化工材料是什么
作者:訪客發(fā)布時(shí)間:2021-10-15分類:無機(jī)化工瀏覽:86
介紹
建造化工裝置所需工程材料的簡稱。組成化工生產(chǎn)裝置的化工機(jī)械、化工儀表、管道和構(gòu)筑物都是在不同溫度、壓力和機(jī)械負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn),所接觸的物料又多具有強(qiáng)腐蝕作用。因此,化工材料除應(yīng)具有一般工程材料的性能外,還應(yīng)具備優(yōu)良的耐腐蝕性能。若耐腐蝕性能不良,不但直接影響裝置的壽命,有時(shí)還可能引起火災(zāi)、爆炸等事故,還會(huì)影響產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。另外,根據(jù)不同的用途和使用條件,有時(shí)還要求化工材料具有耐高溫或耐低溫、導(dǎo)熱或隔熱等特殊性能。由于化工生產(chǎn)的物料和工藝條件各不相同,因而化工材料的品種繁多,型號、規(guī)格復(fù)雜,既包括一般工程材料,也包括化工裝置專用的具有特殊性能、特殊用途的材料。
種類
化工材料分為金屬材料和非金屬材料兩大類?;び媒饘俨牧嫌挚煞譃楹谏饘俨牧虾陀猩饘俨牧稀:谏饘俨牧现饕歌F和鋼,多數(shù)化工機(jī)械設(shè)備是用鑄鐵和碳鋼制成的。高合金鐵、高合金鋼(如高硅鐵、高鎳鐵和各類不銹鋼)以及鎳、銅、鋁、鈦、鋯及其合金,也廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)中。非金屬材料在化工中的使用日益廣泛,主要有塑料、橡膠、玻璃、陶瓷、搪瓷、不透性石墨等類。塑料發(fā)展迅速,耐蝕性優(yōu)良,應(yīng)用最廣泛;不透性石墨既耐熱、耐酸、還具有高熱導(dǎo)率,用量也較多;陶瓷、玻璃等耐酸性良好,但性脆,又不能制成大體積設(shè)備,所以其本身用途有限,但可用來搪、襯金屬表面,制成耐蝕的搪瓷設(shè)備,搪(或襯)玻璃的槽、罐等。
在金屬與非金屬之間,還有一種非晶質(zhì)(態(tài))合金,具有過冷液體的結(jié)構(gòu),耐蝕性很強(qiáng),有些接近鉭和貴金屬,是一種發(fā)展中的材料。
為了利用不同材料的優(yōu)點(diǎn),還發(fā)展了多種復(fù)合材料,其中有:①金屬與金屬復(fù)合,如夾層金屬板,利用高強(qiáng)度、低耐蝕的材料(如碳鋼、鋁合金)作底層,耐蝕性較高的材料(如純鋁、鎳、鈦、不銹鋼等)作接觸腐蝕介質(zhì)的表層。②非金屬與非金屬復(fù)合,如增強(qiáng)塑料。③非金屬與金屬復(fù)合,如合金陶瓷,既有一定強(qiáng)度,又能耐高溫。
選材原則
由于使用條件不同,化工材料的選材原則主要有:
材料的機(jī)械性能 化工機(jī)械一般都承受一定壓力、拉力或沖擊力,故化工材料首先須滿足機(jī)械性能的要求,主要是抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度、彈性模數(shù)、伸長率、硬度、疲勞極限等?;C(jī)械又多在強(qiáng)腐蝕環(huán)境和介質(zhì)中運(yùn)轉(zhuǎn),如采用手冊中的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(或稱名義強(qiáng)度,即在空氣中試驗(yàn)的平均值),有時(shí)會(huì)在應(yīng)力遠(yuǎn)低于最大值時(shí)損壞,在可能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂或腐蝕疲勞的環(huán)境中尤其如此(見腐蝕和防腐),故對可能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂的環(huán)境,考慮采用應(yīng)力腐蝕破裂臨界強(qiáng)度值。
材料的耐腐蝕性能
