肖苗苗

摘 要：化工機(jī)械已經(jīng)在我國的化工生產(chǎn)中占據(jù)了重要的地位，化工機(jī)備的性能、工作效率及使用壽命等，都會(huì)對化工行業(yè)的經(jīng)濟(jì)性和安全性造成重要影響。而材料的選擇與應(yīng)用作為化工機(jī)械設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容之一，對化工設(shè)備的性能及使用壽命有著直接的影響，需要引起我們充分的重視。對此，本文探討化工機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇，希望能為相關(guān)人員提供理論參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：化工機(jī)械設(shè)計(jì);材料;選用

1 化工機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇和應(yīng)用的重要性

化工生產(chǎn)過程中，化工設(shè)備是影響整個(gè)化工生產(chǎn)的重要因素。選擇的材料合適與否，與化工設(shè)備的實(shí)用性、安全性和穩(wěn)定性息息相關(guān)。在材料的選擇上，不僅需要考慮其本身的各項(xiàng)性能指標(biāo)，還需要結(jié)合化工設(shè)備的應(yīng)用環(huán)境和化工企業(yè)的生產(chǎn)效益、生產(chǎn)成本等諸多因素。只有以化工設(shè)備設(shè)計(jì)的性能要求和工作環(huán)境為依據(jù)，選用適宜的材質(zhì)，并合理加以運(yùn)用，才能使化工設(shè)備的質(zhì)量符合生產(chǎn)需求?？梢哉f，化工機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用，直接影響著化工安全與效益。

2 化工機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇

2.1 金屬材料的選擇

2.1.1 碳鋼

碳鋼是化工設(shè)備中的常用金屬材料，其力學(xué)性能較為優(yōu)良，廣泛應(yīng)用于對環(huán)境腐蝕要求不十分嚴(yán)格的化工設(shè)備中。碳鋼在常溫下對液氨、濃硫酸以及NaOH溶液都具有良好的使用效果，故常用于介質(zhì)為液氨等設(shè)備。對于抗腐蝕性能要求較高的化工設(shè)備，可采用噴涂不銹鋼、襯里防腐等措施后再加以使用。與其他金屬材料相比，碳鋼的價(jià)格較低且資源豐富，故取得了廣泛的應(yīng)用。但是，碳素鋼也存在一定的缺陷，其強(qiáng)度及韌性比較低，且中等以上形狀的材料在熱處理工藝中不能被完全淬透，這在一定程度上影響了碳鋼在化工機(jī)械設(shè)計(jì)的使用。

2.1.2 合金鋼

合金鋼是在碳素鋼的基礎(chǔ)上加入一定比例的合金元素而成的一種鋼材。與碳鋼相比，合金鋼的淬透性、韌性及強(qiáng)度得到很大的提升。此外，合金鋼還有很多碳素鋼所沒有的優(yōu)勢，比如耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等。合金鋼的出現(xiàn)為化工機(jī)械設(shè)計(jì)提供了新的材料選擇。由于合金鋼造價(jià)高于碳素鋼，故應(yīng)優(yōu)選碳素鋼，只有碳素鋼不能滿足設(shè)計(jì)需求時(shí)，再選用合金鋼。

2.1.3 不銹鋼

因?yàn)榛どa(chǎn)的特殊性，所以化工機(jī)械設(shè)備在日常使用過程中將不可避免地會(huì)接觸到酸、堿、鹽等各類活性液體介質(zhì)，此類介質(zhì)會(huì)造成化工設(shè)備在使用過程中遭受腐蝕，從而導(dǎo)致其失效。另外，類似液化天然氣、液氨等超低溫介質(zhì)，由于碳素鋼和合金鋼的耐低溫性能較差，故無法應(yīng)用于低溫工況的設(shè)備。因此，不銹鋼材質(zhì)在化工機(jī)械設(shè)計(jì)中取得了廣泛的應(yīng)用：不銹鋼不僅具有良好的抗腐蝕性能，還能有效避免鐵離子的污染，而且有非常好的耐低溫性能，正逐漸成為化工機(jī)械設(shè)計(jì)中所普遍采用的一種金屬材料。由于奧氏體不銹鋼的焊接性能更為優(yōu)良，在化工機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用較多。

