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1、PaPerNo.09109常见化工防腐设备选择与使用任夫健常颖(防化研 究院第六研 究所,北京102 20 5)摘要:化工过程沙及的介质种类繁多,它们 大都具有一定的毒害性、易燃、易爆、腐蚀性强烈。化工设备 防庸至关重要,决定设备 防腐性能的关健因素是设备材质。简要介绍了常见的破钢、不锈钢、铝、长金属材质,以及玻璃与抢玻瑞、石1、玻瑞钢 与塑杆等非金属材质,时其防腐性能、突出优缺.点、适用于加工制造的设备、设备使用条件、价格千,作了述评,并时化工防腐设备的选择与使用提出T原则要求。关锐词:化工防腐设备 选择使用Sele ct iona ndOPer at io no nCommo nChel
2、u lca l Ant ieorr esionEquiPmentR E N Fu一ia nCHA NGYing(SixthD ePa r tm entofRe se arch In st it uteofChem iealDef ene e,Bei jing 10 22 05)A bs。,et:Ch e而ea l Pr o ce ss e sa r ee on e emedwit halotofehel n iea lme dia .m a nyoft hemha ve someto xicity,inf la mmability,e xPlo siven es sa ndst r ongeo
3、r msion.Che而c alequiPmentPlaya nimp or ta ntroleinsa f ePr o du etio n.T hekey f aetorwhich de eidesa nt ieor r osivep er f or ma ne e ofehem iea lequiPme ntist hei r mat er ia ls.Com mo nmet alma t er ialsinelude ca rbonste el,stainles s ste el,a lum inuma nd t it aniumwer eint ro du eed:e ommonn o
4、 nmet al liemater ialsin eludeg la ss,glassl ining,graPhite,Plasties,g las sf i berr einf or cedPla stie sa nd50o nwer eint ro du e edto o.T heira nt ie or r osio np er f or ma nee,o utsta nd ingmer ita ndwe aknes s,Pr op er tyofma nuf a ctur e,typ eofe quiPment,suit a ble op er atio neo ndit io n,P
5、r iceete.wer edise u ss ed.Som ematt er s ofPr in ei Ple o ns ele ct io na ndop eratio nofehemiea lequiPme ntwer era ls ed.Keywor l l: chemiea la ntic or r osio n:e qui Pment:sele etio n:op er a tion1前言化工过程涉及众多腐蚀性介质,介质组成千变万化,设备使用工况条件变化多端,属于典型的强腐蚀性环境。化工设备防腐性能优劣显得尤为重要,因为它关系到能否正常安全生产。众所周知,化工生产从原料到产品,大都
