化工設(shè)備設(shè)計(jì)中的材料選擇與應(yīng)用

蔣濱偉（中海油石化工程有限公司，山東濟(jì)南250100）

化工設(shè)備設(shè)計(jì)中的材料選擇與應(yīng)用

蔣濱偉（中海油石化工程有限公司，山東濟(jì)南250100）

在我國(guó)石油化工業(yè)不斷發(fā)展的當(dāng)下，設(shè)備制造日漸成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要部分。而在石油化工設(shè)備制造的過(guò)程中，化工設(shè)備材料的選擇及其應(yīng)用的合理性也開(kāi)始備受關(guān)注。文章首先指出了化工設(shè)備設(shè)計(jì)的材料選擇及其應(yīng)用的重要性，然后通過(guò)對(duì)化工設(shè)備設(shè)計(jì)中的材料選擇的進(jìn)一步分析，結(jié)合筆者多年的實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)化工設(shè)備設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用中要注意的事項(xiàng)進(jìn)行了總結(jié)。

化工設(shè)備；設(shè)計(jì)；材料選擇；應(yīng)用

石油化工是一種基礎(chǔ)性能源，在社會(huì)發(fā)展中占有舉足輕重的地位，特別是在當(dāng)前社會(huì)資源日漸匱乏的新時(shí)期，其優(yōu)勢(shì)地位越發(fā)突出。為了提高石油化工能源的利用率，業(yè)界始終致力于工藝和設(shè)備應(yīng)用方面的研究，而化工設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造就是其中的重點(diǎn)?；诖耍P者將對(duì)化工設(shè)備設(shè)計(jì)中的材料選擇與應(yīng)用做如下研究。

1 化工設(shè)備設(shè)計(jì)中材料選擇及其應(yīng)用的重要性

在化工設(shè)備材料的選擇與應(yīng)用時(shí)，材料選擇的合理性和化工設(shè)備的實(shí)用性、安全性和穩(wěn)定性密切相關(guān)。因此，為了提升化工設(shè)備設(shè)計(jì)材料的應(yīng)用效果，在材料選擇的過(guò)程中必須充分考慮化工設(shè)備所需的性能要求、實(shí)際的工作環(huán)境和生產(chǎn)成本與效益產(chǎn)出等各項(xiàng)因素，科學(xué)選材，合理應(yīng)用，方可使化工設(shè)備滿足化工生產(chǎn)的實(shí)際應(yīng)用需求，并最終為化工安全生產(chǎn)和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提供基礎(chǔ)保障。

2 化工設(shè)備設(shè)計(jì)中的材料選擇分析

2.1 金屬材料

化工設(shè)備設(shè)計(jì)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(chǎn)中其應(yīng)用量非常廣泛，普遍應(yīng)用于無(wú)腐蝕或腐蝕性不高操作環(huán)境中。常規(guī)設(shè)計(jì)中，碳鋼在常溫條件下對(duì)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(shè)備中也經(jīng)常使用。這種金屬材料之所以能夠在化工設(shè)備設(shè)計(jì)中得到被廣泛的應(yīng)用，主要原因是由于其資源產(chǎn)量多、機(jī)械性能優(yōu)異、價(jià)格低廉。對(duì)于在部分強(qiáng)腐蝕性環(huán)境下使用的設(shè)備碳鋼作為主要材料時(shí)，還可以通過(guò)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(shè)計(jì)中，選擇鈦材和不銹鋼時(shí)，為保證設(shè)備安全，設(shè)備計(jì)算厚度都不低于12毫米，這樣會(huì)給設(shè)備的制造以及鈦制設(shè)備的使用性能造成很大的困難。而為了更好的降低化工設(shè)備材料成本支出，設(shè)備本身多采用襯鈦、襯不銹鋼，并按照設(shè)備的具體使用環(huán)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(yè)所應(yīng)用的生產(chǎn)設(shè)備都難免會(huì)接觸酸、堿、鹽等各類(lèi)具有較強(qiáng)腐蝕性的介質(zhì)，而設(shè)備一旦在化工生產(chǎn)過(guò)程中被腐蝕，將會(huì)造成不可估量的安全隱患。所以，不銹鋼材料因具有較強(qiáng)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(zhì)中的化工設(shè)備設(shè)計(jì)中較為常見(jiàn)。實(shí)踐證明，相較于其它狀態(tài)的不銹鋼奧氏體不銹鋼的焊接性更好，因此在化工設(shè)備設(shè)計(jì)中的應(yīng)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(dú)有的特性也已成為化工設(shè)備設(shè)計(jì)中較為常用的金屬材料。

