孟慶林

（山東理工職業(yè)學院，山東濟寧 272000）

材料選擇在化工設備設計中的應用

孟慶林

（山東理工職業(yè)學院，山東濟寧 272000）

闡述材料選擇和應用在化工設備設計中發(fā)揮的作用，分析化工設備設計中的材料選擇，提出幾點強化化工設備設計中材料選擇應用的途徑。

材料選擇；化工設備；設計

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.12.19

0 前言

化工設備的質(zhì)量對化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重要的影響，對化工設備的選配要考量化工生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，適應化工生產(chǎn)的實際需求。如何設計和選取適用的化工設備促進化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是相關業(yè)者長久的研究課題。

1 材料選擇和應用在化工設備設計中的作用

在化工生產(chǎn)中，化工設備的選取對整個生產(chǎn)流程都有著重要的影響，設備的安全性和適用性對生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定都有著積極的促進作用。由于化工生產(chǎn)的專業(yè)性和技術性，對化工設備選取不當會對化工企業(yè)和人員造成經(jīng)濟損失和人身傷害。因此，在化工設備的設計中，對設備材料進行科學、合理選擇是至關重要的。在進行化工設備材料的選擇和應用時，要考量設備的安全性、可靠性，以及化工生產(chǎn)中的各項環(huán)境因素和變量，對設備材料進行謹慎、合理的選擇[1]?；ぴO備設計材料選擇對企業(yè)經(jīng)濟效益和生產(chǎn)安全都有著重要的影響，合理的設備材料選取能夠為安全生產(chǎn)和企業(yè)獲取經(jīng)濟效益提供保障。

2 化工設備設計中的材料選擇

化工生產(chǎn)過程是經(jīng)過化學反應將原料轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的工藝過程，具有很強的專業(yè)性和技術性，生產(chǎn)中的使用的原料和化學反應具有一定的危險性。因此，對化工設備的材料選擇要綜合考量化工生產(chǎn)的安全性和經(jīng)濟效益，做出科學、準確的選擇。通常來說，化工設備材料分為金屬材料和非金屬材料兩大類。

2.1 金屬材料的選擇

2.1.1 碳鋼

在當今的化工領域中，碳鋼由于自身優(yōu)秀的力學性能和耐腐蝕性，在化工設備的設計中被廣泛應用。首先碳鋼自身的整體性能十分良好，在一般環(huán)境下能夠具有較好的使用效果，且碳鋼資源相對豐富，經(jīng)濟效益比較可觀，可以在化工設備設計中被廣泛應用。此外，碳鋼在進行合理的涂層防腐處理后，例如環(huán)氧煤瀝青防腐和PBE環(huán)氧粉末防腐，在常溫環(huán)境下對H2SO4等具有良好的抗腐蝕性，可以長期使用。

2.1.2 不銹鋼

化工生產(chǎn)中極易產(chǎn)生酸、堿等活性較強的氣體，對化工設備具有很強的腐蝕，化工設備的防腐蝕性不能達到要求，會使設備的使用壽命大大減少，對企業(yè)經(jīng)濟效益造成損失。不銹鋼材料具有很強的抗腐蝕性，還能夠有效避免鐵離子造成的污染，在化工設備的設計中可以被廣泛應用[2]。但是，對不銹鋼材料的抗腐蝕性進行利用的同時，也要注意不銹鋼材料硬度低、耐磨性差的缺點，避免盲目使用，造成設備被化工生產(chǎn)中沖刷腐蝕造成的損害。要綜合考量不銹鋼材料的優(yōu)缺點，根據(jù)生產(chǎn)特性進行合理選取。

2.1.3 其他金屬

鈦材由于其質(zhì)量小、強度高、耐腐蝕性優(yōu)良和低溫性能好等特點，在化工設備設計中被廣泛應用。另外，合金材料在高溫環(huán)境下具有良好的抗腐蝕性，在化工設備設計中可以被合理應用。例如，鎳基合金，在氯化物環(huán)境和高溫環(huán)境中，可以被廣泛應用。

2.2 非金屬材料的選擇

2.2.1 石墨

石墨是由碳組成，材料中具有一定的孔隙，具有良好的導熱性，可以廣泛應用于熱交換器等設備器具的設計中。石墨對使用環(huán)境的要求較高，在高溫環(huán)境中，其密封性較差，更適合應用于低溫的工作環(huán)境[3]。同時，石墨的堅固性和塑性較差，容易在碰撞和工作中受到損害，不適宜應用在抗壓性較強的化工設備設計中。但石墨在一定的凝固物質(zhì)浸漬下，孔隙可以產(chǎn)生固化，具有一定的密封性，在化工設備設計中可以進行合理選取利用。

2.2.2 搪玻璃

搪玻璃具有類似玻璃的化學穩(wěn)定性和金屬強度的雙重優(yōu)點，對不同濃度的有機酸、有機溶劑等都具有很強的抗腐蝕性，在化工設備設計中可以進行合理的選用。同時，搪玻璃與力學性能優(yōu)良的碳鋼材料相結(jié)合，能夠使材料具有抗腐蝕性和力學性能的雙重優(yōu)良特性。在使用中，還要注意搪玻璃抗壓性較差、易碎、易脫瓷等缺陷，對搪玻璃進行合理的選取，盡量應用于低壓強腐的工作環(huán)境中。

2.2.3 玻璃鋼

玻璃鋼也就是纖維強化塑料，一般指用玻璃纖維增強不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂與酚醛樹脂基體。玻璃鋼具有輕質(zhì)高強、耐腐蝕、電性能和熱性能良好等優(yōu)點，可以在化工設備設計中進行合理的利用。與此同時，玻璃鋼長期耐溫性差、易老化、剛性不足等缺陷也制約了其在化工設備設計中的應用[4]。在化工設備設計中，要趨利避害，根據(jù)設備工作環(huán)境的不同合理進行玻璃鋼材料的選用。

