Tính toán thiết kế hệ thống bồn chứa dầu FO cung cấp cho nồi hơi năng suất 5 tấn/giờ của một nhà máy sản xuất mì ăn liền

Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống bồn chứa FO

MỤC LỤC
Trang

GVHD: Th.S Trần Quang Quới

-1-

Lớp: DH07HD


Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay việc sử dụng sản phẩm từ dầu mỏ làm nguồn nhiên liệu
trong sản xuất công nghiệp đã trở nên phổ biến. Đặc biệt là ở một đất nước
có nền kinh tế đang phát triển như Việt Nam. Vì vậy việc thiết kế và bố trí
hệ thống tồn trữ nhiên liệu trong một khu công nghiệp hay một nhà máy,
phân xưởng là điều cần thiết để có thể đảm bảo cho quá trình sản xuất diễn
ra một cách liên tục và có thể chủ động được trong một số trường hợp khi
xảy ra sự cố. Đồ án môn học “ Quá trình và thiết bị trong CNHH và Thực
Phẩm” sau chúng em xin trình bày đề tài “Tính toán thiết kế hệ thống bồn
chứa dầu FO cung cấp cho nồi hơi năng suất 5 tấn/giờ của một nhà máy sản
xuất mì ăn liền”.
Nhóm thực hiện đồ án chúng em xin chân thành cảm ơn Ban Giám
Hiệu trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu, cảm ơn các thầy cô trong Khoa

Hóa học & Công nghệ thực phẩm đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho
chúng em thực hiện đồ án này. Đặc biệt chúng em xin gởi lời cảm ơn chân
thành đến Th.S Trần Quang Quới, thầy đã nhiệt tình chỉ bảo, giúp đỡ chúng
em hoàn thành đồ án này.
Qua quá trình tìm hiểu tài liệu và được sự hướng dẫn của thầy giáo
hướng dẫn chúng em đã thiết kế được hệ thống bồn chứa dầu cung cấp cho
nhà máy sản xuất mì ăn liền và có thể ứng dụng trong thực tiễn. Với sự hạn
chế về kiến thức thực tế nên không thể tránh khỏi những sai sót nhất định.
Chúng em rất mong nhận được sự góp ý của các Thầy (Cô) giáo trong
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm để bài báo cáo được hoàn thiện
hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

GVHD: Th.S Trần Quang Quới

-2-

Lớp: DH07HD


Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống bồn chứa FO

Ý NGHĨA KINH TẾ, KỸ THUẬT CỦA ĐỒ ÁN

Đồ án “Tính toán thiết kế hệ thống bồn chứa dầu FO cung cấp cho nồi
hơi năng suất 5 tấn/giờ của một nhà máy sản xuất mì ăn liền” là một đồ án
có tính ứng dụng cao trong thực tiễn. Việc đi từ lý thuyết đến thiết kế đồ án
và đưa vào ứng dụng trong thực tế cho thấy rõ những ý nghĩa về mặt kinh

tế kĩ thuật của đồ án trong việc đảm bảo được việc tồn trữ nhiên liệu cho
nhà máy cả về mặt kinh tế cũng như kĩ thuật. Để có thể thiết kế hợp lý hệ
thống bồn chứa dầu nhiên liệu cho nhà máy sản xuất mì ăn liền, trước hết
người thiết kế phải hiểu rõ về tính chất hóa lý của nhiên liệu cần tồn trữ,
điều kiện làm việc của bồn chứa để lựa chọn loại vật liệu chế tạo thích hợp,
tính toán đủ bền cho bồn chứa, tùy theo năng suất thực tế của nhà máy lựa
chọn thiết bị cần cung cấp nhiên liệu hợp lí. Ngoài ra việc thiết kế các thiết
bị phụ trợ đi kèm như bơm, van, hệ thống ống dẫn…, chú ý đến tính phòng
chống cháy nổ, bố trí hợp lí các bồn chứa sao cho diện tích và không gian
chiếm chỗ là ít nhất, cũng hết sức cần thiết để hệ thống sản xuất hoạt động
một cách liên hoàn và đảm bảo an toàn. Đồ án được thực hiện thể hiện quá
trình đi từ lý thuyết sang ứng dụng thực tế của người thiết kế và đặc biệt
cần thiết với sinh viên các ngành công nghệ Hóa học trong quá trình học
tập và công việc tương lai.

