Thiết kế bể chứa xăng hình trụ nằm ngang 15

Mở đầu Ngày với việc kinh tế xã hội phát triển với tốc độ chóng mặt phương tiện giao thông tăng nhanh Đặc biệt nước ta tăng nhanh xe gắn máy phương tiện khác tăng khơng đáng kể Vì việc cung cấp nhiên liệu cho xe gắn máy ( chủ yếu xăng ) cần thiết ngành kinh doanh cung cấp xăng bán lẻ cho phương tiện xe găn máy cách bố trí trạm bán lẻ xăng dầu dọc đường có mật độ xe qua lại cao Chính ta cần phải thiết kế hợp lý bồn chứa xăng trạm bán lẻ đảm bảo việc nhập hàng từ xe bồn việc bán lẻ xăng cho phương tiện giao thơng Để thiết kế hợp lý địi hỏi người thiết kế phải hiểu rõ tính chất vật lý tính chất hố học xăng , điều kiện làm việc bồn chứa để tìm loại vật liệu chế tạo thích hợp tính tốn đủ bền cho bồn chứa Cần ý đến tính phịng cháy nổ tính độc hại xăng , bố trí hợp lý bồn chứa cho diện tích khơng gian chiếm chỗ Kết hợp với yếu tố khác việc thiết kế hợp lý bồn chứa xăng đem lại nhiều lợi ích kinh tế cho đất nước nói chung chủ cửa hàng nói riêng Phần I Tổng quan xăng dầu Công nghệ chế biến dầu mỏ xem năm 1859 Khi nước Mỹ ông Edwin Drake khai thác dầu thô Chỉ năm sau khơng riêng nước Mỹ mà nước khác tìm dầu mỏ Từ sản lượng dầu khai thác ngày tăng nhanh Theo thống kê bảng sau Lượng dầu thơ (khơng kể khí đốt ) khai thác giới Nă m Sản lượng( tri ệu tấn) 1860 1880 1900 1920 1930 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 1997 (Riêng Việt Nam ) 0,1 4,2 19,9 96,9 296,5 354,6 524,8 770,1 1051,5 1503,2 2336,2 2709,1 3067,1 3624,0 3700,0 2982,0 10,1 Từ số liệu cho thấy , giới khai thác chế biến lượng dầu khổng lồ với tốc độ tăng trưởng hàng thập niên nhanh Ngành công nghiệp dầu khí tăng trưởng nhanh trở thành ngành cơng nghiệp mũi nhọn nhằm đáp ứng hai mục tiêu Cung cấp sản phẩm lượng cho nhu cầu nhiên liệu động cơ, nhiên liệu công nghiệp sản phẩm dầu mỡ bôi trơn Cung cấp hoá chất cho ngành tổng hợp hoá dầu hoá học tạo thay đổi lớn cấu phát triển chủng loại sản phẩm ngành hoá chất, vật liệu Việt Nam, dầu khí phát ngày 26/6/1986 dầu khai thác từ mỏ Bạch Hổ Tiếp theo nhiều mỏ dầu khí thềm lục địa phía Nam vào khai thác mỏ Đại Hùng, mỏ Rồng, mỏ Rạng Đông Năm 1994 khai thác 6,7 triệu dầu, năm 1995 7,5 triệu tấn, năm 1997 10,1 triệu Nước ta bắt đầu tiến hành xây dựng nhà máy chế biến dầu với công suất triệu tấn/năm Các sản phẩm lọc dầu Khí LPG( khí hố lỏng ) Xăng ơtơ Sản phẩm nhẹXăng máy bay Xăng công nghiệp Nhiên liệu phản lực Chất đốt dân dụng Dung môi pha sơn Nhiên liệu Diezen Dầu nhờn cọc sợi Sản phẩm TB Dầu nhờn máy Dầu tuabin Dầu thuỷ lực Các dầu nhờn khác Dầu công nghiệp Dầu nhờn động Sản phẩm nặng Dầu hộp số Sản phẩm nặng Các dầu khác Sáp mềm Dầu cắt gọt kim loại Dầu cặn FO Petrolactum Trong số sản phẩm lọc dầu, Xăng động sản phẩm quan trọng Nó hỗn hợp xăng chưng sơ bộ, xăng