關(guān)于化工機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇與應(yīng)用探討

陳強(qiáng)

摘要：化工機(jī)械已經(jīng)在我國(guó)的化工生產(chǎn)中占據(jù)了重要的地位，化工機(jī)械設(shè)備的性能，尤其是其工作效率以及使用壽命都會(huì)對(duì)化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益造成重要影響。而材料的選擇與應(yīng)用作為化工機(jī)械設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容之一，對(duì)化工機(jī)械設(shè)備的性能以及使用壽命有著直接的影響，需要引起我們充分的重視。

關(guān)鍵詞：化工機(jī)械設(shè)計(jì)；材料選擇；材料應(yīng)用

1引言

隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，我國(guó)的化工產(chǎn)業(yè)也取得了飛速的發(fā)展和進(jìn)步，當(dāng)前應(yīng)用到化工生產(chǎn)中的機(jī)械設(shè)備無(wú)論從數(shù)量上還是從種類上都較過(guò)去有了一個(gè)顯著的提高，這一方面提高了化工生產(chǎn)的效率，但同時(shí)也對(duì)化工機(jī)械的性能提出了更高的要求?，F(xiàn)階段，化工機(jī)械已經(jīng)在我國(guó)的化工生產(chǎn)中占據(jù)了重要的地位，化工機(jī)械設(shè)備的性能，尤其是其工作效率以及使用壽命都會(huì)對(duì)化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益造成重要影響。

因?yàn)榛どa(chǎn)的特殊性，決定了化工機(jī)械設(shè)備往往長(zhǎng)期處于一個(gè)比較密閉的工廠環(huán)境中，如果機(jī)械設(shè)備本身的材料再應(yīng)用地不合理，那么就可能導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，進(jìn)而對(duì)機(jī)械設(shè)備的工作效率以及使用壽命造成嚴(yán)重的不利影響。鑒于此，我們必須加強(qiáng)對(duì)化工機(jī)械材料的選擇與應(yīng)用問(wèn)題的研究，通過(guò)合理選擇與應(yīng)用材料來(lái)提高化工機(jī)械設(shè)備的防腐能力，以為化工生產(chǎn)工作的正常開(kāi)展提供充分的保障。

2化工機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇

2.1金屬材料的選擇

1.碳鋼的選擇

在當(dāng)前應(yīng)用到各領(lǐng)域工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備當(dāng)中，碳鋼憑借其優(yōu)良的力學(xué)性能以及對(duì)環(huán)境腐蝕要求比較低的特性，在機(jī)械設(shè)計(jì)中取得了廣泛的應(yīng)用，化工機(jī)械設(shè)備自然也不例外。碳鋼在常溫下對(duì)液氨、濃硫酸以及NaOH溶液都具有良好的承裝效果，所以在化工生產(chǎn)中，可以選擇碳鋼作為那些低濃度的濃硫酸、NaOH 溶液及含水量較低的液氨機(jī)械的材料。與其他金屬材料相比，碳鋼的價(jià)格比較低而且資源豐富，所以取得了廣泛的應(yīng)用，即使對(duì)于那些對(duì)抗腐蝕性能要求比較高的化工機(jī)械設(shè)備，也可以選擇碳鋼材料并噴涂不銹鋼等措施后加以使用。

2.不銹鋼的選擇

因?yàn)榛どa(chǎn)的特殊性，所以化工機(jī)械設(shè)備在日常使用過(guò)程中將不可避免地會(huì)接觸到酸、堿、鹽等各類活性氣體，如果機(jī)械設(shè)備材料的防腐蝕性能又不夠好，那么設(shè)備的性能以及使用壽命必然會(huì)遭受嚴(yán)重影響。在這種背景下，不銹鋼在當(dāng)前的化工機(jī)械設(shè)計(jì)中取得非常廣泛的應(yīng)用。不銹鋼不僅具有良好的抗腐蝕性能，而且還能有效避免鐵離子的污染，因而正逐漸成為化工機(jī)械設(shè)計(jì)中所普遍采用的一種金屬材料。

3.其他金屬材料的選擇

除了碳鋼和不銹鋼材料外，欽材和合金也是在化工機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用比較多的金屬材料。一般而言，欽合金具有高比強(qiáng)度、高耐蝕性能等優(yōu)點(diǎn)，可用于氯化鹽、氯化物和強(qiáng)堿等場(chǎng)合使用的化工設(shè)備；而鎳基合金則多用于那些對(duì)抗腐蝕性能要求非常高且工作在高溫條件下的機(jī)械設(shè)備。

2.2非金屬材料的選擇

1.石墨的選擇

石墨在經(jīng)過(guò)一定的處理后可以形成不透性石墨，而不透性石墨在溫度低于160℃、壓力低于0.5Mpa的條件下可以長(zhǎng)期適用，并且具有良好的抗腐蝕性能，可以用于絕大多數(shù)化工生產(chǎn)場(chǎng)合，對(duì)大部分腐蝕環(huán)境也都具有良好的適用性，例如沸點(diǎn)的稀硫酸、氫氟酸、鹽酸等。此外，石墨材料還具有良好的熱傳導(dǎo)性，所以在制作熱交換器時(shí)也使用地較多。但同時(shí)我們也應(yīng)該看到，石墨材料的塑性以及抗拉強(qiáng)度都比較差，所以為了防止以石墨材料為主的化工機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)損壞，一般需要使用其他金屬材料制作設(shè)備外殼。

