L ỜI CẢM ƠN
2.2. Khái niệm và phân loại bồn chứa
2.2.1. Khái niệm về bồn chứa
Bồn chứa là một công trình xây dựng nhằm mục đích phục vụ cho công tác tàng chữ 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 công nghệ, người ta đã tiến hành nghiên cứu và xây dựng các loại các loại bồn chứa có cấu trúc phức tạp nhưng hợp lý hơn về mặt kết cấu góp phần đem lại hiệu quả kinh tế cao.
2.2.2. Phân loại bồn chứa
* Phân loại theo hình dạng bồn:
- Bồn chứa hình trụ (trụ đứng, trụ ngang); - Bồn hình cầu;
- Bồn hình giọt nước…
Vị trí của bồn trong không gian có thể đặt cao hơn mặt đất (trên gối tựa), đặt trên mặt đất, ngầm hoặc nửa ngầm hoặc dưới nước.
* Phân loại theo mái bồn:
- Bồn chứa có thể tích không đổi (mái tĩnh – cố định).
- Bồn chứa có thể tích thay đổi (mái phao – ngoài mái cố định còn có phao nổi trên mặt chất lỏng; hoặc mái nổi – bản thân là mái phao).
Trường DDH Bà Rịa - Vũng Tàu
- Bồn chứa áp lực thấp: khi áp lực dư pd≤ 0,002 MPa và áp lực chân không (khi xả hết chất lỏng) po≤ 0,0025 MPa (0,0025 kG/cm2).
- Bồn chứa áp lực trung bình.
- Bồn chứa áp lực cao: khi áp lực dư pd > 0,002 MPa.
2.2.2.1. Bồn chứa trụđứng áp lực thấpa. Bồn chứa trụđứng mái tĩnh a. Bồn chứa trụđứng mái tĩnh
Bồn chứa trụđứng mái tĩnh thường để chứa các sản phẩm dầu mốc hơi đàn hồi áp lực thấp. Thể tích có thể rất khác nhau, từ 100 đến 20000 m3 (chứa xăng), thậm chí tới 50000 m3 (chứa dầu mazut, …).
Hình 2.1. Bồn trụ đứng mái tĩnh
Các bộ phận chính của bồn gồm:
- Đáy bồn: Được đặt trên nền cát đầm chặt hoặc nềnđược gia cố có lớp cách nước và được hàn từ các tấm thép.
- Thân bồn: Là bộ phận chịu lực chính, gồm nhiều khoang thép tấm hàn lại, có thể thay đổi được hoặc không thay đổi chiều dày dọc theo thành bồn.
- Mái bồn: Cũng đựơc tổ hợp từ các tấm thép hàn lại với các dạng chính như sau: mái nón, mái treo, mái trụ cầu, mái vòm.
Trường DDH Bà Rịa - Vũng Tàu
b. Bồn chứa trụđứng mái phao
Loại bồn này hiện nay được sử dụng khá nhiều trên thế giới. Việc sử dụng loại mái phao mang lại hiệu quả kinh tế cao, làm giảm đáng kể sự mất mát
hydrocacbon nhẹ, giảm ô nhiễm môi trường xung quanh. Việc loại trừ khoảng không gian hơi trên bề mặt xăng dầu chứa trong bồn 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 bồn: bồn hở có mái phao và bồn kín có mái phao. Trường hợp bồn hở có hệ số xuất nhập lớn và nằm trong vùng khí hậu không có tuyết thường dùng kiểu mái hở không có phao.
Hình 2.3. Bồn chứa trụ đứng mái phao
Các bộ phận chính của bồn gồm:
- Phao nổi thường được làm từ các hợp loại kim nhẹ, có joăng 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 chỉđóng vai trò bao che chứ không
đóng vai trò chịu lực.
c. Bồn chứa trụ ngang
Bồn chứa trụ ngang dùng để chứa các sản phẩm dầu mỏ dưới áp lực dư pd≤ 0,2 MPa và khí hóa lỏng có pd≤ 1,8 MPa, áp lực chân khô ng po ≤ 0,1 MPa. Bồn 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, có thể tăng đáng kể áp lực dư so với bồn trụ đứng. Nhược điểm là tốn chi phí chế tạo gối tựa.
Trường DDH Bà Rịa - Vũng Tàu
hoặcđúc liền khối (bồn có kích thước nhỏ). Với bể có kích thước lớn thì được tổ hợp từ các phân đoạn nhỏ. Các phân đoạn bồn lại được tổ hợp từ các tấm thép và được hàn tự động trong xưởng chế tạo. Bên trong còn được bố trí thêm các vành gia cường bằn g th ép đểđảm bảo độ ổn định cũng như độ bền của bồn.
