thiết kế thiết bị làm việc có áp suất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC
TIỂU LUẬN MÔN HỌC
CƠ SỞ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ HÓA CHẤT
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ THIẾT BỊ LÀM VIỆC CÓ ÁP SUẤT
GVHD: Lý Ngọc Minh
Nhóm thực hiện: số
Lớp học phần: 220402202
Thành phố Quảng Ngãi – 2010
1
DANH SÁCH NHÓM
Gồm 3 thành viên:
1. Nguyễn Mạnh Tuấn(NT) 09027995
2. Phan Anh Tuấn 09028165
3. Phùng Anh Tú 09028145
2
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
3
Thuyết minh sơ đồ công nghệ tháp debutanizer.
Debutanizer tách LPG từ gasoline.
Phần lỏng ở đáy của stripper được đưa tới đĩa 22 của Debutanizer. Hơi ở đỉnh được
ngưng tụ hoàn toàn trong condenser. Áp suất trong Debutanizer được điều khiển bởi
PIC-745 bằng cách by-pass một phần hơi đỉnh qua thiết bị trao đổi nhiệt đến bình
reflux drum D-1554. Lỏng ngưng tụ được bơm khỏi bằng bơm. Một phần chất lỏng
được hồi lưu lại tháp bằng bộ điều khiển FIC-721 được reset bởi TIC-754 trên đĩa thứ
8 ở phần đỉnh của tháp. Dòng hồi lưu này kiểm soát tiêu chuẩn thành phần C
5
trong
sản phẩm đỉnh. Phần còn lại của chất lỏng đỉnh, sản phẩm LPG, được đưa tới LPG
amine absorber T-1556 sau khi làm lạnh tại E-1562, lưu lượng được điều khiển bởi bộ
FIC-723 reset bằng LIC-742.
Tháp được gia nhiệt lại bằng reboiler E-1560A/B. Nhiệt cung cấp cho reboiler lấy từ
dòng pumparound HCO trong cụm Fractionation. Công suất của reboiler được thiết
lập để đảm bảo thành phần C4 trong gasoline đạt yêu cầu (Dòng HCO PA đến E-
1560A/B được điều khiển bằng FIC-722).
Gasoline từ đáy tháp trước tiên được làm lạnh tại stripper reboiler E-1556 và sau đó
tại air cooler E-1558 và cuối cùng tại E-1559. Một phần gasoline được bơm bởi P-
1554A/B đến primary absorber như là dòng lean oil bổ sung khi có yêu cầu. Phần sản

phẩm gasoline còn lại đưa đến phân xưởng xử lý gasoline (gasoline treating unit), với
lưu lượng được điều khiển bởi bộ FIC-715, reset bởi bộ điều khiển mức LIC-736.
Trong trường hợp Maximum Gasoline, dòng heavy naphtha từ cụm Fractionation sẽ
được trộn chung với dòng này.
4
Số liệu thiết kế
Bể chứa LPG có thể tích 20m
3
, làm việc ở áp suất 11kg/cm
2
g và nhiệt độ
40
0
C
I. Tính kích thước của bình chứa.
Tính toán khối lượng riêng của LPG ở 40
0
C.
Mặc định thành phần của LPG bao gồm 50% C
3
và 50%C
4
.
Tra bảng …(sổ tay hóa công tập I)
Kết luận khối lượng riêng của LPG là 567, kg/m
3
.
Chọn loại bình chứa là loại hình trụ đặt nằm ngang, hai đầu là loại nắp hình
elip.
Với thể tích chứa là 20 m

3
ta chọn đường kính trong của bình là D
t
= 2m.
Vậy chiều dài của bình là:
37.6
2*
20*4
*
*4
22
===
ππ
d
V
L
, m.
Chọn chiều dài L = 8, m.
- P áp suất tính toán, N/m
2
.
P = P
mt
+ P
tt
P
mt
= 11kg/cm
2
g = 11*9.81*10