GVHD: Th.S Trần Quang Quới

-3-

Lớp: DH07HD


Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
CHƯƠNG I

DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT
1.1. Giới thiệu chung về dầu FO
Dầu FO hay còn gọi là dầu mazut, là phân đoạn nặng thu được khi

chưng cất dầu thô parafin và asphalt ở áp suất khí quyển và trong chân
không. Các dầu FO có điểm sôi cao.
Trong kĩ thuật đôi khi người ta còn chia thành dầu FO nhẹ và FO
nặng. Vì thế, các đặc trưng hoá học của dầu mazut có những thay đổi đáng
kể nhưng không phải tất cả các đặc trưng này ảnh hưởng tới việc sử dụng
chúng làm nhiên liệu và các kỹ thuật sử dụng để đạt hiệu quả cao.
1.1.1. Các chỉ tiêu xác định chất lượng của dầu FO
a. Hàm lượng lưu huỳnh
Nhiên liệu đốt lò thường chứa một lượng lưu huỳnh khá lớn, nồng độ
của nó thay đổi tuỳ theo loại.
Lưu huỳnh tồn tại trong nhiên liệu đốt lò dưới nhiều dạng khác nhau,
thông thường là dưới dạng các hợp chất sulfua, disulfua hay dưới dạng di
vòng. Khi bị đốt cháy lưu huỳnh sẽ chuyển thành SO 2, khí này cùng với
khói thải sẽ được thoát ra ngoài, trong thời gian này chúng có thể tiếp xác
với oxy để chuyển một phần thành khí SO3. Khi nhiệt độ của dòng khí thải
xuống thấp thì các khí này sẽ kết hợp với hơi nước để tạo thành các axit
tương ướng, đó chính là các axit vô cơ có độ ăn mòn các kim loại rất lớn.
Thực tế thì các axit sulfuaric sẽ gây ăn mòn ở nhiệt độ thấp hơn 100 ÷
150oC, còn axit sulfuarơ chỉ gây ăn mòn ở nhiệt độ thấp hơn 40 ÷ 50oC.
Để hạn chế sự ăn mòn này thì người ta thường dùng các phương pháp
sau
-

Dùng nhiên liệu đốt lò có hàm lượng lưu huỳnh thấp

-

Giảm lượng không khí thừa trong dòng khí

GVHD: Th.S Trần Quang Quới

-4-

Lớp: DH07HD


Đồ án môn học
-

Thiết kế hệ thống bồn chứa FO

Gửi cho bề mặt trao đổi nhiệt lớn hơn nhiệt độ điểm sương của

các khí
-

Dùng một số kim loại hoặc oxyt kim loại (MgO, CaO) để chuyển

SO2 thành các hợp chất không ăn mòn.
CaO + SO2 + 1/2O2 = CaSO4.
-

Phương pháp này vừa giảm được ăn mòn vừa giảm ô nhiễm môi

trường do SO2, SO3 trong khói thải.
Ngoài vấn đề ăn mòn thì khi hàm lượng lưu huỳnh càng cao càng làm
giảm nhiệt trị của nhiên liệu đốt lò.
b. Độ nhớt
Cũng giống như nhiên liệu Diesel hay nhiên liệu phản lực, trước khi bị
đốt cháy nhiên liệu được phun ra dưới dạng các hạt sương, từ các hạt sương

