ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CỤM BỂ LPG 200T

NỘI DUNG THUYẾT MINH PHẦN 1 : MỞ ĐẦU............................................................................................................................................5 U 1.1 TỔNG QUAN VỀCÔNG TRÌNH BỂCHỨA.................................................................6 1.2 GIỚI THIỆU VỀSẢN PHẨM LPG................................................................................12 1.3 GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH THIẾT KẾ........................................................................14 PHẦN 2 : THIẾT KẾKỸTHUẬT BỂCHỨA..............................................................................................16 2.1 CÁC THÔNG SỐTHIẾT KẾ.........................................................................................17 2.2 PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN BỂCHỨA...................................................19 2.3 PHƯƠNG ÁN HÀN ÁP DỤNG CHO BỂ......................................................................23 2.4 TÍNH TOÁN THÀNH BỂ...............................................................................................30 2.5 TÍNH TOÁN ĐẦU BỂ....................................................................................................36 2.6 TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG.............................................................................................45 2.7 THIẾT KẾGỐI ĐỠBỂ..................................................................................................50 2.8 KIỂM TRA ỨNG SUẤT THEO ZICK...........................................................................53 2.9 TÍNH TOÁN GIA CƯỜNG HỌNG ỐNG......................................................................63 2.10 GIỚI THIỆU MỘT SỐTHIẾT BỊPHỤC VỤCHO BỂCHỨA....................................79 PHẦN 3 : THIẾT KẾKỸTHUẬT NỀN MÓNG..........................................................................................84 3.1 CÁC SỐLIỆU THIẾT KẾ..............................................................................................85 3.2 PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN NỀN MÓNG...............................................91 3.3 XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO VẬT LIỆU.........................................95 U 3.4 XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN..........................................98 3.5 KIỂM TRA TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CỌC.......................................................101 3.6 KIỂM TRA ĐỘ ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘLÚN CỦA KHỐI MÓNG CỌC...........................103 PHẦN 4 : THIẾT KẾKỸTHUẬT THI CÔNG..........................................................................................106 4.1 TỔNG QUAN VỀTHI CÔNG CỤM BỂLPG.............................................................107 4.2 THI CÔNG NỀN MÓNG..............................................................................................108 4.3 THI CÔNG BỂCHỨA..................................................................................................111 DANH MỤC BẢN VẼ................................................................................................................................................121 PHỤLỤC....................................................................................................................................................................123 PHỤLỤC I. KIỂM TRA KHẢNĂNG CHỊU ÁP LỰC NGOÀI...............................................124 PHỤLỤC II. GIA CƯỜNG HỌNG ỐNG..................................................................................130

Trang 1

Sinh Viên Thực Hiện: NGUYỄN THẾ HÙNG 7502.46 – 46CB ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

Cán Bộ Hướng Dẫn: TS BẠCH ANH TUẤN KS NGUYỄN THÀNH NAM CÔNG TY CỔ PHẦN TƯ VẤN XÂY DỰNG PETROLIMEX

NỘI DUNG THUYẾT MINH

PHẦN 1 : MỞ ĐẦU 5 U

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH BỂ CHỨA 6

1.2 GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM LPG 12

1.3 GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH THIẾT KẾ 14

PHẦN 2 : THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA 16

2.1 CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ 17

2.2 PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN BỂ CHỨA 19

2.3 PHƯƠNG ÁN HÀN ÁP DỤNG CHO BỂ 23

2.4 TÍNH TOÁN THÀNH BỂ 30

2.5 TÍNH TOÁN ĐẦU BỂ 36

2.6 TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG 45

2.7 THIẾT KẾ GỐI ĐỠ BỂ 50

2.8 KIỂM TRA ỨNG SUẤT THEO ZICK 53

2.9 TÍNH TOÁN GIA CƯỜNG HỌNG ỐNG 63

2.10 GIỚI THIỆU MỘT SỐ THIẾT BỊ PHỤC VỤ CHO BỂ CHỨA 79

PHẦN 3 : THIẾT KẾ KỸ THUẬT NỀN MÓNG 84

3.1 CÁC SỐ LIỆU THIẾT KẾ 85

3.2 PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN NỀN MÓNG 91

3.3 XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO VẬT LIỆU 95 U 3.4 XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 98

