材料選擇在化工設(shè)備設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

孟慶林

（山東理工職業(yè)學(xué)院，山東濟(jì)寧 272000）

材料選擇在化工設(shè)備設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

孟慶林

（山東理工職業(yè)學(xué)院，山東濟(jì)寧 272000）

闡述材料選擇和應(yīng)用在化工設(shè)備設(shè)計(jì)中發(fā)揮的作用，分析化工設(shè)備設(shè)計(jì)中的材料選擇，提出幾點(diǎn)強(qiáng)化化工設(shè)備設(shè)計(jì)中材料選擇應(yīng)用的途徑。

材料選擇；化工設(shè)備；設(shè)計(jì)

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.12.19

0 前言

化工設(shè)備的質(zhì)量對(duì)化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重要的影響，對(duì)化工設(shè)備的選配要考量化工生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，適應(yīng)化工生產(chǎn)的實(shí)際需求。如何設(shè)計(jì)和選取適用的化工設(shè)備促進(jìn)化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是相關(guān)業(yè)者長(zhǎng)久的研究課題。

1 材料選擇和應(yīng)用在化工設(shè)備設(shè)計(jì)中的作用

在化工生產(chǎn)中，化工設(shè)備的選取對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程都有著重要的影響，設(shè)備的安全性和適用性對(duì)生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定都有著積極的促進(jìn)作用。由于化工生產(chǎn)的專(zhuān)業(yè)性和技術(shù)性，對(duì)化工設(shè)備選取不當(dāng)會(huì)對(duì)化工企業(yè)和人員造成經(jīng)濟(jì)損失和人身傷害。因此，在化工設(shè)備的設(shè)計(jì)中，對(duì)設(shè)備材料進(jìn)行科學(xué)、合理選擇是至關(guān)重要的。在進(jìn)行化工設(shè)備材料的選擇和應(yīng)用時(shí)，要考量設(shè)備的安全性、可靠性，以及化工生產(chǎn)中的各項(xiàng)環(huán)境因素和變量，對(duì)設(shè)備材料進(jìn)行謹(jǐn)慎、合理的選擇[1]。化工設(shè)備設(shè)計(jì)材料選擇對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)安全都有著重要的影響，合理的設(shè)備材料選取能夠?yàn)榘踩a(chǎn)和企業(yè)獲取經(jīng)濟(jì)效益提供保障。

2 化工設(shè)備設(shè)計(jì)中的材料選擇

化工生產(chǎn)過(guò)程是經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)將原料轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的工藝過(guò)程，具有很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)性和技術(shù)性，生產(chǎn)中的使用的原料和化學(xué)反應(yīng)具有一定的危險(xiǎn)性。因此，對(duì)化工設(shè)備的材料選擇要綜合考量化工生產(chǎn)的安全性和經(jīng)濟(jì)效益，做出科學(xué)、準(zhǔn)確的選擇。通常來(lái)說(shuō)，化工設(shè)備材料分為金屬材料和非金屬材料兩大類(lèi)。

2.1 金屬材料的選擇

2.1.1 碳鋼

在當(dāng)今的化工領(lǐng)域中，碳鋼由于自身優(yōu)秀的力學(xué)性能和耐腐蝕性，在化工設(shè)備的設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)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(duì)豐富，經(jīng)濟(jì)效益比較可觀(guān)，可以在化工設(shè)備設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用。此外，碳鋼在進(jìn)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(duì)H2SO4等具有良好的抗腐蝕性，可以長(zhǎng)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(qiáng)的氣體，對(duì)化工設(shè)備具有很強(qiáng)的腐蝕，化工設(shè)備的防腐蝕性不能達(dá)到要求，會(huì)使設(shè)備的使用壽命大大減少，對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益造成損失。不銹鋼材料具有很強(qiáng)的抗腐蝕性，還能夠有效避免鐵離子造成的污染，在化工設(shè)備的設(shè)計(jì)中可以被廣泛應(yīng)用[2]。但是，對(duì)不銹鋼材料的抗腐蝕性進(jìn)行利用的同時(shí)，也要注意不銹鋼材料硬度低、耐磨性差的缺點(diǎn)，避免盲目使用，造成設(shè)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(diǎn)，根據(jù)生產(chǎn)特性進(jìn)行合理選取。

2.1.3 其他金屬

鈦材由于其質(zhì)量小、強(qiáng)度高、耐腐蝕性?xún)?yōu)良和低溫性能好等特點(diǎn)，在化工設(shè)備設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)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(shè)備設(shè)計(jì)中可以被合理應(yīng)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(yīng)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(dǎo)熱性，可以廣泛應(yīng)用于熱交換器等設(shè)備器具的設(shè)計(jì)中。石墨對(duì)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(yīng)用于低溫的工作環(huán)境[3]。同時(shí)，石墨的堅(jiān)固性和塑性較差，容易在碰撞和工作中受到損害，不適宜應(yīng)用在抗壓性較強(qiáng)的化工設(shè)備設(shè)計(jì)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(shè)備設(shè)計(jì)中可以進(jìn)行合理選取利用。

2.2.2 搪玻璃

搪玻璃具有類(lèi)似玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和金屬?gòu)?qiáng)度的雙重優(yōu)點(diǎn)，對(duì)不同濃度的有機(jī)酸、有機(jī)溶劑等都具有很強(qiáng)的抗腐蝕性，在化工設(shè)備設(shè)計(jì)中可以進(jìn)行合理的選用。同時(shí)，搪玻璃與力學(xué)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(xué)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(duì)搪玻璃進(jìn)行合理的選取，盡量應(yīng)用于低壓強(qiáng)腐的工作環(huán)境中。