này nhiên liệu sẽ bay hơi tạo với không khí hỗn hợp cháy. Quá trình bay
hơi nhanh hay chậm phụ thuộc nhiều vào bản chất của nhiên liệu, kích
thước của các hạt sương dầu khi phun ra.
Ở gốc độ của độ nhớt thì ảnh hưởng của nó như sau: khi độ nhớt lớn
thì kích thước của các hạt sương phun ra lớn, động năng của nó lớn nên
không gian trộn lẫn của nhiên liệu với không khí lớn. Tuy nhiên khi kích
thước của các hạt lớn thì khả năng bay hơi để tạo hỗn hợp cháy sẽ kém,
điều này sẽ làm cho quá trình cháy không hoàn toàn, làm giảm nhiệt cháy
và thải ra nhiều chất gây ô nhiễm cho môi trường.
Ngoài ảnh hưởng đến quá trình cháy thì khi độ nhớt lớn sẽ làm tăng
trở lực ma sát trong hệ thống bơm.
c. Tỷ trọng
Tỷ trọng là một đại lượng rất quan trọng đối với nhiên liệu đốt lò bởi
nó liên quan đến bản chất của nhiên liệu, độ nhớt, độ bay hơi nghĩa là nó
liên quan đến quá trình cháy của nhiên liệu, tất cả những vấn đề này ta đã
đề cập đến ở trên.

GVHD: Th.S Trần Quang Quới

-5-

Lớp: DH07HD


Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống bồn chứa FO

Ngoài ra, trong quá trình xử lý nhiên liệu, người ta tách loại nước bằng
phương pháp ly tâm do đó yêu cầu tỷ trọng của nhiên liệu và nước phải

khác nhau để đảm bảo cho quá trình tách loại có hiệu quả. Trong quá trình
vận chuyển hay tồn chứa thì nước thường lẫn vào trong nhiên liệu, khi sự
chênh lệch tỷ trọng của hai loại này lớn sẽ giúp cho quá trình lắng tách
nước cũng tốt hơn.
d. Hàm lượng nước
Nước không phải là thành phần của dầu mỏ nhưng nó luôn có mặt
trong dầu thô hay trong tất cả các sản phẩm của dầu mỏ. Sự có mặt của
nước luôn gây ra những tác hại nhất định. Nước có mặt trong dầu thô hay
các sản phẩm có thể từ các nguồn gốc sau
- Trong dầu thô ban đầu nhưng không tách loại hết trong quá trình xử
lý
- Do sự thở của các bồn chứa
- Do thủng ở các thiết bị đun nóng lại
- Do lỗi ở các chỗ nối
- Nước trong nhiên liệu có thể gây ra những tác hại như sau
+ Sự rít bơm,
+ Hiện tượng xâm thực,
+ Quá trình bay hơi lớn dẫn đến hoạt động của mỏ đốt không bình
thường,
+ Sự có mặt của nước sẽ gây rỉ trong bảo quản.
e. Cặn Carbon
Để đánh giá khả năng tạo cặn, người ta thường sử dụng tiêu chuẩn đặc
trưng là độ cốc hoá, tùy theo phương pháp tiến hành xác định cặn mà cặn
thu được gọi là cặn carbon conradson hoặc cặn carbon rabostton. Hàm
lượng cặn cacbon conradson trong dầu nhiên liệu đốt lò thường dao động
từ 5-10% khối lượng, có khi lên đến 20% khối lượng. Tỷ lệ cao cặn cacbon

