材料对化工设备设计的选择

发布时间：2022-10-05 10:02 热度：

　　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

　　在化工生产中，设备的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。

　　1化工设备设计中，做好材料选择的重要性所在

　　化工生产具有一定的危险性，高温、高压、有毒、有害、易燃易爆炸是其最主要的行业特定。在该项生产中，化工设备设计是其中最核心的一环，决定着设备使用寿命，以及生产作业的安全稳定性。在设备设计中，材料是设备的基础，要求设计人员科学选择设备材料，以满足化工生产的环保节能、安全低耗要求。在设备材料选择中，设计者需根据作业环境和生产要求，选择最具经济性和环保性的化工材料。

　　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有关非金属材料的应用

　　（1）石墨材料。在有机非金属材料中，石墨具有比较理想的抗腐蚀和传热性能，该类型材料较为适合应用在化工设备的内里，以抵抗化工生产加工中各类高腐蚀性原材料对设备的损坏，如图2所示。有关石墨材料的具体选择环节，设计人员需先对石墨材料实施科学处理，可以利用树脂完成石墨的浸泡，该操作步骤是为让石墨具有不透性。经过上述处理的石墨材料广泛应用在高温低于160℃和压力低于0.5MPa的生产条件中。该类型材料不仅具有理想的耐高温高压能力，对于化工生产中经常遇到的稀硫酸、氢氟酸和盐酸等具有腐蚀性的溶液，石墨材料同样能够承受该类溶液的腐蚀，延长了化工设备的使用寿命。又由于石墨材料还具有理想的热传导性能，在生产加工中，也可以将其用于设备中的传热结构。上面总结概述了石墨材料的应用优势，但同时也具有一定的劣势。比如，石墨材料在延展性、塑性方面不具备较高性能。设计人员在化工设备应用中，应当结合实际情况，适当应用该类型材料，可以对其展开一定的优化处理，比如，可以在石墨材料的外表面加覆一层碳钢膜，该操作有利于保护石墨材料，以免发生较大程度的损坏，加强设备的使用性能。（2）搪瓷材料。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，搪瓷材料也具有一定的劣势。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。（3）玻璃钢和塑料材料。玻璃钢和塑料材料的抗腐蚀系数极高，凭借该项优势，化工设备中，经常使用该类型材料，尤其是有关强腐蚀性材料达到存放。玻璃钢的密度值较小，也就是说，相同体积的材料设备，玻璃钢制设备拥有更轻的质量，而且玻璃钢能够很好地应对空气、水和高腐蚀性的条件，因此，在化工设备制造中，经常选择玻璃钢用在通风管道、盐酸储罐等设施中。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。除上式材料的优势特性外，这两类材料也具有一定的不足，如在高温环境下，不利于这两类材料的使用。尤其是玻璃钢和硬聚氯乙烯，这两类材料的耐高温性能极差，其工作温度通常低于60℃，其他高分子塑料，工作温度不得高于100℃。对此，设计人员应结合区域实际温度，科学安排材料的使用。

　　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。

　　3.3注重设计工艺

　　为使设备达到最佳性能，在具体设计中，要严格遵守效果设计工艺，避免由于工艺的差错而影响设备价值。一是平衡好材料的价格和设备的性价比之间的关系，不可为追求设备的高性能，如抗腐蚀性和耐高温，而一味使用非常昂贵的设计材料。二是在化工设备的设计阶段，工作人员必须参照有关工艺的标准要求展开设计，防止由于工艺操作错误，而阻碍化工设备的设计工作，利用合适的设计工艺，优化材料性能，从而促进化工设备的高效运转。

　　4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]钱祥.化工设备设计中材料的选择与应用[J].化工管理,2019(25).

　　[2]王耀文.化工设备设计中材料的选择与应用[J].石化技术,2019,26(007).

　　[3]孙恒波,刘长亮.化工设备设计中材料的选择和有效运用[J].化工设计通讯,2019(6).

　　作者：池海