Материалы применяемые для изготовления машин и аппаратов химических производств

2.1. Общие требования, предъявляемые к материалам

Общие требования к материалам, применяемым для из­готовления аппаратуры в химических производствах, определяются свойствами перерабатываемых веществ, температурными условия­ми процесса и давлением, при котором работает аппарат.

В производствах химической и нефтеперерабатывающей промышленности приходится иметь дело с разнооб­разными органическими и неорганическими веществами, относя­щимися к различным классам. Поэтому первостепенное значение имеет выбор материала, стойкого к воздействию рабочей среды. Следует также иметь в виду, что не только перерабатываемые ве­щества могут влиять на материал аппаратов, но и сам материал аппарата может воздействовать на перерабатываемые вещества и влиять на технологический процесс. Например, обычные сорта стали при высоких температурах, способствуют разложению паров спирта с образованием углерода, отщеплению боковой цепи при де­гидрировании алкилбензолов; железо оказывает каталитическое действие в процессах хлорирования углеводородов.

Температуры, при которых работают аппараты в промышлен­ности ООС и СК, колеблются в широких пределах. Наиболее вы­сокие температуры встречаются в процессах пиролиза, в частности при пиролизе метана, который осуществляется при 1500—1600 °С. Очень распространены различные каталитические процессы, про­водимые при температурах от 300 до 600 °С. Работа многих реак­торов и разделительной аппаратуры протекает в зоне температур, намного отличающихся от нормальной. Наконец, имеются такие процессы, которые требуют весьма низких температур. Например, полимеризация изобутилена, разделение углеводородных газов ректификационным методом проводятся при —100 °С. Совершенно ясно, что в одних случаях необходимо применять для изготовления аппаратуры материалы, обладающие жаростойкостью, в других — морозостойкостью, которая характеризуется сохранением пласти­ческих свойств этих материалов (в том числе и металлов) при низких температурах.

Давление, применяемое в технологических процессах, также колеблется в широких пределах: от 0, 005—0, 01 кгс/см² при перегонке гидроперекиси изопропилбензола до 700— 1000 кгс/см² в процессах гидрирования (например, бутиндиола или альдоля), синтезов из окиси углерода и водорода (например, гликолевой кислоты) и т. д.

Металлы, применяемые для изготовления аппаратуры высо­кого давления, должны обладать высокими механическими пока­зателями. Кроме того, необходимо учитывать, что в условиях вы­соких давлений очень усиливается газовая коррозия, причем кор­розионные свойства приобретают даже те вещества, которые обыч­но не агрессивны, в частности водород. Ниже приведены данные о зависимости температуры начала водородной коррозии Т_НАЧ угле­родистой стали от давления Р:

Р, кгс/см².... 30—100 100-200 200-300 300-400 400-600 600-800

Тнач. ⁰С..... 280—300 240-270 220-230 210-220 200-210 190-200

Аппараты высокого давления, как правило, применяются для реакций с участием водорода, поэтому их необходимо изготовлять из материалов, стойких к водородной коррозии, или покрывать защитным слоем.

Из сказанного следует, что условия работы аппаратуры чрезвычайно разнообразны как по природе перерабатываемых веществ, так и по температуре и давлению. Вследствие этого для изготовления аппаратов приходится применять различные металлы и сплавы, не защищенные и защищенные с поверхности покрытиями (металлическими и неметаллическими). Кроме металлов и сплавов получили распространение и неметал­лические материалы, которые особенно пригодны для изготовления трубопроводов и арматуры.

Помимо рассмотренных основных показателей при выборе ма­териала необходимо учитывать его механические свойства, лег­кость обработки, теплопроводность, дешевизну и доступность, а также климатические и температурные условия, в которых бу­дут работать монтируемые на открытом воздухе аппараты и коммуникации.