锆材化工离心泵的国产化及其在醋酸化工领域的应用
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下转第13页表2锆及其他材料在20盐酸溶液100中腐蚀速率table2thecorrosionvelocityofzirconiumandothermetalmaterialin20hydrochloricacid100腐蚀速率mma锆0018钛不耐蚀哈氏b2043哈氏c27609316不锈钢不耐蚀成分标准实测zr955957hf4517fecr02008snh00050005n00250002c005005o0180007nb203024表3锆705c铸件化学成分table3thechemicalcompositonofzirconium705ccasting表4锆705c铸件室温力学性能table4thetensilepropertiesof705ccastingatroomtemperature标准实测rmmpa48359002mpa345520a12227table5theperformanceparametersofxgb150100400centrifugalpumpcomparedwiththatofruhrpumpen型号xgb150100400鲁尔泵流量m3h1305330扬程m330325转速rpm38003800效率7271比转数5255我国限定标准7172172012年第5期精细化工原料及中间体专家论坛上接第17页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
3.2 锆泵的生产加工 3.2.1 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力曲线尺寸。
可大大减少密封剂的使用量， 同时可保持模块的耐 投资。
用性和加工性能。 Saflex PA41 产品已成功完成 IEC
随着中国汽车和航空航天事业的发展， 高端
61646 认证测试。 SaflexPA41 是第二代光伏产品，专 PVB 有着潜在的巨大市场需求。 我国每年对汽车中
门设计用来降低密封材料厚度 33％（使厚度从 1.14 间膜的需求量为 15 万吨左右，80%以上依赖进口。
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。
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 temperature
标准
Rm/MPa ≥483
σ0.2 / MPa ≥345
分老产品或开拓新的市场领域， 维持他们在国际高 达 2 万吨规模。
看出检测结果均能符合 ASTM B752 《锆及锆合金 铸件标准》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 2.0～3.0
毫米减小到 0.76 毫米）。 对 Saflex PA41 的配方性能
国内膜用 PVB 年产量 2010 年约为 4000 吨。 只
进行了优化，从而可改善封装流程。
有香港建滔、温州长城等 3 家企业生产的 PVB 能做
随着高端 PVB 市场的进一步扩大，国外几大公 膜用，但主要用于建筑安全玻璃，都不能生产用于汽
3.3 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
关键词： 锆及锆合金； 离心泵； 醋酸
The Localization of Zirconium Centrifugal Pump and Its Application in Acetic Acid Field
ZHU Guang (Xi'an Pump & Valve Plant Co., LTD, xi'an 710032, China) Abstract: In order to meet the needs of acetic acid enterprises, Zirconium Centrifugal Pump were designed and manufactured by Xi'an 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 technical 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 enterprises. Keywords: Zirconium and zirconium alloy; Centrifugal Pump; Acetic acid
2012 年第 5 期
精细化工原料及中间体
专家论坛 - 13 -
首 诺 公 司 旗 下 的 Saflex 公 司 于 2010 年 1 月 宣
从市场角度分析，随着我国经济发展，汽车和高
布推出应用于光伏市场基于聚乙烯醇缩丁醛（PVB） 层建筑不断增加，高黏度 PVB 树脂及中间膜用量将
专用的第二代薄型密封剂。 该新产品 Saflex PA41， 随之增加。根据市场需求情况，聚乙烯醇缩丁醛值得
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。
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 Ra ≤ 6.3μm，表面污染层厚度<100μm。 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 4 可以
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专家论坛 精细化工原料及中间体
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2011 年乙醛、 醋酸及其衍生
物技术、市场研讨会论文摘选
2012 年第 5 期
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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。
腐蚀速率 0.018 不耐蚀 0.43
0.9
不耐蚀
（mm/a）
3 锆材泵阀的制造 3.1 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轴承 润滑系统，设置远程监控，很好地解决了“三高”问 题。
鲁尔泵
330 325 3800 71 55 72%
4 锆泵在化工企业的应用 XGB 系列锆材离心泵已在河南顺达化工 科 技
有限公司、 山东华鲁恒升化工有限公司安全运行两 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。
（下转第 13 页）
A/% ≥12
实测
590
520
22.7
3.2.2 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。 3.2.3 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。
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
Table 5 The Performance Parameters of XGB150-100-400 Centrifugal Pump compared with that of RUHRPUMPEN
型号
流量 扬程 转速 效率 比转数 我国限
/（m3·h-1） /m /rpm /%
定标准
XGB150-100-400 305 330 3800 72 52 71%
表 1 常用的美标锆及锆合金牌号与化学成分（w/％）
Table1 Zirconium and zirconium alloy and its chemical compositon in ASTM （w/％）
牌号 Zr Hf Fe+Cr Sn H N C Nb O
R60702 ≥99.2 ≤4.5 ≤0.2 - 0.005 0.025 0.05 - 0.16
R60704 97.5 4.5 0.2～0.4 1.0～2.0 0.005 0.025 0.05 - 0.18
