浅析如何做好化工设备材料的选择

张秀鹏 刘义乾

摘 要：化工的生產过程复杂繁琐，难于操作。并且在化工生产中的大多数物质都有毒、有害、有腐蚀性，因此就必须要做好化工设备的选择工作。化工设备材料的选择对于化工生产的安全性和经济性具有决定意义，本文从化工设备材料的特性进行剖析，来阐述应该如何进行化工设备材料的选择。

关键词：化工设备；材料选择；经济型；安全性

由于化工生产的复杂性和危险性，化工设备材料的选择必须要以确保化工设备的安全稳定运行为前提条件。使用的可靠性和稳定性是进行化工设备选择时的首要考虑因素，不同的设备具有不同的特性。在制作化工设备时可供选择的材料主要是金属和非金属这两大类；在金属材料中主要有碳钢、不锈钢等其他材料；非金属材料则包含了塑料、玻璃钢、搪瓷、石墨等。通过对各种材料的介绍，说明每种材料的优缺点，以供选择。

一、金属材料

金属材料就是由金属元素或以金属元素为主要材料构成的具有金属特性的材料的总称，包含了纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等，但是要注意的是金属氧化物并不是金属材料的范畴。在制备化工设备时经常使用的金属材料就是碳钢、不锈钢等，因此做出相应的介绍。

1.碳钢

在化工生产中使用最多的金属材料就是碳钢，碳钢的力学性能优良，如果对于环境腐蚀要求不严格的情况下可以考虑选择使用碳钢。在常温下，碳钢经常会装盛NaOH溶液、浓硫酸、液氨效果最好。通常情况下，在化工生产中，如果NaOH溶液、浓硫酸的浓度较低，以及含水量较低的液氨设备选材都是碳钢。碳钢容器盛装不同浓度的NaOH溶液会产生不同的温度。

就我国的资源状况而言，碳钢资源丰富，价格低廉，在腐蚀性能比较严重的时候，可以通过喷涂不锈钢、衬里防腐加以使用的方法。一般情况下在进行化工容器设计时，选用不锈钢、钛材的情况下，设备的厚度大于12mm，都会采用衬不锈钢、衬铁，在基层会选用碳钢的方法来减少设备的材料费用，降低成本。假设有一化工设备容器内氯离子的含量是15%，容器内的温度为200℃碳钢在这种情形下容易腐蚀且情况严重。通过材质试验，证明TA2在条件下耐腐蚀性强，设备的设计壁厚在40mm左右。如果使用TA2材料进行制作，价格高会增加成本，所以可以采用钛衬里的复合板，这样设备的性能优良而且降低了设备的材料费用减少成本开支。

2.不锈钢

在化工生产中，化工设备都是在酸、碱、盐和各种活性气体等介质中工作，因为腐蚀的原因会导致设备失效，所以就在化工设备的制备中大量的使用不锈钢。在介质腐蚀性强、防铁离子污染的情况下会选用不锈钢材料。在这其中奥氏体不锈钢焊接性能优良，在化工生产中使用频率较高，经常会使用304不锈钢、321不锈钢、316L不锈钢。

3.其他金属材料

除了碳钢和不锈钢之外，钛材、合金在化工生产中也会常常用到，经常使用在钛及钛合金耐腐蚀性优良，在强酸、氯化合物、氧化盐等场合中。镍基合金在化工生产中一般会用于中高温条件下和严重腐蚀的条件下。例如在天然气制氢工艺中使用的温变炉、废热锅炉设备，在使用温度300℃以上，并存在氢腐蚀，采用镍基合金，不仅可耐高温还具有良好的抗氢腐蚀特性。

二、非金属材料

1.石墨

石墨是在焦炭经过高温烧结后形成的，具有微孔的特性。石墨设备在腐蚀性强的环境下能够很好地耐腐蚀加长使用时长，除此之外石墨设备还具有良好的传热性是碳钢传热系数的两倍之多，会被用来制作换热器。石墨设备也具有塑性、抗拉强度差的缺点，因此可以用于制作设备的壳体，会对设备起到保护作用防止设备损坏。

2.搪玻璃

对搪玻璃衬层和以碳钢为主体材质的设备的总称。在对各种浓度的无机酸、有机酸、有机溶剂和弱碱等介质时搪玻璃具有较强的耐腐蚀性。由于搪玻璃设备具备了良好耐腐蚀性、优良的力学性能的特点，所以在化工生产中应用广泛。

每个事物都不是完美的，搪玻璃也是一样的，主要有：搪玻璃层容易受机械撞击而破碎、在急速变热和急速降温变冷的时候容易出现脱瓷现象。另外因为搪玻璃管道口存在密封问题，因此使用压力不宜超过1.0MPa。

3.玻璃钢和塑料

玻璃设备的耐高温性极差，但是由于玻璃钢树脂基体的不同而存在着差异，所以普通的环氧树脂玻璃钢设备在使用时温度不易超过60℃。在化工生产中常用的塑料材料有PP和PVC。在60℃以下时可以选用PVC来制作水管或是储存槽。在100℃以下，可以用PP在化工中制作热水槽或用于酸性和碱性物质的存储。

三、结语

在通常情况下，金属材料具有很好的力学性能、机械加工性能以及传热速度快等优良性能因此适用于制作各种设备；非金属材料虽然具有耐腐蚀性强的优点，但是同时也具有强度低、不易传热、使用温度和压力的范围过小等缺点，因此在使用上受到了诸多限制。在进行化工生产时，一种介质或工况下可控选择的设备材料是多种多样的。在进行实际选材时，需要根据材料的性能、价格和工况综合考虑，做到统筹全局。

参考文献：

[1]化工设备设计全书编委会，化工容器[M]，北京，化学工业出版社，2003.

[2]邓建国，化工设备材料的选择[J]，广东化工，2012（06）306—309.