装置材料与安全设计优化方案

在设计阶段，材料选择问题应从以下三个方面进行探讨：装置材料的研究、防蚀法的研究、制造工艺的研究。依此得出的资料作为基础，再结合经济、安全、易于运转、维护等要求一并考虑，综合比较，最后做出决定。此外，设计人员应注意以下四点：

（1）材料选择应由制造工艺、材料技术、装置设计等各方面人员协商解决。

（2）研究材料选择，不可囿于成见，要灵活机动。

（3）耐蚀性最佳的高级材料并不一定最适用。

（4）材料的选择工作并不因设计阶段结束而告终。运输时进行的保全检查、测试等结果可不断向设计部批复检验，使这一工序持续下去。

如果按给定的设计条件无法找到适用的材料，或即使能找到，存在着价格过高、加工困难等缺点，此时如果一味迁就设计条件，选择材料就会碰壁。遇有这种状况，宁可在工艺上略有损失，考虑改变部分流程，变更运输条件，从而使一般廉价材料亦能充分耐蚀，以达到经济合算的结果。

同时，在材料选择时，对类似装置的实地调查很重要，但切不可有先入为主之见。例如，在类似的设备上使用不锈钢材，须知这可能是未经仔细研究的选择结果。

另外，有时可供参考的类似装置很多，这种情况下必须按实际效果或文献资料选出其中最可靠、耐蚀性能最好的装置加以比较，以此作为选择基础。但以上方式如不加经济上的评价，还是不能说是最适当的选材方法。

再其次，应特别注意将运转数据、检查数据反复检验。即使在设计时经过周密研究，选用了最合用的材料进行生产，仍有可能发生腐蚀事故。对设计人员来说，这是一次失败，但同时又是宝贵的经验和资料。

（一）材料的选择

1.强度

化学装置材料必须具有能经受规定压力、温度的机械强度。一般来说，金属材料在高温条件下会降低刚度、强度，增大延伸率。在低温时，其性能变化与高温下情况恰恰相反。如钢铁材料在一定温度下，会产生急剧变脆的低温脆性，难以经受外力冲击。因此，一方面要了解使用温度、压力条件下的材料机械强度，同时还应注意其物理性质，特别是热传导率和热膨胀系数。热膨胀系数过大，易产生热应力和剩余应力。这种情况下必须充分考虑对机器、管道伸缩问题的影响。

2.耐蚀性

腐蚀有很多种，其腐蚀环境、腐蚀因素、腐蚀形式各有不同。按腐蚀环境分类，可将腐蚀分为湿腐蚀（水溶液腐蚀、大气腐蚀、土壤腐蚀、冷凝液腐蚀等）和干腐蚀（高温腐蚀、氧化、氮化、硫化、氢渗透等）。

按腐蚀因素分类，可分为纯化学或电化学腐蚀，以及在化学性或电化学性因素中还包含着机械因素的腐蚀。通常所说的腐蚀一般是指纯化学或电化学腐蚀，后者包括由应力作用形成的腐蚀开裂，如应力腐蚀、腐蚀疲劳等，以及由于物理损耗而促成的腐蚀，如空蚀损伤等。应力腐蚀开裂在化学装置上屡见不鲜，它具有如下特征：

（1）无论是机械的破坏力（应力）或腐蚀的单独作用，都不致引起较大损伤。只在二者共同作用时，才能发生此种腐蚀开裂。

（2）腐蚀介质弱的腐蚀性物质亦能引起开裂。因为特定的金属遇有特定的腐蚀介质时，易于开裂。

（3）这里常见于一般腐蚀的金属损耗现象并不显著。往往先形成沟、槽，然后由沟、槽部分引起开裂。开裂处深度极大，与宽度相差悬殊，没有开裂的部分如未经变形开口，一般常难辨认。(www.xing528.com)

