* Phân loại theo chiều cao xây dựng: Bể ngầm: sử dụng trong các cửa hàng bán lẻ Bể nổi: Được xây dựng trên mặt đất, được sử dụng ở các kho lớn.. Bể ngoài khơi: Được thiết kế nổi trên mặ
Trang 1I Giới thiệu về bồn chứa.
1.Giới thiệu về bồn chứa và phân loại
1.1 giới thiệu về bồn bể chứa
Trong công nghiệp hóa dầu, tất cả các hoạt động sản xuất, buôn bán, tồn trữđều liên quan đến khâu bể chứa
Bể chứa có vai trò rất quan trọng, nó có nhiệm vụ: tồn trữ nguyên liệu và sảnphẩm, giúp ta nhận biết được số lượng tồn trữ Tại đây các hoạt động kiểm tra chấtlượng, số lượng, phân tích các chỉ tiêu trước khi xuất hàng đều được thực hiện Ngoài ra nó còn được hỗ trợ bởi các hệ thống thiết bị phụ trợ: van thở, nềnmóng, thiết bị chống tĩnh điện, mái che …
Bể chứa tiếp nhận nguyên liệu trước khi đưa vào sản xuất và tồn trữ sau sảnxuất
1.2 Khái niệm về bồn bể chứa
Bể chứa là một công trình xây dựng nhằm mục đích phục vụ cho công tác tàngchữ các sản phẩm dầu (xăng, dầu hỏa…), khí hóa lỏng, nước, axit
Hiện nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật và yêu cầu về mặt côngnghệ, người ta đã tiến hành nghiên cứu và xây dựng các loại các loại bể chứa cócấu trúc phức tạp nhưng hợp lý hơn về mặt kết cấu góp phần đem lại hiệu quả kinh
*Phân loại theo áp lực
Bể chứa cao áp: áp suất chịu đựng trong bể > 200mmHg.
Bể chứa áp lực trung bình: áp suất = 20mmHg đến 200mmHg thường áp dụng
để chứa dùng bể KO, DO
Bể chứa áp thường: áp suất = 20mmHg áp dụng bể dầu nhờn, FO, bể mái phao.
Trang 2* Phân loại theo chiều cao xây dựng:
Bể ngầm: sử dụng trong các cửa hàng bán lẻ
Bể nổi: Được xây dựng trên mặt đất, được sử dụng ở các kho lớn Bể nửa ngầm: Loại bể có ½ chiều cao bể nhô lên mặt ñất, nhưng hiện naycòn rất ít
Bể ngoài khơi: Được thiết kế nổi trên mặt nước, có thể di chuyển từ nơi
Thân bể : Là bộ phận chịu lực chính, gồm nhiều khoang thép tấm hàn lại, chiều dày các thép tấm thân bể có thể thay đổi hoặc không dọc theo thành bể Liên kết giữa các thép tấm trong cùng một đoạn thân là đường hàn đối đầu, liên kết giữa cácđoạn thân dùng đường hàn vòng hoặc đối đầu Nối thân bể và đáy bể dung đường hàn góc
Mái bể : Cũng đựơc tổ hợp từ các tấm thép hàn lại với các dạng chính như sau:Mái nón, mái treo, mái cầu, mái trụ cầu(mái vòm)
2.2 Bể chứa hình trụ ngang
Bể chứa trụ ngang dùng để chứa các sản phẩm dầu mỏ dưới áp lực dư
pd≤ 0,2Mpa và hơi hoá lỏng có pd ≤ 1,8MPa, áp lực chân không Po ≤ 0,1MPa
• Bể chứa trụ ngang có 3 bộ phận chính: thân, đáy và gối tựa
-Thân bể: bằng thép tấm, được chia làm nhiều khoang Các tấm thép được liên kết với nhau bằng đường hàn đối đầu, bên trong mỗi khoang đặt các vành cứng bằng thép góc và hàn với thân bể
-Đáy: có các hình dạng khác nhau: phẳng, nón, trụ, cầu, elíp Việc lựa chọn đáyphụ thuộc vào thể tích bể, và áp lực dư trong bể
-Gối tựa: gồm hai gối hình cong lõm bằng bê tông hoặc gối tựa dạng thanh đứng
Bể chứa trụ ngang có những ưu điểm, nhược điểm chính sau:
Trang 3• Ưu điểm: hình dạng đơn giản, dễ chế tạo, có khả năng chế tạo trong nhà máy rồi vận
chuyển đến nơi xây dựng.Có thể tăng đáng kể áp lực dư so với bể trụ đứng
• Nhược điểm: tốn chi phí chế tạo gối tựa
tỳ vào đường hàn nối các tấm của vỏ bể
II)Xác định thông số thiết kế và tính toán thiết kế
1.Xác định thông số thiết kế
* Kiểu bể: Bể hình trụ mái nổi
* Sản phẩm chứa:Dầu Thô Tây Taxa s trung bình
*Độ ăn mòn: Ăn mòn ở thành bồn chứa: 3mmm
Ăn mòn ở dáy bồn chứa: 3mm
Ăn mòn mái bồn chứa: 2mm
Trang 4*Tiêu Chuẩn thiết kế: Tiêu Chuân API 650-2013 và tiêu chuẩn Việt Nam.
