彭在美

 

　　推進碳達峰、碳中和
，既是國際社會應對氣候變化的目標，也是中國2021年(nian)的(de)重(zhong)點(dian)工(gong)作(zuo)任(ren)務(wu)之(zhi)一(yi)。中(zhong)國(guo)實(shi)現(xian)碳(tan)中(zhong)和(he)的(de)轉(zhuan)型(xing)力(li)度(du)前(qian)所(suo)未(wei)有(you)
，鋼(gang)鐵(tie)行(xing)業(ye)作(zuo)為(wei)實(shi)現(xian)碳(tan)中(zhong)和(he)目(mu)標(biao)的(de)重(zhong)點(dian)行(xing)業(ye)，麵(mian)臨(lin)嚴(yan)峻(jun)挑(tiao)戰(zhan)。中(zhong)國(guo)鋼(gang)管(guan)生(sheng)產(chan)基(ji)本(ben)流(liu)程(cheng)是(shi)高(gao)爐(lu)—轉(zhuan)爐(lu)長(chang)流(liu)程(cheng)和(he)電(dian)爐(lu)短(duan)流(liu)程(cheng)，即(ji)碳(tan)冶(ye)金(jin)與(yu)電(dian)冶(ye)金(jin)流(liu)程(cheng)。電(dian)冶(ye)金(jin)比(bi)碳(tan)冶(ye)金(jin)的(de)碳(tan)排(pai)放(fang)強(qiang)度(du)低(di)，而(er)氫(qing)冶(ye)金(jin)的(de)碳(tan)排(pai)放(fang)強(qiang)度(du)更(geng)低(di)。氫(qing)冶(ye)金(jin)是(shi)一(yi)場(chang)技(ji)術(shu)革(ge)命(ming)。實(shi)現(xian)氫(qing)冶(ye)金(jin)的(de)技(ji)術(shu)路(lu)線(xian)有(you)兩(liang)條(tiao)，即(ji)“直接碳避免”和“智能碳使用”
，其難點在於低成本的氫製取工藝。無縫鋼管生產采用熱加工生產工藝
，碳排放量較大；焊接鋼管生產工藝是冷成型
，屬於低碳產品。中國無縫鋼管產量占世界無縫鋼管總產量的60%以上
，從碳減排視角來看，中國鋼管行業應發展焊管高端產品，控製無縫鋼管增長速度。

 

　　碳減排成為大國競合的又一重要領域

 

　　2020年9月22日，習近平主席在第75屆聯合國大會上提出了中國力爭於2030年前實現二氧化碳排放達峰，努力爭取2060年前實現碳中和的目標。2020年12月12日
，習近平主席又在氣候雄心峰會上進一步明確
，到2030年中國單位GDP二氧化碳排放量將比2005年下降65%左右
，非化石能源占一次性能源消費比重將達到25%左右，森林蓄積量將比2005年增加60億立方米，風電、太陽能發電總裝機容量將達到12億千瓦以上。

　　世界各主要國家和地區都對實現碳中和做出了承諾：日本、韓國

、加拿大
、歐盟、英國宣布到2050年實現碳中和。現任美國總統拜登在競選辯論中承諾

，美國計劃在2035年前實現電力部門零碳排放，並在2050年實現淨零碳排放
，同時宣布將在其第1個任期內投資2萬億美元應對氣候變化
，強調通過發展風電、光伏等清潔電力實現2035年前電力部門零碳排放。目前，美國政府承諾的各項計劃與歐盟終止燃煤發電、實現電力係統脫碳的“棄煤”目標高度一致，未來可能聯手合作，督促各國根據減排目標製訂煤電退出計劃
，並醞釀征收碳邊境調節稅。

　　整體來看，歐盟至少需要投資3萬億歐元達成2050年碳中和目標，其中建築、工業
、電力和交通部門的投資占比最大。此外，各成員國也有一攬子方案來推動“低碳經濟”發展，德國政府采取削減增值稅
、下調電價
、技術創新提供補貼等措施
，將未來幾年預算的23%~27%分配給低碳排放相關領域
；法國政府推行產品生態評分舉措，評分將印刷在產品外包裝上
，評分標準涵蓋製造過程中使用的電力清潔程度等內容
；挪威政府正致力於研發CCUS技術（碳捕捉、存儲及利用技術）。在全球各主要國家都在努力實現碳中和的形勢下，碳減排成為大國之間競爭與合作的又一重要領域。