4
N/m
2

5
P
tt
= 2*567*9.81 = 11124 N/m
2
P = 11*10
5
N/m
2
=1.1 N/mm
2
- [σ] là giới hạn bền của vật liệu làm vỏ bình, N/m
2
.
Chọn vật liệu làm vỏ bình là thép cacbon CT3 có các ứng suất cho phép là
σ
k
= 380.10
6
N/m
2
, v à σ
c
= 380.10
6
N/m

2
.
• Xác định ứng suất của thép CT3+
Theo công thức [I-XIII.1] và bảng [I-XIII.3] ta có
+ Giới hạn bền xác định theo công thức:
[ ]
6
6
10*1461*
6.2
10*380
* ===
η
σ
σ
k
k
k
n
, N/m
2
.
+ Giới hạn chảy xác định theo công thức:
[ ]
6
6
10*1601*
5.1
10*380
* ===

η
σ
σ
c
c
c
n
, N/m
2
.
Ta lấy giá trị bé hơn trong hai giá trị vừa tính được do đó ứng suất của thép
cacbon CT3 là:
[σ] = [σ
k
] = 146*10
6
N/m
2
.
- φ hệ số bền hàn. Tra bảng [I-XIII.8] ta có hàn tay bằng hồ quang điện,
hàn giáp mối hai bên do đó φ = 0.95.
6
II. Tính chiều dày của bình
II.1. Tính chiều dày sơ bộ
Bình làm việc dưới áp suất môi trường là p
mt
= 11 kg/cm
2
g
Bước 1: Kiểm tra điều kiện để áp dụng công thứctính bề dày tối thiểu:

[ ]
146
0.95 126 25
1.1
h
P
σ
ϕ
∗
× = × = >
(1)
Từ (1) ta áp dụng công thức tính bề dày tối thiểu.
[ ]
/
2
t
h
D P
S
σ ϕ
∗
×
=
× ×
Thay số, chiều dày tính toán của thân bồn là:
[ ]
/
2000 1.1
7.93
2 146 0.95

2
t
h
D P
S
σ ϕ
∗
×
×
= = =
× ×
× ×
(mm)
Bước 3: Xác định hệ số bổ sung
0a b c
C C C C C= + + +
- Hệ số bổ sung do ăn mòn (C
a
): LPG hầu như không ăn mòn thép làm bồn
chứa, tuy nhiên đẻ dự phòng có lẫn tạp chất ăn mòn thép tốc độ ăn mòn có
thể lấy 0.02mm/năm. Tuổi thọ của bồn dự tính 100 năm. Vậy hệ số bổ sung
ăn mòn là:
C
a
=0.02/100 = 2(mm)
- Hệ số bỏ sung mài mòn (C
b
): do bồn chứa LPG có dòng liên tục do đó ta
chọn tốc độ ăn mòn là:
C

b
=0.02x100 = 2(mm)
7
- Hệ số bổ sung sai lệch khi chế tạo, lắp ráp: chọn C
c
= 0(mm)
- Hệ số qui tròn kích thước: C
0
=1.07(mm)
Vậy C = 2+2+0+1.07 = 5.07 (mm)
Bước 4: xác định bề dày thân thiết bị.
/
7.93 5.07 13( )S S C mm= + = + =
Bước 5: Kiểm tra điều kiện
0.1
a
S C
Dt
−
<
(2)
Thay số:
13 2
0.0055 0.1
2000
a
S C
Dt
−
−

= = <
Vậy điều kiện (2) hoàn toàn thỏa mãn
Bước 6 kiểm tra áp suất cho phép trong thân thiết bị
[ ]
2 ( )
( )
h a
t a
S C
P
D S C
σ ϕ
∗
× × × −
=
+ −
Thay số:
[ ]
2
2 ( )
2 146 0.95 11
1.51( / )
( ) 2000 11
h a
t a
S C
P N mm
D S C
σ ϕ
∗