GVHD: Th.S Trần Quang Quới

-6-

Lớp: DH07HD


Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống bồn chứa FO

conradson trong nhiên liệu đốt lò cao luôn luôn gây trở ngại cho quá trình
cháy, làm tăng hàm lượng bụi của các chất thải rắn trong dòng khí thải.
f. Hàm lượng tro
Các hợp chất cơ kim và muối có trong dầu mỏ đều tập trung đa phần ở
dầu cặn, khi đốt nó biến thành tro. Tro có nhiều trong nhiên liệu đốt lò sẽ
làm giảm hiệu quả sử dụng như gây tắc ghi lò, làm giảm khả năng truyền
nhiệt của lò, ở nhiệt độ cao một số kim loại như Vanadi có thể kết hợp với
Sắt để tạo ra những hợp kim tương ứng có nhiệt độ nóng chảy thấp do đó
dễ dẫn đến sự thủng lò ...
g. Nhiệt trị
Nhiệt trị là một chỉ tiêu chất lượng quan trọng của nhiên liệu đốt lò.
Thường thì nhiệt trị của nhiên liệu đốt lò khác cao (>10000 cal/g) đây
chính là một trong những yếu tố chính làm cho nhiên liệu đốt lò được sử
dụng rộng rãi trong công nghiệp. Nhiệt trị này phụ thuộc vào thành phần
hoá học. Nếu trong thành phần nhiên liệu đốt lò càng có nhiều hydrocacbon
mang đặc tính parafinic, càng có ít hydrocacbon thơm nhiều vòng và trọng
lượng phân tử càng bé thì nhiệt năng của chúng càng cao. Những thành
phần không thuộc loại hydrocacbon trong dầu cặn cũng có ảnh hưởng rất
lớn đến nhiệt trị của nó. Các hợp chất lưu huỳnh trong dầu mỏ tập trung
chủ yếu vào dầu cặn. Sự có mặt của lưu huỳnh đã làm giảm bớt nhiệt năng
của dầu cặn, khoảng 85 kcal/kg tính cho 1% lưu huỳnh.
h. Điểm chớp cháy

Cũng giống như những sản phẩm phẩm dầu mỏ khác, đối với nhiên
liệu đốt lò thì điểm chớp cháy cũng đặc trưng cho mước độ hoả hoạn của
nó.
Ngoài những chỉ tiêu trên thì nhiên liệu đốt lò còn phải đạt những chỉ
tiêu chất lượng khác như điểm đông đặc, độ ổn định oxy hoá . . .’

GVHD: Th.S Trần Quang Quới

-7-

Lớp: DH07HD


Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống bồn chứa FO

1.1.2. Chỉ tiêu kĩ thuật của dầu FO theo tiêu chuẩn Việt Nam
a. Phân loại theo tiêu chuẩn Việt Nam
Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6239:1997 đã phân nhiên liệu đốt lò
thành các loại như sau
Bảng 1.1. TCVN 6239:1997- Loại : FO N01 (2% lưu huỳnh)
Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm
1. Khối lượng riêng ở 150C max
2. Độ nhớt động học ở 400C max
3. Điểm chớp lửa cốc kín, 0C min
4. Hàm lượng lưu huỳnh, % KL
5. Điểm đông đặc, 0C max
6. Hàm lượng nước, %TT max
7. Hàm lượng tạp chất, %KL max

8. Nhiệt trị, cal/g
9.Hàm lượng tro, % KL max
10. Cặn cacbon conradson, % KL max

Phương pháp thử
TCVN 3892-95
ASTM – D.445
ASTM- D93
ASTM –D.129
ASTM-D.97
ASTM-D.95
ASTM-D.473
ASTM-D.240
ASTM-D.482
ASTM-D.189

Mức quy định
0.965
87
66
2.2
+10
1
0.15
9800
0.15
6

Bảng 1.2. TCVN 6239:1997 – loại FO N02A (1.5% lưu huỳnh)
Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm

Phương pháp thử Mức quy định
1. Khối lượng riêng
TCVN 3893-95
0.970
0
2. Độ nhớt động học ở 40 C max
ASTM- D.445
180
0
3. Điểm chớp lửa cốc kín, C min
ASTM-D93
66
4. Hàm lượng lưu huỳnh, % KL
ASTM-D129
1.5
0
5. Điểm đông đặc, C
max
ASTM-D97
+21
6. Hàm lượng nước, %TT
max
ASTM-D95
1
7. Hàm lượng tạp chất, %KL max
ASTM-D.473
0.15
8. Nhiệt trị, cal/g
ASTM-D.240
9800

9. Hàm lượng tro, % KL max
ASTM-D.482
0.15
10. Cặn cacbon conradson, % KL max
ASTM-D.189
10
0
Bảng 1.3. TCVN 6239:1997- Loại : FO N 2B(3% lưu huỳnh)
Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm
1. Khối lượng riêng
2. Độ nhớt động học ở 400C max
3. Điểm chớp lửa cốc kín, 0C min
4. Hàm lượng lưu huỳnh, % KL

