用于醋酸裝置的國內(nèi)外鋯材部分性能對比分析

劉　瑩 ， 韓大明 ， 孫小會

(河南省煤氣(集團)有限責任公司 義馬氣化廠 ， 河南 義馬　472300)

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用于醋酸裝置的國內(nèi)外鋯材部分性能對比分析

劉瑩 ， 韓大明 ， 孫小會

(河南省煤氣(集團)有限責任公司 義馬氣化廠 ， 河南 義馬472300)

摘要：就國內(nèi)外鋯材在化學成分、力學性能、顯微組織、高溫性能等方面進行對比分析，得出國產(chǎn)鋯材和進口鋯材在化學成分上基本一致，具有相同的結(jié)晶組織；同時在力學性能方面，國產(chǎn)鋯材的抗拉強度和屈服強度優(yōu)于進口鋯材。因此，認為使用國產(chǎn)鋯材代替進口鋯材用于醋酸裝置是完全可行的。

關(guān)鍵詞：醋酸裝置 ； 鋯材 ； 力學性能 ； 顯微組織

醋酸是重要的有機化工原料之一，主要用于生產(chǎn)醋酸乙烯、醋酐、醋酸纖維素、醋酸酯類、對苯二甲酸、氯乙酸和醋酸鹽類等產(chǎn)品。其衍生物多達幾百種，廣泛用于化工、輕工、紡織、醫(yī)藥、印染、橡膠、農(nóng)藥、電子、食品等領(lǐng)域[1]。近年來，隨著醋酸下游產(chǎn)品的消費快速增長，國內(nèi)醋酸的產(chǎn)量也快速增長。目前醋酸的工業(yè)化生產(chǎn)有四種方法：輕烴液相氧化法、乙醛氧化法、乙烯直接氧化和甲醇羰基合成法，其中甲醇羰基合成法約占70%。

醋酸對金屬材料具有非常強的腐蝕性，一般工業(yè)常用的不銹鋼很難抵抗醋酸的腐蝕[2]，尤其是在高溫、高質(zhì)量分數(shù)情況下，這是因為醋酸的強腐蝕性及揮發(fā)性，多數(shù)有關(guān)醋酸的腐蝕試驗都是在較低溫度下進行的。在120 ℃以下不同溫度、不同醋酸質(zhì)量分數(shù)情況下，隨著溫度、質(zhì)量分數(shù)的增加，對金屬材料抗腐蝕性能要求越高。在羰基合成法醋酸裝置中，由于存在很多高溫工況，并且除醋酸腐蝕外，還存在碘腐蝕。因此，120 ℃以上的醋酸設備則主要采用鋯材[3]。

目前，國際上鋯材加工標準由美國制定，鋯材供應商僅美國華昌一家，造成市場壟斷，價格昂貴且交貨期過長。與進口鋯材相比，國產(chǎn)鋯材具有物美價廉、交貨期短的特點。一套20萬t/a醋酸生產(chǎn)設備需要鋯材120 t左右，進口鋯材價格基本上高于國內(nèi)的35%以上，用國產(chǎn)鋯材，這樣一套設備僅材料費即可節(jié)約成本約5 000萬元。交貨期方面，受生產(chǎn)周期、港口貨運等因素的綜合影響，目前國外鋯材的交貨期也長于國內(nèi)12個月以上[4-6]。因此，使用國產(chǎn)鋯材代替進口鋯材用于醋酸裝置勢在必行，本文就國內(nèi)外鋯材的部分性能對比展開分析。

1實驗鋯材選擇

我國新制定的GB/T26314-2010《鋯及鋯合金牌號和化學成分》國家標準中確定的工業(yè)級鋯及鋯合金的牌號和美國ASME/ASTM標準中工業(yè)級牌號對應見表1。根據(jù)該表，選擇美國華昌公司生產(chǎn)的R60702鋯材和中國寶鈦集團生產(chǎn)的Zr-3鋯材作為實驗對象。

表1　中國和美國工業(yè)級鋯牌號對應表

2性能對比分析結(jié)果與討論

2.1　化學成分對比

從表2化學成分對比可以看出，兩種鋯材的鋯含量均在99.2%以上，其中國產(chǎn)工業(yè)級鋯材Fe+Cr含量稍低，Hf元素含量較高，但其O、C、N、H的含量與進口鋯材基本相一致?？梢哉J為國產(chǎn)鋯材的化學成分與國外進口產(chǎn)品相當。