此外，氢脆性开裂也属于一种应力腐蚀开裂，但一般大多另做处理。

按腐蚀形式分类，可分为全面腐蚀、局部腐蚀（晶界腐蚀、孔蚀、点蚀、沟状腐蚀、刃状腐蚀等）、腐蚀开裂（晶界开裂、贯粒开裂、粒内开裂）。

还可按其他方法分类。如根据金属材料成分有无变化的分类法（如选择腐蚀、脱锌腐蚀等）及根据电池作用种类的分类法（异种金属接触腐蚀、间隙腐蚀亦可按这一分类考虑）等。

如上所述，腐蚀的原因和现象十分复杂。目前还找不到任何材料能在任何使用环境中完全耐蚀。因此，在选择材料时，应先详细了解环境条件，然后再根据使用效果、文献资料等进行调查研究，探讨耐蚀性问题。一般使用的方法是把根据腐蚀数据中的侵入度作为评选标准。但实际选材时，务必注意以下事项：即通常表示的侵入度系数是指平均侵入度，因此，或可适用于全面腐蚀的情况，但对局部腐蚀就不能用此种表示法评定。再者，文献记载的腐蚀数据没有明显作用环境。不少此类数据如果移用到其他使用环境，就不一定适用，有时反而引起事故。此点必须注意。

（二）安全设计条件的确定

装置与设备的设计布置确定是化工生产过程中安全运行的基础条件。这种条件不仅决定了装置与装置、设备与设备之间的安全间距，而且决定了所有设备及关联系统的空间位置，决定了事故及应急状态下的处理顺序和处理技术。

1.化工装置（车间）安全设计条件内容

化工生产装置（车间）安全设计条件通常包括生产设施（生产工段、原料和产品仓库、控制室、露天堆场或储罐区等）、生产辅助设施（除尘通风室、配电间、机修间、化验室等）。

装置（车间）平面安全设计应符合全厂总图布置的要求并与其他装置（车间）等系统结合成一个有机整体；保证经济效益好，尽可能做到占地面积少，建设、安装费用少，生产成本低；便于生产管理、物料输送，操作维修方便；妥善解决好防火、防毒、防腐等问题。同时，必须符合国家的各项有关法规。

2.资料准备

（1）工艺流程图。表示装置（车间）组成、工段划分、物料的输运关系、主要设备特征，由此正确估算出各工段或机械设备的占地面积。

（2）总图与规划安全设计资料。表明场地与道路情况，公用工程管道、污水排放点及有关机械设备的位置，由此可以从物料输送和各装置（车间）相互联系的角度确定装置（车间）各机械设备的位置。由气象资料，如根据温度、雨量，再结合工艺要求与操作，决定装置（车间）及设备能否设置在露天。并根据有关的标准及安全防灾规定决定各装置（车间）及机械设备的安全距离。

3.各工段布置形式的条件确定

一般有分散布置和集中布置两种形式。生产规模较大，装置（车间）内各工段的生产特点有显著差异的，需要严格分开。厂区平坦地形较小时，一般应分散布置。厂房的安排多采用单元式，即把原料处理、成品包装、生产工段、回收工段及特殊机械独立布置；对生产规模较小，生产中各工段联系频繁，生产特点无明显差异，且地势较平坦的，一般可以考虑集中布置，即在符合建筑设计防火规范及工业企业设计卫生标准的前提下，结合建厂地点的具体情况，可将装置（车间）的生产、辅助及机械设备集中在一幢房内。

4.露天布置与室内布置安全设计条件

露天布置的优点是建筑投资少、用地少，有利于安装检修，有利于通风、防灾、防爆、防毒；缺点是受气候影响大，操作条件差，自动控制要求高。所以，露天安全条件的确认是优先考虑的第一方案，只要有可能都应采用露天布置或半露天布置。目前，较大型的化工装置都采用此类安全设计，即大部分机械设备布置在室内或设顶棚，如泵、压缩机、造粒及包装设备等。

因为室内受气候影响小，劳动条件好，小规模的间歇操作、操作频繁的机械设备或低温地区的设备以布置在室内为宜，这类装置（车间）中常装大部分机械设备，辅助机械设备等布置在一幢或几幢厂房中。