GVHD: Th.S Trần Quang Quới

-8-

Phương pháp thử
TCVN 3893-95
ASTM-D.445
ASTM-D93

Mức quy định
0.970
180
66

ASTM-D129

3

Lớp: DH07HD


Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống bồn chứa FO

5. Điểm đông đặc, 0C max
6. Hàm lượng nước, %TT max
7. Hàm lượng tạp chất, %KL max
8. Nhiệt trị, cal/g
9. Hàm lượng tro, % KL max
10. Cặn cacbon conradson, % KL
max

ASTM-D97
ASTM-D95
ASTM-D.473
ASTM-D.240
ASTM-D.482

+21
1
0.15
9800
0.15

ASTM-D189

10

Bảng 1.4. TCVN 6239:1997- Loại N03
Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm

Phương pháp thử

Mức quy định

1. Khối lượng riêng
2. Độ nhớt động học ở 400C max
3. Điểm chớp lửa cốc kín, 0C min
4. Hàm lượng lưu huỳnh, % KL
5. Điểm đông đặc, 0C max
6. Hàm lượng nước, %TT max
7. Hàm lượng tạp chất, %KL max
8. Nhiệt trị, cal/g
9. Hàm lượng tro, % KL max
10. Cặn cacbon conradson, % KL
max

TCVN 3893-95
ASTM-D.445
ASTM-D93
ASTM-D129
ASTM-D97
ASTM-D95
ASTM-D.473
ASTM-D.240

ASTM-D.482

0.991
380
66
3
+21
1
0.15
9800
0.35

ASTM-D189

14

GVHD: Th.S Trần Quang Quới

-9-

Lớp: DH07HD


Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống bồn chứa FO

b. Tiêu chuẩn cơ sở về nhiên liệu đốt lò
Tiêu chuẩn TCCS 04:2009/PETROLIMEX là tài liệu quy định các yêu
cầu về đặc tính kỹ thuật của sản phẩm nhiên liệu đốt lò (FO) dùng trong

các lò đốt công nghiệp.
Bảng 1.5 TCCS 04:2009/Petrolimex
FON 2B

Mức
FON02B

FON03

(3,0 S)

(3,5 S)

(380)

0

Tên chỉ tiêu
1. Khối lượng riêng
ở 150C, kg/l, max

TCVN
0,970

0,991

0,991

180

3. Điểm chớp lửa cốc
kín, 0C min
4.
Cặn

180

380

66

66

60

14

16

16

cacbon

Conradson, % khối
lượng, max
5. Hàm lượng lưu
huỳnh,

%

khối

lượng, max
6. Hàm lượng tro, %

3,0

3,5

3,5

0,15

0,15

- Mùa hè, max

+24

+24

+24

- Mùa đông, max
8. Nhiệt trị, cal/g,

+15

+9

+24

10200

9800

-

1,0

1,0

0,5

min
9. Hàm lượng nước,
% thể tích, max

6594:2007
D1298-05)/IP
3197:2007

(ASTM D445-06)/IP 711
TCVN

2693:2007

(ASTM D93-06)/IP34
TCVN 6324:2006
(ASTM D189-05)/IP13

TCVN 3172:2008

0,15

khối lượng max
7. Điểm đông đặc, 0C

(ASTM
160
TCVN

2. Độ nhớt động học
ở 500C, cSt, max

Phương pháp thử

GVHD: Th.S Trần Quang Quới

-10-

(ASTM

D4294-

06)/IP336/IP61
TCVN 2690:2007
(ASTM D482-03)/IP4
TCVN 3753:2007
(ASTM D97-05a)/IP15
ASTM D240/IP 12

TCVN 2692:2007
(ASTM D95-05el)/IP74

Lớp: DH07HD


Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống bồn chứa FO

10. Hàm lượng tạp
chất, % khối lượng,

ASTM D473 / IP53
0.15

0.15

-

max
11. Hàm lượng kim
loại vanadium, ppm,
max
12. Hàm lượng kim
loại natri, ppm, max
13. Hàm lượng kim
loại nhôm và silic,
ppm, max
14. Độ tương thích –

