钱峰:与创新一路同行
一、艰苦砥砺存高远
在长江下游的扬子江中,有一座被誉为水上花园城市的小岛。也许地灵则人杰,解放后,这座只有332平方公里、30万人口的江中小岛,涌现了4名中外院士。钱锋就是继马伟明、包信和、施正荣之后,从扬中岛上走出去的第四位院士。
钱锋长期从事化工过程资源与能源高效利用的、系统运行智能控制和实时集成优化理论方法与关键技术研究。先后获得4项国家科技进步二等奖、10项省部级科技进步一等奖等,授权国家发明专利30余项,国家杰出青年科学基金、入选教育部长江学者特聘教授、国家973计划项目首席科学家、上海市科技精英、上海市劳动模范、上海市优秀学科带头人等荣誉。
在这样一条令人艳羡的成长轨迹背后,钱锋其实有着许多鲜为人知的艰辛。1978年怀着对大学生活的渴望和未来的憧憬,钱锋步入了梦想与现实交接的地方——南京化工学院。大学四年转瞬即逝,钱锋毕业时,按照组织上的分配,钱锋被分配到南京塑料四厂工作。南京塑料四厂是一家老牌皮革厂,地处南京市迈皋桥。钱锋前往报到时,正逢该厂聚氯乙烯工程上马,这对于一个刚刚走上工作岗位的他来说,是一个学以致用的极好机会。于是钱锋把主要精力投入到“设计配合——装备采购——安装调试——投产运行”中,全程参与,在实践中提高,在此期间的创新成果于1986年发表在国内核心刊物《化工自动化及仪表》上。
其实,此时钱锋心底里还有一个梦:考研。这个梦源于对当时中国大化工的思考,特别是聚氯乙烯工程的建设,使钱锋深切地感受到了中国化工业与世界的真实差距。但当时厂里领导出于本单位利益考虑,就是不同意他去报考。
他白天积极表现,晚上则到住所附近的南京大学自修复习,厂领导被他的精神所感动,终于给他开了“绿灯”。1986年钱锋考取了华东化工学院电子工程与自动控制系工业自动化专业硕士研究生。这意味着钱锋的人生从此将与中国的科技创新紧密地联系在一起。
二、优化装置创新路
1988年7月,钱锋获得华东化工学院工业自动化专业硕士学位。此时何处去?他的父亲建议到大企业或者大公司去从事技术工作;他的导师则鼓励留校任教。
钱锋不忘初心之梦,毅然选择了后者。1988年留校任教后开始边教学边攻读博士,历时五年完成了《大型乙烯装置中裂解炉模型化与优化的研究》的论文。此论文因它的前瞻性和应用性受到了许多专家学者的高度肯定,被国内外众多研究化工过程建模与优化的同行视为重要的参考资料。也因此于上个世纪九十年代初,钱锋走上了优化大型石化进口装置运行的研究之路。
钱锋最出名的是他的“一线工作法”,即项目在一线实施、问题在一线解决、经验在一线总结、成绩在一线取得。他总对团队的成员说:“搞控制,首先要了解生产工艺特性,而这些是坐在实验室里学不到的。做项目要勤奋、求实,实实在在‘沉’在现场。”他一年中有大半年在扬子石化那样拥有先进进口装备的企业里,深入了解装置、设备的特性,经常和项目组成员一起在企业控制室里加夜班三班倒。在最初条件艰苦的时候,他困了在板凳上打个盹,企业的领导和职工戏封他为“荣誉职工”。
石油化工生产过程先进控制和优化技术是集自动控制、计算机应用、人工智能、化学工程等多门学科的交叉技术,是大型石化装置的“大脑”。给大型进口石化装置“换脑”,就是要通过采用先进的信息和智能技术,提升现有生产装置的运行水平,在保证产品质量与生产安全的同时,降低生产过程运行的物耗、能耗和污染。
给石化装置“换脑”,说起来容易做起来难。1993年的那个寒冷的冬天,钱锋带着他的研究意向来到金陵城下的扬子石化,这里有我国进口的最先进的乙烯生产装置。他说明来意,想给设备“换脑”优化装置,公司领导听了以后,感到这简直是天方夜谭,心里充斥着质疑和不信任。
也难怪,由于我国大型进口的石化装置和生产工艺以前一直依赖于国外,因此,其生产运行的核心机理等关键技术全部垄断在国外专利商手中,企业要实现优化运行只能从长期操作经验中探索、推理。而石化行业又是个高投资、高风险、高效益的产业,仅微小故障引发的停产就会造成上千万乃至不可估量的损失,在装置上做实验肯定不现实。
怎么办?钱锋根据生产的工艺机理特性,反复将实验室小试与计算机模拟仿真相结合,建立工业装置的智能工艺机理模型,从而创新生产过程优化运行技术,把各种风险降到最低,不,降低到“0”。
一遍遍的模拟计算、修正、再计算、再创新;一次又一次的反复实验,直至数易其稿的实施方案得到企业的认可,并在随后的工业装置实际运行中取得技术突破和应用实效。
在繁忙的教学和管理工作中,钱锋总是挤出时间往企业跑。有人曾看到他有这样一张“时刻表”:晚上11点,离开上海赴南京;次日下午5点,从南京返回上海。原来,他有许多科研项目是在扬子石化,可华东理工大学许多教学和管理工作也需要他。
