干气密封使用寿命长、运行稳定可靠,密封功率消耗小;与其它非接触式机械密封相比,干气密封仅需消耗少量的气体(通常为氮气),即可实现机器设备中的物料零泄漏或零逸出,是一种环保型密封;干气密封的控制系统较传统机械密封的封油系统简单、可靠,使用中不需要维护。由于具备这些优势,干气密封特别适合作为高速高压旋转机械的轴端密封。目前干气密封主要应用于石油化工、煤化工、气体输送管线的离心压缩机和离心泵。随着干气密封技术的日益成熟,其应用范围也将越来越宽广。 机械密封的市场应用主要包括三方面:主机厂的机械密封配套、终端客户的机械密封技术改造和机械密封备件采购及产品修复。机械密封下游的主机生产厂商及石油化工、煤化工等行业的固定资产投资和技术改造项目决定了机械密封的增量市场需求。同时,机械密封是一种易损件,特别是用于高温、高压、高速、有毒等介质下的机械密封通常每1-3年就需要更换,因此,机械密封的存量市场需求也较为稳定。石油化工行业中的炼油、乙烯、油品管道输送、天然气管道输送、化纤、烧碱(离子膜法)和LNG等领域的主机。 根据我国石油化工行业发展情况,通过资料搜集与分析,2015年,石油化工行业机械密封的市场容量测算为19亿;煤化工行业4.1亿;冶金行业3.9亿;机械密封包含干气密封,按一般销售情况而言,通常价格占总价格的20%,因此,估计的市场规模近6个亿,利润率超过30%。 商业模式分析:   公司商业模式是通过为客户量身定做不同主机、不同运行环境下的个性化密封整体解决方案,从而在市场中获得良好的收益。维持良好的收益的原因在于:   1、凭借技术优势维持利润空间   公司经过数十年的积累,形成多项具有自主知识产权的核心技术,成为行业内技术领先的企业。公司还通过建立省级企业技术中心、博士后工作站以及与大专院校等的合作,提高和巩固了技术领先地位。公司在核心技术方面形成的技术竞争壁垒,使公司摆脱了低层次同质竞争,确保了公司的市场竞争地位。   2、产品推陈出新拓展利润增长点   公司紧跟下游装备制造业和石油化工、煤化工等终端客户的发展趋势,不断推陈出新,推动现有产品升级。在把握市场方向的同时,公司战略性地在不同的应用领域进行技术和产品的投入,推出机械密封系列产品,引导市场方向,形成持续的利润增长点。   3、创新业务模式确立行业领先地位   公司在传统业务基础上,创新性地对业务模式进行了改造,把传统的以销售产品为核心的业务模式,逐步转化为以提供密封整体解决方案为核心的新型业务模式。把产品研发设计和制造与全方位技术服务有机地结合,通过与客户充分的售前产品宣传、售中技术交流和售后快速反应,深度聚焦客户需求,为客户创造高的价值,解决客户的后顾之忧,从而增强了客户对公司的依赖度。随着公司为客户提供的服务内容更加广泛、更加专业,公司逐渐从一个单纯的机械密封研发、制造企业转变成为一个提供密封整体解决方案的供应商,并由此确立了行业中的领先地位。 4、建立快速反应、共同进步的供应链,由于公司有较大的技术优势,保证用户装置长周期的安全运行,保证了回款顺利。通过将供应商的产品质量与及时支付货款联系起来,提高了供应商的积极性。 5、信息 公司产品内信息流   公司外的信息流入;   按美国石油协会标准,对进入公司内的法律、法规、标准、设计等信息,在相应的部门和人员确认后,再进入公司。 营销状况:   干气密封产品的生产需要根据主机的生产工艺参数进行个性化设计和制造,保证其在恶劣工作条件和最佳设计工况下安全稳定、长寿命运行。而干气密封产品的性能和使用寿命取决于多种因素,如密封材料、密封结构形式、端面参数、辅助系统、安装等。因此,干气密封产品生产过程中,在产品设计、制造工艺、质量管理、技术服务等方面需要具有较高的水平的人才,这需要长时间积累;干气密封产品的客户如中石化、中石油等,出于安全、技术和质量的考虑,在采购时往往会对干气密封产品生产企业提出明确的业绩要求,或者要求其必须是合格供应商。行业的新进入者由于没有业绩和信誉背景,难以取得用户的信任和订单;而要成为客户的合格供应商,需要经过较长周期的资格审核。一旦获得认同,客户一般不会轻易更换供应商。干气密封产品核心资源包括专业技术和客户认证壁垒。因此,项目成功后,不易被其它企业取代。   重大装备用离心压缩机高压及大轴径干气密封研制项目的产品,价格以国外进口相同产品为基础确定的,项目产品的盈利能力强。 拟采取的转化方式:其他 应用推广的已投入情况:4000万元 资金需求额:8000万元 融资用途:产品研发
关键技术线路
是否获得国家及省市科技经费资助
资助名称
资助金额
万元
行业历史与前景
市场规模及增长趋势
目标市场
行业竞争对手及本公司竞争优势
业务模式
策略操作性和有效性
项目融资说明
项目计划投资总额
万元
新增投资额
万元
资金来源
合作方式
合作
固定资产投资额
万元
流动资产投资额
万元
资金使用方向细目
预计收益
项目建设期
联系方式
联系人
张智
电话
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一、基本信息

一般纳税人

二、主要人员及联系方式

法人代表:

分管领导:

科技联络员:

三、人员情况

四、创新平台情况

高新技术企业
科技型中小企业

1、研究机构

(1)国家级
(2)省级
(3)市级

2、合作机构

3、近3年国家项目

4、近3年省级项目

5、近3年市级项目

五、知识产权情况

商标
著作权
论文/专著

1、专利发明

授权
国外
受理发明
国内
许可

2、实用新型专利

授权
国外
受理发明
国内
许可

3、外观专利

授权
国外
受理发明
国内
许可

六、近3年科技成果转化情况

成果鉴定证书
第三方检测报告
企业标准备案

1、采用标准情况

国际标准
国家标准
行业标准
地方标准
产品注册备案
生产许可证

七、其它

ISO9000质量认证
ISO14001环境体系认证
OHSAS18001职业安全卫生认证
3C认证
CE欧盟认证
ISO/TS16949汽车管理体系认证
其它认证

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