Tìm hiểu và tính toán thiết kế bồn chứa LPG dung tích 420 m3

1 Lời mở đầu Đã từ lâu, quốc gia có trữ lượng khí tự nhiên khí dầu mỏ đáng kể, việc khai thác đưa vào sử dụng khí đem lại nguồn lợi ích kinh tế lớn Sự phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp hoá học vài thập kỉ gần đây, kèm theo phát triển ngành dầu khí công nghệ sản phẩm hoá dầu, nguồn nguyên liệu từ khí thiên nhiên, khí đồng hành dầu mỏ chuyển ngành tổng hợp hoá học sang tổng hợp hoá dầu Hiện Việt Nam, qua nhiều năm thăm dò tìm kiếm tìm nhiều mỏ dầu khí, tiêu biểu phải kể đến mỏ mỏ Bạch Hổ, Đại Hùng, Rồng, Lan Tây, Lan Đỏ… nhiều mỏ dầu khí khác Trong năm qua việc khai thác tài nguyên từ mỏ đem lại lợi ích không nhỏ cho kinh tế Việt Nam Dầu thô khai thác quy mô công nghiệp từ năm 1986 lượng lớn khí đồng hành bị đốt bỏ mỏ năm 1997 Hình ảnh lửa rực sáng giàn khoan đêm thời hình ảnh tiếng có phần tự hào công nghiệp dầu khí non trẻ Việt Nam Việc xử lý khí đồng hành với khối lượng lớn cần lượng máy móc đồ sộ mà điều kiện khai thác biển không cho phép thực Đến nay, ngành công nghiệp chế biến khí phát triển mạnh mẽ nhu cầu người sử dụng nguồn nguyên liệu kinh tế khai thác từ mỏ khí tự nhiên khí đồng hành Do cần phải có hệ thống tàng trữ phân phối sản phẩm khí nói chung khí hoá lỏng ( LPG ) nói riêng cách hoàn chỉnh đảm bảo an toàn phòng chống cháy nổ Đây vấn đề cần quan tâm thiết kế, xây dựng nhà máy lọc – hoá dầu thời gian tới dự án xây dựng khu liên hợp lọc – hoá dầu Nghi Sơn tiến hành Sau tìm hiểu, thu thập tài liệu đồng ý môn Lọc Hoá Dầu khoa Dầu Khí trường đại học Mỏ - Địa chất em lựa chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp “ Tìm hiểu tính toán thiết kế bồn chứa LPG dung tích 420 m 3” Nội dung đồ án bao gồm vấn đề là: - Tổng quan công nghiệp dầu khí Việt Nam - Giới thiệu chung LPG bồn chứa - Tính toán thiết kế bể chứa propan dung tích 420 m3 - An toàn phòng chống cháy nổ khu bồn bể chứa LPG nhà máy lọc hóa dầu Trong trình làm đồ án, thời gian có hạn nhũng hiểu biết em hạn chế nên không tránh khỏi sai sót Vì em mong nhận sư giúp đỡ quý thầy cô ý kiến đóng góp bạn lớp để đồ án em hoàn thiện Thông qua đồ án em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy cô giáo trường đại học Mỏ - Địa chất, thầy cô giáo môn Lọc Hóa Dầu khoa Dầu khí, đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến giáo viên hướng dẫn – TS Nguyễn Thị Bình tận tình giúp đỡ em tiến hành thực thu thập số liệu cần thiết để em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn ! Chương I : Tổng quan công nghiệp dầu khí Việt Nam 1.1 Khái niệm khí tự nhiên Khí tự nhiên tập hợp hydrocacbon khí CH 4, C2H6, C3H8, C4H10… có lòng đất Chúng thường tồn mỏ riêng rẽ tồn lớp dầu mỏ Khí tự nhiên chứa khí vô N 2, H2S, CO2, khí trơ, mercaptan nước Trong nghĩa hẹp, khí tự nhiên hiểu khí mỏ gần có khí mà dầu Metan chiếm từ 70 – 98 % thể tích khí tự nhiên Theo nghĩa rộng, khí tự nhiên gồm khí đồng hành, khí hòa tan dầu mỏ hay lượng khí mỏ khí mỏ dầu Metan chiếm từ 48 – 80 % thể tích khí đồng hành Khí tự nhiên chia thành loại sau : * Khí không đồng hành : khí nằm mỏ khí riêng biệt, không nằm mỏ dầu * Khí đồng hành : khí nằm mỏ dầu tách trình khai thác dầu Cũng dầu mỏ, khí tự nhiên nguồn nguyên liệu, nhiên liệu vô quí giá, gần không tái sinh, đóng vai trò quan trọng, không nói định hoạt động kinh tế, sản xuất đời sống người thời đại văn minh 1.2 Nguồn gốc dầu khí Hiện người ta chưa biết xác nguồn gốc dầu mỏ khí tự nhiên mà giải thích thuyết khác Trong thuyết đó, thuyết nguồn gốc hữu nhiều người chấp nhận Theo thuyết này, có lẽ xác thực vật, động vật, mà chủ yếu loại tảo phù du sống biển lắng đọng, tích tụ với lớp đất đá trầm tích vô xuống đáy biển từ hang