Spot Test, max
15. Độ sạch – Spot
Test, max
16.
Hàm

IP 501
95

-

-

50

-

-

ASTM D5184/ IP377
60

-

-

Loại 2

-

-

Loại 2

-

-

lượng

asphanten, % khối

ASTM D4740
ASTM D4740
ASTM D6560/IP 143

5

-

-

lượng, max
17. Hàm lượng cặn
tổng, % khối lượng,

IP 501

ASTM D4870/IP 375
0,1

-

-

max

1.2. Sơ đồ của hệ thống bồn chứa dầu FO

GVHD: Th.S Trần Quang Quới

-11-

Lớp: DH07HD


Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống bồn chứa FO

Hình 1.1. Hình ảnh một cách tổng quan của hệ thống

GVHD: Th.S Trần Quang Quới

-12-

Lớp: DH07HD


Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
CHƯƠNG II
NỘI DUNG TÍNH TOÁN

2.1. Tính toán lưu lượng dầu FO để cung cấp cho bộ đốt nồi hơi
Nhiệt hóa hơi của H2O ở 9at là 2040 KJ/Kg.
Nhiệt hóa hơi của H2O ở 9at là 174,5 oC.
Q1: nhiệt hóa hơi 5 tấn nước thành hơi ở 9at. Ta có
Q1=2040.5000 = 10200000 (KJ)= 2704853 (Kcal)
Vì hiệu suất nồi hơi là 90% nên Q1 = (10200000100): 90 = 11333334 (KJ)
Q2: Nhiệt trị của nhiên liệu . Ta có Q2= 9500 (Kcal/Kg)
⇒ Lưu lượng cần để cung cấp cho bộ đốt nồi hơi là

Q=

Q1 2704853
=
= 285.1,105 = 315(l / h) = 0, 09.10 −3 ( m3 / s)
Q2
9500

Với dFO = 1,105(kg/l)
2.2. Tính toán các thông số kỹ thuật của xitec
Để tồn chứa 50 000 lít dầu; ta sẽ thiết kế làm hai xitec, mỗi xitec 25
000 lít. Khi nhập vào xitec, áp suất bơm khoảng 200 mm H 2O. Bể chứa
chịu áp suất trong. Chọn đường kính xitec là D t=2400 mm, chọn hai nắp là
nắp Elip.
2.2.1.Thiết kế phần hình trụ của xitec
Để đảm bảo việc tồn chứa thì xitec cần có hệ số chứa khoảng 85%.

Khi đó thể tích cần thiết của xitec là
Vxitec =

V
25
=
= 29, 41( m3 )
0,85 0,85

Thể tích phần hình trụ là
Vtrụ=Vxitec- 2.Vnắp
Chọn Dt= 2400 mm = 2,4 m. (Bảng XIII.6, Tr 359 ,[1])
Ht= 600 mm = 0,6 m

GVHD: Th.S Trần Quang Quới

-13-

Lớp: DH07HD


Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống bồn chứa FO

H= 40 mm = 0,04 m
F= 6,56 (m2)
Vnắp= 1991.10-3 (m3)
Vtrụ= 29,41 – 2.1991.10-3 = 25,43 (m3)
Chiều dài phần hình trụ là

ltrụ= 4. Vtrụ/ π . Dt2 =

4.25, 43
=5,62 (m)
3,14.(2, 4) 2

Chọn l = 5,6 m= 5600 mm
Tổng chiều dài xitec là
L= l+2 (ht + h) = 5,6 + 2. (0,6 + 0,04) = 6,88 (m)
Tính chiều dày phần trụ
Chọn vật liệu là thép CT3
Ta có: [ σ u ] = 145.106 N/m2
[ σ c ] = 240.106 N/m2

( Theo [7])

E = 2,1.107 N/cm2
Chiều dày vỏ trụ được xác định

s=

Dt . p
+ c (CT XIII.8, Tr 360 ,[1])
2[σ ]ϕ − p

Trong đó
• Dt: đường kính trong của xitec 2,4 m (1)
• p : áp suất trong xitec.
Khi làm việc bể chịu áp suất dư p 1 khoảng 200 mm H2O = 2000 N/m2
và áp suất thủy tĩnh của xăng lên xitec p2