2.2.3 玻璃鋼

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

3 強(qiáng)化化工設(shè)備設(shè)計(jì)中材料選擇應(yīng)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(zhǎng)久以來(lái)，意味地經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行追求，導(dǎo)致我國(guó)化工行業(yè)中的資源枯竭現(xiàn)象日益嚴(yán)峻，化工行業(yè)的發(fā)展受到了嚴(yán)重的制約。如何開(kāi)展使用節(jié)能型材料進(jìn)行化工設(shè)備設(shè)計(jì)是化工行業(yè)亟待解決的問(wèn)題。基于化工設(shè)備材料的嚴(yán)峻形勢(shì)，在進(jìn)行材料的選擇時(shí)，要注重材料的使用性和對(duì)材料使用的效率性，更大程度地節(jié)約材料，促進(jìn)化工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。化工設(shè)備設(shè)計(jì)材料選擇中，要將節(jié)能、低耗的理念融入到整個(gè)過(guò)程中，對(duì)材料的節(jié)能性進(jìn)行細(xì)致考量。特別是在設(shè)計(jì)中利用高效率的傳熱設(shè)備，降低化工生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)對(duì)熱能的消耗。

環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展是社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(jìn)行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。在進(jìn)行化工設(shè)備設(shè)計(jì)材料選擇上，還要注重材料的綠色環(huán)保性能，促進(jìn)行業(yè)的綠色發(fā)展[5]。材料選擇中對(duì)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(jìn)而避免在化工生產(chǎn)中對(duì)環(huán)境造成污染，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)進(jìn)步和環(huán)境保護(hù)的雙重發(fā)展。

3.2 強(qiáng)化化工設(shè)備的防腐設(shè)計(jì)

化工設(shè)備的腐蝕主要是金屬腐蝕，由于化工生產(chǎn)過(guò)程中化學(xué)熱力學(xué)的自發(fā)過(guò)程，造成了化工設(shè)備受到腐蝕和損害。化工設(shè)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(duì)設(shè)備造成化學(xué)、電力學(xué)腐蝕，且多數(shù)是溫度越高腐蝕越嚴(yán)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(xué)反應(yīng)，對(duì)化工設(shè)備造成了嚴(yán)重的腐蝕。腐蝕在化工行業(yè)十分常見(jiàn)，會(huì)造成設(shè)備損壞、生產(chǎn)停頓和物料流失，對(duì)資源和能源造成極大浪費(fèi)，同時(shí)還會(huì)造成環(huán)境污染[6]。腐蝕的發(fā)生會(huì)使得化工企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量下降，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益受到巨大損害。同時(shí)，腐蝕對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)也具有極大阻礙，能源浪費(fèi)和環(huán)境污染嚴(yán)重，社會(huì)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(jìn)行化工設(shè)備設(shè)計(jì)材料選擇時(shí)，要通過(guò)全面考量和設(shè)計(jì)，合理選取設(shè)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(gòu)對(duì)化工設(shè)備材料進(jìn)行選擇，保證化工設(shè)備與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的一致性，在設(shè)備材料選擇時(shí)，考量企業(yè)不同化工產(chǎn)品的特性，選取對(duì)產(chǎn)品抗腐蝕性強(qiáng)的設(shè)備材料。其次，要對(duì)化工設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和流暢性進(jìn)行考量，注重化工設(shè)備使用的長(zhǎng)效性[7]。許多化工物質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)對(duì)設(shè)備的腐蝕是緩慢而長(zhǎng)久的，在進(jìn)行化工設(shè)備設(shè)計(jì)材料選擇時(shí)，要具備長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的眼光，對(duì)化工生產(chǎn)中腐蝕的避免具備長(zhǎng)效性。最后，要注重對(duì)外力的保護(hù)和利用，強(qiáng)化化工設(shè)備的抗腐蝕性。在化工設(shè)備設(shè)計(jì)材料選取中要注重對(duì)防腐蝕涂層涂料的應(yīng)用，通過(guò)對(duì)設(shè)備材料進(jìn)行合理有效涂層，增強(qiáng)化工設(shè)備的抗腐蝕性。

4 結(jié)論

化工設(shè)備設(shè)計(jì)材料的合理選擇，對(duì)化工生產(chǎn)流程、化工產(chǎn)品質(zhì)量都有著積極促進(jìn)作用，能夠促進(jìn)化工企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升，進(jìn)而促進(jìn)化工行業(yè)的長(zhǎng)效發(fā)展。在化工設(shè)備設(shè)計(jì)材料選擇和應(yīng)用中，要注重將材料的環(huán)保性能和節(jié)能性能進(jìn)行結(jié)合，并強(qiáng)化對(duì)化工設(shè)備防腐蝕性的設(shè)計(jì)，促進(jìn)化工設(shè)備的長(zhǎng)效應(yīng)用。在化工設(shè)備設(shè)計(jì)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(diǎn)進(jìn)行合理選擇，才能使化工設(shè)備適應(yīng)新時(shí)代下化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求，促進(jìn)我國(guó)化工產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步。

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〔編輯 凌 瑞〕