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我国发电设备材料必须立足国内 |
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2/12/2007 1:18:00 PM
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我国发电设备材料的发展
我国的发电设备制造业在上世纪五十年代从捷克引进6MW火电设备制造技术开始起步，发电设备材料(本文仅指火电材料〕的研制工作也从那时开始，至今有近半个世纪的历程。大致可分为四个阶段:起步阶段、独创为主阶段、中西结合阶段、体制转轨阶段。
(1)起步阶段(上世纪50年代中~60年代初)。这个阶段，我国先从捷克引进中压机组制造技术，接着从原苏联引进高压机组制造技术，相继生产出6MW、12MW、25MW、50MW的中、高压火电机组，参数为3.5MPa/435℃和9.OMPa/535℃，这些机组的用钢为碳钢和低合金钢，主要从捷克和原苏联等国进口。我国在这个阶段组建了发电设备材料的研究队伍，金属试验室在有关研究院所和工厂相继建成，高温强度试验室也在有关研究院所建成，开始对引进的部分钢号进行复核试验研究，对引进材料在我国的适用性进行分析。这个阶段为我国发电设备材料的研制和开发莫定了基础。
(2)独创为主阶段(上世纪60年代初~70年代末)。六十年代初，中苏关系恶化，国际上对我国实施禁运。为使发电设备材料立足国内，开始独立开发、研制国产钢种。在这期间共开发研制了28个钢号，每个钢号都是由发电设备制造厂、冶金厂、发电厂、研究院所、高等院校等单位共同协作研制完成的。由于当时我国镍铬资源短缺和受极左思潮的影响，片面强调“外国有的我们要有，外国没有的我们也要有”，盲目执行当时提出的“硅锰钒钦硼，适量用钨铝，节掉镍和铬，大量用稀土”的元素政策。研制的28个钢号中有许多是无铬无镍耐热钢，结果违反了客观规律，很多材料不是力学性能不稳定，就是工艺性能不好，或组织稳定性差。大部分钢号只是被试用或少量采用，曾被大量采用的只有七个钢号，至今仍在使用的只有四个钢号，它们是管子用钢12Cr2MoWVTiB(钢102)，螺栓用钢20CrlMolVNbTiB(1"钢)和20CrlMolVTiB(2"钢)、焊接转子用钢25Cr2NiMoV。尽管如此，这个阶段的电站材料开发、研制的机制是有效的，是能够出成果的，对这个阶段自行设计制造125MW、20OMW超高压机组起到了积极的推动作用。
在这个阶段，我国的材料工作者虽然进行了大量的发电设备材料研制工作，作出了巨大的努力，也研制成功了一些优良的钢种，但由于当时环境和元素政策的影响，没有达到预期的效果。这个阶段又是我国的文革期间，生产不正常，冶金质量难以得到保证，钢材的数量、品种不能满足发电设备制造的需要。在后期，随着国际禁运的松动，我国大量从德国进口发电设备材料，使用了一批德国牌号的钢材，如St45.8、13CrMo44、1OCrMo910、F11(X20CrMoWV121)、F12(X20CrMoVl21)、19Mn5、BHW38、BHW35等，此外还使用了瑞典的HT7(9Cr-1Mo钢)、瑞士的17CrMolV(瑞士牌号为St560TS)。
在这个阶段，我国投运了按原苏联图纸生产的l00MW高压机组、自行设计制造的125MW、20OMW超高压机组和30OMW亚临界机组。
(3)中西结合阶段(上世纪80年代初一90年代中)。这个阶段是我国以经济建设为中心，全面实行改革开放的时期，各行业积极引进西方技术。
在发电设备制造方面，80年代初引进了美国CE和WH公司的300MW和600MW亚临界机组制造技术。随着机组制造技术的引进，美国的一批发电设备材料也引入我国。这次引进与50年代那次引进不同，不是全部照搬引进机组的材料，而是中西结合。根据我国当时的发电设备用材情况，在引进型机组中采用了一些经多年使用考核证明各种性能良好的成熟钢种。引进的这些钢种主要有：水冷壁、过热器、再热器管子用钢SA210C、TP304H、TP347H,，管道用钢SA106B、汽包厚板用钢SA299、高中压转子用钢30CrlMolV，低压转子用钢30Cr2Ni4MoV，螺栓和叶片用钢C-422、AISI403、17-4PH、高中压内外缸用铸钢ZGCr2Mo1和ZG15Cr1Mo等。
