石油化工设备选材基本原则续Word格式文档下载.docx
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GDF7，J,0+规范的?
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级相应的我国标准为2>
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#）是非合金或工业纯钛。
最常用的是#等级，其机械强度与中级碳素钢相似，温度上限约为"
$$U。
%、（（V、（#）>
0+规范的V、?
V级2D@’N）?
%级相应于我国标准2>
S）是含少量钯不超过$O#=T）（的钛合金，可以提高耐蚀性。
其机械强度与中级碳素钢相似，温度上限约为"
$$U（"
）>
0+规范的?
#级2D@$OA1D@$O"
06）相（（应的我国标准为2>
$）最初是用做抗高温盐水腐温度上限为"
蚀，而成本又比V级低的材料，万 方数据（!
0+规范的S级2D@"
7@#O=5）（是和铝、
钒的合金，可以提高强度，尤其是在高温下。
其力学强度大约比V级高A$T，温度上限为"
#$#"
锆锆最初是用做核材料。
在化学工业中最常用的商品级的锆其最高含铪量不超过#O=T，铪的冶金和化学性质与锆相似，不会影响其耐蚀性。
锆能耐中等强度的硫酸和热盐铌酸的腐蚀。
工业纯锆机械强度与中级碳素钢相似，温度上限约为!
锆与铌的合金（S=O#WG@1P）能增加强度，特别是在高温下。
$&
钽钽与玻璃的耐蚀性相似，可以用于其他金属不能承受的环境，使用温度上限为?
S$U。
钽是一种重金属，其密度超过铁的#倍。
钽易于制造，它柔韧性好、可锻，能做成复杂的形状。
钽有很高的熔点（"
$$$U）很难焊接。
为了，阻止钽与大气中的气体反应，焊接通常都是在真空室中进行的。
收稿日期：
#$$=@?
#@?
%作者简介：
洪德晓（?
S"
A—）男，，教授级高工。
长期从事化工设备标准的制定、研究工作。
第-3卷.
洪德晓6石油化工设备选材基本原则续）（
$$?
钽非常昂贵，仅限于制造强腐蚀条件下使用的热电偶壳、加热盘管、加热棒、冷却器和浓缩器。
在化学工业中，有时也用钽做防腐衬里等。
出于经济考虑，钽常用作衬里或薄的复合层。
商业纯钽的机械强度相对较低，约为中级碳素钢的!
#。
钽与$"
#的钨组成的合金（%"
’（$"
））强度有所增加，比纯钽的*倍还要高。
含*+!
#钨的钽合金（%,&
’（*+!
））常用于化学工业，其机械强度介于纯钽和$"
#钨钽合金之间。
*+-.非金属材料!
#"
$.复合材料复合材料是由两种或两种以上材料在宏观尺度上进行组合而成的有用材料。
复合材料的一大优势就是兼有各组成物的优良性能。
玻璃增强塑料玻璃钢，（/01）是最著名的复合材料之一。
这种塑料”“通常由聚酯树脂经多层玻璃纤维增强而成。
玻璃增强塑料的强度在各个方向上是不同的。
平行于纤维方向的抗拉强度可能和钢一样高，而垂直于纤维方向的抗拉强度通常很低。
!
.玻璃在化学工业的一些特殊场合，硼硅酸盐玻璃可用于制造承压设备，但玻璃更常用作容器和储罐的衬里材料。
玻璃特别适用于要求透明的管子。
在流量计和视镜等设备中都要求透明。
除氢氟酸外，玻璃对其他所有酸都有很好的耐蚀性。
它会遭受热强碱溶液的侵蚀，长时间浸泡在热水中，可能会有轻微的损伤。
除氢氟酸、磷酸和强碱之外，硼硅酸盐玻璃可以在$!