triệu năm trước biến thành dầu mỏ, sau thành khí tự nhiên Có thể trình lâu dài xảy theo ba giai đoạn : biến đối sinh học vi khuẩn, biến đổi hóa học tác dụng điều kiện địa hóa thích hợp di chuyển tích tụ sản phẩm vỏ trái đất • Giai đoạn biến đổi sinh học : xác động thực vật bị phân hủy vi khuẩn ưa khí, sau vi khuẩn kị khí trình trầm lắng dần nước biển Các albumin bị phân hủy nhanh nhất, hydrat cacbon bị phân hủy chậm Các khí tạo H2S, NH3, N2, CO, CH4… hòa tan nước thoát ngoài, phần chất hữu lại bị chôn vùi ngày sâu lớp đất đá trầm tích Không gian xảy trình phân hủy sinh học gọi vùng vi khuẩn • Giai đoạn biển đổi hóa học : giai đoạn hóa học tiếp theo, vật liệu hữu lại, chủ yếu chất lipid, nhựa, sáp, terpen, axit béo, axit humic tham gia phản ứng hóa học tác dụng xúc tác chất vô đất đá điều kiện áp suất lớn hàng trăm, chí hàng nghìn atmotphe, vài trăm độ bách phân Các chất vô khác nhau, đặc biệt aluminosilicat, đóng vai trò chất xúc tác Quá trình biến đổi hóa học xảy vô chậm Càng xuống sâu, thời gian lớn, biến đổi xảy sâu xa Phản ứng chủ yếu xảy giai đoạn hóa học phản ứng cracking, mạch cacbon phân tử chất hữu bị đứt gãy dần Kết chất hữu đơn giản hơn, chủ yếu hydrocacbon, sinh ngày nhiều Đồng thời với việc xảy phản ứng cracking phân hủy trình ngưng tụ, kết hợp số chất hữu tương đối đơn giản vừa tạo thành để tạo chất hữu phức tạp : chất nhựa, asphalten Các chất nhựa, asphalten tan kém, nặng hơn, nên phần lớn bị kết tủa, sa lắng, phần lại lơ lửng, phân tán khối chất lỏng hydrocacbon sinh trình cracking Tập hợp phản ứng địa hóa biến dần vật liệu hữu thành dầu mỏ khí tự nhiên Như coi khí tự nhiên sản phẩm trình phân hủy hóa học dầu mỏ, mỏ khí tự nhiên thường sâu mỏ dầu, tuổi khí tự nhiên thường cao tuổi dầu mỏ Dầu mỏ già nhẹ đi, chứa nhiều chất phức tạp, biến nhiều thành khí • Giai đoạn di chuyển tích tụ tạo thành mỏ : dầu mỏ tạo thành dạng hỗn hợp lỏng bị di cư từ chỗ sang chỗ khác tác dụng vận động vỏ trái đất Chúng thẩm thấu, chui qua lớp đất đá xốp, chúng chảy theo khe nứt bị tập trung, bị giữ tầng đá đặc khít, tạo túi dầu mà ta thường gọi mỏ dầu Trong mỏ dầu trình hóa học tiếp tục xảy ra, dầu liên tục biến thành khí, tạo mỏ khí Quá trình hình thành dầu khí xảy chậm, kéo dài hàng chục, chí hàng trăm triệu năm xảy ra, tuổi dầu mỏ, khí tự nhiên lớn 1.3 Thành phần khí tự nhiên Người ta phân thành phần khí thiên nhiên khí đồng hành làm hai nhóm : nhóm hợp chất hydrocacbon nhóm hợp chất phi hydrocacbon 1.3.1 Các hợp chất hydrocacbon Hàm lượng cấu tử chủ yếu khí metan đồng đẳng : C2H6, C3H8, C4H10, iC4H10, có hàm lượng hợp chất C5, C6 Hàm lượng cấu tử thay đổi theo nguồn gốc khí Đối với khí thiên nhiên cấu tử chủ yếu metan cấu tử nặng C3, C4 thành phần khí mỏ vị trí nhau, không phụ thuộc vào vị trí khai thác Đối với khí đồng hành hàm lượng cấu tử C , C4 cao thành phần phụ thuộc vào vị trí khai thác thời gian khai thác 1.3.2 Các hợp chất phi hydrocacbon Ngoài thành phần hydrocacbon, khí thiên nhiên khí đồng hành chứa hợp chất phi hydrocacbon : CO 2, N2, H2S, He, Ar, Ne Trong cấu tử thường chiếm nhiều N Đặc biệt, có mỏ khí chứa hàm lượng He cao, mỏ khí thiên nhiên Mỹ Ví dụ mỏ Kandas chứa 1,28 % He, mỏ Texas chứa 0,9 % He 1.4 Phân loại khí tự nhiên 1.4.1 Phân loại theo nguồn gốc hình thành : người ta chia thành ba loại: * Khí thiên nhiên : khí chứa mỏ riêng biệt mà thành phần chủ yếu metan ( 80 – 95 %, có mỏ lên đến 99 %), lại khí khác etan, propan, butan * Khí đồng hành : khí nằm dầu Khi khai thác dầu, có giảm áp ta thu khí Thành phần chủ yếu metan hàm lượng cấu tử nặng ( C2+) tăng lên đáng kể * Khí ngưng tụ : thực chất dạng trung gian dầu khí, bao gồm hydrocacbon propan, butan 1.4.2 Phân loại theo hàm lượng khí axit