聶崇巖(中核第四研究設(shè)計(jì)工程有限公司 050021)

一、 前言

在化工、醫(yī)藥、石油化工、冶金輕工以及國防等眾多領(lǐng)域，容器、管道等經(jīng)常與各種強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)如酸、堿、鹽等接觸，腐蝕問題非常嚴(yán)重。 腐蝕會(huì)引起設(shè)備損壞、產(chǎn)品和原料流失、能源浪費(fèi)等重大經(jīng)濟(jì)損失，有時(shí)甚至造成火災(zāi)、爆炸、中毒惡性安全事故以及環(huán)境的污染。

在工程設(shè)計(jì)過程中，首先根據(jù)工作壓力、工作溫度、盛裝的物料、設(shè)備造價(jià)等方面綜合考慮，合理選擇材料，以便做到設(shè)備設(shè)計(jì)合理，便于制造，運(yùn)行中易維護(hù)和檢修。

二、 非金屬腐蝕

2.1、非金屬腐蝕特點(diǎn)

非金屬?zèng)]有化學(xué)溶解作用， 其破壞一般是由于化學(xué)或物理作用引起的，如氧化、溶解等。 非金屬（除石墨、玻璃、陶瓷外）耐腐性不以腐蝕率作標(biāo)準(zhǔn)， 而是以一定時(shí)間內(nèi)的失強(qiáng) （%）、 增重（%）和外形破壞等作為綜合考慮的指標(biāo)。非金屬腐蝕不僅是表面腐蝕，內(nèi)部腐蝕也很常見。 非金屬也會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕破壞，如聚乙烯、不透性石墨在化學(xué)介質(zhì)和拉應(yīng)力的共同作用下破壞。

2.2、腐蝕的控制因素

腐蝕是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，涉及到許多因素，如選材是否正確、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理、加工制造方法是否得當(dāng)，操作條件是否嚴(yán)格、維修和管理的好壞等。 設(shè)計(jì)時(shí)首先要考慮介質(zhì)和環(huán)境的耐腐蝕性，如濃度、溫度、不同形態(tài)（氣、液、固）等的影響，正確的選擇材料，然后進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后實(shí)施可靠地加工制造技術(shù)來確保產(chǎn)品質(zhì)量。

三、非金屬設(shè)備

3.1、塑料設(shè)備

塑料有比較優(yōu)異的化學(xué)惰性及良好的腐蝕性能， 除強(qiáng)氧化性酸（濃硫酸、發(fā)煙硫酸）、芳香族及含氟的碳?xì)浠衔锖陀袡C(jī)溶劑外，對(duì)一般的酸、堿介質(zhì)都是穩(wěn)定的。 它有一定的機(jī)械強(qiáng)度，加工成型方便，焊接性能較好。但它熱導(dǎo)率小，耐熱性能差。廣泛用于制造儲(chǔ)存各種腐蝕性液體儲(chǔ)罐、貯槽、容器等，也適用于儲(chǔ)存多種液體，尤其在儲(chǔ)存腐蝕性、危險(xiǎn)性的液體方面使用效果非常好。

用于制造設(shè)備的塑料材質(zhì)一般有硬聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯(PP) 和聚乙烯（LDPE、HDPE）。聚丙烯無毒，耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性較高，溫度可達(dá)到80℃，成型加工良好，機(jī)械強(qiáng)度較高，但低溫下韌性較差；硬聚氯乙烯PVC 機(jī)械強(qiáng)度較高，剛性好，耐熱性、韌性及成型加工性差；聚乙烯PE 無毒，韌性、化學(xué)穩(wěn)定性和成型加工性良好，但其強(qiáng)度低、剛性差。