这个阶段，我国进行了大量的引进机组材料的性能研究、引进机组材料与国内原有相同用途材料的性能比较研究、引进机组材料的国产化研制、电站锅炉用钢和汽轮机用钢的系列化研究。在此期间，国家化巨资建设大型现代化冶金企业，如宝山钢铁集团公司、天津钢管公司等，许多冶金企业也进行技术改造，引进国外先进设备和技术。原机械部所属的三大重机厂也先后建成了钢包精炼炉，上重厂还建成了200吨电渣重熔炉。重机行业引进日本室兰大锻件制造技术，使我国的大锻件生产有了突破性的进展。1988年1月在上海通过了一重、二重、上重生产的4根300MW汽轮机中压转子的鉴定，1989年8月在哈尔滨通过了二重厂生产的一套600MW机组大锻件鉴定。这套大锻件包括汽轮机高压、中压、低压转子、发电机转子和护环。至此，我国己经掌握了大型亚临界机组用大锻件的制造技术。与此同时，对引进的其它材料，如C-422、AISI403、17-4PH、R-26、GH4145、TP304H、TP347H、ZG15Cr2Mol、ZG15CrlMo等进行了国产化研制，并取得成功。然而，发电设备材料国产化问题在这个阶段仍没有得到根本解决，有些国产化研制成功的品种也没有形成批量生产或大批量生产，大口径钢管、汽包厚板几乎全靠进口，汽轮机、发电机转子锻件也没有完全立足国内。
在这个阶段，我国投运了引进美国CE和WH公司技术生产的300MW、600MW亚临界机组。
(4)体制转轨阶段(上世纪90年代中～现在)。这个阶段，我国由计划经济向市场经济大步迈进，国家政府机构实施改革，原机械部、冶金部、电力部等国家机构撤消，原部属研究院所转制，冶金企业、重型机器厂、发电设备制造厂等面临困境，企业效益大幅度滑坡。“九五”的超临界机组项目因依托工程不能落实而搁浅。原有的由国家各部委组织、行业归口所牵头、国家拨经费、下项目的科研体系被打破，市场经济下的发电设备材料国产化研制体系没有形成，电站材料工作者面临无经费、无项目的馗尬境地，一些高温长时试验被迫停止，有的高温试验室已经关闭。发电设备材料的研究和国产化工作处于低潮。这是改革中遇到的问题，相信会得到很好解决。
在这个阶段，所进行的发电设备材料方面的工作，一是对国家在“八五”期间投资改造的六家冶金企业的产品进行评定，但评定后这些产品并未批量生产。二是超临界机组终于在沁北电厂落实了依托工程，开始启动超临界机组材料的研究工作，但研究经费少、研究机制存在问题。沁北超临界锅炉由日立出图、东锅制造，基本上都采用亚临界机组材料。汽轮机由三菱提供高中压部件，哈汽主要负责制造低压部分。高中压转子仍采用亚临界机组用的30CrlMo1V钢锻件，高中压内缸和主汽阀采用9-12%Cr铸钢和锻钢，高中压叶片全部由三菱直接提供。依托工程虽然落实了，但真正需要研究的9^12%Cr钢转子等，连试验用料都难以搞到。
在这个阶段，我国火电设备制造技术至今没有明显进步，仍停留在300MW、600MW亚临界机组的水平上。而日本的25MPa、600/610℃、1050MW机组已在运行，法国的30.5MPa、582/600℃机组和德国的29MPa、600/625℃机组即将在今明年投运。
欧洲在20年以前，为实现600～620℃的超超临界火力发电，制订了COST50、COST501计划，对12%Cr钢进行研究。1998年开始实施COST522计划，有15个国家参加，目标是30MPa、650℃超超临界机组材料。以西部丹麦电力公司为中心的欧洲总部于1998年开始进行37.5MPa、700℃的超超临界火电机组材料的研究，预计在2015年完成。德国政府从1999年开始实施MARCKODE2计划，对30MPa、700℃超超临界机组材料进行研究。日本政府也已开始进行35MPa、650℃超超临界机组材料的研究。
发电设备材料必须立足国内
