化工機械設計中材料的選擇與應用探討

李秀秀

摘 要：化工機械已經在我國的化工生產中占據了重要的地位，化工機械設備的性能，尤其是其工作效率以及使用壽命都會對化工企業的經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計的關鍵內容之一，對化工機械設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。

關鍵詞：化工機械設計；材料選擇；材料應用

1 引言

隨著經濟和科技的發展，我國的化工產業也取得了飛速的發展和進步，當前應用到化工生產中的機械設備無論從數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的效率，但同時也對化工機械的性能提出了更高的要求。現階段，化工機械已經在我國的化工生產中占據了重要的地位，化工機械設備的性能，尤其是其工作效率以及使用壽命都會對化工企業的經濟效益造成重要影響。

因為化工生產的特殊性，決定了化工機械設備往往長期處于一個比較密閉的工廠環境中，如果機械設備本身的材料再應用地不合理，那么就可能導致機械設備發生腐蝕現象，進而對機械設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備的防腐能力，以為化工生產工作的正常開展提供充分的保障。

2 化工機械設計中材料的選擇

2.1 金屬材料的選擇

（1）碳鋼的選擇。在當前應用到各領域工業生產的機械設備當中，碳鋼憑借其優良的力學性能以及對環境腐蝕要求比較低的特性，在機械設計中取得了廣泛的應用，化工機械設備自然也不例外。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。因為化工生產的特殊性，所以化工機械設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，如果機械設備材料的防腐蝕性能又不夠好，那么設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、高耐蝕性能等優點，可用于氯化鹽、氯化物和強堿等場合使用的化工設備；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備。

2.2 非金屬材料的選擇

（1）石墨的選擇。石墨在經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，可以用于絕大多數化工生產場合，對大部分腐蝕環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備出現損壞，一般需要使用其他金屬材料制作設備外殼。

（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，是當前化工機械設計中的一個研究和應用熱點。當然，搪玻璃設備也存在一些缺點，如在遭受機械沖擊時極易發生破碎，在驟冷和驟熱的變化過程中還可能發生脫瓷的問題等，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。現階段，在化工機械設計中，經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備等。

2.3 化工機械設計中材料的應用

（1）追求適用性與經濟性的統一。在化工機械設計中，材料的應用要追求適用性與經濟性的統一。一方面，在機械設計中，材料的應用應以化工機械的制造工藝為標準，根據機械設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、高流動方向轉變等。另一方面還應強調材料應用的經濟性，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備的成本，此時不妨在一些關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構設計等，從而達到減緩腐蝕發生的目的。具體而言，化工機械設計中的防腐保護需要重點考慮以下幾個方面的問題：①設備的結構盡量簡單化。避免化工機械設備及其零部件的結構設計過于復雜，要對結構盡量進行簡化，同時避免零部件裝配時出現縫隙。②涂抹防銹漆。化工機械設備的表面應涂抹質量較好的防銹漆。③確保不存在水汽淤積現象。在對化工機械進行設計時，盡量避免出現凹孔，有的設備考慮到工作特性應設置專門的排水系統，以盡量減少水汽的淤積。④保證工作的連貫性。化工機械設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量缺陷發生。現實中，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生的位置。⑤合理化的防腐處理。由于化工機械設備的縫隙處非常容易發生腐蝕現象，所以除了需要在設計階段避免裝配縫隙的出現外，在零部件間的主要結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。

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

3 結束語

化工機械設備在化工生產中發揮著不可替代的作用，其使用性能和壽命對化工企業的經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計的關鍵內容之一，對化工機械設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。

參考文獻：

[1] 賈愛華.關于機械設計中的材料的選擇應用[J].化工管理，2015（14）：120.

[2] 代永濤.化工設備設計中材料的選擇與應用初探[J].科技致富向導，2014（1）：330.

[3] 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）：58.