油脂化工设备常用材料的选择

叶雅锋

(轻工业杭州机电设计研究院有限公司，浙江 杭州 311121)

1 引言

常用油脂化工设备主要包括原料储存设备、生产设备、成品储存设备，与通常提到的化工设备相比，油化化工设备具有一定的温度、压力、耐腐蚀性的要求，但又相对较低，因此在设备材料选择时需要充分的综合考虑材料的使用性能、材料的工艺加工性能、材料的经济性等。

油脂化工设备在材料选择上主要分为非金属材料和金属材料。非金属材料主要有玻璃钢(FRP)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)等；金属材料主要有碳素钢(如：Q235B、Q235C、Q245R、Q345R)、高合金钢板(如：S30408(304)、S31603(316L)、S31703(S317L))、不锈钢-钢复合板(如：S31603+Q345R、S31703+Q345R)等。

2 非金属材料

(1)玻璃钢(FRP=Fiber Reinforced Plastics)即纤维强化塑料，该材料具有质轻高强、耐腐蚀性能好、可设计性能好、工艺性能优良等优点。玻璃钢(FRP)的抗拉强度可与钢材相媲美—因此得名叫玻璃钢，玻璃钢制品的拉伸强度可接近，甚至超过碳素钢。玻璃钢(FRP)是良好的耐腐材料，对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的耐腐蚀能力。可根据需要灵活的设计出各种结构的产品，满足使用要求，可以使产品有很好的整体性，可以充分选择材料满足产品性能。可以根据产品的形状、技术要求、用途及数量来灵活的选择成型工艺。

但玻璃钢(FRP)材料的缺点也很明显，长期耐温性能差、弹性模量低、材料老化现象、层间剪切力低等缺点。一般玻璃钢(FRP)不能在高温下长期使用，通用不饱和聚酯树酯玻璃钢(FRP)在50℃以上强度就明显下降，一般只在100℃以下使用，通用型环氧树脂玻璃钢(FRP)在60℃以上，强度有明显下降；玻璃钢(FRP)的弹性模量约为钢材的1/10；与其它塑料材质一样，在紫外线、风沙雨雪、化学介质的作用容易发生材料老化、导致材料性能下降；材料层间的剪切强度是靠树脂来承担的，所以剪切强度很低。

表1 玻璃钢材料的物理机械性能

在油脂化工行业甜水处理过程中对设备有一定的耐腐蚀性能的要求，由于甜水处理过程中需加入具有腐蚀性酸、碱等物质且设备的尺寸又相对较大，玻璃钢的材料性能很好的适用了此生产工况。如甜水处理过程的酸处理槽、酸(碱)反应器、甜水储罐等均需采用玻璃钢材质。

图1 玻璃钢(FRP)设备

(2)聚氯乙烯(PVC)

聚氯乙烯(PVC)是一种工艺成熟、价格低廉的通用塑料；聚氯乙烯可分为硬质聚氯乙烯和软质聚氯乙烯。聚氯乙烯的机械强度较高、化学稳定性好、对酸、碱的抵抗力强，由于聚氯乙烯分子中含有大量的氯，使其具有良好的阻燃性能；对光、对热的稳定性能差，0℃时变得僵硬，-16℃脆化，长期使用温度不超过65℃，80～85℃软化，140℃熔解、170℃分解。

表2 硬质聚氯乙烯(PVC)性能

图2 聚氯乙烯(PVC)管

在油脂化工行业甜水处理过程中使用的盐酸(HCl)、三氯化铁(FeCl3)等物质具有强腐蚀性，其生产储存的设备、管道、阀门、管件等都应具有强耐腐蚀性，聚氯乙烯(PVC)的材料性能非常适合此生产工况且材料价格低廉。

(3)聚丙烯(PP)

聚丙烯(PP)的具有良好的化学稳定性和耐热性能、易燃烧、在紫外线的作用下易老化等化学特性。聚丙烯(PP)是结晶性高聚物，具有质轻、无毒、无味等特点，而且机械强度高；聚丙烯的密度一般为0.88～0.91g/cm3左右，熔点温度为164～170℃；聚丙烯是聚烯烃中耐热最高的一种。

在油脂化工行业中压滤机、压榨机是常用的化工过虑设备，对滤板的材质要求平整度好、机械强度高的特点，，常用的压滤机就采用聚丙烯(PP)材料制作滤板，很好的满足了生产工况要求。