我国是一个电力大国，发电设备装机容量和年发电量均居世界第二位，但我国的发电设备制造水平还相当落后，还不能独立制造超临界机组，而世界上超临界机组已经运行了近半个世纪；我国是一个产钢大国，钢材产量连续数年超亿吨，列世界第一位，但我国的发电设备材料还不能完全立足国内，亚临界机组材料的一些关键品种，如大口径管、特厚板等还只能依靠进口，超临界机组材料还没有研制规划，而世界上己经在研制蒸汽参数为37.5MPa、700℃的超超临界机组材料，这种现象是多么不相称。
我国在“九五”期间新增装机容量1.06亿千瓦，到2000年底，全国累计发电设备装机容量达3.16亿千瓦。其中火电约占75%。我国的发电设备装机容量虽然居世界第二，但人均装机容量只有0.25千瓦，不到世界平均水平的一半，为经济发达国家的1/10～1/6。据世界银行《世界发展报告1999/2000》统计，人均国民生产总值，世界发达国家平均为4890美元，世界中等收入国家为2950美元，中国只有800美元。我国的人均国民生产总值只有世界发达国家平均值的16%，世界中等收入国家的27%。由此可见，我国要实现社会主义现代化、进入世界中等发达国家行列、赶超世界先进水平，国民经济需要长期快速发展。这必将带来电力工业的快速发展，发电设备装机容量至少要翻二番以上。保守估计，到2025年要新增10亿千瓦的发电设备装机容量，以后还会继续增加，这是多么巨大的一个市场，这样巨大的市场是决不能拱手让给国外的。占领这个市场，可以解决多少就业人员，可以为国家创造多少财富！反之，国家要化巨资去进口发电设备。
能源安全是国家经济安全的保障和重要组成部分，能源必须立足国内。我国是多煤、少油气的国家，一次能源的结构，决定了我国的电力以火电为主，火电以煤电为主。电力的发展要走持续的，与经济、环境协调发展的道路。因此，必须发展效率高、污染小的超临界、超超临界机组和燃气－蒸汽联合循环机组。提高火力发电机组效率的关键是提高蒸汽或燃气的参数，而提高参数的前提是要有能够在高参数下工作的性能稳定的材料。
因此，发展先进机组，材料是关键。要发展先进的机组，必须首先发展先进的材料。我国在第十个五年计划中强调要大力振兴装备制造业。加快发展装备工业，对提高国民经济整体素质，增强我国经济的国际竞争力，保障经济安全运行具有重要意义。特大型水电机组、大型火电机组等发电设备属于装备制造业的重点振兴范围。我国应该化大力气，尽快振兴发电设备制造业。从国外引进技术，与外国公司合作制造先进机组是需要的，但这是一种途经，绝不能成为依赖，必须以我为主发展超临界、超超临界机组和燃气轮机技术，必须掌握核心技术，否则永远落后。振兴发电设备制造业，材料是基础，发电设备材料的研制、性能试验研究的周期很长，需要10～20年的时间，因此，制造先进的发电设备，进口一些材料是需要的，相当一段时间内还是必须依靠进口，但我们的目标是国产化。发电设各材料作为基础，必须立足国内。
发展发电设备材料需要解决的几个问题
(1)制订发电设备材料的发展规划
发电设备材料的开发研制与性能试验研究是一项周期长、耗资大的基础性工作。首先要把材料开发研制出来，然后进行各种常规试验和需进行数年的高温长时性能试验，有的还需进行疲劳和断裂力学等试验。根据各种试验结果进行分析研究，提出适用范围和设计所需的许用应力，再进行试用或运行考核试验。通过之后，才能正式使用。这一周期需要10～20年的时间。这样的一项耗资大、长期性的基础工作，要靠企业自发进行是难以完成的，需要国家产业政策的支持，需要政府职能部门组织有关领导和专家制订发展规划，明确目标和任务。欧洲、美国、日本等国家都有发电设备材料的发展规划.如欧洲的Thermie研究计划，从1998年开始预定花17年时间完成参数为37.5MPa、700℃的超超临界机组材料的开发、研制。
由于发电设备材料的特殊性，决不能等到依托工程落实后再开始开发研制，否则，我国发电设备材料将永远无法满足发电设备制造的需要。
(2)落实发电设备材料的开发、研究经费
