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时铭显

时铭显,石油化工机械专家,教育专家,中国工程院院士。主持研究的第三级旋风分离器专利,获国家科技进步三等奖。研究的“旋风分离器尺寸分类优化组合设计法”在全国炼油厂应用,获国家科技进步二等奖。主持研制出“催化三旋”技术和系列高效旋风管产品在全国炼厂推广应用,分获中国石化总公司科技进步一等奖和国家科技进步三等奖。荣获国家教委、人事部授予的“全国优秀教师”称号。
(图)时铭显时铭显

生平简介/时铭显

时铭显,1933年4月26日生于江苏省常熟市虞山镇,父亲是银行职员,母亲是小学教师。1941年,他随父母移居南京。他的中小学时代正是中华民族遭受日本军国主义侵略和处于国民党腐败专制统治下的黑暗岁月。“地大物博的中国为什么常受列强侵略”的疑问,经常在他的脑子里萦绕。当时只懂得要“科学救国”的他,立志埋头学好本领,于是,寒暑假就成了他的“第三学期”。1949年,他考入南京大学(前身为中央大学)化工系。1952年以优异成绩被保送到清华大学石油系(即原化工系)攻读研究生学位。1953年10月,北京石油学院在清华大学石油系基础上正式成立,他随之转为北京石油学院炼厂机械专业研究生,师从苏联专家库兹涅佐夫教授。

1956年,时铭显研究生毕业后留校,先后任炼厂机械教研室专家秘书、副主任、主任,机械系副主任等职。他为本科生讲授多门专业课。1981年开始,他指导研究生,为研究生开课。1986年以后,他任校学位委员会与学术委员会委员。1995年当选为中国工程院院士。现为博士生导师,教授,兼任中国化工学会理事,中国颗粒学会第二届常务理事,《化工学报》第八届编委会执行主任,中国石油教育学会第二届理事会顾问,中国石油学会石油炼制分会第五届委员会顾问,中国高等工程教育研究会第二届理事会副理事长等。1954年加入中国共产党,1982年当选为中国共产党第十二次全国代表大会代表。1991年,北京市委授予他“北京市优秀党员”称号,1990年,被中国石油天然气总公司授予“石油教育先进工作者”称号,被国家教委、国家科委授予“全国高等学校先进科技工作者”称号,1991年,被授予“石油工业有突出贡献的科技专家”称号,享受政府特殊津贴。国家教委、人事部授予他“全国优秀教师”称号。1995年被评为北京市先进工作者。[1]

要科学技术成就/时铭显

开发多管式旋风分离技术

1975年,因石油工业部组织川气东输的需要,时铭显开始从事气固分离技术研究,从此奠定了他后半生的主要科研方向。

当时正值“文化大革命”期间,北京石油学院迁到胜利油田矿区不久,没有实验室,他就带着几位青年教师,在四川石油管理局的支持与协作下,去成都郊外的赖家坡输气站安营扎寨,将实验研究与现场工业试验结合进行,开始了长达4年的野外实验。在艰苦的条件下,克服了从高压易燃气中采样分析以及扭曲叶片设计与加工等一系列难题,1980年,终于研制成功了新型高效的天然气干式除尘器,并通过鉴定,被四川石油管理局作为定型产品在各输气站上推广应用,保证了四川大型化肥厂等广大用户的用气需求。他们据此所撰写的6篇论文,被山东省科协评为自然科学论文二等奖。

任务刚刚完成,由于长期野外奔波劳累,时铭显胃病突然恶化,胃穿孔大出血,做了胃大部切除手术。其时,大庆石化总厂遇到一个难题,催化裂化装置高温烟气能量回收系统的心脏——烟气轮机磨损严重,三个月就要停机换叶片,致使全厂能耗偏高。时铭显闻讯,急生产所急,拖着大病初愈的身体,带着三位青年教师,在盐碱滩上建起了他们的第一个旋风分离器实验室。在实验中,他们细心观察,科学分析,抓准了导叶式旋风管中的主要矛盾——短路流引起的颗粒夹带,巧妙地利用旋流的急剧转向,解决了这个难题。1986年,研究组的第一个国家发明专利诞生了(86100974.6-用于旋风分离器中的分流型芯管),由此专利而产生的EPVC-IA型导叶式高效旋风管,在大庆石化总厂的第三级旋风分离器(简称“三旋”)内采用后,原来在三旋出口进入烟气轮机(简称“烟机”)的高温(650℃)烟气中还有大于20μm的颗粒,现在彻底除净,而且使10~12μm颗粒含量在3%以下,含尘浓度相应降到200mg/m3以下,该烟机使用寿命从原来只有三个月延长到三年以上,达到了国际上同类产品的先进水平,1987年获中国石化总公司科技进步二等奖,1988年获国家科技进步三等奖。后来,全国多数炼油厂都采用了这项成果,取得了显著的经济效益。因此,1991年又获国家教委科技进步二等奖。

