一根金属棒,破解青藏铁路冻土难题|新华智见

在青藏铁路可可西里沱沱河段的铁轨两侧,竖立着一根根约2米高的灰色金属棒。它们有个特殊的名字——热棒,虽名中带热却只导“冷”,无需大规模开挖安装,更不用额外提供能量驱动其工作,就能让冻土一年四季保持冻结状态,即使夏季气温升高冻土承载力也不会因此下降,成功破解在冻土区修建铁路的世界级难题。

在青藏铁路可可西里沱沱河段的铁轨两侧,竖立着一根根约2米高的灰色金属棒。它们有个特殊的名字——热棒,虽名中带热却只导“冷”,无需大规模开挖安装,更不用额外提供能量驱动其工作,就能让冻土一年四季保持冻结状态,即使夏季气温升高冻土承载力也不会因此下降,成功破解在冻土区修建铁路的世界级难题。

鲜为人知的是,热棒的发明人并非岩土专家,而是当时刚创业没几年的郭宏新。他数十年如一日“死磕”高效传热技术,持续突破一个个温度极限,不仅将热棒“炼化”成可长可短、可直可弯的冻土工程“神器”,还在液化天然气(简称LNG)接收站装置、光伏多晶硅反应器、火炬气回收系统等领域打破国外垄断,推动一批重大技术装备国产化,让原本漫天要价的外国公司主动降价。

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这是郭宏新在接受采访。视频截图

一个科学家的产业觉醒

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出生于“建筑之乡”江苏南通的郭宏新,曾梦想报考建筑专业,后被分配学习热管技术。虽与传热是偶然结缘,他却钟爱难舍。

1983年毕业后,郭宏新进入原南京化工学院热管实验室工作,埋首科研十多年后成为当时热管技术研究院最年轻的副院长。彼时,苏南乡镇企业在改革开放春风下蓬勃发展,他带领团队走出校门,成为“星期日工程师”,帮助一批乡镇企业节能降耗、增产增效。

服务乡镇企业过程中,郭宏新发现,我国热管科研水平不输国际同行,国内热管市场却几乎被价格昂贵的进口产品垄断。“为什么科研成果不能转化成产品,反而让外国赚我们的钱呢?”

为跨越科研和产业间的“峡谷”,郭宏新决心奋力一跃。1998年,他离开高校下海,“书生创业”。对于这一决定,身边不少朋友不解,甚至惋惜,他的回答异常坚定:“我想唤醒在论文、课题里‘沉睡’的技术,帮助社会解决问题。”

创业的热情很快就被现实泼了冷水。从受人尊敬的科学家、副院长,到四处上门推销业务,还常因公司只有7人受到轻视,郭宏新也曾短暂迷茫。

然而,郭宏新靠十几年做科研形成的韧劲熬过了困难期,并凭借“高温绝热管托”专利技术逐渐让公司步入正轨。

20世纪90年代末,扬子石化引进能效比更高的新技术,用蒸汽直接驱动压缩机,但540℃的过热蒸汽在经过3.5公里管道运输后必须保证在525℃以上,企业尝试了多种办法,效果并不理想。郭宏新接到委托后,带领团队全力攻关,很快找到了支架这一主要“失温点”。

“管道每6至8米就有一个‘赤脚’的钢铁支架。这就像你冬天穿着羽绒服,却赤脚站在雪地里,热量很容易从脚底散失。”郭宏新说,经过反复试验,最终通过给支架加装特殊保温材料制成的“鞋垫”解决了保温难题。

挖掘到“第一桶金”后,郭宏新并未满足,持续升级迭代,仅凭这一项技术就挖出了年销售额达10亿元的“富矿”。

如今,郭宏新依托高效传热技术成立的管道公司,已帮助我国多个工业园区实现集中、长距离供热,为减少二氧化碳排放和雾霾天气、打赢蓝天保卫战做出了贡献。

化工企业的火炬,曾被视为现代工业的标志,可一旦排放的有毒废气燃烧不充分,将会对空气和环境造成污染。面对这一痛点,郭宏新带领团队研发出了用水压住废气并集中收集转化为锅炉燃料的“水封”系统,被评为“国家重点环境保护实用技术示范工程”。

