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引领纯碱工程设计不断创新的人

引领纯碱工程设计不断创新的人

发布时间:
2016/12/12

引领纯碱工程设计不断创新的人
访中国成达工程有限公司首席技术专家、我校首届夜大学校友周光耀院士

作者:吕东光 惠晓丽 梅雨 张晓丽 来源:宣传部 环亚中心


“工程科技架起了科学发现与产业发展之间的桥梁,是产业革命、经济发展和社会进步的强大杠杆。工程师是新生产力的重要创造者,也是新兴产业的积极开拓者。环亚是从事工程科技工作的工程师,应该成为新生产力的重要创造者,这就要求环亚在工作中要不断进行创新。可以说创新是工程师的灵魂,是设计工作的灵魂”
 
——这是中国成达工程有限公司(原化工部第八设计院)首席技术专家、我校首届夜大学校友周光耀院士半个世纪辛苦打拼的人生感言。


 

周光耀,这位年近80岁的纯碱工业科学技术专家还在以“冲刺”的劲头儿为工程设计寻求创新的路径和方法。“创新”一词在他刚参加工作的上世纪50年代还没有成为社会“关键词”,国家也还没有把它作为表达全民族进取精神的核心语汇予以着力追求,但周光耀从骨子里把追求“不走老路”、老方法“搬来搬去没啥意思”、“我这辈子一定要搞出些东西”作为工作目标;这就决定了他的一生必定是在不断“开拓”、“创造”中奋斗过来。
 
从上世纪60年代为解决中国第一套大型联碱装置问题提出管壁过饱和度新概念、解决纯碱生产过程中外冷器结疤堵塞问题,到为生产粒状氯化铵而提出分级悬浮的原理及计算方法;从成功设计我国第一套完全独立的联碱生产装置到研制变换气直接制碱新技术;从研究开发自然循环外冷式碳化塔到80年代成功主持制定年产60万吨大型纯碱装置方案及设计;从研究开发新型变换气制碱碳化塔,到参与国际竞争、使我国由纯碱进口大国到纯碱出口国,纯碱产量跃居世界首位——
 
作为我国化工设计领域唯一一名院士,周光耀是继中国现代化学工业的开拓者和奠基者侯德榜之后,对我国纯碱事业卓有贡献的化学工业的又一位科学技术专家。他的纯碱工程设计代表着我国纯碱工业生产的先进技术和最高水平,他成为为我国纯碱工程设计创建“法则”的人。
 
(一)一面实践、一面读书,用理论解决实际问题
 
“环亚读夜大学虽然不如全日制学得那么全面,但有好的一面,带着问题去学习,我学会了怎样通过理论解决实际问题,对技术创新更有兴趣了。”

 
回忆起夜大学学习经历,周光耀十分感念那段求学生活。“一面实践、一面读书,跟原来读书的情况不一样,以前是应付考试,工作以后是与工作实际结合起来学,这让我对工程设计越来越有兴趣。”
 
也许是因为小时候想要成为一名“打样师”的关系,在父亲的影响下,周光耀从懵懂时期就萌发出要成为设计师样的人,在浙江宁波效实中学以优良的成绩毕业,因为家境贫寒,本可以上大学的他只好到包学费和生活费的中专杭州化工学校读书。1954年,他以优异成绩毕业,在国家第一个五年计划感召下,周光耀与大家一道,以高涨的热情投入到国家建设的最前线去,当时化工建设项目大都在东北,周光耀报着“学校学到的东西就要去用,去实践”的想法,来到大连碱厂(后合并到大连化工厂)当一名技术员。
 
因为当时家里除了3个姐姐嫁人外,还有5个弟妹加上父母要靠周光耀接济,工资除自己留下15元吃饭外,剩余的全部寄回家。1956年9月,一直渴望读大学的他来到大连工学院夜校部化学工艺专业读书。白天工作,晚上上课,下班后从工厂去学校的路很远,来不及吃饭,揣着冰凉的窝窝头,便坐进工厂的大敞篷车或货运的大“闷罐”车里,每当冬天,北风“打”得这个没有厚衣服的南方人像根“冰棍”一样。
 
