Оборудование химических производств: механические расчеты и оформление конструкторской документации

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Казанский национальный исследовательский 
технологический университет 
ОБОРУДОВАНИЕ  
ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ:  
МЕХАНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 
И ОФОРМЛЕНИЕ КОНСТРУКТОРСКОЙ
ДОКУМЕНТАЦИИ  
Учебно-методическое пособие 
Казань 
Издательство КНИТУ 
2023 

УДК 66.02(075) 
ББК 35.11я7 
О-22 
Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 
Рецензенты: 
д-р хим. наук Д. Х. Сафин 
д-р техн. наук, проф. Э. Р. Галимов 
Авторы: Н. В. Улитин, К. А. Терещенко, С. Б. Павлов,  
Т. Л. Пучкова, С. Н. Тунцева, Д. А. Шиян, В. И. Анисимова,  
И. М. Багавеев, Н. А. Новиков, Э. В. Осипов, А. И. Бадртдинова,  
М. Н. Денисова, Х. Э. Харлампиди 
Оборудование 
химических 
производств: 
механические 
расчеты 
О-22 
и оформление конструкторской документации : учебно-методическое 
пособие / Н. В. Улитин, К. А. Терещенко, С. Б. Павлов [и др.]; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 
2023. – 84 с. 
ISBN 978-5-7882-3361-1 
Рассмотрены методики расчетов размеров основных элементов химических 
аппаратов с примерами и аспекты оформления текстовой и графической частей 
конструкторской документации.  
Предназначено для бакалавров и магистров по направлениям подготовки 
18.03.01 (18.04.01) «Химическая технология» и 18.03.02 (18.04.02) «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» при изучении дисциплин «Основы проектирования и оборудование нефтехимических производств», «Химические реакторы», «Общая химическая технология», «Современные технологические процессы добычи и переработки нефти 
и газа». 
Подготовлено на кафедре общей химической технологии. 
УДК 66.02(075) 
ББК 35.11я7 
ISBN 978-5-7882-3361-1 
© Улитин Н. В., Терещенко К. А., Павлов С. Б., 
Пучкова Т. Л., Тунцева С. Н., Шиян Д. А.,  
Анисимова В. И., Багавеев И. М., Новиков Н. А., 
Осипов Э. В., Бадртдинова А. И., Денисова М. Н., 
Харлампиди Х. Э., 2023 
© Казанский национальный исследовательский 
технологический университет, 2023 
2

СОДЕРЖАНИЕ 
ВВЕДЕНИЕ ....................................................................................................................................................................... 
4 
1. РАСЧЕТЫ РАЗМЕРОВ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ХИМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ 
............................ 
5 
1.1. Проектный расчет толщины стенки обечайки аппарата 
............................................................... 
5 
1.2. Поверочный расчет толщины стенки обечайки аппарата......................................................... 
15 
1.3. Пример расчета толщины стенки обечайки аппарата 
................................................................ 
15 
1.4. Проектный расчет толщины стенки днища аппарата 
.................................................................. 
17 
1.5. Поверочный расчет толщины стенки днища аппарата 
............................................................... 
18 
1.6. Пример расчета толщины стенки днища аппарата 
...................................................................... 
18 
Задание для самопроверки ......................................................................................................................... 
20 
2. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ТЕКСТОВОЙ ЧАСТИ КОНСТРУКТОРСКОЙ
ДОКУМЕНТАЦИИ ...................................................................................................................................................... 
22 
2.1. Текст 
................................................................................................................................................................... 
22 
2.2. Математические формулы (уравнения) ............................................................................................. 
28 
2.3. Рисунки ............................................................................................................................................................. 
29 
2.4. Таблицы 
............................................................................................................................................................ 
32 
Вопросы для самопроверки ........................................................................................................................ 
33 
3. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ГРАФИЧЕСКОЙ ЧАСТИ
КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ 
.......................................................................................................... 
34 
3.1. Чертеж общего вида 
................................................................................................................................... 
34 
3.2. Масштабы......................................................................................................................................................... 
36 
3.3. Линии чертежа............................................................................................................................................... 
36 
3.4. Изображения 
.................................................................................................................................................. 
37 
3.5. Размеры 
............................................................................................................................................................ 
41 
3.6. Сварные соединения .................................................................................................................................. 
56 
3.7. Таблица штуцеров ....................................................................................................................................... 
62 
3.8. Основная надпись 
........................................................................................................................................ 
64 
3.9. Технологические схемы 
............................................................................................................................ 
66 
3.10. Спецификация 
............................................................................................................................................. 
69 
Вопросы для самопроверки ........................................................................................................................ 
76 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................................................................................. 
77 
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 
................................................................................................... 
78 
3 

