葉雅鋒

(輕工業(yè)杭州機電設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 311121)

1 引言

常用油脂化工設(shè)備主要包括原料儲存設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)備、成品儲存設(shè)備，與通常提到的化工設(shè)備相比，油化化工設(shè)備具有一定的溫度、壓力、耐腐蝕性的要求，但又相對較低，因此在設(shè)備材料選擇時需要充分的綜合考慮材料的使用性能、材料的工藝加工性能、材料的經(jīng)濟(jì)性等。

油脂化工設(shè)備在材料選擇上主要分為非金屬材料和金屬材料。非金屬材料主要有玻璃鋼(FRP)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)等；金屬材料主要有碳素鋼(如：Q235B、Q235C、Q245R、Q345R)、高合金鋼板(如：S30408(304)、S31603(316L)、S31703(S317L))、不銹鋼-鋼復(fù)合板(如：S31603+Q345R、S31703+Q345R)等。

2 非金屬材料

(1)玻璃鋼(FRP=Fiber Reinforced Plastics)即纖維強化塑料，該材料具有質(zhì)輕高強、耐腐蝕性能好、可設(shè)計性能好、工藝性能優(yōu)良等優(yōu)點。玻璃鋼(FRP)的抗拉強度可與鋼材相媲美—因此得名叫玻璃鋼，玻璃鋼制品的拉伸強度可接近，甚至超過碳素鋼。玻璃鋼(FRP)是良好的耐腐材料，對大氣、水和一般濃度的酸、堿、鹽以及多種油類和溶劑都有較好的耐腐蝕能力?？筛鶕?jù)需要靈活的設(shè)計出各種結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，滿足使用要求，可以使產(chǎn)品有很好的整體性，可以充分選擇材料滿足產(chǎn)品性能。可以根據(jù)產(chǎn)品的形狀、技術(shù)要求、用途及數(shù)量來靈活的選擇成型工藝。

但玻璃鋼(FRP)材料的缺點也很明顯，長期耐溫性能差、彈性模量低、材料老化現(xiàn)象、層間剪切力低等缺點。一般玻璃鋼(FRP)不能在高溫下長期使用，通用不飽和聚酯樹酯玻璃鋼(FRP)在50℃以上強度就明顯下降，一般只在100℃以下使用，通用型環(huán)氧樹脂玻璃鋼(FRP)在60℃以上，強度有明顯下降；玻璃鋼(FRP)的彈性模量約為鋼材的1/10；與其它塑料材質(zhì)一樣，在紫外線、風(fēng)沙雨雪、化學(xué)介質(zhì)的作用容易發(fā)生材料老化、導(dǎo)致材料性能下降；材料層間的剪切強度是靠樹脂來承擔(dān)的，所以剪切強度很低。

表1 玻璃鋼材料的物理機械性能

在油脂化工行業(yè)甜水處理過程中對設(shè)備有一定的耐腐蝕性能的要求，由于甜水處理過程中需加入具有腐蝕性酸、堿等物質(zhì)且設(shè)備的尺寸又相對較大，玻璃鋼的材料性能很好的適用了此生產(chǎn)工況。如甜水處理過程的酸處理槽、酸(堿)反應(yīng)器、甜水儲罐等均需采用玻璃鋼材質(zhì)。

圖1 玻璃鋼(FRP)設(shè)備

(2)聚氯乙烯(PVC)

聚氯乙烯(PVC)是一種工藝成熟、價格低廉的通用塑料；聚氯乙烯可分為硬質(zhì)聚氯乙烯和軟質(zhì)聚氯乙烯。聚氯乙烯的機械強度較高、化學(xué)穩(wěn)定性好、對酸、堿的抵抗力強，由于聚氯乙烯分子中含有大量的氯，使其具有良好的阻燃性能；對光、對熱的穩(wěn)定性能差，0℃時變得僵硬，-16℃脆化，長期使用溫度不超過65℃，80～85℃軟化，140℃熔解、170℃分解。

表2 硬質(zhì)聚氯乙烯(PVC)性能

圖2 聚氯乙烯(PVC)管

在油脂化工行業(yè)甜水處理過程中使用的鹽酸(HCl)、三氯化鐵(FeCl3)等物質(zhì)具有強腐蝕性，其生產(chǎn)儲存的設(shè)備、管道、閥門、管件等都應(yīng)具有強耐腐蝕性，聚氯乙烯(PVC)的材料性能非常適合此生產(chǎn)工況且材料價格低廉。

(3)聚丙烯(PP)

聚丙烯(PP)的具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐熱性能、易燃燒、在紫外線的作用下易老化等化學(xué)特性。聚丙烯(PP)是結(jié)晶性高聚物，具有質(zhì)輕、無毒、無味等特點，而且機械強度高；聚丙烯的密度一般為0.88～0.91g/cm3左右，熔點溫度為164～170℃；聚丙烯是聚烯烴中耐熱最高的一種。

在油脂化工行業(yè)中壓濾機、壓榨機是常用的化工過慮設(shè)備，對濾板的材質(zhì)要求平整度好、機械強度高的特點，，常用的壓濾機就采用聚丙烯(PP)材料制作濾板，很好的滿足了生產(chǎn)工況要求。

圖3 聚丙烯(PP)設(shè)備

3 金屬材料

(1)金屬材料的主要性能包括力學(xué)性能、加工工藝性能、物理性能和耐腐蝕性能。

1)力學(xué)性能

金屬的力學(xué)性能是指材料在外力(或外加能量)的作用下抵抗外力所表現(xiàn)的行為，包括變形和抗力。力學(xué)性能主要為強度(屈服強度、抗拉強度)和塑性、硬度、韌性以及使用條件對力學(xué)性能的影響。

