为生产设备选择合适的材料

作者:Dominik Stephan 文章来源:PROCESS德文版 发布时间:2014-03-13

从事化工生产相关的工作人员都很清楚,腐蚀性介质和高温对容器、仪表和安装部件有着很强的腐蚀作用,直到把它们“吃透”。为了使这些装备不至于成为流程工艺生产链中的薄弱环节,选择合适的材料必不可少。

1912年,位于柏林的Krupp公司专利办公室的员工Clemens Pasel先生满腹疑惑地把一份专利申请交给了当时的皇室专利管理局。当时,Krupp公司研究人员交给普鲁士当局的这份文件在整个欧洲引起了轰动,专利申请内容为一种不会生锈的金属材料。当时,正在飞速发展的化工企业正在寻找能够耐腐蚀、耐高温的金属材料。而Krupp公司当时的研发负责人Benno Strauss博士则不像Pasel先生那样对这一专利表示怀疑。埃森市的钢业巨人成功研发了世界上第一块奥氏体不锈钢。一年后这种材料在化工生产企业中得到了应用,1913年巴斯夫公司在其合成氨生产设备中首次使用了奥氏体的铬-镍不锈钢。今天,不锈钢材料已是化学工业企业实现多种不同生产目的而经常使用的材料。这主要是因为含铬元素的钢有着很好的淬硬性,受热后的变形也很小。含镍的合金则有着很好的防锈蚀性能和可焊接性能。

其他合金材料

所有被称之为不锈钢的材料都有着很好的变形加工性能,这些材料可以通过轧制、锻造和挤压等加工工艺制造成各种各样的仪表、锅炉和管道零部件。但不锈钢材料也有自己的不足,不锈钢材料制成的零部件上的螺纹非常容易“粘连”,但这种零部件具有使用寿命长,易于清洁等优点。因此,不锈钢材料在仪器仪表制造、药品生产和食品生产领域中具有非常广泛的应用。不锈钢材料中的氯离子在遇到盐酸一类的介质时会发生化学反应,从而导致材料出现空洞腐蚀和应力腐蚀裂纹。

钢材以及其他许多合金材料在设备制造中有着广泛的应用,例如:钛,尽管钛的价格很高(是不锈钢的35倍)。但由于钛合金具有优异的耐化学腐蚀性能,生产加工方式相对简单,能够满足人们的使用要求。因此,在铬镍不锈钢材料不能适用的工作条件下可以使用钛基的合金材料。在生产制造含氯、尿素或者醋酸类产品的生产设备,以及海水淡化设备时,纯钛金属制造的零部件是首选材料。

涉及到表面质量

过去在化学工业领域中盛行一时的陶瓷材料反应器今天已经失去了原来的光辉。包括纯玻璃器皿,它们都在实验室和技术研发部门中失去了原来的地位。取而代之的是涂层材料,玻璃珐琅具有很高的强度,很强的耐腐蚀性能,很高的光洁度,且表面易于清理。但珐琅釉很难制造,而且生产制造过程非常复杂。

塑料材料在反应器表面涂层中也体现出了自己的价值,其中聚合物涂层具有很好的绝缘和保温性能,而且耐酸、耐碱。聚合物很容易被涂覆到化工器皿、元器件的表面;与合金材料相比,价格较低。但塑料不能耐高温、强度较低、可燃,因此在工作环境温度较高时常常无法使用塑料作为涂层材料。但塑料材料并没有因此而退出历史舞台,目前已经成功研发出了化工企业适用的阻燃塑料管。在未来将会在海水淡化设备中用特种塑料来取代价格昂贵的金属钛零部件。

流程设备的仪表、附件和管道等因材料失效或者腐蚀而受损,将会带来灾难性的后果。一根链条的强度取决于它最薄弱的一个环节,化工生产过程也是这样。因此,20世纪化学工业企业在现代化金属材料方面的研发,尤其是在不锈钢材料方面的研发还远远没有达到顶峰,从1912年Clemens Pasel先生叩开柏林Gitschiner大街皇家专利局的大门开始,还有很长的路要走。

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