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化工材料

文章作者:小编 人气:发表时间:2024-09-13 01:58:07

  在选材中还必须考虑材料与环境的反应是否对环境或生产造成不利的影响,如是否会污染产品质量,影响工序流程,产生副反应,降低收率,甚至引起火灾、爆炸等。如有些材料腐蚀率虽然很低,但能使产品的色、香、味变质,甚至产生毒性(如微量铅化合物),这对于食品、医药、纤维、化妆品类的工业,就绝对不能使用。

  建造化工装置所需工程材料的简称。组成化工生产装置的化工机械、化工仪表、管道和构筑物都是在不同温度、压力和机械负荷下运转,所接触的物料又多具有强腐蚀作用。因此,化工材料除应具有一般工程材料的性能外,还应具备优良的耐腐蚀性能。若耐腐蚀性能不良,不但直接影响装置的寿命,有时还可能引起火灾、爆炸等事故,还会影响产品的产量和质量。另外,根据不同的用途和使用条件,有时还要求化工材料具有耐高温或耐低温、导热或隔热等特殊性能。由于化工生产的物料和工艺条件各不相同,因而化工材料的品种繁多,型号、规格复杂,既包括一般工程材料,也包括化工装置专用的具有特殊性能、特殊用途的材料。

  材料的加工性能如铸造、切削、焊接、锻造、热处理等性能应满足要求。其中焊接性能对化工设备尤为重要。

化工材料(图1)

  材料一般物理性能如密度、熔点、热导率、热膨胀系数等,也应加以考虑。例如:要选用ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ导能力强的材料制造换热器;选用热导能力最低的材料做保温材料。

  经济效益选材的目的是避免设备、建筑等过早地损坏,保证生产正常运转,这实质上是一个经济效益问题。希望选用的材料都是耐蚀性最优、价格最低,但往往耐蚀性最强的材料价格却很高。通常需要从材料价格、设备寿命、检修周期、维修费用、停产损失、事故可能性和废品价值等各方面来综合考虑,以选择最合适的材料。一般短期运转的中间试验设备,小型、间断操作设备和容易更换的零部件,可选用价格和耐蚀性较低的材料;大型连续生产设备,则要求寿命长、检修次数少,多采用价格较高、耐蚀性强的材料。

  简单调节系统一般是由一个测量元件、调节器和执行器组成的控制系统,生产过程中的控制大多数属于这一类。它可以是使变量保持在常数的定值调节,也可以是使变量跟踪变化的随动调节。调节系统中的调节器可以具有三种不同的调节作用:①比例作用,改变比例放大倍数(或其倒数称为比例度)可以增减调节能力的大小。②积分作用,改变积分时间可以增减调节系统的稳定性,还能消除比例调节所产生的余差。③微分作用,可以得到更好的效果,克服滞后对系统的影响,提高调节质量。综合考虑调整这三种作用,可以满足一般的控制要求,适应性很广,对各种工艺参数的控制都可采用。

  由控制装置和控制对象组成,是无需人直接干预其运行的控制系统。控制装置由检测元件及变送器、控制器和执行器三部分组成。控制对象就是受控的过程或设备。例如:在化工生产中,为使换热器的出口温度保持在某一设定值附近,设置一个温度自动控制系统。

  为了测出被控变量──温度的数值,采用热电阻作为检测元件,并用温度变送器把被控变量转化为统一的标准信号,然后在温度控制器中与设定值相比较,依据偏差情况发出控制信号。该信号作用于执行器(气动调节阀),调整加热蒸汽的流量,最后将出口温度调整到原来的设定值。

  自动控制系统的分类有多种方法。①按控制装置类型,可分为常规控制和计算机控制两种。常规控制采用模拟式控制器(见控制仪表),计算机控制采用电子数字计算机。②按有无反馈,可分为闭环控制系统和开环控制系统。③按设定值是否固定,可分定值控制系统和随动控制系统。定值控制系统的设定值固定不变,控制系统可自动克服扰动的影响,使被控变量保持基本恒定。随动控制系统中设定值是变化的,系统使被控变量随设定值而变化。例如,在化工生产中,要求物料A的流量与另一物料B的流量保持一定的比值,如果物料B的流量是变化的,物料A的流量就必须随之变化,此时物料A的流量控制就属于随动控制类型。

  前馈调节干扰较大且可测时,可在干扰出现时,测取其信号,经前馈调节器修正后,送作反馈调节器的给定值,使其在调节过程中,能够在干扰影响被调节量之前,先行采取克服的措施。因此,前馈调节也称超前调节。例如:精馏塔进料量的改变对产品质量影响很大,但因滞后大,若等影响到产品质量后,再反馈至调节器进行调节,则调节措施很不及时,调节效果差。如果采用前馈调节,就可以有效地克服精馏塔进料量对产品质量的影响。前馈调节器中的静态修正部分,是按物料或能量平衡,把干扰量换算至所需的调节量。动态修正部分则是按所需调节措施的缓急而定。