Theo cách phân loại ta có hai loại khí sau : * Khí chua : khí có hàm lượng H2S > 1% thể tích, hàm lượng CO2 > % thể tích * Khí : khí có hàm lượng khí axit : H 2S < 1% thể tích, hàm lượng CO2 < % thể tích 1.4.3 Phân loại theo hàm lượng C3+ Theo cách phân loại có hai loại khí : khí béo khí gầy • Khí béo : khí có hàm lượng C3+ > 150 g/ cm3 , sản xuất khí tự nhiên hóa lỏng LNG ( liquefied natural gas), khí dầu mỏ hóa lỏng (liquefied petroleum gas) sản xuất số hydrocacbon riêng biệt cho công nghệ tổng hợp hữu hóa dầu • Khí gầy : khí có hàm lượng C3+ < 50 g/ cm3 , dùng làm nhiên liệu cho công nghiệp sưởi ấm 1.4.4 Phân loại theo hàm lượng C2+ : có hai loại * Khí khô : khí có hàm lượng C2+ < 10% thể tích * Khí ẩm : khí có hàm lượng C2+ > 10% thể tích 1.5 Sơ lược ứng dụng sản phẩm khí Khí dầu mỏ có ứng dụng rộng rãi công nghiệp đời sống : dùng cho sản xuất điện, cho hộ công nghiệp, cho sản xuất phân urê, cho hóa chất, cho tiêu thụ gia đình, cho giao thông vận tải 1.5.1 Sử dụng làm nhiên liệu Ở nhiều nước dùng khí để phát điện ( chiếm 70 – 80 % sản lượng khí) nhà máy điện chạy tuabin khí, tuabin khí chu trình hỗn hợp Trong ngành công nghiệp khác sử dụng lò đốt trực tiếp nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng, luyện cán thép, sản xuất đồ gốm, thủy tinh cao cấp, sản xuất cho mục đích sấy, tẩy rửa yêu cầu công nghệ khác nhà máy chế biến thực phẩm, dệt, sợi Trong giao thông vận tải LPG / CNG ( khí tự nhiên nén) thay loại nhiên liệu sử dụng trước xăng, diesel cho loại xe ô tô Nó loại nhiên liệu sạch, gây ô nhiễm môi trường Ngoài khí làm chất đốt lý tưởng dùng cho đun nấu gia đình dịch vụ ( khách sạn, nhà hàng) khí dùng cho hệ thống sưởi ấm điều hòa nhiệt độ trung tâm lớn 1.5.2 Sử dụng khí làm nguyên liệu * Sản xuất phân đạm urê cho nông nghiệp, chất nổ cho khai khoáng quốc phòng * Sản xuất metanol bán sản phẩm, từ điều chế MTBE ( loại phụ gia tăng số octan cho xăng chì, giảm độc hại môi trường ), sợi tổng hợp; metanol nguyên liệu để sản xuất nhiều sản phẩm công nghiệp quan trọng fomalin, axeton, metyl metacylat (MMA),dymetyltelephtalat( DMT), olefin * Sản xuất sắt xốp theo công nghệ hoàn nguyên trực tiếp thay cho phương pháp cốc hóa than truyền thống * Đặc biệt sử dụng rộng rãi công nghiệp hóa dầu, để từ sản xuất loại chất dẻo PVC, PE, sợi tổng hợp PA, PES, sơn tổng hợp, chất tẩy rửa tổng hợp 1.6 Tổng quan thị trường khí Việt Nam 1.6.1 Tiềm khí Việt Nam Trữ lượng khí Việt Nam đánh giá lớn, lượng khí tiềm dự đoán vào khoảng – 4,5 tỉ m quy dầu, mỏ khí phân bố rộng rãi từ Bắc đến Nam chủ yếu tập trung hai vùng trũng Nam Côn Sơn Sông Hồng • Bể Sông Hồng : trữ lượng tiềm thu hồi khoảng 550 – 700 triệu quy dầu chủ yếu khí, chiếm 14 % tổng tiềm Việt Nam Đến phát 250 tỉ m khí, chủ yếu CO2, tiềm kinh tế thấp • Bể Phú Khánh : tiềm 300 – 700 triệu quy dầu, chiếm 10% trữ lượng tiềm Việt Nam • Bể Cửu Long : đánh giá có trữ lượng tiềm lớn 700 – 800 triệu m quy dầu, chiếm 20% Trong bao gồm 270 triệu dầu, 56 tỉ m3 khí đồng hành Hiện khai thác mỏ Bạch Hổ ( 1986 ), mỏ Rồng ( 1994), mỏ Rạng Đông ( 1998 ) mỏ Ruby ( 1998 ) Tính đến tháng 12/ 2004 từ bể Cửu Long khai thác 100 triệu dầu khoảng 11 tỉ m3 khí • Bể Nam Côn Sơn : có trữ lượng 650 – 750 triệu quy dầu, chiếm 17 % tổng tiềm lượng khí chiếm 35 – 38 % trữ lượng Theo đánh giá trữ lượng bể bao gồm 74 triệu dầu, 15 tỉ m khí đồng hành, 159 tỉ m3 khí không đồng hành 23 triệu condensat Đặc điểm ưu việt lượng CO2 chiếm không đáng kể Hiện khai thác mỏ Lan Tây, Lan Đỏ • Bể Malay – Thổ Chu : tiềm bể chiếm khoảng 5% ( 150 – 230 triệu quy dầu), có 12 triệu dầu, tỉ m khí đồng hành, 13 tỉ m3 khí không đồng hành triệu condensat Tuy nhiên lượng khí bể bị nhiễm khí CO2 • Bể Vũng Mây : tiềm vào khoảng – 1,5 tỉ m khí quy dầu, chiếm 30% tổng lượng khí Việt Nam, chủ yếu bể khí Bề mặt tiềm năng, hai bể Nam Côn Sơn Sông Hồng có triển vọng khí bể Cửu Long có triển vọng dầu đồng thời có lượng khí đồng hành lớn Ngoài có ba mỏ khí phát Đà Nẵng, có mỏ lớn có trữ lượng khai thác dự báo khoảng 700 tỉ m , nhiên lượng CO2 bể cao tiềm kinh tế thấp 10 Bảng 1.1 Trữ lượng khí tiềm ( nguồn Petro Việt Nam ) Bê Nam Côn Sơn Cửu Long Malay – Thổ Chu Sông Hồng Bể khác Tổng Khí ( tỉ m3 ) Đồng hành Không đồng hành 158 40 13 200 57 360 1.6.2 Tình hình khai thác sử dụng khí Việt Nam Phải tới ngày 30/4/1995, dòng khí đốt đưa vào sử dụng Đây kiện có ý nghĩa đánh dấu bước khởi đầu cho ngành công nghiệp – công nghiệp khí đốt Việt Nam Hiện Tập đoàn Dầu khí Việt Nam thực số công trình khai thác chế biến sản phẩm dầu khí, bên cạnh số dự án có quy mô lớn tiến hành, số dự án chờ phủ phê duyệt Chúng ta điểm qua số công trình dự án trọng điểm sau : • Mỏ Bạch Hổ : từ năm 1993 – 1995, hệ thống đường ống dẫn khí khơi hoàn thành, dẫn khí đồng hành từ mỏ Bạch Hổ vào bờ với công suất triệu m3 khí/ ngày, vận chuyển vào nhà máy điện Bà Rịa thay cho 180 nghìn dầu DO/ năm mở rộng vào năm 1997 nâng công suất lên triệu m3 / ngày cung cấp đồng thời cho nhà máy điện Phú Mỹ Hiện nay, sản lượng khí từ hệ thống triệu m 3/ngày Bên cạnh đó, dự án nhà máy GPP Dinh Cố hoàn thành vào tháng 11/ 1998 khởi động cho lĩnh vực chế biến khí Việt Nam, tận dụng nguồn khí hóa lỏng đáp ứng cho nhu cầu nhiên liệu dân dụng • Khí thiên nhiên Nam Côn Sơn đưa vào bờ với suất ổn định 2,7 tỉ m3 khí / năm cho thị trường công nghiệp tương lai đảm bảo cung cấp – tỉ m3 khí/ năm 10 36 4.1.5 Hệ số bền mối hàn Lúc ghép chi tiết riêng biệt lại với mối hàn, phần lớn chúng bền so với vật liệu để nguyên không hàn Do tính độ bền chi tiết ghép mối hàn đưa thêm hệ số bền mối hàn φ h vào công thức tính toán, đại lượng đặc trưng cho độ bền mối ghép so với độ bền vật liệu 4.1.6 Hệ số bổ sung bề dày tính toán Khi tính kiểm tra độ bền chi tiết phận thiết bị cần ý đến tác dụng hóa học học môi trường lên vật liệu chế tạo thiết bị Do cần bổ sung cho bề dày tính toán chi tiết phận đại lượng C Đại lượng C xác định theo công thức sau : C = Ca+ Cb+ Cc+ C0 ( 4.3 ) Trong C a hệ số bổ sung ăn mòn hóa học môi trường, mm; Cb hệ số bổ sung bào mòn học môi trường,mm ; Cc hệ số bổ sung sai lệch chế tạo, lắp ráp, mm ; C0 hệ số bổ sung để quy tròn kích thước, mm Đại lượng hệ số bổ sung C a phụ thuộc vào ăn mòn hóa học môi trường vào thời hạn sử dụng thiết bị Nói chung, thời hạn sử dụng thiết bị hóa chất lấy khoảng 10 ÷15 năm Nếu lấy thời hạn sử dụng thiết bị 10 năm chọn hệ số Ca sau : - Ca = vật liệu bền môi trường có độ ăn mòn không lớn 0,05 mm/ năm 36 37 - Ca = mm vật liệu tiếp xúc với môi trường có độ ăn mòn lớn hơn, từ 0,05 đến 0,1 mm/ năm Nếu độ ăn mòn lớn 0,1 mm/năm vào thời hạn sử dụng thiết bị mà xác định Ca cho mỗi trường hợp cụ thể - Ca = ta dùng vật liệu lót có tính bền ăn mòn thiết bị tráng men Nếu hai phía thiết bị tiếp xúc với môi trường ăn mòn hệ số C a phải lấy lớn Đối với thiết bị hóa chất bỏ qua hệ số bào mòn C b Người ta tính đến hệ số Cb môi trường bên thiết bị chuyển động với vận tốc >= 20 m/s (đối với chất lỏng ) >= 100 m/s ( chất khí ) môi trường chứa nhiều hạt rắn Còn đại lượng C c phụ thuộc vào dạng chi tiết, vào công nghệ chế tạo chi tiết thiết bị 4.2 Lựa chọn bê thông số tính toán 4.2.1 Dung tích bê chứa Mục đích đặt thiết kế bể áp lực LPG với sức chứa 200T LPG LPG bình thường dạng khí, bơm vào bể đến áp lực cần thiết khí LPG hóa thành dạng lỏng Ở nhiên liệu cần chứa 100% Propane Trọng lượng riêng Propane 0,56T/m3 Tương ứng với khả chứa 200T LPG Propane bể cần tích là: V= = 