*Chọn Vật liệu thiết kế:
-Thành bể chứa và dáy bể chứa: Thép A678 M-B ( Bảng 5.2a tiêu chuẩn API650-2013 )
St =2360MPa Sd= 220MPa Rk= 550 MPa
-Mái chê bể chứa: Hợp Kim Nhôm
Alloy: 1060 ở 900C : E=66 900 MPa (Bảng Al.8a tiêu chuẩn API 650-2013)
Tu= 55MPa (Bảng Al.3a tiêu chuẩn API 650-2013)
*Chọn đường kính và chiều cao:
Theo tiêu chuẩn API và tiêu chuẩn Việt Nam; GH và
Theo B.G Sukhốp, chiều cao lợi nhất của bể
Trong đó:
γ : hệ số điều kiện làm việc (γ = 0,9)
Rkh: cường độ tính toán của đường hàn đối đầu khi chịu kéo Lấy bằng
cường độ chịu kéo của vật liệu (Rkh = 550 000 KN/m2)
Trang 5( ∆ = 15 mm=0,015 m), (chiều dày mái được quy đổi theo phương pháp tươngđương về độ võng của mái và mái thép có một chiều dày nhất định)
G: tỷ trọng chất lỏng chứa trong bể (G = 9,8 KN/m3)
n: hệ số vượt tải ( n = 1,5 )
Thay số vào công thức (2.1) ta đựơc
Do yêu cầu khả năng của đơn vị thi công và chiều rộng các tấm théptrên trị trường nên chọn kích thước chiều cao bể là H = 22m
Vậy D= =
Trong đó: V là thể tích bồn chứa thiết kế
H là chiều cao bồn chứa thiết kế
Đối với bồn chứa trụ đứng thì khoảng 85 – 90% dung tích của bồn mái nổi ñược sử dụng trong điều kiện bình thường, phần thể tích không sử dụng là do khoảng chết trên và khoảng chết dưới dáy
2.Tính Toán Thiết Kế
2.1.Xác định chiều dày các đoạn thân bể
* Thân bể là bộ phận chịu lực chính, gồm nhiều đoạn thép tấm hàn lại Chiều cao mỗi đoạn thân chính bằng chiều rộng thép tấm định hình
*Thân bể trong thiết kế ở đây làm bằng thép A 516-450 và có bề rộng là 2m.Bề rộng tầng trên cùng là 1m( Chọn bề rộng dựa vào tính phổ biến của các loại tấm thép trên thị trường Việt Nam hiện nay.)
* Số tầng của thân bể: Tầng
Trong đó: H: chiều cao bể (H = 22m)
hi: chiều cao các đoạn thân bể (hi = 2m)
Vậy số tầng thân bể là 12 tầng,mỗi tầng 2m
Trang 6* Thân bể sẽ được tính toán trong hai trường hợp, kiểm tra và thử áp lực sau đó lựa chọn giá trị lớn hơn đồng thời giá trị đó phải không nhỏ hơn 10 mm đối với bể
có đường kính lớn hơn 60m (theo bảng 5.6.1.1 API650 -2013)
2.1.1Tính toán chiều dày thân bể đầu tiên:
*Công thức tính toán( Trong điều kiện kiểm tra)
T1d
Trong đó:
D: đường kính bể (D = 65 m)
H: chiều cao chất lỏng thiết kế (H = 22m)
G: trọng lượng chất lỏng chứa trong bể
Sd: ứng suất cho phép trong điều kiện thiết kế
Ca: độ ăn mòn cho phép (Ca = 0,003m)
H: chiều cao chất lỏng thiết kế (H = 22m)
St: ứng suất cho phép trong điều kiện thử áp lực
Bề dày thân bể thứ nhất lấy theo bề dày lớn nhất của t1d và t1t
Max(t1d và t1t )=34,08 (mm)
Vậy chọn bề dày thân bể thứ nhất 36 (mm)
Trang 72.1.2 Tính toán thân bể thứ n.