R60705 95.5 4.5 0.2 max - 0.005 0.025 0.05 2.0～3.0 0.18
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精细化工原料及中间体
专家论坛 - 17 -
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]。
司都纷纷开发出不少高技术含量、 高附加值的膜用 车安全玻璃的高端 PVB。
PVB 高端新产品。
武 汉 泓 锦 旭 隆 新 材 料 有 限 公 司 2011 年1 月 投
进一步增强安全性、抗穿透性、结构完整性、太 产， 是国内第一家自主研发并生产汽车夹层玻璃
阳能量控制性、隔音性、防紫外线等特性，以取代部 PVB 膜片的企业，产品填补了国内空白。 年产能可
3.2 锆泵的生产加工 3.2.1 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力曲线尺寸。
可大大减少密封剂的使用量， 同时可保持模块的耐 投资。
用性和加工性能。 Saflex PA41 产品已成功完成 IEC
随着中国汽车和航空航天事业的发展， 高端
61646 认证测试。 SaflexPA41 是第二代光伏产品，专 PVB 有着潜在的巨大市场需求。 我国每年对汽车中
门设计用来降低密封材料厚度 33％（使厚度从 1.14 间膜的需求量为 15 万吨左右，80%以上依赖进口。
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。
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 temperature
标准
Rm/MPa ≥483
σ0.2 / MPa ≥345
分老产品或开拓新的市场领域， 维持他们在国际高 达 2 万吨规模。
看出检测结果均能符合 ASTM B752 《锆及锆合金 铸件标准》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 2.0～3.0
毫米减小到 0.76 毫米）。 对 Saflex PA41 的配方性能
国内膜用 PVB 年产量 2010 年约为 4000 吨。 只
进行了优化，从而可改善封装流程。
有香港建滔、温州长城等 3 家企业生产的 PVB 能做
随着高端 PVB 市场的进一步扩大，国外几大公 膜用，但主要用于建筑安全玻璃，都不能生产用于汽
3.3 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
关键词： 锆及锆合金； 离心泵； 醋酸
The Localization of Zirconium Centrifugal Pump and Its Application in Acetic Acid Field
ZHU Guang (Xi'an Pump & Valve Plant Co., LTD, xi'an 710032, China) Abstract: In order to meet the needs of acetic acid enterprises, Zirconium Centrifugal Pump were designed and manufactured by Xi'an 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 technical 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 enterprises. Keywords: Zirconium and zirconium alloy; Centrifugal Pump; Acetic acid
2012 年第 5 期
精细化工原料及中间体
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首 诺 公 司 旗 下 的 Saflex 公 司 于 2010 年 1 月 宣
从市场角度分析，随着我国经济发展，汽车和高
布推出应用于光伏市场基于聚乙烯醇缩丁醛（PVB） 层建筑不断增加，高黏度 PVB 树脂及中间膜用量将
专用的第二代薄型密封剂。 该新产品 Saflex PA41， 随之增加。根据市场需求情况，聚乙烯醇缩丁醛值得
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。
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 Ra ≤ 6.3μm，表面污染层厚度<100μm。 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 4 可以
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2011 年乙醛、 醋酸及其衍生
物技术、市场研讨会论文摘选
2012 年第 5 期
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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。
腐蚀速率 0.018 不耐蚀 0.43
0.9
不耐蚀
（mm/a）
3 锆材泵阀的制造 3.1 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轴承 润滑系统，设置远程监控，很好地解决了“三高”问 题。
鲁尔泵
330 325 3800 71 55 72%
4 锆泵在化工企业的应用 XGB 系列锆材离心泵已在河南顺达化工 科 技
有限公司、 山东华鲁恒升化工有限公司安全运行两 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。
（下转第 13 页）
A/% ≥12
实测
590
520
22.7
3.2.2 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。 3.2.3 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。
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
Table 5 The Performance Parameters of XGB150-100-400 Centrifugal Pump compared with that of RUHRPUMPEN
型号
流量 扬程 转速 效率 比转数 我国限
/（m3·h-1） /m /rpm /%
定标准
XGB150-100-400 305 330 3800 72 52 71%
表 1 常用的美标锆及锆合金牌号与化学成分（w/％）
Table1 Zirconium and zirconium alloy and its chemical compositon in ASTM （w/％）
牌号 Zr Hf Fe+Cr Sn H N C Nb O
R60702 ≥99.2 ≤4.5 ≤0.2 - 0.005 0.025 0.05 - 0.16
R60704 97.5 4.5 0.2～0.4 1.0～2.0 0.005 0.025 0.05 - 0.18
R60705 95.5 4.5 0.2 max - 0.005 0.025 0.05 2.0～3.0 0.18
2012 年第 5 期
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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]。
司都纷纷开发出不少高技术含量、 高附加值的膜用 车安全玻璃的高端 PVB。
PVB 高端新产品。
武 汉 泓 锦 旭 隆 新 材 料 有 限 公 司 2011 年1 月 投
进一步增强安全性、抗穿透性、结构完整性、太 产， 是国内第一家自主研发并生产汽车夹层玻璃
阳能量控制性、隔音性、防紫外线等特性，以取代部 PVB 膜片的企业，产品填补了国内空白。 年产能可