化工机械设计中材料的选择探讨

肖苗苗

摘 要：化工机械已经在我国的化工生产中占据了重要的地位，化工机备的性能、工作效率及使用寿命等，都会对化工行业的经济性和安全性造成重要影响。而材料的选择与应用作为化工机械设计的关键内容之一，对化工设备的性能及使用寿命有着直接的影响，需要引起我们充分的重视。对此，本文探讨化工机械设计中材料的选择，希望能为相关人员提供理论参考依据。

关键词：化工机械设计;材料;选用

1 化工机械设计中材料选择和应用的重要性

化工生产过程中，化工设备是影响整个化工生产的重要因素。选择的材料合适与否，与化工设备的实用性、安全性和稳定性息息相关。在材料的选择上，不仅需要考虑其本身的各项性能指标，还需要结合化工设备的应用环境和化工企业的生产效益、生产成本等诸多因素。只有以化工设备设计的性能要求和工作环境为依据，选用适宜的材质，并合理加以运用，才能使化工设备的质量符合生产需求。可以说，化工机械设计中材料的选择和应用，直接影响着化工安全与效益。

2 化工机械设计中材料的选择

2.1 金属材料的选择

2.1.1 碳钢

碳钢是化工设备中的常用金属材料，其力学性能较为优良，广泛应用于对环境腐蚀要求不十分严格的化工设备中。碳钢在常温下对液氨、浓硫酸以及NaOH溶液都具有良好的使用效果，故常用于介质为液氨等设备。对于抗腐蚀性能要求较高的化工设备，可采用喷涂不锈钢、衬里防腐等措施后再加以使用。与其他金属材料相比，碳钢的价格较低且资源丰富，故取得了广泛的应用。但是，碳素钢也存在一定的缺陷，其强度及韧性比较低，且中等以上形状的材料在热处理工艺中不能被完全淬透，这在一定程度上影响了碳钢在化工机械设计的使用。

2.1.2 合金钢

合金钢是在碳素钢的基础上加入一定比例的合金元素而成的一种钢材。与碳钢相比，合金钢的淬透性、韧性及强度得到很大的提升。此外，合金钢还有很多碳素钢所没有的优势，比如耐高温、耐磨损、耐腐蚀等。合金钢的出现为化工机械设计提供了新的材料选择。由于合金钢造价高于碳素钢，故应优选碳素钢，只有碳素钢不能满足设计需求时，再选用合金钢。

2.1.3 不锈钢

因为化工生产的特殊性，所以化工机械设备在日常使用过程中将不可避免地会接触到酸、碱、盐等各类活性液体介质，此类介质会造成化工设备在使用过程中遭受腐蚀，从而导致其失效。另外，类似液化天然气、液氨等超低温介质，由于碳素钢和合金钢的耐低温性能较差，故无法应用于低温工况的设备。因此，不锈钢材质在化工机械设计中取得了广泛的应用：不锈钢不仅具有良好的抗腐蚀性能，还能有效避免铁离子的污染，而且有非常好的耐低温性能，正逐渐成为化工机械设计中所普遍采用的一种金属材料。由于奥氏体不锈钢的焊接性能更为优良，在化工机械设计中应用较多。

2.1.4 其他金属材料

钛材和钛合金也是在化工机械设计中应用比较多的金属材料。钛和钛合金具有高强度、高耐蚀性能等优点，可用于介质为氯化盐、氯化物和强碱等化工设备。镍基合金则多用于那些对抗腐蚀性能要求非常高且工作在高温条件下的机械设备。由于此类材料成本较高，故常用于特殊介质、特殊环境及特殊要求的设备选材。

2.2 非金属材料的选择

2.2.1 石墨

石墨是由碳组成。石墨在经过一定的处理后可以形成不透性石墨，具有良好的抗腐蚀性能，可以用于绝大多数化工生产场合，例如沸点的稀硫酸、氢氟酸、盐酸等。此外，石墨材料还具有良好的热传导性，所以在制作热交换器时也使用地较多。但石墨材料的塑性以及抗拉强度都比较差，为了防止以石墨材料为主的化工机械设备出现损坏，一般需要使用其他金属材料制作设备外壳，以防止设备损坏。

