Nghiên cứu, thiết kế, tính toán hợp lý cho bồn chứa bột khô trong quá trình xuất nhập

TĨM TẮT Cơng ty TNHH Dịch Vụ Chế Tạo Quốc Anh công ty tư nhân Việt Nam chuyên nghiên cứu, thiết kế chế tạo bồn bể, đặc biệt bồn áp lực theo tiêu chuẩn quốc tế Các sản phẩm công ty chủ yếu xuất nước như:Thái Lan, Kenya, Úc… , cung cấp cho số dự án nước lĩnh vực dầu khí Trải qua thời gian dài làm việc công ty chế tạo Quốc Anh vị trí kỹ sư thiết kế, tơi thấy sản phẩm bồn áp lực dùng hệ thống chứa vận chuyển bột khơ khí nén có số vấn đề cần phải xem xét nghiên cứu lại để sản phẩm hoàn thiện Việc hoàn thiện tính tốn, thiết kế sản phẩm bồn áp lực chứa bột khơ hoạt động lĩnh vực dầu khí để thỏa mãn yêu cầu khách hàng giúp công ty cạnh tranh với sản phẩm cơng ty khác nước nước ngồi Bồn chứa bột khô bột phận quan trọng hệ thống vận chuyển vật liệu rời loại bột khô, vật liệu hạt nhựa… lực đẩy khí nén Cơng nghệ sử dụng khí nén để vận chuyển vật liệu rời từ lâu giới Việt Nam ứng dụng sử dụng phổ biến lĩnh vực khác công nghiệp Hiệu hệ thống vận chuyển vật liệu rời khí nén phù thuộc hồn tồn vào kết cấu bồn Vì việc nghiên cứu thiết kế tính tốn cho bồn khâu quan trọng định thành công thiết kế hệ thống Hiện nay, nhu cầu sử dụng bồn chứa bột khơ lĩnh vực khai thác dầu khí phổ biến đa dạng Các bồn chứa bột khơ lĩnh vực dầu khí phải thiết kế khơng hoạt động có cơng suất cao mà cịn phải đảm bảo an toàn theo tiêu chuẩn quốc tế trình hoạt động v Các bồn Công ty chế tạo phục vụ lĩnh vực dầu khí có cơng dụng khác có ngun tắc chung để tính tốn theo tiêu chuẩn quốc tế Bồn chứa bột khơ phải tính tốn đủ khả chịu khí nén bên để đẩy bột khả chịu tự trọng tải bột Ngoài Bồn phải thiết kế cho công suất hoạt động hiệu cao Đề tài trình bày tổng quan bồn chứa bột khơ, tính tốn thành phần Bồn theo chuẩn quốc tế phân tích vị trí đường vào, đường khí nén bột dựa số thí nghiệm tham khảo số tài liệu nhằm đưa thiết kế bồn chứa bột khơ hồn chỉnh Những tính tốn kết thu được vận dụng chế tạo công ty nơi công tác hay để hướng dẫn giảng dạy ABSTRACT Quoc Anh Manufacturing Company, Ltd is one of the private companies in Vietnam that specializes in research, design and manufactures wide range of jobs such as pipe works, tanks, and structural, especially pressure storage vessels that fabricate in accordance to international standards The company's products are mainly exported to countries around the world such as Thailand, Kenya, Australia, Cameroon, etc…Domestically, Quoc Anh Manufacturing Company, Ltd also provide services in the petroleum sectors Having spent a long time working at Quoc Anh Manufacturing Company as a design engineer, I’ve observed the storage pressure vessels that used in the Pneumatic Conveying Systems had some problems The system needs to be reevaluating to improve the product efficiency Finalizing the calculation and design of storage pressure vessels’ operating to increase productivities and help achieved customer’s requirements With this perspective, our company would have a chance to compete with other domestic companies as well as abroad Pressure storage tanks are the most important components in the conveying of bulk materials such as dry powders, plastic granules, etc using compressed air vi The concept of using compressed air to move bulk materials have been around in the world for sometimes Vietnam has been applied this method and used widely in various fields of industries Pneumatic Conveying Systems The demand of using dry-powder storage tanks in the oil and gas industry is very popular and diverse Pressure storage tanks that handling dry-powder for example has to be designed with high-performance that meets not just domestic but international safety regulation during operation Pressure