化工设备设计中的材料选择与应用

蒋滨伟（中海油石化工程有限公司，山东济南250100）

化工设备设计中的材料选择与应用

蒋滨伟（中海油石化工程有限公司，山东济南250100）

在我国石油化工业不断发展的当下，设备制造日渐成为产业发展的重要部分。而在石油化工设备制造的过程中，化工设备材料的选择及其应用的合理性也开始备受关注。文章首先指出了化工设备设计的材料选择及其应用的重要性，然后通过对化工设备设计中的材料选择的进一步分析，结合笔者多年的实践工作经验，对化工设备设计中材料的选择和应用中要注意的事项进行了总结。

化工设备；设计；材料选择；应用

石油化工是一种基础性能源，在社会发展中占有举足轻重的地位，特别是在当前社会资源日渐匮乏的新时期，其优势地位越发突出。为了提高石油化工能源的利用率，业界始终致力于工艺和设备应用方面的研究，而化工设备的设计与制造就是其中的重点。基于此，笔者将对化工设备设计中的材料选择与应用做如下研究。

1 化工设备设计中材料选择及其应用的重要性

在化工设备材料的选择与应用时，材料选择的合理性和化工设备的实用性、安全性和稳定性密切相关。因此，为了提升化工设备设计材料的应用效果，在材料选择的过程中必须充分考虑化工设备所需的性能要求、实际的工作环境和生产成本与效益产出等各项因素，科学选材，合理应用，方可使化工设备满足化工生产的实际应用需求，并最终为化工安全生产和企业经济效益提供基础保障。

2 化工设备设计中的材料选择分析

2.1 金属材料

化工设备设计中常用的金属材料主要包括如下三种：第一，碳钢材料的选择。碳钢在化工生产中其应用量非常广泛，普遍应用于无腐蚀或腐蚀性不高操作环境中。常规设计中，碳钢在常温条件下对液氨、浓硫酸、NaOH溶液等有着非常好抗腐蚀效果，甚至在浓度不高的浓硫酸、NaOH溶液及含水量少的液氨设备中也经常使用。这种金属材料之所以能够在化工设备设计中得到被广泛的应用，主要原因是由于其资源产量多、机械性能优异、价格低廉。对于在部分强腐蚀性环境下使用的设备碳钢作为主要材料时，还可以通过喷涂耐腐蚀材料、做不锈钢防腐衬里等方法提高其抗腐蚀性。通常在化工容器设计中，选择钛材和不锈钢时，为保证设备安全，设备计算厚度都不低于12毫米，这样会给设备的制造以及钛制设备的使用性能造成很大的困难。而为了更好的降低化工设备材料成本支出，设备本身多采用衬钛、衬不锈钢，并按照设备的具体使用环境在其基层选择合适的碳钢材料。第二，不锈钢材料的选择。化工行业所应用的生产设备都难免会接触酸、碱、盐等各类具有较强腐蚀性的介质，而设备一旦在化工生产过程中被腐蚀，将会造成不可估量的安全隐患。所以，不锈钢材料因具有较强的抗腐蚀和自带抗铁离子污染等特性而在部分腐蚀性介质中的化工设备设计中较为常见。实践证明，相较于其它状态的不锈钢奥氏体不锈钢的焊接性更好，因此在化工设备设计中的应用较广泛。第三，其它金属材料的选择。除了上述两种金属材料外，钛材、铝材和镍及镍基合金等因其自身独有的特性也已成为化工设备设计中较为常用的金属材料。

2.2 非金属材料

在化工设备材料的选择时，应用最多的几种非金属材料主要包括以下几种：第一，石墨材料的选择。石墨主要是由碳构成，且其内部有较多的孔隙，因而当其遭受外部凝固物的浸渍时会产生更强的密封性，因此在化工设备的材料选择中应用量很大。然而，由于石墨处于高温环境中时密封性较差，所以，只有当化工设备的工作条件为低温时方可选择此种材料。第二，搪玻璃材料的选择。它是一种陪衬，多用在碳钢为主体材料的设备中，具有较强的抗腐蚀性，但因其强度不高，所以应用压力不得超出10Pa。第三，玻璃钢材料的选择。它是一种增强型塑料，抗腐蚀性好，耐高温差，因此，应用此材料制造的设备对其使用工作环境也有特殊要求，温度应不大于60℃。第四，塑料材料的选择。在化工生产设备设计中应用到的塑料材料还包括聚丙烯（PP）、硬聚氯乙烯（PVC）等，根据不同塑料材料的特性，两者对使用条件也有不同的要求，前者的使用温度应不超过100℃，后者的使用温度应控制在60℃以内。

3 注意事项

3.1 操作环境方面

众所周知，化工生产的操作环境是非常复杂的，因此不同的操作环境对所使用设备的要求也不尽相同。这就要求设计人员在化工设备设计的材料选择中，必须与实际的生产条件相结合，根据环境中的腐蚀性物质准确进行腐蚀性评估，并以此为依据进行材料的科学选择，以提高化工设备的抗腐蚀性，确保生产安全，提高设备的使用寿命。

3.2 生产成本方面

化工产生过程中难免会产生一些腐蚀性介质，而毋庸置疑，合理的设计并使用抗腐蚀性好的材料对延长设备使用寿命方面是有作用的，但其成本也会随之增加，这就要求设计人员必须在设计环节对设备材料进行精挑细选，综合各方面的成本，合理选择，以保证企业的经济效益。

3.3 加工工艺方面

化工设备总是由材料加工而成的，有些材料在加工过程中，可能导致一些性能恶化，有些材料加工困难等，都不是选材的首选或主要对象，因为材料性能在加工中的变化是不能控制的，而不易加工的材料势必影响造价。

4 结语

众所周知，由于化工设备的质量在化工产业的生产中具有较大的影响，所以，化工设备设计中材料的质量与化工设备的安全运行间有着密不可分的联系。而作为一名化工设备设计人员，只有在充分意识到化工设备设计材料的选择和应用重要性的基础上，结合生产实际科学合理的选择材料，才能延长设备使用寿命，提高生产质量，进而满足石化设备生产环境需求，并最终推动化工企业更快、更好的发展。

[1]HG20581-2011《钢制化工容器材料选用规定》[S]．

[2]HG2370-1992《石墨制化工设备技术条件》[S]．

[3]李雷.化工设备设计中材料的选择与应用研究[J].科技展望.2017(4).

[4]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(35).

[5]董秀芹.化工设备设计中材料的选择与应用研究初探[J].民营科技.2014(7).