電站鍋爐承壓部件剩余壽命評估方法專利申請概況

摘 要：【目的】更好地掌握電站鍋爐承壓部件剩余壽命評估方法領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀。【方法】對國內(nèi)外電站鍋爐承壓部件剩余壽命評估方法領(lǐng)域的專利文獻(xiàn)進(jìn)行搜集、標(biāo)引和梳理，分析該領(lǐng)域國內(nèi)外專利申請情況、重要專利申請人、地域分布和法律狀態(tài)。【結(jié)果】電站鍋爐承壓部件剩余壽命評估方法的相關(guān)技術(shù)在日本已較為成熟，專利申請量趨于平穩(wěn)；我國在該領(lǐng)域的研究雖然起步較晚，但近幾年研發(fā)活躍度較高，已經(jīng)成為相關(guān)技術(shù)的專利申請大國。【結(jié)論】電站鍋爐承壓部件剩余壽命評估方法的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還有待進(jìn)一步加強(qiáng)，如何將這些技術(shù)投入實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)獲得產(chǎn)業(yè)化收益，是未來需要解決的問題。

關(guān)鍵詞：電站鍋爐；承壓部件；剩余壽命評估；專利分析

中圖分類號(hào)：G306" " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " "文章編號(hào)：1003-5168（2024）09-0134-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.09.028

Overview of Patent Application for Residual Life Assessment Method for Pressure Containing Components of Power Plant Boilers

TANG Jun1，2 YANG Xu1，2 BAI Ning1，2 QIAN Gong1，2

（1.China Special Equipment Inspection amp; Research Institute Yangtze Delta Branch， Jiaxing 314000，China;

2.State Key Laboratory of Low-Carbon Thermal Power Generation Technology and Equipments ， Jiaxing 314000，China）

Abstract： [Purposes] This paper aims to better grasp the current development status of residual life assessment methods for pressure components of power plant boilers. [Methods] By collecting， indexing， and sorting out patent literature in the field of residual life assessment methods for pressure bearing components of power plant boilers at home and abroad， this paper analyzes the status of domestic and foreign patent applications， important applicants， regional distribution， and legal status in this field. [Findings] The related technology of residual life assessment method of power station boiler pressure parts has been relatively mature in Japan， and the number of patent applications tends to be stable. China 's research in this field started late， but due to its efforts in R amp; D activity in recent years， China has become a major patent application country for related technologies. [Conclusions] The industrial application of the residual life assessment method of the pressure parts of the power plant boiler needs to be further strengthened. How to put these technologies into the actual industrial production to obtain industrialization benefits is a problem that needs to be solved in the future.

Keywords： power station boiler; pressure parts; residual life assessment; patent analysis

0 引言

電站鍋爐又稱電廠鍋爐，是指發(fā)電廠中向汽輪機(jī)提供規(guī)定數(shù)量和質(zhì)量蒸汽的中大型鍋爐。火力發(fā)電是當(dāng)前我國主要的發(fā)電方式，而電站鍋爐作為火力電站的三大主機(jī)設(shè)備之一，其運(yùn)行效率伴隨著我國火電行業(yè)的技術(shù)更新迭代也得到大幅提升。目前，我國電站鍋爐發(fā)電水平已領(lǐng)先于其他世界各國，成為我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的強(qiáng)力支撐。電站鍋爐屬于重大產(chǎn)品和復(fù)雜系統(tǒng)，其可靠性、安全性和壽命預(yù)測技術(shù)已經(jīng)成為大容量電站鍋爐設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用的前沿技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)［1］。

電站鍋爐安裝的監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)等常規(guī)檢驗(yàn)是發(fā)現(xiàn)鍋爐設(shè)備和部件缺陷、降低事故風(fēng)險(xiǎn)、確保鍋爐安全運(yùn)行的主要手段之一。但是電站鍋爐承壓部件包括數(shù)量龐大的管子、集箱和管道，檢驗(yàn)工作量大，目前仍缺少較為有效的快速檢測技術(shù)手段［2］；而且隨著電站鍋爐服役時(shí)長的增加，部分電站鍋爐的承壓部件出現(xiàn)較為嚴(yán)重的材質(zhì)劣化現(xiàn)象，有些電站鍋爐承壓部件已經(jīng)接近甚至超過設(shè)計(jì)壽命，其設(shè)備和部件的當(dāng)前狀態(tài)能否滿足安全運(yùn)行需要以及剩余壽命儲(chǔ)備是否足夠已經(jīng)成為鍋爐使用單位亟待解決的問題之一。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

本文以現(xiàn)階段公開發(fā)表的電站鍋爐承壓部件剩余壽命評估方法專利為研究對象，數(shù)據(jù)來源于合享專利數(shù)據(jù)庫，檢索時(shí)間期限截至2023年7月。一般情況下，發(fā)明專利在申請后 3～18個(gè)月才會(huì)公開，從實(shí)質(zhì)審查到最終被數(shù)據(jù)庫收錄存在一定的時(shí)間間隔，因此，2022年、2023年的數(shù)據(jù)可能不全，無法反映數(shù)據(jù)背后的真實(shí)情形。

