淺析如何做好化工設(shè)備材料的選擇

張秀鵬 劉義乾

摘 要：化工的生產(chǎn)過程復(fù)雜繁瑣，難于操作。并且在化工生產(chǎn)中的大多數(shù)物質(zhì)都有毒、有害、有腐蝕性，因此就必須要做好化工設(shè)備的選擇工作?；ぴO(shè)備材料的選擇對于化工生產(chǎn)的安全性和經(jīng)濟(jì)性具有決定意義，本文從化工設(shè)備材料的特性進(jìn)行剖析，來闡述應(yīng)該如何進(jìn)行化工設(shè)備材料的選擇。

關(guān)鍵詞：化工設(shè)備；材料選擇；經(jīng)濟(jì)型；安全性

由于化工生產(chǎn)的復(fù)雜性和危險性，化工設(shè)備材料的選擇必須要以確保化工設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行為前提條件。使用的可靠性和穩(wěn)定性是進(jìn)行化工設(shè)備選擇時的首要考慮因素，不同的設(shè)備具有不同的特性。在制作化工設(shè)備時可供選擇的材料主要是金屬和非金屬這兩大類；在金屬材料中主要有碳鋼、不銹鋼等其他材料；非金屬材料則包含了塑料、玻璃鋼、搪瓷、石墨等。通過對各種材料的介紹，說明每種材料的優(yōu)缺點(diǎn)，以供選擇。

一、金屬材料

金屬材料就是由金屬元素或以金屬元素為主要材料構(gòu)成的具有金屬特性的材料的總稱，包含了純金屬、合金、金屬材料金屬間化合物和特種金屬材料等，但是要注意的是金屬氧化物并不是金屬材料的范疇。在制備化工設(shè)備時經(jīng)常使用的金屬材料就是碳鋼、不銹鋼等，因此做出相應(yīng)的介紹。

1.碳鋼

在化工生產(chǎn)中使用最多的金屬材料就是碳鋼，碳鋼的力學(xué)性能優(yōu)良，如果對于環(huán)境腐蝕要求不嚴(yán)格的情況下可以考慮選擇使用碳鋼。在常溫下，碳鋼經(jīng)常會裝盛NaOH溶液、濃硫酸、液氨效果最好。通常情況下，在化工生產(chǎn)中，如果NaOH溶液、濃硫酸的濃度較低，以及含水量較低的液氨設(shè)備選材都是碳鋼。碳鋼容器盛裝不同濃度的NaOH溶液會產(chǎn)生不同的溫度。

就我國的資源狀況而言，碳鋼資源豐富，價格低廉，在腐蝕性能比較嚴(yán)重的時候，可以通過噴涂不銹鋼、襯里防腐加以使用的方法。一般情況下在進(jìn)行化工容器設(shè)計時，選用不銹鋼、鈦材的情況下，設(shè)備的厚度大于12mm，都會采用襯不銹鋼、襯鐵，在基層會選用碳鋼的方法來減少設(shè)備的材料費(fèi)用，降低成本。假設(shè)有一化工設(shè)備容器內(nèi)氯離子的含量是15%，容器內(nèi)的溫度為200℃碳鋼在這種情形下容易腐蝕且情況嚴(yán)重。通過材質(zhì)試驗(yàn)，證明TA2在條件下耐腐蝕性強(qiáng)，設(shè)備的設(shè)計壁厚在40mm左右。如果使用TA2材料進(jìn)行制作，價格高會增加成本，所以可以采用鈦襯里的復(fù)合板，這樣設(shè)備的性能優(yōu)良而且降低了設(shè)備的材料費(fèi)用減少成本開支。