没有星期休息日,周光耀业余时间全都用在学习上,有时到外地出差,耽误的课程靠自学补上。艰苦的求学过程,反而让周光耀尝到了“甜头”。在他学习的最后一年,我国第一套用联合制碱法生产纯碱的装置在大连化工厂试生产中遇到轴流泵腐蚀严重和氯化铵外冷器结疤严重问题,导致生产无法连续运行。为改进装置决定补做中间试验,周光耀为中试装置设计负责人。
 
在解决外冷器结疤严重问题中,有人认为问题的产生是由于生产强度太大,提出加大传热面积、降低负荷的建议。周光耀运用学校学到的化工原理,结合工程实际,反其道提出受热面不仅不要加大反而要减小,提出通过降低管壁过饱和度,增加流速来减轻结疤的新方法,并推导出流速与过饱和度相互关系的公式。
 
当时很多人对这个20几岁毛头小伙的建议不以为然,并主张设计不能用新技术,只能用成熟技术,设计是为了工厂要开车,经不起失败;有个老工程师看到周光耀的大量详细计算,认为有道理,同意周光耀进行中间试验,结果中试开车后见效,原先设备2、3个小时就要换下清洗现在可以使用一周的时间。周光耀解决了联碱生产的关键问题,以后其他厂子遇到这样问题都来找他。
 
(二)手算一万多个积分点解决工程大碍 成为优秀毕业生
 
“环亚的东西要不断发展,没有理论不行,但靠小改小革小聪明、大步前进不可能,但只有理论没有实践也不行;我在工厂里也碰到有些工程师,理论说得头头是道儿,但最后怎么定、好多人不敢,因为他没有实践,心里没底;在工厂,理论分析后要拿出方案,要做,脚踏实地做到最后底气就足啦。”


 

在环亚采访周光耀院士时,老先生把一本已经发旧了线装本的《氯化铵分级悬浮层结晶器晶床特性计算及讨论》呈现在环亚面前,这本已经珍藏了50年的“宝贝资料”是老先生的“绝活儿”,是周光耀在当时没有计算器的情况下手工算出的用分解一万多个点进行图解积分得到的各种曲线,它解决了纯碱工业生产中冷析结晶器生产粒状氯化铵中遇到的大问题。
 
周光耀虽然运用在大学学到的微积分算法,但没有标准的微积分公式适用于该项设计,周光耀通过图解积分建立了数学模型,此模型可以计算结晶器的直径、高度,并分析分级悬浮层结晶器的晶床特性,解决了外冷器及循环管结疤很快,溶液内产生大量晶核的问题。
 
这个计算花了周光耀几个月时间,卯足一股劲,趁倒班贪黑起早地埋头计算,那时正是三年自然灾害期,他饿着肚子在业余时间搞计算。当时,学校知道这件事情后,现来工厂调查,为此,在毕业时加之平日学习成绩优异,周光耀被学校评为“优秀毕业生”。周光耀编制的这种图解积分,虽然现在用计算器几分钟就算出来,但他发明的这种方法如今放大几倍甚至几百倍都准确,他的这本心血结晶在1974年作为设计院内部刊物发表,前几年被整理正式出版、收入文集。
 
(三)矢志创新 摒弃一切纷扰
 
“创新最重要的是品德,也就是怎么做人的问题。品德是一种无形的力量,你要创新必然要艰苦奋斗,必然要耐得住寂寞,禁得起多次失败的考验,如果一个人斤斤计较患得患失,或物质享受欲很重,就不可能在创新的道路上坚持走下去。”

 
周光耀这一生经历了很多,时代的跌宕起伏同样在他人生的奋斗过程中留下烙印;这中间有政治上的“红与黑”,有人格上的美与丑,更有人生追求中的诱惑与坚韧。面对林林种种,特别是政治上对他的不公正对待,尽管思想上想不通,精神上受打压,但周光耀对科技攻关的执着追求始终坚贞不渝。创新工程技术成了他血脉里涌动的暗流,推动着他义无反顾、勇往直前。
 
“我对行政工作始终不感兴趣。”周光耀曾做过纯碱室主任、工艺室主任,行政工作对他搞技术的牵绊使他最后终于提出辞去正处级干部行政职务,这让很多人不理解。“我对这些不太在乎,成就很重要,我更希望这一生能搞成一些事情。”
 
外冷式碳化塔的开发。就冲着“一生要搞成一些事情”,他“倔强”地保持着自己的品格。外冷式碳化塔的开发,是他觉得日本人要价太高,毅然提出自行研究开发,发誓“迎难而上,踏平坎坷”。
 