Hình 2.4. Bồn chứa trụ ngang
Bồn chứa trụ ngang có 3 bộ phận chính: thân, đáy, gối tựa
- Thân bồn: bằng thép tấm được chia làm nhiều khoang. Các tấm thép được lien kết với nhau bằng đường hàn đối đầu, bên trong mỗi khoang đặt các vành cứng bằng thép góc và hàn với thân bồn.
- Đáy: có hình dạng khác nhau phẳng, nón, trụ, cầu elip. Việc lựa chọn dạng đáy phụ thuộc thể tích, áp lực dư trong bồn chứa. Bồn chứa được đặt trên nền móng bằng bê tông cốt thép.
- Gối tựa: gồm hai gối hình cong lõm bằng bê tông hoặc gối tựa dạng thanh đứng.
2.2.2.2. Bồn chứa áp lực cao
Đối với các bể chứa nhiên liệu lỏng do có khoảng trống dẫn tới việc bay hơi của nhiên liệu trong khoảng mặt thoáng và mái bể gây nên áp suất dưđồng 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.
a. Bồn trụ đứng mái cầu
Trường DDH Bà Rịa - Vũng Tàu
Pd = 0,01 ÷ 0,07 Mpa. Mái gồm các tấm chỉ cong theo phương kinh tuyến. Với bán kính cong r1 bằng đường kính thân bồn. Thân bồn được tổ hợp hàn từ những tấm thép, bề dày thân bồn có thể thay đổi được hoặc không thay đổi dọc theo chiều cao thành bể. Đáy bồn cũng được đặt trên nền gia cố với móng bằng bê tông cốt thép. Khi chế tạodưới bể được bố trí các bu lông neo giữ quanh thân vì khi trong bể còn ít chất lỏng, dưới tác dụng của áp lựcdư lớn, phần xung quanh đáy có thể bị uốn cong và nâng lên cùng thân.
Hình 2.5. Bồn chứa trụ đứng mái cầu
b. Bồn chứa cầu
Bồn cầu là loại bồn thường dùng chứa sản phẩm lỏngdưới áp lực cao như khí hóa lỏng hoặc thành phần nhẹ của xăng với áp lực dư Pd = 0,25 ÷ 1,8 Mpa. Thể tích bể V = 600 ÷ 4000m3.
Bồn cầu chế tạo phức tạp hơn nhiều so với bồn trụ. Bồn được hàn tổ hợp từ các tấm cong hai chiều được chế tạo bằng cách cán nguội hoặc dập nóng (khi chiều dày lớn). Các tấm thường được hàn với nhau bằng đường hàn đốiđầu. Cách chia các tấm trên mặt cầu có nhiều hình dạng khác nhau: múi kinh tuyến với các mạch song song hoặc so le.
Bồn 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 bồn. Các thanh chống nên tiếp xúc với mặt bể để giảm ứng suất cục bộ và không tỳ vào đường hàn nối các tấm của vỏ bể.
Trường DDH Bà Rịa - Vũng Tàu
Hình 2.6. Bồn chứa cầu
c. Bồn chứa hình giọt nước
Khuynh hướng đi tìm một giải pháp kết cấu cho ứng lực trên bồn tương đối đồng nhất đã đưa đến giải pháp bồn dạng giọt nước.
Loại bồn 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.
Bồn 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.
2.3. TÌNH HÌNH XÂY DỰNG BỒN BỂ CHỨAỞ NƯỚC TA
Trong những năm gần đây sự phát triển của ngành dầu khí và nhu cầu về tiêu thụ, cung ứngxăng dầu ngày càng to lớn. Do vậy, hàng loạt các loại bồn chứađã 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 25000 m3 (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 mang
Trường DDH Bà Rịa - Vũng Tàu
lại hiệu quả k in h tế cao. Một trong những giải pháp đó là nâng sức chứa có
dung tích từ 10000 m3 đến 20000 m3, thậm chí lên đến 50000 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.
2.4. CẤU TẠO 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 LPG.
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 sự hấp thụ nhiệt từ môi trường bên ngoài. Trên mỗi bồn chứa được lắp đặt các thiết bị để đảm bảo an toàn cho bồn chứa.
Mỗi bồn chứa được lắp 2 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 1 van xả áp ra đuốc đốt khi có bất kì sự cố vượt áp nào. Trường hợp các van an toàn áp suất được nối với đuốc đốt thì mỗi van an toàn cần lắp đặt thêm các van cách ly, bố trí ở phía xả các van an toàn cần được tháo gỡ để kiểm tra định kì.
Trên mỗi bồn chứa có lắp đặt thiết bị báo mức trên mỗi bồn chứa được thiết kế dạng báo tín hiệu trực tiếp và chính xác đến người vận hành. Trong suốt quá trình xuất hay nhập sản phẩm các thiết bị báo mức này theo dõi và đo mức chất lỏng trong bồn để báo về phòng điều khiển ngừng quá trình xuất hay nạp sản phẩm.