6、有一定的毒害性或易燃易爆性,如果设备选择不当,发生腐蚀引起泄漏,轻则停工停产,造成一定的经济损失,重则有可能引起灾难性的安全事故。化工设备防腐性能关键在于材质。设备材质分为金属与非金属两大类。金属类主要包括碳钢 (含铸铁)、不锈钢、有色金属及其合金.非金属类主要包括玻璃、搪瓷、石墨、玻璃钢、塑料等。选择防腐设备,首先要根据介质的腐蚀性、设备使用的工况条件与产品的卫生等级要求,初步确定防腐材质,其次根据工艺要求设备结构形状、型号规格、来源、价格、检修方便与否等因素,综合考虑最终确定合适的设备。各类化工设备设计手册上给出了众多材质牌号,有的还详细出给了化学组成,长篇累犊,令许多化工技术人员眼花缭乱
7、,无所适从,原因是现代专业分工越来越细,标准设备越来越多(包括企业标准设备),可以直接购入使用,而基本上不必设计加工非标设备,鉴于此,除了设备设计与制造专业的技术人员外,人们更加关心整体设备材质类型及使用要求,而对设备各零部件的材质牌号及加工制造工艺不甚关心。在可供选择的各种材质标准设备非常多的情况下,如何选择既能满足技术上可靠、经济上合理的材质,是广大化工科技人员急盼解决的问题。笔者结合自己的工作经验,围绕材质,对常见化工设备进行述评,以飨读者。CIC C20092金属设备2.1碳钢碳钢是以铁为主要元素,含碳量一般在2%以下的铁碳合金的统称,是品种最多、用量最大、用途最广的材料。各种碳钢耐腐
8、蚀性基本相似,其中低碳钢和灰铸铁在耐腐蚀领域中应用最多。碳钢在中性水、碱性溶液、各类气体、液态金属、有机液体等环境中的耐腐蚀性良好1 2 1。碳钢机械加工性能与物理性能优良,适宜加工制造各种类型设备,例如反应器类、容器类、换热器类、塔器类、除尘器类、泵类等。碳钢的资源丰富,价格低廉,而且即使在腐蚀较严重的环境中,还可以采取喷涂或衬装防腐材料等防护措施加以利用,所以是首选的设备材料。在对卫生级别要求不高的普通化工产品生产装置中,例如农药的生产装置,建议尽量选择碳钢设备。2 . 2不锈钢不锈钢是含铬1 2%以上或同时含镍的钢种的通称。种类很多,常用的有铬不锈钢 ( 含铬12%或更高)和铬镍不锈钢(
9、 含铬18%和镍9%)两类l 3 ,后者在防腐领域应用最多。不锈钢对大气、水、强氧化性酸(硝酸)、有机酸、有机化合物、碱、盐、中性溶液和多种气体都有良好耐蚀性。在酸性介质中耐腐蚀性能特高的不锈钢特称耐酸不锈钢。不锈钢具有较优良的机械加工性能,外表经抛光处理美观漂亮,无需涂刷防腐涂料,适宜加工制造各种类型设备。不锈钢设备在化工相关行业中应用极广,尤其是在卫生级别要求很高的医药与化妆品生产中。不锈钢价格较贵,影响它普遍地取代碳钢。2.3其它金属铝与钦在化工上时常用到。铝和铝合金在大气、水及PH为4 . 5一8.5的溶液和其它氧化环境中都有良好耐腐蚀性,耐有机酸和溶剂的腐蚀 2 1。钦和钦合金具有优
10、异的耐腐蚀性能,能耐大气、海水、各种氯化物和次氯酸盐、湿氯、氧化性酸(包括发烟硝酸)、有机酸、碱等的腐蚀。铝,由于无毒,腐蚀产物无色,比重小,强度高,价格较低,通常用于制造盛装产品的储槽(罐);钦,抗腐蚀疲劳的性能很强,强度/重量 比很高,但价格昂贵,常用于制造高效率的板式换热器。3非金属设备3.1玻璃与搪玻璃玻璃是以二氧化硅为主要成分的硅酸盐川熔化或锻烧的制品,品种很多,用在化工过程中的品种为高硼玻璃。搪玻璃又称搪瓷,是由玻璃质釉涂敷在碳钢表面经多次高温搪烧,使玻璃质釉密着于钢胎表面而成l 4 。玻璃具有很高的耐腐蚀性,除了氢氟酸和含氟的一些其它物质以及热浓的磷酸、强碱液外,几乎能耐所有介质
11、,包括热浓硝酸、硫酸、盐酸、王水、盐溶液、有机溶剂等。玻璃除了优异的耐腐蚀性外,还有几项突出的优点,那就是透明性、不粘性、化学稳定性与阻隔性。透明性使得在设备内部发生的状况一目了然.不粘性使设备容易清洗,化学稳定性与阻隔性,使得它不易发生化学变化,也不易被渗透,对介质具有优良的保鲜性能。玻璃的主要缺点是:强度低、热膨胀系数较大,因而受机械碰撞容易破碎,骤热骤冷则会炸裂;制造和加工困难,不能制造大型设备。玻璃常用于制造实验室仪器与小型反应器、储存容器、换热器等设备,搪玻璃兼具碳钢的高强度与玻璃的耐腐蚀性,常见的搪玻璃设备有反应器、储罐容器、换热器(碟片式、套筒式)和蒸馏容器等。玻璃与搪PaPer