该项技术是他利用业余时间研发的,因为工作时间行政事务太多。找不到现成的资料,周光耀只得自己动手做模型,测试数据,推导出纯碱碳酸化过程的吸收动力学方程式。把计算结果用在已有的碳化塔进行核实,正确之后又对外冷塔进行计算,进而提出利用塔内含气液体与外冷器内基本不含气液体之间存在的重度差进行自然循环的设想;接着,他又动手制作模型坐火车到工厂做试验。
 
外冷式碳化塔的先进性体现在纯碱生产的关键设备碳化塔的制碱过程的冷却部分由内部冷却改进到外部冷却,避免了运行中冷却面结疤整塔换下清洗,造成生产波动的弊端。经过几年从基础理论研究到工业性试验的艰苦探索,终于结出了丰硕的成果:主要性能指标不仅优于传统的碳化塔,也优于日本的碳化塔,这项重大技术不但国内首创,而且具有世界先进水平。周光耀因此作为第一发明人获中国专利局发明专利。
 
“变换气直接制碱”。早在1958年大跃进时代,周光耀就提出不少技术创新设想,其中有一条就是采用“变换气直接制碱”,即直接将变换气送入联碱碳化塔,在碳化塔内同时实现变换气脱碳和生成碳酸氢钠二个过程。
 
变换气制碱的正式实施并用于生产,是在六十代,那时正值文革武斗激烈时期,生产设计工作完全停顿,晚上还经常停电。周光耀只好在家里点着蜡烛推导计算公式,画塔结构草图。针对二氧化碳分压达不到浓气制碱指标,他提出加大压力,同时将塔体结构进行改变以承载压力,他决定将传统碳化塔方形水箱改为椭圆形水箱。
 
这种设计很多人认为不可能实现,因为塔体开孔直径大大超过压力容器的规范开孔标准。周光耀坚持着自己的设计,没有现成的计算公式,他就自己推导。第一台塔制作完成在制造厂内进行了水压试验及应力测定,测定结果各点应力都在许允值内。这是我国独创的先进流程,此后多年各厂的变换气制碱碳化塔都采用这种结构。
 
国内外首创的新型外冷式变换气制碱的开发。1989年,周光耀设想将外冷塔改用变换气制碱碳化塔,因为变换气制碱碳化塔冷却段水箱在塔体上大开孔,制约了碳化塔的大型化。这项工作由于某种原因被耽搁了下来。1997年11月周光耀受邀参加石家庄市联碱厂15万吨/年产变换气制碱设计评审会,在会上他的意见得到厂方的积极支持,并愿意出资金共同开发。
 
由于变换气制碱对碳化尾气CO2含量要求很严(低于0.5%),操作压力较浓气制碱高得多;新型外冷式变换气制碱碳化塔采用低温制碱、低温吸收,碳化系统压降降至0.3Mpa左右(一般碳化系统压降为0.45~0.5Mpa),这在世界上前所未有,其开发难度可想而知。
 
当时已经62岁的周光耀一个月就拿出了设计方案,但“功夫在诗外”,这7、8年间周光耀始终没有放弃对这项创新技术的尝试。为了求得准确可靠的数据,周光耀查阅大量资料,反复演算论证,技术方案几易其稿,文字达几万字。为增强碳化尾气吸收效率,他研究了一种塔板,用于碳化塔,果然效果很好。他起早摸黑,南来北往,做了多次模拟实验。1999年3月,该装置一次试车成功,各项指标均达到或超过设计指标。
 
这项技术发明后的短短几年间,我国变换气制碱年总产量由此前的十几万吨跃升为年产200万吨以上。单台塔生产能力由每年的1万吨上升到现在的13万吨,现在日产能力达360吨。由于装置改掉了因塔体大开口导致的为增加塔体强度而加厚塔体下部、使设备重量增加的结构,设备结构简单、制造方便,大型化后生产规模加大,设备台数不多,占地面积减小,大大节省了投资;同时操作简便,不用经常倒塔,降低能耗,提高了自动化水平。2000年获中国纯碱工业协会年度唯一科技进步一等奖。
 