2以下抵抗所有化学制品。
已有既耐酸又耐碱的玻璃。
玻璃的主要缺点是很脆，以及受热冲击易破坏。
%.石墨工业石墨制品由碳的带状微粒材料组成，它们是加热到*"
2以上后形成的，具有石墨晶体结构。
抗渗石墨是通过将石墨制成需要的形状、把气孔抽空及用树脂浸渍来制造的。
浸渍起到了将石墨孔隙密闭的作用。
抗渗石墨有良好的耐酸性和耐碱性，除了超强万对其他所有条件都几乎完全是惰性的。
方数据氧化条件外，
它常用作爆破片和特殊设计的换热器由于其有很（高的热传导系数）。
石墨还可以用作垫片材料。
抗拉强度低使这类材料的应用受到严重限制。
此外，碳或石墨制成的元件易受机械冲击和振动而发生脆性断裂。
石墨的温度上限为-"
2。
石墨在化工设备上的应用可参见石墨制化工《设备》一书。
#.塑料外，除用于玻璃增强塑料/01）各种塑料还用（于容器衬里和垫片。
.耐火材料耐火材料是耐热绝缘材料通常是可浇铸的）（，用于高热流体容器或管道的内部衬里。
3.选材
从分析具体压力容器影响材料的主要因素出发，以及了解典型材料的基本情况后，设计者对于大部份压力容器可确定选用材料类型。
如采用碳素钢或是不锈钢，或是有色金属。
各国压力容器规范都确定可用材料一般称表（列材料）以及相应的材料技术条件。
在压力容器规范中也规定了相应材料的使用限制。
如我国的/4$!
—$%%5钢制压力容器》《即有相应的规定。
从世界各国压力容器标准上的规定来看，选用非表列材料也是允许的，有相应的认可条件和但程序。
3+$.材料技术条件的理解我国的材料技术条件材料标准）（分为国家标准、（行业）部标准及企业标准；
国外一般分行业协（会）标准及企业标准。
以往由于我国钢铁企业生产条件的限制，产品往往以达到国家标准为准则；
而国外企业都有自己更严格要求的企业标准以创名牌。
因此，从标准中看我国标准的要求并不低于国外行业标准，但实际产品的质量却大有高低之分。
主要在于实际的硫、磷以及其它微量有害元素的控制。
因此对特定的压力容器选材时采用标准要加以研究，对特殊场合可根据需要提出补充要求。
但应注意，提出补充要求往往伴随着成本增加。
对有经验的设计者来说可选择能满足要求的相应标准，该材料标准本身的要求已满足设计者要求，无需提出
’#?
化$工$设$备$与$管$道
#））5年第!
期
补充要求。
#$强度钢强度钢一般指碳素钢和低合金钢，可按%&
’（）《钢制压力容器》选用表列材料及相应的材料标准。
一般来说这样选用是可保证质量的。
但是在选择强度级别较大的钢种时要特别重视，!
*$（+）,-.，如!
/0$11）,-.的钢材，应详细了解企业的生产情况以及该钢材的实际使用情况。
压力容器强度钢除首先选用压力容器钢材标准外也可选用造船用钢、桥梁用钢及锅炉用钢。
由于冶炼及技术要求不同，一般说造船用钢、桥梁用钢适合于常温及低温使用，而锅炉用钢则适合常温及中温使用。
$不锈钢国内不锈钢也习惯于采用2343的命名，!
）1，如!
’5等等。
根据设备的参数选用相应类别的不锈钢，再按不锈钢技术条件采购。
选用者除了类别外可根据需要选用低碳#）"
）67）（或超低碳#）"
（）!
7）以满足要求。
2343标准在类别!
）1，后可!
#’接有一个或几个字母，其意义为：
89:
9）—（——铌；
——高温；
——超低碳；
——8——氮强化；
——4——硫；
—=——钛稳定。
由于不锈钢应用较为成熟，各国牌号按2343处理易于了解。
在具体选用上可按%&
’（）相应特性选用。
1$铝及铝合金《铝及铝合金选用可按>
=1+!
1铝制焊接容器》中有关规定。
1"
’$塔等。
#$工业纯铝’）5）、’）（）2、’）!
（等由于它们的塑性高，焊接性好，耐腐蚀性高，但切削加工性能差，使用温度不得超过’（）A，能耐浓硝酸、醋酸、碳酸氢铵、尿素等的腐蚀，但不耐碱及盐水的腐蚀。
可用于制作储罐、塔器、热交换器、防止污染及深冷设备。
’）5）、’）（）2在化学工业中用得很多，如浓硝酸储槽常压，
（1）A，@67硝酸）冰醋酸储槽常压常、（万方数据 、温冰醋酸）精甲醇储槽常压、（常温的精甲醇）尿、高纯度铝’26（、’2@）用于制作耐腐蚀要求高的浓硝酸设备如漂白
素分解塔压力）"
’,-.，（’’）A，素液：
#，尿8;
:
B8;
#C5（7，（:
#）D）"
17，#B等尾气：
8;
;
#8;
!
（67E5#7，##67E!
）7；
#B@7E:
B;
’#7）冷凝水冷却器管内：
力）"
#,-.，E、（压（）@）A的甲醛，管外：
压力）"
’,-.，E1）A水）#）。
’）!
（主要用于防污染设备上。
$防锈铝
（2）#、
（2）!
