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1、锆材化工离心泵的国产化及其在醋酸化工领域的应用朱 广（西安泵阀总厂有限公司，陕西 西安 710032）摘要：为满足国内醋酸企业的需要，西安泵阀总厂有限公司对锆离心泵进行了开发和生产，实现了锆材离心泵的国产化。重点介绍了 XGB 型锆泵开发过程及主要技术要点。生产的 XGB150-100-400 型锆泵的性能参数达到了国外同类产品水平。经过醋酸化工企业两年多时间的试用，XGB 型离心泵运转良好，能够满足醋酸企业的使用要求。关键词：锆及锆合金; 离心泵; 醋酸1 前言醋酸是一种极为重要的化工产品，广泛用于纤维、制药、染料、食品等多种工业领域。国内外主流的羰基法制备醋酸工艺中使用了具有强腐蚀性催化剂
2、碘离子,而且反应工况温度高达 250 ，在这种苛刻腐蚀条件下许多耐腐蚀合金如不锈钢、钛及钛合金、镍基耐蚀合金都不能抵御高温碘离子的腐蚀。锆材具有极强的耐腐蚀性能，尤其是在耐还原性酸点蚀方面更具有优势，目前已成为醋酸工业化工设备首选材料。但是由于加工工艺及设备条件限制，长期以来我国此类设备基本上是依靠进口，设备采购和维修成本比国内高出 40%以上，并且交货期和维修周期比国内长 12 个月以上，严重影响了我国醋酸企业的正常生产。西安泵阀总厂有限公司针对国内醋酸化工行业这种状况，成功研制了 XGB 系列锆材离心化工流程泵，以及用于醋酸化工行业的锆材阀门，解决了该类产品长期依赖进口的状况。2 锆及锆合
3、金的牌号与耐蚀性能锆是一种活性金属，对氧有很高的亲合力，在室温的空气中会形成一层非常致密的氧化膜，这层氧化膜使得锆及锆合金具有优良的抗腐蚀性能。锆材除了具有优异耐蚀性外，还具有良好的力学性能和传热性能。由于此类设备多为进口，国内各化工行业设备使用美标牌号较多，在锆及锆合金生产过程中涉及到国外标准有 ASTM B752锆及锆合金铸件标准 、 ASTM B493锆及锆合金锻件标准 、ASTM B495 锆及锆合金铸锭标准 以及 ASTM B494海绵锆标准 。常用的美标锆材牌号及化学成分如表 1所示。表 1 常用的美标锆及锆合金牌号与化学成分（ w/）Table 1 Zirconium and z
4、irconium alloy and its chemical compositon in ASTM （w/） 牌号 Zr Hf Fe+Cr Sn H N C Nb OR60702 99.2 4.5 0.2 - 0.005 0.025 0.05 - 0.16R60704 97.5 4.5 0.20.4 1.02.0 0.005 0.025 0.05 - 0.18R60705 95.5 4.5 0.2 max - 0.005 0.025 0.05 2.03.0 0.18锆及锆合金在氢卤酸、浓度低于 70%的硫酸、磷酸、硝酸以及热浓碱溶液中都有非常好的耐蚀性。尤其是在高温下的浓盐酸、氢溴酸、氢碘酸
5、以及次氯酸溶液中，耐蚀性与其他材料相比更具有优势。表2 是锆与其他材料在 20%盐酸溶液（100）中腐蚀速率对比 2。表 2 锆及其他材料在 20%盐酸溶液（100）中腐蚀速率Table 2 The corrosion velocity of zirconium and other metal material in 20% hydrochloric acid (100) 锆 钛 哈氏 B-2 哈氏 C-276 316 不锈钢腐蚀速率 mm/a 0.018 不耐蚀 0.43 0.9 不耐蚀4 锆材泵阀的制造4.1 醋酸化工泵的设计锆材泵阀产品国产化的关键技术瓶颈是锆铸件的生产加工和设计出能够满
6、足具体化工工艺的高扬程、高转速、高抗汽蚀性能的“三高”要求离心泵机组。西安泵阀总厂有限公司针对醋酸化工工艺具体要求，成功开发了 XGB 型离心泵。研发人员通过优化水利设计，合理配置机械密封的冲洗方案及轴承润滑系统，设置远程监控，很好地解决了“三高”问题。4.2 锆泵的生产加工4.2.1 锆及锆合金铸件生产锆是一种活性金属，高温时几乎能和所有的耐火材料发生不同程度的化学反应，并且在高温时锆材非常容易和 CO2、O 2、N 2 和 H2 等气体发生化学反应，使锆材脆化造成设备失效。因此，锆铸件的生产最关键的问题在于制备出具有高化学稳定性的铸型材和在真空状态或惰性气体保护下进行熔炼浇注，同时锆铸件必
7、须具有较为准确的水利曲线尺寸。基于长期有色金属熔炼铸造的经验，成功开发出了适用于锆及锆合金的熔模精密铸造型壳的制作工艺，并采用 500 kg 自耗电极真空凝壳炉进行熔炼浇注。该工艺方法是将符合成分要求的锆及锆合金锭放置在凝壳炉内的水冷铜坩埚中熔化，然后将熔化的液态金属锆浇入铸型，形成铸件。生产出的锆 705C 铸件，表面粗糙度 Ra6.3m，表面污染层厚度100m。可生产出壁厚小于 4 mm的复杂锆及锆合金铸件。经过检测，锆 705C 铸件材料化学成分如表 3 所示。锆 705C 随炉铸造试样力学性能如表 4 所示。从表 3 和表 5 可以看出检测结果均能符合 ASTM B752 锆及锆合金铸