storage tanks manufactures by companies around the world served different purposes but they will have general principles complying with local and international standards Dry-powder storage tanks must be calculated and designed to withstand the load of powder’s density and internal pressure for compressed air to expel the powders In addition, the storage tanks must be designed for the maximum performance and productivity The topic will give an overview of a typical dry-powder storage tanks, calculated in accordance to international standards including positions of inlet and outlet of how compressed air and powder traveled With combined knowledge, experiments and observation that help finalized a design that will be the most effective The results obtained can be used for fabrication as well as a lecture in classroom -o0o - vii MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan iii Lời cảm ơn iv Tóm tắt v Mục lục viii Danh sách chữ viết tắt x Danh sách hình xi Danh sách bảng xiv MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1 QUÁ TRÌNH CHUYỂN TẢI BỘT KHƠ .1 1.1 Tổng quan .1 1.2 Một số hệ thống chuyển tải bột 1.3 Vật liệu phù hợp chuyển tải THIẾT BỊ XUẤT/NHẬP (BỒN) NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC 3.1 Nghiên cứu nước 3.2 Nghiên cứu nước 11 PHÂN TÍCH ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM .12 4.1 Ưu điểm 12 4.2 Nhược điểm 13 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 13 PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .13 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 14 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 15 viii 8.1 Ý nghĩa khoa học 15 8.2 Ý nghĩa thực tiễn 15 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .16 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐÔNG .16 1.1 Cấu tạo 16 1.2 Nguyên lý hoạt động 18 CƠ SỞ TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỒN XUẤT/NHẬP 22 2.1 Xác định vị trí ngõ vào bồn 22 2.2 Lý thuyết tính tổn thất áp hệ thống chuyển tải bột khơ 28 2.3 Lý thuyết tính toán bền cho bồn 33 CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG TỚI HIỆU SUẤT LÀM VIỆC CỦA BỒN 37 3.1 Trên sở lý thuyết 37 3.2 Trên sở thực tiễn 39 CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM .41 XÂY DỰNG MÔ HÌNH 41 THỰC NGHIỆM SO SÁNH HAI LOẠI OUTLET .43 2.1 Mục tiêu 43 2.2 Chuẩn bị thí nghiệm .43 2.3 Các bước tiến hành thí nghiệm 46 2.4 Xử lý số liệu kết luận 46 THỰC NGHIỆM SO SÁNH BA VỊ TRÍ CẤP KHÍ VÀO BỒN .48 3.1 Mục tiêu 48 3.2 Chuẩn bị thí nghiệm .48 3.3 Các bước tiến hanh thí nghiệm 51 3.4 Xử lý số liệu thí nghiệm kết luận 51 CHƯƠNG 4: VÍ DỤ THIẾT KẾ 55 MỤC ĐÍCH 55 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO 55 THIẾT KẾ CHI TIẾT 57 3.1 Chọn loại outlet vị trí cấp khí .57 ix 3.2 Tính bền cho bồn 57 3.3 Bản vẽ thiết kế 63 3.4 Ứng dụng phần mêm PV Elite tính bền cho bồn chứa bột khô .63 CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ .70 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 70 1.1 Đối với lĩnh vực KH&CN có liên quan 70 1.2 Đối với kinh tế - xã hội môi trường 70 1.3 Khả ứng dụng phương thức chuyển giao kết nghiên cứu 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 2.1 Kết luận 70 2.2 Kiến nghị 71 PHỤ LỤC 1: Bản vẽ thiết kế bồn chứa bột khơ 85m3 PHỤ LỤC 2: Kết tính tốn bền cho bồn chứa bột khơ phần mềm PV Elite x DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT Inlet Đường nhập bột vào bồn Outlet Đường xuất bột Fan Quạt Compressor Máy nén khí Airline Đường cấp khí nén vào bồn Vent line Đường thông bồn Vertical Theo phương thẳng đứng Horizontal Theo phương nằm ngang xi DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình Diễn tả Trang Hình 1.1 Tổng quan q trình chuyển tải bột khơ [1] Hình 1.2 Hệ thống chuyển tải bột áp suất dương [1] Hình 1.3 Hệ thống chuyển tải bột áp suất âm [1] Hình 1.4 Hệ thống chuyển tải bột kết hợp áp suất dương áp suất âm [1] Hình 1.5 Hệ thống bồn chứa xuất nhập bột thực tế Hình 1.6 Hệ thống bồn chứa xuất nhập bột công ty nước chế tạo 10 Hình 2.1 Cấu tạo bồn chứa bột khơ 15 Hình 2.2 Ngun lý cyclone 16 Hình 2.3 Sơ đồ khối trình nhập bột vào bồn 18 Hình 2.4 Sơ đồ khối trình xuất bột từ bồn chứa 19 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý hoạt động bồn chứa bột 20 Hình 2.6 Hệ thống bồn chứa bột khai thác dầu khí 21 Hình 2.7 Outlet bồn chứa bột khơ [1]: 22 Hình 2.8 Outlet bồn chứa bột khơ thực tế 23 Hình 2.9 Vị trí inlet bồn chứa bột khơ [1]: 24 Hình 2.10 Vị trí cấp khí theo lý thuyết [1]: 25 Hình 2.11 Vị trí cấp khí thực tế 26 Hình 2.12 Mơ tả mối quan hệ vận tốc dịng khí tổn thất áp 28 Hình 2.13 Các điều kiện biên tính tốn [1] 31 Hình 2.14 Bộ phận bồn dạng trịn phẳng (Flat) 32 Hình 2.15 Dạng kết nối trịn phẳng 33 Hình 2.16 Bộ phận bồn dạng nón (conical) 33 xii Hình 2.17 Bộ phận bồn dạng trụ (cylindrial) 34 Hình 2.18 Bộ phận bồn dạng elip (elliptical) 34 Hình 2.19 Bộ phận bồn dạng torispherical 35 Hình 2.20 Bộ phận bồn dạng cầu (Spherical) 36 (a) biểu đồ trạng thái chung; (b) biểu đồ trạng thái cho thấy áp suất tối thiểu Hình 2.22 Biểu đồ thí nghiệm so sánh vị trí cấp khí 37 Hình 2.21 38 Hình 3.1 Mơ hình bồn chứa bột khơ cho thí nghiệm 41 Hình 3.2 Máy nén khí, máy sấy khí bình tích khí 43 Hình 3.3 Thí nghiệm thực tế loại outlet từ đáy xuống (a) 44 Hình 3.4 Thí nghiệm thực tế loại outlet từ đáy lên (b) 44 Hình 3.5 Biểu đồ đường so sánh loại outlet bồn 46 Hình 3.6 Thí nghiệm thực tế vị trí cấp khí ngồi gần outlet (a) 48 Hình 3.7 Thí nghiệm thực tế vị trí cấp khí ngồi gần outlet (b) 49 Hình 3.8 Thí nghiệm thực tế vị trí cấp khí từ bồn (c) 49 Hình 3.9 Biểu đồ so sánh vị trí cấp 52 Hình 4.1 Bản vẽ u cầu thiết kế cho bồn 85m3 54 Hình 4.2 Đáy bồn 85m3 57 Hình 4.3 Nón bồn 85m3 59 Hình 4.4 Thân bồn 85m3 60 Hình 4.5 61 Hình 4.6 Kích thước đầu bồn 85m3 Dao diện nhập liệu thiết kế PV Elite Hình 4.7 Dao diện nhập thơng số hình học PV Elite 66 Hình 4.8 Dao diện nhập điều kiện gió PV Elite 67 Hình 4.9 Dao diện nhập điều kiện động đất PV Elite 68 Hình 4.10 Dao diện kết tính trên PV Elite xiii 65 69 DANH SÁCH CÁC BẢNG Diễn tả Trang Bảng 1.1 Các vật liệu phù hợp cho vận chuyển khí nén [1] Bảng 3.1 Kết thí nghiệm cho outlet từ đáy xuống (a) 45 Bảng 3.2 Kết thí nghiệm cho outlet từ đáy lên (b) 46 Bảng 3.3 Kết thí nghiệm cho vị trí cấp khí ngồi gần outlet (a) 51 Bảng Bảng 3.4 Kết thí nghiệm cho vị trí cấp khí ngồi xa outlet (b) 51 Bảng 3.5 Kết thí nghiệm cho vị trí cấp khí từ tâm bồn (c) 51 Dữ liệu yêu cầu thiết kế cho bồn chứa bột khô 55 Giá trị ứng suất cho phép lớn vật liệu [3] 58 Bảng 4.1 Bảng 4.2 xiv PV Elite 2017 FileName : Bồn Chứa Bột Khô 85M3 Internal Pressure Calculations: Step: 5:26pm Required Thickness due to Internal Pressure [tr]: = d * sqrt(Z*C*P/(S*E)) per UG-34 (c)(3) = 326.0*sqrt(1.0*0.2*621.427/(137.9*1.0)) = 9.7872 + 3.0000 = 12.7872 mm Max Allowable Working Pressure at given Thickness, corroded [MAWP]: Less Operating Hydrostatic Head Pressure of 221.427 KPa = (t/d)²*((S*E)/(C*Z)) UG-34 (c)(3) = (11.0/326.0))²*((137.9*1.0)/(0.2*1.0)) = 784.982 - 221.427 = 563.555 KPa Maximum Allowable Pressure, New and Cold [MAPNC]: = (t/d)²*((S*E)/(C*Z)) per UG-34 (c) (3) = (14.0/320.0)²*((137.9*1.0)/(0.2*1.0)) = 1319.669 KPa Actual stress at given pressure and thickness, corroded [Sact]: = (Z*C*P)/(((t/d)²)*E) = (1.0*0.2*621.427)/(((11.0/326.0)²)*1.0) = 109.168 N./mm² Minimum Design Metal Temperature Results: tg = 3.5, tg_sr = 14.0, tr = 7.852, c = 3.0 mm., E* = 1.0 Stress Ratio = tr * (E*)/(tg_sr - c) = 