crăcking, xăng refoming alkylat, kết hợp với số phụ gia nhằm đảm bảo yêu cầu hoạt động động điều kiện vận hành thực tế điều kiện tồn chứa, dự trữ khác … Các yêu cầu chất lượng xăng - Bật máy tốt - Động hoạt động khơng bị kích nổ động nhanh khơng gặp khó khăn - Khởi - Không kết tủa, tạo băng chế hồ khí - Khơng có nút hệ thống nhiên liệu phương tiện - Trị số Octane phân bố tốt khoảng nhiệt độ sôi - Hệ thống đầu vào động phải Các tiêu hoá lý xăng - Độ hoá Khoảng nhiệt độ bay để bay 97-97,5% phải nhỏ ,nó đặc trưng cho tính đồng xăng ,nếu khoảng lớn xăng ngưng tụ làm hỏng động - Trị số Octane Là đơn vị đo quy ước dùng để đặc trưng cho khả chóng kích nổ nhiên liệu đo % thể tích izoOctane (2.2.4 Trimetyl Pentane C8H18 ) hỗn hợp với n.Heptane tương đương với khả chống kích nổ nhiên liệu thử nghiệm điều kiện tiêu chuẩn Xăng thường có trị số Octane từ 80-95 - Thành phần hoá học xăng (theo bảng 2.2-tài liệu 1) Thành phần pha chế xăng Phần Refoming(aromate) Butane(n-parafine) Alkylate(i-parafine) Phần nhẹ-xăng Các tính chất đặc trưng Phần cất o C 30/ 180 T o sôi 50% o C 110 Octan e RON RON (+1,5c hì) Octa ne MON MON (+1,5c hì) RVP Bar 95102 95104 9298 0, 94 96 90 97 90 93 4, Tỷ trọng Kg/m 780 800 580 25/ 200 40/ 110 80 95 98 94 97 700 83 93 96 80 83 0, 690 110 /21 4047 155 91 94 79 82 0, 800 60 8090 8393 8393 0, 690 2590 66 68 71 80 90 58 61 0, 680 crăcking(olefin) Phần nặng-xăng crăcking(olefin) Isomerate (i-parafine) Naphtha cất trực tiếp Ngồi cịn có phụ gia khác để tăng tính chống kích nổ tồn chứa, vận chuyển tốt phụ gia chống oxy hoá, biến đỏi cặn, chất tẩy rửa, chất chống gỉ … Tiêu chuẩn xăng Việt Nam –TCVN 5690-1998 (Dựa theo bảng 2.13 tài liệu ) Cac tiêu chất lượng 1.Trị số Octane -Theo phương pháp RON Phương pháp thử ASTM-D2699- Xăng chì 83 Xăng chì 92 Xăng chì 97 83 92 97 70 120 190 210 2,0 70 120 190 210 2,0 70 120 190 210 2,0 95 Thành phần cất phân đoạn , oC: - 10% TT max - 50% TT max - 90% TT max - Điểm sôi cuối, max Cặn cuối,% TT max Ăn mòn đồng o 50 C/3h max Hàm lượng nhựa thực tế, mg/100ml max-(sản xuất/tồn chứa,sử dụng) Độ ổn định oxy hoá - TCVN26981995 TCVN2694- o o o N N N ASTM-D381-94 5/8 5/8 5/8 ASTM-D52595 240 240 240 ASTM-D1266- 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 43-80 43-80 43-80 1995 Hàm lượng lưu huỳnh tổng%KL Hàm lượng chì g/l, max 95 TCVN60201995 8áp suất bão hồ o 37,8 C kPa TCVN57311993 Phần II Tính tốn thiết kế bể I.Cơng nghệ tồn chứa xăng Tại cửa hàng xăng lượng xăng cần dự trữ khoảng 60m3(chưa kể loại dầu khác),để tồn chứa tốt xăng ta chia làm bồn chứa bể 303 dược kết nối với Xăng xe bồn chở đến dùng bơm để bơm vào bồn, thời gian nhập hàng khoảng đồng hồ.Khi bán hàng dùng bơm để hút ởCộctộtbơbmơm xăng Xăng vào Xăng Xả cặn Sơ đồ bố trí bồn chứa xăng Khi nhập hàng áp suất bơm