表2　鋯材化學成分列表　　　　　%

2.2　力學性能對比

表3　兩種鋯材板材、管材力學性能

通過兩種鋯材的板材和管材力學性能對比結(jié)果可以看出，國產(chǎn)板材的抗拉強度和屈服強度均高于進口板材，但是伸長率略有減小。管材的力學性能數(shù)據(jù)相當。

2.3　顯微組織對比

圖1是美國華昌公司工業(yè)級R60702鋯板材及管材顯微組織。

國產(chǎn)寶鈦集團的工業(yè)級Zr-3鋯板材、管材的顯微組織如圖2、圖3所示。

圖1美國華昌R60702鋯板材、管材顯微組織

圖2　國產(chǎn)工業(yè)級Zr-3板材顯微組織

圖3　國產(chǎn)工業(yè)級Zr-3管材顯微組織

由圖1~3可見，美國華昌公司鋯板材、管材與寶鈦集團工業(yè)級Zr-3鋯板材、管材顯微組織均為再結(jié)晶組織，兩者組織相當。

2.4　高溫性能對比

為了進一步驗證國產(chǎn)鋯材與進口鋯材的性能，又進行了鋯材高溫性能的對比，結(jié)果如表4所示，由此得出的曲線圖，如圖4、5所示。

表4　兩種鋯材典型的高溫力學性能

圖4　R60702鋯材的高溫強度圖

圖5　Zr-3鋯材的高溫強度圖

不同溫度下的力學性能數(shù)據(jù)表明，隨著溫度的升高，鋯材的拉伸強度和屈服強度呈現(xiàn)出下降趨勢且國產(chǎn)鋯材的高溫性能優(yōu)于進口鋯材。

通過國產(chǎn)工業(yè)級Zr-3板材、管材與美國華昌公司生產(chǎn)的R60702板材、管材進行化學成分、力學性能及顯微組織、高溫性能的對比，說明國產(chǎn)寶鈦集團工業(yè)級Zr-3板材及管材與美國華昌公司生產(chǎn)的R60702板材及管材的質(zhì)量水平相當，已經(jīng)達到國外同類產(chǎn)品水平。

3結(jié)論

通過兩種鋯材對比國產(chǎn)鋯材和進口鋯材在化學成分上基本一致，具有相同的結(jié)晶組織；同時在力學性能方面，國產(chǎn)鋯材的抗拉強度和屈服強度優(yōu)于進口鋯材。因此，使用國產(chǎn)鋯材代替進口鋯材用于醋酸裝置建設是可行的。這不僅可以擺脫長期依靠國外進口產(chǎn)品，節(jié)省投資，而且還能促進我國自身鋯材行業(yè)的發(fā)展。 國產(chǎn)鋯材在醋酸行業(yè)的應用前景將十分光明。

參考文獻：

[1]邵守言，夏景峰.中國醋酸行業(yè)現(xiàn)狀及形勢分析[J].精細化工原料及中間體，2010(10)：5-9.

[2]李獻軍. 工業(yè)級鋯的耐蝕性及其在醋酸工業(yè)中的應用[J].中國鈦業(yè)，2011(4)：3-6.

[3]王華，陳鵬.醋酸裝置中的特殊材料[J].石油化工自動化，2007(5)：26-31.

[4]吝媛，劉紅理，夏峰.鋯材在醋酸行業(yè)的應用前景[J].精細化工原料及中間體，2012(2)：8-10.

[5]李獻軍，夏峰，文志剛,等.工業(yè)純鋯產(chǎn)品的性能和應用[J].精細化工原料及中間體， 2010(2)：3-7.

[6]康彥，陳婷婷，季琳,等.國產(chǎn)鋯材在醋酸項目中的成功應用及展望[J]. 精細化工原料及中間體，2011(10)：14-16.

作者簡介：劉瑩(1984-)，女，工程師，從事煤化工技術(shù)研究開發(fā)，電話：15890901918。

收稿日期：2015-02-19

中圖分類號：TQ050.41

文獻標識碼：B

文章編號：1003-3467(2015)05-0050-03