3.5 KIỂM TRA TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CỌC 101

3.6 KIỂM TRA ĐỘ ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ LÚN CỦA KHỐI MÓNG CỌC 103

PHẦN 4 : THIẾT KẾ KỸ THUẬT THI CÔNG 106

4.1 TỔNG QUAN VỀ THI CÔNG CỤM BỂ LPG 107

4.2 THI CÔNG NỀN MÓNG 108

4.3 THI CÔNG BỂ CHỨA 111

DANH MỤC BẢN VẼ 121

PHỤ LỤC 123

PHỤ LỤC I KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỊU ÁP LỰC NGOÀI 124

PHỤ LỤC II GIA CƯỜNG HỌNG ỐNG 130

TÀI LIỆU THAM KHẢO 179

Trang 2

CÁC BẢNG TÍNH TOÁN

Bảng 1: Số liệu thiết kế 17

Bảng 2: Xác định kích thước tối ưu của bể chứa 21

Bảng 3: Tính toán bề dày tối thiểu của thành bể 33

Bảng 4: Kiểm tra bề dày của thành bể 35

Bảng 6: Tính toán bề dày tối thiểu của đầu bể ELÍP 39

Bảng 7: Tính toán bề dày tối thiểu của đầu bể ÔVAN 40

Bảng 8: Tính toán bề dày tối thiểu của đầu bể BÁN CẦU 41 U Bảng 9: Kiểm tra bề dày của đầu bể ELÍP 44

Bảng 10: Tải trọng bể 46

Bảng 11: Tải trọng gió 48

Bảng 12: Các kích thước gối đỡ bể 52

Bảng 10: Phản lực Q ở gối đỡ 54

Bảng 11: Kiểm tra ứng suất theo lý thuyết Zick 60

Bảng 15: Bảng số liệu địa chất của các lớp đất 85

Trang 3

CÁC HÌNH VẼ

Hình 1: Mặt bằng cụm bể LPG 15

Hình 2: Thân bể 22

Hình 3: Gối đỡ bể 22

Hình 4: Các nhóm đường hàn 23

Hình 5: Xác định hệ số liên kết hàn đối với phần thân bể 25

Hình 6: Xác định hệ số liên kết hàn đối với phần đầu bể 26

Hình 7: Xác định hệ số liên kết hàn cho nhóm đường hàn A, D 27

Hình 8: Xác định hệ số liên kết hàn cho nhóm đường hàn B, C 28

Hình 9: Xác định chiều cao cột áp 31

Hình 10: Các loại đầu bể 36

Hình 11: Cấu tạo gối đỡ bể (Saddle) 50

Hình 12: Các kích thước cơ bản của chân đỡ bể (Saddle) 51

Hình 14: Mômen tại các điểm nguy hiểm 55

Hình 15: Ứng suất tại các điểm nguy hiểm 56

Hình 16: Một số kiểu Opening 64

Hình 17: Xác định kích thước đường hàn 66

Hình 18: Xác định giới hạn gia cường 68

Hình 19: Sơ đồ tính toán kiểm tra điều kiện gia cường 70

Hình 20: Sơ đồ kiểm tra tải trọng đường hàn 74

Hình 21: Các hình vẽ gia cường họng ống 24'', 10'', 8'', 6'', 4'', 2'' 76

Hình 21: Chi tiết cầu thang trong bể 80

Hình 22: Giàn phun sương 83

Hình 23: Trụ địa chất 90

Trang 4

CÁC BẢNG PHỤ LỤC TÍNH TOÁN

Bảng phụ lục 1: Gia cường họng ống 24'' 130

Bảng phụ lục 6: Gia cường họng ống 2'' (kiểu 1) 165

Bảng phụ lục 7: Gia cường họng ống 2'' (kiểu 2) 172

Trang 5

PHẦN 1 : MỞ ĐẦU

Trang 6

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH BỂ CHỨA

1.1.2 Bể chứa áp suất thường

Loại bể này chủ yếu hình trụ với nhiều kiểu mái khác nhau Bể chứa áp lực thấp thường được dùng để chứa các chất lỏng dễ bay hơi do như: dầu, xăng…

Trong thực tế thường có bể áp lực thấp như sau:

Trang 7

1.1.2.2 Bể chứa trụ đứng mái phao

Loại bể này hiện nay được sử dụng khá nhiều trên thế giới Việc sử dụng loại mái mang lại hiệu quả kinh tế cao, làm giảm đáng kể sự mất mát Cacbua-Hydro nhẹ, giảm ô nhiễm môi trường xung quanh Việc loại trừ khoảng không gian hơi trên bề mặt xăng dầu chứa trong bể, cho phép tăng mức độ an toàn phòng cháy và vệ sinh môi trường hơn các loại bể khác

