Технология химического машиностроения

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ  
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

 
 
 
 
 
 
О.К. Семакина 
 
 
 
 
ТЕХНОЛОГИЯ ХИМИЧЕСКОГО 
МАШИНОСТРОЕНИЯ 
 
 
 
Рекомендовано в качестве учебного пособия  
Редакционно-издательским советом 
Томского политехнического университета 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Издательство 
Томского политехнического университета 
2017 

УДК 66.02.002(075.8) 
ББК 35.11-5я73 
 С30 
 
Семакина О.К. 
С30  
Технология химического машиностроения : учебное пособие / О.К. Семакина ; Томский политехнический университет. – 
Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2017. – 
144 с. 

ISBN 978-5-4387-0766-0 

В пособии описаны основные разделы, включенные в программу дисциплины «Технология химического машиностроения». Дано описание технологических процессов обработки, применяемых при изготовлении деталей 
химических аппаратов, а также приведены основные технологические требования и приемы сборки теплообменных и массообменных аппаратов, изготовляемых из различных материалов.  
Предназначено для студентов, обучающихся по профилю «Машины и 
аппараты химических производств» в рамках направления 18.03.01 «Химическая технология». Может быть полезно широкому кругу инженернотехнических работников химического и нефтегазоперерабатывающего машиностроения. 
 
УДК 66.02.002(075.8) 
ББК 35.11-5я73 
 
 
Рецензенты 
 
Доктор технических наук,  
профессор Северского технологического института 
Национального исследовательского ядерного университета МИФИ 
А.Я. Сваровский 
 
Главный механик «ЗАО НПО ”Полимер-компаунд”» 
И.А. Шихалев 
 
 
 
 
ISBN 978-5-4387-0766-0 
© ФГАОУ ВО НИ ТПУ, 2017 
© Семакина О.К., 2017 
© Обложка. Издательство Томского  
политехнического университета, 2017 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

 
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................... 6 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ .......... 8 

1. ТЕХНОЛОГИЯ ХИМИЧЕСКОГО  МАШИНОСТРОЕНИЯ .......... 9 
1.1. Классификация химического оборудования ..................................... 9 
1.1.1. Требования к аппаратам, работающим под давлением ...... 10 
1.1.2. Требования к аппаратам, работающим  при высоких  
или низких температурах ....................................................... 11 
1.1.3. Требования к аппаратам, предназначенным   
для агрессивных сред ............................................................. 12 
1.2. Материалы, применяемые при изготовлении аппаратов ............... 13 
1.3. Типы машиностроительных производств ....................................... 15 

2. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ  
И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕССЫ ........................................... 17 
2.1. Производственный процесс .............................................................. 17 
2.2. Технологический процесс ................................................................. 17 
2.3. Схема производства химической аппаратуры ................................ 18 
2.4. Технологическая документация ....................................................... 19 

3. ВИДЫ ЗАГОТОВОК .............................................................................. 20 

4. ЗАГОТОВИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ ................................................. 21 
4.1. Правка материала ............................................................................... 21 
4.1.1. Правка листового материала ................................................. 21 
4.1.2. Правка сортового материала ................................................. 22 
4.1.3. Правка круглого проката и труб ........................................... 23 
4.2. Очистка материала ............................................................................. 24 
4.2.1. Окислы на поверхности проката ........................................... 24 
4.2.2. Способы очистки .................................................................... 24 
4.3. Разметка. Раскрой .............................................................................. 26 
4.4. Резка листового, сортового и трубного проката ............................ 28 
4.4.1. Механическая резка без снятия стружки ............................. 29 
4.4.2. Фрикционная резка ................................................................. 31 
4.4.3. Лазерная резка ......................................................................... 32 
4.4.4. Плазменная резка .................................................................... 33 
4.4.5. Гидроабразивная резка ........................................................... 34 
4.5. Вырубка. Образование отверстий .................................................... 34 