使用條件對溫度、承載條件對材料力學(xué)性能有較大的影響，在油脂化工設(shè)備中溫度相對較低，溫度對材料的力學(xué)性能影響有限。

2)加工工藝性能

材料的加工工藝性能是指保證加工質(zhì)量的前提下，加工過程的難易程度。金屬材料的加工分為冷加工和熱加工。冷加工包括沖壓、冷鍛、冷擠壓與機械加工，而熱加工包括鑄造、熱鍛、熱壓、焊接與熱處量。

油脂化工設(shè)備材料的加工藝性能主要指的是熱加工方法-焊接。金屬材料的焊接性能包括焊接性和焊后結(jié)構(gòu)的使用性能。目前常用碳當(dāng)量Ceq指標(biāo)評估鋼材的焊接性能。一般認(rèn)為碳當(dāng)量Ceq<0.45%的鋼材焊接性能較好；碳當(dāng)量Ceq>0.6%的鋼材，淬硬傾向強、屬于比較難焊接的材料。由于焊接性的影響因素復(fù)雜，評價材料的焊接性能，還可以依據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊接性能試驗。

3)物理性能

金屬材料的物理性能參數(shù)通常是指彈性模量E、密度ρ、熔點Tm、比熱容c、導(dǎo)熱系數(shù)λ、線膨脹系數(shù)α等。

表3 油脂化工常用金屬材料的物理性能表

4)耐腐蝕性能

耐腐蝕性能是材料在使用工藝條件下抵抗腐蝕性介質(zhì)侵蝕的能力。對于均勻腐蝕，通常以腐蝕速率來衡量金屬材料的耐腐蝕性能。常按腐蝕深度三級標(biāo)準(zhǔn)評定金屬的耐均勻腐蝕性能。

表 金屬材料耐均勻腐蝕性能三級標(biāo)準(zhǔn)

(2)油脂化工設(shè)備常選用的金屬材料

1)金屬碳素鋼

在油脂化工設(shè)備中常用的金屬碳素鋼主要為Q235B、Q235C，一般使用在無腐蝕性的的常壓容器，如：原料油脂儲罐、氫氧化鈉儲罐等，由于原料一般均為常壓設(shè)備、對耐腐蝕性無要求故選擇碳鋼材料是經(jīng)濟(jì)的、適用的。Q245R、Q345R為壓力容器專用鋼板，主要用在無腐蝕性要求但又有一定的強度要求的中、低壓壓力容器中，如中、低壓蒸汽分汽缸、壓縮空氣、氮氣等壓力容。

2)金屬高合金鋼

在油脂化工設(shè)備中常用的金屬高合金鋼板主要為S30408(304)、S31603(316L)主要用在有腐蝕介質(zhì)的環(huán)境和有衛(wèi)生要求的場合，如介質(zhì)為棕櫚酸、硬脂酸、油酸等場合。對于抗腐蝕性要求更高的場合，如低碳鏈單酸生產(chǎn)過程中蒸餾塔、換熱器等設(shè)備大多采用S31703(317L)材質(zhì)；對于單酸蒸餾過程中的塔內(nèi)件、填料等一般采用抗腐蝕性更好的N08904(904L)材質(zhì)。

3)不銹鋼碳鋼復(fù)合板

不銹鋼碳鋼復(fù)合板(S31603+Q345R、S31703+ Q345R)這種材料在油脂化工設(shè)備中主要用在壓力高、介質(zhì)有腐蝕性的場合。在高壓力有腐蝕性介質(zhì)的設(shè)備中，若全部采用不銹鋼材質(zhì)制造設(shè)備成本過高；若采用碳素鋼的材質(zhì)材料耐腐蝕性差，不能滿足選材要求；若采用3～6mm不銹鋼與碳素鋼爆炸成型復(fù)合而成的不銹鋼碳鋼復(fù)合板，即能具有不銹鋼材料的耐腐蝕性能，又可以獲得碳素鋼材料經(jīng)濟(jì)性，且能滿足高壓力的強度要求。在油脂化工行業(yè)設(shè)備中水解塔就是采用該種復(fù)合材料，水解塔壓力達(dá)6.5MPa，溫度為280℃，采用3～5mm的S31603(316L)或31703(317L)與30～60mm(設(shè)備直徑不同，厚度不同)的碳素鋼復(fù)合。該復(fù)合材料即能滿足設(shè)備的耐腐蝕性要求，又能滿足設(shè)備造價低的要求，是應(yīng)用在壓力高有腐蝕性介質(zhì)場合的首先材料。

圖4 不銹鋼復(fù)合鋼板

4 結(jié)語

油脂化工設(shè)備多種多樣，材料選擇時也應(yīng)遵循安全、經(jīng)濟(jì)、適用的原則。油脂化工設(shè)備腐蝕時均勻腐蝕的現(xiàn)象較少，時常會發(fā)生局部腐蝕，如點腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕等。對于局部腐蝕這類型的腐蝕應(yīng)通過各種相應(yīng)的試驗方法來判斷材料對這些腐蝕行為的傾向，如某些酸性介質(zhì)場合采用S30408(304)、S31603(316L)等材質(zhì)時需要做晶間腐蝕試驗，以用判斷材料對介質(zhì)的適用性；對于耐磨抗腐要求更高的工況下也可用局部的使用鈦材。