塑料材質(zhì)普遍強(qiáng)度較低， 因此一般內(nèi)壓容器工作壓力不大于0.1MPa，真空度不大于0.091 MPa。

塑料設(shè)備受溫度影響較大，23～50℃范圍內(nèi)材料的強(qiáng)度剛度就發(fā)生較大變化。 一般最高工作溫度為60～80℃。

由于塑料設(shè)備的強(qiáng)度剛度均不易保證， 故設(shè)備容積不能過大。 又因其易脆易損壞，也不宜存放極度和高度危害有毒介質(zhì)。

塑料隨著化學(xué)介質(zhì)和環(huán)境條件的不同，可出現(xiàn)不同形式、不同程度的化學(xué)老化和侵蝕現(xiàn)象。

3.2、玻璃鋼設(shè)備

環(huán)氧玻璃鋼具有耐壓好、強(qiáng)度高、剛度大、重量輕、壽命長、耐腐蝕、無毒無味、內(nèi)表面光潔等特性。 玻璃鋼的耐腐蝕性，主要取決于樹脂，尤其乙烯基脂進(jìn)一步提高了玻璃鋼的耐腐蝕性能、物理性能以及耐熱性。 在腐蝕環(huán)境中玻璃鋼的耐腐蝕性能優(yōu)于鋼材，為提高玻璃鋼的耐磨性，可以在樹脂基體中加入適當(dāng)?shù)奶盍稀?玻璃鋼的長期使用的溫度取決于樹脂基體的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熱變形溫度。 玻璃鋼制品的力學(xué)性能影響因素很多，同種材料的制品會(huì)因施工工藝、成型辦法、固化條件等因素，其力學(xué)性能相差很大。

玻璃鋼沒有明顯的屈服強(qiáng)度， 故玻璃鋼容器壁厚可根據(jù)拉伸強(qiáng)度及合理的安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。 機(jī)械纏繞玻璃鋼容器的工作壓力為-0.1 MPa～0.6 MPa;工作溫度-40～120℃。 玻璃鋼材料低溫性能好，沖擊強(qiáng)度隨著溫度的降低而升高，在-40℃條件下仍能正常工作。

玻璃鋼容器的失效主要是腐蝕滲透和力學(xué)破壞。 玻璃鋼殼體一般由三層組成：內(nèi)層（樹脂層和中間層）、結(jié)構(gòu)層（增強(qiáng)層）和外層（保護(hù)層）。

纏繞工藝適于耐腐蝕管道、容器制造。 纏繞工藝的特點(diǎn)：纏繞玻璃鋼的比強(qiáng)度高于普通鋼的三倍。 纏繞制品質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)的效率高， 便于大批量機(jī)械化的生產(chǎn)， 容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。 纏繞玻璃鋼制品所用的纖維增強(qiáng)材料無須紡織，可減少紡織工序，從而降低成本。

3.3、石墨制設(shè)備

石墨為典型的脆性材料，它具有良好的耐腐蝕性和導(dǎo)熱性；線性系數(shù)小，耐溫度急變性好；機(jī)械加工性能良好；耐磨損、質(zhì)量輕，溫度升高但強(qiáng)度不降低。 壓型石墨元件表面不易結(jié)垢，能保證產(chǎn)品的純度。 缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度低，彈性變形小，性能很脆，抗沖擊能力差，抗拉強(qiáng)度小。 石墨設(shè)備基本為厚壁設(shè)備，一般不發(fā)生材料抗壓強(qiáng)度達(dá)到極限前失穩(wěn)破壞，一般為筒體的強(qiáng)度破壞。

石墨設(shè)備大多用于常壓和低壓操作狀態(tài)， 且使用溫度也不太高。石墨設(shè)備設(shè)計(jì)壓力不大于2.4 MPa,設(shè)計(jì)溫度-60～400℃。石墨設(shè)備材料一般為浸漬類不透石墨。 石墨材料多用于換熱器、塔器、過濾器、反應(yīng)釜、吸收器等設(shè)備。

石墨設(shè)備設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量發(fā)揮石墨材料的抗壓強(qiáng)度的特點(diǎn)，使石墨制元件處于承受壓應(yīng)力， 避免或減小受拉應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。 換熱器通道走向必須符合石墨各向異性所帶來的最佳導(dǎo)熱方向。 作為加熱設(shè)備，在采用樹脂浸漬石墨、壓型石墨及其膠結(jié)劑等與金屬材料或其它材料相結(jié)合制造時(shí)應(yīng)盡量減少用粘接結(jié)構(gòu)。 設(shè)備的主要石墨制零部件同時(shí)應(yīng)盡量避免用粘接結(jié)構(gòu)。

四、 結(jié)束語

總之，非金屬設(shè)備整體比鋼制設(shè)備耐壓、耐溫范圍小，但在壓力、溫度不高的強(qiáng)腐蝕環(huán)境下，選用非金屬作為設(shè)備材料既經(jīng)濟(jì)又耐用，隨著新材料和新的制造工藝的不斷進(jìn)步，非金屬設(shè)備在工程中會(huì)得到越來越多的應(yīng)用。