、
（2）（、!
2#’使用温度：
（2）!
、
（2）（不大于5（A，
（2）#、#’不大于’（）A。
上述工业纯铝及防锈铝最低使温度可达F#+!
A。
（2）#、
（2）!
、
（2）（用于制作深冷设备，如液空吸附过滤器、分馏塔。
2#’可以用于制作板式换热器，现用以制作深冷设备中的板翅式空气液化器等。
（2）#目前已选用为新的国标管法兰活套铝法兰材料。
1$铸造铝合金G<
）’、G<
’）1$$G<
）’主要铸造承受重负荷、耐冲击和耐腐蚀的零件，如海轮配件和机器壳，不适用于铸造大型和形状复杂的零件。
’）1G23,H0）、（G234I@,H）要铸造形状复主杂、承受重负荷或承受冲击作用的零件，如活塞式内燃发动机的曲轴箱和滑块，代替GJ4K5L5L!
做水泵叶轮和制造各种弱腐蚀及防污染设备。
铝及铝合金的选用可参考铝制化工设备》《。
（$钛及钛合金《钛及钛合金选用可按>
=1+1（钛制焊接容器》中有关规定。
钛材有!
种不同类型：
L钛合金、L钛合金、M!
加工性能等都有所区"
L钛合金。
其耐腐蚀和力学、别，国内列入国家标准的钛材虽已有#）余种，但常用于化工设备的只有有限的几种。
设计者应根据设备使用条件、零件所处位置、要求加工程度等不同情况而选用不同牌号的钛或钛合金。
一般来说，工业纯钛由于其耐腐蚀性比一般钛合金好，强度虽不如某些钛合金高，但价格比钛合金低，塑性好、易于加工成型，因此是钛制化工设备的常用材料。
工业纯钛中的=2）和=20一般用于要求变形量较大的场合，换热管多用=2#，要求耐摩擦及较高强度时用=2!
。
当介质是非氧化性的又无缓
第’（卷,
洪德晓3石油化工设备选材基本原则续）（
$（?
蚀剂，应选用耐腐蚀钛合金，但必须注意其加工制造性能、材料的塑性指标等；
对那些容易产生缝隙腐蚀的零件最好选用钛钯合金!
#和钛钼镍合金!
$%或经镀钯处理的钛；
承受较大应力的紧固件和非焊接件等可选用机械强度高的钛合金!
’。
用于强腐蚀介质的钛材，尤其是焊接件母材及焊丝的铁、氢含量应控制在更低的水平上，避免焊接过程中产生富铁相，产生电化腐蚀。
单层钛设备应用上限温度为（%%）；
复合钢板设备应用上限温度为（*%）；
衬钛设备应用上限温度为+*%）。
$,钛设备的主要应用（$）氯碱工业。
用于金属阳极电解槽、离子膜电解槽与阳极液泵、湿氯冷却器、精制盐水预热器、脱氯塔、氯气冷却洗涤塔；
用于漂粉精生产系统中的氯化桶与离心机；
用于次氯酸钠生产系统中的冷却盘管与次氯酸钠成品泵。
（+）纯碱工业。
用于板式换热器、伞板换热器、板式冷凝器、结晶外冷器、氯化铵母液加热器以及相应的泵、阀门、碳化塔冷却管、蒸馏塔顶氨冷凝器、&
-+透平压缩机转子叶轮；
用于联碱生产中的结晶外冷器；
氨盐水伞板冷却器与板式冷却器，+透平&
压缩机油冷却器板式）碱液泵、（，母液预热器。
（（）农药生产。
用于六六六合成液冷却器、氯化釜内冷却蛇管、蒸馏罐及其阀门、管件；
“乐用于果”中间体反应罐、冷凝管、流量计与阀门；
用于敌鼠钠盐生产中的醋酸、醋酐回收装置：