  复杂调节系统在质量要求较高和某些特殊需要情况下,简单调节系统不满足要求时,需改进设计,选取、补充某些仪表,使系统不同程度地复杂化。常用的几种是:

  串级调节在简单调节回路中,选取干扰影响特别明显的一个中间变量,附加一个调节器,组成内调节回路(或副调节回路),用来初步克服干扰的影响,同时用原回路(称主回路)中的调节器(主调节器)的输出作为副调节器的给定值,使副调节器跟随此值达到进一步的精细调节。这是用一个内回路对主要干扰影响进行初调的控制系统。例如:一个用蒸汽加热控制对象的温度调节,往往由于各用汽设备负荷变化而使蒸汽流量波动极大,影响温度的正常调节。为了克服这个问题,可以取加热蒸汽的压力作为中间变量,组成一个内回路,然后以被调节温度的信号与规定温度值之差送至主调节器,最后将主调节器的输出作为压力调节器的给定值。串级调节的质量往往比简单调节更好,但使用不当则将适得其反。

  金属耐蚀性的评定标准,按均匀腐蚀率大小分四个等级(见表金属和合金的耐蚀性等级)。星空体育APP对于精密部件和高压、有危险性的设备应用腐蚀率极低的一级材料,一般容器、设备等则可用二三级材料,适当增加壁厚,可保证较长寿命。对于金属材料,不仅要注意均匀腐蚀,更应注意局部腐蚀。当手册上指出这种“材料-环境”体系有产生孔蚀、晶间腐蚀,应力腐蚀破裂的可能时,则避免采用,或采取必要的防护措施。

  用常规装置(由调节器、测量元件和执行器等仪器仪表组成)根据一般规律所进行的一种自动控制系统。最简单的常规控制只用一只仪表即可达到目的,复杂的需要多只以至几十只仪表才能奏效。有的文献也称常规控制为模拟控制,这是与数字控制相对而得名的。前者对变量的测量显示及其信号的传输都是按连续的模拟量进行的,而后者则是按断续的数字量进行的。从控制系统的组成看,最简单的自立式控制,诸如压力容器自动放气的自动装置,杠杆或钟罩式液位和流量的调节装置都属此类。这类装置虽然简单,若运用得当,效果良好。

  材料的耐腐蚀性能不同材料对于各种腐蚀环境具不同的耐蚀性,所谓优良耐蚀材料只是相对的概念。例如:一般认为不锈钢是优于普通碳钢的耐蚀材料,但这只是在大气、水和氧化性环境中才如此;在还原性酸中,两者同样被腐蚀;在70%以上的浓硫酸中,碳钢比不锈钢好;在含有氯离子的水中,奥氏体不锈钢可能产生应力腐蚀破裂,而碳钢却没有这种危险。通常在手册中载有各种材料在各种环境中(酸、碱、盐、气体、无机物、有机溶剂、大气、土壤、水、海水、工业产品、食品及植物油等)的腐蚀数据,如手册中没有所需数据,则应进行腐蚀试验。

  取代调节也称超驰调节或选择性调节。这是对生产进行软保护的一种设计。例如:一个用液氨蒸发进行冷却的换热器,正常控制是按被冷却物料出口温度的高低来调节进入换热器的液氨。这可由一个简单的温度调节系统来执行。但是,当负荷出现特大上升,在液氨增加到全部淹没换热面积的最高液位后,仍未能冷却到额定温度时,调节器势必指令进一步加大液氨供应量,这一增加根本不能加大冷却作用,反而会使气化的氨严重带液,以致在其重新压缩液化过程中,由于带液而造成压缩机损坏的重大事故,只好被迫停车。正确的调节措施应采用一个与正常调节器并列的取代调节器,其测量信号是换热器中液氨的液位。两个调节器的输出同时接入低值选择器,用选中的输出去指挥液氨的调节阀。若调节阀是气开式,取代调节器的输出可调整到比正常输出高得多的信号,达到最高液位时就突然地改变到很低的输出,这时选择器将代替正常调节器的输出送至液氨调节阀使其关闭。在液位脱离险区恢复正常时,取代调节器又有很高的输出,经选择器又将调节任务归还给正常调节器。