 

　　中國與發達國家在經濟環境上存在差異

 

　　中國與西方發達國家在經濟環境上存在差異。西方發達國家經過百年的工業化進程，已經實現現代化發展，碳排放量較低；erzhongguomuqianrengranshifazhanzhongguojia，haichuyugongyehuajieduandehouqi，guoneidequyujingjifazhanchengduyijiubupingheng
，dongnanbujiaofada，xibeibujiaochihuan。weilaizhongguojingjifazhandeyuqihaibijiaogao
，2035年GDP增長預期比2020年要翻一番
，到2050年可能會達到2020年的3.5倍。目前中國經濟的增長主要靠基建拉動，能源需求還會增加
，所以中國的能源消費結構依然是“生產型”而不是“消費型”。美國的商業和居民用電約占總量的76%，而中國僅為30%。這說明西方發達國家工業碳排放量較低，比較容易實現碳達峰；從“棄煤”角度來看，中國煤炭消費絕大部分都是在第二產業
，約2/3用於資本形成（包括基建）。與發達國家相比
，中國的能源電力需求還保持較高的增長，預計能源總需求達到峰值要到2030年之後。屆時
，我國單位GDP二氧化碳強度要比2005年下降65%以上。

　　為此，“十四五”期間要嚴格控製高能耗產業的擴張，力爭高能耗產業的二氧化碳排放達到峰值；煤炭消費量盡量做到零增長；“十五五”期qi間jian石shi油you消xiao費fei達da到dao峰feng值zhi後hou不bu再zai增zeng加jia，轉zhuan而er增zeng加jia天tian然ran氣qi消xiao費fei。同tong時shi
，適shi應ying煤mei炭tan消xiao費fei量liang持chi續xu下xia降jiang的de態tai勢shi，需xu要yao大da力li發fa展zhan新xin能neng源yuan和he可ke再zai生sheng能neng源yuan
，滿man足zu總zong能neng源yuan新xin增zeng加jia的de需xu求qiu。

 

　　中國鋼管行業實行深度碳減排路線圖

 

　　鋼gang管guan行xing業ye包bao括kuo無wu縫feng鋼gang管guan和he焊han接jie鋼gang管guan兩liang大da產chan品pin，其qi中zhong無wu縫feng鋼gang管guan采cai用yong熱re加jia工gong工gong藝yi生sheng產chan，焊han接jie鋼gang管guan采cai用yong冷leng加jia工gong工gong藝yi生sheng產chan。無wu縫feng鋼gang管guan生sheng產chan過guo程cheng中zhong的de煉lian鐵tie和he煉lian鋼gang環huan節jie與yu碳tan排pai放fang密mi切qie相xiang關guan。2019年，全球二氧化碳排放量達330億噸，其中中國二氧化碳排放量占比36%
，而中國鋼鐵行業二氧化碳排放量約占全國二氧化碳排放總量的15%。從一次性能源消費上來看，2005年中國鋼鐵行業占到全國一次性能源消費的45%，2015年增長到53%。一次性能源消費不隻是直接消耗
，還包括熱力、電dian力li等deng上shang遊you消xiao耗hao。鋼gang鐵tie行xing業ye是shi能neng耗hao高gao密mi集ji行xing業ye
，也ye是shi製zhi造zao業ye中zhong碳tan排pai放fang量liang最zui大da行xing業ye，更geng是shi推tui動dong實shi現xian碳tan中zhong和he目mu標biao的de重zhong點dian行xing業ye。鋼gang鐵tie行xing業ye中zhong鋼gang管guan生sheng產chan特te別bie是shi無wu縫feng鋼gang管guan生sheng產chan麵mian臨lin繞rao不bu開kai的de節jie能neng環huan保bao挑tiao戰zhan，需xu要yao大da力li推tui進jin碳tan減jian排pai。

 