* t1 = 36 (mm),Ca =3(mm) và t =33 (mm)
* Tính toán các đoạn thân bể tiếp theo Việc tính toán các đoạn thân bể tiếp theo được thực hiện theo phương pháp một điểm biến thiên song cần kiểm tra điều kiện
Trang 8• Nguyên tắc của quá trình này như sau:
* Tính toán sơ bộ bề dày của lớp vỏ phía trên (tu) theo công thức sau
- Trong điều kiện kiểm tra:
- Trong điều kiện thử áp lực:
Tính toán khoảng cách x từ điểm thiết kế biến thiên tới đoạn vỏ đáy theo công thức sau:
tu: bề dày lớp vỏ phía trên (mm)
tl: chiều dày lớp vỏ phía dưới (mm)
H: chiều cao chất lỏng thiết kế (m)
* Tính toán bề dày nhỏ nhất của lớp vỏ phía trên theo điều kiện kiểm tra và thử
áp lực theo công thức sau :
- Trong điều kiện kiểm tra:
tdx
- Trong điều kiện thử áp lực do áp lực thủy tĩnh gây ra:
ttx
Trang 9Bắt đầu từ bể thứ 7 trở lên của thân bồn được tiến hành tương tự như các bước tiến hành ở xác định độ dày của tấm thứ 7 nhưng lấy độ dày bằng với t7 a mà khôngtính theo công thức:
t11a = t11a +( t10 – t11a )
do ( Nếu n>2,625 thì t11=t11a)
Kết quả tính toán trong điều kiện kiểm tra:
Kết quả tính toán theo điều kiện kiểm tra áp lực thủy tĩnh:
Trang 10Dựa vào tiêu chuẩn API 650 và sổ tay tính toán các quá trình công nghệ hóa học
ta chọn chiều dày các tầng bể chứa
2.2 Thiết kế mái.
* Lựa chọn kết cấu cho mái bằng:
Sử dụng mái bằng ( Sử dụng vật liệu là nhôm)
Trang 11Nếu thiết kế mái cầu hay mái nón thì khó thi công hơn thi công mái bằng.
Vậy lựa chọn mái bằng để thiết kế bồn chứa dựng sản phẩm FO
*Với mọi mái bể đều có chiều dày tối thiểu là 5 mm.Nhưng khi lựa chọn thì thường lấy chiều dày mái bể bằng với chiều dày tầng thân bể trên cùng
Vậy: Chọn tmái =10 mm
2.3 Tính toán thiết kế đáy và các tấm vành khăn tại đáy bể.
* Chiều dày tấm vành khăn
Theo bảng 5-1a tiêu chuẩn API 650 với bể có đường kính 65 m, bề tầng tầng đáy
36 mm và áp lực thiết kế cho phép ≤ 220 MPa, chiều dày tấm vành khăn đáy bể lấybằng:
tb = 14+ Ca = 14 + 3= 17 (mm)
Chọn chiều dày tấm vành khăn là 17mm
* Chiều rộng tấm vành khăn
Theo mục 3.5.2 tiêu chuẩn API 650
Khoảng cách giữa thành trong của bể và mối hàn chồng ≥ 600mm
Tấm vành khăn phải nhô ra khỏi bể ít nhất là 50mm
*Chọn bề dày đáy bể bằng với bề dày tầng 1 của bể chứa
Vậy bề dày đáy bể bằng: 36(mm)
2.4Tính toán vành gia cường chống gió
* Vành chống gió có tác dụng làm giảm chiều cao tính toán của thành bể, giúp cho bể ổn định, không bị biến dạng dẻo, tính toán thiết kế vành chống gió dựa trên việc so sánhgiữa chiều cao ổn định của thành bể và chiều cao quy đổi của thành bể(5.9.7 )
Trang 12
Trong đó: H: khoảng cách theo phương đứng giữa vành chống gió trung gian với thép góc ở đỉnh bể hay là khoảng cách lớn nhất không cần gia cường.
t: bề dày của thành bể tầng trên cùng (t = 10mm)
tuniform: bề dày lớp vỏ tầng trên cùng (mm)
tactual: bề dày thực tế của lớp vỏ thành bể (mm)
Thay số vào ta được kết quả ở bảng sau:
Bảng tính toán chiều cao quy đổi
*Chiều cao thành bể quy đổi tính theo công thức:
Hqd = ∑Wtr = 7,5488 (m)
Trang 13Nếu chiều cao thành bể quy đổi Hqd > H1 -> cần thiết kế vành chống gió trunggian.
