化工设备设计中材料的选择与应用 .王春霞--中国期刊网

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化工设备设计中材料的选择与应用 .王春霞

发表时间：2021/5/12 来源：《基层建设》2021年第1期作者：1.王春霞 2.唐雪

[导读] 摘要：在化工生产中，设备性能决定着生产制造质量以及生产运行效率。

        1.青岛创客智造机械设备有限公司山东省青岛市 266000
        2.山东轶骋真空科技有限公司山东省青岛市 266000
        摘要：在化工生产中，设备性能决定着生产制造质量以及生产运行效率。而在设备设计中，材料的选择与应用又是最关键的一环，只有设备原材料符合相应质量标准，满足生产经济性、安全性、节能性要求，才能推动我国化工生产的快速前行。
        关键词：化工设备设计；材料选择；应用
        引言
        随着我国经济不断发展，社会对于化工设备的设计质量要求越来越高，这就使得相关的企业要提高重视，加强对于化工设备的质量管理。具体到化工设备的设计中，就是要选择最合适的设计材料和设计工艺，以保证化工设备的质量和安全，同时企业在具体的生产环节，也要根据具体的情况合理应用化工设备，进而促进企业生产的效率。
        1化工设备设计中材料的选择
        1.1金属材料选择
        1.1.1碳钢选择
        碳钢是当前生产量最高的一种钢材，出于材料选用的经济性方面考虑，在设备设计过程中，可以通过增加碳钢使用量来降低设备制造过程中消耗的成本。但是在化工生产中，应用的介质以及原料往往有很高的腐蚀性，但是就实际腐蚀效果来看，一些物质对碳钢的腐蚀效果较低，所以在设备的这些区域设计中，可以应用碳钢材料进行设备建造。例如对于浓度较低的浓硫酸、苛性钠溶液等，都可以应用碳钢进行存储以及导流，所以在选择碳钢的过程中，对于腐蚀能力较低以及不与碳钢发生激烈反应的化工材料来说，都可以应用碳钢。
        1.1.2不锈钢选择
        由于整个化工生产过程设备会接触强酸、强碱等多种介质，有可能造成设备的腐蚀。针对上述情况，大部分设备设计人员会选择不锈钢材料。这是因为不锈钢耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀。在设计应用中，常将耐弱腐蚀介质的钢称为不锈钢，而将耐化学介质腐蚀的钢称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异，前者不一定耐化学介质腐蚀，而后者则一般均具有不锈性。其耐蚀性取决于合金元素的构成，因此设计人员在选择上要注意不锈钢中所含的合金元素的成分。
        1.1.3其余金属选择
        由于化工生产具有高温高压特征，因此，同样要求设备材料具有强的耐高温和高压特性，且反应物对金属材料具有一定的腐蚀性，工作人员在材料选择中，均应结合上述因素实行综合考量，选择最合适的金属材料参与生产加工。具体来说，设计人员在确定设备材料时，要参照化工设备相关区域的反应物和反应条件配置材料。例如，天然气制氢设备中，含有废热锅炉和中温变换炉设备，这两种设备的运行温度能够达到300℃，同时，在运行时，含有多种腐蚀性材料，因此，设计人员通常选用镍基合金进行设备的设计和制造，尤其是对于合金15CrMoR来说，该种材料具有极强的耐高温、高压和抗腐蚀性能，适用于上述设备。
        1.2非金属材料选择
        1.2.1石墨选择
        在石墨的选择上，应当着重考虑其内部的性能，石墨是通过焦炭在超高温之下充分燃烧而后形成的，并且会在内部产生多个细小的气泡孔，占整个面积的四分之一左右，利用大量的糖醇树脂进行浸泡，会让其内部的气泡孔逐渐呈现固化的状态，根据上述情况制作就会形成不透性的石墨。此种石墨在一般情况下，会在温度高达160℃左右环境下使用，并且对于压强的包容度较强，可以在低于0.5MPa的环境下还能保证内部良好的性能。还有一种可以在强烈的腐蚀环境下使用的石墨，内部的抗酸性强，可以在多种强酸性质材料混合的状态下，还能保持稳定的状态，并且可以在绝大部分的强酸材料中使用，比如：稀硫酸和盐酸等液体。另外，石墨还具备稳定热传导性，经常会替代碳钢做成导热器。