不同材料對于各種腐蝕環(huán)境具不同的耐蝕性,所謂優(yōu)良耐蝕材料只是相對的概念。例如:一般認(rèn)為不銹鋼是優(yōu)于普通碳鋼的耐蝕材料,但這只是在大氣、水和氧化性環(huán)境中才如此;在還原性酸中,兩者同樣被腐蝕;在70%以上的濃硫酸中,碳鋼比不銹鋼好;在含有氯離子的水中,奧氏體不銹鋼可能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂,而碳鋼卻沒有這種危險(xiǎn)。通常在手冊中載有各種材料在各種環(huán)境中(酸、堿、鹽、氣體、無機(jī)物、有機(jī)溶劑、大氣、土壤、水、海水、工業(yè)產(chǎn)品、食品及植物油等)的腐蝕數(shù)據(jù),如手冊中沒有所需數(shù)據(jù),則應(yīng)進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)。
金屬耐蝕性的評定標(biāo)準(zhǔn),按均勻腐蝕率大小分四個(gè)等級。對于精密部件和高壓、有危險(xiǎn)性的設(shè)備應(yīng)用腐蝕率極低的一級材料,一般容器、設(shè)備等則可用二三級材料,適當(dāng)增加壁厚,可保證較長壽命。對于金屬材料,不僅要注意均勻腐蝕,更應(yīng)注意局部腐蝕。當(dāng)手冊上指出這種“材料-環(huán)境”體系有產(chǎn)生孔蝕、晶間腐蝕,應(yīng)力腐蝕破裂的可能時(shí),則避免采用,或采取必要的防護(hù)措施。
非金屬迄今還沒有很好的評定方法,對于玻璃、陶瓷、石墨等可以參用金屬標(biāo)準(zhǔn)。而塑料和橡膠的適用標(biāo)準(zhǔn)可參考下列數(shù)字:抗彎強(qiáng)度的下降要小于25%;重量或尺寸變化要小于5%;硬度(洛氏M)變化要小于30%。
在選材中還必須考慮材料與環(huán)境的反應(yīng)是否對環(huán)境或生產(chǎn)造成不利的影響,如是否會(huì)污染產(chǎn)品質(zhì)量,影響工序流程,產(chǎn)生副反應(yīng),降低收率,甚至引起火災(zāi)、爆炸等。如有些材料腐蝕率雖然很低,但能使產(chǎn)品的色、香、味變質(zhì),甚至產(chǎn)生毒性(如微量鉛化合物),這對于食品、醫(yī)藥、纖維、化妝品類的工業(yè),就絕對不能使用。
材料的加工性能、物理性能
材料的加工性能 如鑄造、切削、焊接、鍛造、熱處理等性能應(yīng)滿足要求。其中焊接性能對化工設(shè)備尤為重要。
材料一般物理性能 如密度、熔點(diǎn)、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)等,也應(yīng)加以考慮。例如:要選用熱導(dǎo)能力強(qiáng)的材料制造換熱器;選用熱導(dǎo)能力最低的材料做保溫材料。
經(jīng)濟(jì)效益
選材的目的是避免設(shè)備、建筑等過早地?fù)p壞,保證生產(chǎn)正常運(yùn)轉(zhuǎn),這實(shí)質(zhì)上是一個(gè)經(jīng)濟(jì)效益問題。希望選用的材料都是耐蝕性最優(yōu)、價(jià)格最低,但往往耐蝕性最強(qiáng)的材料價(jià)格卻很高。通常需要從材料價(jià)格、設(shè)備壽命、檢修周期、維修費(fèi)用、停產(chǎn)損失、事故可能性和廢品價(jià)值等各方面來綜合考慮,以選擇最合適的材料。一般短期運(yùn)轉(zhuǎn)的中間試驗(yàn)設(shè)備,小型、間斷操作設(shè)備和容易更換的零部件,可選用價(jià)格和耐蝕性較低的材料;大型連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備,則要求壽命長、檢修次數(shù)少,多采用價(jià)格較高、耐蝕性強(qiáng)的材料。
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