Trên thực tế, người ta hay dùng hai loại bể: Bể hở có mái phao và bể kín có mái phao Trường hợp bể hở có hệ số suất nhập lớn và nằm trong vùng khí hậu không có tuyết thường dùng kiểu mái hở không có phao

Bể chứa trụ đứng mái phao

Các bộ phận chính của bể gồm:

Trang 8

— Phao nổi thường được làm từ các hợp loại kim nhẹ, có gioăng liên kết với thành bể

— Thân bể có mặt trong nhẵn để đảm bảo độ kín khít

— Mái do có thêm phao nổi vì vậy mái chỉ đóng vai trò bao che chứ không đóng vai trò chịu lực

Bể chứa trụ ngang

1.1.3 Bể chứa áp lực cao

Đối với các bể chứa nhiên kiệu lỏng do có khoảng trống dẫn tới việc bay hơi của nhiên liệu trong khoảng mặt thoáng và mái bể gây nên áp suất dư đồng thời gây hao nhiên liệu Để chịu được áp lực dư này và hạn chế sự bay hơi của nhiên liệu người ta

sử dụng nhiều loại bể chứa áp lực cao khác nhau

Trong thực tế thường có bể áp lực cao như sau:

Bể chứa trụ đứng mái cầu

Bể chứa hình cầu

Bể chứa hình giọt nước

Trang 9

Bể chứa trụ ngang, trụ đứng

1.1.3.1 Bể trụ đứng mái cầu

Loại bể này dùng để chứa sản phẩm dầu, xăng nhẹ dưới áp lực dư Pd = 0.01 - 0.07 Mpa Mái gồm các tấm cong chỉ theo phương kinh tuyến với bán kính cong bằng đường kính thân bể Thân bể được tổ hợp hàn từ những tấm thép, bề dày thân bể có thể thay đổi được hoặc không thay đổi dọc theo chiều cao thành bể Đáy bể cũng được đặt trên nền gia cố với mong bằng bê tông cốt thép

Đối với loại bể này khi chế tạo phải chế tạo neo giữ vì khi trong bể còn ít chất lỏng, dưới tác dụng của áp lực dư lớn, phần xung quanh đáy có thể bị uốn cong nâng lên cùng bể

có nhiều dạng khác nhau: múi kinh tuyến với các mạch nối song song hoặc so le

Bể được đặt trên gối dạng vành hay thanh chống bằng thép ống hoặc thép chữ I Dùng thanh chống đảm bảo được biến dạng nhiệt tự do cho bể Các thanh chống nên

Trang 10

tiếp xúc với mặt bể để giảm ứng suất cục bộ và không tỳ vào đường hàn nối các tấm của vỏ bể

Bể chứa hình cầu 1.1.3.3 Bể chứa hình giọt nước

Khuynh hướng đi tìm một giải pháp kết cấu cho ứng lực trên bể tương đối đồng nhất

đã đưa đến giải pháp bể dạng giọt nước

Loại bể này thường được dùng để chứa xăng nhẹ do có khả năng chịu được áp suất cao do khí dư bay hơi (Pd = 0.03 ÷ 0.05 Mpa) và có vòng quay sản phẩm lớn

Bể chứa hình giọt nước được đặt trên hệ giá đỡ, được tổ hợp từ các thanh thép ống

Hệ giá đỡ này được đặt trên móng bê tông cốt thép

Bể chứa hình giọt nước

Trang 11

1.1.3.4 Bể chứa trụ ngang

Bể chứa trụ ngang dùng để chứa các sản phẩm dầu mỏ dưới áp lực dư Pd < 0.2 Mpa

và hơi hoá lỏng có Pd < 1.8Mpa Thể tích bể V < 100 m3 đối với các sản phẩm dầu khí và V < 500 m3 đối với hơi hoá lỏng

Bể chứa trụ ngang có các ưu điểm chính sau: hình dạng đơn giản, dễ chế tạo, có khả năng chế tạo tại nhà máy rồi vận chuyển đến nơi xây dựng Nhược điểm là đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cao và thể tích chứa nhỏ (gối đỡ thì bể nào cũng có)

Bể trụ ngang gồm ba bộ phận chính: Thân, đáy và gối tựa Thân bể bằng thép tấm gồm nhiều khoang, các tấm trong cùng khoang và các khoang được hàn lại với nhau bằng đường hàn đối đầu, bên trong bể có gia cường bằng các đai thép hình có hình dạng khác nhau: phẳng, nón, trụ, cầu elip Việc chọn dạng đáy phụ thuộc thể tích, áp lực dư trong bể chứa được đặt trên nền móng bằng bê tông cốt thép