　　中國鋼管生產基本流程中碳冶金與電冶金評判

　　在2020年12月9日召開的第三屆中國電爐煉鋼科學發展論壇上，有專家指出：“對溫室氣體排放、氣候變化全球戰略性問題認識存在不足”是當前的短板之一。我國鋼鐵業能源結構為：煤炭69.9%，電力26.4%，石油3.2%，天然氣0.5%。由於鋼鐵行業能源結構以煤為主，即碳冶金，二氧化碳排放量高達17.7億噸，占全國排放量的15%左右
，這主要源於采用燒結
、球團、焦化
、煉鐵的高爐—轉爐長流程生產工藝，噸鋼碳排放強度約為2噸。而電爐短流程生產工藝（即電冶金）直接使用廢鋼冶煉，沒有煉鐵係統（鐵、焦、燒、球工序）的能源消耗及汙染，噸鋼碳排放強度約為0.5噸。歐美鋼鐵工業電爐鋼的產量占其鋼鐵總產量54%以上，而我國電爐鋼的產量所占比例不足15%。發展電爐短流程有利於中國鋼鐵業實現碳達峰、碳中和。

　　同時，第三屆中國電爐煉鋼科學發展論壇為無縫鋼管選擇電爐短流程指明了方向
，鼓勵長三角

、珠三角、京津冀周邊和環境容量有限的地區因地製宜發展電爐鋼產業。目前製約我國電爐發展的原因：一(yi)是(shi)廢(fei)鋼(gang)量(liang)不(bu)足(zu)，二(er)是(shi)電(dian)能(neng)偏(pian)緊(jin)和(he)電(dian)費(fei)過(guo)高(gao)。對(dui)於(yu)廢(fei)鋼(gang)資(zi)源(yuan)問(wen)題(ti)
，有(you)專(zhuan)家(jia)在(zai)論(lun)壇(tan)上(shang)建(jian)議(yi)鼓(gu)勵(li)廢(fei)鋼(gang)產(chan)品(pin)進(jin)口(kou)
，並(bing)在(zai)稅(shui)負(fu)上(shang)給(gei)予(yu)優(you)惠(hui)。對(dui)於(yu)電(dian)費(fei)過(guo)高(gao)問(wen)題(ti)，建(jian)議(yi)可(ke)參(can)考(kao)德(de)國(guo)對(dui)低(di)碳(tan)排(pai)放(fang)企(qi)業(ye)下(xia)調(tiao)電(dian)價(jia)的(de)方(fang)式(shi)來(lai)解(jie)決(jue)。這(zhe)對(dui)於(yu)提(ti)高(gao)無(wu)縫(feng)鋼(gang)管(guan)產(chan)量(liang)中(zhong)的(de)電(dian)爐(lu)鋼(gang)占(zhan)比(bi)
，相(xiang)應(ying)降(jiang)低(di)轉(zhuan)爐(lu)鋼(gang)占(zhan)比(bi)，達(da)到(dao)碳(tan)達(da)峰(feng)

、碳中和目標有促進作用。建議也可以按照我國出台的鼓勵發展電動汽車優惠政策的方式鼓勵發展電爐產業。

 

　　氫冶金工藝流程重構碳冶金工藝流程

 

　　歐鋼聯為實現碳中和目標已經提出了兩條技術路線
，分別是基於過程控碳的“直接碳避免”技術和末端治理的“智能碳使用”技術，包括瑞典鋼鐵（SSAB）的HYBRT技術（氫能煉鐵技術）、蒂森克虜伯的Carbon2Chen碳捕捉技術等。目前我國一些鋼鐵企業也在嚐試非碳還原，一方麵著手開展氫能煉鐵試驗，例如力拓將出資1000萬美元與中國寶武在低碳煉鐵項目方麵開展合作
，並且中國寶武已敲定2023年碳達峰
、2050年實現碳中和的碳減排目標；另ling一yi方fang麵mian是shi加jia快kuai研yan發fa二er氧yang化hua碳tan捕bu集ji和he利li用yong技ji術shu
，我wo國guo一yi些xie鋼gang企qi已yi在zai實shi際ji生sheng產chan中zhong實shi現xian利li用yong捕bu集ji的de二er氧yang化hua碳tan向xiang高gao爐lu或huo轉zhuan爐lu中zhong噴pen吹chui
，從cong而er減jian少shao粉fen塵chen排pai放fang量liang。目mu前qian來lai看kan
，國guo內nei外wai鋼gang企qi在zai碳tan減jian排pai技ji術shu路lu線xian和he實shi際ji操cao作zuo方fang麵mian麵mian臨lin一yi個ge共gong同tong難nan點dian，就jiu是shi如ru何he低di成cheng本ben製zhi取qu氫qing氣qi。我wo國guo專zhuan家jia提ti出chu的de鋼gang鐵tie企qi業ye用yong副fu產chan煤mei氣qi製zhi氫qing思si路lu有you重zhong要yao的de參can考kao價jia值zhi。

