化工設備設計中的材料選擇與應用

蔣濱偉（中海油石化工程有限公司，山東濟南250100）

化工設備設計中的材料選擇與應用

蔣濱偉（中海油石化工程有限公司，山東濟南250100）

在我國石油化工業不斷發展的當下，設備制造日漸成為產業發展的重要部分。而在石油化工設備制造的過程中，化工設備材料的選擇及其應用的合理性也開始備受關注。文章首先指出了化工設備設計的材料選擇及其應用的重要性，然后通過對化工設備設計中的材料選擇的進一步分析，結合筆者多年的實踐工作經驗，對化工設備設計中材料的選擇和應用中要注意的事項進行了總結。

化工設備；設計；材料選擇；應用

石油化工是一種基礎性能源，在社會發展中占有舉足輕重的地位，特別是在當前社會資源日漸匱乏的新時期，其優勢地位越發突出。為了提高石油化工能源的利用率，業界始終致力于工藝和設備應用方面的研究，而化工設備的設計與制造就是其中的重點。基于此，筆者將對化工設備設計中的材料選擇與應用做如下研究。

1 化工設備設計中材料選擇及其應用的重要性

在化工設備材料的選擇與應用時，材料選擇的合理性和化工設備的實用性、安全性和穩定性密切相關。因此，為了提升化工設備設計材料的應用效果，在材料選擇的過程中必須充分考慮化工設備所需的性能要求、實際的工作環境和生產成本與效益產出等各項因素，科學選材，合理應用，方可使化工設備滿足化工生產的實際應用需求，并最終為化工安全生產和企業經濟效益提供基礎保障。

2 化工設備設計中的材料選擇分析

2.1 金屬材料

化工設備設計中常用的金屬材料主要包括如下三種：第一，碳鋼材料的選擇。碳鋼在化工生產中其應用量非常廣泛，普遍應用于無腐蝕或腐蝕性不高操作環境中。常規設計中，碳鋼在常溫條件下對液氨、濃硫酸、NaOH溶液等有著非常好抗腐蝕效果，甚至在濃度不高的濃硫酸、NaOH溶液及含水量少的液氨設備中也經常使用。這種金屬材料之所以能夠在化工設備設計中得到被廣泛的應用，主要原因是由于其資源產量多、機械性能優異、價格低廉。對于在部分強腐蝕性環境下使用的設備碳鋼作為主要材料時，還可以通過噴涂耐腐蝕材料、做不銹鋼防腐襯里等方法提高其抗腐蝕性。通常在化工容器設計中，選擇鈦材和不銹鋼時，為保證設備安全，設備計算厚度都不低于12毫米，這樣會給設備的制造以及鈦制設備的使用性能造成很大的困難。而為了更好的降低化工設備材料成本支出，設備本身多采用襯鈦、襯不銹鋼，并按照設備的具體使用環境在其基層選擇合適的碳鋼材料。第二，不銹鋼材料的選擇。化工行業所應用的生產設備都難免會接觸酸、堿、鹽等各類具有較強腐蝕性的介質，而設備一旦在化工生產過程中被腐蝕，將會造成不可估量的安全隱患。所以，不銹鋼材料因具有較強的抗腐蝕和自帶抗鐵離子污染等特性而在部分腐蝕性介質中的化工設備設計中較為常見。實踐證明，相較于其它狀態的不銹鋼奧氏體不銹鋼的焊接性更好，因此在化工設備設計中的應用較廣泛。第三，其它金屬材料的選擇。除了上述兩種金屬材料外，鈦材、鋁材和鎳及鎳基合金等因其自身獨有的特性也已成為化工設備設計中較為常用的金屬材料。

2.2 非金屬材料

在化工設備材料的選擇時，應用最多的幾種非金屬材料主要包括以下幾種：第一，石墨材料的選擇。石墨主要是由碳構成，且其內部有較多的孔隙，因而當其遭受外部凝固物的浸漬時會產生更強的密封性，因此在化工設備的材料選擇中應用量很大。然而，由于石墨處于高溫環境中時密封性較差，所以，只有當化工設備的工作條件為低溫時方可選擇此種材料。第二，搪玻璃材料的選擇。它是一種陪襯，多用在碳鋼為主體材料的設備中，具有較強的抗腐蝕性，但因其強度不高，所以應用壓力不得超出10Pa。第三，玻璃鋼材料的選擇。它是一種增強型塑料，抗腐蝕性好，耐高溫差，因此，應用此材料制造的設備對其使用工作環境也有特殊要求，溫度應不大于60℃。第四，塑料材料的選擇。在化工生產設備設計中應用到的塑料材料還包括聚丙烯（PP）、硬聚氯乙烯（PVC）等，根據不同塑料材料的特性，兩者對使用條件也有不同的要求，前者的使用溫度應不超過100℃，后者的使用溫度應控制在60℃以內。

3 注意事項

3.1 操作環境方面

眾所周知，化工生產的操作環境是非常復雜的，因此不同的操作環境對所使用設備的要求也不盡相同。這就要求設計人員在化工設備設計的材料選擇中，必須與實際的生產條件相結合，根據環境中的腐蝕性物質準確進行腐蝕性評估，并以此為依據進行材料的科學選擇，以提高化工設備的抗腐蝕性，確保生產安全，提高設備的使用壽命。

3.2 生產成本方面

化工產生過程中難免會產生一些腐蝕性介質，而毋庸置疑，合理的設計并使用抗腐蝕性好的材料對延長設備使用壽命方面是有作用的，但其成本也會隨之增加，這就要求設計人員必須在設計環節對設備材料進行精挑細選，綜合各方面的成本，合理選擇，以保證企業的經濟效益。

3.3 加工工藝方面

化工設備總是由材料加工而成的，有些材料在加工過程中，可能導致一些性能惡化，有些材料加工困難等，都不是選材的首選或主要對象，因為材料性能在加工中的變化是不能控制的，而不易加工的材料勢必影響造價。

4 結語

眾所周知，由于化工設備的質量在化工產業的生產中具有較大的影響，所以，化工設備設計中材料的質量與化工設備的安全運行間有著密不可分的聯系。而作為一名化工設備設計人員，只有在充分意識到化工設備設計材料的選擇和應用重要性的基礎上，結合生產實際科學合理的選擇材料，才能延長設備使用壽命，提高生產質量，進而滿足石化設備生產環境需求，并最終推動化工企業更快、更好的發展。

[1]HG20581-2011《鋼制化工容器材料選用規定》[S]．

[2]HG2370-1992《石墨制化工設備技術條件》[S]．

[3]李雷.化工設備設計中材料的選擇與應用研究[J].科技展望.2017(4).

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

[5]董秀芹.化工設備設計中材料的選擇與應用研究初探[J].民營科技.2014(7).