8、件标准的要求。表 3 锆 705C 铸件化学成分Table 3 The chemical compositon of Zirconium 705C casting成分 Zr Hf Fe+Cr Sn H N C O Nb标准 95.5 4.5 0.2 - 0.005 0.025 0.05 0.18 2.03.0实测 95.7 1.7 0.08 - 0.005 0.002 0.05 0.007 2.4表 4 锆 705C 铸件室温力学性能Table 4 The tensile properties of 705C casting at room temperatureRm/Mpa 0.2 / Mp
9、a A/%标准 483 345 12实测 590 520 22.74.2.2 机械加工锆有咬合和加工硬化倾向,因此锆及锆合金机械加工应采用慢速、大进刀量, 并用大量冷却剂和润滑剂冷却。刀具常用硬质合金, 也可用高速钢, 磨轮宜采用碳化硅轮。4.2.3焊接及热处理锆及锆合金可用钨极惰性气体保护焊进行焊接。由于锆焊接时极其容易发生氧化，必须用纯度为99.998%氩气保护，并扩大焊接保护区域，严格控制焊接层间温度。锆 705C 合金焊接完成后需进行去应力退火。4.3锆泵的性能参数生产的 XGB150-100-400 型锆泵，经过试验其性能参数与国外“鲁尔泵”性能参数对比如表 3 所示。从表 5 中可
10、以看出，国产泵主要性能参数流量和扬程不相上下，但是相同电机转速的条件下泵的效率更高，更符合“节能减排”的当前企业发展趋势。表 5 XGB150-100-400 型锆泵性能参数与国外对比Table 5 The Performance Parameters of XGB150-100-400 Centrifugal Pump compared with that of RUHRPUMPEN型号 流量/m 3h-1 扬程/m 转速/rpm 效率/% 比转数 我国限定标准XGB150-100-400 305 330 3800 72 52 71%鲁尔泵 330 325 3800 71 55 72%5 锆
11、泵在化工企业的应用XGB 系列锆材离心泵已在河南和山东两家公司安全运行两年多。据客户反馈信息，运行期间各项指标均能满足工艺要求，泵体、泵盖等铸件未发现有腐蚀现象，而且该泵有震动小、噪音低的优点。西安泵阀总厂有限公司开发的 XGB 离心泵完全可以代替国外同类产品，为醋酸生产企业节约设备成本 40%以上。6结语目前，美国、西欧、日本是世界上主要的醋酸消费国家和地区。近几年全球对醋酸的需求量每年以2.54.0%速度递增，因此国内醋酸生产企业新建与扩产项目近年不断增多。西安泵阀总厂有限公司成功实现了化工离心泵的国产化，不仅为我国醋酸企业节约了设备成本，而且大大缩短了交货期和维修周期。参考文献1 周耀.
12、 锆和锆合金在化工设备中的应用J. 化工设计， 2003，13（4）：19-21.2 左景伊，左禹. 腐蚀数据与选材手册M. 北京：化学工业出版社， 1995：432-759.收稿日期：2011-03-21作者简介：朱广（1980-） ，男，工程师，电话：029-82572315，Email：。The localization of Zirconium Centrifugal Pump and its application in acetic acid fieldZhu Guang(Xian Pump & Valve Plant Co.,LTD, xian 710032, China)Abs
13、tract:In order to meet the needs of acetic acid enterprises，Zirconium Centrifugal Pump were designed and manufactured by Xian Pump & Valve Plant Co.,LTD. localization of Zirconium Centrifugal Pump is come true. In this paper, the development process of XGB Zirconium Centrifugal Pump and the key tech
14、nical points were introduced .The Performance Parameters of XGB150-100-400 Pump can be compared with that in foreign countries. XGB Zirconium Centrifugal Pump has a good Operation during two years running, and could achieve the requirements of acetic acid enterprisesKey: Zirconium and zirconium alloy；Centrifugal Pump； Acetic acid
