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毕业设计是高等职业教育学生毕业前最重要的一项综合训练，是检验学生三年（五年）理论课程学习掌握程度、工厂实习收获的一种必要手段。作为现代的新式高等职业教育（高中毕业读三年或初中毕业读五年），既要考虑传授的理论知识够用，又要对学生进行必要的实践训练。这就为现代高等职业教育学生的毕业设计提出了更高的要求。笔者就指导化工机械专业学生进行毕业设计——脱硫塔的材料选择，谈一谈自己的看法。
一、脱硫塔钢结构部分的选材
化学工程问题与所有工程问题一样，都必须具有四种观念：理论上的正确性、技术上的可行性、操作上的安全性、经济上的合理性。对于现代高等职业教育的学生（高职、高专）而言，由于他们所学的理论知识有限，在设计过程中往往把“操作上的安全性”作为指导设计理念的基础。理论知识不足导致设计的重点在于考虑设备的强度、刚度及稳定性，而对其他相关因素考虑欠缺。这样，会造成学生今后对工程的实际应用缺乏了解，对工程课题模拟设计计算时会顾此失彼。笔者以合成氨工艺中的脱硫塔材料选择为例，通过指导学生毕业设计，对工程应用的四种观念做了较为详细的阐述。脱硫工艺是将合成氨的原料气（即水煤气）进行净化处理，去除硫化物，保护催化剂的活性不受或少受影响，同时防止硫化物对工艺设备和管道腐蚀的一种方法。化工生产中，脱硫方法很多。其中，湿法脱硫以技术成熟、脱硫效率高、运行可靠、操作简单而被广泛采用，脱硫塔则是该方法中的关键设备。
笔者在我国规范所采用的常规钢结构设计理论的基础上，按照强度、整体稳定和局部稳定来控制脱硫塔壳体的承载能力，提取其他设计规范中概念相当的承载力计算公式和设计参数进行比较分析，浅谈脱硫塔钢结构部分的选材问题。脱硫塔的计算参数主要涉及以下几个方面：
设计压力 PW 3.85MPa
操作压力 PC 3.5MPa
塔壳内径 Di 1800mm
塔体高度 H 7300 mm
设计温度t 0℃
工作介质 水煤气（含有催化剂的水溶液）
厚度附加量C 3mm
焊接接头系数 1.0
基本风压q0 350N/m2
地震烈度 8
该设备属于二类压力容器，设计时正确地选择结构材料，对于保证容器的结构合理、安全使用和降低制造成本至关重要。材料的选择必须考虑如下因素：良好的力学性能；较强的化学稳定性（即耐腐蚀性能、对介质无污染、对环境无危害）；适宜的加工性能（即冷压成型、焊接性）；合理的经济性（即设备的工作寿命、维修更新成本）等。
二、脱硫塔选材指导及教学方法改良
1.教学方法的改良
传统做法是学生自行选择材料。该做法的前提是学生具备丰富的相关知识，包括工程材料、腐蚀与防护、化工设备管理等。但是，由于新学制下理论课时的减少，课程删减多，学生自行选择材料的知识储备不足，因此，很多学校的设计开始由指导教师提供材料牌号，学生根据所学知识，仅从力学分析角度确定设备的有关尺寸，做出结构设计并绘制成图。这看似成功完成设计任务，但在答辩时，被问到“为什么要采用某种材料”时，学习好的学生仅能从力学性能（强度、刚度、韧性、疲劳性和抗蠕变性）方面进行阐述，成绩一般的学生则回答不完全。有的学生干脆说：“这是老师告诉我的！”这种做法，与检验学生综合利用所学知识能力的初衷背道而驰。
笔者通过指导学生毕业设计，根据学生的知识储备现状，从力学性能、化学稳定性、使用寿命和经济合理性几方面进行综合分析，让学生自行选择材料。
2.脱硫塔材料的选择
脱硫塔设备与其他化工设备一样，是置于室外、无框架的自支承塔体，一般都选用钢材制造。钢材各种类的性能各不相同，价格上差异更大。所以，学生在选材时不仅要考虑操作上的安全性，还要着重考虑经济上的合理性。
（1）脱硫塔支座材料的选择。脱硫塔支座采用支承式支座，主要承受设备的重量载荷，安装在室外还应考虑风载荷和地震载荷。支座的失效形式是失稳，工作环境是大气腐蚀。可供选择的材料是Q235和16Mn。比较这两种材料的强度：16Mn[σ]t=170MPa，Q235[σ]t=113MPa，二者的弹性模量均为E=2×105MPa左右，焊接性能相近；在大气环境下表面做防腐涂漆后，二者耐腐蚀能力相同，但16Mn的价格比Q235高10%左右。从经济合理性角度考虑，学生自然会选用Q235做支座材料。