420 m3 4.2.2 Các phương án bê chứa áp lực thông dụng Bể chứa khí hóa lỏng LPG gồm có loại thông dụng sau: — Bể cầu (Spherical Vessel) — Bể trụ ngang (Horizontal Vessel) 37 38 * Phương án bể cầu : Với phương án bể cầu đường kính bể sơ cần là: D= (1.9 * V)1/3 = (1.9 * 420)1/3 = 9.28 m Nhận thấy đường kính bể không lớn nên theo phương án bể cầu không nên vấn đề thi công bể cầu tương đối phức tạp * Phương án bể trụ ngang Mục đích đặt thiết kế bể chứa áp lực với khả chứa 420m3 Với phương án bể trụ ngang có nhiều phương án lựa chọn đường kính bể, chiều dài bể Kích thước (đường kính, chiều dài) có lợi cho bể vào yếu tố sau: —Thể tích thiết kế —Áp lực thiết kế —Ăn mòn cho phép —Hệ số liên kết hàn 38 39 4.2.3 Các thông số thiết kế bồn Loại nhiên liệu chứa LPG 0.56 T/m Áp lực thiết kế Nhiệt độ thiết kế Áp suất thử thuỷ lực P 18 -40 / 100 27 kG/cm o C 7.5 25 / 50 85 100 36 0.1 kG/cm o C % % m/s cm Áp lực vận hành Nhiệt độ vận hành Khả chứa bình thường Thử tia X kiểm tra mối hàn Vận tốc gió Ăn mòn cho phép V C.A 2 kG/cm 4.3 Tính toán thiết kế bê chứa LPG 4.3.1.Vật liệu chế tạo Thép làm thân bể : CT3 Thép làm đầu bể : CT3 Thép làm họng ống : CT3 Thép làm chi tiết khác : CT3 4.3.2 Tính bề dày thành bê chịu áp lực Bề dày thành bể phải đảm bảo đủ cho bể bền trình thiết kế, vận hành thử áp lực Đây bề dày tối thiểu yêu cầu Tuy nhiên trình chế tạo, bề dày thành bể phải đáp ứng công tác hàn lắp dựng bể Mặt khác kể đến độ ăn mòn nhiên liệu, môi trường bên Như vậy, tính toán bề dày bể cần phải kể đến yêu cầu (vận hành, thi công, ăn mòn) Bể thiết kế cách hàn chi tiết với nên ta có thêm hệ số bền mối hàn E vào công thức tính toán 4.3.2.1 Lựa chọn phương án hàn bê Với bể kích thước xác định, chọn phương pháp kiểm tra chiếu 39 40 toàn chiều dài đường hàn, kiểu hàn đường hàn hàn đối đầu ta có hệ số liên kết hàn sau: - Đường hàn thép thân bể - thân bể :φh = - Đường hàn thép thân bể - thân : φh = - Đường hàn thép đầu bể - thân bể : φh = - Đường hàn thép đầu bể - đầu bể: φh = * Như vậy, công thức tính toán sau dùng chung hệ số liên kết hàn : φh=1 4.3.2.2 Ứng suất cho phép - Ứng suất cho phép tiêu chuẩn thép CT3 : [σ]*= 140 N/mm2 = 1400kg/cm2(tra bảng) Công thức tính ứng suất cho phép [σ] = η.[σ]* Trong η: hệ số hiệu chỉnh (trong trường hợp η =1) => ứng suất cho phép [σ] =140.1=140 N/mm2 Tính áp suất tính toán bồn chứa nhiên liệu Theo CT (4.1) P= pm + g.ρ.h Trong : pm áp suất thiết kế G gia tốc trọng trường Ρ trọng lượng riêng chất lỏng Chiều cao chất lỏng ta lấy đường kính thiết bị tức h = 4,2m =>P = 18 + 9,8 0,56.103.4,2.102 =18.23 kg/cm3 Thông số thiết kế: Dt L P 4,2 m 30 m 18.23 kg/cm3 40 41 1400 kg/cm3 σ φh Sơ đồ cấu tạo sơ bồn chứa Xét tỉ số ==7.68 (5,5 thoả mãn điều kiện 41 42 4.3.2.3 Tính bề dày đầu bê ElIP chịu áp lực Loại đầu bể Elip 2:1 Áp lực có kể đến nhiên liệu p = 18,23kg/cm3 Đường kính Dt = 420 cm Ứng suất lớn thép δ = 140N/mm2 Hệ số hàn đầu bể - thân bể φh = Hệ số ăn mòn Ca = 0,1 cm Đáy nắp tiêu chuẩn có tỉ số = 0,25 =>Chiều sâu phần Elip ht = 4200.0,25 = 1050 mm Bán kính cong bên tính theo công thức Rt = Rt = =4200 mm Độ dày đầu bồn áp suất bên Xét tỉ số =74.4 > 25 =>bề dày đáy tính theo công thức S’ = = = 2,73 cm Chọn hệ số bổ sung để quy tròn kích thước C0 = 0,17 Tổng hệ số bổ sung với tính theo công thức (4.3) C = Ca + Cb + Co =0,1 + + 0,17= 0,27 cm Bề dày thực thân S = S’ + C = 2,73 + 0,1+0,17 = 3,0 cm * kết luận : để thiết kế bồn chứa LPG hình trụ nằm ngang dùng vật liệu chế tạo thép CT3 sơ bề dày thành thiết bị cần đảm bảo dày 3,0 cm bề dày đầu thiết bị dày 3,0 cm 42 43 Chương V : Công tác an toàn phòng chống cháy nổ khu bồn bê chứa LPG nhà máy lọc hóa dầu 5.1 Đặc điêm chung hệ thống bồn chứa Chức nhiệm vụ hệ thống