用于马拉硫磷生产中的湍流吸收塔、恒沸塔、浓酸汽液分离器、酸水蒸发冷凝器等。
（’）尿素生产。
用于尿素合成塔衬里、氨汽提塔、一般分解塔加热器、甲铵泵的进、排液阀与弹簧、高压混合器等。
（*）钛白粉生产。
用于薄膜浓缩器、煅烧窑进料管、离心器分布盘等。
（.）精细化工。
用于防老剂/冷却器；
白炭黑生产中的搅拌器、塔盘、浮阀、喷嘴等；
吐氏酸生产中的氨化锅等。
（0）合成纤维和人造纤维。
用于维尼纶生产中的醋酸精馏塔、冷凝器和阀门、管件；
用于己内酰胺万 方数据生产中的二盐反应器、水解器、肟化反应器、二盐水
解中间加热器、羟胺冷却器、羟胺换热器、羟胺二磺酸盐加热器、尾气罗茨鼓风机、光亚硝化反应器；
用于涤纶生产中的高温洗涤器及冷凝器、高温加热器、屏蔽泵、醋酸脱水塔及阀门、管件；
用于人造纤维生产中的塑化槽、电渗析器阳极板等。
（1）基本有机合成。
用于乙烯氧化制乙醛装置中的反应器、氧化塔、催化剂再生器、除沫器、第一和第二冷凝器、脱高沸物塔、泵等；
用于丙烯氧化制丙酮装置中的文氏混合器、氧化下加热器、羰化下加热器、氧化分离器、贫氧空气冷凝器、液位控制器、羰化反应器、闪蒸塔、催化剂再生器、催化剂过滤器、催化剂循环泵、阀门、管件等；
用于乙醛氧化制醋酸装置中酌氧化塔、脱沸塔、醋酸回收塔、醋酸冷凝冷却器、高沸物再沸器、阀等；
泵、用于轻油氧化制醋酸装置中的冷凝器、加热器、分离塔、氧化塔、阀门等；
用于甲醇低压羰基化制醋酸装置中的闪蒸器、精馏塔等；
用于丙烯酸生产装置中的塔盘、再沸器等；
用于对苯二甲酸生产装置中的氧化反应器及相应设备；
用于氯乙醇法生产环氧乙烷装置中的次氯酸化塔、碱洗塔；
用于环氧氯丙烷生产装置中的二氯丙醇反应器、二氯丙醇循环槽、二氯丙醇缓冲槽、环化塔塔板与浮阀、冷蒸塔栅板、二氯丙醇循环泵和进料泵等；
用于以乙烯为原料生产聚氯乙烯装置中的热骤冷塔、废水汽提塔、废水储罐等；
用于合成脂肪酸生产装置中的&
*2&
#脂肪酸精馏塔再沸器，$2&
’脂肪酸冷凝器等；
用于苯甲酸和苯酐生产装置中的恒沸塔、苯甲酸精馏塔及其冷凝器等；
用于顺酐生产装置中的恒沸塔、冷凝器、蒸发器、汽水分离器、滚筒、成型机等。
（#）硝酸生产。
用于硝酸蒸发器、氧化氮尾气预热器、硝酸蒸汽预热器、气体洗涤器、快速冷却器、冷凝器、涡轮鼓风机、阀门、泵、管道等；
用于硝铵生产装置中的鼓泡器；
用于碳铵生产装置中的氨水泵；
用于硫铵生产装置中的硫铵蒸发器等。
（$%）无机盐生产。
在氯化镁、氯化钾、氯化钡、氯化铜、液体氯化钙和氯化锰等生产装置中的反应器、结晶器、换热器、蒸发器、洗涤器、吸收器、阀泵、门、管件等上应用；
用于溴化亚铁生产中的蒸发器，溴化铁生产中的吸收器、喷淋器、风机、泵等；
用于碘化钠生产中的蒸发器、溶解槽、吸滤器等；
硫酸铝生产中的蒸发器等；
氯酸钾生产中的醋酸回收塔等。
$?
化）工）设）备）与）管）道
++’年第#期
（!
）染料生产。
用于蛇管换热器、吸收塔、净化塔喷头、风机、水环式真空泵、过滤器等；
用于生产偏苯三酸酐装置中的氧化塔；
漂白粉生产设备中的横壁小刮板。
）冶金工业（!