0.714, Temp Reduction = 16 °C Min Metal Temp w/o impact per UCS-66, Curve B Min Metal Temp at Required thickness (UCS 66.1) Conical Section From 20 To 30 SA-516 70 , UCS-66 Crv B at 90 °C Non bon Material UNS Number: K02700 Required Thickness due to Internal Pressure [tr]: = (P*D)/(2*cos(a)*(S*E-0.6*P)) per Appendix 1-4 (e) = (562.798*3547.1458)/(2*0.866*(137.9*1.0-0.6*562.798)) = 8.3791 + 3.0000 = 11.3791 mm Max Allowable Working Pressure at given Thickness, corroded [MAWP]: Less Operating Hydrostatic Head Pressure of 162.798 KPa = (2*S*E*t*cos(a))/(D+1.2*t*cos(a)) per App 1-4(e) = (2*137.9*1.0*9.0*0.866)/(3547.146+1.2*9.0*0.866) = 604.394 - 162.798 = 441.596 KPa Maximum Allowable Pressure, New and Cold [MAPNC]: = (2*S*E*t*cos(a))/(D+1.2*t*cos(a)) per App 1-4(e) = (2*137.9*1.0*12.0*0.866)/(3540.2175+1.2*12.0*0.866) = 806.722 KPa Actual stress at given pressure and thickness, corroded [Sact]: = (P*(D+1.2*t*cos(a)))/(2*E*t*cos(a)) = (562.798*(3547.1458+1.2*9.0*0.866))/(2*1.0*9.0*0.866) = 128.409 N./mm² -29 °C -45 °C Oct 1,2017 PV Elite 2017 FileName : Bồn Chứa Bột Khô 85M3 Internal Pressure Calculations: Step: % Elongation per Table UG-79-1 (50*tnom/Rf*(1-Rf/Ro)) 5:26pm 3.594 % Note: The Pressure at the Large Diameter is used in the TR calculation Minimum Design Metal Temperature Results: Govrn thk, tg = 12.0, tr = 5.951, c = 3.0 mm., E* = 1.0 Stress Ratio = tr * (E*)/(tg - c) = 0.661, Temp Reduction = 19 °C -23 °C -42 °C -29 °C Min Metal Temp w/o impact per UCS-66, Curve B Min Metal Temp at Required thickness (UCS 66.1) Min Metal Temp w/o impact per UG-20(f) Cylindrical Shell From 30 To 40 SA-516 70 , UCS-66 Crv B at 90 °C Than bon Material UNS Number: K02700 Required Thickness due to Internal Pressure [tr]: = (P*R)/(S*E-0.6*P) per UG-27 (c)(1) = (559.11*1820.0)/(137.9*1.0-0.6*559.11) = 7.3975 + 3.0000 = 10.3975 mm Max Allowable Working Pressure at given Thickness, corroded [MAWP]: Less Operating Hydrostatic Head Pressure of 159.110 KPa = (S*E*t)/(R+0.6*t) per UG-27 (c)(1) = (137.9*1.0*9.0)/(1820.0+0.6*9.0) = 679.867 - 159.110 = 520.757 KPa Maximum Allowable Pressure, New and Cold [MAPNC]: = (S*E*t)/(R+0.6*t) per UG-27 (c)(1) = (137.9*1.0*12.0)/(1817.0+0.6*12.0) = 907.085 KPa Actual stress at given pressure and thickness, corroded [Sact]: = (P*(R+0.6*t))/(E*t) = (559.11*(1820.0+0.6*9.0))/(1.0*9.0) = 113.406 N./mm² % Elongation per Table UG-79-1 (50*tnom/Rf*(1-Rf/Ro)) 0.329 % Minimum Design Metal Temperature Results: Govrn thk, tg = 12.0, tr = 5.289, c = 3.0 mm., E* = 1.0 Stress Ratio = tr * (E*)/(tg - c) = 0.588, Temp Reduction = 24 °C Min Metal Temp w/o impact per UCS-66, Curve B Min Metal Temp at Required thickness (UCS 66.1) Min Metal Temp w/o impact per UG-20(f) Torispherical Head From 40 To 50 SA-516 70 , UCS-66 Crv B at 90 °C Dau bon -23 °C -47 °C -29 °C Oct 1,2017 PV Elite 2017 FileName : Bồn Chứa Bột Khô 85M3 Internal Pressure Calculations: Material UNS Number: Step: 5:26pm Oct 1,2017 K02700 Inside Corroded Head Depth [h]: = L - sqrt( ( L - Di / 2) * ( L + Di / - * r ) ) = 3603.0-sqrt((3603.0-3640.0/2)*(3603.0+3640.0/2-2*353.0)) = 702.929 mm M factor for Torispherical Heads ( Corroded ): = (3+sqrt((L+C)/(r+C)))/4 per Appendix 1-4 (b & d) = (3+sqrt((3600.0+ 3.0)/(350.0+ 3.0)))/4 = 1.5487 Required Thickness due to Internal Pressure [tr]: = (P*L*M)/(2*S*E-0.2*P) per Appendix 1-4 (d) = (414.751*3603.0*1.5487)/(2*137.9*1.0-0.2*414.751) = 8.3942 + 3.0000 = 11.3942 mm Max Allowable Working Pressure at given Thickness, corroded [MAWP]: Less Operating Hydrostatic Head Pressure of 14.751 KPa = (2*S*E*t)/(M*L+0.2*t) per Appendix 1-4 (d) = (2*137.9*1.0*9.0)/(1.5487*3603.0+0.2*9.0) = 444.672 - 14.751 = 429.921 KPa M factor for Torispherical Heads ( New & Cold ): = (3+sqrt(L/r))/4 per Appendix 1-4 (b & d) = (3+sqrt(3600.0/350.0))/4 = 1.5518 Maximum Allowable Pressure, New and Cold [MAPNC]: = (2*S*E*t)/(M*L+0.2*t) per Appendix 1-4 (d) = (2*137.9*1.0*12.0)/(1.5518*3600.0+0.2*12.0) = 592.148 KPa Actual stress at given pressure and thickness, corroded [Sact]: = (P*(M*L+0.2*t))/(2*E*t) = (414.751*(1.5487*3603.0+0.2*9.0))/(2*1.0*9.0) = 128.621 N./mm² Straight Flange Required Thickness: = (P*R)/(S*E-0.6*P) + c per UG-27 (c)(1) = (414.751*1820.0)/(137.9*1.0-0.6*414.751)+3.0 = 8.484 mm Straight Flange Maximum Allowable Working Pressure: Less Operating Hydrostatic Head Pressure of 14.751 KPa = (S*E*t)/(R+0.6*t) per UG-27 (c)(1) = (137.9 * 1.0 * 9.0)/(1820.0 + 0.6 * 9.0 ) = 679.867 - 14.751 = 665.116 KPa Percent Elong per UCS-79, VIII-1-01-57 (75*tnom/Rf)*(1-Rf/Ro) MDMT Calculations in the Knuckle Portion: Govrn thk, tg = 12.0, tr = 8.096, c = 3.0 mm., E* = 1.0 Stress Ratio = tr * (E*)/(tg - c) = 0.9, Temp Reduction = °C 2.528 % PV Elite 2017 FileName : Bồn Chứa Bột Khô 85M3 Internal Pressure Calculations: 10 Step: 5:26pm Oct 1,2017 -23 °C -29 °C -29 °C Min Metal Temp w/o impact per UCS-66, Curve B Min Metal Temp at Required thickness (UCS 66.1) Min Metal Temp w/o impact per UG-20(f) MDMT Calculations in the Head Straight Flange: Govrn thk, tg = 12.0, tr = 5.289, c = 3.0 mm., E* = 1.0 Stress Ratio = tr * (E*)/(tg - c) = 0.588, Temp Reduction = 24 °C -23 °C -47 °C -29 °C Min Metal Temp w/o impact per UCS-66, Curve B Min Metal Temp at Required thickness (UCS 66.1) Min Metal Temp w/o impact per UG-20(f) Note: Heads and Shells Exempted to -20F (-29C) by paragraph UG-20F Hydrostatic Test Pressure Results: Pressure Pressure Pressure Pressure Pressure Pressure per per per per per per UG99b UG99b[36] UG99c UG100 PED App 27-4 = = = = = = 1.3 * M.A.W.P * Sa/S 1.3 * Design Pres * Sa/S 1.3 * M.A.P - Head(Hyd) 1.1 * M.A.W.P * Sa/S 1.43 * MAWP 1.3 * M.A.W.P * Sa/S 520.000 520.000 762.432 440.000 572.000 520.000 Vertical Test performed per: User Hydro Pressure Please note that Nozzle, Shell, Head, Flange, etc MAWPs are all considered when determining the hydrotest pressure for those test types that are based on the MAWP of the vessel Elements Suitable for Internal Pressure PV Elite is a trademark of Intergraph CADWorx & Analysis Solutions, Inc 2017 KPa KPa KPa KPa KPa KPa PV Elite 2017 FileName : Bồn Chứa Bột Khô 85M3 Vessel Design Summary: 11 Step: 17 5:26pm Oct 1,2017 ASME Code, Section VIII, Division 1, 2015 Diameter Spec : 3634.000 mm ID Vessel Design Length, Tangent to Tangent Distance of Bottom Tangent above Grade Specified Datum Line Distance Shell Material 9821.00 mm 0.00 0.00 mm mm SA-516 70 Internal Design Temperature Internal Design Pressure 90 400.000 External Design Temperature 90 Maximum Allowable Working Pressure Hydrostatic Test Pressure 400.000 0.000 Required Minimum Design Metal Temperature Warmest Computed Minimum Design Metal Temperature Wind Design Code Earthquake Design Code -29 °C KPa °C KPa KPa °C °C No Wind Loads No Seismic Element Pressures and MAWP (KPa.): Element Description | Design Pres | External | M.A.W.P | Corrosion | | + Stat head | Pressure | | Allowance | Day bon | 621.427 | 0.000 | 563.555 | 3.0000 | Non bon | 621.427 | 0.000 | 441.596 | 3.0000 | Than bon | 559.110 | 0.000 | 520.757 | 3.0000 | Dau bon | 415.804 | 0.000 | 429.921 | 3.0000 | Liquid Level: 10506.93 mm Dens.: 0.002 kg./cm³ Sp Gr.: 2.150 Element Types and Properties: Element "To" Elev Length Element Thk R e q d T h k Joint Eff Type mm mm mm Int Ext Long Circ Wld Flat 14.0 14.0 14.0 12.8 No Calc 1.00 1.00 Conical 2971.0 2957.0 12.0 11.4 No Calc 1.00 1.00 Cylinder 9771.0 6800.0 12.0 10.4 No Calc 1.00 1.00 Torisph 9821.0 50.0 12.0 11.4 5.5 