推進(jìn)碳達峰、碳中和，既是國際社會(huì )應對氣候變化的目標，也是中國2021年的重點(diǎn)工作任務(wù)之一。中國實(shí)現碳中和的轉型力度前所未有，鋼鐵行業(yè)作為實(shí)現碳中和目標的重點(diǎn)行業(yè)，面臨嚴峻挑戰。中國鋼管生產(chǎn)基本流程是高爐—轉爐長(cháng)流程和電爐短流程，即碳冶金與電冶金流程。電冶金比碳冶金的碳排放強度低，而氫冶金的碳排放強度更低。氫冶金是一場(chǎng)技術(shù)革命。實(shí)現氫冶金的技術(shù)路線(xiàn)有兩條，即“直接碳避免”和“智能碳使用”，其難點(diǎn)在于低成本的氫制取工藝。無(wú)縫鋼管生產(chǎn)采用熱加工生產(chǎn)工藝，碳排放量較大；焊接鋼管生產(chǎn)工藝是冷成型，屬于低碳產(chǎn)品。中國無(wú)縫鋼管產(chǎn)量占世界無(wú)縫鋼管總產(chǎn)量的60%以上，從碳減排視角來(lái)看，中國鋼管行業(yè)應發(fā)展焊管高端產(chǎn)品，控制無(wú)縫鋼管增長(cháng)速度。

　　碳減排成為大國競合的又一重要領(lǐng)域

　　2020年9月22日，習近平主席在第75屆聯(lián)合國大會(huì )上提出了中國力爭于2030年前實(shí)現二氧化碳排放達峰，努力爭取2060年前實(shí)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(huì )上進(jìn)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(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)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(shí)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(shí)現碳中和?，F任美國總統拜登在競選辯論中承諾，美國計劃在2035年前實(shí)現電力部門(mén)零碳排放，并在2050年實(shí)現凈零碳排放，同時(shí)宣布將在其第1個(gè)任期內投資2萬(wàn)億美元應對氣候變化，強調通過(guò)發(fā)展風(fēng)電、光伏等清潔電力實(shí)現2035年前電力部門(mén)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(fā)電、實(shí)現電力系統脫碳的“棄煤”目標高度一致，未來(lái)可能聯(lián)手合作，督促各國根據減排目標制訂煤電退出計劃，并醞釀?wù)魇仗歼吘痴{節稅。

　　整體來(lái)看，歐盟至少需要投資3萬(wàn)億歐元達成2050年碳中和目標，其中建筑、工業(yè)、電力和交通部門(mén)的投資占比最大。此外，各成員國也有一攬子方案來(lái)推動(dòng)“低碳經(jīng)濟”發(fā)展，德國政府采取削減增值稅、下調電價(jià)、技術(shù)創(chuàng )新提供補貼等措施，將未來(lái)幾年預算的23%~27%分配給低碳排放相關(guān)領(lǐng)域；法國政府推行產(chǎn)品生態(tài)評分舉措，評分將印刷在產(chǎn)品外包裝上，評分標準涵蓋制造過(guò)程中使用的電力清潔程度等內容；挪威政府正致力于研發(fā)CCUS技術(shù)（碳捕捉、存儲及利用技術(shù)）。在全球各主要國家都在努力實(shí)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(lǐng)域。

　　中國與發(fā)達國家在經(jīng)濟環(huán)境上存在差異

　　中國與西方發(fā)達國家在經(jīng)濟環(huán)境上存在差異。西方發(fā)達國家經(jīng)過(guò)百年的工業(yè)化進(jìn)程，已經(jīng)實(shí)現現代化發(fā)展，碳排放量較低；而中國目前仍然是發(fā)展中國家，還處于工業(yè)化階段的后期，國內的區域經(jīng)濟發(fā)展程度依舊不平衡，東南部較發(fā)達，西北部較遲緩。未來(lái)中國經(jīng)濟發(fā)展的預期還比較高，2035年GDP增長(cháng)預期比2020年要翻一番，到2050年可能會(huì )達到2020年的3.5倍。目前中國經(jīng)濟的增長(cháng)主要靠基建拉動(dòng)，能源需求還會(huì )增加，所以中國的能源消費結構依然是“生產(chǎn)型”而不是“消費型”。美國的商業(yè)和居民用電約占總量的76%，而中國僅為30%。這說(shuō)明西方發(fā)達國家工業(yè)碳排放量較低，比較容易實(shí)現碳達峰；從“棄煤”角度來(lái)看，中國煤炭消費絕大部分都是在第二產(chǎn)業(yè)，約2/3用于資本形成（包括基建）。與發(fā)達國家相比，中國的能源電力需求還保持較高的增長(cháng)，預計能源總需求達到峰值要到2030年之后。屆時(shí)，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”期間要嚴格控制高能耗產(chǎn)業(yè)的擴張，力爭高能耗產(chǎn)業(yè)的二氧化碳排放達到峰值；煤炭消費量盡量做到零增長(cháng)；“十五五”期間石油消費達到峰值后不再增加，轉而增加天然氣消費。同時(shí)，適應煤炭消費量持續下降的態(tài)勢，需要大力發(fā)展新能源和可再生能源，滿(mǎn)足總能源新增加的需求。