В В Е Д Е Н И Е
В предлагаемом пособии рассмотрены методики расчетов размеров основных элементов химических аппаратов с наиболее характерными примерами, а также различные аспекты оформления текстовой 
и графической частей конструкторской документации. 
Основная цель расчетов размеров основных элементов химических аппаратов заключается в определении таких величин, которые 
обеспечат безопасную и долговечную эксплуатацию за счет достаточной механической прочности и плотности разъемных соединений. 
Данное пособие состоит из трех глав. 
В первой главе рассматриваются следующие типы расчетов: 
1) проектный расчет аппарата, целью которого является определение основных размеров конструкции аппарата по заданным габаритным размерам и внешним нагрузкам; 
2) поверочный расчет аппарата, который заключается в проверке
выполнения условий механической прочности для заданной конструкции аппарата. 
Проектный и поверочный расчеты представлены на примерах 
расчетов толщины:  
а) стенки цилиндрической обечайки аппарата; 
б) эллиптического днища аппарата. 
В двух последующих главах подробно рассмотрено оформление 
текстовой и графической частей конструкторской документации в соответствии с требованиями единой системы конструкторской документации (ЕСКД). 
Учебно-методическое пособие «Оборудование химических производств» может быть использовано бакалаврами и магистрами по 
направлениям 18.03.01, 18.04.01 «Химическая технология» и 18.03.02, 
18.04.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии». Оно будет полезно при изучении таких дисциплин, как «Основы проектирования и оборудование химических производств», «Химические реакторы», «Общая химическая 
технология», «Современные технологические процессы добычи и переработки нефти и газа». 
4 

.  Р А С Ч Е Т Ы  Р А З М Е Р О В  О С Н О В Н Ы Х  
Э Л Е М Е Н Т О В  Х И М И Ч Е С К И Х  А П П А Р А Т О В
Основная цель расчетов размеров основных элементов химических аппаратов – определение таких величин, которые призваны обеспечить безопасную и долговечную эксплуатацию за счет достаточной 
механической прочности и плотности разъемных соединений. 
В предлагаемом пособии рассматриваются следующие типы расчетов: 
1) проектный расчет аппарата, целью которого является определение основных размеров конструкции аппарата по заданным габаритным размерам и внешним нагрузкам; 
2) поверочный расчет аппарата с целью проверки выполнения
условий механической прочности для его заданной конструкции. 
На конкретных примерах рассмотрены расчеты толщины: 
а) стенки цилиндрической обечайки аппарата; 
б) эллиптического днища аппарата.  
Данные расчеты выполняется для цилиндрических обечаек (далее – обечайки) и эллиптических днищ (далее – днища) аппаратов из 
углеродистых и легированных сталей, используемых в химической, 
нефтеперерабатывающей и смежных отраслях промышленности и работающих в условиях одно- и многократных статических нагрузок под 
внутренним избыточным давлением.  
Аналогичные расчеты применимы для цилиндрических обечаек 
и днищ аппаратов, работающих под внешним давлением.  
Расчеты других конструктивных элементов аппаратов представлены в ГОСТ 14249-89.  
1.1. Проектный расчет толщины стенки о бечайки 
аппарата 
Конструкция аппарата с цилиндрической обечайкой и эллиптическим днищем представлена на рис. 1.1. 
5 