vào khoảng 200 mmH2O, hút xăng độ chân khơng khoảng 60 mmH2O Vì bể đồng thời chụi áp suất áp suất Theo bảng XIII.6 tài liệu Chọn đường kính bể Dt=2400 mm Chọn nắp nắp elíp Quan hệ kích thước tra theo bảng XIII.10 tài liệu 10 ht h Dt Dt=2400 mm =2,4m Ht=600mm =0,6m H=40 mm =0,04 m Diện tích bề mặt F=6,56 m Thể tích Vn=1991.10-3 m3 - Tính chiều dài phần hình trụ bồn chứa Để đảm bảo việc tồn chứa tốt bồn chứa cần có hệ số chứa khoảng 85% thể tích cần thiết bồn chứa Vtb = V/0,85 =30/0,85 =35,294( m3) Thể tích phần hình trụ Vtrụ=Vtb-2.Vn =31,312 (m3) Chiều dài phần hình trụ l 4.31,312 4.Vtr  3,14.2.4  Dt2  6,92(m) Chọn l=6,9 m =6900 mm Tổng chiều dài bồn chứa L= l + 2.(ht +h ) =6,9+ 2(0,6 +0,04)=8,18 (m) 240 Sơ đồ bố trí bồn chứa giá đỡ 11 2000 4180 8180 2000 II.Tính chiều dày bồn chứa 1.Tính chiều dày phần trụ Phần vỏ hình trụ hàn nối từ đoạn vỏ hình trụ Các đoạn máy lốc sau hàn từ thép phẳng a).Trường hợp bồn nhập hàng.(v ỏ chịu áp suất trong) Chiều dày vỏ trụ xác định theo công thức(XIII.8 tài liệu 3) s Dt p 2.. p c (m) Trong đó: + Dt (m) :Đường kính bồn chứa Dt=2400mm=2,4 m + p (N/m2) : áp suất bể Khi làm việc bể chịu áp suất dư p1khoảng 200mmH2O =2000N/m2 áp suất thuỷ tĩnh xăng lên bồn p2=r.g.h Tra bảng( 2.7 tài liệu 1) r xăng=750 kg/m3 Ta có p2=750.9,81.2,4=17660 (N/m2) p=p1+p2 =2000+17660=19660(N/m2) +[s](N/m2): ứng suất cho phép vật liệu Chọn vật liệu chế tạo thép số N0 1020 (theo tiêu chuẩn Mỹ AISI ) Tra bảng ( 3.32 tài liệu ) Ta có: s b =448,2Mpa=448,2.106 N/m2 s c =330,9 Mpa=330,9 106 N/m2 E=185 109 N/m2 ứng suất cho phép tính theo công thức XIII.2 tài liệu   c nc (N/m2) -,h:Hệ số điều chỉnh =1,0 (theo bảng XIII.2.tài liệu 3) -,nc=1,5 (theo bảng XIII.3 tài liệu 3) 12 Chiều dày tính theo cơng thức (XIII-32 tài liệu 3) 0,4  p l s 1,25.Dt n c (m)  E D Trong đó: +D(m):Đường kính bồn chứa D=2,4 m +pn(N/m2):áp suất bồn chứa làm việc với áp suất chân không khoảng 60 mmH2O =600 N/m2 +E (N/m2) :Mô đun đàn hồi vật liệu chế tạo E=185.109 N/m2 +l(m):Chiều dài phần tính tốn l =l1 +2.l2 l1 chiều dài phần hình trụ ,l1 =6,9 m l2 =1/3 chiều cao phần nắp, l2 =1/3(0,6 +0,004)=0,213 m l =6,9 +2.0,213 = 7,326 (m) Thay số vào cơng thức ta có s 1,25.2,4  600 7,326 0,4   0,003 0,004885 (m) =4,88(mm)  185.10 2,4 Chọn s =5 mm Vì trường hợp có chiều dày s =5mm lớn trường hợp chịu áp suất nên ta chọn chiều dày thiết bị s = mm dùng chiều dày để kiểm tra điều kiện làm việc khác bồn chứa c).Ki ểm tra bền thử thuỷ lực với áp suất p =1,5plv =3000N/m2 Khi áp suất tổng cộng là: p0 =p + pthuỷtĩnh =3000+24000 =27000 (N/m2) Điều kiện kiểm tra bền theo công thức (XIII26 tài liệu 3) Dt ( s c ) p c 2.(s c). 