为适应不同炼厂的需要,科研组又为燕山石化公司东方红炼油厂开发成EPVC-IB型高效旋风管,为石家庄炼油厂开发成EPVC-Ⅱ型,为胜利炼油厂及茂名石化公司炼油厂开发成EPVC-Ⅲ型,从此形成了EPVC系列产品。

随着催化裂化原料油的日益变重变劣,对催化三旋的性能的要求也越来越严格。为此,在时铭显的指导下,科研组又开发出了更新的PDC和PSC型高效旋风管,把三旋的性能又提到一个新的高度,1994年在洛阳石化总厂第一次使用就显露出了优异的性能,三旋出口进入烟机的高温烟气中已基本没有大于7~8μm的细粒,含尘浓度已降到100mg/m3以下,达到了当时国际水平,保证了该厂的心脏——催化裂化装置长周期安全运行。1995年后大面积快速推广应用,迄今已推广了1000多套。该项技术1996年获中国石化总公司科技进步三等奖,1999年获教育部科技进步二等奖。

随着我国建设大型重油催化裂化装置的需要,时铭显赴美考察,回国后就组织力量自行研制开发当时只有美国才有的卧管式多管旋风分离器。在他指导下,很快发明了新的防返混技术,独创了另一项专利技术(ZL93216798.5——带有防返混锥的旋风分离器),从而形成了新的产品PIM型(PHM型)卧管式多管旋风分离器。1994年,这个新产品第一次用于沧州炼油厂就获得成功,不仅除净了烟气内大于7~8μm细粒,含尘浓度降到100mg/m3以下,而且在随后的一次装置突然超温事故中,安然无恙,证明了这种新型分离器特别适用于大型装置,操作可靠性和弹性更好,使我国的“催化三旋”技术一跃而处于当时国际最先进的水平,迄今也只有美国和中国才有这项技术。1995年,这项技术获中国石化总公司科技进步一等奖,1996年获国家科技进步三等奖。

至此,由时铭显等人组织研究开发的催化三旋技术——立管式与卧管式两大类型多管旋风分离器,以及它们的核心部件EPVC,PDC,PSC,PT等系列型号高效旋风管,几乎占领了全国所有的炼油催化装置市场,而且和世界上头号“催化裂化强国”美国的技术并驾齐驱。它与烟机配套,每年为全国炼油厂节约能耗超过亿元。

首创旋风分离器尺寸分类优化组合设计技术

旋风分离技术虽然是已有百年历史的通用传统技术,看起来结构简单,但由于其内部的气固两相三维流动与分离的复杂性和多变性,一直还未形成一套通用成熟的设计理论与方法,尤其在高温高浓度下困难更大,各国只有依据经验归纳而建立的专有保密技术。

我国炼油工业的主力装置催化裂化装置,1964年问世以来,已有了创造性的发展,但其中关系到装置物耗、能耗的关键设备之一的高温旋风分离器却一直困扰着人们,没有自己的设计技术,只会简单搬用,致使装置剂耗长期居高不下。

国外的习惯做法是改进旋风分离器结构来改善其性能。但在高温高浓度要求结构越简单越好的前提下来提高其性能却是个大难题。经过多年的多相旋流的理论研究和实验总结分析,时铭显认为解决问题的途径可能在于“尺寸的优化组合”。在悉心钻研旋风分离器内流场与浓度场变化规律的基础上,他首先明确提出了“旋风分离器内存在三处薄弱环节:顶灰环、短路流与灰斗返混”的新观点,从理论和实践上总结了旋风分离器尺寸与操作条件对这些薄弱环节的影响规律,从而独创了崭新的“旋风分离器尺寸分类优化组合设计法”,并且编成了计算软件,供工程设计之用。在鉴定会上,它被一致认为“在国内外是首创”。从此,我国第一次有了自己的“催化裂化高温旋风分离器设计技术”。用它设计出的PV型高效旋风分离器,在短短8年中几乎被全国所有的炼油厂采用,彻底解决了催化裂化装置中的这个难题,促进形成了我国独有的催化裂化家族技术的成套国产化。该技术1990年获中国石化总公司科技进步一等奖,1991年获国家科技进步二等奖。PV型高效旋风分离器迄今已推广应用1000多台,每年为国家节支1.5亿元左右。

