电站锅炉承压部件剩余寿命评估方法专利申请概况

摘 要：【目的】更好地掌握电站锅炉承压部件剩余寿命评估方法领域的发展现状。【方法】对国内外电站锅炉承压部件剩余寿命评估方法领域的专利文献进行搜集、标引和梳理，分析该领域国内外专利申请情况、重要专利申请人、地域分布和法律状态。【结果】电站锅炉承压部件剩余寿命评估方法的相关技术在日本已较为成熟，专利申请量趋于平稳；我国在该领域的研究虽然起步较晚，但近几年研发活跃度较高，已经成为相关技术的专利申请大国。【结论】电站锅炉承压部件剩余寿命评估方法的产业化应用还有待进一步加强，如何将这些技术投入实际工业生产获得产业化收益，是未来需要解决的问题。

关键词：电站锅炉；承压部件；剩余寿命评估；专利分析

中图分类号：G306" " "文献标志码：A" " "文章编号：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

电站锅炉又称电厂锅炉，是指发电厂中向汽轮机提供规定数量和质量蒸汽的中大型锅炉。火力发电是当前我国主要的发电方式，而电站锅炉作为火力电站的三大主机设备之一，其运行效率伴随着我国火电行业的技术更新迭代也得到大幅提升。目前，我国电站锅炉发电水平已领先于其他世界各国，成为我国经济飞速发展的强力支撑。电站锅炉属于重大产品和复杂系统，其可靠性、安全性和寿命预测技术已经成为大容量电站锅炉设计、生产和使用的前沿技术和关键技术［1］。

电站锅炉安装的监督检验和定期检验等常规检验是发现锅炉设备和部件缺陷、降低事故风险、确保锅炉安全运行的主要手段之一。但是电站锅炉承压部件包括数量庞大的管子、集箱和管道，检验工作量大，目前仍缺少较为有效的快速检测技术手段［2］；而且随着电站锅炉服役时长的增加，部分电站锅炉的承压部件出现较为严重的材质劣化现象，有些电站锅炉承压部件已经接近甚至超过设计寿命，其设备和部件的当前状态能否满足安全运行需要以及剩余寿命储备是否足够已经成为锅炉使用单位亟待解决的问题之一。

1 数据来源与研究方法

本文以现阶段公开发表的电站锅炉承压部件剩余寿命评估方法专利为研究对象，数据来源于合享专利数据库，检索时间期限截至2023年7月。一般情况下，发明专利在申请后 3～18个月才会公开，从实质审查到最终被数据库收录存在一定的时间间隔，因此，2022年、2023年的数据可能不全，无法反映数据背后的真实情形。

2 结果分析

2.1 专利申请趋势

截至2023年7月，全球电站锅炉承压部件剩余寿命评估方法专利申请共155件。从图1可以看出，电站锅炉承压部件剩余寿命评估方法专利申请数量整体呈逐渐增长态势。专利申请趋势在一定程度上反映出创新主体的创新能力和创新活跃度，专利申请趋势呈上升态势也代表了该领域技术活跃度或受关注程度在逐渐增加。其中，1980—2000年相关专利数量累计24件。在该阶段，电站锅炉承压部件剩余寿命评估技术尚处于发展萌芽期。这主要是由于之前广泛使用的电站锅炉参数普遍较低，材质劣化问题不突出，并未引起广泛关注。而在该阶段，火力发电技术取得突破性进步，高参数的电站锅炉因其更高的发电效率和低煤耗率在全世界范围内得到了广泛应用。更高的温度和压力使得电站锅炉承压部件关键高温受热面及主蒸汽管道开始使用9Cr及更高级别的耐热钢或不锈钢等高合金材料才能满足服役需求。但是高合金材料的组织稳定性较差，在长期高温高压作用下材料会发生明显的组织老化和性能退化，使得材料的使用寿命大幅降低。因材质劣化导致的电站锅炉失效事故开始出现，引起使用单位及大量学者开始研究电站锅炉材料剩余寿命的评估方法［3］。随着大量高参数电站锅炉的服役时长增加，锅炉材料的寿命问题越来越凸显。2001—2015年，申请的相关专利数量累计57件。2016年以后，由于大量亚临界及超临界参数锅炉承压部件服役时长均超过十万小时，剩余寿命评估需求增加，更好的承压部件剩余寿命评估方法变成了亟待解决的问题。因而在该阶段相关专利申请量大幅增加，电站锅炉承压部件剩余寿命评估技术进入快速发展期。

2.2 全球地域分布

对电站锅炉承压部件剩余寿命评估方法专利申请的所在国家和地区的产权组织分布进行统计。从图2中可以看出，该领域专利的全球地域分布不均匀，主要集中在中国和日本，两国专利申请量占据全球专利申请总量的85%，远多于其他国家/地区。其中，中国以71件专利位居第一，其次为日本，该技术的相关专利持有量为61件。

