项目概述

本次下线并在中煤榆林煤炭深加工基地应用的国产首台套 85,000 Nm³/h 级空分装置（O₂），配套采用国产化的 40 MW 级超大功率电驱系统，实现了我国在煤化工领域使用超大功率电驱设备的首次示范应用。该套装置被正式列入国家应用示范任务，与神华包头 2×105,000 Nm³/h 空分项目一道，成为推动电驱化、大功率国产化与“双碳”目标实现的重要工程样板。

工程背景与业务价值

• 空分装置为煤化工、合成气和化工下游的重要基础设施。大规模氧气供给对工艺稳定性与经济性至关重要。
• 传统大型空分压缩机多由燃气轮机或进口电驱系统驱动，存在成本高、交付周期长、国产化率低等问题。
• 本项目通过国产化 40 MW 级超大功率电机与电驱系统实现关键装备本土化，显著提升供应链可控性、缩短交付期并降低总拥有成本（TCO）。
• 该项目对推动煤化工领域“电替燃”（以电驱替代燃气/燃油驱动）具有示范意义，有利于融合可再生能源、减少碳排放，服务国家“双碳”战略目标。

技术方案与核心特点

为满足大流量 O₂ 空分系统对稳定供气和高可靠性的要求，项目技术方案从电机、电驱、传动与控制四个层面进行整体设计：

• 超大功率电机（40 MW 级）：针对空分压缩机的高转矩、连续长时运行特性，电机采用高功率密度设计、强化机械强度与热管理，常见特点包括大截面导体、优化槽形、低损耗硅钢片、F 级绝缘按 B 级温升考核等。
• 电驱与变频调速系统：配套高功率变频器（PCS / VSD），实现软起动、闭环转矩控制与最优能耗控制，可通过宽频调速匹配压缩机工况并实现能量回收功能（若系统支持）。
• 冷却与热管理：为控制大热流密度，电机与变频器普遍采用水冷或水-风复合冷却，冷却回路冗余设计并配备在线温度监测与流量保护。
• 传动接口与耦合：采用直接联轴（无中间齿轮）或短距齿轮/液力耦合方案，优先实现高效率低损耗的机械耦合，耦合设计兼顾震动、轴向力与维护便捷性。
• 智能监测与工厂集成：完整的在线监测体系（绕组/轴承温度、振动、转速、冷却流量、励磁/直流母线参数等）与 DCS/SCADA 集成，实现运行数据采集、告警与预测性维护（CBM）。

典型技术参数（示例）

制造与试验验证

1. 材料与供应链把控：关键材料（硅钢片、大截面铜排、轴承、绝缘材料、冷却回路件）实施严格供应商评审、来料检验与可追溯管理。
2. 工艺控制：定子绕组 VPI 真空浸漆、转子高精度装配、转子动平衡、多通道温度与振动传感安装等工序受控执行。
3. 出厂试验（FAT）：空载/带载试验、温升试验、动平衡及振动监测、软起动与变频联调、冷却回路完整性与冗余切换测试等。
4. 第三方与示范验收：作为国家示范任务，试验与数据验证通常由客户与第三方机构联合见证，数据报告归档并作为示范资料。

现场安装与联调重点

• 基础设计需按高功率动载荷与振动要求进行刚性设计并进行模态分析；
• 精密对中、联轴器调试与润滑系统布置是确保长期稳定运行的关键；
• 电驱—压缩机匹配调试：验证变频器控制策略、转矩曲线与压缩机工况相匹配；
• 实施长期带载试运行并记录温升、振动和能耗数据，优化保护阈值与维护计划。

运行成果与示范价值

• 国产化交付：40 MW 级国产化电驱系统有效替代进口，显著降低交付周期与采购成本，提升供应链自主可控能力。
• 运行稳定：设备满足超大流量空分连续运行的可靠性要求，温升、振动等关键指标稳定可控。
• 能效与碳减排：电驱系统配合变频调速在工况变化时实现更优能耗表现；结合清洁电力可进一步降低碳排放，具有推动“双碳”目标的示范意义。
• 推广价值：被列入国家示范任务，示范效应强，将带动上游整机与零部件全产业链技术升级与国产化替代。

工程挑战与应对策略

• 散热与热应力：超大功率导致热密度高，通过 CFD 优化冷却通路、采用复合水冷策略与冗余回路解决。
• 起动电流与电网冲击：采用大功率变频器与软起动/斜坡起动策略，必要时配合并网侧电抗或能量缓冲装置，降低对电网冲击。
• 高可靠性与检修便利性：模块化设计关键部件、预置本地备件池并建立快速响应的维护体系。
• 项目交付与示范要求：严格按照国家示范任务要求执行第三方见证、数据上传与示范报告编制，保障示范效果透明可验。

对“双碳”战略与产业升级的意义

该项目在技术与政策层面具有多重正向效应：

• 推进电气化替代：以电驱替代燃机或燃油驱动，有利于在电力清洁化进程中实现工艺端碳排放下降；
• 提升能效：变频调速与精确控制可降低空分系统在非额定工况下的能耗峰值，提高单位产氧能效；
• 拉动产业链国产化：40 MW 级国产化示范将带动高功率电机、变流器、冷却与监测等关键零部件的国产替代与技术进步；
• 示范引领效应：列入国家示范任务，有利于形成可复制的工程经验模板，推动更多大型工业用户采用高效电驱系统，从而在更大范围内贡献碳减排。

KPI 建议与维护策略

• 主要 KPI：设备可用率 ≥ 98%；能耗（kWh/Nm³ O₂）按设计目标达成或优于目标；起动电流峰值控制在网侧允许范围内；绕组/轴承温升在设计裕度内稳定。
• 维护与运维：建立在线监测中心（温度、振动、冷却流量、变频器参数），实施预测性维护；建立关键备件池并组织培训与应急响应演练。

中煤榆林 85,000 Nm³/h 空分项目采用国产首台套 40 MW 级超大功率电驱的成功下线与示范运行，标志着我国在大功率工业电驱装备国产化上取得了重要突破。该项目不仅提升了国内煤化工与空分行业的装备自主可控能力，也为实现产业链技术升级、降低碳排放、服务国家“碳达峰/碳中和”战略提供了切实可行的工程路径与示范样本。

注：文中技术方案为通用化工程描述；若需要项目级详细技术规格（电机具体型号、冷却回路图、并网参数、变频器选型与控制策略等），可在确认保密与交付范围后由技术团队提供完整技术文件与工程图纸。