发电设备材料开发、研究时间长、耗资大，经费全由企业自筹是难以实现的，特别是材料的长时性能试验，是不产生直接经济效益的，而且它是一项长期性、经常性的试验研究。美国ASME规范规定材料的各种性能数据，至少要有三个炉次以上的试验，这就要求冶金产品研制成功后，要不断地完善性能数据。这是一项基础性很强的公用技术研究，欧洲、美国、日本都有国家财政资助。如日本的金属材料技术研究所和中央电力研究所，每年都有数百亿日元的研究经费。冶金产品研制成功后，可作为产品销售，有一定经济效益，企业可自筹部分资金，国家资助一部分。对进行性能试验研究的研究院所，因材料的性能数据不产生直接经济效益，其研究经费应由国家财政资助。发电设备材料在国内有很大的市场需求，国家资助的研究经费完全可以从以后的冶金产品销售的税收中收回。解决经费的另一个途经，是国家从电费收入中按一定比例提取，用于发电设备材料的开发研究。
(3)建立发电设备材料开发、研究的机制
在计划经济年代.承担发电设备材料开发、研究任务的都是冶金部、机械部、电力部所属的科研院所、大型国企及部分高校的科研人员组成课题或项目组，所有人员的工资都有国家承担，任务由国家直接下达，开发、研究经费由国家拨款，部与部之间由国家计委和各部的有关司局协调，各单位只要完成国家下达的生产和科研任务，与个人和单位的经济效益没有关系。
进入市场经济后，这种格局和机制被打破，上述三部在国务院机构改革中已撒消，科研院所由事业单位转制为科技型企业，大型国企实施改革，人员工资不再由国家承担，各单位的工作都与经济效益挂钩。进入“九五”以来材料的开发、研究工作几乎停滞，与世界上先进国家的差距又被拉大，这对振兴我国的装备制造业极为不利，急需建立发电设备材料开发、研究的新机制。
发电设备材料不同于一般的冶金产品，它除了一般结构材料所要求的具有良好的综合力学性能、良好的工艺性外，特别要求在高温长期服役条件下具有稳定的力学性能，需要进行高温长时性能试验，根据试验结果外推的10万小时性能数据是设计的依据。为评估发电设备长期运行后的剩余寿命，还要对各种材料长期运行过程中的组织、性能变化规律进行研究。日本金属材料技术研究所最长的试验已经连续做了34年，(近30万小时)，已有数十个15万小时以上的试验数据。发电设备材料的开发、研制单位要由发电设备制造厂、冶金产品制造厂。长期从事发电设备材料研究的科研院所组成，需要时可请高校参加。发电设备制造厂主要负责提出对需开发、研制材料的性能要求，研制成功的冶金产品(如铸件、锻件、管、板、棒材)的工艺试验(如焊接工艺试验等)研究和冶金产品的试用；冶金产品制造厂主要负责冶炼、锻造、轧制和冶金产品制造工艺的研究，提供冶金产品；研究院所主要负责材料的组织、性能试验研究，特别是高温长时性能和其它特殊要求的性能试验研究，提供试验研究结果。研究院所要在完善发电设备材料性能数据方面长期发挥作用。
发电设备材料开发、研究项目可采取招、投标制，项目组须由上述三方面的单位组成，对项目要有严格的考核制度。
(4)树立为发电设备材料立足国内多作贡献的理念
经常听人说，国外某某公司的职工用的都是自己公司的产品，到某某国家看到路上开的都是国产车，很少看到进口车的。那是因为人家把爱公司、爱祖国的理念体现在日常消费中，并非因为这家公司的产品、这个国家的车子质量最好。我们也都爱祖国，爱企业，但常有人为自己拥有进口家电、进口轿车、进口货而自豪，也常有人羡慕别人拥有进口货.尽管国产的许多家电，质量都不错，价格也便宜，但还是常有人喜欢出高价买进口家电，认为进口家电质量好。我们没有指责喜欢进口货的国人的意思，毕竟买哪国谁家的产品是个人自由，我们想表明的是不同的人在理念上的差异。
我们希望电力行业多选用国产机组，多选用国产材料(当然产品要合格)，发电设备制造厂更要多选用国产材料，并要做好说服客户的工作。这是对发电设备材料立足国内的最大支持。国内能生产了，国外相同产品的价格就会下降，国内不能生产的，进口的价格会居高不下。
冶金厂要努力提高产品质量，让用户放心，对试制的新产品，在用户不怎么放心时，可采取降级使用，价格优惠的办法，促进材料的国产化。
发电设备材料立足国内，需要多方面的共同努力，让我们共同为振兴我国的发电设备造业多作贡献。
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