Tại đầu đường ống nạp của bồn còn lắp đặt các van SDV với mục đích an toàn, các van SDV sẽ đóng khi có tín hiệu báo mức cao trong bồn nhằm mục đích bảo vệ bồn, tránh tình trạng xảy ra trường hợp quá đầy và tăng tính lưu động trong quá trình tàng trữ sản phẩm.
Tại đường xuất của mỗi bồn chứa cũng lắp đặt các van SDV thứ 2, khi có tín hiệu báo mức thấp trong bồn thì van này sẽ đóng lại. Mục đích của việc lắp đặt van này là bảo vệ bồn chứa không bị tình trạng hút chân không và làm hư các máy bơm của bồn. Chức năng thứ 2 của van này là nhận tín hiệu cháy từ 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.
Trường DDH Bà Rịa - Vũng Tàu
kế cho việc ghi lại nhiệt độ và áp suất một cách thường 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 dùng hiển thị các thông số áp suất trong bồn. - T: Nhiệt kế để đo các giá trị về nhiệt độ trong bồn.
- PT: Bộ chuyển áp để đo các giá trị áp suất trong suốt quá trình xuất nạp sản phẩm, giá trị đó được chuyển về phòng điều khiển.
- L2: Thiết bị chuyển đổi mức: có vai trò trong khi xuất nạp sản phẩm thiết bị này sẽ tiền báo động về mức chất lỏng trong bồn chứa ở mức thấp hay cao tương ứng.
- L3: Thiết bị truyền mức hoạt động bằng từ sau khoảng 10-15 phút kể từ khi tiền báo động về mức chất lỏng cao trong bồn thì thiết bị báo mức L3 phát tín hiệu và kích hoạt động các van nạp sản phẩmở 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 công tắc áp suất mức thấp LSL sẽ đóng bơm xuất sản phẩm.
- VR: Van hồi lưu có chức năng tiếp nhận hơi hồi lưu vào bồn chứa để bù thể tích khí đang xuất.
- M: Cửa người sử dụng cho người chui vào kiểm tra trong quá trình bảo dưỡng. - A: Van nạp sản phẩm.
Trường DDH Bà Rịa - Vũng Tàu
CHƯƠNG III
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỒN CHỨA LPG DUNG TÍCH 800 m
33.1. TÍNH TOÁN BỒN CHỨA LPG3.1.1. Lý thuyết tính toán 3.1.1. Lý thuyết tính toán
3.1.1.1. 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 bằng nhiệt độ cao nhất của môi trường đang thực hiện quá trình.
Nếu thiết bị bọc lớp cách nhiệt thì lấy nhiệt độ tính toán bằng nhiệt độ ở bề mặt lớp cách nhiệt cộng thêm 20oC.
3.1.1.2. Áp suất làm việc, áp suất tính toán
Áp suất làm việc là áp suất của môi trường trong thiết bị sinh ra khi thực hiện các quá trình không kể áp suất tăng tức thời (khoảng 10% áp suất làm việc) ở trong thiết bị.
Áp suất tính toán là áp suất của môi trường trong thiết bị, được dùng làm số liệu để tính toán thiết bị theo độ bền và độ ổn định. Nếu áp suất thủy tĩnh của thiết bị (có chứa chất lỏng) bằng 5 % áp suất tính toán thì bỏ qua, còn nếu nó lớn hơn 5% thì áp suất tính toán ở phần sát đáy của thiết bị được xác định như sau
P = Pm + g.ρ.h, (N/m2)
Trong đó: Pm: là áp suất môi trường, N/m2;
g: là gia tốc trọng trường, m/s2;
ρ: là khối lượng riêng của chất lỏng, kG/m3; h: là chiều cao cột chất lỏng, m.
3.1.1.3. Ứng suất cho phép
Việc lựa chọn ứng suất cho phép ở các chi tiết khi tính độ bền và độ ổn định của chúng phụ thuộc vào đặc tính bền của kim loại ở nhiệt độ tính 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.
Trường DDH Bà Rịa - Vũng Tàu
Đối với các chi tiết thiết bị được chế tạo từ các kim loại cơ bản (thép, gang, kim loại màu và hợp kim của chúng) chịu tải trọng tĩnh do áp suất trong hoặc áp suất chân không cũng như chịu tác dụng của tải trọng gió và động đất, người ta nêu ra đại lượng tiêu chuẩn, đó là ứng suất cho phép tiêu chuẩn [σ]*.
Ứng suất cho phép tiêu chuẩn này được dùng để tính các chi tiết chịu kéo, nén và uốn. Còn khi các chi tiết chịu xoắn và cắt ở các điều kiện khác nhau thì lấy ứng suất cho phép tiêu chuẩn nhân với hệ số 0,6.
3.1.1.4. Hệ số hiệu chỉnh