1.00 1.00 Element thicknesses are shown as Nominal if specified, otherwise are Minimum Max Vertical Load (Wt + Wind) on one Leg 49658 Max Vertical Load (Wt + Eq.) on one Leg 49658 Note: Wind and Earthquake moments include the effects of user defined forces and moments if any exist in the job and were specified to act (compute loads and stresses) during these cases Also included are moment effects due to eccentric weights if any are Kgf Kgf PV Elite 2017 FileName : Bồn Chứa Bột Khô 85M3 Vessel Design Summary: 12 Step: 17 5:26pm Oct 1,2017 11093.9 98589.7 11093.9 11093.9 11093.9 199218.0 98589.7 kg kg kg kg kg kg kg present in the input Weights: Fabricated Shop Test Shipping Erected Empty Operating Field Test - Bare W/O Removable Internals Fabricated + Water ( Full ) Fab + Rem Intls.+ Shipping App Fab + Rem Intls.+ Insul (etc) Fab + Intls + Details + Wghts Empty + Operating Liquid (No CA) Empty Weight + Water (Full) PV Elite is a trademark of Intergraph CADWorx & Analysis Solutions, Inc 2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH TẠP CHÍ KHOA HỌC HCMC UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION JOURNAL OF SCIENCE NGHIÊN CỨU CÁC VỊ TRÍ CẤP KHÍ CHO BỒN XUẤT NHẬP BỘT KHÔ STUDYING THE POSITIONS OF SUPPLY AIR FOR POWDER VESSEL (1) Nguyễn Hữu Đồn Cơng ty TNHH Dịch Vụ Chế Tạo Quốc Anh (1) TÓM TẮT Bồn chứa bột khô bột phận quan trọng hệ thống vận chuyển vật liệu rời loại bột khô, vật liệu hạt nhựa… lực đẩy khí nén.Cơng nghệ sử dụng khí nén để vận chuyển vật liệu rời từ lâu giới Việt Nam ứng dụng sử dụng phổ biến lĩnh vực khác công nghiệp Hiệu hệ thống vận chuyển vật liệu rời khí nén phụ thuộc hồn tồn vào kết cấu bồn, đặc biệt vị trí cấp khí vào bồn Có nhiều vị trí cấp khí vào bồn có vị trí làm cho hiệu suất làm việc bồn giảm xuống có vị trí làm cho hiệu suất bồn tăng lên Vì việc nghiên cứu tìm vị trí cấp khí vào bồn quan trọng, có ý nghĩa định tới hiệu suất làm việc hệ thống chuyển tải bột khơ khí nén Keywords: Bồn chứa bột khơ, chuyển tải bột khơ, đường cấp khí vào bồn ABSTRACT Powder vessels are the most important components in the transportation of bulk materials such as dry powders, plastic granules, etc by compressed air The technology uses compressed air to transport discrete materials has been applied and used quite commonly in various fields in the industry in the world and Vietnam for long time ago The effectiveness of the pneumatic conveying system depends entirely on the structure of the tank, especially the position of supply air into the tank There are many places that can supply gas to the tank, but there are places where the performance of the tank decreases and there are positions that increase the efficiency of the tank Therefore, the research to find out the location of supply air into the tank is very important, which is decisive to the performance of the dry powder conveying system by compressed air Keywords: Pneumatic conveying of solids, air line, powder vessel TẠP CHÍ KHOA HỌC – Trường ĐHSPKT TPHCM Nguyễn Hữu Đoàn GIỚI THIỆU Đối với bồn chứa bột khơ q trình xuất bột ngồi, trước hết phải cấp khí nén vào bồn đến giá trị hoạt động sau mở outlet để chuyển tải bột tới nơi sử dụng Trong q trình chuyển tải lượng khí ln cấp liên tục trì Độ bền bồn hoạt động áp suất tính tốn dựa tiêu chuẩn ASME [2] I Vịi phun khí cung cấp cho bồn được phân phối từ vịi khí lớn sau chia nhiều nhánh nhỏ (các tua khí) bố trí xung quanh đáy bồn Các tua khí có nhiệm vụ làm tơi lượng bột bồn cấp khí nén vào bồn Có nhiều vị trí cấp khí vào bồn, theo tài liệu tham khảo [1] thực tế phân thành vị trí cấp khí vào bồn (hình 1) b) a) Vị trí phun khí loại ( swirl nozzle 1) c) Vị trí phun khí loại ( centre nozzle) Vị trí phun khí loại ( swirl nozzle 