2.1.4 其他金屬材料

鈦材和鈦合金也是在化工機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用比較多的金屬材料。鈦和鈦合金具有高強(qiáng)度、高耐蝕性能等優(yōu)點(diǎn)，可用于介質(zhì)為氯化鹽、氯化物和強(qiáng)堿等化工設(shè)備。鎳基合金則多用于那些對抗腐蝕性能要求非常高且工作在高溫條件下的機(jī)械設(shè)備。由于此類材料成本較高，故常用于特殊介質(zhì)、特殊環(huán)境及特殊要求的設(shè)備選材。

2.2 非金屬材料的選擇

2.2.1 石墨

石墨是由碳組成。石墨在經(jīng)過一定的處理后可以形成不透性石墨，具有良好的抗腐蝕性能，可以用于絕大多數(shù)化工生產(chǎn)場合，例如沸點(diǎn)的稀硫酸、氫氟酸、鹽酸等。此外，石墨材料還具有良好的熱傳導(dǎo)性，所以在制作熱交換器時(shí)也使用地較多。但石墨材料的塑性以及抗拉強(qiáng)度都比較差，為了防止以石墨材料為主的化工機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)損壞，一般需要使用其他金屬材料制作設(shè)備外殼，以防止設(shè)備損壞。

2.2.2 搪玻璃

搪玻璃對各種濃度的無機(jī)酸、有機(jī)酸、有機(jī)溶劑及弱堿等介質(zhì)均有極強(qiáng)抗腐性，通過將其與具有良好力學(xué)性能的碳鋼材料結(jié)合使用（以碳鋼為主體材質(zhì)，以搪玻璃為襯層），可得到良好的抗腐蝕性以及力學(xué)性能，是當(dāng)前化工機(jī)械設(shè)計(jì)中研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。但搪玻璃設(shè)備也存在一些缺點(diǎn)，如在遭受機(jī)械沖擊時(shí)極易發(fā)生破碎，在驟冷和驟熱的變化過程中可能發(fā)生脫瓷等問題。

2.2.3 玻璃鋼及塑料材料

玻璃鋼是一種增強(qiáng)型塑料，抗腐蝕性能優(yōu)良，對水、大氣以及普通濃度的酸、堿、鹽以及多種油類和溶劑都具有良好的抵抗能力。在化工機(jī)械設(shè)計(jì)中，玻璃鋼常用于通風(fēng)管路、涼水塔外殼以及鹽酸貯灌等設(shè)備的選材。但玻璃鋼材料也有自身缺點(diǎn)，如耐高溫性能差，不能用作高溫工作條件下的化工機(jī)械設(shè)備?；ぴO(shè)備中還經(jīng)常使用聚丙烯、硬聚氯乙烯等塑料材質(zhì)，用于制作一些水槽、酸性及堿性的儲槽。

3 化工機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選用的注意事項(xiàng)

3.1 經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性相結(jié)合，合理選用機(jī)械材料

化工機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選用，首先要遵循經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性相結(jié)合的原則，為化工機(jī)械的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。材料運(yùn)用的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性的統(tǒng)一，需充分考慮到兩個(gè)方面的內(nèi)容：①應(yīng)用于化工機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料要將零部件的制造工藝做為參考依據(jù)。機(jī)械加工過程中所要使用的工藝技術(shù)也有多個(gè)種類，如切削工藝、鑄造工藝、焊接工藝、熱處理工藝等，在材料的應(yīng)用過程中要根據(jù)工藝技術(shù)的不同合理選用;②需要強(qiáng)調(diào)材料應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)性，一些材料的各方面性能優(yōu)異，但是材料成本較高，如果大量使用，會(huì)極大地增加化工機(jī)械設(shè)備的成本，可以在滿足質(zhì)量要求的前提下，在關(guān)鍵部位使用性能高、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機(jī)械設(shè)備的加工制造成本。