　　中國鋼管行業(yè)實(shí)行深度碳減排路線(xiàn)圖

　　鋼管行業(yè)包括無(wú)縫鋼管和焊接鋼管兩大產(chǎn)品，其中無(wú)縫鋼管采用熱加工工藝生產(chǎn)，焊接鋼管采用冷加工工藝生產(chǎn)。無(wú)縫鋼管生產(chǎn)過(guò)程中的煉鐵和煉鋼環(huán)節與碳排放密切相關(guān)。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(yè)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(lái)看，2005年中國鋼鐵行業(yè)占到全國一次性能源消費的45%，2015年增長(cháng)到53%。一次性能源消費不只是直接消耗，還包括熱力、電力等上游消耗。鋼鐵行業(yè)是能耗高密集行業(yè)，也是制造業(yè)中碳排放量最大行業(yè)，更是推動(dòng)實(shí)現碳中和目標的重點(diǎn)行業(yè)。鋼鐵行業(yè)中鋼管生產(chǎn)特別是無(wú)縫鋼管生產(chǎn)面臨繞不開(kāi)的節能環(huán)保挑戰，需要大力推進(jìn)碳減排。

　　中國鋼管生產(chǎn)基本流程中碳冶金與電冶金評判

　　在2020年12月9日召開(kāi)的第三屆中國電爐煉鋼科學(xué)發(fā)展論壇上，有專(zhuān)家指出：“對溫室氣體排放、氣候變化全球戰略性問(wèn)題認識存在不足”是當前的短板之一。我國鋼鐵業(yè)能源結構為：煤炭69.9%，電力26.4%，石油3.2%，天然氣0.5%。由于鋼鐵行業(yè)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，這主要源于采用燒結、球團、焦化、煉鐵的高爐—轉爐長(cháng)流程生產(chǎn)工藝，噸鋼碳排放強度約為2噸。而電爐短流程生產(chǎn)工藝（即電冶金）直接使用廢鋼冶煉，沒(méi)有煉鐵系統（鐵、焦、燒、球工序）的能源消耗及污染，噸鋼碳排放強度約為0.5噸。歐美鋼鐵工業(yè)電爐鋼的產(chǎn)量占其鋼鐵總產(chǎn)量54%以上，而我國電爐鋼的產(chǎn)量所占比例不足15%。發(fā)展電爐短流程有利于中國鋼鐵業(yè)實(shí)現碳達峰、碳中和。

　　同時(shí)，第三屆中國電爐煉鋼科學(xué)發(fā)展論壇為無(wú)縫鋼管選擇電爐短流程指明了方向，鼓勵長(cháng)三角、珠三角、京津冀周邊和環(huán)境容量有限的地區因地制宜發(fā)展電爐鋼產(chǎn)業(yè)。目前制約我國電爐發(fā)展的原因：一是廢鋼量不足，二是電能偏緊和電費過(guò)高。對于廢鋼資源問(wèn)題，有專(zhuān)家在論壇上建議鼓勵廢鋼產(chǎn)品進(jìn)口，并在稅負上給予優(yōu)惠。對于電費過(guò)高問(wèn)題，建議可參考德國對低碳排放企業(yè)下調電價(jià)的方式來(lái)解決。這對于提高無(wú)縫鋼管產(chǎn)量中的電爐鋼占比，相應降低轉爐鋼占比，達到碳達峰、碳中和目標有促進(jìn)作用。建議也可以按照我國出臺的鼓勵發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)優(yōu)惠政策的方式鼓勵發(fā)展電爐產(chǎn)業(yè)。