× × × −
× × ×
= = =
+ − +
Áp suất cho phép P= 1.51(n/mm
2
) > P
tính toán
=1.1(N/mm
2
)
Vậy thân thiết bị có chiều dày 13 mm đảm bảo an toàn ở áp suất và nhiệt độ
làm việc.
III. Tính chiều dày phần elip ở hai đầu của bình.
8
Hình 1: phần elip ở hai đầu bình
Với đường kính trong D
t
= 2000 mm, theo bảng [I-XIII.10] ta chọn các kích
thước liên quan như sau:
D
t
h
b
h M
n
mm mm mm kg
2000 500 40 A=512
III.1. Tính chiều dày sơ bộ hai đầu của bình
Bước 1: Kiểm tra điều kiện để áp dụng công thứctính bề dày tối thiểu:

[ ]
146
0.95 126 25
1.1
h
P
σ
ϕ
∗
× = × = >
(3)
Từ (3) ta áp dụng công thức tính bề dày tối thiểu.
[ ]
/
2
t t
h
D R
S
σ ϕ
∗
×
=
× ×
Thay số, chiều dày tính toán của thân bồn là:
[ ]
/
1.1 2000
7.93
2 146 0.95

2
t
h
P R
S
σ ϕ
∗
×
×
= = =
× ×
× ×
(mm)
9
Bước 3: Xác định hệ số bổ sung
0a b c
C C C C C= + + +
- Hệ số bổ sung do ăn mòn (C
a
): LPG hầu như không ăn mòn thép làm bồn
chứa, tuy nhiên đẻ dự phòng có lẫn tạp chất ăn mòn thép tốc độ ăn mòn có
thể lấy 0.02mm/năm. Tuổi thọ của bồn dự tính 100 năm. Vậy hệ số bổ sung
ăn mòn là:
C
a
=0.02/100 = 2(mm)
- Hệ số bỏ sung mài mòn (C
b
): do bồn chứa LPG có dòng liên tục do đó ta
chọn tốc độ ăn mòn là:

C
b
=0.02x100 = 2(mm)
- Hệ số bổ sung sai lệch khi chế tạo, lắp ráp do có độ khó nên chọn C
c
=
1(mm)
- Hệ số qui tròn kích thước: C
0
=1.07(mm)
Vậy C = 2+2+1+1.07 = 6.07 (mm)
Bước 4: xác định bề dày thân thiết bị.
/
7.93 6.07 14( )S S C mm= + = + =
Bước 5: Kiểm tra điều kiện
0.125
a
S C
Dt
−
<
,
500 1
0.25 0.2
2000 4
t
t
h
D
= = = >

Vậy các điều kiện đã thỏa mãn.
Bước 6: kiểm tra áp suất 2 đáy bồn:
10
Từ công thức:
[ ]
2 ( )
2 146 0.95 (14 2)
1.65
( ) 2000 (14 2)
h a
t a
S C
P
R S C
σ ϕ
× × × −
× × × −
= = =
+ − + −
(N/mm
2
)
Lớn hơn áp suất tính toán P= 1.1(N/mm
2
)
Kết luận: chiều dày 2 đáy bồn chứa lá 14 mm đảm bảo an toàn ở áp suất và
nhiệt độ làm việc.
Với chiều dày nắp là S =14 mm, tra bảng [I-XIII.11] ta có khối lượng phần
nắp bình là M
n

= 512, kg.
Tính điều kiện khoét lỗ trên thân bồn chứa.
Các thiết bị đường ống lắp vào bồn theo phương pháp hàn.
a. Các lỗ nhập, xuất, vét bồn ở đáy bồn
Theo quy trình yêu cầu công nghệ drum có các đường sau:
• Đường nối dòng công nghệ đầu vào Φ = 400 mm
• Đường nối dòng công nghệ đầu ra Φ = 350 mm
• Lỗ ống gắn van an toàn Φ = 150
• Đường xả khí khi vệ sinh: Φ = 200 mm
• Và một số đường vét bồn đặt ở vị trí thấp nhất của bồn. Φ = 20 mm
b. Xác định đường kính lớn nhất của lỗ không cần tăng cứng.
Từ công thức:
Trong đó K: hệ số kể đến độ bền của thân, được xác định như sau.
11
[ ]
1.1 2000
0.5975
(2.3 ) ( ) (2.3 1.46 1.1) (13 2)
t
P D
K
P S C
σ
×
×
= = =
× − × − × − × −
(mm)
Ta có:
3