2 結(jié)果分析

2.1 專利申請趨勢

截至2023年7月，全球電站鍋爐承壓部件剩余壽命評估方法專利申請共155件。從圖1可以看出，電站鍋爐承壓部件剩余壽命評估方法專利申請數(shù)量整體呈逐漸增長態(tài)勢。專利申請趨勢在一定程度上反映出創(chuàng)新主體的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新活躍度，專利申請趨勢呈上升態(tài)勢也代表了該領(lǐng)域技術(shù)活躍度或受關(guān)注程度在逐漸增加。其中，1980—2000年相關(guān)專利數(shù)量累計(jì)24件。在該階段，電站鍋爐承壓部件剩余壽命評估技術(shù)尚處于發(fā)展萌芽期。這主要是由于之前廣泛使用的電站鍋爐參數(shù)普遍較低，材質(zhì)劣化問題不突出，并未引起廣泛關(guān)注。而在該階段，火力發(fā)電技術(shù)取得突破性進(jìn)步，高參數(shù)的電站鍋爐因其更高的發(fā)電效率和低煤耗率在全世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。更高的溫度和壓力使得電站鍋爐承壓部件關(guān)鍵高溫受熱面及主蒸汽管道開始使用9Cr及更高級(jí)別的耐熱鋼或不銹鋼等高合金材料才能滿足服役需求。但是高合金材料的組織穩(wěn)定性較差，在長期高溫高壓作用下材料會(huì)發(fā)生明顯的組織老化和性能退化，使得材料的使用壽命大幅降低。因材質(zhì)劣化導(dǎo)致的電站鍋爐失效事故開始出現(xiàn)，引起使用單位及大量學(xué)者開始研究電站鍋爐材料剩余壽命的評估方法［3］。隨著大量高參數(shù)電站鍋爐的服役時(shí)長增加，鍋爐材料的壽命問題越來越凸顯。2001—2015年，申請的相關(guān)專利數(shù)量累計(jì)57件。2016年以后，由于大量亞臨界及超臨界參數(shù)鍋爐承壓部件服役時(shí)長均超過十萬小時(shí)，剩余壽命評估需求增加，更好的承壓部件剩余壽命評估方法變成了亟待解決的問題。因而在該階段相關(guān)專利申請量大幅增加，電站鍋爐承壓部件剩余壽命評估技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展期。

2.2 全球地域分布

對電站鍋爐承壓部件剩余壽命評估方法專利申請的所在國家和地區(qū)的產(chǎn)權(quán)組織分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。從圖2中可以看出，該領(lǐng)域?qū)＠娜虻赜蚍植疾痪鶆颍饕性谥袊腿毡荆瑑蓢鴮＠暾埩空紦?jù)全球?qū)＠暾埧偭康?5%，遠(yuǎn)多于其他國家/地區(qū)。其中，中國以71件專利位居第一，其次為日本，該技術(shù)的相關(guān)專利持有量為61件。

中國、日本是電站鍋爐承壓部件剩余壽命評估方法專利的主要技術(shù)來源國。從圖3可以看出，中國、日本在該領(lǐng)域的專利申請態(tài)勢差異較大。日本自20世紀(jì)80年代就開始布局相關(guān)專利技術(shù)，其專利申請量一直保持平穩(wěn)水平。

我國電站鍋爐承壓部件剩余壽命評估方法專利起步明顯晚于日本，2007年才開始相關(guān)專利技術(shù)申請。我國火力發(fā)電電站鍋爐技術(shù)起步也較晚，20世紀(jì)80年代才開始大規(guī)模建設(shè)火力發(fā)電廠，并引入大批新型的火力發(fā)電設(shè)備。隨著電站鍋爐承壓部件服役年限接近其設(shè)計(jì)壽命，超期服役期間的安全運(yùn)行成為電站鍋爐亟待解決的重要問題。電站鍋爐承壓部件剩余壽命評估方法成為熱點(diǎn)研究對象，相關(guān)技術(shù)專利申請量也隨之增加，這一階段尚處于緩慢的技術(shù)積累期。隨著我國火力發(fā)電技術(shù)迅猛發(fā)展，電站鍋爐承壓部件剩余壽命評估也涌現(xiàn)出了很多新方法。2009年，由中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)提出的《火電機(jī)組壽命評估技術(shù)導(dǎo)則》予以頒布實(shí)施；2014年頒布實(shí)施的《電站鍋爐主要承壓部件壽命評估技術(shù)導(dǎo)則》提出了電站鍋爐主要承壓部件進(jìn)行壽命評估的基本原則以及基本步驟［2］。經(jīng)過10年的技術(shù)積累，我國電站鍋爐承壓部件剩余壽命評估方法相關(guān)專利申請量自2015年起明顯增長，且超越日本，成為電站鍋爐承壓部件剩余壽命評估方法專利申請量全球最大的國家。