>H1 thì chỉ cần thiết kế một vành chống gió (3.9.7.5 tiêu chuẩn API 650)
Vậy cần phải thiết kế vành chống gió trung gian để đảm bảo bồn chứa làm việc an toàn
* Vị trí của vành chống gió không được nằm trong phạm vi 150mm của đường hàn ngang Khi tính toán sơ bộ vành chống gió đặt trong phạm vi 150mm của đường hàn thì nó phải được đặt ở dưới, song không được vượt quá chiều cao biến dạng dẻo lớn nhất của bể
2.5 Tính toán tiết diện vành chống gió
* Momen chống uốn yêu cầu nhỏ nhất của vành chống gió được tính theo công thức (mục 5.9.7.6 tiêu chuẩn API 650)
Van an toàn tự động đóng khi bể đã nhập đầy
Các loại van thông khí lắp đặt ở mái và vành ngoài có nhiệm vụ sả khí khi áp suất trongbể không ở mức an toàn
2.6.2 Thiết bị đo áp suất
Là nhân tố nhận biết áp lực chung nhất Đây là một ống kim loại dẹt bằng phẳng, được bịt kín đầu cuối cùng và được uốn cong thành chữ C hay hình xoắn
ốc, khi đó bên trong hay bên ngoài bề mặt của ống có những khu vực khác nhau
Trang 14Sự không cân bằng lực gây ra bởi áp lực sẽ làm cho ống bị bung ra Sự thay đổi này có thể đọc trực tiếp trên dụng cụ đo hay chuyển thành một tín hiệu điện hay khí nén tương xứng với áp lực Cần phải bảo dưỡng để tránh sự ăn mòn và đọng cặn bên trong ống vì có thể ảnh hưởng đến đặc tính của nó Trong bể kín và bể chứa khí hóa lỏng thường dùng loại áp kế ống xoắn Bourdon và được lắp trên đỉnh của bể chứa.
2.6.3 Bơm ly tâm
Bơm ly tâm làm việc theo nguyên tắc ly tâm Chất lỏng được hút và đẩy cũng như nhận thêm năng lượng (làm tăng áp suất) là nhờ lực tác dụng của lực ly tâm khi cánh guồng quay với vận tốc lớn Chất lỏng theo ống hút vào tâm guồng theo phương thẳng góc rồi vào rãnh giữa các cáng guồng và chuyển động cùng với guồng Dưới tác dụng của lực ly tâm, áp suất của chất lỏng tăng lên và văng ra khỏi guồng theo thân bơm (phần rỗng giữa vỏ và cánh guồng) rồi vào ống đẩy theophương tiếp tuyến Khi đó ở tâm bánh guồng tạo nên áp suất thấp Nhờ lực mặt thoáng bể chứa (bể hở áp suất khí quyển), chất lỏng dâng lên trong ống hút vào bơm Khi guồng quay, chất lỏng được hút và đẩy liên tục, do đó chất lỏng chuyển động rất đều đặn
Áp suất của chất lỏng do lực ly tâm tạo ra hay chiều cao đẩy của bơm phụ thuộcvào vận tốc quay của guồng; vận tốc càng lớn thì áp suất và chiều cao đẩy cànglớn Tuy nhiên, không thể tăng số vòng quay bất kì được, vì lúc ấy ứng suất trongvật liệu làm guồng sẽ tăng và đồng thời trở lực cũng tăng cùng vận tốc Do đó bơmmột cấp chỉ đạt được áp suất tối đa 40 ÷ 50m, còn muốn tăng áp suất chất lỏng lênhơn nữa thì phải dùng bơm nhiều cấp
2.6.4 Cầu thang thành bể
Cầu thang cũng là bộ phận quan trọng của mỗi công trình, nhờ có kết cấu nàykhi vận hành con người có thể đi lại tới những vị trí cần thao tác, giúp cho việckiểm tra sửa chữa bảo dưỡng bể được dễ dàng Đối với bể trụ đứng chứa dầu thì cầu thang được thiết kế đi xung quanh bể
Việc thiết kế cầu thang được quy định trong bảng 5-19 quy phạm API – 650 Chọn: Chiều rộng cầu thang 800mm
Chiều cao của bậc cầu thang: 25mm
Độ dốc cầu thang:450
Trang 152.6.5 Các loại van.