中国、日本是电站锅炉承压部件剩余寿命评估方法专利的主要技术来源国。从图3可以看出，中国、日本在该领域的专利申请态势差异较大。日本自20世纪80年代就开始布局相关专利技术，其专利申请量一直保持平稳水平。

我国电站锅炉承压部件剩余寿命评估方法专利起步明显晚于日本，2007年才开始相关专利技术申请。我国火力发电电站锅炉技术起步也较晚，20世纪80年代才开始大规模建设火力发电厂，并引入大批新型的火力发电设备。随着电站锅炉承压部件服役年限接近其设计寿命，超期服役期间的安全运行成为电站锅炉亟待解决的重要问题。电站锅炉承压部件剩余寿命评估方法成为热点研究对象，相关技术专利申请量也随之增加，这一阶段尚处于缓慢的技术积累期。随着我国火力发电技术迅猛发展，电站锅炉承压部件剩余寿命评估也涌现出了很多新方法。2009年，由中国电力企业联合会提出的《火电机组寿命评估技术导则》予以颁布实施；2014年颁布实施的《电站锅炉主要承压部件寿命评估技术导则》提出了电站锅炉主要承压部件进行寿命评估的基本原则以及基本步骤［2］。经过10年的技术积累，我国电站锅炉承压部件剩余寿命评估方法相关专利申请量自2015年起明显增长，且超越日本，成为电站锅炉承压部件剩余寿命评估方法专利申请量全球最大的国家。

2.3 全球主要申请人分布

图4为电站锅炉承压部件剩余寿命评估方法专利主要申请人分布情况。三菱重工业株式会社以34件专利申请位居第一，中国电力株式会社该技术的专利申请量为11件，上海发电设备成套设计研究院和西安热工研究院的专利申请量均为10件。排名前两位的专利申请人均为日本企业，体现出日本电站锅炉承压部件剩余寿命评估方法的技术创新实力以及优势地位。其中，日本三菱重工业株式会社在该领域的专利申请数量处于绝对领先地位，证明其企业技术研发能力强，核心技术多，占领全球市场的龙头和垄断地位。我国专利申请量排名靠前的申请人均为科研院所，企业占比相对较少，这与日本以企业为主导的技术研发有明显区别。因此，我国仍需加强企业的研发实力、加大产学研创新力度或者引进相关企业进行专利布局。

上海发电设备成套设计研究院有限责任公司作为中国电站装备行业应用技术的重要科研机构，始终致力于电力能源领域的关键和共性技术研究。西安热工研究院有限公司是我国电力行业国家级热能动力科学技术研究与热力发电技术开发的机构。上海发电设备成套设计研究院和西安热工研究院都是依托具有国内权威地位的锅炉检测实验室，为电站锅炉承压部件剩余寿命评估方法提供技术依据和研发平台，但是其实验室的学科交叉性还有待加强，集多学科研究于一体的安全评价实验室还有待进一步建设。

2.4 中国地域分布

图5显示了电站锅炉承压部件剩余寿命评估方法专利在中国的地域分布情况。申请量较大的区域，通常拥有相关技术集群，相关技术的研究活跃度较高，颜色越深表明该领域专利申请量越多。其中，陕西、北京、上海、浙江、广东在该领域的专利技术申请量处于领先地位，由于电站锅炉属于特种设备，其相关技术的研究与开发还需要较强的平台支撑。因此，电站锅炉承压部件剩余寿命评估方法的研究领域相对较为集中，小微企业和个人在该领域鲜有涉足，主要以大型科研院所和高校为主。因此，区域分布与主要申请人分布相近。

2.5 中国专利有效性

专利有效状况能直接反映一个国家、一个地区以及申请人的自主创新能力和市场竞争力。目前我国电站锅炉承压部件剩余寿命评估方法相关专利在审专利27件，占比38.02%；失效专利21件，占比29.17%；有效专利23件，占比32.39%。整体来看，我国该项技术在审专利占比较高，这是由于我国近年来在该领域涌现了较多的专利申请，我国创新主体发现了该领域的巨大市场潜力，投入了较多的研发精力，并且知识产权保护意识也在不断加强。

3 结论

结合以上分析可以看出，电站锅炉承压部件剩余寿命评估方法的相关技术在日本已较为成熟，专利申请量趋于平稳；我国在该领域的研究虽然起步较晚，但近几年研发活跃度较高，已经成为相关技术的专利申请大国。从我国专利申请分布可以看出，该项技术主要集中在科研院所。电站锅炉承压部件剩余寿命评估方法的产业化应用还有待进一步加强，如何将这些技术投入实际工业生产获得产业化收益，是未来需要解决的问题。

参考文献：

［1］ 史进渊，等. 大容量电站锅炉可靠性与寿命的设计及评定［M］. 北京：中国电力出版社，2010：32.

［2］沈功田，等. 特种设备安全与节能2025科技发展战略［M］. 北京：中国标准出版社，2017：3.

［3］陆燕荪. 从超临界机组的发展透视研发新材料的紧迫性［J］. 发电设备. 2006， 20（3）： 149-151.