2.2.2 搪玻璃

搪玻璃对各种浓度的无机酸、有机酸、有机溶剂及弱碱等介质均有极强抗腐性，通过将其与具有良好力学性能的碳钢材料结合使用（以碳钢为主体材质，以搪玻璃为衬层），可得到良好的抗腐蚀性以及力学性能，是当前化工机械设计中研究和應用的热点。但搪玻璃设备也存在一些缺点，如在遭受机械冲击时极易发生破碎，在骤冷和骤热的变化过程中可能发生脱瓷等问题。

2.2.3 玻璃钢及塑料材料

玻璃钢是一种增强型塑料，抗腐蚀性能优良，对水、大气以及普通浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都具有良好的抵抗能力。在化工机械设计中，玻璃钢常用于通风管路、凉水塔外壳以及盐酸贮灌等设备的选材。但玻璃钢材料也有自身缺点，如耐高温性能差，不能用作高温工作条件下的化工机械设备。化工设备中还经常使用聚丙烯、硬聚氯乙烯等塑料材质，用于制作一些水槽、酸性及碱性的储槽。

3 化工机械设计中材料选用的注意事项

3.1 经济性与实用性相结合，合理选用机械材料

化工机械设计材料的选用，首先要遵循经济性与实用性相结合的原则，为化工机械的设计奠定基础。材料运用的经济性与实用性的统一，需充分考虑到两个方面的内容：①应用于化工机械设计中的材料要将零部件的制造工艺做为参考依据。机械加工过程中所要使用的工艺技术也有多个种类，如切削工艺、铸造工艺、焊接工艺、热处理工艺等，在材料的应用过程中要根据工艺技术的不同合理选用;②需要强调材料应用中的经济性，一些材料的各方面性能优异，但是材料成本较高，如果大量使用，会极大地增加化工机械设备的成本，可以在满足质量要求的前提下，在关键部位使用性能高、成本高的材料，而其他部位使用性能好、成本低的材料，以最大程度地降低化工机械设备的加工制造成本。

3.2 环保性与节能性相结合，减少机械材料的损耗

当今社会的不断发展，离不开对资源的大量索取与开发，许多类型的化工材料在资源开发过程中已成为了较为稀缺的资源，故化工机械设计中材料的选用，应遵循环保性与节能性相结合的原则，从而有效提高资源利用率。因此，对于化工机械设计材料的选择，不仅要考虑成本的输出，也要考虑对环境的保护，合理使用材料，在最大程度上节约原材料和成本，减少能源消耗，推动化工机械行业和环保建设共同发展。

3.3 做好防腐保护，防止出现裂缝

在进行化工机械设计时，良好的防腐保护，可以防止机械设备出现裂缝，提升机械设备整体性能。在进行防腐处理时，首先要从材料的选择以及加工工艺上考虑。如选择耐腐蚀性较强的材料，尽量减少形状复杂、易于积尘的零部件结构设计等，从而达到减缓腐蚀发生的目的。具体而言，化工机械设计中的防腐保护需重点考虑以下几个问题：

①设备的结构尽量简单化。避免化工机械设备及其零部件的结构设计过于复杂，同时避免零部件装配时出现缝隙;②涂抹防锈漆。化工机械设备的表面应涂抹质量较好的防锈漆，良好的防锈层可以将设备的表面与水分和空气隔离开来，防止设备腐蚀;③确保不存在水汽淤积现象。化工机械进行设计时，尽量避免出现凹孔，不要给水汽留下任何淤积的可能;④保证工作的连贯性。绝大多数的化工机械设备在加工制造过程中需要用到焊接工艺，一定确保焊接的连贯性，避免因焊接不连贯而造成的质量缺陷发生。现实中，机械加工制造过程中的不连贯之处往往可能成为缺陷点，而这些缺陷点恰恰是腐蚀容易发生的位置;⑤合理化的防腐处理。由于化工机械设备的缝隙处非常容易发生腐蚀现象，所以除了需要在设计阶段避免装配缝隙的出现外，在零部件间的主要结合位置应该进行一些合理化的防腐处理，以有效防止缝隙处腐蚀问题的出现。

4 结束语

综上，化工生产中其设备是保证整个生产的基础。而设备的质量对生产安全、生产效益等多方面都有一定的影响。因此，在化工机械设计中，对材料的选择与运用要从成本、质量、环境等多方面进行综合考虑，以实用性强、载荷性强、低消耗、无害、可回收的机械材料为主选材料，更好的实现材料节约利用、有价值应用，坚持可持续发展道路，实现化工机械行业的新发展。

参考文献：

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