2.2 非金屬材料

在化工設(shè)備材料的選擇時(shí)，應(yīng)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(gòu)成，且其內(nèi)部有較多的孔隙，因而當(dāng)其遭受外部凝固物的浸漬時(shí)會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的密封性，因此在化工設(shè)備的材料選擇中應(yīng)用量很大。然而，由于石墨處于高溫環(huán)境中時(shí)密封性較差，所以，只有當(dāng)化工設(shè)備的工作條件為低溫時(shí)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(shè)備中，具有較強(qiáng)的抗腐蝕性，但因其強(qiáng)度不高，所以應(yīng)用壓力不得超出10Pa。第三，玻璃鋼材料的選擇。它是一種增強(qiáng)型塑料，抗腐蝕性好，耐高溫差，因此，應(yīng)用此材料制造的設(shè)備對(duì)其使用工作環(huán)境也有特殊要求，溫度應(yīng)不大于60℃。第四，塑料材料的選擇。在化工生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)中應(yīng)用到的塑料材料還包括聚丙烯（PP）、硬聚氯乙烯（PVC）等，根據(jù)不同塑料材料的特性，兩者對(duì)使用條件也有不同的要求，前者的使用溫度應(yīng)不超過(guò)100℃，后者的使用溫度應(yīng)控制在60℃以內(nèi)。

3 注意事項(xiàng)

3.1 操作環(huán)境方面

眾所周知，化工生產(chǎn)的操作環(huán)境是非常復(fù)雜的，因此不同的操作環(huán)境對(duì)所使用設(shè)備的要求也不盡相同。這就要求設(shè)計(jì)人員在化工設(shè)備設(shè)計(jì)的材料選擇中，必須與實(shí)際的生產(chǎn)條件相結(jié)合，根據(jù)環(huán)境中的腐蝕性物質(zhì)準(zhǔn)確進(jìn)行腐蝕性評(píng)估，并以此為依據(jù)進(jìn)行材料的科學(xué)選擇，以提高化工設(shè)備的抗腐蝕性，確保生產(chǎn)安全，提高設(shè)備的使用壽命。

3.2 生產(chǎn)成本方面

化工產(chǎn)生過(guò)程中難免會(huì)產(chǎn)生一些腐蝕性介質(zhì)，而毋庸置疑，合理的設(shè)計(jì)并使用抗腐蝕性好的材料對(duì)延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命方面是有作用的，但其成本也會(huì)隨之增加，這就要求設(shè)計(jì)人員必須在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對(duì)設(shè)備材料進(jìn)行精挑細(xì)選，綜合各方面的成本，合理選擇，以保證企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 加工工藝方面

化工設(shè)備總是由材料加工而成的，有些材料在加工過(guò)程中，可能導(dǎo)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(duì)象，因?yàn)椴牧闲阅茉诩庸ぶ械淖兓遣荒芸刂频?，而不易加工的材料?shì)必影響造價(jià)。

4 結(jié)語(yǔ)

眾所周知，由于化工設(shè)備的質(zhì)量在化工產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)中具有較大的影響，所以，化工設(shè)備設(shè)計(jì)中材料的質(zhì)量與化工設(shè)備的安全運(yùn)行間有著密不可分的聯(lián)系。而作為一名化工設(shè)備設(shè)計(jì)人員，只有在充分意識(shí)到化工設(shè)備設(shè)計(jì)材料的選擇和應(yīng)用重要性的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際科學(xué)合理的選擇材料，才能延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高生產(chǎn)質(zhì)量，進(jìn)而滿足石化設(shè)備生產(chǎn)環(huán)境需求，并最終推動(dòng)化工企業(yè)更快、更好的發(fā)展。

[1]HG20581-2011《鋼制化工容器材料選用規(guī)定》[S]．

[2]HG2370-1992《石墨制化工設(shè)備技術(shù)條件》[S]．

[3]李雷.化工設(shè)備設(shè)計(jì)中材料的選擇與應(yīng)用研究[J].科技展望.2017(4).

[4]高路,姚璐.化工設(shè)備設(shè)計(jì)中材料的選擇及應(yīng)用分析[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊.2016(35).

[5]董秀芹.化工設(shè)備設(shè)計(jì)中材料的選擇與應(yīng)用研究初探[J].民營(yíng)科技.2014(7).