摘要：化工设备设计中材料的选择将会影响设备的质量以及生产运作效率，并对安全生产起着重要的作用，进而影响到企业持续、健康、稳定发展。所以，化工设备设计中应当把材料选择放在重要位置，强化对设计环节设备材料选择的力度，确保企业化工设备材料应用符合相关质量标准。为此，化工设备设计人员要针对性地对化工材料的选择进行深入地研究和探析，以确保化工设备材料的选择符合适用性、经济性、安全性、节能性、环保性的要求。本文对化工设备设计中材料的选择与应用进行探讨。
关键词：化工设备；材料选择；设备设计
引 言：随着我国经济技术的不断发展，社会对于化工设备的设计质量要求越来越高，这就使得相关的企业要提高重视，加强对于化工设备的质量管理。具体到化工设备的设计中，就是要选择最合适的设计材料和设计工艺，以保证化工设备的质量和安全，同时企业在具体的生产环节，也要根据具体的情况合理应用化工设备，进而促进企业生产的效率。
1 化工设备设计中材料选择与应用的原则
在化工设备的设计过程中，对于材料的选用需要按照相关标准进行操作，并以材料选用的原则为指导进行应用。对于材料的选用过程来说，选用原则包括以下方面：（1）安全性原则。对于化工设备来说，在设备运行中发生问题会导致重大安全责任事故，所以在化工设备的设计过程中，需要按照设备中各系统的应用环境以及所需的结构强度进行材料选择，保证材料自身能够支持设备的正常稳定工作。另外安全性原则还包括设备建造过程，需要保证各类材料对建造人员的影响最小，让各类工作人员都能够处于安全的工作环境。（2）经济性原则。对于化工设备来说，材料选择过程中可能存在多种材料满足设备的正常运行要求，在该种情况下，需要选用经济性最高的材料进行设备建造，在保证设备能够正常运行的基础上降低设备的建造成本。（3）稳定性原则。对于化工设备来说，生产的产品以及产品原料通常有很高的腐蚀性，所以在具体的材料选择过程中，需要保证这些材料有很强的抗腐蚀性，这就对材料的稳定性提出了很高要求。另外在相关材料的应用过程中，需要保证各类材料的应用寿命能够满足设备的运行时间要求，在保证设备被按照相关制度进行检修的条件下，能够在运行期限内进行工作。
2 化工设备设计中材料的选择
2.1 金属材料的选择
2.1.1碳钢的选择
碳钢是适用性较强的一项金属材料，并且其内部的稳定性较高，对于环境没有过多的要求，即使在强烈的腐蚀条件下也可以保证自身的稳定性。在化工材料的选择过程中，设计人员使用较为普遍的是碳钢，所以，碳钢是一种性价比较高的金属材料。在正常的温度环境下，承载液氨和浓硫酸等液体的过程中，不会受强烈化学反应的影响。在实际生产过程中，大部分企业对于浓硫酸以及其他强腐蚀类的溶液都可以运用碳钢为主要设备的材料。加之国内碳钢资源较为充足，成本不高，因而受到企业的青睐。在对于容器设计的过程中，如果将不锈钢以及钛材相结合，并调整其厚度，会起到良好的使用效果。
2.1.2不锈钢的选择
由于整个化工生产过程设备会接触强酸、强碱等多种介质，有可能造成设备的腐蚀。针对上述情况，大部分设备设计人员会选择不锈钢材料。这是因为不锈钢耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀。在设计应用中，常将耐弱腐蚀介质的钢称为不锈钢，而将耐化学介质腐蚀的钢称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异，前者不一定耐化学介质腐蚀，而后者则一般均具有不锈性。其耐蚀性取决于合金元素的构成，因此设计人员在选择上要注视不锈钢中所含的合金元素的成分。
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2.2 非金属材料的选择
2.2.1石墨的选择