Cửa bể là thiết bị phục vụ cho công nhân ra vào khi thi công hoặc hoàn thiện sửa chữa bể trong đó có các loại cửa như: cửa ra vào, cửa làm sạch Trong bể cũng có các loại cổng khác nhau với nhiều chức năng đa dạng phục vụ cho việc hoạt động ổn định của bể như cổng xuất, cổng nhập, các ống báo mức, ống kiểm tra nhiệt độ .Vị trí của các cửa và các cổng được đặt ở nhiều vị trí khác nhau sao cho thích họp với việc vận hành, lắp đặt và sửa chữa
2.6.6 Các loại cửa thông khí
Bao gồm cửa thông khí thành bể và cửa thông khí trung tâm giúp cho bể luôn thông thoáng với bên ngoài , tạo điều kiện cho mái được hoạt động ổn định cũng như giảm được áp suất dư hoặc áp suất chân không tác động lên mái bể
Ngoài ra còn có một số loại cửa khác phục vụ cho các mục đích khác nhau: cửa kiểm tra nhiệt độ bể, cửa phun bọt để chữa cháy, cửa hút cặn, cửa thông hơi thành bể
2.6.7 Cửa xuất,cửa nhập
Trên thân bể bố trí một cổng xuất (tùy theo vào điều kiện có thể bố trí nhiều cửa xuất), tại cổng xuất này sẽ có một mặt bích chờ đầu nối với đường ống xuất Việc thiết kế cửa suất phụ thuộc chủ yếu vào lưu lượng đầu ra tối đa cho phép
Trên cơ sở cửa xuất sẽ được thiết kế với các thông số như sau (theo bảng 5.16
tiêu chuẩn API)
Đường kính ngoài của cửa xuất: 426mm
Theo đó các thông số chủ yếu của bể được thiết kế như sau:
Đường kính ngoài của ống: 120mm
Trang 16Chiều dày cổ ống 14 mm
Chiều dài cổ ống 200
Góc dẫn hướng của cổ ống 1350
2.6.8 Thiết bị đo áp suất
Là nhân tố nhận biết áp lực chung nhất Đây là một ống kim loại dẹt bằng
phẳng, được bịt kín đầu cuối cùng và được uốn cong thành chữ C hay hình xoắn
ốc, khi đó bên trong hay bên ngoài bề mặt của ống có những khu vực khác nhau
Sự không cân bằng lực gây ra bởi áp lực sẽ làm cho ống bị bung ra Sự thay đổi này có thể đọc trực tiếp trên dụng cụ đo hay chuyển thành một tín hiệu điện hay khí nén tương xứng với áp lực Cần phải bảo dưỡng để tránh sự ăn mòn và đọng cặn bên trong ống vì có thể ảnh hưởng đến đặc tính của nó Trong bể kín và bể chứa khí hóa lỏng thường dùng loại áp kế ống xoắn Bourdon và được lắp trên đỉnh của bể chứa
2.6.9 Thiết bị do mực chất lỏng(phao nổi)
Đây là loại dụng cụ kiểm soát mực chất lỏng thông dụng nhất Đơn giản nhất làloại phao nổi một vị trí (single- point float) Loại này gồm một phao bằng nhựa nốivới 1 cánh tay đòn Cánh tay đòn điều khiển van cấp liệu cho bể ở trạng thái đónghay mở Ban đầu khi chất lỏng dưới mức thì van ở trạng thái mở Khi mực chấtlỏng ở vị trí mong muốn thì phao nổi ngang với mực chất lỏng cần bơm, tác độnglên van thông qua cánh tay đòn làm đóng van lại
Phao nổi có thể gắn bên trong bể hay gắn trong 1bình bên ngoài thông với bể.Loại phao nổi di động hình bánh rán cho phép người đọc vận hành theo dõi mựcchất lỏng dâng lên trong bể.
2.6.10Hệ thống làm mát
Trong quá trình tồn trữ, trong những điều kiện nhiệt độ cao quá nhiệt độ giới hạncho phép làm cho nhiệt độ của bể cũng như của sản phẩm tồn trữ tăng Đây là nguyên nhân làm giảm độ bền của vật liệu chế tạo bể cũng như việc gây thất thoát
và cháy nổ nhất là đối với những sản phẩm Do đó ta cần phải làm mát bể bằng hệ thống ống nước ống cong theo thân bể phía trên nắp, dọc theo ống ta khoan nhiều
lỗ tròn cách đều nhau để cho nước có thể làm mát toàn bộ bể chứa