（2）脱硫塔壳体材料的选择。脱硫塔的壳体承受的内压，气体压力Pc=3.85MPa，为中压力容器。从制造角度分析，Q235和16MnR均可以选用（因为压力成型和焊接性能相近），但16MnR的[σ]=170MPa，Q235的[σ]=113MPa，可见，16MnR的强度较Q235高出30%左右，因此，选用16MnR可以使得设备材料使用减少30%。同时，其安装费用也有所减少。尽管16MnR的单价比Q235高10%左右，选用16MnR作为课题材料，总体制造费用仍可以减少20%以上。壳体上封头与筒体的连接采用法兰连接，根据使用压力、直径和操作温度，宜采用长颈对焊法。从力学性能和制造要求，也同样选择16MnR来制造。
脱硫塔是湿式氧化法除去原料气中硫化物的关键设备。由于硫化物的水溶液为酸性，对钢材腐蚀严重，因此该壳体应选用耐腐蚀性材料或采用钢材与其他耐腐蚀性材料做成的复合材料。由于塔体重量较大（壳体重量约为27400kg），整体采用18-8不锈钢是不可行的，在实际制造中应采用复合材料。由于操作介质是稀硫酸，操作温度t=70℃，操作压力Pw=3.5MPa，只能采用金属衬里，所选材料可以是软铅或18-8不锈钢。从价格考虑，铅比18-8不锈钢有优势，但考虑到施工时，铅对施工人员的伤害、对大气环境的污染、对吸收剂和催化再生以及对副产品硫磺品质的影响，采用18-8不锈钢作为衬里材料较为合适。
脱硫塔的操作过程是含硫化物的原料气在塔底与含有吸收剂和催化剂的水溶液接触吸收硫化物。经洗涤后的原料气中，含强酸性介质很少，对低合金结构钢的腐蚀速率较低。在设计时，只要选用合理的腐蚀裕度（C=2mm），即可保证脱硫塔在使用寿命周期内的安全性。通过以上分析，学生可以选用18-8不锈钢（δ=3mm）在塔体液浸润段采用局部衬里最为合理。下封头较常用16MnR成型内衬18-8不锈钢与筒体焊接而成。
综上所述，学生就会从既经济又安全环保的前提下，根据设计条件、制造施工及操作工艺要求选用材料：脱硫塔的塔壳外表采用16MnR卷焊；上封头选用16MnR，上封头和筒体的连接采用长颈法兰连接；下封头选用16MnR，下封头和筒体的连接采用焊接，内部操作液浸润段采用18-8不锈钢衬里；支座选用Q235A制造。
通过这一系列的工作，学生对工程设计中的材料选择有了一个比较系统的认识。由被动接受知识、生搬硬套设计过程转变为主动接收知识，并综合应用所学课程进行独立设计。这对于提高学生对知识的综合利用，在工程设计过程中对操作安全、环境保护以及经济合理性的思考，都具备了较清晰的认识，为他们今后走向工作岗位提供了一定的知识和技能储备。
（作者单位：南京化工高级技工学校）
一、脱硫塔钢结构部分的选材
化学工程问题与所有工程问题一样，都必须具有四种观念：理论上的正确性、技术上的可行性、操作上的安全性、经济上的合理性。对于现代高等职业教育的学生（高职、高专）而言，由于他们所学的理论知识有限，在设计过程中往往把“操作上的安全性”作为指导设计理念的基础。理论知识不足导致设计的重点在于考虑设备的强度、刚度及稳定性，而对其他相关因素考虑欠缺。这样，会造成学生今后对工程的实际应用缺乏了解，对工程课题模拟设计计算时会顾此失彼。笔者以合成氨工艺中的脱硫塔材料选择为例，通过指导学生毕业设计，对工程应用的四种观念做了较为详细的阐述。脱硫工艺是将合成氨的原料气（即水煤气）进行净化处理，去除硫化物，保护催化剂的活性不受或少受影响，同时防止硫化物对工艺设备和管道腐蚀的一种方法。化工生产中，脱硫方法很多。其中，湿法脱硫以技术成熟、脱硫效率高、运行可靠、操作简单而被广泛采用，脱硫塔则是该方法中的关键设备。
笔者在我国规范所采用的常规钢结构设计理论的基础上，按照强度、整体稳定和局部稳定来控制脱硫塔壳体的承载能力，提取其他设计规范中概念相当的承载力计算公式和设计参数进行比较分析，浅谈脱硫塔钢结构部分的选材问题。脱硫塔的计算参数主要涉及以下几个方面：
设计压力 PW 3.85MPa
操作压力 PC 3.5MPa
塔壳内径 Di 1800mm
塔体高度 H 7300 mm
设计温度t 0℃
工作介质 水煤气（含有催化剂的水溶液）
厚度附加量C 3mm
焊接接头系数 1.0
基本风压q0 350N/m2
地震烈度 8
该设备属于二类压力容器，设计时正确地选择结构材料，对于保证容器的结构合理、安全使用和降低制造成本至关重要。材料的选择必须考虑如下因素：良好的力学性能；较强的化学稳定性（即耐腐蚀性能、对介质无污染、对环境无危害）；适宜的加工性能（即冷压成型、焊接性）；合理的经济性（即设备的工作寿命、维修更新成本）等。
