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中国核电研究报告——核岛主要设备及公司

发布时间:2011-10-6 08:50    来自: 网络

1:核电铸锻件

大型铸锻件是主设备的重要原材料

大型锻件是核岛/常规岛设备制造的关键材料。其运用相当广泛,主要分成合金钢锻件,不锈钢锻件和整体锻件等。蒸汽发生器,稳压器的壳体和管板,主管道,汽轮机低压整体转子,发电机转子,蒸发器下封头,压力容器整体顶盖,锥形筒体等核岛常规岛主设备均要使用铸锻件。

   锻件的工艺难度大:对核岛主设备的大型锻件的基本要求是在所有厚度的全断面上具有合适的强度、足够的韧性及良好的焊接性。这就要求消除冶炼、多炉合浇、锭型与冷却过程中存在偏析,以及热处理后的晶粒度和微

观组织的不均匀。同时核电锻造工艺需要大型万吨自由锻造压力机,目前国内只有一重,二重,上重装备有大型万吨锻造机。

   铸件主要用于结构复杂的核岛非承压设备。其中主要难度设备是核岛主泵的外壳铸造。主泵外壳也是代表目前世界上铸造生产的最高水平。

2:核电铸锻件的价值大和盈利能力强

   根据测算,核心主设备的铸锻件总价值占设备总投资的比重约为设备投资比重的 12%。按 1000MW设备投资在 72亿计算,铸锻件的总价值在约为 7~8亿。根据中国一重披露核岛锻件价值在每吨 24~25万,而铸件价值的估计在 10 万/吨。基于设备重量,可以计算出各种设备所需主要锻件的价值表。

   核电铸锻件特别是核岛主设备的锻件盈利能力较强,毛利率约为在38%~40%。

   核电铸锻件的成本主要是各种组分的合金钢,根据成分的不同钢锭的价值区间在 10~16万/吨。

   由于核电铸锻件尺寸和制作工艺复杂,各种指标的要求均高于其它设备铸锻件。

   铸锻件行业集中度较高,目前国内只有一重、二重、上重可以生产核岛主要锻件。在下游核电装机容量目标巨大同时国内铸锻件产能尚没有完全释放的情况下,核电铸锻件仍然处于供不应求的状况。

   根据一重披露的大型铸锻件综合盈利能力在 35%~40%的区间内,核电毛利率合理水平将接近这个区间的上限,在 38%以上的水平。

 3:核电铸锻件主要制造企业

   目前具备大型锻件制造能力的国外企业有:日本制钢所,俄罗斯重型机械联合公司 (OMZ) ,韩国斗山集团 (Doosan) ,法国勒克鲁索( Le Creusot),英国 Sheffield Forgemesters公司, 阿海珐位于 Burgundy的子公司 Creusot Forge 等。其中韩国 Doosan 是目前锻造能力最强的制造企业。

   在岭澳二期项目之前,主要锻件依赖于进口。不过随着国产化需求和技术引进,国内企业的铸锻件制造能力不断提高。目前主要参与铸锻件的企业有一重,二重,上重等。

    中国一重(601106)——公司具备核岛锻件和成套设备的生产能力,国产核电锻件市场占有率超过 60%,同时成套反应堆压力容器市场份额也超过 50%。公司为主要承接 AP1000 核岛锻件国产化任务的企业。目前公司核电设备和铸锻件在手订单超过 40 亿元占公司总订单的25%。

   二重重装(601268)——公司具有较强的核电研发能力,成功研制了国内第一只 1000MW 低压半转速转子和 AP1000 主管道热段带管嘴一体式试制件的弯制。目前公司核电在手订单达到 30 亿元占比总订单超过

40%。

   上海电气(601727)重工集团——为上海电气核电成套设备制造提供铸锻件材料,是上海电气核电产业链中重要一环。目前产能达到 2.5 套/年核电主设备锻件。

   华锐铸钢(601268)—公司与东方阿海珐达成主泵泵壳铸件开发协议,预计今年将产出样品。

 4:核电主设备

    核岛主设备包括蒸汽发生器,压力容器,稳压器/安注箱/硼注箱,堆内构件/驱动棒控制装置,核主泵等。

   常规岛主设备包括汽轮机,发电机,汽水分离器等。

   蒸汽发生器用于将核岛一回路反应堆产生的热量传递到二回路推动常规岛汽轮机。同时起到一,二回路的隔离作用。具有尺寸大重量重设计制造复杂的特点。其制造工艺基本上覆盖了重要核容器的基本制造技术,具有代

表性。

   不同的堆型对蒸汽发生器设计不同。CPR1000 需要 3 台蒸发器,AP1000的反应堆,每套需要 2台蒸汽发生器;EPR反应堆需要 4台蒸汽发生器。

     蒸汽发生器的主要使用材料为锰-镍-钼合金材料和锰-镍-铁合金材料,奥氏体不锈钢,马氏体不锈钢等。作为锻件主要原材料的锰-镍-钼合金钢的市场价格约在 16万/吨以上。 

    按照蒸汽发生器锻件毛利率 30%左右计算,蒸汽发生器的锻件价格在 23万/吨左右。由此可得,单台 CPR1000 蒸汽发生器的原材料成本为 8400万。蒸汽发生器原材料成本占比总成本 80%,可以估计出设备的制造