截至目前,郭宏新创立的中圣科技集团已在新疆、广东、江苏等地建设了近30台火炬气高效回收成套装置,每年减少二氧化碳排放超1000万吨。其中,扬子石化运用该技术成功熄灭6个火炬,仅卖燃料和少交的排污费,一年就能增收2.64亿元。

“以往,很多企业觉得环保是花钱的‘亏本投入’。其实,只要掌握创新技术,环保工作完全可以节能、增效。”郭宏新说,用技术解决社会问题,推广效益型环保理念,是他创业的初心和始终不变的追求。

一根热棒巧解冻土治理难题

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无论严寒还是酷暑,旅客都能乘坐列车穿行神秘的可可西里无人冻土区,沿途如画的风景令人沉醉。铁道两旁一根根灰色长棒,俨然守护“天路”的“卫士”,让往来游客充满安全感。

小小金属棒为何能让冻土区铁路四季稳定运行?郭宏新告诉记者,这些金属棒名为热棒,一般10米多长,其中8米插在冻土里,约2米露出地面,内部充满低沸点的液氨。每逢外界空气温度低于热棒底部的温度,液氨就会被汽化成氨气升至顶部,遇冷液化,释放热量后凝结成液体又回流到底部。如此循环往复,冻土的热量散至地表,外面的“冷量”导入地下,冻土越冻越实。

如此巧思竟源于23年前的一次突发奇想。时针回拨到2002年,离开高校创业4年的郭宏新在观看电视节目时了解到,备受世界瞩目的“世纪工程”青藏铁路建设遭遇冻土治理难题:冻土在冬天冻结体积膨胀,在夏季融化沉降,两种现象反复作用,路基就会破裂或塌陷。

尽管并非岩土专业科班出身,郭宏新还是很快被这一问题所吸引。节目结束,关掉电视,回屋休息,可是,他躺在床上越想越睡不着。

“冻土如果一直冻着不行吗”“绝冷技术我们擅长啊”,灵光乍现后,郭宏新兴奋地爬起来,跑到书桌前,拿起纸和笔快速画起来,半小时“收工”。第二天,他就将画好的图纸和信寄给了当时青藏铁路建设的主要负责人。

幸运的是,一个星期后,郭宏新收到回音,让他去北京参加一个专家会。当时全国研究青藏高原冻土的顶尖专家正在热烈研讨,看到他进来,以为是做生意的老板,只是淡淡地说“给你20分钟”。

陈述完自己的想法后,郭宏新起身要走,几位冻土治理专家意犹未尽,邀请他一起吃午饭。没想到,这顿饭一直吃到了晚上7点。因为忙着交谈,大家都没吃几口饭,但跨界碰撞带来的“成果”,让他们仿佛吃了顿“大餐”。

从北京回来后,郭宏新迅速带领团队赶制了几十个样品。随后,这位从没上过高原的“江南书生”带着团队,挺进极寒、缺氧的可可西里无人冻土区。在高反带来的身体不适、手脚时常被冻麻的生理挑战下,他们成功将热棒按照每4米一根的距离,一根根插入1公里长的冻土试验段。

功夫不负有心人。第二年检测发现,效果比预期还要好。经过3个寒季的研究、试制和野外测试,最终转化成专利技术产品——带中心测温管的低温热棒,被指定为青藏铁路冻害处理的唯一技术储备。

助力青藏铁路建设后,郭宏新又带领公司牵头制定了热棒的国家标准,并被委任为国家热棒标准工作组组长。

如今,热棒已经“进化”到了第六代,单体最长达37.5米,并衍生出L形、U形等不同形状,且嵌入了更多传感器,设备运行状况可远程实时监测,广泛应用在冻土地区的公路、铁路、原油运输管道、机场、民用建筑等领域。