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但是石墨也存有一定的缺点，内部的塑性和抗拉程度低，在实际使用过程中，技术人员要针对石墨的特点，在外部制作一个由碳钢组成的外壳，避免设施受到严重的损坏。
        1.2.2搪瓷选择
        因为搪瓷材料在抗腐蚀性方面具有较大的优势，所以利用该优势，将其应用在化工设备的设计中，具有极高的应用价值。在当前的化工设备设计和建造过程中，通常会将这种材料覆盖在碳钢表面，原因在于，通常情况下，碳钢的抗腐蚀能力较差，很多化工原材料以及产物都会对碳钢结构造成损坏，同时，搪瓷材料质地坚硬，延展性较低，在只应用搪瓷材料时，设备的力学性能不能满足设计要求。而将这两种材料进行结合，能够在满足设备力学性能的基础上，提升设备的耐腐蚀性能。不过，搪瓷材料也有劣势。该类材料属于非金属类型材料，在力学性能方面具有较大的劣势，而且抗撞击能力也相对较弱，这些性能方面的不足也会限制该类型材料的使用。在设计中，设计人员不可将其应用在经常与其他金属设备有撞击动作的生产中。不仅如此，在搪瓷材料的具体应用中，当生产温度极速升高时，材料极易发生脱落，此时，出于对搪瓷材料密封性的考量，在设备的端口结构应用搪瓷材料时，规定设备内压强不得高于1.0MPa。
        1.2.3玻璃钢和塑料选择
        对于玻璃钢和塑料材料来说，都具备很强的抗腐蚀性能，所以在化工设备的设计中，可以应用这2种材料进行强腐蚀原材料的存储。对于玻璃钢来说，材料密度较小，意味着在应用过程中会降低设备的质量，并且对空气、水以及一般浓度的强腐蚀材料来说，都能够很好地发挥应有功能，所以这种材料在当前的化工设备设计和建造时，通常用于通风管道、盐酸储罐等设施。对于各类高分子塑料材料，由于有很高的抗腐蚀性，所以可被用于存储各类腐蚀性原材料。需要注意的是，这2种材料的另一个共同点在于耐高温性能很差，尤其是对于玻璃钢和硬聚氯乙烯来说，工作温度不可高于60℃，而高分子塑料的一些种类最高能够耐受100℃温度，在化工设备的设计中，需要根据相关区域的温度合理选用这类材料。
        2化工设备设计中材料的应用
        2.1注重成本投入的把控
        化工设备生产中，成本投入是工作人员需要考虑的核心内容。要求工作人员全面检测生产环境，判断环境对化工设备的影响程度。及时发现不利于设备运转的有害因素，防止设备遭到损害。通常情况下，企业要投入极高的资金用在化工设备的购进方面，而生产中对设备的损害也会消耗较大的资金。对此，企业必须做好设备损害的预测工作，将可能发生的资金损耗算入投资成本中，随后预算生产效益，进行收益与投入的对比，若二者持平或收益低于成本，则企业应在生产环境方面做好完善工作，以免其对设备产生损害。
        2.2注重生产环境
        由于不同化工设备的设计材料有所不同，其对于各类环境的耐受力也不一样。在具体使用化工设备中，需对生产环境展开检测与分析，如环境中气体的活性、是否存在腐蚀性、温度等。工作人员要参照生产环境的不同，合理选择适当的设备完成操作，这样不仅能够规避环境因素对设备造成的损害，还可以有效提高生产效率，增大化工生产的安全系数，进而创造理想收益。
        结语
        总而言之，在化工设备设计中，材料的选择与运用极为关键，设计人员需全面掌握各类化工材料的性能优势，并根据实际生产环境，选择适当的材料应用其中，从而充分发挥材料的性能，推动化工设备的高效率运转。同时，还要考虑成本投入以及生产环境，做好材料设备的检查工作，以此为化工生产创造更大的效益，维护生产的安全性。
        参考文献
        [1]赵晓慧.化工设备设计中材料的选择与应用研究初探[J].化工管理，2017（24）：76.
        [2]高路，姚璐.化工设备设计中材料的选择及应用分析[J].科技经济导刊，2016（35）：65.
        [3]董秀芹.化工设备设计中材料的选择与应用研究初探[J].民营科技，2014（7）：58.
        [4]钱祥.化工设备设计中材料的选择与应用[J].化工管理,2019(25).