费用加折旧在 2400 万左右。按照蒸汽发生器单台价值为 2 亿计算,其成套制造毛利率约在 28%左右。

5:反应堆压力容器制造盈利能力测算

   制造难度在于材料和锻造

   反应堆压力容器是用来安置核反应堆,固定和包容堆芯及堆内构件,使核燃料的裂变反应限制在一个密封的空间内进行。反应堆压力容器在核电站生命周期内不能替换,需要稳定运行 40 年,对设备的材料和锻造工艺提出了相当高的要求。

   压力容器主要技术难度集中在材料生产和锻件制造领域,故对原材料制造企业的所获得的毛利率较高;对成套主设备制造环节而言,技术工艺更接近于传统承压设备(比如锅炉)的制造,故其获得的毛利率相对其它设备偏低。

   反应堆压力容器主要由顶盖、简体、法兰、封头等部件组成,主要原材料为需要 SA508 系列钢(锰-镍-钼合金钢),内部堆焊有奥氏体不锈钢,平均原材料成本为 16万/吨左右。

   CPR1000 反应堆压力容器重量在 450 吨左右,需要锻造钢锭重量约为720吨。估算出其毛利率在 20%~21%。 

6:堆内构件制造盈利能力分析

制造难度在于材料/焊接/精密加工

   ▪堆内构件功能是用于定位燃料组件;为控制棒组件提供导向;为压力容器提供屏蔽;为堆芯测量提供支撑;支撑固定反应堆辐照装置。

  ▪堆内构件由 15000 个零部件组成,其结构复杂,精度和安全要求极高,是国际公认的核电四大关键设备之一。它的技术关键是材料,焊接和精密加工。虽然其重量仅为 120-150 吨,但是对成套加工和制造而言其毛利率处于高水平。

   主要结构材料

   ▪奥氏体不锈钢材料为堆内构件主要结构材料,运用于堆芯区域支撑结构,堆芯区域上下零部件结构,和堆内部分结构件

   ▪少量马氏体不锈钢用于压紧弹性环

   ▪少量镍基合金用于螺钉等紧固件

   材料成本和盈利核算

   ▪奥氏体不锈钢 321/304 市场报价约为 1.6 万元/吨。LME 镍价约为11000 美元/吨(约 7.5 万/吨)。根据 RCCM1993 规范化学成分鉴定堆内构件镍含量在 9%~19%。按照上限计算总体的平均综合材料成本为 2.8万/吨。

    堆内构件重量较小在 150 吨左右,所用锻件的重量也相应减小。但是由于其结构的复杂度,对焊接和装配要求较高,所以其制造环节得毛利率会大大高于其它核岛产品接近 60%。

 7:主冷却泵盈利能力分析

制造难度在于复杂结构的电机和转动部件的制造。

   ▪泵在核工程反应堆中主要用于抽吸大量的高压高温反应堆冷却剂,设计需要考虑了承受核反应堆主系统一回路不同工况运行模式下的压力、温度。

   ▪主泵总体结构组成分为水力机械部分、轴封系统(提供从反应堆冷却剂系统压力到环境条件的压降)、电机部分等。

   ▪主泵的设计和类型多样:大亚湾与岭澳核电站采用 2 台 50%(指额定给水流量)汽动泵加 1 台 50%备用电动调速泵;秦山一期采用 3 台50%电动定速泵,秦山二期采用 3 台 50%电动调速泵;田湾核电站采用 5台 25%电动定速泵。

   关键零部件材料。

   ▪泵体:核电主泵体设计多样,不同的设计采用的材料成分差异也很大。目前主流的核岛主泵设计分为德国 KSB 设计,法国设计和俄罗斯设计。东方阿海珐主要使用法国设计。法国设计泵体采用不含钼的镍铬奥氏体-铁素体不锈钢铸件制造。

   ▪泵轴用钢:铬镍奥氏体锻件。

   ▪导叶用钢:导叶主体使用奥氏体-铁素体不锈钢铸件;导叶法兰使用镍铬奥氏体锻件。

   ▪电机轴/飞轮盘均采用特殊定制合金钢板。

   ▪主法兰锻件使用锰镍钼合金锻件

8:材料成本和盈利核算

   ▪主泵的技术含量在于其在恶劣的环境中提供持续稳定的动力维持核岛主回路的循环。但是主泵设计方式多样,很难有统一的毛利率估算方法。

   ▪按照美国核泵制造商 Flowserve 2008 年披露的年报,其综合整体毛利率在 36%左右。公司业务主要是是制造石化行业,电站设备行业和核电用泵和阀门。而石化行业和传统电站用泵的技术难度均大大低于核岛主泵。核电主泵的毛利率正常水平应该可以达到 40%以上。

9:常规岛设备盈利能力分析

   常规岛设备主要有汽轮机,发电机和汽水分离器组成。汽轮机和发电机的结构和 1000MW火电机组相似。区别在于核电是出于低压半转速运行的,故汽轮机叶片和转子大小和重量均超过较全转速的火电机组。

   常规岛主要的技术难度是 1000MW核电汽轮机低压转子的锻造。由于转子重量巨大(约为 170 吨),需要 600 吨钢锭锻造。目前低压转子锻件一重、二重已经可以实现国产化这将降低设备制造企业的成本,提高毛利率

水平。

   由于常规岛和 1000MW火电机组具有可比性,在成熟的产量情况下其盈利能力应该接近或略高于传统火电机组的毛利率。汽轮机的毛利率在 20~23%左右的水平,而发电机毛利率合理水平应该接近 30%。

10:核电主设备主要企业

   常规岛设备提供商主要是上海电气、东方电气、哈动力在内的三大电站设备制造企业和中国一重、二重重装、海陆重工(堆内构件吊篮筒体的深加工)等 

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