2) Hình 1: Các vị trí cấp khí vào bồn TẠP CHÍ KHOA HỌC – Trường ĐHSPKT TPHCM Nguyễn Hữu Đồn Loại 1: Khí phun từ bên ngồi bồn gần với vị trí outlet Loại 2: Khí phun từ tâm bồn xuống vị trí outlet Loại 3: Khí phun từ bên ngồi bồn, cách xa với vị trí outlet Trên thực tế sử dụng, việc bố trí vị trí cấp khí vào bồn cách lộn xộn, khơng theo khoa học Mục đích nghiên cứu làm thí nghiệm để so sánh loại vị trí cấp khí để từ đề xuất phương án vị trí cấp khí phù hợp nhằm tăng suất vận chuyển bột bồn PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp nghiên cứu phân tích lý thuyết phân tích nguồn tài liệu, sách, tạp chí có liên quan đến nghiên cứu II Phương pháp thực nghiệm, phân tích từ các kết thu đưa kết cấu phù hợp cho bồn KẾT QUẢ Mơ hình thí nghiệm Căn vào yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất làm việc bồn phần lý thuyết, mơ hình bồn thí nghiệm so sánh loại kết cấu bồn để từ đề phương án kết cấu bồn hợp lý III Mô hình xây dựng bồn chứa bột khơ, thiết kế để thực nhiều phương án hoạt động Mơ hình thiết kế, chế tạo thép bon chịu áp suất hoạt động bên 400Kpa (4bar) Các mục tiêu đặt là: Phân tích so sánh để tìm loại outlet tốt từ loại outlet liệt kê phần lý thuyết Phân tích so sánh để tìm loại vị trí cấp khí vào bồn tốt từ loại vị trí cấp khí liệt kê phần lý thuyết Mơ hình bồn chứa bột khơ được thiết kế (hình 3.1) Mơ hình thiết kế có kết cấu chức bồn chứa bột khô dùng thực tế Các loại ngõ bột loại ngõ vào khí tích hợp mơ hình Muốn thực loại thí nghiệm so sánh nào, cần gắn thiết bị tương ứng với TẠP CHÍ KHOA HỌC – Trường ĐHSPKT TPHCM Nguyễn Hữu Đồn Mơ hình bồn thiết kế có loại outlet (outlet từ đáy bồn xuống outlet từ đáy bồn hướng lên trên) có loại vi trí cấp vào bồn (vị trí cấp khí từ tâm bồn, vị trí cấp khí ngồi bồn gần outlet vị trí cấp khí ngồi bồn xa outlet) Các đầu ngõ vào khí bột gắn van khóa Hình 2: Mơ hình bồn chứa bột khơ cho thí nghiệm Vị trí cấp khí từ tâm bồn thiết kế đường ống lớn vào bồn sau chia tua nhỏ hướng thẳng xuống đáy bồn Vị trí cấp khí ngồi bồn thiết kế đường ống khí lớn bên ngồi, sau chia nhánh nhỏ vào vị trí xung quanh bồn TẠP CHÍ KHOA HỌC – Trường ĐHSPKT TPHCM Nguyễn Hữu Đồn Mơ hình bồn thiết kế có nắp bồn phía Nắp bồn mở để nạp bột khô vào bồn tháo lắp chi tiết bên cần Bên cạnh đó, bồn gắn đồng hồ đo áp suất bên bồn Mô hình thiết kế với mục đích để so sánh loại ngõ bột bồn loại vịi khí cấp vào bồn để từ chọn loại phù hợp tốt cho bồn chứa bột khô sử dụng khai thác dầu khí Kết Số liệu thí nghiệm thu cho hai loại ngõ bột (bảng 1), (bảng 2) (bảng 3) Bảng 1: kết thí nghiệm cho vị trí cấp khí ngồi gần outlet (a) Áp suất Lần Lần Lần Trung bình bồn (Bar) (tấn/giờ) (t/h) (tấn/giờ) (t/h) (tấn/giờ) (t/h) (tấn/giờ) (t/h) 0.5 1.247 1.326 1.215 1.263 1.714 1.763 1.689 1.722 1.5 2.231 2.196 2.422 2.283 Bảng 2: kết thí nghiệm cho vị trí cấp khí ngồi xa outlet (b) Áp suất Lần Lần Lần Trung bình bồn (Bar) (tấn/giờ) (t/h) (tấn/giờ) (t/h) (tấn/giờ) (t/h) (tấn/giờ) (t/h) 0.5 1.132 1.079 1.086 1.099 1.598 1.663 1.679 1.647 1.5 1.805 1.798 1.847 1.817 Bảng 3: kết thí nghiệm cho vị trí cấp khí từ tâm bồn (c) Áp suất Lần Lần Lần Trung bình bồn (Bar) (tấn/giờ) (t/h) (tấn/giờ) (t/h) (tấn/giờ) (t/h) (tấn/giờ) (t/h) 0.5 1.391 1.425 1.411 1.409 1.76 1.832 1.764 1.785 1.5 2.348 2.396 2.408 2.384 TẠP CHÍ KHOA HỌC – Trường ĐHSPKT TPHCM Nguyễn Hữu Đồn Hình 3: Biểu đồ so sánh vị trí cấp TẠP CHÍ KHOA HỌC – Trường ĐHSPKT TPHCM Nguyễn Hữu Đồn Biểu đồ đường có từ kết thí nghiệm để so sánh loại vịi phun khí thể (hình 3.9) Từ biểu đồ đường ta thấy rõ hiệu làm việc loại vịi khí Căn vào biểu đồ so sánh vị trí cấp khí ta thấy:  Vị trí cấp khí từ tâm bồn (c) có tốc độ vận chuyển bột cao mức độ áp suất bồn Điều cho thấy khả làm tới bột bồn vị trí ngõ bột bồn