4.5.1. Пробивка отверстий ............................................................... 36 
4.5.2. Электроискровая обработка отверстий ................................ 36 
4.5.3. Химическое фрезерование ..................................................... 37 
4.6. Обработка кромок .............................................................................. 37 
4.7. Гибка ................................................................................................... 39 
4.7.1. Минимальный радиус гибки ................................................. 40 
4.7.2. Угол пружинения .................................................................... 40 
4.7.3. Профилирование ..................................................................... 41 
4.7.4. Гибка труб ............................................................................... 42 
4.7.5. Гибка на прессах ..................................................................... 43 
4.7.6. Роликовые гибочные станки .................................................. 44 
4.7.7. Определение размеров заготовок при гибке ........................ 45 
4.8. Вальцовка ........................................................................................... 46 
4.8.1. Изготовление обечаек ............................................................ 50 
4.8.2. Гибка листов в нагретом состоянии ..................................... 54 
4.8.3. Определение размеров заготовок обечаек ........................... 55 
4.8.4. Правка цилиндрических обечаек .......................................... 55 
4.8.5. Гибка листов различной кривизны ....................................... 56 
4.9. Обкатка ............................................................................................... 57 
4.10. Вытяжка. Штамповка днищ ............................................................ 58 
4.10.1. Вытяжка через протяжное кольцо ...................................... 60 
4.10.2. Штамповка с применением прижима ................................. 60 
4.10.3. Глубокая вытяжка ................................................................. 61 
4.10.4. Гидравлическая вытяжка ..................................................... 62 
4.10.5. Вытяжка взрывом ................................................................. 63 
4.10.6. Усилие вытяжки .................................................................... 64 
4.11. Формование ...................................................................................... 65 
4.11.1. Формование листовых термопластов ................................. 65 
4.11.2. Формование стеклопластиков ............................................. 67 
4.12. Тепловая обработка ......................................................................... 71 

5. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ  
ДЕТАЛЕЙ АППАРАТУРЫ .................................................................. 73 
5.1. Изготовление фланцев ...................................................................... 73 
5.2. Изготовление бортшайб .................................................................... 74 
5.3. Изготовление трубных решеток ....................................................... 76 
5.4. Технология изготовления штуцеров ................................................ 77 
5.5. Изготовление корпусов аппаратов ................................................... 78 
5.6. Изготовление компенсаторов ........................................................... 80 
5.6.1. Линзовые компенсаторы ........................................................ 80 
5.6.2. Волнистые компенсаторы ...................................................... 83 

5.6.3. Неметаллические компенсаторы ........................................... 88 
5.7. Прокладки ........................................................................................... 90 
5.8. Футерование и плакирование деталей и аппаратов ....................... 93 

6. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И СБОРКИ 
ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ .................................................. 97 
6.1. Сборка трубчаток ............................................................................... 98 
6.2. Крепление труб в трубных решетках ............................................ 100 
6.2.1. Развальцовка ......................................................................... 100 
6.2.2. Приварка труб к трубным решеткам .................................. 104 
6.2.3. Пайка труб в трубных решетках ......................................... 104 
6.3. Изготовление и сборка змеевиковых теплообменников ............. 105 
6.4. Изготовление и сборка витых теплообменников ......................... 106 
6.5. Изготовление и сборка  ребристых блочных теплообменников .. 107 

7. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ   
И СБОРКИ КОЛОННЫХ АППАРАТОВ ........................................ 111 

8. ИЗГОТОВЛЕНИЕ КРУПНОГАБАРИТНЫХ АППАРАТОВ ...... 117 

9. ИЗГОТОВЛЕНИЕ АППАРАТОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ .... 120 
9.1. Изготовление кованых сосудов ...................................................... 121 
9.2. Изготовление штампованных аппаратов ...................................... 123 
9.3. Изготовление витых аппаратов ...................................................... 124 
9.4. Изготовление многослойных аппаратов ....................................... 126 
9.4.1. Аппараты со стенкой из концентрических слоев .............. 126 
9.4.2. Рулонированные аппараты .................................................. 128 
9.4.3. Гильзованные аппараты ....................................................... 130 

10. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ШАРОВЫХ РЕЗЕРВУАРОВ ......................... 132

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................................................... 136 

КОНТРОЛИРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ .............................................. 136 
Вопросы для самопроверки ................................................................... 136 
Тесты ........................................................................................................ 137 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ....................................................................... 143 

 

