锆泵国产化及在醋酸行业的应用

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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——碘离子,而且反应

2、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锆及锆合金的牌号与耐蚀性能锆是一种活性

3、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ASTMB752《锆及锆合金铸件标准》、ASTMB493《锆及锆合金锻件标准》、ASTMB495《锆及锆合金铸锭标准》以及ASTMB494《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/％）Table1Zirconiumandzirconiumalloyanditschemica

4、lcompositoninASTM（w/％）牌号ZrHfFe+CrSnHNCNbOR60702≥99.2≤4.5≤0.2-0.0050.0250.05-0.16R6070497.54.50.2～0.41.0～2.00.0050.0250.05-0.18R6070595.54.50.2max-0.0050.0250.052.0～3.00.18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

5、料在20%盐酸溶液（100℃）中腐蚀速率Table2Thecorrosionvelocityofzirconiumandothermetalmaterialin20%hydrochloricacid(100℃)锆钛哈氏B-2哈氏C-276316不锈钢腐蚀速率mm/a0.018不耐蚀0.430.9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

6、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、O2、N2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500kg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

7、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Ra≤6.3μm，表面污染层厚度<100μm。可生产出壁厚小于4mm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ASTMB752《锆及锆合金铸件标准》的要求。表3锆705C铸件化学成分Table