tốt  Vị trí cấp khí ngồi xa outlet (b) có tốc độ vân chuyển bột mức áp suất so với vị trí cịn lại Lý vịi khí vị trí khơng có khả làm tơi bột vùng gần ngõ bột  Vị trí cấp khí ngồi gần outlet (a) có mức vận chuyển bột mức trung bình so với vị trí cấp khí Điều chứng tỏ vị trí cấp khí gần outlet có khả làm tơi bột vùng để dễ dàng cho việc đẩy bột KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Dựa vào kết phân tích được, ta thấy vị trí cấp khí từ tâm bồn (c) loại có khả làm tơi bột khô bồn tốt nhất, giúp cải thiện hiệu suất xuất bột bồn nhanh Trong việc thiết kế, chế tạo bồn chứa bột sử dụng IV khai thác dâu khí nên cấp khí vị trí TẠP CHÍ KHOA HỌC – Trường ĐHSPKT TPHCM Nguyễn Hữu Đồn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] G.E Klinzing, F Rizk, R Marcus, L.S Leung auth Pneumatic Conveying of Solids A theoretical and practical approach, Springer Dordrecht Heidelberg London New York, 2012 [2] The American of Mechanical Engineers, Rules for Construction of Pressure Vessels, ASME Boiler and Pressure Vessel Code 2015, Section VIII Division [3] The American of Mechanical Engineers, Rules for Construction of Pressure Vessels, ASME Boiler and Pressure Vessel Code 2015, Section II [4] [5] O Molerus, Pneumatic transport of solids, Powder Technology 88 (2012) S Bernardo, M Mori *, A.P Peres, R.P Dionı´sio, 3-D computational fluid dynamics for gas and gas-particle flows in a cyclone with different inlet section angles, Powder Technology 162 (2012) 190 – 200 [6] AISC – ASD: Tiêu chuẩn thiết kết cấu thép Hoa Kỳ, 2016 [7] Klinzing, G.E.: Encyclopedia of Physical Science and Technology, Academic Press, 12 (2012a) [8] Klinzing, G.E.: Handbook of Conveying and Handling of Particulate Solids, Elsevier, Eds Kalman, H and Levy, A., p 291 (2012b) [9] Klinzing, G.E.: Handbook of Conveying and Handling of Particulate Solids, Elsevier, Eds., Kalman, H and Levy, A., p 319 (2012c) [10] Klinzing, G.E.: Handbook of Fluidization and Fluid-Particle Systems, Ed Yang,W.-C.,Marcel Dekker, Inc., pp 619–630 (2012) [11] Klinzing, G.E.: Handbook of Fluidization and Fluid-Particle Systems, Ed Yang,W.-C.,Marcel Dekker, Inc., pp 631–642 (2012) [12] Someya, S., Takei, M.: Process Imaging for Automatic Control, Eds Scott, D.B.,McCann, H., Taylor & Francis, pp 35–84 (2012) [13] Takei, M., Li, H., Ochi, M., Saito, Y., Horii, K.: Handbook for Conveying and Handling of Particulate Solids, Eds Levy, A., Kalman, H., Elsevier, 10, 783–789 (2012) [14] Tsuji, Y.: Multiphase Flow Handbook, Ed Crowe, C.T., CRC Press, pp 13–27 – TẠP CHÍ KHOA HỌC – Trường ĐHSPKT TPHCM Nguyễn Hữu Đoàn 13–25 (2012) [15] Tsuji, Y.: Powder Technology Handbook, 3rd Edition, Eds Masuda, H., Higashitani, K., and Yoshida, H., pp 754–756 (2012) [16] Tsuji, Y., Lyczkowski, R.W.: Multiphase Flow Handbook, Ed Crowe, C.T., CRC Press, pp 12–51 – 12–81 (2012) [17] Vlasak, P., Berman, V., Chara, Z.: Security of Natural Gas Supply through Transit Countries, Eds Hetland, J., Gochitashvili, T., NATA ARW, Kluwer Academic Publishers, pp 371–382 (2012) [18] Klinzing, G.E.: KONA Powder and Particle, 187, 81–87 (2012) ... hợp cho vận chuyển khí nén [1] Bảng 1.1: (tiếp) Thiết bị xuất/ nhập (bồn) Nghiên cứu, tính tốn thiết kế thiết bị xuất nhập nghiên cứu, tính tốn thiết kế cho bồn chứa bột khô Cấu tạo bồn chứa bột. .. nghiệm - Đề xuất thiết kế hợp lý Phạm vi, đối tượng phương pháp nghiên cứu  Phạm vi nghiên cứu: Đề tài ? ?Nghiên cứu, thiết kế, tính tốn hợp lý cho bồn chứa bột khơ q trình xuất nhập? ?? nghiên cứu... bồn chứa bột khơ 15 Hình 2.2 Nguyên lý cyclone 16 Hình 2.3 Sơ đồ khối trình nhập bột vào bồn 18 Hình 2.4 Sơ đồ khối trình xuất bột từ bồn chứa 19 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý hoạt động bồn chứa bột