　　氫冶金工藝流程重構碳冶金工藝流程

　　歐鋼聯(lián)為實(shí)現碳中和目標已經(jīng)提出了兩條技術(shù)路線(xiàn)，分別是基于過(guò)程控碳的“直接碳避免”技術(shù)和末端治理的“智能碳使用”技術(shù)，包括瑞典鋼鐵（SSAB）的HYBRT技術(shù)（氫能煉鐵技術(shù)）、蒂森克虜伯的Carbon2Chen碳捕捉技術(shù)等。目前我國一些鋼鐵企業(yè)也在嘗試非碳還原，一方面著(zhù)手開(kāi)展氫能煉鐵試驗，例如力拓將出資1000萬(wàn)美元與中國寶武在低碳煉鐵項目方面開(kāi)展合作，并且中國寶武已敲定2023年碳達峰、2050年實(shí)現碳中和的碳減排目標；另一方面是加快研發(fā)二氧化碳捕集和利用技術(shù)，我國一些鋼企已在實(shí)際生產(chǎn)中實(shí)現利用捕集的二氧化碳向高爐或轉爐中噴吹，從而減少粉塵排放量。目前來(lái)看，國內外鋼企在碳減排技術(shù)路線(xiàn)和實(shí)際操作方面面臨一個(gè)共同難點(diǎn)，就是如何低成本制取氫氣。我國專(zhuān)家提出的鋼鐵企業(yè)用副產(chǎn)煤氣制氫思路有重要的參考價(jià)值。

　　鋼企副產(chǎn)煤氣制氫的思路

　　焦爐煤氣制氫。鋼鐵企業(yè)（或煉焦廠(chǎng)）產(chǎn)生的焦爐煤氣含有55%~60%的氫氣，是非常好的制氫原料氣（見(jiàn)表1）。我國鋼廠(chǎng)目前主要還是用焦爐煤氣作為燃料。焦爐煤氣的合理利用須引起重視，應該盡可能少地將焦爐煤氣作為燃料使用。目前，焦爐煤氣變壓吸附制氫技術(shù)在裝置規模為1000立方米/小時(shí)~3000立方米/小時(shí)是成熟的，大規模制氫裝置（如10000立方米/小時(shí)級以上）尚有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。

　　轉爐煤氣制氫。轉爐煉鋼系統產(chǎn)生的煤氣經(jīng)降溫、除塵后，進(jìn)入水煤氣變換裝置中，在催化劑的作用下，發(fā)生水煤氣變換反應。反應后，經(jīng)冷卻、分離，獲得富含氫氣的混合氣體?；旌蠚怏w經(jīng)脫硫后，采用變壓吸附制氫法，獲得高純度氫氣。轉爐煤氣成分見(jiàn)表2。

　　COREX煤氣制氫。熔融還原爐（COREX）以鐵礦石和煤炭為原料，在生產(chǎn)鐵水過(guò)程的同時(shí)，產(chǎn)生大量富含一氧化碳和氫氣的COREX煤氣。COREX煤氣成分見(jiàn)表3。

　　有專(zhuān)家透露，氫能源將被納入我國終端能源體系，帶動(dòng)形成10萬(wàn)億元級的新興產(chǎn)業(yè)。雖然氫能發(fā)展前景十分光明，但我國氫能發(fā)展方向、核心技術(shù)能力等多重難題仍然需要深入研究和探索實(shí)踐，例如輸送氫氣的鋼管尚需進(jìn)口，目前國內還不能制造。

　　實(shí)現連鑄坯熱裝、熱送和控軋，是無(wú)縫鋼管工藝流程設置優(yōu)化的課題

　　無(wú)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(wú)縫鋼管能耗值達到103.4千克標準煤/噸。因此，如何實(shí)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(wú)縫鋼管工藝流程設置優(yōu)化的課題。2018年，山東魯麗集團磐金鋼管制造公司在對新建成的Φ159毫米連軋管生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行工藝布置時(shí)，配有管坯熱送通道，試行了熱裝、熱送，其工藝創(chuàng )新特點(diǎn)是采用倍尺裝爐，管坯出爐后利用熱鋸將倍尺管坯切成單倍尺，分別供給兩條軋管線(xiàn)，這種工藝流程模式在全球屬于首創(chuàng )。在無(wú)縫鋼管控軋控冷方面，寶鋼煙臺鋼管廠(chǎng)開(kāi)發(fā)出國內首套無(wú)縫鋼管在線(xiàn)控冷設備，實(shí)現在線(xiàn)控冷、淬火，提供了控軋控冷的創(chuàng )新思路。

　　從深度碳減排視角看中國鋼管發(fā)展問(wèn)題

　　為實(shí)現低碳發(fā)展，IEA（國際能源署）提出嚴格控制鋼鐵需求增長(cháng)，減少材料影響的5個(gè)杠桿——去材料化、尋找替代品、提高制造效率、延長(cháng)使用壽命和有效回收。這些杠桿對中國鋼管發(fā)展方向有所啟示：控制無(wú)縫鋼管增長(cháng)需求，強化焊接鋼管質(zhì)量升級，用高質(zhì)量的焊接鋼管替代一部分無(wú)縫鋼管。

