主题：【原创】芯片、运十与产业政策 -- 自以为是

下面的内容涉及化工生产的细节，会比较枯燥。大多数人都不会关心。跳过即可。TLDR;

前面说合成氨相对来说较为简单，是因为这是化工本科的一门专业课的重要一章。给本科开的课，就没啥秘密可言。但是实现起来很难，需要国家级的科技力量，实现后改变国力对比。德国最先实现合成氨的生产，于是炸药不再依赖南美的硝石，于是有了和英法开启一战的底气。一战后，英法也强迫德国开放了合成氨的专利，工业强国的炸药不再依赖硝石，从空气中固氮，理论上想造多少就造多少，二战也就不远了。

谈到吴泾化工厂，其实厂里面有两套合成氨产线，一套10万吨、一套30万吨。10万吨这套产线才是完整的从工艺到设备全部国产化的产线。并且从意义上来说，10万吨这套产线才是真正的零的突破，给整个化工行业带来了巨大的进步。这套产线是在70年代初实现。也正是我们完全自主搞定这套产线，才有了和欧美公司谈判的底气，可以引进30万吨的工艺和设备。

10万吨这套产线最苛刻的要求就是在30兆帕条件下合成氨，也就是要300个大气压。最难实现的就是那个反应容器，这就是这套工艺的核心设备。在那以前，国内制造压力容器都是采用绕带式实现，又重又不能保证耐受高压，根本不可能达到30兆帕。后来国家组织攻关，在60年代末，从冶金工艺到制造工艺和焊接工艺都有重大突破，终于可以制造30兆帕的高压容器。我国的压力容器国家标准设定的高压容器的上限，还有其它工业国家的类似标准的上限，大都是30兆帕，来源就来自合成氨工艺。也就是如果你搞定了30兆帕压力容器，那你整体的工业水平就是相当强了，你的炸药也自给自足了，那大家都是文明人，就可以坐下来谈生意了。

要实现30兆帕的压力条件十分费劲，需要串联6级活塞压缩机才能实现。活塞压缩机的流量不大，制约了产能，而且每级压缩后气体温度急剧上升，还需要冷却，浪费了能量。还有那个30兆帕反应容器的造价高容量低，不好多造，也不好检修。30兆帕的系统很难密封也很危险，一旦发生爆炸，不要说那个厂了，恐怕那片城区都没了。每次检修后给那个反应容器上大盖扭螺栓是最头痛的事情，又需要出大力又需要技巧，十几个强壮青工要对称地扭螺栓，要严格按照顺序和扭矩扭螺栓，过一会还需要停下来检查是否平衡。扭到一定程度后需要停止，过夜，释放应力，到第二天才最后上紧。

后来，国外大公司研发出新的触媒，可以在15兆帕条件下实现合成氨工艺，这一下子打开新天地，合成氨的成本大幅下降。首先是压力降了一半，那个反应容器就可以做大，增加反应面积提高了产能，并且制造成本下降。做30兆帕的容器在国内可能只有上海地区少数几个厂家能做，做15兆帕的容器在全国好几个工业基地的厂家都能做。唯一头痛的是这个反应容器怎么密封，因为直径大了周长就大了，用螺栓不能保证完全密封。后来的解决方案是干脆焊上，在制造时预留好长度，开始检修时割开，检修后再焊上。于是反应容器不再是这套工艺的瓶颈。

因为产能从10万吨增到30万吨，扩大了3倍，这套工艺的实现难点转移到怎么提供这么大流量的15兆帕气体。活塞压缩机的特点是压力高但流量低，通过串联加并联的方式实现，成本和能耗受不了，检修维护也受不了。解决方案是采用轴流式压缩机，音译是透平机。该机的工作原理和网上讨论很热门的涡扇发动机的原理一样，靠高速旋转的叶片在径向压缩气体。这种压缩机的特点是压力低但流量大。但是国外大公司凭借自身的工业实力，实现了一级15兆帕的压缩能力，30万吨产能只需要并联两台压缩机，压缩气体不需要中间冷却就可以送去反应。这才是这套合成氨工艺的运行成本大幅下降的关键。

我国对于涡扇发动机的突破是后来的事情了。可以说从70年代到90年代，我国不能制造这么高压力这么大流量的、并且保证运行一年不坏的透平机，必须依靠进口。这才是这套30万吨装置无法推广的根本原因，也是国外卡我们脖子的地方。进口这种设备不是单纯的商业买卖，和现在购买制造芯片设备一样，都是我国和欧美政府之间的博弈项目。开始维修这种设备都是老外工程师，不允许我们工程师参与，怕我们偷学了去，然后在涡扇发动机方面有突破。

这套30万吨的合成氨工艺另外一个难题在反应容器出口到另外一个容器之间的管道上。合成气体在反应容器出口处大约是800多度，高温，15兆帕，高压，大流量气体冲刷产生的高频振动，就会产生金属材料最头痛的问题：金属疲劳和高温蠕变。并且氨还有腐蚀性，在上述条件下腐蚀性更厉害。大多数钢材在这种条件下早就软化了，而在这里的钢材要求保持高温强度耐冲刷耐腐蚀，能稳定运行一年。很遗憾，在很长时间里我国都不能生产出类似的钢材，必须依赖进口，这也是国外卡我们脖子的地方。

因为安全生产的原因，每年大检修时必须更换这批不锈钢管。这管子不长，大概十来米，每根计价一万多美刀，90年的计价，我忘了总共有多少根管子了，总之每年全部更换对工厂也是很头痛的事情。更换下来的不锈钢管需要清洗干净封存起来，以备不时之须。最紧张的时候是在89以后，担心他们不再给我们提供零配件，于是这批不锈钢管被翻出来进行检测，准备挑状态最好的顶上。后来经过谈判，他们继续供应零配件，我们才没有冒险。好像也是在那个时候，因为他们的工程师来不了，也就由我们的工程师打开那个透平机看了看，也就那么回事。后来我们的工程师就能参与维修了，再后来也就全由我们的工程师自己维修了。

所以说，79年我们设计并实现这套30万吨产线时，当时是中美蜜月期，我们是在可以向外采购核心设备和材料的情况下进行的设计。最早采用了很多进口设备和材料，这个很正常，经济快速出产品才是最重要的，当时全国农业急需大量尿素。后来随着我们在各个工业领域的进步，逐步替换了很多进口设备和材料。到上文总结的91年的时候，还有两台透平机和一批不锈钢管必须依赖进口。而要替换这些最后的核心设备和材料，后来大约又花费了10年时间。从合成氨工业的发展历程看，从69年到99年，大约30多年的时间里，我们逐步掌握了欧美公司的核心的工业能力，然后在新世纪初，他们也开启了轰轰烈烈的去工业化进程...