 

　　鋼企副產煤氣製氫的思路

 

　　焦爐煤氣製氫。鋼鐵企業（或煉焦廠）產生的焦爐煤氣含有55%~60%的氫氣
，是非常好的製氫原料氣（見表1）。我wo國guo鋼gang廠chang目mu前qian主zhu要yao還hai是shi用yong焦jiao爐lu煤mei氣qi作zuo為wei燃ran料liao。焦jiao爐lu煤mei氣qi的de合he理li利li用yong須xu引yin起qi重zhong視shi
，應ying該gai盡jin可ke能neng少shao地di將jiang焦jiao爐lu煤mei氣qi作zuo為wei燃ran料liao使shi用yong。目mu前qian
，焦jiao爐lu煤mei氣qi變bian壓ya吸xi附fu製zhi氫qing技ji術shu在zai裝zhuang置zhi規gui模mo為wei1000立方米/小時~3000立方米/小時是成熟的
，大規模製氫裝置（如10000立方米/小時級以上）尚有待進一步開發。

 

　　轉爐煤氣製氫。轉爐煉鋼係統產生的煤氣經降溫、除塵後，進入水煤氣變換裝置中，在催化劑的作用下，發生水煤氣變換反應。反應後，經冷卻、分離，獲得富含氫氣的混合氣體。混合氣體經脫硫後
，采用變壓吸附製氫法

，獲得高純度氫氣。轉爐煤氣成分見表2。

　　COREX煤氣製氫。熔融還原爐（COREX）以鐵礦石和煤炭為原料
，在生產鐵水過程的同時，產生大量富含一氧化碳和氫氣的COREX煤氣。COREX煤氣成分見表3。

　　有專家透露，氫能源將被納入我國終端能源體係，帶動形成10萬億元級的新興產業。雖然氫能發展前景十分光明，但我國氫能發展方向、核心技術能力等多重難題仍然需要深入研究和探索實踐，例如輸送氫氣的鋼管尚需進口，目前國內還不能製造。

 

　　實現連鑄坯熱裝、熱送和控軋
，是無縫鋼管工藝流程設置優化的課題

　　無縫鋼管一般有二次加熱工序，其能耗值比其他軋材能耗值要高一些，例如2014年熱軋無縫鋼管能耗值達到103.4千克標準煤/噸。因此，如何實施鑄坯熱裝、熱送和控軋，提高鋼管性能和節能水平


，是熱軋無縫鋼管工藝流程設置優化的課題。2018年，山東魯麗集團磐金鋼管製造公司在對新建成的Φ159毫米連軋管生產線進行工藝布置時，配有管坯熱送通道，試行了熱裝
、resong，qigongyichuangxintedianshicaiyongbeichizhuanglu，guanpichuluhouliyongrejujiangbeichiguanpiqiechengdanbeichi，fenbiegonggeiliangtiaozhaguanxian，zhezhonggongyiliuchengmoshizaiquanqiushuyushouchuang。zaiwufenggangguankongzhakonglengfangmian
，baogangyantaigangguanchangkaifachuguoneishoutaowufenggangguanzaixiankonglengshebei
，shixianzaixiankongleng、淬火，提供了控軋控冷的創新思路。

 

　　從深度碳減排視角看中國鋼管發展問題

 

　　為實現低碳發展，IEA（國際能源署）提出嚴格控製鋼鐵需求增長，減少材料影響的5個杠杆——去材料化、尋找替代品
、提高製造效率、延長使用壽命和有效回收。這些杠杆對中國鋼管發展方向有所啟示：控製無縫鋼管增長需求，強化焊接鋼管質量升級，用高質量的焊接鋼管替代一部分無縫鋼管。

