Tính chiều dày bồn chứa

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÂN BỂ

3.1. Phân tích lựa chọn phương án

3.1.2. Tính chiều dày bồn chứa

Bề dày thực của bồn chứa phải lớn hơn bề dày thiết kế yêu cầu bao gồm bề dày ăn mòn cho phép hoặc bề dày thủy áp thủy tĩnh, tuy nhiên bề dày bồn không được nhỏ hơn các giá trị bảng 3.1 sau đây:

Bảng 3. 1. Quy định về bề dày bồn chứa (Mục 3.1.6 API 650) [4]

Đường kính bồn (m) Bề dày tối thiểu (mm)

<15 5

15 đến 36 6

36 đến 60 8

>60 10

 Lựa chọn phương pháp tính chiều dày bể

API 650 đưa ra hai phương pháp tính toán chiều dày thân bể:

Phương pháp 1foot (1foot method) là phương pháp tính toán bề dày bồn chứa theo 1-foot nghĩa là tính bề dày yêu cầu mỗi 1 foot nằm trên đáy bồn chứa. Điều này có nghĩa là bồn chứa xem như được chia nhỏ làm nhiều phần theo chiều cao, mỗi phần có độ cao 1 foot. Tuy nhiên phương pháp này không được sử dụng cho bồn chứa có đường kính lớn hơn 200foot

Phương pháp điểm thiết kế biến thiên (variable design point method) là phương pháp tính lặp bề dày thành bể tại điểm thiết kế căn cứ vào bề dày thành bể đầu tiên của tầng tôn sát đáy, với bề dày của tầng tôn sát đáy được tính theo phương pháp 1foot.

Quá trình tính toán này thường làm giảm bề dày của mỗi course (đoạn bồn) cũng như tổng trọng lượng của bồn, tuy nhiên ý nghĩa quan trọng của phương pháp này là cho phép thiết kế bồn chứa có đường kính lớn trong phạm vi bề dày tối đa cho phép của vật liệu. Thiết kế theo phương pháp này cho ra bề dày bồn tại các điểm thiết kế khi tính toán ứng suất tác động lên bồn gần với ứng suất thực theo chu vi của bồn. Lưu ý

phương pháp này thường được áp dụng để tính toán đối với bể trụ đứng lớn và cực lớn có đường kính lớn hơn 200 foot.

Vì vậy, với thông số:

Dung tích thiết kế V= 20.000 m3 Chiều cao H =22,4 m

Đường kính D = 33,7 m

Trọng lượng riêng G = 0,7 kg/l

Lựa chọn phương pháp 1foot (1foot method) là phương pháp tính toán bề dày bồn chứa

 Tính chiều dày phần trụ

Theo phương pháp 1foot (1foot method) thì chiều dày thành bể được tính toán theo công thức sau:

4, 9. .( 0, 3).

d A

d

D H G

t C

S

   ( trong điều kiện thiết kế )

4, 9. .( 0, 3).

t

t

D H G

t S

  ( trong điều kiện thử áp lực ) Trong đó:

- td: bề dày thân theo thiết kế, mm - tt : Bề dày thân thử thủy tĩnh, mm - D là đường kính bể, m. D=33,7m

- h là khoảng cách từ đáy của mỗi tầng đến mặt thoáng chất lỏng, m

- G là trọng lượng riêng của chất lỏng (gồm 2 trường hợp là chất lỏng thiết kế và nước thử áp lực ), kg/m3, G =0,7 kg/l

- CA là chiều dày ăn mòn cho phép, do nhà thầu cung cấp, mm. CA =1.5 mm - Sd là ứng suất cho phép trong điều kiện thiết kế, Mpa. Sd = 160 Mpa - St là ứng suất cho phép trong điều kiện thử áp lực, Mpa. St = 171 Mpa Dung tích lớn nhất của bể là 90% thể tích bể.

Thể tích chất lỏng trong bể : Vcl=90% .V= 90% .20000 =18000 m3 Khoảng cách từ đáy lên mặt thoáng của chất lỏng trong bể là

2 2

4 4.18000

20,15 3,14.33, 7

Vcl

H D   m

Ta dự định thân bể được hàn từ các tấm thép có kích thước 2x9m.

Như vậy, thân bể được chia làm 10 phần với chiều cao từ đáy mỗi tầng lên mặt thoáng chất lỏng và chiều dày từ đoạn thân bể đáy phải lớn hơn chiều dày đoạn thân bể phía trên.

Bảng 3. 2. Hình dáng sơ bộ của bể thiết kế

Chiều dày đoạn thân bể thứ 1 như sau:

- Trong điều kiện thiết kế

1

4,9.33, 7.(20,15 0,3).0, 7

1,5 16

d 160

t     mm

- Trong điều kiện thử áp lực

1

4,9.33, 7.(20,15 0,3).0, 7

13, 4

t 171

t    mm

Ta sẽ chọn bề dày tấm vỏ thứ nhất sao cho thỏa mãn điều kiện thiết kế và điều kiện phù hợp với yêu cầu thực tế, ta sẽ chọn bề dày là t1 = 16 mm.