bồn chứa tiếp nhận, tàng chứa xuất sản phẩm lỏng LPG cách an toàn Chính mà vấn đề an toán khu bể chứa đặt lên vị trí hàng đầu Do bể chứa cần thiết kế đảm bảo cho người, thiết bị khu vực lân cận Những vấn đề đáng lưu ý thiết kế lắp đặt hệ thống phòng cháy chữa cháy khu bể chứa sản phẩm tàng chứa không màu, không mùi Khi trạng thái lỏng chúng có tỷ trọng 50% tỷ trọng nước hoá áp suất khí thể tích chúng tăng lên 250 lần Ở pha khí propan butan nặng so với không khí mà chúng không khuyếch tán dễ dàng khí Hơi LPG tạo thành hỗn hợp có khả bắt cháy với không khí nồng độ thấp khoảng 2% theo thể tích ( giới hạn ) 10% theo thể tích (giới hạn trên) Trên 10% pha sản phẩm nguy hiểm pha loãng với không khí khu vực có gió Vì biện pháp phòng cháy lắp đặt đầu rò khí cần ý đến tính chất sản phẩm LPG làm đặt độ cao thấp có lưu ý đến hướng gió 5.2 Các cố nguy hiêm khu bê chứa 5.2.1 Các cố nguy hiêm tàng trữ vận chuyên đến cháy nổ LPG coi nhiên liệu an toàn thực tế chừng LPG lưu giữ bồn, đường ống nguy hiểm xảy 43 44 Khi có rò rỉ sản phẩm từ chứa gây nguy hiểm Nếu điều xảy khí hay lỏng thoát Nếu sản phẩm lỏng thoát nguy hiểm sản phẩm sản phẩm lỏng rò rỉ hoá thể tích tăng 250 lần Việc xả từ bể chứa đường ống dẫn đến chất lỏng hoá bể chứa đường ống Quá trình hoá cần nhiệt làm lạnh bể chứa Nếu có cháy xung quanh bể chứa, hiệu ứng làm lạnh bay bể làm chậm trình tăng nhiệt độ bể Các đám mây LPG nguy hiểm chừng chúng chưa phân tán an toàn Ở nhiệt độ thấp áp suất thường, LPG dạng khí nặng không khí, propan butan nặng không khì gấp 1,5 lần tương ứng Bởi vậy, LPG lắng xuống nơi thấp môi trường xung quanh lan rộng mặt đất Trong môi trường lặng gió, phân tán xẩy chậm Sự phân tán chậm nguy hiểm dễ gây cháy nổ Cần ý lượng nhỏ LPG thoát hình thành thể tích lớn hỗn hợp cháy khí cháy không khí Một thể tích tạo thành 10 – 15 lần thể tích hỗn hợp cháy thể tích lỏng hình thành 2500 – 125000 thể tích hỗn hợp cháy 5.2.2 Sự cố bồn bê chứa Nguy hiểm trước hết bồn chứa bị nứt vỡ sản phẩm dò rỉ bên Nếu nồng độ đạt đến giới hạn cháy nổ ( – 10 % ) cố xẩy Sự cố loại bồn tương đương Tuy nhiên lắp đặt nguy hiểm mức độ khác Sự cố hoạt động gây người hoạt động gần bồn, bồn thường dễ bị tổn thương hơn.: phụ thuộc vào phương pháp tăng cường phòng ngừa áp dụng bồn suốt trình sử dụng 44 45 Sự cố nứt vỡ giòn : nhiệt độ môi trường hạ hay nhiệt độ bồn thấp trình bay hơi, làm cho vật liệu trở nên giòn dễ bị nứt vỡ Khi nạp sản phẩm vào bồn mức sơ suất vận hành gây nguy hiểm bồn không gian cho chất lỏng bay nhiệt độ tăng 5.3 Yêu cầu an toàn tàng chứa vận chuyên Bất kì hoạt động có liên quan đến khí hoá lỏng LPG trực tiếp hay gián tiếp liên quan tới an toàn Do tất người khu vực bồn bể chứa phải hiểu rõ tuân theo yêu cầu chung an toàn :  Hiểu rõ đặc tính sản phẩm  Cấm không đựơc hút thuốc khu vực cấm  Khi lưu trữ sản phẩm, cần phải đảm bảo để chừa thể tích đủ cho chất lỏng giãn nở trường hợp có thay đổi nhiệt đô môi trường  Các bồn chứa phải thổi Nitơ trước nạp LPG, việc phải thực sau sửa chữa thiết bị  Sự xả rò rỉ LPG bên nguy hiểm Bất lúc tượng xảy điều kiện tránh khỏi phải theo dõi liên tục phục hồi điều kiện bình thường hay khắc phục rò rỉ để tránh thiệt hại người  Bể chứa đường ống phải kiểm tra kĩ trứơc nạp  Kiểm tra định kì hệ thống bảo vệ catot để đảm bảo tính liên tục  Các bơm cứu hoả luôn làm việc trạng thái tốt 45 46  Mỗi tuần phải chạy thử bơm cúư hoả súng cứu hoả vòng 30 phút 5.3.1 Phương pháp chống cháy cho thiết bị bê chứa Khu vực bể chứa condensat chia làm khu vực riêng biệt, khu vực sử dụng hệ thống phun nước tự động xảy cố  Phương pháp chống cháy cho khu vực bể chứa Đối với khu vực bể chứa có cố đầu tư phun nước chữa cháy van báo động thực súng phun, họng