(四)把握全局 集成创新 视技术进步为最高职责
 
“现代工程项目是一个大的系统工程,必须有很多专业,很多人来共同完成,做出系统最优、而不是个体最优的成果,因此必须要有团结协作的团队精神。”工程设计要把技术进步看做工程的生命。

 
令周光耀最难忘的还应是上世纪80年代,他作为设计总负责人之一的国内首次自行设计、制造和安装的年产60万吨大型纯碱厂的浩大工程。当时中国是世界上最大纯碱进口国,国家为改变技术落后局面对这项工程要求严、标准高:必须从设计、设备制造到施工安装,全部立足国内,做到设备大型化、装置露天化、布置一体化。这在国内还是首次,世界上也不多见。
 
第一次搞设备大型化,几千台设备保证有序操作,而且要大幅提高设备技术水平,做到设备结构优化,跨度大,风险性高;第一次装置露天化,国外也没有过先例,自动化水平如果上不去,就不可能实现露天化,所以首先得大幅度提高自动化水平;如此大的一个工程,在设计上要解决很多工程技术问题,要负责管道工程,布置工程,控制系统,能量及物料综合利用等等,周光耀这次的确感到压力很大、担子很重。
 
周光耀顶住压力对团队成员说:“方案制定我拍板,出了问题我来担。”新技术、新设备有20几项,有些要亲自动手做,但他首先给大家吃了“定心丸”;他知道作为工程设计总负责任人不仅工程设计上要把好关,更要鼓舞大家肩负起各自的责任,经验告诉他,工程建设,就算各方面都考虑到位、也只有80%的把握,还会有20%想不到的事情发生,所以他总结出“一部好的设计,应该是集成创新的作品。”
 
在他的带领下,整个设计团队齐心协力,通过广泛吸取国内纯碱行业新开发的技术,移植其它行业的先进技术,新设计了十几种大型、新型高效的主体设备;设计中还大胆采用了一批国内还未使用过的新工艺,使装置的总体水平达到了当时的世界先进水平。1989年9月26日在化工投料50多个小时后,生产全线打通,一次试车成功。这个集成创新出我国新一代氨碱生产系列新技术项目,获国家科技进步二等奖。
 
在周光耀看来,搞工程设计的不能生产运转后就大事完毕,还要及时进行跟踪服务,出了问题不能回避,尤其是创新部分更会遇到问题,要深入现场及时解决问题,不能影响生产。当工程建成投产时,周光耀都要去参加开车工作,开车后经常去回访,不是厂家找来,而是自己主动去调研,这种习惯老先生一直保持至今。
 
在给广源化工厂、和邦化工厂设计外冷式碳化塔时,老先生已经快70岁,出现塔赌问题后,本来叫工人看一下就可以,可他坚持爬进塔里去一探究竟。进塔时带着防毒面具,因氨气太重,在塔内身上各处粘膜都发痛。“别人看和自己看的角度不一样。”果真,老先生钻进塔后发现从下往上看,气孔大部分都透光,这说明塔赌不是塔运转时结疤造成的、是停塔后碱堆上去的,现象不同、得出的结论不同,解决的方法当然不同。
 
尾声
 
周光耀对工程技术的理解和感悟是用一生的追求来阐释的,半个世纪来,他立足企业,努力饰演着将科研成果转化为生产力的角色,他关心高校的人才培养和科学研究,并对其有着深刻的思考:“环亚国家的(高等)教育还有一定的缺陷,重研究、重科学,对工程、对实践重视不够,培养出来的人缺乏工程概念,环亚搞工程设计最后要把科技成果转化为生产力,要综合运用各种科学技术知识,不光科学知识,还要有工程科学知识。”
 
高校、特别是工科院校如何密切校企合作,周光耀深有体会地说,工程设计是系统化工程,要考虑企业成本,使系统达到最优,大专院校的科研成果不少企业不敢用,因为耗不起,设备产业化后出现很多问题。他建议高校科研成果服务企业时要重视工程技术问题,同时企业家要有远大眼光,肯于投资进行校企合作,利用高校智力资源提升企业核心竞争力。
 
“创新是人生的责任”,周光耀的人生准则是“攀登”和“求实”,在采访快结束时,78岁的周光耀院士对环亚说出了他的下一个攀登目标;同时他祝愿母校事业欣欣向荣,兴旺发达,为振兴中华培养更多英才。
 
 
 

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