  在金属与非金属之间,还有一种非晶质(态)合金,具有过冷液体的结构,耐蚀性很强,有些接近钽和贵金属,是一种发展中的材料。

  为了利用不同材料的优点,还发展了多种复合材料,其中有:①金属与金属复合,如夹层金属板,利用高强度、低耐蚀的材料(如碳钢、铝合金)作底层,耐蚀性较高的材料(如纯铝、镍、钛、不锈钢等)作接触腐蚀介质的表层。②非金属与非金属复合,如增强塑料。③非金属与金属复合,如合金陶瓷,既有一定强度,又能耐高温。

  分程调节在需用不同的手段分阶段地控制一个参数时,采用这种调节。例如:一个反应器的温度调节,在正常温度范围内用水冷却即可,但温度达高限后需用冷冻水冷却,低于低限时,需用蒸汽加热,方能保持正常反应。满足这种需要的调节称分程调节。它由一个测量元件、调节器及三个调节阀组成系统,由三个调节阀分别控制冷水、冷冻水和蒸汽的流量。冷水阀通常调整到当温度在低限时全关,高限时全开;冷冻水阀在温度高限时全关,温度超过高限时开启;蒸汽阀在温度低限时全关,再低时开启。为了避免冷水及冷冻水阀在超高限时同时开启,还要增加一个冷水阀超高限自动关闭的装置。这样,就可以进行分程调节。分程调节系统的调节质量类似简单调节,若需提高,宜采用串级调节、前馈调节等改进措施。

  简单调节系统一般是由一个测量元件、调节器和执行器组成的控制系统,生产过程中的控制大多数属于这一类。它可以是使变量保持在常数的定值调节,也可以是使变量跟踪变化的随动调节。调节系统中的调节器可以具有三种不同的调节作用:①比例作用,改变比例放大倍数(或其倒数称为比例度)可以增减调节能力的大小。②积分作用,改变积分时间可以增减调节系统的稳定性,还能消除比例调节所产生的余差。③微分作用,可以得到更好的效果,克服滞后对系统的影响,提高调节质量。综合考虑调整这三种作用,可以满足一般的控制要求,适应性很广,对各种工艺参数的控制都可采用。

  用常规装置(由调节器、测量元件和执行器等仪器仪表组成)根据一般规律所进行的一种自动控制系统。最简单的常规控制只用一只仪表即可达到目的,复杂的需要多只以至几十只仪表才能奏效。有的文献也称常规控制为模拟控制,这是与数字控制相对而得名的。前者对变量的测量显示及其信号的传输都是按连续的模拟量进行的,而后者则是按断续的数字量进行的。从控制系统的组成看,最简单的自立式控制,诸如压力容器自动放气的自动装置,杠杆或钟罩式液位和流量的调节装置都属此类。这类装置虽然简单,若运用得当,效果良好。

  种类化工材料分为金属材料和非金属材料两大类。化工用金属材料又可分为黑色金属材料和有色金属材料。黑色金属材料主要指铁和钢,多数化工机械设备是用铸铁和碳钢制成的。高合金铁、高合金钢(如高硅铁、高镍铁和各类不锈钢)以及镍、铜、铝、钛、锆及其合金,也广泛应用于化工生产中。

  非金属材料在化工中的使用日益广泛,主要有塑料、橡胶、玻璃、陶瓷、搪瓷、不透性石墨等类。塑料发展迅速,耐蚀性优良,应用最广泛;不透性石墨既耐热、耐酸、还具有高热导率,用量也较多;陶瓷、玻璃等耐酸性良好,但性脆,又不能制成大体积设备,所以其本身用途有限,但可用来搪、衬金属表面,制成耐蚀的搪瓷设备,星空体育APP搪(或衬)玻璃的槽、罐等。

  均匀调节生产中常有前一设备的产品直接用作后续设备的进料,此物质的流量必须同时满足前后两个设备的生产要求。前者希望生产多少,流出多少;后者则要求进料平稳。两个要求是矛盾的。均匀调节是解决这一矛盾的措施,调节结果使流量尽量不变,或缓慢变化,只有在危及各设备的安全生产时,才采取极端的措施。调节系统多为串级形式,而调节器多为宽比例(放大倍数较小)的比例调节器。

  材料的机械性能化工机械一般都承受一定压力、拉力或冲击力,故化工材料首先须满足机械性能的要求,主要是抗拉强度、屈服强度、冲击强度、蠕变强度、弹性模数、伸长率、硬度、疲劳极限等。化工机械又多在强腐蚀环境和介质中运转,如采用手册中的强度标准值(或称名义强度,即在空气中试验的平均值),有时会在应力远低于最大值时损坏,在可能产生应力腐蚀破裂或腐蚀疲劳的环境中尤其如此(见腐蚀和防腐),故对可能产生应力腐蚀破裂的环境,考虑采用应力腐蚀破裂临界强度值。