图3 聚丙烯(PP)设备

3 金属材料

(1)金属材料的主要性能包括力学性能、加工工艺性能、物理性能和耐腐蚀性能。

1)力学性能

金属的力学性能是指材料在外力(或外加能量)的作用下抵抗外力所表现的行为，包括变形和抗力。力学性能主要为强度(屈服强度、抗拉强度)和塑性、硬度、韧性以及使用条件对力学性能的影响。

使用条件对温度、承载条件对材料力学性能有较大的影响，在油脂化工设备中温度相对较低，温度对材料的力学性能影响有限。

2)加工工艺性能

材料的加工工艺性能是指保证加工质量的前提下，加工过程的难易程度。金属材料的加工分为冷加工和热加工。冷加工包括冲压、冷锻、冷挤压与机械加工，而热加工包括铸造、热锻、热压、焊接与热处量。

油脂化工设备材料的加工艺性能主要指的是热加工方法-焊接。金属材料的焊接性能包括焊接性和焊后结构的使用性能。目前常用碳当量Ceq指标评估钢材的焊接性能。一般认为碳当量Ceq<0.45%的钢材焊接性能较好；碳当量Ceq>0.6%的钢材，淬硬倾向强、属于比较难焊接的材料。由于焊接性的影响因素复杂，评价材料的焊接性能，还可以依据相关的标准进行焊接性能试验。

3)物理性能

金属材料的物理性能参数通常是指弹性模量E、密度ρ、熔点Tm、比热容c、导热系数λ、线膨胀系数α等。

表3 油脂化工常用金属材料的物理性能表

4)耐腐蚀性能

耐腐蚀性能是材料在使用工艺条件下抵抗腐蚀性介质侵蚀的能力。对于均匀腐蚀，通常以腐蚀速率来衡量金属材料的耐腐蚀性能。常按腐蚀深度三级标准评定金属的耐均匀腐蚀性能。

表 金属材料耐均匀腐蚀性能三级标准

(2)油脂化工设备常选用的金属材料

1)金属碳素钢

在油脂化工设备中常用的金属碳素钢主要为Q235B、Q235C，一般使用在无腐蚀性的的常压容器，如：原料油脂储罐、氢氧化钠储罐等，由于原料一般均为常压设备、对耐腐蚀性无要求故选择碳钢材料是经济的、适用的。Q245R、Q345R为压力容器专用钢板，主要用在无腐蚀性要求但又有一定的强度要求的中、低压压力容器中，如中、低压蒸汽分汽缸、压缩空气、氮气等压力容。

2)金属高合金钢

在油脂化工设备中常用的金属高合金钢板主要为S30408(304)、S31603(316L)主要用在有腐蚀介质的环境和有卫生要求的场合，如介质为棕榈酸、硬脂酸、油酸等场合。对于抗腐蚀性要求更高的场合，如低碳链单酸生产过程中蒸馏塔、换热器等设备大多采用S31703(317L)材质；对于单酸蒸馏过程中的塔内件、填料等一般采用抗腐蚀性更好的N08904(904L)材质。

3)不锈钢碳钢复合板

不锈钢碳钢复合板(S31603+Q345R、S31703+ Q345R)这种材料在油脂化工设备中主要用在压力高、介质有腐蚀性的场合。在高压力有腐蚀性介质的设备中，若全部采用不锈钢材质制造设备成本过高；若采用碳素钢的材质材料耐腐蚀性差，不能满足选材要求；若采用3～6mm不锈钢与碳素钢爆炸成型复合而成的不锈钢碳钢复合板，即能具有不锈钢材料的耐腐蚀性能，又可以获得碳素钢材料经济性，且能满足高压力的强度要求。在油脂化工行业设备中水解塔就是采用该种复合材料，水解塔压力达6.5MPa，温度为280℃，采用3～5mm的S31603(316L)或31703(317L)与30～60mm(设备直径不同，厚度不同)的碳素钢复合。该复合材料即能满足设备的耐腐蚀性要求，又能满足设备造价低的要求，是应用在压力高有腐蚀性介质场合的首先材料。

图4 不锈钢复合钢板

4 结语

油脂化工设备多种多样，材料选择时也应遵循安全、经济、适用的原则。油脂化工设备腐蚀时均匀腐蚀的现象较少，时常会发生局部腐蚀，如点腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等。对于局部腐蚀这类型的腐蚀应通过各种相应的试验方法来判断材料对这些腐蚀行为的倾向，如某些酸性介质场合采用S30408(304)、S31603(316L)等材质时需要做晶间腐蚀试验，以用判断材料对介质的适用性；对于耐磨抗腐要求更高的工况下也可用局部的使用钛材。