 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Современное химическое машиностроение является многопрофильной отраслью промышленности, поставляющей оборудование всем 
отраслям развитого хозяйства страны. Основными задачами химического машиностроения являются повышение качества выпускаемых машин 
и увеличение выпуска продукции, экономия материалов и снижение 
трудоемкости изделий основного химического производства. 
Химическая аппаратура используется в самых различных отраслях 
народного хозяйства. Кроме химической промышленности, она находит 
применение в нефтехимической и нефтеперерабатывающей, нефтяной и газовой, пищевой, целлюлозно-бумажной, фармацевтической, микробиологической, теплоэнергетике, на производствах по использованию атомной 
энергии в мирных целях и в ряде других производств. Химические аппараты предназначаются для очистки газов, разделения суспензий и эмульсий, 
создания растворов, проведения теплообменных и массообменных процессов: выпарки, сушки, абсорбции, адсорбции, ректификации и экстракции. 
В аппаратах осуществляются разнообразные физико-химические 
процессы, которые ведут при температуре от –196 до +3000 °С и при 
давлении до 320 МПа, а для получения многих химически чистых реактивов приходится применять глубокий вакуум. 
Неодинаковые химические свойства перерабатываемых веществ 
заставляют применять для изготовления аппаратов различные конструкционные материалы. Многие химические вещества обладают 
сильными агрессивными свойствами. Они способны в короткий срок 
полностью разрушить материал, с которым соприкасаются.  
Диапазон условий эксплуатации химического оборудования чрезвычайно расширен. Работы ведут в различных климатических условиях, 
при воздействии абразивных и агрессивных сред, поэтому перед машиностроителями стоит задача совершенствования химического оборудования: повышение его надежности, морозоустойчивости, жаропрочности, коррозионной стойкости, технологичности и эффективности. 
Указанные особенности заставляют применять для химического 
оборудования как металлические, так и неметаллические материалы, 
отличающиеся высокой механической прочностью, устойчивые против 
коррозии или способные не разрушаться в условиях резких колебаний 
температур. 
Значительно отличаются аппараты друг от друга и по своим габаритам. Так, для получения химических реактивов вполне пригодны аппараты с объемом в несколько десятков литров, а для обработки таких 

веществ, как серная и соляная кислота, удобрения, строятся такие установки, каждая из которых располагается на площади в несколько тысяч 
квадратных метров. 
Не менее разнообразны и технологические процессы изготовления 
химического оборудования. Они охватывают почти все виды обработки 
материалов: литье, ковку, штамповку, холодную и горячую обработку 
давлением, холодную обработку резанием, резку, сварку, пайку, склеивание, химическую и термическую обработку. 
Химическое оборудование отличается огромным разнообразием. 
Трудно назвать какую-либо другую отрасль промышленности, в которой использовалось бы такое множество разных по принципу действия, 
конструкциям, материалам и размерам аппаратов и машин. 
Химические аппараты чрезвычайно разнообразны как по конструктивному исполнению, так и по габаритам. Потребность же в аппаратах 
одного типа невелика. На одном и том же заводе в течение года изготовляют обычно не более двух-трех десятков однотипных конструкций, 
хотя номенклатура предприятия исчисляется сотнями. 
Химическое аппаратостроение является типичным единичным 
производством, однако анализ конструкций аппаратов показывает, что 
все они состоят из небольшого ряда сочетаний: оболочек вращения (цилиндр, сфера, конус), опорных, соединительных и крепежных деталей. 
Это позволяет в единичном производстве создать условия, характерные 
для серийного производства, всемерно проводя унификацию и нормализацию деталей и отдельных узлов. 
Важнейшим направлением развития современного химического и 
нефтяного машиностроения является: рост единичной мощности оборудования; увеличение выпуска оборудования и технологических линий  в 
комплектно-блочном исполнении; расширение номенклатуры оборудования; создание химического оборудования пониженной металло- и 
энергоемкости; создание аппаратов для новых прогрессивных химических процессов. 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 

ЕСКД – единая система конструкторской документации; 
ГОСТ – государственный стандарт; 
ОСТ – отраслевой стандарт; 
ТУ – технические условия; 
РОСТЕХНАДЗОР – Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору;  
ТН – теплообменник с неподвижной трубной решеткой; 
ТУ – теплообменник с U-образными трубами; 
ТК – теплообменник с компенсатором на корпусе; 
ТП – теплообменник с плавающей головкой; 
ARMKO – технически чистое железо (сокращённое название американской фирмы American Rolling Mill Corporation); 
M – изгибающий момент; 
P – сила нагрузки; 

в
  – предел прочности при растяжении; 

т
  – предел текучести материала; 
 – допускаемое касательное напряжение; 

п
  – угол пружинения заготовки; 
E  – модуль упругости; 
 – толщина листовой заготовки; 

г
R  – радиус гибки обечайки; 

1r  – радиус верхнего валка листогибочной машины; 

2r  – радиус нижнего валка листогибочной машины; 

у
D  – диаметр условный; 

н
D  – наружный диаметр обечайки; 

ср
D
 – средний размер обечайки; 

NaOH  – гидроксид натрия; 

2
3
Al O  – оксид алюминия; 

2
SiO  – диоксид кремния. 
 
 
 
 
 

 

