Конструкционные материалы химического машиностроения

Конструкционные материалы химического машиностроения

Наверное, едва ли найдётся иная область машиностроения, потребляющая такое разнообразие конструкционных материалов, и при этом предъявляющая к ним столь разнообразные, противоречивые и жёсткие требования, — как химическое машиностроение. Здесь: высокая прочность — и пластичность; высокая теплопроводность — и теплоизоляционные свойства; возможность применения различных методов (механических, термических, электрических, химических, диффузионых, иррадиационных) обработки и формования — и высокая устойчивость химической структуры материалов в процессах обработки. Наиболее жёсткие требования предъявляются к коррозионной стойкости материалов в плане не только обеспечения надёжности и долговечности самого оборудования, но и предупреждении негативного действия продуктов коррозии на качество продукции.

Химическое машиностроение использует очень многие виды конструкционных материалов.

• 1. Металлы группы железа и их сплавы между собой и с другими элементами.
• 2. Медь и её сплавы.
• 3. Алюминий и его сплавы.
• 4. Титан, тантал, ниобий, цирконий, вольфрам и их сплавы.
• 5. Стекло, фарфор, полиоксидные керамики.
• 6. Полимеризационные пластмассы, каучуки и резины, углепластики.
• 7. Композиционные, наполненные и тканые материалы

ЖЕЛЕЗО И ЕГО СПЛАВЫ.

Чистое железо (равно как некоторые сорта отожжённых низкоуглеродистых сталей) как конструкционный материал используется только в электротехнических изделиях — и в соответствующих агрегатах химической техники.

В качестве конструкционных материалов для основных узлов — в том числе, контактирующих со средой, — применяются железоуглеродные сплавы: чугуны и углеродистые стали, а также стали с добавками иных металлов — легированные. Кроме того, определённое применение в не контактирующих со средой узлах находят железокремнийалюми-нийуглеродные сплавы — ферросилиций; силаль, сихромаль.

ЧУГУНЫ.

Из чугуна изготавливают корпуса трубопроводной арматуры; сосудов и реакторов-котлов вместимостью от 0,01 до 2,0 м³, а также разнообразные детали и узлы механических агрегатов (стойки, станины, рамы, узлы редукторов и т. д).

Нужно отметить, что эмалевые покрытия на чугуне держатся лучше, чем на стали.

В настоящее время использование чугуна в химическом машиностроении неуклонно сокращается.

УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ.

Особенности состава и физико-химической структуры предопределяют высокие пластические, прочностные и технологические характеристики сталей. К ним хорошо применимы все методы механической, термической и оптической обработки.

Углеродистые стали используют для изготовления всех видов и типов химического оборудования. Детали, предназначенные для контакта с агрессивными средами, подлежат антикоррозийной защите. В настоящее время использование углеродистых сталей в химическом машиностроении сокращается. конструкционный железоуглеродный керамика титан КОРРОЗИОННОСТОЙКИЕ СТАЛИ.

Высоколегированные коррозионностойкие стали — самый важный класс конструкционных материалов для химического машиностроения. Их них изготавливают все детали и узлы химического, нефтяного и пищевого оборудования, контактирующие со средой — разнообразные сосуды; корпуса, мешалки, теплообменные и статические внутренние устройства реакторов-котлов; колонные аппараты; теплообменники всех конструкций; фильтры; корпуса и роторы центрифуг и жидкостных сепараторов; рабочие органы насосов, газодувок и компрессоров; трубы и трубные детали; рабочие части трубопроводной арматуры.

Высокая прочность ЛС позволяет существенно уменьшать массу оборудования при равных технических характеристиках.

НИКЕЛЬ, КОБАЛЬТ И ИХ СПЛАВЫ Основное их использование — антикоррозионные наружные покрытия на изделия из железа и углеродистых сталей, наносимые электрохимически. Кроме того, из никеля и кобальта изготовляют детали и узлы пар скольжения и уплотнений. Особое значение имеют сплавы никеля и кобальта с железом — инвар, коинвар, маллой, пермаллой, супермаллой. Эти сплавы имеют высокие магнитные свойства и применяются для изготовления магнитопроводов электромагнитных устройств.

СВИНЕЦ Применяется — ограниченно — в виде листов для наложения — плакирования рабочих поверхностей аппаратуры сернокислотного производства; процессов сульфирования, фторирования; а также для изготовления деталей насосов, арматуры и электродов. Верхний температурный предел для оборудования со свинцовыми покрытиями — 120 0С.

АЛЮМИНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ Алюминий и его сплавы применяют для изготовления реакторов, кристаллизаторов, сосудов, фильтров, теплообменников, дистилляционных и ректификационных аппаратов и труб, работающих под давлением до 0,6 МПа.

ТИТАН И ЕГО СПЛАВЫ Широкое использование титана сдерживается его дефицитностью и большим потреблением в военной технике, особенно судостроении. Важно отметить, что почти 90% мировых запасов и около 80% мирового производства титана приходится на Россию.

Фарфор

Из фарфора изготавливают сосуды и реакторы вместимостью до 160 л, кристаллизаторы, фильтры, дистилляционные и ректификационные установки, трубы, арматуру, защитные гильзы для датчиков КИПСА; и даже подшипники скольжения. Аппаратура выдерживает давление до 1 МПа и температуру до t=(300…1000)OC. Фарфоровое оборудование прекрасно подходит для получения высокочистых продуктов и соответствует требованиям GMP.

Кислотоупорная керамика.

Керамики используют для изготовления труб; арматуры; защитных гильз; фильтрующих элементов; облицовочных плиток и кирпичей; диафрагм для электролизёров.

Кислотощёлочестойкие цементы.

Основное назначение цементов — связующие материалы для выполнения конструкций из блочных строительных и футеровочных изделий; герметизация стыков и щелей; заделка трещин, пустот и полостей в изделиях и конструкциях.

УГЛЕРОДНЫЕ (ГРАФИТОВЫЕ) МАТЕРИАЛЫ — УГЛЕПЛАСТЫ.

Из четырёх известных в настоящее время аллотропных форм углерода — сажи, фуллерена, графита и алмаза лишь графит нашёл широкое применение в химическом машиностроении.

Из графитопластов изготавливают корпуса и лопатки химических насосов; трубы; уплотнительные детали, детали пар скольжения; электроды и корпуса электролизёров; теплообменники для работы в среде паров галогенов и гидрогалогенидов.