我国电站锅炉用管的现状与发展对策

摘要:近年来我国火力发电高速发展,电站锅炉用管需求急增｡分析了我国电站锅炉用管的生产现状;指出电站锅炉用管不能完全满足国内电力行业需求的主要原因是生产总量不够,品种规格不齐,产品质量不稳定和新材料研发能力不强等;提出了发展我国电站锅炉用管的思路｡

关键词:电站锅炉用无缝钢管;生产现状;发展思路

中国分类号:T-1;TK223.1+1  文献标识码:A   文章编号:1001-2311(2006)02-0005-05

0前言

近几年来,随着国家对电力行业投入的加大和优化发展火电项目政策的实施,促进了我国火力发电核心设备——电站锅炉制造企业的快速发展｡而用于制造电站锅炉的主要原材料之一的电站锅炉用管,因生产企业产能不足,研发进度不快等诸多原因,还不能完全满足电力行业高速发展的需要,从而使电站锅炉用管成为我国无缝钢管进口量很大的品种之一｡

1电力行业的发展对电站锅炉用管的新要求

1.1电站锅炉用管的需求量剧增

据统计,我国电力发电装机容量在2004年就已达到4.4亿kW,位居世界第二,但迄今为止,全国仍有20多个省市存在不同程度的缺电｡国家发改委下达的2005~2007年电力建设计划中,将新增装机容量1.8亿kW,平均每年新增装机容量6000万kW｡而目前实际新增装机容量已经超过预期的年计划｡2005年全国完成水､火电站装机容易超过8721万kW(新增装机的发电量相当于英国或者瑞典1年的发电总量),比2004年增长了30.4%以上,其中火电增长也超过34%｡2001~2005年新增装机容量见表1｡

表1 2001-2005年全国新增装机容量

根据中国机械联合会发电设备中心资料,按建设火电机组平均装机容量每增加1万kW需用无缝钢管90t测算,2005年需电站锅炉用管70万t左右(实际约80万t,不包括电站维修用量)｡

1.2电站锅炉用管的性能和质量要求越来越高

为了进一步提高火电机组的效率,降低煤耗,保护环境,减少CO₂的排放量,国家提倡建设高效率､大容量的超临界和超超临界火电机组｡从2005年全国新增火电装机容量的机组构成来看,30万kW及以上机组占37%(其中30万kW机组81台,60万kW及以上机组57台),20万kW以下机组总容量约2100万kW,约占27%｡与前几年相比,60万kW及以上机组57台),20万kW以下机组总容量约2100万kW,约占27%｡与前几年相比,60万kW以上机组数量呈增长趋势,说明今后新建火电机组将以大容量的高效率机组为主｡

随着机组容量和蒸汽压力参数的提高,电站锅炉用管的规格､材质以及质量要求均发生了一系列变化｡图1､图2显示的是我国某锅炉厂在制造100万kW和60万kW电站锅炉时不同材质钢管所占的比例｡

图1 100万kW机组电站锅炉使用的无缝钢管品种比例

图2 60万kW机组电站锅炉使用的无缝钢管品种比例

不难看出,随着锅炉容量的增大,采用ASME标准T､P系列材质的钢管用量增多;从统计使用的规格来看,钢管外径和壁厚也随机组参数的增大而增加｡不仅如此,机组容量和蒸汽压力参数的提高还对钢管的室温综合性能､高温持久性能､蠕变性能､抗氧化抗腐蚀性能､焊接性能､加工性能等提出了更高的要求｡