Bể chứa trụ ngang 1.1.4 Tình hình xây dựng bể chứa ở nước ta

Trong những năm gần đây với sự phát triển của ngành Dầu khí và nhu cầu về tiêu thụ, cung ứng xăng dầu ngày càng to lớn Do vậy, hàng loạt các loại bồn chứa đã được xây dựng phục vụ cho khai thác dầu khí, công tác cung ứng vận chuyển xăng dầu và dự trữ xăng dầu cho mục tiêu an toàn năng lượng quốc gia với quy mô và dung tích khác nhau

Ngành xây dựng nước ta đã tự thiết kế và thi công được bồn chứa có dung tích lớn tới 25.000m3 (Cát Lái –Thành phố Hồ Chí Minh) và nhiều loại bể có quy mô phức tạp Nhưng hiện nay các kho xăng dầu của ta đa số vẫn là những loại nhỏ và không tập trung, các bể có dung tích nhỏ hơn 5000 m3 mà ta đã xây dựng trước đây tỏ ra không hiệu quả Vấn đề này đặt ra cho những nhà thiết kế, các nhà quản lý cần có các giải pháp quy hoạch, thiết kế và xây dựng các kho xăng dầu đạt hiệu quả cao Một trong những giải pháp đó là nâng sức chứa có dung tích từ 10.000 m3 đến 20.000 m3, thậm chí lên đến 50.000 m3 nhằm giảm diện tích xây dựng, giảm giá thành đầu tư xây dựng kho và giảm tổn thất nhiên liệu do quá trình vận chuyển và bay hơi

Trang 12

1.2 GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM LPG

1.2.1 Khái niệm khí hóa lỏng LPG

LPG là tên viết tắt của khí dầu mỏ hóa lỏng (Liquified Petrolium Gas) LPG là sản phẩm thu được từ quá trình khai thác dầu mỏ (khí đồng hành), hoặc từ các mỏ khí thiên nhiên bao gồm các loại hydrocacbon khác nhau

Thành phần hóa học chủ yếu của LPG là hudrocacbon dạng parafin như: Propane (C3H8), Propylene (C3H6), Butane (C4H10), Butylene (C4H8)

Sản phẩm LPG cũng có thể có hydrocacbon dạng olefin hay không có olefin phụ thuộc vào phương pháp chế biến

1.2.2 Một số đặc tính hóa lý của LPG thương mại

Ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thường, LPG tồn tại ở trạng thái hơi Do LPG có tỷ

số dãn nở lớn: 1 đơn vị thể tích gas lỏng tạo ra 250 đơn vị thể tích hơi

Ở áp suất khí quyển, Propane sôi ở nhiệt độ - 42o C, Butane ở - 5o C Chính vì vậy ở nhiệt độ và áp suất thường, LPG bay hơi dữ dội

LPG hoàn toàn không gây độc hại cho người, không gây ô nhiễm môi trường Tuy nhiên, do hơi gas nặng hơn không khí, vì vậy nếu rò rỉ trong môi trường kín sẽ chiếm chỗ của không khí và có thể gây ngạt

LPG ở thể lỏng và hơi đều không màu Vì lý do an toàn nên LPG được pha thêm chất tạo mùi để dễ phát hiện khi rò rỉ

1.2.3 Ứng dụng của LPG

LPG được sử dụng rất rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời sống Một cách tương đối

có thể phân chia các ứng dụng của LPG như sau:

Sử dụng LPG trong dân dụng: Sử dụng trong nấu nướng, thay thế điện trong

các bình nước nóng, ứng dụng trong các hệ thống sưởi ấm nhà, chiếu sáng, giặt

là

Sử dụng LPG trong thương mại: Sử dụng trong các bếp công nghiệp, lò

nướng, đun nước nóng trong các nhà hàng, trong công nghiệp chế biến thực phẩm

Trang 13

Sử dụng LPG trong công nghiệp: Sử dụng trong công nghiệp gia công kim

loại, hàn cắt thép, nấu và gia công thủy tinh, lò nung sản phẩm silicat, khử trùng đồ hộp, lò đốt rác, sấy màng sơn