3
ax
0.37 ( ) (1 ) 0.37 2000 (13 2) (1 0.5975) 9.580 9.6 ( )
m t a
d D S C K mm= × − × − = × × − × − = ≈
Vậy tất cả các lỗ ống cần phải tăng cứng bằng bạc lót.
• Đường nối dòng công nghệ đầu vào Φ = 400 mm
ống được hàn trực tiếp vào bồn, được tăng cứng bằng vòng tăng cứng có
chiều dày 13 mm và bề rộng bằng: B = 2d =2 X 400 = 800 mm
Kiểm tra độ bền của vòng tăng cứng bằng công thức sau:
ax
( ) ( )
n m
S B d S d d× − ≥ × −
Trong đó S
n
: chiều dày vòng tăng cứng
B: chiều rộng vòng
S: chiều dày thân thiết bị
d
max
: đường kính giới hạn tăng cứng 9.6 mm
Thay số ta có: 13 X (800-400) ≥ 13 X (400 – 9.6)
400 > 390.4
Vậy độ bền tăng cứng thỏa mãn điều kiện, an toàn
• Đường nối dòng công nghệ đầu ra: Φ = 350 mm
Tương tự ta có: B=2d = 2 x 350 = 700 mm
Kiểm tra độ bền của vòng tăng cứng:
ax
( ) ( )

n m
S B d S d d× − ≥ × −
= 13 x (700-350) ≥ 13 x (350 – 9.6)
12
350 > 340.4
Vậy độ bền tăng cứng thỏa mãn điều kiện, an toàn
• Lỗ ống gắn van an toàn Φ = 150 mm
Tương tự ta có: B=2d = 2 x 150 = 300 mm
Kiểm tra độ bền của vòng tăng cứng:
ax
( ) ( )
n m
S B d S d d
× − ≥ × −
= 13 x 150 > 13 x 140.4
Vậy độ bền tăng cứng thỏa mãn điều kiện, an toàn
• Đường xả khí khi vệ sinh: Φ = 200 mm
B=2d = 2 x 200 = 400 mm
Kiểm tra độ bền của vòng tăng cứng:
ax
( ) ( )
n m
S B d S d d
× − ≥ × −
= 13 x 200 > 13 x 190.4
Vậy độ bền tăng cứng thỏa mãn điều kiện, an toàn
• Đường vét bồn đặt ở vị trí thấp nhất của bồn. Φ = 20 mm
B=2d = 2 x 20 = 40 mm
Kiểm tra độ bền của vòng tăng cứng:
ax

( ) ( )
n m
S B d S d d× − ≥ × −
= 13 x 20 > 13 x 10.4
Vậy độ bền tăng cứng thỏa mãn điều kiện, an toàn.
13
IV. Chọn mặt bích
Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của của thiết bị cũng
như nối các bộ phận khác với thiết bị.
Công nghệ chế tạo mặt bích phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo mặt bích, phương
pháp nối và áp suất của môi trường.
Có nhiều kiểu mặt bích chủ yếu như: bích liền, bích tự do, bích rèn…
IV.1. Các loại đường nối với bình.
Đường ống lắp van an toàn Φ =150mm
Đường xả khí khi vệ sinh Φ = 200 mm
Đường nối dòng công nghệ đầu ra Φ = 350 mm
Đường nối dòng công nghệ đầu vào Φ = 400mm
Và một số đường 20 mm dùng để xả khi vệ sinh bình được đặt ở dưới đáy
thấp nhất của bình
Đối với kích thước của các đường ống trên, ta chọn các loại bích liền bằng
thép để nối ống dẫn và các bộ phận của thiết bị.
Theo bảng [I-XIII.26] chọn bích loại 2.
14
Hình 2. Bích nối các đường ống công nghệ
Tra bảng [I-XIII.26] với áp suất thử P và các đường kính lỗ tương ứng thì ta
có các kích thước của mặt bích và thông số về bulong như trong bảng sau:
P
y
N/m
2

