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摘要：近年来，我国的化工行业有了很大进展，化工设备的应用也越来越广泛。我国化工产业制造中，各工艺技术得到了进一步的革新优化，其中，设备设计中的材料选用环节尤为关键，其关系到化工设备的整体性能。因此，本文围绕化工设备设计中的材料选择与应用展开具体论述，以期改进化工设备质量，增大生产的安全系数。
关键词：化工设备设计；材料选择与应用；安全系数
引言
化学材料在化工行业中是经常会用到又必不可少的，然而，很多化学原料腐蚀性较强，如果空气比较干燥，温度又过高，化工机械设备与这些腐蚀性很强的材料接触，就会引发化学反应，产生金属氧化物，从而会危害到机械设备，一般把这一过程称为化学腐蚀。电化学腐蚀是另外一种腐蚀，其于化学腐蚀正好是一个相反的过程，通常在潮湿阴冷的环境中发生，产生的是氧化还原化学反应。
1化工工艺与化工设备的基本概念
简单来说，化工工艺主要指的就是与化学相关的生产技术，具体指的是在石油化工企业之中通过化学反应来把相应的原材料转化为化工产品的方法和措施，其中的主要流程是原材料的处理、化学反应过程以及化工产品的精制等。而化工设备主要指的就是在化工生产过程中所需要的工具和设施。而化工设备不仅种类繁多，并且实际的分类方法也十分多样化。根据化工设备功能的不同，能够将化工设备分为反应器类化工设备、加热炉类化工设备、化工容器类化工设备以及其他多种专用的化工设备等。
2化工设备中如何科学选择材料
2.1有关金属材料的选择
（1）碳钢类型。碳钢类型的材料在我国产量极高，为节省化工设备制造的成本，可以适当添加多的碳钢材料。而且相比其他类型的材料，碳钢具有较强的抗腐蚀性，其适用于酸碱浓度低，且不与碳钢发生化学反应的溶液存储。比如，针对低浓度的硫酸、苛性钠溶液，可以选择碳钢材料完成溶液的存放和导流。再者，碳钢类型材料有时也被应用在具有高腐蚀性的区域，此时，应对其展开防腐处理，常用手段为喷涂防腐蚀层、衬里防腐。具体来说，当材料厚度大于12毫米时，在衬里防腐处理中，宜选择衬钛或衬不锈钢，这里为缩减成本投入，要求适当减少设备基底材料的用量。（2）不锈钢类型。化工生产阶段，经常遇到腐蚀性极强的酸碱盐类物质产出，会对金属类型的设备产生极大的腐蚀作用。如果在强腐蚀性区域选择碳钢类型材料，则会使用防腐层来抵抗腐蚀，而这会加大成本投入，且部分防腐层经过长时间的使用，同样会遭到破坏，此时，对于这类高腐蚀区域，设备采用不锈钢材料。又因为化工设备大多利用焊接工艺完成各材料间的连接，因此，在使用不锈钢材料时，还要注意其焊接性能。这里奥氏体在该方面性能突出，在化工设备中应用频率极高。具体类型有304不锈钢、321不锈钢以及316L不锈钢。（3）其余金属类型。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。
2.2保证设备结构的安全性
在进行化工设备的适应性设计过程中，首先需要确保设备结构的安全性。因为化工设备在化工产品的生产过程中往往需要承受较高的温度、压力以及强酸性和强碱性的环境，所以对整个设备的结构损耗较大。为了符合实际的化工生产需求，提升化工设备的结构安全性，那么就需要对化工设备进行科学合理的设计，并且选择那些具有较强抗腐蚀性、不受高温和高压影响、散热性能强以及防爆性较高的化工设备。
2.3加强材料的耐腐蚀性
化工设备的制造原材料的耐腐蚀性直接决定了化工设备的耐腐蚀性，因此有必要选择尽可能多的具有最佳耐腐蚀性的金属作为原材料。为了保护化工设备，应选择尽可能多的导电设备。主要因素是可以使用导电设备在化工设备外部连接电源，形成原电池效益，将化工设备极化为原电池阴极，与外部活泼金属相连，利用原电池的阴极保护效应，可以有效提高化工设备的耐腐蚀性。此外，在化工设备的制造中，可以根据实际应用的环境，适当的选择塑料材质来达到防腐蚀的目的，且维护和清洁更加方便。
3化工设备设计阶段有关材料应用的注意事项
3.1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。
3.2设备的强度优化设计
化工机械设备通常会处于比较恶劣的含有高浓度腐蚀物质的工作环境中，既会使设备的强度降低，也会导致设备腐蚀。因此，在设计设备强度时，不能不考虑到因为环境因素而造成的损耗。另外，在设计中还要注意留有相应的腐蚀余量，这样能够让机械不易被腐蚀所影响，设备的工作也会更加稳定。
3.3提高设备焊接和间隙处理的质量
为了有效提高化工设备的耐腐蚀性并确保生产活动不中断，化工企业需要提高设备焊接和间隙处理的质量。如果工人在焊接化工设备时遇到焊缝质量问题，例如焊缝破裂和熔深不完全，则化工设备将出现腐蚀问题。
3.4化工设备的低能耗设计
在进行化工设备的适应性设计过程中，相关的设计人员也需要对其进行低能源的损耗设计。这就需要所有的设计人员明确低能源损耗的重要性，采取科学合理的措施对所有的环节进行能源损耗的减少，以此达到最佳的环境保护和较低的能源损耗效果。除此之外，设计人员还可以通过相应的技术手段降低原材料的损耗以及化工生产的热能消耗，从而提升化工材料和能源的利用率。
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。
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