丙烯腈生产技术,长期以来被国外大公司的专利所垄断,索价特别高,为此,我国花费了大量的外汇。为了打破这一垄断,中国石化总公司作了艰苦努力,在其核心问题——催化剂及反应器技术上,已取得了重大突破,但反应器内三级旋风分离器没有解决。1996年,中国石化总公司将这项任务交给了时铭显。他依靠深厚的旋风分离技术功底,指导青年教师,用不到一年时间,就从理论计算和大型对比试验两方面,证实了他们的PV型旋风分离器在性能上还略优于国外同类产品。接着又用一年时间,开发出了世界上独一无二的“丙烯腈一串一的两级旋风分离技术”。

当时,美国只比他们早两年宣布开发成两级串联新技术,但是一个大的串两个小的,每组仍是三个,所占据的反应器空间并没有减少太多。时铭显的科研组开发的却是一个串一个,每组只有两个,所占空间可减少30%。这就意味着,当一个反应器需要提高生产量30%时,就不会受到旋风分离器的制约,为丙烯腈装置的扩能增效创造了十分有利的条件。这项成果已在大庆、上海高桥、齐鲁等石化厂应用中得到了验证,十分昂贵的催化剂消耗明显下降。

向气固分离的世界技术高峰冲刺

催化裂化装置是炼油生产的主力,而提升管—沉降器系统则是它的心脏。它包含着众多的技术问题,其中一个颇为人们关注的问题是如何实现提升管出口气固快速高效分离、油气快速引出和催化剂高效汽提。时铭显领导的科研组看准了生产上的需要,从1995年开始,连续三年研制成具有自己专利的三套新技术:挡板汽提式粗旋(简称FSC)、旋流式快分(简称VQS)、环流汽提式快分(简称CSC)。前两项技术已在生产装置上应用成功,产出投入之比接近10,产生了显著的经济效益,而且在我国独创“全大庆减渣催化裂化”新工艺中发挥了十分重要的作用,在和国外大公司的激烈竞争中,又赢得了宝贵的一席之地。

煤的洁净高效燃烧——发电,是一项国际上竞相开发的高新技术,也是我国21世纪重点发展的科技项目之一。其中的增压流化床燃烧联合循环发电(简称PFBC)和煤整体气化联合循环发电(简称IGCC)是两个主攻方向,它们都迫切需要可靠而高效的高温气固分离设备。这是一项十分艰巨的任务,迄今还没有一个国家已完全过关。20世纪80年代中期,时铭显就带领科研组参加了由东南大学牵头的PFBC技术攻关科研。他们结合国情,计划分两阶段进行。第一阶段是要求除净7~8μm细粒,含尘浓度在150mg/Nm3以下。1993年开发成功了DTC型小多管高效旋风分离器,小型热模试验已证实可达到此指标。接着又在徐州贾旺煤矿建设了一个15Mwe中试电站。第二阶段是要攻克高温陶瓷过滤器,科研组集中精力在研制崭新的强力高效脉冲反吹清灰系统,目前还在进行中,期望在第十个五年计划内攻克这项世界性难题,向世界技术高峰冲刺。

淡泊名利 甘当人梯

在石油大学(北京)推举党的十五大代表候选人时,时铭显的得票率高达98.5%,这个数字让人很容易看出时铭显在人们心目中的位置。这既因为他对事业的不懈追求,也因为他淡泊明志的品格和宽广胸怀。

“淡泊明志,宁静致远”是时铭显的座右铭。这位每年为国家创造上亿元经济效益的工程技术专家,他自己的生活却很简朴。他体弱多病,却把对外科研咨询中得到的全部报酬近5万元,捐给了他任教的石油大学(北京)机电系作为学生奖励基金。石油大学机电系党总支拟以时铭显的名字命名这项奖学金,他不同意。他说:“这只不过是我作为一个党员应尽的责任。技术是大家的,学校的,不是我个人的,设立奖学金的目的是希望在学校带个头,形成一种风气,为学习优异而家庭贫困的学生尽点微薄之力。”

1996年,时铭显所在的研究组与北京炼油设计院、洛阳石化公司等单位合作开发的“催化裂化PIM型多管旋风分离器的研究和工业应用”获中国石化总公司科技进步一等奖、国家科技进步三等奖。最初,时铭显受中国石化总公司委派,到美国考察这类先进设备。考察回国后,总公司下决心自己开发这项新技术,联合了两个设计院及工厂,由时铭显主持研究。对此项研究,他提出了总体方案,并亲自做大型冷态实验,总结计算公式及设计方法。工业实验时,他又和同事一起制订方案,最终获得成功。在国家评奖时,他又亲自去答辩。但这个成果,时铭显却没有列名。他说:“在我们这里,很多项目都由我挂帅,由我主持。如果我都挂名,就容易把下面的年轻人埋没了。成绩是大家的,是我们集体的荣誉。我个人上不上有什么关系呢?”他平和而淡然地说:“我主要目的就是要把大家团结起来,凝聚成一个良好的集体。”