Рис. 1.1. Конструкция аппарата с цилиндрической обечайкой и эллиптическим 
днищем (D — внутренний диаметр аппарата, мм; s — толщина стенки 
цилиндрической обечайки аппарата, мм; H — высота днища, мм) 
Расчетные формулы применимы при соблюдении следующих отношений толщины стенки обечайки или днища аппарата к диаметру 
обечайки или днища аппарата: 
𝑠−𝑐
𝐷≤0,1 при 𝐷≥200, 
𝑠−𝑐
𝐷≤0,3 при 𝐷< 200, 
где s – толщина стенки обечайки или днища, мм; c – прибавка на коррозию – методика ее расчета описана в формуле (1.1); D – внутренний 
диаметр обечайки или днища, мм. 
Толщину стенки обечайки 𝑠 следует рассчитывать по формуле 
𝑠≥𝑠𝑝+ 𝑐,
(1.1) 
где 𝑠𝑝 – расчетная толщина стенки обечайки, которая рассчитывается по
формуле (1.2); c – прибавка на коррозию, равная скорости коррозии, 
умноженной на срок службы аппарата, обычно составляющий 10–12 лет. 
Прибавку на коррозию (с) определяют по справочникам или лабораторным испытаниям, или принимают равной 1–2 мм, что соответствует скорости коррозии 0,1–0,2 мм/год. 
Расчетную толщину стенки обечайки следует определять по формуле 
6 

𝑝𝐷
𝑠𝑝=
2[𝜎]𝜑−𝑝, 
(1.2) 
где 𝑝 – расчетное внутреннее избыточное давление, МПа; D – внутренний диаметр обечайки аппарата, мм; [𝜎] – допускаемое напряжение, которое зависит от расчетной температуры и марки стали, используемой 
для изготовления обечайки аппарата, и определяется по зависимостям, 
представленным на рис. 1.2–1.8, МПа; 𝜑 – коэффициент прочности 
сварного шва (определяется по табл. 1.1). 
 МПа 
250
200
150
100
50
сталь ВСт3, s до 20 мм
сталь ВСт3, s свыше 20 мм
стали 09Г2, 10Г2  
сталь 15Х18Н12С4ТЮ (ЭИ-654)
0
T, oC
0
100
200
300
400
500
Рис. 1.2. Зависимость допускаемого напряжения [𝜎] от расчетной температуры 
стенки аппарата T для сталей марок: ВСт3; 09Г2; 10Г2; 15Х18Н12С4ТЮ 
7 

 МПа 
200
150
100
50
стали 20, 20К, s до 160 мм
сталь 10
стали 17ГС, 17Г1С, 10Г2С1,
9Г2С, 16ГС, s свыше 32 мм
0
0
100
200
300
400
500
T, oC
Рис. 1.3. Зависимость допускаемого напряжения [𝜎] от расчетной температуры 
стенки аппарата T для сталей марок: 20; 20К; 10; 17ГС; 17Г1С; 10Г2С1; 9Г2С; 16ГС 
За расчетную температуру Т стенки аппарата принимают 
наибольшее значение температуры стенки. При температуре ниже 
20 °С за расчетную температуру при определении допускаемых напряжений принимают температуру 20 °С.  
Расчетное давление 𝑝  для элементов аппарата принимают, как 
правило, равным рабочему давлению или такому, которое выше него.  
8 

 МПа 
160
140
120
100
80
сталь 15Х5М
сталь 12МХ
сталь 15ХМ
60
T, oC
0
100
200
300
400
500
Рис. 1.4. Зависимость допускаемого напряжения [𝜎] от расчетной температуры 
стенки аппарата T для сталей марок: 15Х5М; 12МХ; 15ХМ 
Под рабочим давлением для аппарата следует понимать максимальное внутреннее избыточное или наружное давление, возникающее 
при нормальном протекании рабочего процесса, без учета гидростатического давления среды и допустимого кратковременного повышения 
давления во время действия предохранительного клапана или других 
предохранительных устройств. 
9