2我国电站锅炉用管的生产现状和差距

2.1现状

目前,我国主要钢管生产企业的电站锅炉用管年生产能力大约为40万t,生产规格为Ф10~1067mm,主要钢种为20G､15CrMoG､12CrMoVG等｡亚临界机组用的新型热强钢管T91/P91､不锈钢管TP347H等品种有部分企业可以小批量生产,超临界､超超临界机组用新材料P92/T92､P23/T23､T122/P122､Super304H､TP347HFG尚待开发｡通过近几年的技术改造,钢管生产企业得到了较快的发展,新建和在建的数条连轧管生产线均将高压锅炉管作为主要生产品种而列入产品大纲;在冶炼以及后续的热处理线上,都增加了生产电站锅炉用管的工艺设备｡特大直径的钢管采用顶管工艺生产;中大直径的厚壁钢管采用锻坯一次穿孔+二次延伸工艺和周期轧管工艺生产;而中小直径的中厚壁钢管采用连轧工艺生产｡电站锅炉用小直径管主要由新建的几套小直径连轧管机组生产,以冷轧(拔)生产工艺的产品作为补充,除特殊质量要求的品种外,基本上实现了国产化｡电站锅炉用大直径管的产量逐年增加｡但是从当前电站锅炉用管的供求关系来看,我国电站锅炉用管产能尚不能完全满足电站锅炉制造企业的需要｡从钢管网提供的海关统计数据来看,2004年我国进口的电站锅炉用管约30万t,2005年前8个月也达到了20万t｡从进口的品种规格来看,我国电站锅炉用管产能尚不能完全满足电站锅炉制造企业的需要｡从钢管网提供的海关统计数据来看,2004年我国进口的电站锅炉用管约30万t,2005年前8个月也达到了20万t｡从进口的品种规格来看,主要是电站锅炉用大直径厚壁合金管;大容量高参数电站锅炉用ASME标准中T､P系列的大､小规格钢管｡

2.2差距

分析我国电站锅炉用管的生产状况,可将目前所存在的问题概括为数量不足､规格不齐､品种不全､质量不稳定､研发能力不强､交货不及时等几个方面｡

2.2.1数量不足

如前所述,尽管目前国内电站锅炉用管的年生产能力约为40万t,但与每年70万t以上的需求量相比,显然存在较大的缺口｡根据“十一五”电力发展规划,在“十一五”期间,电力行业的发展趋于平稳,尽管发展速度低于“十五”水平,按每年新增火电装机容量4000万kW计算｡再加上众多火力电站的维修使用量和30万kW､60万kW亚临界机组的升级换代,电站锅炉用管年总需求量至少在60万t以上,与现有生产能力相比,仍然存在较大的缺口｡

2.2.2规格不齐

按照大容量､高参数电站锅炉使用的钢管规格比例来看,Φ31~146mm占67%,Φ159~245mm占5.2%,Φ273～711mm占20%,其余为Φ711mm以上的规格｡如果简单从钢管外径来看,我国现有的钢管企业能够生产Φ10～1067mm的钢管,似乎可以满足电站锅炉用管的外径要求,但是在符合这些外径要求的钢管中,有许多管壁特薄或特厚,或对单支长度有要求的电站锅炉用管国内还不能生产｡

2.2.3品种不全

我国目前生产的电站锅炉用管以常规钢种为主,如20G､15CrMoG､12crMoVG等:而某些技术要求较高的品种如P22､10crM0910､WB36､T91/P9l､TP347H等,除小规格产品具备供货条件外,大规格的产品目前尚处于小批量试制阶段,这些钢种的钢管主要依赖进口｡

2.2.4质量不稳定

主要表现在冶金质量水平､尺寸公差､表面质量以及组织性能不均匀等方面｡

我国锅炉用钢主要采取LF､VD､RH等二次精炼措施,可将钢中的有害元素P､S控制在0.025%以下,极少数装备较好的企业能够达到进口产品P､S含量双零级的水平;但要使钢中气体含量达到进口产品[0]<0.002%,[N]≤0.0045%的水平,大多数企业还存在较大的困难｡

目前,国内主要钢管生产企业的轧管水平基本成海涛等:我国电站锅炉用管的现状与发展对策达到了国外同类水平｡在所生产的产品中,除部分中大直径的厚壁管外,其他产品的尺寸偏差已经不存在大的问题｡但是,由于各企业的热处理装备及热处理工艺技术水平的差异较大,导致产品性能波动较大｡另外,大多数成品钢管是在无保护气氛的热处理炉内处理的,其因表面氧化而形成麻面等缺陷,导致表面质量恶化｡总体来讲,我国电站锅炉用管的质量水平低于进口产品的水平｡