D
y
mm
D
n
mm
D
mm
D
t
mm
D
l
mm
d
b
mm
z
cái
D
7
mm
S
1
mm
h
mm
20 25 105 75 58 M12 4 44 12 18
200 219 310 270 242 M20 8 246 23 30
350 377 520 470 438 M22 16 408 29 38

400 426 610 550 505 M30 16 476 38 48
IV.2. Cửa người
Cửa người dùng trong quá trình duy tu bảo dưỡng thiết bị. Cửa người phải
có kích thước đủ lớn để một người có thể chui vào được.
Chọn kích thước của cửa người là H=600 mm. Theo bảng [I-XIII.27] chọn
loại bích kiểu số 1.
15
Hình 3. Bích dùng cho cửa người
Tra bảng [I-XIII.27] với áp suất thử P và đường kính lỗ tương ứng thì ta có
các kích thước của mặt bích cũng như thông số về bulong như trong bảng
sau:
P
y
D
t
D D
b
D
1
D
0
d
b
Z h
1.4*10
6
600 775 710 665 619 M30 20 30
Tính toán phần cửa người chui:
Cửa người chui có đường kính d=600 mm . dùng vòng tăng cứng có chiều
dày bằng chiều dày thân thiết bị: S

n
=13 mm
Chiều rộng: B = 2d = 2 x 600 = 1200 mm
Kiểm tra độ bền của vòng tăng cứng:
ax
( ) ( )
n m
S B d S d d
× − ≥ × −
= 13 x 600 > 13 x 590.4
Vậy độ bền tăng cứng cho cửa người thỏa mãn điều kiện, an toàn
Tính bich phẳng cho cửa người:
16
Dùng bích phẳng để bít kín cửa người chui

Dn
C
A
t
Bề dày bich phẳng được tính
[ ]
2
0.41 1 7.3 0.57 1
h h
n
bi n
d
P l
T D Z
c D P

σ
σ


 
 
 
 
= × × + × × × × × −
 
 ÷
 
 
 
 


Trong đó l là cánh tay đòn
775 (600 13)
81( )
2 2
n
C D
l mm
−
− +
= = =
17
Chân đỡ thiết bị.
Thường người ta không đặt trực tiếp thiết bị lên bệ mà phải có tai treo hay

chân đỡ.
Hình 4. Một kiểu của chân đỡ thiết bị hình trụ nằm ngang
Ta sẽ đặt bình trên hai chân đế ở hai đầu bình.
Tổng tải trọng đặt lên chân đế bao gồm:
Trọng lượng bản thân của bình
Trọng lượng phần LPG chứa trong bình.
IV.3. Tính khối lượng của bản thân bình:
Khối lượng của bình là:
18
M = M
n
+ M
t
+ M
bx
, kg
Trong đó
M
n
là khối lượng hai đầu bình hình elip,
M
n
= 2*512 = 1024 kg.
M
t
khối lượng phân thân bình, kg
M
t
= 3.14*(2010
2

– 2000
2
)*8000*7.85*10
-5
/4
M
t
= 1976, kg.
M
bx
khối lượng bổ xung, có kể đến khối lượng bích, cửa người, bulong…, kg
Chọn M
bx
= 500, kg.
Do đó: M = 876 + 500 + 1976 = 3352, kg.
IV.4. Tính khối lượng của LPG chứa trong bình:
M
lpg
= 20*0.567*10
3
= 11340, kg.
Vậy tổng tải trọng đặt lên chân đế là:
M = 3352 + 11340 = 14692, kg.
Tải trọng đặt lên một chân đế là:
M
d
= M/2 = 7346, kg.
Tra bảng [I-XIII.37] ta có các kích thước liên quan
H B S
H

mm mm mm
625 445 10
19
20