chữa cháy có tín hiệu từ đầu rò khí cháy  Phương pháp chống cháy cho khu vực khác Các khu vực lại chữa cháy súng phun nước trụ nước bố trí khắp khu vực 5.3.2 Hoạt động trường hợp khẩn cấp Các hoạt động trường hợp khẩn cấp trình bày sau :  Khi có báo động khẩn cấp dừng hoạt động khu vực bị ảnh hưởng, tập trung nhân lực sơ tán người trách nhiệm việc đối phí khẩn cấp  Cô lập phần bị ảnh hưởng thiết bị để hạn chế lan rộng khu vực khác  Sơ tán thiết bị di động nằm vùng nguy hiểm đảm bảo đường thoát thông thoáng  Trong trường hợp rò rỉ ngừng hoạt động nguồn sinh lửa tuyệt đối không đóng điện thiết bị điện 5.4 Kĩ thuật chữa cháy LPG 46 47 - Nên sử dụng chất CO , bột dạng khô BCF ( B 2C / F2C ) Bromocholozodi Fluazometan vào việc dập tắt đám cháy LPG, chúng nhanh chóng làm lỏng nồng độ LPG ngăn không cho không khí tiếp xúc với lửa - Do nguy hiểm đám LPG, bất ngờ cháy nổ trở lại gây ảnh hưởng đến diện rộng đám cháy, không nên dập trừ ngăn chặn nguồn đánh lửa sau - Nếu lửa tiếp xúc trực tiếp với bồn chứa LPG( không kể kích cỡ) thành bồn bị nhiệt bị phá huỷ áp suất cao bồn Phải khống chế cường độ đám cháy để bả vệ bồn chứa LPG Các thiết bị, tài sản, máy móc gần lửa cung cấp LPG cho đám cháy phải làm mát giàn phun nước, vòi lăng phun, bơm cứu hoả, súng cứu hoả - Phần bồn chứa LPG, nơi tiếp xúc với pha diện tích nguy hiểm bốn sát với đám cháy Nước làm mát phải cung cấp đỉnh bồn chứa đỡ bồn để tránh cho bệ đỡ bị phá hủy kết cấu - Các bồn chứa LPG thường lắp van an toàn nhằm giảm áp suất bể áp suất bể áp suất thiết kế 5.5 Các hệ thống chữa cháy 5.5.1 Hệ thống chữa cháy nước Hệ thống gồm có bơm điện bơm Diezel có công suất phụ thuộc vào mức độ yêu cầu quy mô tàng chứa, hệ thống đường ống dẫn nước chữa cháy, giàn phun nước khu vực nguy hiểm, vòi lăng phun Hệ thống nước chữa cháy phải thiết kế thuận lợi cho công tác chữa cháy đáp ứng yêu cầu chữa cháy : lượng nước dự trữ, công suất bơm… 5.5.2 Hệ thống chữa cháy CO2 Hệ thống dập lửa CO2 gồm hệ thống ống dẫn CO2 đến vị trí đặt vòi phun CO2 khu vực cần thiết Trong trường hợp hệ thống cảm ứng 47 48 phát xác định có lửa vùng van cảm ứng xả N từ bình chứa kích hoạt xả CO2 đồng thời mở van khí điều khiển ống đến hệ thống vòi phun Hệ thống chữa cháy CO hoạt động theo hai chế độ : Điều khiển tự động điều khiển tay Kết luận kiến nghị Ở nước ta ngành dầu khí ngành công nghiêp chế biến khí phát triển việc đời nhà máy chế biến khí Dinh Cố Vũng Tàu, nhà máy lọc dầu Dung Quất Quảng Ngãi, dự án khu liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn…đã tận dụng , khai thác sử dụng cách hợp lý nguồn tài nguyên dầu mỏ khí đốt Với công nghiệp dầu khí ngày phát triển mạnh việc xây dựng hệ thống tàng chứa với quy mô đại tất yếu phải đời Với đề tài Tìm hiểu tính toán thiết kế bồn chứa LPG dung tích 420 m3 đồ án trình bày nội dung chủ yếu sau : - Tìm hiểu ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam - Tìm hiểu LPG ( thành phần, tính chất hóa lý đặc trưng, ứng dụng…) 48 49 - Kiến thức chung bồn bể chứa tính toán thiết kế bể chứa LPG Thông qua nghiên cứu trên, đánh giá tính kinh tế ngành công nghiệp khí phát triển : - Dự án LPG đời nhằm tận dụng nguồn khí đồng hành đốt bỏ khơi, thay nguồn nhiên liệu khác, giảm bớt nguồn ngoại tệ nhập LPG - Góp phần tạo công ăn việc làm, giảm bớt tỷ lệ thất nghiệp - Dự án LPG hòa nhập vào xu chung giới đẩy mạnh sử dụng nhiên liệu LPG thay cho nguồn nhiên liệu truyền thống ngày cạn kiệt, góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường, giảm bớt chất độc hại Do ngành công nghệ chế biến khí mẻ phát triển mạnh việc đào tạo đội ngũ khoa học kỹ thuật phải trọng để nắm vững thiết bị công nghệ tiên tiến, đại Ngoài phải tham khảo học hỏi kinh nghiệm nước có công nghiệp dầu khí phát triển mạnh : Singapor, Thái Lan, Philippin, Bruney… công tác chế biến, vận hành, tàng trữ khí hóa lỏng 49 50 50 [...]