2.2.5研发能力不强

电站锅炉用管的技术含量高,使用环境十分恶劣｡随着电站锅炉制造向大容量､高参数的方向发展,对所需的钢管品种也不断地提出新的要求｡目前,我国电站锅炉用管的开发还没有形成产､学､研三位一体的研发模式,仍然是各生产企业利用自身的力量进行新品种研发,钢管生产和锅炉制造企业也没有形成研发团队｡另外,电站锅炉用管的质量评价周期长､费用高,多数企业不愿在此方面投入太多,而采取“跟随战略”,由此造成高端产品的开发严重滞后的状况｡

综上所述,我国电站锅炉用管生产近几年来随着一批先进轧管机组的建成和新产品开发成功,已取得长足的进步,但要满足不断增长的需求和更高的质量要求还存在明显的差距:在数量方面,Φ168mm及以下的中小直径管的产量基本可以满足要求,但大直径管生产能力严重不足:在品种规格方面,存在品种规格不齐的问题,特别是大直径特厚壁规格的电站锅炉用管的缺口更大:在质量方面,钢的纯净度､钢管的表面质量及性能稳定性等都比进口产品差;同时,在满足电站锅炉制造所需的新材料开发进度上跟不上高参数机组发展的步伐｡

3我国电站锅炉用管的发展对策

通过对我国电站锅炉用管不能完全满足国内需求的现状分析,结合电力行业的发展规划和电站锅炉的发展方向,今后应做好以下几方面的工作｡

3.1提高研发能力

目前,电站锅炉用无缝钢管是我国进口数量最大的品种之一｡为解决我国电站锅炉用管生产存在的问题,应按照国家解决油井管国产化的模式,成立由国家行业主管部门牵头,大专院校､科研院所以及钢管生产企业和锅炉制造企业组成的产､学､研一体化的国家级攻关小组,重点研究:超临界､超超临界火电机组所需要的新型热强钢管,如T91/P91､T92/P92､T23/P23､T122/P122以及不锈钢管的冶炼､轧制和热处理工艺技术,提高产品的性能和稳定性的措施;根据当前全国各钢管生产企业的机组特点,提出改造和完善生产工艺装备的方案,特别要突出某些企业在生产某些品种规格上的优势;加快对新材料的性能评定和改进的步伐｡

3.2扩大生产能力

重点解决大直径电站锅炉用管供不应求的问题｡在生产能力上,小直径电站锅炉用管除少数品种如极薄或特厚的规格外,已基本满足需求｡但在这些品种规格中,为数不少的产品是通过冷轧(拔)工艺生产的,这种以冷代热方式生产的产品成本较高｡因此,除有特殊要求的部分品种外,其余品种应逐步采用热轧工艺生产｡

大直径电站锅炉用管,特别是大直径特厚壁的电站锅炉用管是目前进口的主要品种｡其原因是:一方面受钢管生产企业设备能力的限制,所生产的钢管单支重量小和长度较短而达不到锅炉制造企业的要求;另一方面具备生产条件的企业生产规模太小,产量太低｡因此,应充分发挥顶管机组､大型穿孔机组､周期轧管机组和大型连轧管机组的生产能力,对上述机组的精整､热处理､表面修磨及表面机加工､探伤检测等配套工序能力给予高度重视｡

另外,还应根据机组特点,本着充分发挥生产能力的原则,优化生产规格范围,如大顶管机组应集中生产Φ500-1066mm特厚壁的钢管;周期轧管机组具有生产合金厚壁钢管的独特优势,生产的品种规格主要应集中在Φ273～508mm､壁厚20～80mm的厚壁钢管;对中大直径且壁厚适中的钢管应充分利用目前已建的几套连轧管机组来生产:而采用锻坯在大型穿孔机上穿孔+二次延伸的生产工艺,可以作为上述机组生产规格的补充｡