　　焊han接jie鋼gang管guan有you沒mei有you能neng力li來lai替ti代dai一yi部bu分fen無wu縫feng鋼gang管guan？從cong性xing能neng來lai看kan，焊han接jie鋼gang管guan使shi用yong原yuan料liao為wei軋zha製zhi板ban帶dai，其qi在zai軋zha製zhi過guo程cheng的de壓ya縮suo比bi無wu縫feng鋼gang管guan要yao高gao很hen多duo，因yin此ci，材cai料liao的de力li學xue性xing能neng好hao、壁厚較小、精度較高。例如
，焊管可以做到D/t＞25~30的薄壁管（D—公稱外徑，t—壁厚），減輕了重量。

　　2019年
，全球無縫鋼管產量4260萬噸
，中國無縫鋼管占比達到60%以上。為什麼西方發達國家無縫鋼管產量在減少
？原因在於焊接鋼管替代了一部分無縫鋼管。寶鋼曾經在2002年翻譯了美國《普林斯頓鋼管報告》，列出了美國當時有關焊接鋼管與無縫鋼管在石油專用管
、管線管
、標準管
、機械管、結構管

、承壓管和不鏽鋼管等7個(ge)方(fang)麵(mian)所(suo)占(zhan)比(bi)例(li)的(de)對(dui)照(zhao)，焊(han)接(jie)鋼(gang)管(guan)用(yong)量(liang)的(de)比(bi)例(li)大(da)大(da)超(chao)過(guo)了(le)無(wu)縫(feng)鋼(gang)管(guan)，甚(shen)至(zhi)高(gao)壓(ya)鍋(guo)爐(lu)管(guan)都(dou)用(yong)上(shang)焊(han)接(jie)鋼(gang)管(guan)。舉(ju)一(yi)個(ge)例(li)子(zi)，世(shi)界(jie)多(duo)數(shu)國(guo)家(jia)和(he)地(di)區(qu)（北美、中東、非洲、南美等）OCTG（石油專用管）年消耗量的比例中
，焊接鋼管和無縫鋼管約各占50%，而在中國油井管市場主要用無縫鋼管

，焊接油井管用量僅占油井管總用量的10%左右。這和鋼鐵生產基本流程有一定的聯係
，歐美諸國電爐短流程產鋼量約占其總產鋼量的54%，與之對應的是焊接油井管消耗量占50%左右
；中國高爐—轉爐長流程產鋼量約占總產鋼量的85%，與之對應的是焊接油井管消耗量占10%左右。油井管的消耗特點是隨各個地區油井條件不同而異，有小批量多品種的特點，這和電爐鋼生產方式很相似；而中國鋼鐵生產以高爐—轉爐長流程為主，其優勢是少規格品種
、大批量，不適應油井管多規格品種、小(xiao)批(pi)量(liang)的(de)供(gong)銷(xiao)模(mo)式(shi)。目(mu)前(qian)我(wo)國(guo)隻(zhi)有(you)寶(bao)鋼(gang)等(deng)極(ji)少(shao)數(shu)企(qi)業(ye)自(zi)身(shen)生(sheng)產(chan)板(ban)帶(dai)直(zhi)供(gong)焊(han)管(guan)廠(chang)
，不(bu)僅(jin)易(yi)於(yu)品(pin)種(zhong)規(gui)格(ge)協(xie)調(tiao)，而(er)且(qie)運(yun)輸(shu)費(fei)用(yong)相(xiang)當(dang)於(yu)零(ling)。大(da)多(duo)數(shu)焊(han)管(guan)企(qi)業(ye)要(yao)調(tiao)坯(pi)軋(zha)材(cai)，協(xie)調(tiao)不(bu)易(yi)且(qie)價(jia)格(ge)較(jiao)貴(gui)，再(zai)加(jia)上(shang)長(chang)途(tu)運(yun)輸(shu)費(fei)用(yong)，其(qi)結(jie)果(guo)是(shi)失(shi)去(qu)其(qi)在(zai)焊(han)接(jie)鋼(gang)管(guan)價(jia)格(ge)上(shang)的(de)優(you)勢(shi)。西(xi)方(fang)發(fa)達(da)國(guo)家(jia)焊(han)管(guan)企(qi)業(ye)往(wang)往(wang)自(zi)身(shen)有(you)電(dian)爐(lu)鋼(gang)配(pei)套(tao)，加(jia)上(shang)焊(han)管(guan)價(jia)格(ge)一(yi)般(ban)比(bi)無(wu)縫(feng)鋼(gang)管(guan)便(bian)宜(yi)5%~10%
，因而占領了油井管的半壁市場。