1,2 Trong : 14 (N/m2) +Dt (m):Đường kính D =2,4 m +s (m):Chiều dày thiết bị s = 0,005 m +p0(N/m2):áp suất thử p0 =27000 (N/m2) +c(m):Độ dư ăn mòn c =0,003 m +j :Hệ số làm yếu j =0,9 +sc :ứng suấtở trạng thái chảy sc =330,9.106 (N/m2) Thay số vào ta có 2, 4 ( 0,005 0,003) 27000 20.10 6 330,9.10 6 275,75.10 2.(0,005 0,003).09 1,2 Vậy thử thuỷ lực bồn chứa đủ bền 15 (N/m2) Tính chiều dày nắp ta chọn nắp có đường kính Dt =2400 mm hàn từ nửa hình vẽ dập thành nắp elíp có kích thước hình vẽ sau Kích thước tra theo bảng XIII.10-tài liệu Dt s t hh D D :đường kính phơi D =2900 mm Dt = 2400mm h=40mm ht =600 mm F =6,56 m2 Vn =1991.10-3m3 a) Tr ưòng hợp chịu áp suất Chiều dày nắp bồn chứa tính theo cơng thức(XIII.47-tài liệu 3) s Dt p D t c 3,8.[ ].k. h p 2.ht (m) Trong đó: Dt (m):Đường kính D=2,4 m p(N/m2): áp suất p=19660(N/m2) ht (m) :Chiều cao phần nhô ht =0,6 m [ ] (N/m2): ứng suất cho phép Chọn vật liệu làm nắp với vật 16 liệu làm thân [s] =220,6.106 (N/m2)  h :Hệ số hàn nắp chọn h =0,9 k :Hệ số Vì khơng có lỗ nắp nên k =1 C :Hệ số dư, chọn c =3 mm=0,002 m Thay số vào ta có : 2,4.19660 2,4 s  0,003 0,0032(m) 3,2(mm) 3,8.220,6.10 1.0,9 19660 2.0,6 b)Trườ ng hợp chịu áp suất ngồi Theo cơng thức XIII 50 tài liệu ta có Dt pn D t c(m) 3,8.[ ].k.k1 h pn 2.ht Trong : k1 :là hệ số k1=0,74 pn :độ chân không pn =60 mmH2O =600 N/m2 Thay số vào ta có s 2,4.600 2,4 3,8.220,6.10 1.0,74.0,9 600 2.0,6  0,003 0,00306(m) 3,06(mm) Từ kết ta chọn chiều dày phần nắp chiều dày phần thân trụ, tính phần trước s = mm c)Kiể m tra bền thử thuỷ lực cho n ắp Theo công thức XIII.49 tài liệu ta có Dt22.ht(sc).po  c (N/m2) 7,6.k. h ht (s c) 1,2 Trong po = 27000 N/m2 Từ ta có    2,  2.0,6.( 0,005 0,003) 27000  20.10 7,6.1.0,9.0,6.(0,005 0,003) 330.106  275,7.106( N/m2) 1,2 Vậy kiểm tra thuỷ lực bồn chứa đủ bền Kiểm tra độ bền bồn chứa theo ứng suất uốn gây trọng lượng bồn chứa xăng a Ki ểm tra theo ứng suất tương 17 Thể tích nắp làm bồn chứa V=V1 +2.V2 Trong : V1 thể tích thép làm phần trụ V1= Dt.s.l =3,14.2,4.0,005.6,9 =0,21 m3 V2 thể tích thép làm nắp V2 = D2.s/4 =3,14.2,92.0,005 =0,0265 m3 Từ ta có V=0,21 + 2.0,0265 =0,263 m3 Khối lượng bồn chứa mt =V. =0,263.7850 = 2063,3 Kg Lấy mt =2100 Kg Khối lượng xăng mx= Vx. x =30.750 =22500 Kg Khối lượng tổng cộng : m = mt + mx = 2100 + 22500 = 24600 Kg Mơ hình chịu lực hình vẽ coi tải trọng G phân bố theo chiều dài thân thiết bị A A ll L Mô men uốn cực đại tiết diện nguy hiểm thiết bị bệ đỡ M G (2l L) mg (2l L) (Nm) Trong đó: l (m) :Khoảng cách gối đỡ l =4,180 m L(m) :Chiều dài bồn chứa L =8,180 m  M 24600.9,81 (2.4,180 8,180) 5,43.103 (Nm) 18 Mô men chống uốn tiết diện nguy hiểm W  Dt2 (s c)(m ) (m3)  2,4 (0,005 0,003) 9,05.103 ứng suất mô men uốn : W  u M 5,43.103   0,6.10 W 9,05.10 3 ( m3) (N/m2) ứng suất áp suất :Theo công thức XIII.26 tài liệu  Dt (s c)p 2(s c). (N/m2) Thay số vào ta có 2, 4 ( 0,005 0,003)19660 13,2.10 2.