　　焊接鋼管有沒(méi)有能力來(lái)替代一部分無(wú)縫鋼管？從性能來(lái)看，焊接鋼管使用原料為軋制板帶，其在軋制過(guò)程的壓縮比無(wú)縫鋼管要高很多，因此，材料的力學(xué)性能好、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(chēng)外徑，t—壁厚），減輕了重量。

　　2019年，全球無(wú)縫鋼管產(chǎn)量4260萬(wàn)噸，中國無(wú)縫鋼管占比達到60%以上。為什么西方發(fā)達國家無(wú)縫鋼管產(chǎn)量在減少？原因在于焊接鋼管替代了一部分無(wú)縫鋼管。寶鋼曾經(jīng)在2002年翻譯了美國《普林斯頓鋼管報告》，列出了美國當時(shí)有關(guān)焊接鋼管與無(wú)縫鋼管在石油專(zhuān)用管、管線(xiàn)管、標準管、機械管、結構管、承壓管和不銹鋼管等7個(gè)方面所占比例的對照，焊接鋼管用量的比例大大超過(guò)了無(wú)縫鋼管，甚至高壓鍋爐管都用上焊接鋼管。舉一個(gè)例子，世界多數國家和地區（北美、中東、非洲、南美等）OCTG（石油專(zhuān)用管）年消耗量的比例中，焊接鋼管和無(wú)縫鋼管約各占50%，而在中國油井管市場(chǎng)主要用無(wú)縫鋼管，焊接油井管用量?jì)H占油井管總用量的10%左右。這和鋼鐵生產(chǎn)基本流程有一定的聯(lián)系，歐美諸國電爐短流程產(chǎn)鋼量約占其總產(chǎn)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(cháng)流程產(chǎn)鋼量約占總產(chǎn)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(diǎn)是隨各個(gè)地區油井條件不同而異，有小批量多品種的特點(diǎn)，這和電爐鋼生產(chǎn)方式很相似；而中國鋼鐵生產(chǎn)以高爐—轉爐長(cháng)流程為主，其優(yōu)勢是少規格品種、大批量，不適應油井管多規格品種、小批量的供銷(xiāo)模式。目前我國只有寶鋼等極少數企業(yè)自身生產(chǎn)板帶直供焊管廠(chǎng)，不僅易于品種規格協(xié)調，而且運輸費用相當于零。大多數焊管企業(yè)要調坯軋材，協(xié)調不易且價(jià)格較貴，再加上長(cháng)途運輸費用，其結果是失去其在焊接鋼管價(jià)格上的優(yōu)勢。西方發(fā)達國家焊管企業(yè)往往自身有電爐鋼配套，加上焊管價(jià)格一般比無(wú)縫鋼管便宜5%~10%，因而占領(lǐng)了油井管的半壁市場(chǎng)。

　　中國焊接鋼管行業(yè)有一個(gè)現象值得注意，石油焊接鋼管高端品種的質(zhì)量在引進(jìn)消化后達到國際先進(jìn)水平，例如管線(xiàn)管（X80鋼級）、套管（Q125鋼級）等，這是因為石油系統有屬于自己的焊管企業(yè)，而且配套有石油大學(xué)、研究所、檢測所，甚至有自己主管的學(xué)術(shù)期刊《焊管》及掛靠本系統的焊管學(xué)術(shù)委員會(huì )，是整個(gè)石油系統產(chǎn)、學(xué)、研群策群力協(xié)同攻關(guān)的結果。中國焊接鋼管在其他下游行業(yè)所需高端品種，例如機械管、鍋爐管、石化管、結構管等，要達到國際先進(jìn)水平，從而替代一部分無(wú)縫鋼管，就要像石油鋼管那樣集產(chǎn)、學(xué)、研之力，協(xié)同合作，才能奏效。各個(gè)下游行業(yè)要認識到碳中和的迫切性，從碳減排的角度來(lái)看待焊接鋼管應用問(wèn)題。有專(zhuān)家指出：“就政策來(lái)看，我國鋼鐵行業(yè)的可持續轉型不會(huì )自行實(shí)現，政府需要發(fā)揮核心作用?！?020年12月16日~18日召開(kāi)的中央經(jīng)濟工作會(huì )議將做好碳達峰、碳中和工作定為2021年8大重點(diǎn)任務(wù)之一。工信部為此正在制訂低碳降排路線(xiàn)圖，確定四大舉措，堅決壓縮鋼鐵產(chǎn)量和嚴禁新增產(chǎn)能。只有行業(yè)統一共識，形成壓力，推進(jìn)速度才能加快。