更令人欣慰的是,热棒还找到了“接棒人”。因为读博期间听过郭宏新讲述在冻土区推广热棒的故事,孙田博士在2015年加入中圣,多次跟着郭宏新到青藏高原测试新产品。经过近10年历练,40岁的他已成为中圣热棒技术推广负责人,带领的8人团队已有“90后”加入。

在-163℃战场打破国际垄断

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热棒助力大国工程建设后,郭宏新还利用高效传热技术“赋能”重大装备国产化,创造了中国制造的一个个“首次”。

作为生活和生产的重要燃料,我国每年都要进口大量天然气,其中一部分是将天然气液化后用特种船运到国内LNG接收站进行气化,再输送到全国各地。

然而,将温度低达-163℃的LNG气化并非易事。加热加压过程中,1立方米LNG气化后膨胀的体积大约是其液态体积的600-700倍,压力、温度也都将发生骤变,对核心装备的要求极为苛刻。而且,气化装备已被国外少数公司“冰封”几十年,不仅价格高昂,还随时可能被“卡脖子”。

为保障能源安全,国家有关部门决定加快LNG接收站气化器等关键装备国产化进程。2012年,受中石化、中海油气电集团的委托,郭宏新带领中圣百余名技术人员主动请战。

团队成员李奇坦言,LNG气化器生产是世界难题,一开始大家心里都没底,公司内部也有争论,担心巨大的研发投入会“石沉大海”,特别是当攻坚遇到瓶颈时,一些人陷入迷茫和自我怀疑。

郭宏新的指导和坚持让团队成员找到了信心和方向。从课题立项,到后续研发,他经常和大家一起彻夜讨论,分析项目可行性,明确技术路线,对急需的人、财、物等资源全力协调支持,不断给团队加油、打气。

“董事长对科研方向和产业需求把握很准,更关键的是,他身上有一种‘死磕’到底的韧劲,正因为有了他的带领,团队才能成功熬过一个个技术‘暗夜’。”李奇说。

技术“坚冰”终于被科研热情融化。2018年11月,LNG成套高端装备全部通过专家鉴定和项目组验收,打破了国外在同类技术上的长期垄断,中圣成为全球唯一可承制三种LNG气化器的供应商。

“以前,一套LNG气化器,外国公司要价4000多万元,我们自主研发的产品仅需2000多万元,成功将价格打了下来,而且外国厂商还主动找我们合作。”郭宏新说,核心技术是买不来的,必须走科技自立自强之路。

创业多年,郭宏新带领团队打破了一个个不可能,做到了多个中国第一,甚至世界第一。谈及成功的秘诀,他的回答很简单:“找到需要解决的社会问题,坚持到底,一根针也能捅破天。”

十多年前,光伏原料多晶硅的生产并不绿色,副产品四氯化硅遇到潮湿空气会分解成硅酸和剧毒气体氯化氢,危害极大,填埋四氯化硅的地方一度被称为“死亡之谷”。

了解到光伏制造企业的痛点后,郭宏新决心再次“啃硬骨头”。

面对国外技术的层层封锁,郭宏新带领团队反复头脑风暴,时常连续几天“钉在”公司,一遍遍修改设计草图,对关键难点反复进行工程化验证,逐一攻破技术难关。经过一年左右的持续奋战,郭宏新团队成功研制出了冷氢化反应器并创新生产工艺,彻底解决了环保问题。

近年来,郭宏新深刻感受到,在国家的引导和支持下,中国制造已撕下廉价、低端的标签,正以更高的“含绿量”和“含新量”在激烈的国际竞争中占据制高点。

走进位于南京江北新区的中圣生产基地,一辆辆货车、一个个巨大的反应器映入眼帘,生产场景火热。“这些装备制作完成后将出口到海外,全年订单已经基本在手。”郭宏新介绍,在国际形势日趋复杂的当下,依靠高效传热等硬核技术优势,公司产品成功出口至全球20多个国家和地区,与海内外超过1500家客户建立长期合作。

独行快,众行远。“我们希望与更多中国制造携手合作,助力中国制造向更高峰攀登。”郭宏新说。

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