Sử dụng LPG trong nông nghiệp: Sử dụng sấy nông sản, ngũ cốc, thuốc lá,

sấy chè, cà phê, lò ấp trứng, đốt cỏ…

Sử dụng LPG trong giao thông: Là nhiên liệu lý tưởng thay thế cho động cơ

đốt trong vì trị số ốc tan cao, giá thành rẻ, ít gây ô nhiễm môi trường, đơn giản

hóa cấu tạo động cơ

Trang 14

1.3 GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH THIẾT KẾ

Qui mô công trình

Thiết kế cụm bể LPG gồm 3 bể ở dạng công trình cấp 1 dùng để chiết nạp và phân phối Gas sang các công trình cấp thấp hơn

ô tô

Kho tuyến sau, Khách hàng tiêu thụ

Vị trí xây dựng

Trang 15

Mặt bằng 3 bể như sau:

Hình 1: Mặt bằng cụm bể LPG

Trang 16

Cán Bộ Hướng Dẫn: TS BẠCH ANH TUẤN KS NGUYỄN THÀNH NAM CÔNG TY CỔ PHẦN TƯ VẤN XÂY DỰNG PETROLIMEX PHẦN 2 : THIẾT KẾ KỸ THUẬT

BỂ CHỨA

Trang 17

2.1.2 Các tiêu chuẩn áp dụng

— ASME Section VIII Divison 1 (2001 Edition)

— ASME Section IX Welding And Brazing Qualification

— TCXD 88:1982 Cọc – Phương pháp thí nghiệm bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục

2.1.3 Tài liệu tham khảo

— ASME Section VIII Divison 2 (2001 Edition)

— Pressure Vessel Handbook

2.1.4 Các vật liệu sử dụng

— Thép làm vỏ bể: SA-516 Gr.70

— Thép làm đầu bể: SA-516 Gr.70

— Thép làm họng ống: SA-516 Gr.70

Trang 18

— Thép làm tấm gia cường: SA-516 Gr.70

— Thép làm mặt bích: SA-516 Gr.70

2.1.5 Một số qui ước thống nhất về đơn vị tính toán

Tiêu chuẩn ASME SEC VIII Division 1 sử dụng hệ đơn vị U.S (in, ft cho đại lượng dài; psi, Pa cho đại lượng ứng suất)

Trong Đồ Án này, sử dụng hệ đơn vị SI (cm, m cho đại lượng dài; kG/cm2, T/m2 cho đại lượng ứng suất)

Việc dùng hệ đơn vị SI trong khi các công thức tính toán ASME sử dụng hệ đơn vị U.S sẽ được đồng bộ hóa để không làm sai lệch ý nghĩa và kết quả

Trang 19

2.2 PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN BỂ CHỨA

2.2.1 Mục đích thiết kế

Mục đích đặt ra là thiết kế bể áp lực LPG với sức chứa 200T LPG

Khí LPG bình thường ở dạng khí, khi bơm vào bể đến một áp lực cần thiết thì khí LPG sẽ hóa thành dạng lỏng

Ở đây nhiên liệu cần chứa là 100% Propane Trọng lượng riêng của Propane là 0.56 T/m3

Tương ứng với khả năng chứa 200T LPG Propane thì bể cần có thể tích là:

V = 200 / (0.56 * 0.85) = 420 m3

2.2.2 Các phương án bể chứa áp lực thông dụng

Bể chứa khí hóa lỏng LPG hiện nay gồm có 2 loại thông dụng sau:

— Bể cầu (Spherical Vessel)

— Bể trụ ngang (Horizontal Vessel)

Trang 20

2.2.4 Phương án bể trụ ngang

Mục đích đặt ra là thiết kế bể chứa áp lực với khả năng chứa 420 m3 Với phương án

bể trụ ngang thì có nhiều phương án lựa chọn về đường kính bể, chiều dài bể

Kích thước (đường kính, chiều dài) có lợi nhất cho bể căn cứ vào các yếu tố sau:

— Thể tích thiết kế

— Áp lực trong thiết kế

— Ăn mòn cho phép

— Hệ số liên kết hàn

— Ứng suất cho phép của vật liệu thép làm bể

Việc xác định có thể dựa trên đồ thị theo tài liệu PRESSURE VESSEL HANDBOOK

Trang 21

Bảng 2: Xác định kích thước tối ưu của bể chứa

SỐ LIỆU ĐẦU VÀO

–Tra đồ thị Pressure Vessel Handbook suy ra Đường kính trong Di =13.78 ft

Trang 22

2.2.5 Lựa chọn phương án, giới thiệu sơ bộ về cấu tạo

Từ 2 phương án bể cầu và bể trụ ngang cho thấy chọn giảp pháp bể chứa dạng trụ ngang là hợp lý hơn cả

