材料选择在化工设备设计中的应用

孟庆林

（山东理工职业学院，山东济宁 272000）

材料选择在化工设备设计中的应用

孟庆林

（山东理工职业学院，山东济宁 272000）

阐述材料选择和应用在化工设备设计中发挥的作用，分析化工设备设计中的材料选择，提出几点强化化工设备设计中材料选择应用的途径。

材料选择；化工设备；设计

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.12.19

0 前言

化工设备的质量对化工产业的发展有着重要的影响，对化工设备的选配要考量化工生产的各个环节，适应化工生产的实际需求。如何设计和选取适用的化工设备促进化工产业的发展，是相关业者长久的研究课题。

1 材料选择和应用在化工设备设计中的作用

在化工生产中，化工设备的选取对整个生产流程都有着重要的影响，设备的安全性和适用性对生产的安全、稳定都有着积极的促进作用。由于化工生产的专业性和技术性，对化工设备选取不当会对化工企业和人员造成经济损失和人身伤害。因此，在化工设备的设计中，对设备材料进行科学、合理选择是至关重要的。在进行化工设备材料的选择和应用时，要考量设备的安全性、可靠性，以及化工生产中的各项环境因素和变量，对设备材料进行谨慎、合理的选择[1]。化工设备设计材料选择对企业经济效益和生产安全都有着重要的影响，合理的设备材料选取能够为安全生产和企业获取经济效益提供保障。

2 化工设备设计中的材料选择

化工生产过程是经过化学反应将原料转变成产品的工艺过程，具有很强的专业性和技术性，生产中的使用的原料和化学反应具有一定的危险性。因此，对化工设备的材料选择要综合考量化工生产的安全性和经济效益，做出科学、准确的选择。通常来说，化工设备材料分为金属材料和非金属材料两大类。

2.1 金属材料的选择

2.1.1 碳钢

在当今的化工领域中，碳钢由于自身优秀的力学性能和耐腐蚀性，在化工设备的设计中被广泛应用。首先碳钢自身的整体性能十分良好，在一般环境下能够具有较好的使用效果，且碳钢资源相对丰富，经济效益比较可观，可以在化工设备设计中被广泛应用。此外，碳钢在进行合理的涂层防腐处理后，例如环氧煤沥青防腐和PBE环氧粉末防腐，在常温环境下对H2SO4等具有良好的抗腐蚀性，可以长期使用。

2.1.2 不锈钢

化工生产中极易产生酸、碱等活性较强的气体，对化工设备具有很强的腐蚀，化工设备的防腐蚀性不能达到要求，会使设备的使用寿命大大减少，对企业经济效益造成损失。不锈钢材料具有很强的抗腐蚀性，还能够有效避免铁离子造成的污染，在化工设备的设计中可以被广泛应用[2]。但是，对不锈钢材料的抗腐蚀性进行利用的同时，也要注意不锈钢材料硬度低、耐磨性差的缺点，避免盲目使用，造成设备被化工生产中冲刷腐蚀造成的损害。要综合考量不锈钢材料的优缺点，根据生产特性进行合理选取。

2.1.3 其他金属

钛材由于其质量小、强度高、耐腐蚀性优良和低温性能好等特点，在化工设备设计中被广泛应用。另外，合金材料在高温环境下具有良好的抗腐蚀性，在化工设备设计中可以被合理应用。例如，镍基合金，在氯化物环境和高温环境中，可以被广泛应用。

2.2 非金属材料的选择

2.2.1 石墨

石墨是由碳组成，材料中具有一定的孔隙，具有良好的导热性，可以广泛应用于热交换器等设备器具的设计中。石墨对使用环境的要求较高，在高温环境中，其密封性较差，更适合应用于低温的工作环境[3]。同时，石墨的坚固性和塑性较差，容易在碰撞和工作中受到损害，不适宜应用在抗压性较强的化工设备设计中。但石墨在一定的凝固物质浸渍下，孔隙可以产生固化，具有一定的密封性，在化工设备设计中可以进行合理选取利用。

2.2.2 搪玻璃

搪玻璃具有类似玻璃的化学稳定性和金属强度的双重优点，对不同浓度的有机酸、有机溶剂等都具有很强的抗腐蚀性，在化工设备设计中可以进行合理的选用。同时，搪玻璃与力学性能优良的碳钢材料相结合，能够使材料具有抗腐蚀性和力学性能的双重优良特性。在使用中，还要注意搪玻璃抗压性较差、易碎、易脱瓷等缺陷，对搪玻璃进行合理的选取，尽量应用于低压强腐的工作环境中。

