化工機械設(shè)計中材料的選擇與應用探討

李秀秀

摘 要：化工機械已經(jīng)在我國的化工生產(chǎn)中占據(jù)了重要的地位，化工機械設(shè)備的性能，尤其是其工作效率以及使用壽命都會對化工企業(yè)的經(jīng)濟效益造成重要影響。而材料的選擇與應用作為化工機械設(shè)計的關(guān)鍵內(nèi)容之一，對化工機械設(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：化工機械設(shè)計；材料選擇；材料應用

1 引言

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

因為化工生產(chǎn)的特殊性，決定了化工機械設(shè)備往往長期處于一個比較密閉的工廠環(huán)境中，如果機械設(shè)備本身的材料再應用地不合理，那么就可能導致機械設(shè)備發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，進而對機械設(shè)備的工作效率以及使用壽命造成嚴重的不利影響。鑒于此，我們必須加強對化工機械材料的選擇與應用問題的研究，通過合理選擇與應用材料來提高化工機械設(shè)備的防腐能力，以為化工生產(chǎn)工作的正常開展提供充分的保障。

2 化工機械設(shè)計中材料的選擇

2.1 金屬材料的選擇

（1）碳鋼的選擇。在當前應用到各領(lǐng)域工業(yè)生產(chǎn)的機械設(shè)備當中，碳鋼憑借其優(yōu)良的力學性能以及對環(huán)境腐蝕要求比較低的特性，在機械設(shè)計中取得了廣泛的應用，化工機械設(shè)備自然也不例外。碳鋼在常溫下對液氨、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械的材料。與其他金屬材料相比，碳鋼的價格比較低而且資源豐富，所以取得了廣泛的應用，即使對于那些對抗腐蝕性能要求比較高的化工機械設(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。因為化工生產(chǎn)的特殊性，所以化工機械設(shè)備在日常使用過程中將不可避免地會接觸到酸、堿、鹽等各類活性氣體，如果機械設(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遭受嚴重影響。在這種背景下，不銹鋼在當前的化工機械設(shè)計中取得非常廣泛的應用。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械設(shè)計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械設(shè)計中應用比較多的金屬材料。一般而言，欽合金具有高比強度、高耐蝕性能等優(yōu)點，可用于氯化鹽、氯化物和強堿等場合使用的化工設(shè)備；而鎳基合金則多用于那些對抗腐蝕性能要求非常高且工作在高溫條件下的機械設(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)場合，對大部分腐蝕環(huán)境也都具有良好的適用性，例如沸點的稀硫酸、氫氟酸、鹽酸等。此外，石墨材料還具有良好的熱傳導性，所以在制作熱交換器時也使用地較多。但同時我們也應該看到，石墨材料的塑性以及抗拉強度都比較差，所以為了防止以石墨材料為主的化工機械設(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。搪玻璃對各種濃度的無機酸、有機酸、有機溶劑及弱堿等介質(zhì)均有極強抗腐性，通過將其與具有良好力學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性能，是當前化工機械設(shè)計中的一個研究和應用熱點。當然，搪玻璃設(shè)備也存在一些缺點，如在遭受機械沖擊時極易發(fā)生破碎，在驟冷和驟熱的變化過程中還可能發(fā)生脫瓷的問題等，這些缺點在選擇應用搪玻璃材料時應該加以重視。

（3）玻璃鋼及塑料材料的選擇。 玻璃鋼是一種增強型塑料，其相對密度在1.5～2.0之間，抗腐蝕性能優(yōu)良，對水、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，在化工機械設(shè)計中，經(jīng)常使用玻璃鋼來作為通風管路、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，如其不能用作高溫工作條件下的化工機械設(shè)備等。

2.3 化工機械設(shè)計中材料的應用

（1）追求適用性與經(jīng)濟性的統(tǒng)一。在化工機械設(shè)計中，材料的應用要追求適用性與經(jīng)濟性的統(tǒng)一。一方面，在機械設(shè)計中，材料的應用應以化工機械的制造工藝為標準，根據(jù)機械設(shè)備制造加工工藝的不同，應選擇合適的材料。如切削工藝要求材料的應用應當符合切削作業(yè)的可操作性特征；鑄造工藝要求材料的應用應當向高吸氣、高收縮、高流動方向轉(zhuǎn)變等。另一方面還應強調(diào)材料應用的經(jīng)濟性，有些材料雖然各方面性能都非常好，但其成本較高，全部采用可能會大幅度增加化工機械設(shè)備的成本，此時不妨在一些關(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，以最大限度地對化工機械設(shè)備的加工制造成本進行控制。

（2）做好防腐保護。在進行防腐處理時，首先要從材料的選擇以及加工工藝上進行設(shè)計。如選擇耐腐蝕性較強的材料，盡量減少形狀非常復雜、易于積塵的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計等，從而達到減緩腐蝕發(fā)生的目的。具體而言，化工機械設(shè)計中的防腐保護需要重點考慮以下幾個方面的問題：①設(shè)備的結(jié)構(gòu)盡量簡單化。避免化工機械設(shè)備及其零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計過于復雜，要對結(jié)構(gòu)盡量進行簡化，同時避免零部件裝配時出現(xiàn)縫隙。②涂抹防銹漆?；C械設(shè)備的表面應涂抹質(zhì)量較好的防銹漆。③確保不存在水汽淤積現(xiàn)象。在對化工機械進行設(shè)計時，盡量避免出現(xiàn)凹孔，有的設(shè)備考慮到工作特性應設(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。化工機械設(shè)備在加工制造過程中可能需要用到焊接工藝，此時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)實中，機械加工制造過程中的不連貫之處往往可能成為缺陷點，而這些缺陷點恰恰是腐蝕容易發(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)合位置應該進行一些合理化的防腐處理，以有效防止縫隙處腐蝕問題的出現(xiàn)。

（3）強調(diào)節(jié)能性和環(huán)保性。近年來，我國的工業(yè)生產(chǎn)水平取得了突飛猛進的發(fā)展，但這同時也造成了對環(huán)境資源的大量消耗，當前應用于化工機械設(shè)計中的很多材料的儲量已經(jīng)極其稀少，有的甚至可能已經(jīng)被開采殆盡。這就要求我們在進行化工機械設(shè)計時，要將材料應用的環(huán)保節(jié)能性考慮在內(nèi)，不能一味地只追求化工機械的使用性能和工作效率，以達到促進化工產(chǎn)業(yè)乃至于整個社會實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目的。

3 結(jié)束語

化工機械設(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化工企業(yè)的經(jīng)濟效益有著非常重要的影響。而材料的選擇與應用作為化工機械設(shè)計的關(guān)鍵內(nèi)容之一，對化工機械設(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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