#）真空制盐及氯化镁生产。
用于氨蒸发器、预热器、预冷器、法兰、泵、一效加热室、氯化镁蒸发罐加热室等。
$）滨海电站与核电站。
已大量采用钛材代替其他材料制造凝汽器。
%）制药。
用于维生素&
干燥装置中的螺旋加料机、旋风分离器、旋蜗体、袋滤器、加热器、粉碎机等；
用于葡萄糖生产装置中的薄膜蒸发器等；
用于吡唑铜水解设备内的换热器；
用于氯霉素回收装置中的升膜浓缩器，包括升膜蒸发器、列管预热器、旋风分离器等；
用于对酮硝化装置中的硝化反应锅，氯霉素离心过滤工艺中的离心过滤机，安乃近水解工艺中的换热器，硝氯酚生产中的锚式搅拌器、四咪唑生产中的压滤罐，咖啡因生产中的反应罐框式搅拌器、列管与盘管换热器等。
’）电解与电镀。
钛材在电解二氧化锰生产中用作阳极，在电镀（镀镍、镀铬、镀铜等）生产中用作蛇管加热器、阳极网篮，在回收电镀废水中用于薄膜蒸发器。
（）纺织工业及其他行业。
用于漂白机、亚漂联合机。
胶片洗印设备中的漂白液槽、磁力泵轴。
煤矸石综合利用装置中用作盘管加热器。
海洋工程中用于盔甲式常压潜水器。
闪蒸法海水淡化装置中用于冷凝器。
海轮上用于板式换热器。
我国炼油设备中用钛设备还很少，国外炼油厂已采用钛制换热器，并大量用于原油初次分馏器、流化床焦化设备塔顶分馏器、一乙醇胺再生器、脱硫产品冷凝器、脱硫塔顶馏出物分馏塔、丙烷冷凝器、氨汽提塔、原油塔顶馏出物冷凝器等。
$）钛设备的经济性比较钛制化工设备的应用有两种情况。
一种情况是，在某种腐蚀条件下，不锈钢与铝、铜等常用耐蚀金属不能耐蚀，只有用钛才能耐蚀锆等更贵的金属除（万 方数据外）。
这时只能采用钛制化工设备，不必与其他材料
制的化工设备做经济上的比较。
例如全循环改良*法尿素合成塔衬里的设计温度为"
+,，而常用的++*-!
（./!
$01"
不锈钢只能用于!
2%,以下，此时只能采用钛锆可用至"
#+,，（因太贵而在此不考虑），不存在钛与不锈钢在经济性上的比较问题。
另一种情况是，在某种腐蚀条件下，可以用不锈钢或其他常用金属材料，但腐蚀率较高，使用寿命较短，而钛的耐蚀性好，使用可靠性高，寿命长，这时往往必须对钛和不锈钢等较低价格金属在经济上进行比较与分析。
例如，水溶液全循法尿素合成塔衬里材料，设计温度为!
2%,，可以用钛也可以用++*-!
不锈钢，这时必须进行经济上的全面比较。
从金属单位重量的价格来比较，钛材一般是普通是不锈钢的%34倍。
作为设备，钢材的%+3（+倍，一般考虑用材料的体积而不是重量，从金属单位体积的价格来比较，钛材一般是普通钢材的#+3$+倍，是不锈钢的#3%倍。
但是，由于钛材的耐蚀性能更优，强度较高，所用钛材的壁厚较薄，因而材料的体积用量也可减少。
如电站凝汽器列管，用不锈钢管的常用壁厚为"
5%66和"
66，用铜镍合金（&
+、等）&
#的常用壁厚为!
5%3"
5%66，用钛管的壁厚常为+5%3+5466，钛比其他材料的用量明显要少，在考虑材料成本时，这是必须考虑的重要因素。
另外，还要考虑设备设计、制造和应用中引起的费用。
在诸如设备费用、设备寿命、设备维修费用、设备维修停车给生产带来的损失、设备运行状况对产品质量与产量的影响、对运转费用（消耗能量、原料水、等）的影响、对环保措施费用的影响等方面，只有在应用钛制化工设备明显优于应用其他材料的情况下，才采用钛设备。
前述许多成功地应用钛制化工设备的事例即属这种情况。
不能认为钛比其他金属的耐蚀性能好，就一定用钛。
有的化工装置中尽管铸铁泵的寿命要比钛泵的寿命短得多，但是铸铁泵或叶轮）（比钛泵便宜得多，而且可设置备用泵，倒换泵时不会影响化工生产，认为使用铸铁泵在经济上更为合算。
钛及钛合金的应用可参考《钛制化工设备》。
#5’）镍及镍合金《我国正在制订7&
89$（%’镍及镍合金制压力容
第81卷L
洪德晓M石油化工设备选材基本原则续）（
-A?
器》标准，现摘录该标准征求意见稿中部分内容以供
合金类型按!
#分类纯镍镍.铜中国分类纯镍镍.铜镍.铬.钼镍.铬.钼.铜镍.铬镍.铬.钼镍.铬镍.铬.钼镍.铬镍.铬.钼.铜"
#-81镍.铁.铬镍.铬"
#--"
#--*镍.铬.钼.铜镍.钼镍.铬.钼镍.钼镍.钼"
#-8*—"
#1*"
#118—"
#11*—
选用参考。
表!
镍及镍合金的材料牌号
中国标准牌号"
$—"
/01+———"
#11A"
#1-*"
#11$"
#1-A—公称成分%%"
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$2"
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