2.搪玻璃的選擇

搪玻璃對(duì)各種濃度的無(wú)機(jī)酸、有機(jī)酸、有機(jī)溶劑及弱堿等介質(zhì)均有極強(qiáng)抗腐性，通過(guò)將其與具有良好力學(xué)性能的碳鋼材料相結(jié)合使用，可以得到良好的抗腐蝕性以及力學(xué)性能，是當(dāng)前化工機(jī)械設(shè)計(jì)中的一個(gè)研究和應(yīng)用熱點(diǎn)。當(dāng)然，搪玻璃設(shè)備也存在一些缺點(diǎn)，如在遭受機(jī)械沖擊時(shí)極易發(fā)生破碎，在驟冷和驟熱的變化過(guò)程中還可能發(fā)生脫瓷的問(wèn)題等，這些缺點(diǎn)在選擇應(yīng)用搪玻璃材料時(shí)應(yīng)該加以重視。

3.玻璃鋼及塑料材料的選擇

玻璃鋼是一種增強(qiáng)型塑料，其相對(duì)密度在1.5～2.0之間，抗腐蝕性能優(yōu)良，對(duì)水、大氣以及普通濃度的酸、堿、鹽以及多種油類和溶劑都具有良好的抵抗能力?，F(xiàn)階段，在化工機(jī)械設(shè)計(jì)中，經(jīng)常使用玻璃鋼來(lái)作為通風(fēng)管路、涼水塔外殼以及鹽酸貯灌的材料，但玻璃鋼材料也具有一些缺點(diǎn)，如其不能用作高溫工作條件下的化工機(jī)械設(shè)備等。

3化工機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的應(yīng)用

1.追求適用性與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一

在化工機(jī)械設(shè)計(jì)中，材料的應(yīng)用要追求適用性與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。一方面，在機(jī)械設(shè)計(jì)中，材料的應(yīng)用應(yīng)以化工機(jī)械的制造工藝為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)機(jī)械設(shè)備制造加工工藝的不同，應(yīng)選擇合適的材料。如切削工藝要求材料的應(yīng)用應(yīng)當(dāng)符合切削作業(yè)的可操作性特征；鑄造工藝要求材料的應(yīng)用應(yīng)當(dāng)向高吸氣、高收縮、高流動(dòng)方向轉(zhuǎn)變等。另一方面還應(yīng)強(qiáng)調(diào)材料應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性，有些材料雖然各方面性能都非常好，但其成本較高，全部采用可能會(huì)大幅度增加化工機(jī)械設(shè)備的成本，此時(shí)不妨在一些關(guān)鍵接觸部位使用性能較高的材料，而其他部位選擇性能較好而成本又較低的材料，以最大限度地對(duì)化工機(jī)械設(shè)備的加工制造成本進(jìn)行控制。

2.做好防腐保護(hù)

在進(jìn)行防腐處理時(shí)，首先要從材料的選擇以及加工工藝上進(jìn)行設(shè)計(jì)。如選擇耐腐蝕性較強(qiáng)的材料，盡量減少形狀非常復(fù)雜、易于積塵的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，從而達(dá)到減緩腐蝕發(fā)生的目的。具體而言，化工機(jī)械設(shè)計(jì)中的防腐保護(hù)需要重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：（1）設(shè)備的結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單化。避免化工機(jī)械設(shè)備及其零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)于復(fù)雜，要對(duì)結(jié)構(gòu)盡量進(jìn)行簡(jiǎn)化，同時(shí)避免零部件裝配時(shí)出現(xiàn)縫隙。（2）涂抹防銹漆?；C(jī)械設(shè)備的表面應(yīng)涂抹質(zhì)量較好的防銹漆。（3）確保不存在水汽淤積現(xiàn)象。在對(duì)化工機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，盡量避免出現(xiàn)凹孔，有的設(shè)備考慮到工作特性應(yīng)設(shè)置專門的排水系統(tǒng)，以盡量減少水汽的淤積。（4）保證工作的連貫性?；C(jī)械設(shè)備在加工制造過(guò)程中可能需要用到焊接工藝，此時(shí)一定確保焊接的連貫性，避免因焊接不連貫而造成的質(zhì)量缺陷發(fā)生?，F(xiàn)實(shí)中，機(jī)械加工制造過(guò)程中的不連貫之處往往可能成為缺陷點(diǎn)，而這些缺陷點(diǎn)恰恰是腐蝕容易發(fā)生的位置。（5）合理化的防腐處理。由于化工機(jī)械設(shè)備的縫隙處非常容易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，所以除了需要在設(shè)計(jì)階段避免裝配縫隙的出現(xiàn)外，在零部件間的主要結(jié)合位置應(yīng)該進(jìn)行一些合理化的防腐處理，以有效防止縫隙處腐蝕問(wèn)題的出現(xiàn)。

3.強(qiáng)調(diào)節(jié)能性和環(huán)保性

近年來(lái)，我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)水平取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但這同時(shí)也造成了對(duì)環(huán)境資源的大量消耗，當(dāng)前應(yīng)用于化工機(jī)械設(shè)計(jì)中的很多材料的儲(chǔ)量已經(jīng)極其稀少，有的甚至可能已經(jīng)被開(kāi)采殆盡。這就要求我們?cè)谶M(jìn)行化工機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，要將材料應(yīng)用的環(huán)保節(jié)能性考慮在內(nèi)，不能一味地只追求化工機(jī)械的使用性能和工作效率，以達(dá)到促進(jìn)化工產(chǎn)業(yè)乃至于整個(gè)社會(huì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目的。

4結(jié)束語(yǔ)

化工機(jī)械設(shè)備在化工生產(chǎn)中發(fā)揮著不可替代的作用，其使用性能和壽命對(duì)化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有著非常重要的影響。而材料的選擇與應(yīng)用作為化工機(jī)械設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容之一，對(duì)化工機(jī)械設(shè)備的性能以及使用壽命有著直接的影響，需要引起我們充分的重視。

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