Chiều dày đoạn thân bể thứ 2 - Trong điều kiện thiết kế

2

4,9.33, 7.(18,15 0,3).0, 7

1,5 14, 4

d 160

t     mm

- Trong điều kiện thử áp lực

Tầng 1, h = 20,15 m Tầng 2, h = 18,15 m Tầng 3, h = 16,15 m Tầng 4, h = 14,15 m Tầng 5, h = 12,15 m Tầng 6, h = 10,15 m Tầng 7, h = 8,15 m Tầng 8, h = 6,15 m Tầng 9, h = 4,15 m Tầng 10, h = 2,15 m

D = 33,7 m

H =20,15

2

4,9.33, 7.(18,15 0,3).0, 7 171 12,1

tt    mm

Chọn t2 = max ( td2, tt2) = 14,4 mm Chiều dày đoạn thân bể thứ 3

- Trong điều kiện thiết kế

3

4,9.33, 7.(16,15 0,3).0, 7

1,5 13

d 160

t     mm

- Trong điều kiện thử áp lực

3

4,9.33, 7.(16,15 0,3).0, 7

10, 7

t 171

t    mm

Chọn t3 = max ( td3, tt3) = 13 mm Chiều dày đoạn thân bể thứ 4

- Trong điều kiện thiết kế

4

4,9.33, 7.(14,15 0,3).0, 7

1,5 11,5

d 160

t     mm

- Trong điều kiện thử áp lực

4

4,9.33, 7.(14,15 0,3).0, 7 171 9, 4

tt    mm

Chọn t4= max ( td4, tt4) = 11,5 mm Chiều dày đoạn thân bể thứ 5

- Trong điều kiện thiết kế

5

4,9.33, 7.(12,15 0,3).0, 7

1,5 10,1

d 160

t     mm

- Trong điều kiện thử áp lực

5

4,9.33, 7.(12,15 0,3).0, 7 171 8, 0

tt    mm

Chọn t5 = max ( td5, tt5) = 10,1 mm Chiều dày đoạn thân bể thứ 6

- Trong điều kiện thiết kế

6

4,9.33, 7.(10,15 0,3).0, 7

1,5 8, 6

d 160

t     mm

- Trong điều kiện thử áp lực

6

4,9.33, 7.(10,15 0,3).0, 7 171 6, 7

tt    mm

Chọn t6 = max ( td6, tt6) = 8,6 mm Chiều dày đoạn thân bể thứ 7

- Trong điều kiện thiết kế

7

4,9.33, 7.(8,15 0,3).0, 7

1,5 7, 2

d 160

t     mm

- Trong điều kiện thử áp lực

7

4,9.33, 7.(8,15 0,3).0, 7 171 5,3

tt    mm

Chọn t7 = max ( td7, tt7) = 7,2 mm Chiều dày đoạn thân bể thứ 8

- Trong điều kiện thiết kế

8

4,9.33, 7.(6,15 0,3).0, 7

1,5 5, 7

d 160

t     mm

- Trong điều kiện thử áp lực

8

4,9.33, 7.(6,15 0,3).0, 7 171 4, 0

tt    mm

Theo bảng 3.1, Đường kính bể chứa thiết kế nằm trong khoảng 15<D =33,7<36 (m) thì giá trị bề dày tối thiểu là 6 mm. Vì vậy, ta chọn t8 = 6,0 mm

Chiều dày đoạn thân bể thứ 9 - Trong điều kiện thiết kế

9

4,9.33, 7.(4,15 0,3).0, 7

1,5 4,3

d 160

t     mm

- Trong điều kiện thử áp lực

9

4,9.33, 7.(4,15 0,3).0, 7 171 2, 6

tt    mm

Tương tự như đoạn thân bể thứ 8. Giá trị chiều dày tính được khá bé nên theo tiêu chuẩn API 650, ta chọn bề dày tầng 9 là t9 = t8 = 6 mm.

Chiều dày đoạn thân bể thứ 10 - Trong điều kiện thiết kế

10

4,9.33, 7.(2,15 0,3).0, 7

1,5 2,8

d 160

t     mm

- Trong điều kiện thử áp lực

10

4,9.33, 7.(2,15 0,3).0, 7 171 1,3

tt    mm

Tương tự với đoạn thân bể thứ 10. Chọn bề dày t10 = t9 = t8 = 6 mm.

Với vật liệu thép tấm cacbon A36 kích thước 2x9 m. Lựa chọn thông số bề dày thân bể như sau:

Bảng 3. 3. Chiều dày bể chứa với các lớp Đoạn

thân bể

Mực chất lỏng (m)

td (mm) tt (mm) t ( mm) Chiều dày

lựa chọn

1 20,15 16 13,4 16

2 18,15 14,4 12,1 14,4

3 16,15 13,0 10,7 13

4 14,15 11,5 9,4 11,5

5 12,15 10,1 8,0 10,1

6 10,15 8,6 6,7 8,6

7 8,15 7,2 5,3 7,2

8 6,15 5,7 4,0 6,0

9 4,15 4,3 2,6 6,0

10 2,15 2,8 1,3 6,0