3.3提高产品质量,确保性能的稳定性

对于电站锅炉用管而言,产品质量的要求十分苛刻,主要表现在对钢的纯净度､钢管表面质量､钢管尺寸精度､组织均匀性以及性能的稳定性等方面｡

(1)提高钢的纯净度

根据CB5310—1995标准要求,高压锅炉管钢中的有害元素:P≤0.025%､S≤0.025%,非金属夹杂物≤2.5级,对气体含量没有规定｡而进口产品实物的P､S含量均为双零级;气体含量:[O]<0.002%,[N]≤0.0045%｡显然,我国的产品标准和进口实物质量存在差距｡因此,我们应重点提高炼钢的炉外精炼水平,完善现有冶金质量控制措施,确保钢的纯净度;优化化学成分控制范围,提高产品性能的稳定性｡对于某些有特殊要求的品种可采用电渣重熔工艺来进一步提高钢的纯净度｡对于没有电渣重熔条件的企业,在生产大直径特厚壁的电站锅炉用管时,应考虑采用“VD精炼钢锭+锻造”的工艺路线来提供管坯,以获得较高的压缩比,保证钢管质量｡

(2)提高钢管的表面质量及几何尺寸精度

采用连轧管机生产电站锅炉用管,只要加强轧管工具质量的控制,定径前荒管采用高压水除鳞,并控制好热处理工艺参数,成品钢管一般都能达到国外同类产品的表面质量水平｡若需进一步提高钢管的表面质量,还可以采用表面喷砂或外圆修磨等提高钢管表面质量的手段｡就几何尺寸精度而言,一般均能满足锅炉制造企业的要求｡若采用周期轧管机､大顶管机或大型穿孑L机来生产特大直径､特厚管壁的电站锅炉用管,一般还应采用内镗外剥的机加工或较大修磨量的内外径整体修磨的方式来提高钢管的表面质量和几何尺寸精度｡

(3)提高组织均匀性及性能稳定性

钢的化学成分以及纯净度控制是保证钢管性能稳定的前提,因此,应进一步增加精炼能力,提高精炼水平｡同时,热处理是保证组织均匀､性能稳定的决定性工序,由此要求热处理炉内的加热温度应均匀一致｡一般可在热处理炉中安装热风循环风机,或采用风扇,通过对均热段的气体进行搅拌来实现均匀加热的目的｡另外,应特别重视精整及探伤检测,改变目前钢管生产企业在设备配置上“重热轧轻精整”的思维模式｡

3.4做好标准修订､制定工作,适应市场需求

国内电站锅炉用管生产执行的是GB5310—1995《高压锅炉用无缝钢管》标准,此标准对P､S之外的其他有害元素(如As､Sn等)没有规定,对钢的冶炼也未规定具体的精炼工艺,对产品的金相组织没有限制魏氏､带状等不良组织,因此,电站锅炉用管的As､Sn含量和气体含量不是强制控制指标｡但是,As､Sn含量偏高会导致电站锅炉用管的持久塑性降低;气体含量高会影响钢的纯净度;金属组织不好会影响电站锅炉用管的持久性能｡因此,修订和完善现行的高压锅炉管标准势在必行｡另外,连铸坯已经成为无缝钢管生产的主要坯料,但国内尚无连铸圆管坯的行业或国家标准,也就谈不上哪类连铸圆管坯适合制造电站锅炉用管｡因此,制订关于连铸圆管坯的技术标准也是非常必要的｡

3.5加强技术服务,增强用户信心

企业应树立“用户要求就是标准”的质量观念,加强与用户的信息沟通,了解市场的需求动态,及时解决用户提出的问题,向用户宣传企业的产品开发成果,增强用户使用国产电站锅炉用管的信心｡

4结语

近几年来,我国电站锅炉用管的生产随着钢管生产企业的技术改造和先进的连轧管机组的建成投产,已经取得长足进步,但还不能适应电力行业高速发展的需求,尚存在较大的差距,电站锅炉用管仍然是我国无缝钢管进口的主要品种之一｡进口的主要品种规格为高参数､大容量电站锅炉所需的ASME标准T､P系列产品以及不锈钢管,并且大直径特厚壁钢管的缺口最大,这一现象在今后的较长时间内仍会继续存在｡