“如果回家吃饭,记得打个电话回来。”妻女这句在常人看来有些颠倒的话,正是他日常工作的真实写照。忙碌了一天的日常教学和管理工作,晚上7点以后才真正拥有自己的“黄金工作时间”——可以静下心来钻研科研项目、撰写学术论文和报告……他说:“对于家庭,我是个不称职的丈夫和父亲。”女儿整日见不着近在咫尺的爸爸,总以为他又出远门公干去了,以至熟知钱锋的人都说他是个“工作狂”。
然而使钱锋至今还感到遗憾的是,父亲患动脉瘤病危期间,他没有时间陪在父亲的身边,仍然奔波于全国各地的石化企业,直到父亲快不行了,他才赶回乡下家里与父亲见最后一面。钱锋无奈地说:“性格使然,我对待任何事情都太认真,力求精益求精,一丝不苟。唯独亲情方面做的不尽如人意。”
一份付出一份收获。钱锋和他的团队,针对石化工业的“龙头”装置——乙烯生产过程,通过集成创新和消化、吸收与再创新的科技攻关,完成了“乙烯生产过程基于神经网络的软测量和智能控制技术”等课题研究,达到了国际先进水平,部分达到国际领先水平。荣获了2002年度国家科技进步二等奖。在其之后,钱锋和他的团队继续对“大型乙烯装置优化运行技术与工业应用”进行了创新研究,又获得了2009年国家科技进步二等奖。
三、锲而不舍再攀登
钱锋初步成名后没有止步,他带领团队瞄准了“大型精对苯二甲酸生产过程智能建模、控制与优化技术”课题,开始了又一个自主研发、集成创新的跋涉之旅。
精对苯二甲酸(简称PTA)是生产聚酯的重要原料,它与人们日常生活息息相关,随着聚酯国产化技术的突破,聚酯产量激增,带动了对其上游PTA产品需求的急剧扩张;但国内PTA当时一直存在较大的供需缺口,进口依存度高达50%,成为聚酯产业链发展的“瓶颈”。当时所有的PTA装置和生产技术依赖国外引进,引进费用高昂。由于没有掌握PTA生产的核心技术,引进装置的生产操作远未达到最优工况,能耗、物耗及产能与国外先进工艺技术相比存在一定差距,PTA产品在价格、质量上处于明显劣势、缺乏竞争力,严重制约了我国PTA行业的发展。
为了攻坚克难,钱锋集聚了来自化学工程、系统工程、机械工程、自动化、计算机等多个不同专业的人才,实行“多兵种”合力作战,一场研发具有自主知识产权的PTA生产过程优化控制技术的“战役”揭开了序幕。随着2000年国家总投资8834万元的工业过程自动化高技术产业化——“特大型PTA装置综合自动化高技术产业化重大专项”的成功立项和实施,以及中石化股份有限公司“十条龙”重大科技攻关项目“年产45万吨PTA国产化成套技术”的开展,PTA项目团队进入了白热化的攻坚阶段。
按照工业装置工程应用技术开发和实际生产过程的特点,钱锋把团队分成几个工程小组,分别开展对二甲苯氧化反应过程智能化工艺机理模型、PTA生产过程系列产品质量指标软测量模型、生产过程智能优化操作系统、对二甲苯氧化反应过程智能控制系统、溶剂脱水塔智能多变量预测控制系统、浆料浓度智能预测控制系统、PTA产品结晶过程智能控制系统等几个子项的研发工作。
2003年洛阳石化对设备准备进行扩能改造,需要研发小组配合进行改造后工艺条件的优化。此时,先期在扬子石化进行的工艺优化改造还没有得到正式验证,钱锋感到这是对近年来研究成果的最严峻的考验,深感责任重大。在经过一个月时间的紧张工业实验准备后,团队对模型进行了慎之又慎的验证和校核,郑重地给洛阳石化提交了一份工艺操作优化参数。
后来,天津石化PTA装置也要求进行流程的模拟与优化,希望能够进一步节能降耗。天津石化采用的是三井的最新技术,其经济技术指标已经在国内领先。“在国外的新装置、新技术面前,我们还能有所作为吗?”人们不禁在心中又打起了小鼓。就在大家信心不足,有些为难之时,洛阳传来捷报:按照钱锋团队提供的优化参数,开车后一次性地产出了质量合格的产品。这个捷报无疑极大地提高了整个团队信心,大家一起奔波在天津石化、洛阳石化和扬子石化之间,最终成功实现了三套不同工艺条件的PTA过程的优化。2005年1月9日在全国科技大会上,钱锋教授的《大型精对苯二甲酸生产过程智能建模、控制与优化技术》荣获了国家科技进步奖二等奖。钱锋带领的研发团队声誉雀起。
2015年12月,钱锋教授当选为中国工程院院士,专家们对他作出了如此的评价:针对乙烯、精对苯二甲酸(简称PTA)、炼油等重要的代表性石化装置,创新性地将化工过程物质转化机理与装置实时运行信息相融合,完成了我国首项自主创新的乙烯装置优化运行技术与软件研发,并在国内乙烯行业全面推广应用,打破了我国乙烯行业先进控制与优化技术长期依赖国外引进的局面;在国内率先开展精对苯二甲酸装置全流程优化运行技术研究,取得了多项填补国内空白的独创性成果,为大型PTA装置成套技术自主创新作出了重要贡献;发明的汽油在线管道调合优化运行技术达到了国际领先水平,并在金陵石化等千万吨级炼油装置应用。相关研究成果已在20余套大型石化装置上成功应用,保障了其高效、低耗、长周期平稳运行,取得了显著的经济和社会效益。
(钱锋,全国政协委员,中国工程院院士,九三学社上海市委副主委,华东理工大学副校长)