12、No.0 9109玻璃使用温度一般在20 0以下,在用作传热设备时注意严防冷热介质温差过大 ( 超过14 0),并在加热或冷却时缓慢进行。玻璃设备适宜在较低压力下使用,搪玻璃设备耐压相对较高,但由于密封问题,一般不超过1.OMPa。玻璃设备因制造困难,价格较贵,甚至贵于不锈钢,但透明,漂亮,外表免刷防腐涂料。搪玻璃设备价格与不锈钢相当。玻璃与搪玻璃设备广泛用在酸性介质的化工生产中,在医药工业应用也较多,尤其是玻璃设备在公斤级规模的医药生产上更是普遍。3 .2石皿石墨是由焦炭在高温烧结而成的,具有微孔,孔隙率高达2 0%一3 0%。常用酚醛或糠醉树脂浸渍,使其在微孔中固化,得到不透性石墨,一般耐
13、热在18 0以下,宜在较低压力下使用。石墨是有名的惰性材料,对绝大多数腐蚀环境都有优良的耐蚀性,包括沸点的盐酸、稀硫酸、氢氟酸、磷酸、碱液 (酚醛树脂浸渍除外)、有机溶剂等,只有强氧化性介质如硝酸、浓硫酸、澳和氟等能破坏它I 2 。石墨更接近金属的性能,它是非金属中唯一具有高热导率的材料,导热系数比碳钢大两倍多,常用于制造换热器(列管式、块孔式)。但由于抗拉强度低,脆性较大,石墨设备常以碳钢作外壳,以防碰损。3.3玻璐钢与塑料玻璃钢是以玻璃纤维或玻璃布增强的树脂基复合材料,在树脂基体中加入苯乙烯和固化剂等,涂布于玻璃纤维或玻璃布上,经固化成形而得 3 l。常用的树脂基体有不饱和聚醋树脂、酚醛树
14、脂和环氧树脂等.玻璃钢使用温度一般不超过15 0。塑料是以合成的高分子化合物为基本成分,在加工过程中可塑制成型,而产品最后能保持形状不变的材料l 3 )。种类很多,在化工设备上使用最多的是热塑性工程塑料聚丙烯与硬聚氯乙烯。聚丙烯使用温度一般不超过11 0一12 0,硬聚氮乙烯不超过 6 0一6 5。塑料与玻璃钢耐腐蚀性能优良,除强氧化性酸和一些有机溶剂外,可耐酸、碱、盐、气体、水等介质的腐蚀。塑料与玻璃钢还具有质轻、易加工、价格低等优点。塑料强度较低1 5 1,通常用于制造在较低温度压力下使用的小型容器、塔器类设备。玻璃钢质地坚硬,机械强度可与钢铁相比,但由于导热性差及大型设备法兰密封不良,通
15、常用干制造常温常压下使用的水槽等储存容器,以及通风风管等。3 .4其它金属与非金属的复合材料兼具金属的高强度和非金属的耐腐蚀性。通常将非金属防腐材料,例如塑料、玻璃钢、橡胶、胶泥、涂料等,附着在接触腐蚀性介质的金属表面。实际上,上述搪玻璃设备与石墨换热器都可视作是金属与非金属的复合材料。此外,常见的是耐腐蚀性最强,有塑料王美誉的聚四氟乙烯塑料与碳钢复合,复合工艺有喷涂法和衬装法。喷涂法即便多次喷涂,难免存在针孔、砂眼,不适合用在强腐蚀性环境.衬装是预先加工好薄层衬里,再通过翻边、法兰固定等手段贴附在碳钢表面,衬装的设备多为在常压、正压下使用的储雄形容器。复合材料设备或限于非金属自身的性质,或限
16、于加工工艺,一般外观笨拙,价格较贵。4结语一般地,金属具有机械强度高,加工性能与传热性能及耐热性能优良等优点,适宜制造各类设备,适用压力、温度范围较宽,但防腐蚀性能不如非金属,尤其是在酸性环境中;非金属普遍耐腐蚀性能优良,但强度较低,传热性能(石墨除外)及耐热性能较差,适用温度、压力范围较窄,适宜制造常温常压与或较低温度压力下使用的容器类设备。在选择具体设备时,应在满足防腐要求的前提下,结合工作压力、温度及价格等因素综合考虑。一种材质不能抵抗所有介质的腐蚀,而一种介质可以有多种防腐材料可供选择,因而在同一套生产装置CIC C2009中出现多种材质的设备属于正常。在化工生产上,化学介质经常不单纯是某一种介质,有可能是多种介质组成的混合介质,而这些混合介质的腐蚀性有可能强于其中任一单组分介质。在这种复杂介质环境下使用的设备,建议通过试验考察候选材质的防腐性能。设备防腐性能固然与材质有关,但也与加工制造质量和使用条件有关。选购设备应尽量选择有资质的设备生产企业,并在设备验收时重点考查检测手段、检测方法与试验条件。在设备使用时,应严格遵守规定的使用温度与使用 压力