随后的丙烯腈旋风分离器、催化裂化提升管气固快分技术等多项成果,虽然技术总体方案与构思都出自时铭显,但他还是不列名。这种“甘为人梯”默默奉献的精神,感染和激励着这个科研集体,成为有很强凝聚力、年年有成果获奖励的先进集体,先后被中国石油天然气总公司授予“双文明先进集体”、“‘八五’石油教育先进集体”等称号。1995年,时铭显当选为中国工程院院士。他的风范与心声,凝聚在他的一首自律诗中:一生勤耕耘,满腔报国志,实践党宗旨,终身志不移。

(李秋雁)

简历/时铭显

1933年4月26日 出生于江苏省常熟市虞山镇。

1949-1952年 南京大学化工系学习。

1952-1953年 清华大学石油系研究生学习。

1953-1956年 北京石油学院炼厂机械专业研究生毕业。

1956-1965年 北京石油学院炼厂机械教研室副主任、助教、讲师。

1965-1983年 北京石油学院机械系副主任、讲师、副教授(1970年学校迁至山东,曾改名华东石油学院)。

1984年至今 石油大学(北京)教授、博士生导师。

1995年 当选中国工程院院士。

主要论著/时铭显

1 时铭显,施从南,等.化学工程手册.气固分离.北京:化学工业出版社,1996,(第二版)

2 时铭显.增压流化床联合循环发电技术.气固分离.南京:东南大学出版社.1998,227-295

3 干式除尘器研究组(时铭显执笔).天然气集输管线用导叶式旋风子多管除尘器的工业试验及其设计.华东石油学院学报,1980(3):1-16

4 时铭显,毛羽.炼油厂多管旋分离器旋风管的试验研究.华东石油学院学报,1985(3):1-8

5 周世辉,时铭显.EPVC-I A型旋风管的流场分析.化工学报,1988 (5):599-606

6 Wu Xiaolin, Ji Zhongli, Shi Mingxian. Study on Particle Concentration Distribution in Cyclone. Proceedings of 5th World Filtration Congress,Nice, Frauce, 1990, 641-646

7 时铭显,汪云瑛.PV型旋风分离器尺寸设计的特点.石油化工设备技术,1992,13(14):14-18

8 时铭显,刘隽人,刘国荣.高温燃气旋风分离器的性能分析.东南大学学报增刊,1992,22(9):14-19

9 时铭显,吴小林.旋风分离器的大型冷模试验研究.化工机械,1993,20(4):187-192

10 联合攻关组(时铭显).催化裂化卧管式三旋的开发与应用.石油化工设备技术,1993,14(5):2-7

11 Shi Mingxian, Liu Guorong, Jin Youhai, Yao Zhibiao, Liu Qianxin.The Cyclone Separators Performance under high Temperature in PFBC Unit, Heat Recovery Systems & CHP, 1995, 15 (2): 191-198

12 曹占友,时铭显.催化裂化提升管末端旋流式快速分离系统的研究.石油炼制与化工,1996,27(10):10-13

13 时铭显,金有海.新型高效多管旋风分离器的开发及应用.炼油设计,1996,26(3):28-31

14 Shi Mingxian, Liu Junren, Liu Guorong, Jin Youhai. Research on the new multi cyclone Separators for high Temperature gas Cleaning in PFBC Facility, The 3rd Int. Symp. On Gas Cleaning at high Temperature,Karlsruhe, Germany, 1996: 40-47

15 Shi Mingxian, Jin Youhai, Wu Xiaolin, Chen jianyi, Liu junren. Research on high Efficiency Cyclone Separators and their Optimum Design, ACTA PETROLEI SINICA (Petroleum Processing Section),Special Issue for the 15th World Pefroleum Congress, Oct. 1997:17-25

16 Shi Mingxian, Jin Youhai, Liu Junren, Tian Zhihong. Development of new high Efficiency Multicyclone Separators and their Application in FCC Units, Petroleum Processing and Petrochemicals, Swpplementary Issue, Oct. 1997, 28: 31-37

参考文献/时铭显

1 刘固文.岁月流金——记石油科技专家(一).矢志勤攀创新路.北京:石油工业出版社,1998:114-122

2 王纯礼主编.石油大学教授谱.石油大学报编辑部,1993

3 李秋雁.格超梅以上,品在竹之间.中华英才,1997,(10)

4 李秋雁.造福于人民.中国石油画报,1997(4)

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