在石墨的选择上，应当着重考虑其内部的性能，石墨是通过焦炭在超高温之下充分燃烧而后形成的，并且会在内部产生多个细小的气泡孔，占整个面积的四分之一左右，利用大量的糖醇树脂进行浸泡，会让其内部的气泡孔逐渐呈现固化的状态，根据上述情况制作就会形成不透性的石墨。此种石墨在一般情况下，会在温度高达160℃左右环境下使用，并且对于压强的包容度较强，可以在低于0.5MPa的环境下还能保证内部良好的性能。还有一种可以在强烈的腐蚀环境下使用的石墨，内部的抗酸性强，可以在多种强酸性质材料混合的状态下，还能保持稳定的状态，并且可以在绝大部分的强酸材料中使用，比如：稀硫酸和盐酸等液体。另外，石墨还具备稳定热传导性，经常会替代碳钢做成导热器。但是石墨也存有一定的缺点，内部的塑性和抗拉程度低，在实际使用过程中，技术人员要针对石墨的特点，在外部制作一个由碳钢组成的外壳，避免设施受到严重的损坏。
2.2.2 玻璃钢和塑料材料的选择
玻璃钢即纤维强化塑料，是以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料，称为玻璃纤维增强塑料，或称为玻璃钢。实际使用的范围较广，具备较为稳定的特性，内部结构的密度保持在2.0上下，有着良好的耐腐性，对于复杂物质腐蚀的抗腐蚀能力强，比如：油类、强酸、强碱等液体。在企业经常被用于通风管道、水塔的外部结构以及多种设备的踏板等。但是由于长期使用，就会暴露材料本质上的弊端，其对于高温环境的抵御能力低，通常情况下，该材料在使用过程时，外部环境不能超过60℃。
3 化工设备设计中材料的应用
3.1 增加材料的防腐措施
在化工企业生产过程中，金属设备的腐蚀最为严重，其主要原因是因为金属设备在使用过程中所产生的化学反应引起的腐蚀，如金属容器及设备周围的无机盐类等介质与金属表面发生化学反应，能引起金属的腐蚀。还有就是大气腐蚀，大气腐蚀是一种电化学腐蚀。与此同时，土壤环境也会使设备产生一定的化学反应，对设备造成腐蚀。为防止上述情况的发生，需要设计人员对材料的内部结构进行分析，并考虑与生产装置的配套性，选用抗腐蚀性强的材料。第二，由于大部分化工设备材料与周围环境所产生的化学反应是一个较为长期的过程，当对材料进行挑选的过程中，需要设计人员对其进行精准的运算，提前做好设备腐蚀的预防工作，以保障设备的长期使用。
3.2 不锈钢材料和压力容器的选用
在设备设计过程中，需要加强对不锈钢材料的挑选，并针对其内部特性注意以下几点。第一，在设计不锈钢设备的厚度时，需要考虑内部的结构。第二，由于不锈钢的特性，经常会被用于防腐蚀性的设备中，通常情况下处于低温状态会有着良好的性能发挥。当选择不锈钢作为化工压力容器的材料时，需要根据国内制定的压力标准进行选择，确保不锈钢材料的性质，并保证不锈钢材料的厚度。
3.3 常用材料的应用
现阶段，在国内的大型化工装置中，大部分都是以分离装置、冷凝装置以及换热装置为主，并且此类设备普遍使用碳素钢和低合金钢。通常情况下，在大部分企业中，经常会使用普通碳素钢，因为其内在结构稳定，能够保证设备的高效利用。碳素钢板也分为多种类型，在选用类型时，应当针对内部的强度、抗压能力、耐高温程度等情况进行综合分析，满足上述条件的材料有：Q235-AF、Q235-A、Q235-B、Q235-C等钢板。
结束语：
在目前的技术支持下，我国化工设备的设计工艺得到了提升，同时有了更多的设计材料可供选择，在具体的化工设备设计中，一方面要选择合适的设计材料；另一方面也要注意设计的工艺操作，制造出高性价比、高质量的化工设备，为企业的生产提供动力。同时，在具体的设计及应用过程中，企业也要注意生产的环境，以保护化工设备免受过大的损失。
参考文献：
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[2]张赣润.浅谈如何提升天然气化工仪表自动化管理水平[J].化工管理,2015(35):253.
论文作者:蔡军海
论文发表刊物:《基层建设》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/18
标签：材料论文; 化工设备论文; 设备论文; 过程中论文; 石墨论文; 环境论文; 介质论文; 《基层建设》2019年第23期论文;