... 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 32 33 33 34 Chương IV : Tính toán thiết kế. .. 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 31 32 có dung tích lớn tới 25.00 0m3 (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... chọn dạng đáy phụ thuộc thể tích, áp lực dư trong bể chứa được đặt trên nền móng bằng bê tông cốt thép 3.3 Cấu tạo của bồn chứa Trong hệ thống bồn chứa gồm có các bồn chứa hình trụ chịu áp chứa sản phẩm, các bồn chứa này đều được thiết kế chung cho một tiêu chuẩn tàng chứa propan Bồn chứa là loại chịu áp lực cao hình trụ nằm ngang, bồn được đặt trên một nền bê tông kiên cố Bồn được phủ cát để tránh... tiết khi tính độ bền và độ ổn định của chúng phụ thuộc vào đặc tính bền của kim loại ở nhiệt độ tính 34 35 toán Đặc tính bền phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công nghệ chế tạo ( hàn, đúc, rèn, dập ) vào chế độ nhiệt luyện, vào tính chất tác động của tải trọng (tĩnh, động ) vào các kích thước của chi tiết cũng như đặc điểm của môi trường trong thiết bị và điều kiện sử dụng Đối với các chi tiết thiết bị... các thiết bị dò báo cháy, các van này đều có 2 chế độ điều khiển: Điều khiển bằng tay và điều khiển tự động Trên bồn chứa được lắp đặt các thiết bị đo nhiệt độ và áp suất Chúng được thiết kế cho việc ghi lại nhiệt độ và áp suất một cách thưòng xuyên để truyền về phòng điều khiển Ký hiệu của các thiết bị trên bồn chứa như sau : - SV : Van an toàn - P : Áp kế - hiển thị các thông số áp suất trong bồn. .. bay hơi 32 33 33 34 Chương IV : Tính toán thiết kế bê chứa LPG có dung tích chứa 420 m3 4.1 Lý thuyết tính toán 4.1.1 Nhiệt độ làm việc,nhiệt độ tính toán Nhiệt độ làm việc là nhiệt độ của môi trường trong thiết bị đang thực hiện các quá trình công nghệ đã định trước Nhiệt độ tính toán của thành ( tường ) và của các chi tiết khác bên trong thiết bị khi nhiệt độ của môi trường nhỏ hơn 250oC thì lấy... trường bên ngoài Trên mỗi bồn chứa được lắp đặt các thiết bị để đảm bảo an toàn cho bồn chứa 29 30 Mỗi bồn chứa được lắp hai van an toàn áp suất ( 1 làm việc và 1 dự phòng), mỗi van được thiết kế theo tiêu chuẩn API 520 và API 521 Trong quá trình vận hành nếu áp suất trong bồn chứa tăng vượt mức cài đặt thì van tự động xả ra đuốc đốt Các van này được nối ở mức kép để khi cần thiết tháo dỡ kiểm tra thì... dãn nở Hệ số dãn nở khối của LPG là lượng thể tích tăng lên khi nhiệt độ của vật chất tăng lên 10C Sự dãn nở nhiệt của LPG rất lớn ( gấp 15 ÷ 20 lần so với nước và lớn hơn rất nhiều so với các sản phẩm dầu mỏ khác) Do đó các bồn chứa, bình chứa LPG chỉ được chứa đến 80÷ 85 % dung tích toàn phần để có không gian cho LPG lỏng dãn nở khi nhiệt độ tăng lên Do hệ số dãn nở của LPG lớn nên đòi hỏi: * Phải... thấp như sau:  Bể chứa trụ đứng mái tĩnh  Bể chứa trụ đứng mái phao 24 25  Bể chứa trụ ngang 3.2.1.1 Bê chứa trụ đứng mái tĩnh : Bể chứa trụ đứng mái tĩnh có thể chứa từ 100 đến 20.000 m3 khi thiết kế chứa xăng, hay khoảng 50.000 m3 khi chứa dầu mazut Bể trụ đứng mái tĩnh Các bộ phận chính của bể gồm: —Đáy bể: Được đặt trên nền cát đầm chặt hoặc nền được gia cố có lớp cách nước và được hàn từ các... chất lỏng cao trong bồn thì thiết bị báo mức L3 phát tín hiệu và kích hoạt động các van nạp sản phẩm ở đầu vào mỗi bồn chứa -L1 : bộ đo mức cao – trong quá trình nạp, chất lỏng trong bồn ở mức quá cao thì thiết bị báo mức sẽ báo tín hiệu và công tắc áp suất quá cao LSHH sẽ đóng van nạp của cụm bồn bể - L4 : bộ đo mức thấp – trong suốt quá trình xuất sản phẩm, khi mức lỏng trong bồn chứa ở mức thấp thì