Bể trụ ngang có đường kính trong D = 4.2 m, chiều dài bể L = 30 m Kích thước bể tương đối dài

— Các phân đoạn được lắp dựng và hàn đối đầu theo phương chu vi để thành bể hoàn chỉnh

Bể được kê lên 2 gối (Saddle) Chi tiết về gối đỡ bể xem thêm phần 2.7

THIẾT KẾ GỖI ĐỠ BỂ

Trang 23

2.3 PHƯƠNG ÁN HÀN ÁP DỤNG CHO BỂ

2.3.1 Tổng quan

Bể chứa bằng thép với thể tích lớn được chế tạo bằng cách hàn các loại tấm thép đã được chế tạo định hình sẵn theo thiết kế lại với nhau

Về cơ bản các tấm thép phải được hàn theo phương dọc bể, theo phương chu vi (với

bể trụ) hoặc hàn theo đường kinh tuyến, vĩ tuyến (với bể cầu) Ngoài ra còn có đường hàn giữa đầu bể với thân bể, hàn gia cường họng ống, tạo vành cho ống Cách hàn cho mỗi đường hàn cũng có nhiều kiểu Sau mỗi giai đoạn lắp hàn các phân đọan bể, cần tiến hành kiểm tra các mối hàn để phát hiện khuyết tật và có những biện pháp sửa chữa kịp thời

Việc sử dụng phương pháp kiểm tra đường hàn quyết định đến một hệ số gọi là hệ số liên kết hàn (Joint Efficiency) Hệ số này tham gia vào công thức xác định bề dày của bể

2.3.2 Các loại đường hàn và kiểu hàn

Theo ASME SEC VIII D2 PART AD-4 có các nhóm đường hàn như sau:

Hình 4: Các nhóm đường hàn

Nhóm A: Các đường hàn theo phương dọc của thân bể, của phần thân bể thay

đổi đường kính, của ống hàn với bể; các đường hàn theo phương kinh tuyến của đầu bể; đường hàn của đầu bể hình bán cầu với thân bể

Nhóm B: Các đường hàn theo phương chu vi của thân bể, của ống hàn với thân

bể; của đầu bể hình elip, chỏm cầu với thân bể

Trang 24

Nhóm C: Các đường hàn gia cường miệng ống

Nhóm D: Các đường hàn gia cường miệng ống với thân bể

Mỗi đường hàn trong các nhóm có thể được hàn theo nhiều cách khác nhau Thông thường hay sử dụng kiểu 1 – Hàn đối đầu (Type 1) và kiểu 2 – Hàn đính (Type 2)

2.3.3 Các phương pháp kiểm tra mối hàn

Có nhiều cách để kiểm tra mối hàn Phương pháp kiểm tra hay nhất là chiếu tia X,

có những kiểu sau:

— Chiếu toàn bộ chiều dài đường hàn (Full Radiography)

— Chiếu ngẫu nhiên một số điểm trên đường hàn (Spot Radiography)

2.3.4 Cách xác định hệ số hàn

Việc sử dụng nhóm đường hàn nào và cách hàn như thế nào phụ thuộc vào loại bể cần thiết kế Cùng với phương pháp kiểm tra mối hàn sẽ qui định hệ số liên kết hàn Việc xác định chính xác hệ số liên kết hàn có ý nghĩa quan trọng trong tính toán bề dày thành bể và đầu bể Có mối quan hệ về “lượng” giữa hệ số liên kết hàn và bề dày Cũng có thể hiểu bản chất của hệ số liên kết hàn như là hệ số an toàn trong công thức tính toán bề dày Đường hàn có độ phức tạp như thế nào (nhóm đường hàn), cách kiểm tra đầy đủ hay không sẽ quyết định hệ số liên kết hàn là cao hay thấp, kết quả tính toán bề dày sẽ là nhỏ hay lớn

Theo ASME SEC VIII D1 NMA APP L có thể hình dung các cách xác định hệ số liên kết hàn theo cấu trúc cây sau:

Trang 25

Hình 5: Xác định hệ số liên kết hàn đối với phần thân bể

(Fig L-1.4-1)

Trang 26

Hình 6: Xác định hệ số liên kết hàn đối với phần đầu bể

(Fig L-1.4-2)

Trang 27

Hình 7: Xác định hệ số liên kết hàn cho nhóm đường hàn A, D

(Fig L-1.4-3)

Trang 28

Hình 8: Xác định hệ số liên kết hàn cho nhóm đường hàn B, C

(Fig L-1.4-4)