1. ТЕХНОЛОГИЯ ХИМИЧЕСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ 

Химическая аппаратура используется в самых различных отраслях 
народного хозяйства. Кроме химической промышленности, она находит 
применение в целлюлозно-бумажной, нефтехимической, пищевой, фармацевтической, атомной и других отраслях промышленности. 
Особенностью химического аппаратостроения являются: 
1) крупногабаритность (стремление к увеличению мощности оборудования приводит к трудностям при изготовлении, транспортировке, 
монтаже и эксплуатации); 
2) значительная масса (требует мощных грузоподъемных средств); 
3) большое число сложных металлоконструкций (требует увеличения объема сварочных работ, в том числе на месте эксплуатации: трубопроводная обвязка, монтажные и смотровые площадки); 
4) высокие требования к качеству изготовления (это объекты повышенной опасности, необходимо соблюдать санитарные требования и нормы). 

1.1. Классификация химического оборудования 

Номенклатура химического и нефтяного аппаратостроения определяется в основном потребностями химической, нефтяной, нефтехимической, микробиологической и газовой отраслей народного хозяйства. 
Классификация химической и нефтехимической аппаратуры по 
назначению крайне условна, т. к. в различных установках аппараты одной конструкции могут предназначаться для различных технологических целей. Поэтому в основу классификации положены важнейшие 
физико-химические процессы, происходящие в аппарате. С этой точки 
зрения приняты следующие номенклатурные группы аппаратуры: 
– теплообменные аппараты: пластинчатые, кожухотрубчатые теплообменники, конденсаторы и испарители, аппараты воздушного охлаждения, погружные и оросительные холодильники и конденсаторы и т. д.; 
– массообменные аппараты: ректификационные и экстракционные колонны, абсорберы и десорберы, колонны синтеза, оросительные 
башни и др.; 
– аппараты-реакторы: реакторы, регенераторы, реакционные камеры; 
– нагревательные аппараты огневого действия: огневые подогреватели, трубчатые печи, котлы-утилизаторы и т. д.; 
– аппараты для разделения сред и очистки продуктов от примесей: сепараторы, фильтры, центрифуги, отстойники, циклоны и т. д.; 
– мешалки-аппараты, предназначенные для смешения сред; 

– сосуды для хранения продуктов: сферические и цилиндрические 
резервуары, мерники, емкости и т. д. 
Химическая аппаратура классифицируется по следующим признакам: конструктивные характеристики, толщина стенки, эксплуатационные параметры, виды материалов, габаритность. 
1. По конструктивным признакам, несмотря на многообразие химических процессов и условий их проведения, все аппараты можно объединить в три основные группы: 
– емкостные (сборники, мерники, резервуары, баки, цистерны, автоклавы, реакторы, баллоны); 
– составные и разборные (скрубберы, абсорберы, ректификационные колонны, сепараторы, циклоны, фильтры); 
– трубчатые (кожухотрубчатые, змеевиковые и блочные теплообменники). 
2. По толщине стенки сосуды аппаратов делятся на тонкостенные и толстостенные. Такое деление предопределяет выбор технологии изготовления. 
Сосуды с толщиной до 36 мм включительно относятся к тонкостенным, выше 36 мм – к толстостенным. Величина 36 мм определена несколькими конструктивными и технологическими признаками. Толстостенные сосуды, изготовленные из углеродистых сталей, подвергаются термообработке. 
3. К эксплуатационным параметрам относятся температура, рабочее давление и состав рабочей среды. Данные параметры определяют 
основные характеристики элементов аппарата: диаметр, толщину стенки, материал. 
4. В зависимости от эксплуатационных и конструкторских требований корпуса аппаратов изготавливаются из однослойного и двухслойного листового проката. Однослойные корпуса аппаратов изготавливают из углеродистых, легированных и высоколегированных сталей. Выбор металла определяет особенность выполнения заготовительных операций, способ и вид подготовки кромок под сварку, технологию сборки 
и сварки, вид испытаний и транспортировку. 
5. В зависимости от габаритов аппаратов технология их сборки может 
различаться. Габаритные аппараты отправляются на монтажные площадки 
в полностью собранном виде по железной дороге. Негабаритные аппараты 
поставляются на площадки в блочном исполнении и монтируются на месте. 

1.1.1. Требования к аппаратам, работающим под давлением 

С целью обеспечения строгого контроля за конструированием, технологией изготовления и безопасной эксплуатацией аппаратов, работающих под давлением, организован Комитет по надзору за безопасным 
ведением работ в промышленности (Госгортехнадзор), позже переиме