3 強化化工設備設計中材料選擇應用的途徑

3.1 將材料的環(huán)保性與節(jié)能型性相結(jié)合

長久以來，意味地經(jīng)濟效益進行追求，導致我國化工行業(yè)中的資源枯竭現(xiàn)象日益嚴峻，化工行業(yè)的發(fā)展受到了嚴重的制約。如何開展使用節(jié)能型材料進行化工設備設計是化工行業(yè)亟待解決的問題。基于化工設備材料的嚴峻形勢，在進行材料的選擇時，要注重材料的使用性和對材料使用的效率性，更大程度地節(jié)約材料，促進化工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展?；ぴO備設計材料選擇中，要將節(jié)能、低耗的理念融入到整個過程中，對材料的節(jié)能性進行細致考量。特別是在設計中利用高效率的傳熱設備，降低化工生產(chǎn)過程中對對熱能的消耗。

環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展是社會經(jīng)濟發(fā)展的方向，只有在行業(yè)發(fā)展中始終秉承節(jié)能環(huán)保的理念才能促進行業(yè)的長遠發(fā)展。在進行化工設備設計材料選擇上，還要注重材料的綠色環(huán)保性能，促進行業(yè)的綠色發(fā)展[5]。材料選擇中對環(huán)保性能的重視，能夠有力減少化工行業(yè)生產(chǎn)中污染物的排放，進而避免在化工生產(chǎn)中對環(huán)境造成污染，實現(xiàn)生產(chǎn)進步和環(huán)境保護的雙重發(fā)展。

3.2 強化化工設備的防腐設計

化工設備的腐蝕主要是金屬腐蝕，由于化工生產(chǎn)過程中化學熱力學的自發(fā)過程，造成了化工設備受到腐蝕和損害?；ぴO備的腐蝕有的是由于輸送介質(zhì)中SO2等物質(zhì)的性質(zhì)，對設備造成化學、電力學腐蝕，且多數(shù)是溫度越高腐蝕越嚴重。另外，土壤以及其他化工原料相互作用，產(chǎn)生一定的化學反應，對化工設備造成了嚴重的腐蝕。腐蝕在化工行業(yè)十分常見，會造成設備損壞、生產(chǎn)停頓和物料流失，對資源和能源造成極大浪費，同時還會造成環(huán)境污染[6]。腐蝕的發(fā)生會使得化工企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量下降，企業(yè)經(jīng)濟效益受到巨大損害。同時，腐蝕對社會經(jīng)濟和環(huán)境保護也具有極大阻礙，能源浪費和環(huán)境污染嚴重，社會的可持續(xù)發(fā)展受到制約。

在化工生產(chǎn)中，造成腐蝕現(xiàn)象的主要因素是工作環(huán)境和生產(chǎn)物質(zhì)的影響，在進行化工設備設計材料選擇時，要通過全面考量和設計，合理選取設備材料，盡量避免腐蝕的發(fā)生。首先，要根據(jù)不同的產(chǎn)品結(jié)構對化工設備材料進行選擇，保證化工設備與產(chǎn)品結(jié)構的一致性，在設備材料選擇時，考量企業(yè)不同化工產(chǎn)品的特性，選取對產(chǎn)品抗腐蝕性強的設備材料。其次，要對化工設備運行的穩(wěn)定性和流暢性進行考量，注重化工設備使用的長效性[7]。許多化工物質(zhì)和化學反應對設備的腐蝕是緩慢而長久的，在進行化工設備設計材料選擇時，要具備長遠發(fā)展的眼光，對化工生產(chǎn)中腐蝕的避免具備長效性。最后，要注重對外力的保護和利用，強化化工設備的抗腐蝕性。在化工設備設計材料選取中要注重對防腐蝕涂層涂料的應用，通過對設備材料進行合理有效涂層，增強化工設備的抗腐蝕性。

4 結(jié)論

化工設備設計材料的合理選擇，對化工生產(chǎn)流程、化工產(chǎn)品質(zhì)量都有著積極促進作用，能夠促進化工企業(yè)經(jīng)濟效益的提升，進而促進化工行業(yè)的長效發(fā)展。在化工設備設計材料選擇和應用中，要注重將材料的環(huán)保性能和節(jié)能性能進行結(jié)合，并強化對化工設備防腐蝕性的設計，促進化工設備的長效應用。在化工設備設計材料選擇中，根據(jù)不同材料的特性以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的特點進行合理選擇，才能使化工設備適應新時代下化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求，促進我國化工產(chǎn)業(yè)的進步。

［1］趙璐琪.化工工程設備管道與材料優(yōu)化設計研究［J］.化工管理，2017，14（12）：207.

［2］趙合楠.化工設備設計中的腐蝕問題研究與分析［J］.化工設計通訊，2017，43（3）：94-95.

［3］高路，姚璐.化工設備設計中材料的選擇及應用分析［J］.科技經(jīng)濟導刊，2016，22（35）：65.

［4］王蔚.化工機械設計中材料分析［J］.城市建設理論研究（電子版），2016，18（22）：159-160.

［5］時培玉.淺析化工機械設計中材料的選擇和應用［J］.化工管理，2015，20（21）：150.

［6］郭桂榮.淺談煤化工設備設計材料的選擇［J］.化工管理，2015，21（5）：11.

［7］程飛.化工設備材料腐蝕壽命預測系統(tǒng)的若干研究［J］.企業(yè)技術開發(fā)，2016，35（14）：171-172.

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〔編輯 凌 瑞〕