3.2 環(huán)保性與節(jié)能性相結(jié)合，減少機(jī)械材料的損耗

當(dāng)今社會(huì)的不斷發(fā)展，離不開對資源的大量索取與開發(fā)，許多類型的化工材料在資源開發(fā)過程中已成為了較為稀缺的資源，故化工機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選用，應(yīng)遵循環(huán)保性與節(jié)能性相結(jié)合的原則，從而有效提高資源利用率。因此，對于化工機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選擇，不僅要考慮成本的輸出，也要考慮對環(huán)境的保護(hù)，合理使用材料，在最大程度上節(jié)約原材料和成本，減少能源消耗，推動(dòng)化工機(jī)械行業(yè)和環(huán)保建設(shè)共同發(fā)展。

3.3 做好防腐保護(hù)，防止出現(xiàn)裂縫

在進(jìn)行化工機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，良好的防腐保護(hù)，可以防止機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)裂縫，提升機(jī)械設(shè)備整體性能。在進(jìn)行防腐處理時(shí)，首先要從材料的選擇以及加工工藝上考慮。如選擇耐腐蝕性較強(qiáng)的材料，盡量減少形狀復(fù)雜、易于積塵的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，從而達(dá)到減緩腐蝕發(fā)生的目的。具體而言，化工機(jī)械設(shè)計(jì)中的防腐保護(hù)需重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)問題：

①設(shè)備的結(jié)構(gòu)盡量簡單化。避免化工機(jī)械設(shè)備及其零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過于復(fù)雜，同時(shí)避免零部件裝配時(shí)出現(xiàn)縫隙;②涂抹防銹漆?；C(jī)械設(shè)備的表面應(yīng)涂抹質(zhì)量較好的防銹漆，良好的防銹層可以將設(shè)備的表面與水分和空氣隔離開來，防止設(shè)備腐蝕;③確保不存在水汽淤積現(xiàn)象。化工機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，盡量避免出現(xiàn)凹孔，不要給水汽留下任何淤積的可能;④保證工作的連貫性。絕大多數(shù)的化工機(jī)械設(shè)備在加工制造過程中需要用到焊接工藝，一定確保焊接的連貫性，避免因焊接不連貫而造成的質(zhì)量缺陷發(fā)生?，F(xiàn)實(shí)中，機(jī)械加工制造過程中的不連貫之處往往可能成為缺陷點(diǎn)，而這些缺陷點(diǎn)恰恰是腐蝕容易發(fā)生的位置;⑤合理化的防腐處理。由于化工機(jī)械設(shè)備的縫隙處非常容易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，所以除了需要在設(shè)計(jì)階段避免裝配縫隙的出現(xiàn)外，在零部件間的主要結(jié)合位置應(yīng)該進(jìn)行一些合理化的防腐處理，以有效防止縫隙處腐蝕問題的出現(xiàn)。

4 結(jié)束語

綜上，化工生產(chǎn)中其設(shè)備是保證整個(gè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。而設(shè)備的質(zhì)量對生產(chǎn)安全、生產(chǎn)效益等多方面都有一定的影響。因此，在化工機(jī)械設(shè)計(jì)中，對材料的選擇與運(yùn)用要從成本、質(zhì)量、環(huán)境等多方面進(jìn)行綜合考慮，以實(shí)用性強(qiáng)、載荷性強(qiáng)、低消耗、無害、可回收的機(jī)械材料為主選材料，更好的實(shí)現(xiàn)材料節(jié)約利用、有價(jià)值應(yīng)用，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展道路，實(shí)現(xiàn)化工機(jī)械行業(yè)的新發(fā)展。

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