二、脱硫塔选材指导及教学方法改良
1.教学方法的改良
传统做法是学生自行选择材料。该做法的前提是学生具备丰富的相关知识，包括工程材料、腐蚀与防护、化工设备管理等。但是，由于新学制下理论课时的减少，课程删减多，学生自行选择材料的知识储备不足，因此，很多学校的设计开始由指导教师提供材料牌号，学生根据所学知识，仅从力学分析角度确定设备的有关尺寸，做出结构设计并绘制成图。这看似成功完成设计任务，但在答辩时，被问到“为什么要采用某种材料”时，学习好的学生仅能从力学性能（强度、刚度、韧性、疲劳性和抗蠕变性）方面进行阐述，成绩一般的学生则回答不完全。有的学生干脆说：“这是老师告诉我的！”这种做法，与检验学生综合利用所学知识能力的初衷背道而驰。
笔者通过指导学生毕业设计，根据学生的知识储备现状，从力学性能、化学稳定性、使用寿命和经济合理性几方面进行综合分析，让学生自行选择材料。
2.脱硫塔材料的选择
脱硫塔设备与其他化工设备一样，是置于室外、无框架的自支承塔体，一般都选用钢材制造。钢材各种类的性能各不相同，价格上差异更大。所以，学生在选材时不仅要考虑操作上的安全性，还要着重考虑经济上的合理性。
（1）脱硫塔支座材料的选择。脱硫塔支座采用支承式支座，主要承受设备的重量载荷，安装在室外还应考虑风载荷和地震载荷。支座的失效形式是失稳，工作环境是大气腐蚀。可供选择的材料是Q235和16Mn。比较这两种材料的强度：16Mn[σ]t=170MPa，Q235[σ]t=113MPa，二者的弹性模量均为E=2×105MPa左右，焊接性能相近；在大气环境下表面做防腐涂漆后，二者耐腐蚀能力相同，但16Mn的价格比Q235高10%左右。从经济合理性角度考虑，学生自然会选用Q235做支座材料。
（2）脱硫塔壳体材料的选择。脱硫塔的壳体承受的内压，气体压力Pc=3.85MPa，为中压力容器。从制造角度分析，Q235和16MnR均可以选用（因为压力成型和焊接性能相近），但16MnR的[σ]=170MPa，Q235的[σ]=113MPa，可见，16MnR的强度较Q235高出30%左右，因此，选用16MnR可以使得设备材料使用减少30%。同时，其安装费用也有所减少。尽管16MnR的单价比Q235高10%左右，选用16MnR作为课题材料，总体制造费用仍可以减少20%以上。壳体上封头与筒体的连接采用法兰连接，根据使用压力、直径和操作温度，宜采用长颈对焊法。从力学性能和制造要求，也同样选择16MnR来制造。
脱硫塔是湿式氧化法除去原料气中硫化物的关键设备。由于硫化物的水溶液为酸性，对钢材腐蚀严重，因此该壳体应选用耐腐蚀性材料或采用钢材与其他耐腐蚀性材料做成的复合材料。由于塔体重量较大（壳体重量约为27400kg），整体采用18-8不锈钢是不可行的，在实际制造中应采用复合材料。由于操作介质是稀硫酸，操作温度t=70℃，操作压力Pw=3.5MPa，只能采用金属衬里，所选材料可以是软铅或18-8不锈钢。从价格考虑，铅比18-8不锈钢有优势，但考虑到施工时，铅对施工人员的伤害、对大气环境的污染、对吸收剂和催化再生以及对副产品硫磺品质的影响，采用18-8不锈钢作为衬里材料较为合适。
脱硫塔的操作过程是含硫化物的原料气在塔底与含有吸收剂和催化剂的水溶液接触吸收硫化物。经洗涤后的原料气中，含强酸性介质很少，对低合金结构钢的腐蚀速率较低。在设计时，只要选用合理的腐蚀裕度（C=2mm），即可保证脱硫塔在使用寿命周期内的安全性。通过以上分析，学生可以选用18-8不锈钢（δ=3mm）在塔体液浸润段采用局部衬里最为合理。下封头较常用16MnR成型内衬18-8不锈钢与筒体焊接而成。
综上所述，学生就会从既经济又安全环保的前提下，根据设计条件、制造施工及操作工艺要求选用材料：脱硫塔的塔壳外表采用16MnR卷焊；上封头选用16MnR，上封头和筒体的连接采用长颈法兰连接；下封头选用16MnR，下封头和筒体的连接采用焊接，内部操作液浸润段采用18-8不锈钢衬里；支座选用Q235A制造。
通过这一系列的工作，学生对工程设计中的材料选择有了一个比较系统的认识。由被动接受知识、生搬硬套设计过程转变为主动接收知识，并综合应用所学课程进行独立设计。这对于提高学生对知识的综合利用，在工程设计过程中对操作安全、环境保护以及经济合理性的思考，都具备了较清晰的认识，为他们今后走向工作岗位提供了一定的知识和技能储备。
（作者单位：南京化工高级技工学校）