Với p 2 = γ .g .h
Ta có: γ = 991 kg/m3
⇒ p2 = 991.9,81.2.4 = 23332 (N/m2)

GVHD: Th.S Trần Quang Quới

-14-

Lớp: DH07HD


Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống bồn chứa FO

2
⇒ p = p1 + p2 = 2000 + 23332 = 25332 (N/m ) (2)

[σ ] : ứng suất cho phép của vật liệu.

•

Ở đây ta chọn σ u =145.106 N/m2 (3)
•

c: hệ số dư
c = c1 + c2 + c3

Với
c1: hệ số dư do lưu thể ăn mòn vật liệu. Chọn c1=0,002 m

c2: hệ số dư do bào mòn cơ học chọn c2= 0.
c3: hệ số dư do gia công c3=0,001m

⇒ c = 0, 002 + 0 + 0, 001 = 0, 003 (m) (4)
ϕ : hệ số làm yếu

•

Trên thân ta bố trí các lỗ cửa người d 1= 500 mm, cửa vào d2= 50 mm, cửa
ra d3= 40 mm.
Ta có: ϕ =

l −∑d

⇔ϕ =

l

( CT XIII.16, Tr 362, [1])

5600 − (500 + 50 + 40)
= 0,9
5600

Thay (1), (2), (3), (4), (5) vào công thức tính s
s=

2, 4.25332
+ 0, 003 = 3, 2.10 −3 (m) =3,2 (mm)
6

2.145.10 .0,9 − 25332

Chọn chiều dày thiết bị s=5 mm và ta dùng chiều dày này để kiểm tra
các điều kiện làm việc khác của bồn chứa.


Kiểm tra bền khi thử thủy lực với áp suất p=1,5pv=3000 N/m2
Khi đó áp suất tổng cộng là
p0 = p + pthủy tĩnh = 3000 + 24000 = 27000 ( N/m2).
Điều kiện kiểm tra bền:

GVHD: Th.S Trần Quang Quới

-15-

Lớp: DH07HD


Đồ án môn học

σ=

Thiết kế hệ thống bồn chứa FO

[Dt + ( s − c)]
σ
. p0 ≤ c
2( s − c).ϕ
12

( CT XIII.26, Tr 365, [1] )

Trong đó:
• Dt (m): đường kính trong Dt=2,4 m.
• s (m): chiều dày thiết bị s=0,005 m.
• p0 = 27000 (N/m2).
• c (m): độ dư ăn mòn c = 0,003 m.
• ϕ : hệ số làm yếu ϕ = 0,9 .
6
• σ c : ứng suất chảy σ c = 240.10 N/m2.

Thay vào ta có
σ=

[2, 4 + (0, 005 − 0, 003)]
.27000 = 18, 01.10 6
2.(0, 005 − 0, 003).0,9

σ c 240.106
=
= 200.106 (N/m2)
1, 2
1, 2

⇒ Khi thử thủy lực xitec đủ bền.
2.2.2. Thiết kế nắp xitec

Hình 2.1 Hình minh họa nắp xitec
Ta chọn đường kính nắp Dt=2400 mm được hàn từ 2 nửa như hình vẽ
và dập thành nắp elip. Theo Bảng XIII.10 – Tài liệu [1], ta có các thông số

nắp như sau

GVHD: Th.S Trần Quang Quới

-16-

Lớp: DH07HD


Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống bồn chứa FO

- D: đường kính phôi D = 2900 mm
- Dt: đường kính trong Dt = 2400 mm
- h = 40 mm
- ht = 600 mm
- F = 6,56 m2
- Vn =1991.10-3 m3
Chiều dày nắp tính theo công thức

s=

Dt . p
D
. t + c ( CT XIII.47, Tr 385, [1])
3,8.[σ ].k .ϕh − p 2.ht

Trong đó: Chọn vật liệu làm nắp là thép CT3
•

Dt: đường kính trong Dt= 2,400 m

•

p: áp suất trong p=25332 N/m2

•

ht: chiều cao phần nhô ra ht= 0,6 m

•

σ u : ứng suất kéo σ u =145.106 N/m2

•

ϕh : hệ số hàn thép CT3 ϕh = 0,9.

