劉　瑩 ， 韓大明 ， 孫小會(huì)

(河南省煤氣(集團(tuán))有限責(zé)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(guó)內(nèi)外鋯材部分性能對(duì)比分析

劉瑩 ， 韓大明 ， 孫小會(huì)

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

摘要：就國(guó)內(nèi)外鋯材在化學(xué)成分、力學(xué)性能、顯微組織、高溫性能等方面進(jìn)行對(duì)比分析，得出國(guó)產(chǎn)鋯材和進(jìn)口鋯材在化學(xué)成分上基本一致，具有相同的結(jié)晶組織；同時(shí)在力學(xué)性能方面，國(guó)產(chǎn)鋯材的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度優(yōu)于進(jìn)口鋯材。因此，認(rèn)為使用國(guó)產(chǎn)鋯材代替進(jìn)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(xué)性能 ； 顯微組織

醋酸是重要的有機(jī)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(duì)苯二甲酸、氯乙酸和醋酸鹽類等產(chǎn)品。其衍生物多達(dá)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(lái)，隨著醋酸下游產(chǎn)品的消費(fèi)快速增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)醋酸的產(chǎn)量也快速增長(zhǎng)。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(duì)金屬材料具有非常強(qiáng)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?jǐn)?shù)情況下，這是因?yàn)榇姿岬膹?qiáng)腐蝕性及揮發(fā)性，多數(shù)有關(guān)醋酸的腐蝕試驗(yàn)都是在較低溫度下進(jìn)行的。在120 ℃以下不同溫度、不同醋酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)情況下，隨著溫度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，對(duì)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(shè)備則主要采用鋯材[3]。

目前，國(guó)際上鋯材加工標(biāo)準(zhǔn)由美國(guó)制定，鋯材供應(yīng)商僅美國(guó)華昌一家，造成市場(chǎng)壟斷，價(jià)格昂貴且交貨期過(guò)長(zhǎng)。與進(jìn)口鋯材相比，國(guó)產(chǎn)鋯材具有物美價(jià)廉、交貨期短的特點(diǎn)。一套20萬(wàn)t/a醋酸生產(chǎn)設(shè)備需要鋯材120 t左右，進(jìn)口鋯材價(jià)格基本上高于國(guó)內(nèi)的35%以上，用國(guó)產(chǎn)鋯材，這樣一套設(shè)備僅材料費(fèi)即可節(jié)約成本約5 000萬(wàn)元。交貨期方面，受生產(chǎn)周期、港口貨運(yùn)等因素的綜合影響，目前國(guó)外鋯材的交貨期也長(zhǎng)于國(guó)內(nèi)12個(gè)月以上[4-6]。因此，使用國(guó)產(chǎn)鋯材代替進(jìn)口鋯材用于醋酸裝置勢(shì)在必行，本文就國(guó)內(nèi)外鋯材的部分性能對(duì)比展開分析。

1實(shí)驗(yàn)鋯材選擇

我國(guó)新制定的GB/T26314-2010《鋯及鋯合金牌號(hào)和化學(xué)成分》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中確定的工業(yè)級(jí)鋯及鋯合金的牌號(hào)和美國(guó)ASME/ASTM標(biāo)準(zhǔn)中工業(yè)級(jí)牌號(hào)對(duì)應(yīng)見表1。根據(jù)該表，選擇美國(guó)華昌公司生產(chǎn)的R60702鋯材和中國(guó)寶鈦集團(tuán)生產(chǎn)的Zr-3鋯材作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。

表1　中國(guó)和美國(guó)工業(yè)級(jí)鋯牌號(hào)對(duì)應(yīng)表

2性能對(duì)比分析結(jié)果與討論

2.1　化學(xué)成分對(duì)比

從表2化學(xué)成分對(duì)比可以看出，兩種鋯材的鋯含量均在99.2%以上，其中國(guó)產(chǎn)工業(yè)級(jí)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(jìn)口鋯材基本相一致?？梢哉J(rèn)為國(guó)產(chǎn)鋯材的化學(xué)成分與國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品相當(dāng)。

表2　鋯材化學(xué)成分列表　　　　　%

2.2　力學(xué)性能對(duì)比

表3　兩種鋯材板材、管材力學(xué)性能

通過(guò)兩種鋯材的板材和管材力學(xué)性能對(duì)比結(jié)果可以看出，國(guó)產(chǎn)板材的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均高于進(jìn)口板材，但是伸長(zhǎng)率略有減小。管材的力學(xué)性能數(shù)據(jù)相當(dāng)。

2.3　顯微組織對(duì)比

圖1是美國(guó)華昌公司工業(yè)級(jí)R60702鋯板材及管材顯微組織。

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

圖1美國(guó)華昌R60702鋯板材、管材顯微組織

圖2　國(guó)產(chǎn)工業(yè)級(jí)Zr-3板材顯微組織

圖3　國(guó)產(chǎn)工業(yè)級(jí)Zr-3管材顯微組織

由圖1~3可見，美國(guó)華昌公司鋯板材、管材與寶鈦集團(tuán)工業(yè)級(jí)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(dāng)。

2.4　高溫性能對(duì)比

為了進(jìn)一步驗(yàn)證國(guó)產(chǎn)鋯材與進(jìn)口鋯材的性能，又進(jìn)行了鋯材高溫性能的對(duì)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(xué)性能

圖4　R60702鋯材的高溫強(qiáng)度圖

圖5　Zr-3鋯材的高溫強(qiáng)度圖

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

通過(guò)國(guó)產(chǎn)工業(yè)級(jí)Zr-3板材、管材與美國(guó)華昌公司生產(chǎn)的R60702板材、管材進(jìn)行化學(xué)成分、力學(xué)性能及顯微組織、高溫性能的對(duì)比，說(shuō)明國(guó)產(chǎn)寶鈦集團(tuán)工業(yè)級(jí)Zr-3板材及管材與美國(guó)華昌公司生產(chǎn)的R60702板材及管材的質(zhì)量水平相當(dāng)，已經(jīng)達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品水平。

3結(jié)論

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

參考文獻(xiàn)：

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

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

作者簡(jiǎn)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(hào)：TQ050.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1003-3467(2015)05-0050-03