Trang 29

2.3.5 Lựa chọn phương án hàn đối với bể thiết kế

Với bể kích thước đã xác định, chọn phương pháp kiểm tra chiếu toàn bộ chiều dài đường hàn, kiểu hàn của các đường hàn là hàn đối đầu (Type 1) ta có các hệ số liên kết hàn như sau:

— Đường hàn giữa các tấm thép thân bể - thân bể theo phương chu vi:

Trang 30

2.4 TÍNH TOÁN THÀNH BỂ

Bề dày thành bể phải đảm bảo đủ cho bể bền trong quá trình thiết kế, trong vận hành

và thử áp lực Đây là bề dày tối thiểu yêu cầu

Tuy nhiên trong quá trình chế tạo, bề dày thành bể còn phải đáp ứng được các công tác hàn lắp dựng bể Mặt khác còn kể đến độ ăn mòn do nhiên liệu, do môi trường bên ngoài Như vậy, khi tính toán bề dày bể cần phải kể đến các yêu cầu trên (vận hành, thi công, ăn mòn)

2.4.2 Các trạng thái tính toán

Việc tính toán bề dày của vỏ bể cần căn cứ vào 2 trạng thái của bể:

— Trạng thái 1: Bể chịu áp lực trong Trạng thái này bể có chứa nhiên liệu (khi

— Trạng thái 1: bể vận hành với áp lực thiết kế và thử áp lực với áp lực thử Cả hai trường hợp đều có kể đến cả áp lực do trọng lượng nhiên liệu tác dụng lên vỏ

bể

— Trạng thái 2: bể rỗng, chỉ chịu áp lực khí quyển

Bề dày phải đảm bảo cho bể bền và ổn định trong cả 2 trạng thái Thông thường ta

sẽ tính toán bề dày cho 1 trạng thái và kiểm tra với trạng thái còn lại Đối với bể áp lực chứa LPG và đặt ở môi trường trên mặt đất thì áp lực trong thiết kế bao giờ cũng lớn hơn nhiều so với áp lực khí quyển Chính vì thế việc xác định bề dày sẽ được tính theo trạng thái 1, kiểm tra lại với trạng thái 2

Nhận xét: Về nguyên tắc, để xác định được bề dày của vỏ bể, cần tính toán cho 2

trường hợp: với áp suất thiết kế (Pd = 18 kG/cm 2 ) và áp suất thử áp lực (Pt = 27 kG/cm 2 ) Trong cả 2 trường hợp, cách tính toán như nhau, chỉ khác ở Ứng suất cho phép của vật liệu làm vỏ bể Sau tính toán, giá trị bề dày của vỏ bể được lấy bằng

giá trị lớn nhất trong 2 trường hợp trên Thông thường thì bề dày ở trường hợp tính toán với Pd luôn là lớn hơn Trong phạm vi Đồ Án này, chỉ trình bày tính toán với

trường hợp này

Trang 31

2.4.3 Áp lực thiết kế có kể đến trọng lượng nhiên liệu

Theo PRESSURE VESSEL HANDBOOK áp lực trong thiết kế khi tính toán bề dày tối thiểu có kể đến áp lực do trọng lượng của nhiên liệu tác dụng lên vỏ bể được xác định như sau:

Hình 9: Xác định chiều cao cột áp

Thể tích tổng cộng (total volume) của bể là TV thì phần chất lỏng trong bể (partial volume) là PV sẽ được tính như sau:

PV = TV * k

Hệ số k phụ thuộc vào tỷ số h/D và được tra theo bảng

Vì bể chỉ sử dụng đến 85% khả năng chứa của nó suy ra k = 0.85

Tra bảng ta được chiều cao cột áp h = 3.383 m

Từ đây áp lực trong tác dụng lên vỏ đáy bể là:

P = 18 + 3.383 * 0.056 = 18.19 kG/cm2

2.4.4 Tính theo khả năng chịu áp lực trong

Đặc điểm của bể chứa áp lực bằng thép là mọi điểm trên vỏ bể luôn có 2 thành phần ứng suất:

— Ứng suất theo phương chu vi

— Ứng suất theo phương dọc

Trên cơ sở 2 thành phần ứng suất này, theo ASME SEC VIII Division 1 PART UG

UG-27 (c) chiều dày tối thiểu yêu cầu t sẽ lấy giá trị lớn nhất của 2 giá trị được tính theo các công thức sau:

— Công thức tính chiều dày trên cơ sở ứng suất theo phương chu vi

t1 = PR / (SE – 0.6P) (1)

Trang 32

— Công thức tính chiều dày trên cơ sở ứng suất theo phương dọc

t2 = PR / (2SE + 0.4P) (2) Trong đó:

P = Áp lực trong tác dụng lên vỏ bể

R = Bán kính trong

S = Ứng suất lớn nhất cho phép của vật liệu làm bể

E = Hệ số liên kết đầu bể và thành bể C.A = Ăn mòn cho phép

Trang 33

Bảng 3: Tính toán bề dày tối thiểu của thành bể

theo khả năng chịu áp lực trong

–Áp lực có kể đến trọng lượng nhiên liệu P = 18.19 kG/cm2

–ƯS lớn nhất cho phép của vật liệu thép S = 1225 kG/cm2

–Hệ số liên kết hàn theo phương chu vi E = 1

TÍNH TOÁN

Theo ASME SEC VIII Division 1 PART UG UG-27 (c) ta có:

–Bề dày tối thiểu theo phương chu vi (1) t1 = PR / (SE – 0.6P)

Trang 34

2.4.5 Kiểm tra khả năng chịu áp lực ngoài

Phần kiểm tra khả năng chịu áp lực ngoài được tuân theo tiêu chuẩn ASME SEC VIII Division 1 PART UG UG-28 (c).

Ở trạng thái 2 (xem 2.4.2 Các trạng thái tính toán), bể rỗng không có nhiên liệu,

áp lực ngoài tác dụng lên bể lúc này chính là áp lực khí quyển ở điều kiện bình thường

Việc kiểm tra là so sánh xem áp lực ngoài lớn nhất mà bể chứa chịu được với áp lực khí quyển như thế nào

Khả năng chịu áp lực ngoài của bể phụ thuộc vào các yếu tố sau:

Việc kiểm tra khả năng chịu áp lực ngoài xem phần PHỤ LỤC I: KIỂM TRA

KHẢ NĂNG CHỊU ÁP LỰC NGOÀI – PHẦN A

Trang 35

Bảng 4: Kiểm tra bề dày của thành bể theo khả năng chịu áp lực ngoài

Trang 36

2.5 TÍNH TOÁN ĐẦU BỂ

Đầu bể cùng với thân bể tham gia tổ hợp thành bể chứa hoàn chỉnh Đầu bể có thể được dập định hình theo khuôn chế tạo trước (với kích thước nhỏ) hoặc được hàn tổ hợp từ các thép tấm (với các kích thước lớn)

Theo ASME SEC VIII Division 1 APP1, 1-3 có 5 loại đầu bể thông dụng dùng cho bể chứa áp lực như sau:

Trang 37

2.5.3 Tính theo khả năng chịu áp lực trong

Tính toán theo khả năng chịu áp lực trong được tuân theo tiêu chuẩn ASME SEC VIII Division 1 APP1, 1-4(c).

a) Các ký hiệu

Các ký hiệu sau được dùng trong tính toán:

t = Bề dày nhỏ nhất yêu cầu

P = Áp lực trong thiết kế

D = Đường kính trong của Elip, Ovan, Nửa cầu (xem thêm Hình 10)

S = Ứng suất lớn nhất cho phép của vật liệu thép

E = Hệ số liên kết hàn giữa các đường hàn ở đầu bể, của đầu bể với

thân bể

r = Bán kính trong của khuỷu

L = Bán kính trong của ovan

M = Hệ số tra Bảng Hệ số K (Table 1-4.1) dựa trên tỷ số D/2h

K = Hệ số tra Bảng Hệ số M (Table 1-4.2) dựa trên tỷ số L/r

hoặc được tính theo công thức sau:

Trang 38

L = Di/(2cosα)

c) Các phương án đầu bể

Dưới đây trình bày 3 phương án đầu bể: dạng Elíp, Ôvan và Bán cầu

Trang 39

Bảng 5: Tính toán bề dày tối thiểu của đầu bể ELÍP

–Hệ số liên kết hàn đầu bể với thân bể E = 1

Trang 40

Bảng 6: Tính toán bề dày tối thiểu của đầu bể ÔVAN

–Bán kính trong của khửu chỏm r = 63 cm

–Hệ số liên kết hàn đầu bể với thân bể E = 1

Định dạng
Số trang	180
Dung lượng	3,69 MB

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CỤM BỂ LPG 200T

TÍNH TOÁN GIA CƯỜNG HỌNG ỐNG

THI CÔNG BỂ CHỨ A