(0,005 0,003).0,9 (N/m2) ứng suất tương đương :  td u =0,6.106+ 13,2.106 = 13,8.106 (N/m2) Điều kiện để kiểm tra theo công thức XIII.22 tài liệu [Dt (s c)]2 p 4.(s c)  (N/m2) Thay số vào ta có : 62 [2,4 (0,005 0,003)]2 19660  241,3.10 (N/m2) 2 4.(0,005 0,003) 0,9 b Ki ểm tra độ ổn định bồn ch ứa Điều kiện kiểm tra theo công thức XIII.24 tài liệu (s c) 1 k 0,125.k1.k 2.( p Ek1.(1 )2 Trong : 19 M ) Dt (m) k = 2.M 0,25 p.Dt M ( Theo công thức XIII.25 – tài liệu ) 2.5,43.103 k= 0,25.19660.2,4 5,43.103  0,63 Khi Dt/(s-c)=2400/(5-3)=1200 hệ số k1 k2 tra theo đồ thị hình XIII.3 tài liệu ta có k1= 3,1 ; k2 = 9,8 Thay số vào ta có s-c =(0,005-0,003) =0,002 (m) =2 10-3 m  185.109 (m) Như vỏ c.Kiể Từ mơ  3,1.(1  0,63  ) 0,125.3,1.9,8.(19660  5,43.10 2,4 ) 0,96.103 bồn chứa đủ bền m tra độ võng bồn chứa hình ta có độ võng điểm gối đỡ  mg l (l 2 2.A ) L 64EJ (m) Trong J mơ men qn tính vỏ bồn chứa J= 0,4.D3.(s-c) l =4,18 (m) A = (m) mg l (l 2 2.A )  (m) L 64.E.0,4.D 3.(s c) Thay số liệu có vào ta có  24600.9,81 4.18 (4.18 2 2.2 ) 8.18 64.185.10 0,4.2,4 (0,005 0,003)  0,0373.103 (m) Tỷ số độ võng chiều dài  0,0373.103  l4,18  8,92.106 (m) Vậy với chiều dày mm bồn chứa đủ bền 20 III Tính chọn bệ đỡ, Neo bể bích Chọn bệ đỡ Bệ đỡ cho bồn chứa xăng có kích thước chọn sau a)Kiể m tra độ bền vỏ vị trí g ối đỡ Tại vị trí gối đỡ vỏ chịu áp suất ngồi áp suất tới hạn cho phép b 16 40 2400 2050 (N/m) (Theo trang 200 – tài Pth = 8EJ/R3 liệu ) J mô men quán tính phần vỏ đỡ tính sau b.(s c) J= 12 (m4) S(m) :là chiều dày phần vỏ đỡ lót hàn bệ đỡ dày 16mm B(m): bề rộng bệ đỡ chọn b = 400mm = 0,4 m 0,4.(0,021 0,003)  194,4.109  J (m4) 12 Thay số vào ta có Pth 8.185.109.194,4.109 1,2  166500 21 (N/m) Tải trọng thực tế phân bố chu vi cung đỡ P p= (N/m) (theo trang 200 –Tài liệu 2.R.sin 60 o ) P(N) :Phản lực gối đỡ P=mg/2 =24600.9,81/2 =120663 (N) 120663 p  58054 (N/m) 2.1,2.0,886 Điều kiện kiểm tra độ bền pth/p5 (Theo trang 200 – tài liệu ) pth/p =166500/58054 =2,87 < chưa đạt yêu cầu Vì ta cần đặt thêm lót dày 5mm(bằng chiều dày vỏ ) hàn với vỏ Khi mơ men qn tính phần vỏ đỡ J`=  pth 0,4.(0,026 0,003) 12 8.185.109.355.109 1,2  355.10 (m4)  303994 (N/m) R/3 Khi pth/p = 303994/58054 = 5,24 >5 Do đạt yêu cầu b).Ki ểm tra độ ổn định bệ đỡ Vùng ảnh hưởng 2400 b Lực ép F tác dụng lên bệ đỡ ; F = k11.Q Trong k11 =0,024 a = 120o Q tải trọng lên bệ đỡ Q = mg/2 = 24600.9,81/2 =120663 (N) 22 bệ đỡ chiều cao chịu ảnh hưởng tải trọng kể từ điểm thấp bồn chứa R/3 Diện tích vùng chịu ảnh hưởng Fw = R.s/3 (m2) S: chiều dày bệ đỡ ( chọn s = 16mm =0,016m) Do Fw =1,2.0,016/3 =6,4.10-3 (m2) ứng suất bệ đỡ s = F / Fw = 120663 / 6,4.106 = 19.106 (N/m2) chọn thép làm bệ đỡ thép CT3 có giới hạn bền cho phép [s] = 145.106 (N/m2) (theo bảng XII-5 tài liệu ) So sánh kết ta có s=19.106(N/m2).