2.3 全球主要申請人分布

圖4為電站鍋爐承壓部件剩余壽命評估方法專利主要申請人分布情況。三菱重工業(yè)株式會(huì)社以34件專利申請位居第一，中國電力株式會(huì)社該技術(shù)的專利申請量為11件，上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院和西安熱工研究院的專利申請量均為10件。排名前兩位的專利申請人均為日本企業(yè)，體現(xiàn)出日本電站鍋爐承壓部件剩余壽命評估方法的技術(shù)創(chuàng)新實(shí)力以及優(yōu)勢地位。其中，日本三菱重工業(yè)株式會(huì)社在該領(lǐng)域的專利申請數(shù)量處于絕對領(lǐng)先地位，證明其企業(yè)技術(shù)研發(fā)能力強(qiáng)，核心技術(shù)多，占領(lǐng)全球市場的龍頭和壟斷地位。我國專利申請量排名靠前的申請人均為科研院所，企業(yè)占比相對較少，這與日本以企業(yè)為主導(dǎo)的技術(shù)研發(fā)有明顯區(qū)別。因此，我國仍需加強(qiáng)企業(yè)的研發(fā)實(shí)力、加大產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新力度或者引進(jìn)相關(guān)企業(yè)進(jìn)行專利布局。

上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司作為中國電站裝備行業(yè)應(yīng)用技術(shù)的重要科研機(jī)構(gòu)，始終致力于電力能源領(lǐng)域的關(guān)鍵和共性技術(shù)研究。西安熱工研究院有限公司是我國電力行業(yè)國家級(jí)熱能動(dòng)力科學(xué)技術(shù)研究與熱力發(fā)電技術(shù)開發(fā)的機(jī)構(gòu)。上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院和西安熱工研究院都是依托具有國內(nèi)權(quán)威地位的鍋爐檢測實(shí)驗(yàn)室，為電站鍋爐承壓部件剩余壽命評估方法提供技術(shù)依據(jù)和研發(fā)平臺(tái)，但是其實(shí)驗(yàn)室的學(xué)科交叉性還有待加強(qiáng)，集多學(xué)科研究于一體的安全評價(jià)實(shí)驗(yàn)室還有待進(jìn)一步建設(shè)。

2.4 中國地域分布

圖5顯示了電站鍋爐承壓部件剩余壽命評估方法專利在中國的地域分布情況。申請量較大的區(qū)域，通常擁有相關(guān)技術(shù)集群，相關(guān)技術(shù)的研究活躍度較高，顏色越深表明該領(lǐng)域?qū)＠暾埩吭蕉唷Ｆ渲校兾鳌⒈本⑸虾！⒄憬V東在該領(lǐng)域的專利技術(shù)申請量處于領(lǐng)先地位，由于電站鍋爐屬于特種設(shè)備，其相關(guān)技術(shù)的研究與開發(fā)還需要較強(qiáng)的平臺(tái)支撐。因此，電站鍋爐承壓部件剩余壽命評估方法的研究領(lǐng)域相對較為集中，小微企業(yè)和個(gè)人在該領(lǐng)域鮮有涉足，主要以大型科研院所和高校為主。因此，區(qū)域分布與主要申請人分布相近。

2.5 中國專利有效性

專利有效狀況能直接反映一個(gè)國家、一個(gè)地區(qū)以及申請人的自主創(chuàng)新能力和市場競爭力。目前我國電站鍋爐承壓部件剩余壽命評估方法相關(guān)專利在審專利27件，占比38.02%；失效專利21件，占比29.17%；有效專利23件，占比32.39%。整體來看，我國該項(xiàng)技術(shù)在審專利占比較高，這是由于我國近年來在該領(lǐng)域涌現(xiàn)了較多的專利申請，我國創(chuàng)新主體發(fā)現(xiàn)了該領(lǐng)域的巨大市場潛力，投入了較多的研發(fā)精力，并且知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)也在不斷加強(qiáng)。

3 結(jié)論

結(jié)合以上分析可以看出，電站鍋爐承壓部件剩余壽命評估方法的相關(guān)技術(shù)在日本已較為成熟，專利申請量趨于平穩(wěn)；我國在該領(lǐng)域的研究雖然起步較晚，但近幾年研發(fā)活躍度較高，已經(jīng)成為相關(guān)技術(shù)的專利申請大國。從我國專利申請分布可以看出，該項(xiàng)技術(shù)主要集中在科研院所。電站鍋爐承壓部件剩余壽命評估方法的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還有待進(jìn)一步加強(qiáng)，如何將這些技術(shù)投入實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)獲得產(chǎn)業(yè)化收益，是未來需要解決的問題。

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