2.2.3 玻璃钢

玻璃钢也就是纤维强化塑料，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂基体。玻璃钢具有轻质高强、耐腐蚀、电性能和热性能良好等优点，可以在化工设备设计中进行合理的利用。与此同时，玻璃钢长期耐温性差、易老化、刚性不足等缺陷也制约了其在化工设备设计中的应用[4]。在化工设备设计中，要趋利避害，根据设备工作环境的不同合理进行玻璃钢材料的选用。

3 强化化工设备设计中材料选择应用的途径

3.1 将材料的环保性与节能型性相结合

长久以来，意味地经济效益进行追求，导致我国化工行业中的资源枯竭现象日益严峻，化工行业的发展受到了严重的制约。如何开展使用节能型材料进行化工设备设计是化工行业亟待解决的问题。基于化工设备材料的严峻形势，在进行材料的选择时，要注重材料的使用性和对材料使用的效率性，更大程度地节约材料，促进化工行业的可持续发展。化工设备设计材料选择中，要将节能、低耗的理念融入到整个过程中，对材料的节能性进行细致考量。特别是在设计中利用高效率的传热设备，降低化工生产过程中对对热能的消耗。

环境保护和可持续发展是社会经济发展的方向，只有在行业发展中始终秉承节能环保的理念才能促进行业的长远发展。在进行化工设备设计材料选择上，还要注重材料的绿色环保性能，促进行业的绿色发展[5]。材料选择中对环保性能的重视，能够有力减少化工行业生产中污染物的排放，进而避免在化工生产中对环境造成污染，实现生产进步和环境保护的双重发展。

3.2 强化化工设备的防腐设计

化工设备的腐蚀主要是金属腐蚀，由于化工生产过程中化学热力学的自发过程，造成了化工设备受到腐蚀和损害。化工设备的腐蚀有的是由于输送介质中SO2等物质的性质，对设备造成化学、电力学腐蚀，且多数是温度越高腐蚀越严重。另外，土壤以及其他化工原料相互作用，产生一定的化学反应，对化工设备造成了严重的腐蚀。腐蚀在化工行业十分常见，会造成设备损坏、生产停顿和物料流失，对资源和能源造成极大浪费，同时还会造成环境污染[6]。腐蚀的发生会使得化工企业的产品质量下降，企业经济效益受到巨大损害。同时，腐蚀对社会经济和环境保护也具有极大阻碍，能源浪费和环境污染严重，社会的可持续发展受到制约。

在化工生产中，造成腐蚀现象的主要因素是工作环境和生产物质的影响，在进行化工设备设计材料选择时，要通过全面考量和设计，合理选取设备材料，尽量避免腐蚀的发生。首先，要根据不同的产品结构对化工设备材料进行选择，保证化工设备与产品结构的一致性，在设备材料选择时，考量企业不同化工产品的特性，选取对产品抗腐蚀性强的设备材料。其次，要对化工设备运行的稳定性和流畅性进行考量，注重化工设备使用的长效性[7]。许多化工物质和化学反应对设备的腐蚀是缓慢而长久的，在进行化工设备设计材料选择时，要具备长远发展的眼光，对化工生产中腐蚀的避免具备长效性。最后，要注重对外力的保护和利用，强化化工设备的抗腐蚀性。在化工设备设计材料选取中要注重对防腐蚀涂层涂料的应用，通过对设备材料进行合理有效涂层，增强化工设备的抗腐蚀性。

4 结论

化工设备设计材料的合理选择，对化工生产流程、化工产品质量都有着积极促进作用，能够促进化工企业经济效益的提升，进而促进化工行业的长效发展。在化工设备设计材料选择和应用中，要注重将材料的环保性能和节能性能进行结合，并强化对化工设备防腐蚀性的设计，促进化工设备的长效应用。在化工设备设计材料选择中，根据不同材料的特性以及产业发展的特点进行合理选择，才能使化工设备适应新时代下化工产业的发展需求，促进我国化工产业的进步。

［1］赵璐琪.化工工程设备管道与材料优化设计研究［J］.化工管理，2017，14（12）：207.

［2］赵合楠.化工设备设计中的腐蚀问题研究与分析［J］.化工设计通讯，2017，43（3）：94-95.

［3］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，2016，22（35）：65.

［4］王蔚.化工机械设计中材料分析［J］.城市建设理论研究（电子版），2016，18（22）：159-160.

［5］时培玉.浅析化工机械设计中材料的选择和应用［J］.化工管理，2015，20（21）：150.

［6］郭桂荣.浅谈煤化工设备设计材料的选择［J］.化工管理，2015，21（5）：11.

［7］程飞.化工设备材料腐蚀寿命预测系统的若干研究［J］.企业技术开发，2016，35（14）：171-172.

TQ050.6

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〔编辑 凌 瑞〕