2.4.1 Tổng quan
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 độăn 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
đang vận hành, khi thử áp lực)
— Trạng thái 2: Bể chịu áp lực ngoài. Trạng thái này bể không chứa nhiên liệu (khi ngừng vận hành, khi mới chế tạo xong)
Ở mỗi trạng thái, áp lực tác dụng lên vỏ bể là khác nhau. Việc thiết kế phải kểđến khả năng làm việc nguy hiểm của công trình, cho nên thực hiện tính toán với 2 trạng thái cụ thể sau:
— 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/cm2) và áp suất thử áp lực (Pt = 27 kG/cm2). Trong cả 2 trường hợp, cách tính toán như nhau, chỉ khác ởỨng suất cho phép của vật liệu làm vỏ bể. Sau tính toán, giá trị bề dày của vỏ bểđược 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.
Sinh Viên Thực Hiện: NGUYỄN THẾ HÙNG 7502.46 – 46CB ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
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 sẽđược 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
Từđây áp lực trong tác dụng lên vỏđáy 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 trịđược tính theo các công thức sau:
— Công thức tính chiều dày trên cơ sởứng suất theo phương chu vi t1 = PR / (SE – 0.6P) (1)
Sinh Viên Thực Hiện: NGUYỄN THẾ HÙNG 7502.46 – 46CB ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
Cán Bộ Hướng Dẫn: KS. NGUYTS. BẠCH ANH TUỄN THÀNH NAM ẤN CÔNG TY CPETROLIMEX Ổ PHẦN TƯ VẤN XÂY DỰNG
— Công thức tính chiều dày trên cơ sởứng 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
Sinh Viên Thực Hiện: NGUYỄN THẾ HÙNG 7502.46 – 46CB ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
Cán Bộ Hướng Dẫn: KS. NGUYTS. BẠCH ANH TUỄN THÀNH NAM ẤN CÔNG TY CPETROLIMEX Ổ PHẦN TƯ VẤN XÂY DỰNG
Bảng 3: Tính toán bề dày tối thiểu của thành bể theo khả năng chịu áp lực trong
SỐ LIỆU ĐẦU VÀO
–Áp lực có kểđến trọng lượng nhiên liệu P = 18.19 kG/cm2
–Bán kính trong R = 210 cm
–ƯS lớn nhất cho phép của vật liệu thép S = 1225 kG/cm2 –Hệ số liên kết hàn theo phương chu vi E = 1
–Hệ số liên kết hàn theo phương dọc E = 1
–Ăn mòn cho phép C.A = 0.16 cm
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)
= 18.19*210/(1225*1-0.6*18.19)
= 3.12 cm
–Bề dày tối thiểu theo phương dọc (2) t2 = PR / (2SE + 0.4P)
=18.19*210/(2*1225*1+0.4*18.19)
= 1.55 cm
–Bề dày tối thiểu yêu cầu tr = max (t1 ; t2)
= max (3.12 ; 1.55)
= 3.12 cm
–Bề dày bể có kểđến ăn mòn tca = tr + C.A
= 3.12 + 0.16 = 3.28 –Làm tròn ts = 3.30 cm KẾT LUẬN –Bề dày thành bể chọn là ts = 3.30 cm
Sinh Viên Thực Hiện: NGUYỄN THẾ HÙNG 7502.46 – 46CB ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
Cán Bộ Hướng Dẫn: KS. NGUYTS. BẠCH ANH TUỄN THÀNH NAM ẤN CÔNG TY CPETROLIMEX Ổ PHẦN TƯ VẤN XÂY DỰNG
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: — Kích thước bể
— Bề dày thành bể
— Vật liệu — Loại đầu bể
Theo tiêu chuẩn, có 2 nhóm bểđược kiểm tra theo 2 cách khác nhau phụ thuộc vào tỷ số Do/t:
— Nhóm có tỷ số Do/t ≥ 10 — Nhóm có tỷ số Do/t <10
Việc kiểm tra khả năng chịu áp lực ngoài xem phần PHỤ LỤC I: KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỊU ÁP LỰC NGOÀI – PHẦN A.
Sinh Viên Thực Hiện: NGUYỄN THẾ HÙNG 7502.46 – 46CB ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
Cán Bộ Hướng Dẫn: KS. NGUYTS. BẠCH ANH TUỄN THÀNH NAM ẤN CÔNG TY CPETROLIMEX Ổ PHẦN TƯ VẤN XÂY DỰNG
Bảng 4: Kiểm tra bề dày của thành bể theo khả năng chịu áp lực ngoài SỐ LIỆU ĐẦU VÀO
–Đường kính ngoài Do = 426.6 cm
–Chiều dài phần thân bể L = 3000
–Bề dày tối thiểu yêu cầu tr = 3.12 cm
–Môđun đàn hồi của vật liệu E = 2100000 kG/cm2 –Chiều cao đầu bể h = 110 cm TÍNH TOÁN –Xác định các tỷ số Do/tr = 426.6/3.12 = 137 > 10
–Chiều dài tổng cộng (Fig-UG 28.1) Lt = L+2*h/3
= 3000+2*110/3
= 3073 cm
→Lt/Do = 3073/426.6
= 7.2
Fig. G in Subpart 3 of Section II, Part
D A =0.00012
–Áp lực ngoài cho phép tác dụng lên bể Pa = 2AE / [3(Do/tr)]
= 2*0.00012*2100000/[3*(426.6/3.12)]
= 1.226 kG/cm2
–So sánh với áp lực khí quyển Pa > P=1.02 kG/cm2 Thỏa mãn
KẾT LUẬN
Sinh Viên Thực Hiện: NGUYỄN THẾ HÙNG 7502.46 – 46CB ĐẠI HỌC XÂY DỰNG