2.不銹鋼

在化工生產(chǎn)中，化工設(shè)備都是在酸、堿、鹽和各種活性氣體等介質(zhì)中工作，因?yàn)楦g的原因會導(dǎo)致設(shè)備失效，所以就在化工設(shè)備的制備中大量的使用不銹鋼。在介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)、防鐵離子污染的情況下會選用不銹鋼材料。在這其中奧氏體不銹鋼焊接性能優(yōu)良，在化工生產(chǎn)中使用頻率較高，經(jīng)常會使用304不銹鋼、321不銹鋼、316L不銹鋼。

3.其他金屬材料

除了碳鋼和不銹鋼之外，鈦材、合金在化工生產(chǎn)中也會常常用到，經(jīng)常使用在鈦及鈦合金耐腐蝕性優(yōu)良，在強(qiáng)酸、氯化合物、氧化鹽等場合中。鎳基合金在化工生產(chǎn)中一般會用于中高溫條件下和嚴(yán)重腐蝕的條件下。例如在天然氣制氫工藝中使用的溫變爐、廢熱鍋爐設(shè)備，在使用溫度300℃以上，并存在氫腐蝕，采用鎳基合金，不僅可耐高溫還具有良好的抗氫腐蝕特性。

二、非金屬材料

1.石墨

石墨是在焦炭經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)后形成的，具有微孔的特性。石墨設(shè)備在腐蝕性強(qiáng)的環(huán)境下能夠很好地耐腐蝕加長使用時長，除此之外石墨設(shè)備還具有良好的傳熱性是碳鋼傳熱系數(shù)的兩倍之多，會被用來制作換熱器。石墨設(shè)備也具有塑性、抗拉強(qiáng)度差的缺點(diǎn)，因此可以用于制作設(shè)備的殼體，會對設(shè)備起到保護(hù)作用防止設(shè)備損壞。

2.搪玻璃

對搪玻璃襯層和以碳鋼為主體材質(zhì)的設(shè)備的總稱。在對各種濃度的無機(jī)酸、有機(jī)酸、有機(jī)溶劑和弱堿等介質(zhì)時搪玻璃具有較強(qiáng)的耐腐蝕性。由于搪玻璃設(shè)備具備了良好耐腐蝕性、優(yōu)良的力學(xué)性能的特點(diǎn)，所以在化工生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。

每個事物都不是完美的，搪玻璃也是一樣的，主要有：搪玻璃層容易受機(jī)械撞擊而破碎、在急速變熱和急速降溫變冷的時候容易出現(xiàn)脫瓷現(xiàn)象。另外因?yàn)樘虏ＡЧ艿揽诖嬖诿芊鈫栴}，因此使用壓力不宜超過1.0MPa。

3.玻璃鋼和塑料

玻璃設(shè)備的耐高溫性極差，但是由于玻璃鋼樹脂基體的不同而存在著差異，所以普通的環(huán)氧樹脂玻璃鋼設(shè)備在使用時溫度不易超過60℃。在化工生產(chǎn)中常用的塑料材料有PP和PVC。在60℃以下時可以選用PVC來制作水管或是儲存槽。在100℃以下，可以用PP在化工中制作熱水槽或用于酸性和堿性物質(zhì)的存儲。

三、結(jié)語

在通常情況下，金屬材料具有很好的力學(xué)性能、機(jī)械加工性能以及傳熱速度快等優(yōu)良性能因此適用于制作各種設(shè)備；非金屬材料雖然具有耐腐蝕性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但是同時也具有強(qiáng)度低、不易傳熱、使用溫度和壓力的范圍過小等缺點(diǎn)，因此在使用上受到了諸多限制。在進(jìn)行化工生產(chǎn)時，一種介質(zhì)或工況下可控選擇的設(shè)備材料是多種多樣的。在進(jìn)行實(shí)際選材時，需要根據(jù)材料的性能、價格和工況綜合考慮，做到統(tǒng)籌全局。

參考文獻(xiàn)：

[1]化工設(shè)備設(shè)計全書編委會，化工容器[M]，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[2]鄧建國，化工設(shè)備材料的選擇[J]，廣東化工，2012（06）306—309.