•

k=1 vì không có lỗ trên nắp.

•

c: hệ số dư c=0,003 m.

Thay vào công thức ta có
s=

2, 4.25332
2, 4
.
+ 0, 003 = 3, 2.10 −3 (m) =3,2 (mm) (9)
6
3,8.145.10 .1.0,9 − 25332 2.0, 6

⇒ Ta chọn chiều dày nắp bằng chiều dày của phần thân trụ s=5mm.

Kiểm tra bền thủy lực cho nắp theo công thức
[Dt2 + 2.ht ( s − c)]. p0 σ c
σ=
≤
(CT XIII.49, Tr 386, [1])
7, 6.k .ϕh .ht .( s − c)
1, 2

Trong đó: p0= 27000 N/m2
[(2, 4)2 + 2.0, 6.(0, 005 − 0, 003)].27000
⇒σ =
= 19.106 ( N / m 2 ) (10)
7, 6.1.0,9.0, 6.(0, 005 − 0, 003)

GVHD: Th.S Trần Quang Quới

-17-

Lớp: DH07HD

Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống bồn chứa FO

σ c 240.106
=
= 200.106 ( N / m 2 )
1, 2
1, 2

⇒ Khi thử thủy lực nắp xitec thì nắp đủ độ bền.
2.2.3. Kiểm tra độ bền của xitec theo ứng suất uốn gây ra do trọng lượng
xitec và cả dầu
a. Kiểm tra theo ứng suất tương đương
Thể tích nắp làm bằng bồn chứa: V=V1+ 2.V2
Trong đó:
V1: thể tích thép làm phần trụ
V1= π .Dt .s.l = 3,14.2, 4.0, 005.5, 6 = 0, 21 (m3)
V2: thể tích thép làm nắp

π .D 2 .s 3,14.(2,9) 2 .0, 005
V2=
=
= 0, 033 (m3)
4
4
⇒ V = 0,21+2.0,033 = 0,276 (m3)

Khối lượng bồn chứa là
mt = V.P = 0,276.7810 = 2155,56 (Kg)

Khối lượng FO là
mFO = VFO.PFO = 25.991 = 24775 (Kg)
Khối lượng tổng cộng
m = mt + mFO = 26930,56 (Kg)
Mômen uốn cực đại đối với tiết diện nguy hiểm của thiết bị ở hai bệ đỡ là
M=

G
mg
.(2l − L) =
.(2l − L)
8
8

Trong đó:
l: khoảng cánh giữa hai gối đỡ l =3,45 m
L: chiều dài bồn chứa L=6,88 m
⇒M =

26930,56.9,81
.(2.3, 45 − 6,88) = 660, 472
8

GVHD: Th.S Trần Quang Quới

-18-

Lớp: DH07HD

Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống bồn chứa FO

Mômen chống uống tại tiết diện nguy hiểm là
π .Dt2
π .(2, 4) 2
W=
.( s − c ) =
.(0, 005 − 0, 003) = 9, 05.10 −3 (m3)
4
4

Ứng suất tương đương của thân thiết bị do tải trọng ngoài tác dụng

σ td = 0,8.

M
660, 472
= 0,8
= 58, 4.103
−3
w
9, 05.10

Kiểm tra theo công thức

Dt + ( s − c) 2 .P 2
σ td ≤ 1, 2.[σ ] −
(N/m2) (CT XIII.22, Tr 365, [1])

2
2
4.( s − c ) .ϕ
2

Thay số vào ta có

σ td ≤ 1, 2.[σ ]2 −

Dt + ( s − c) 2 .P 2
4.( s − c) 2 .ϕ 2

≤ 1, 2.[145.106 ]2 −

2, 4.(0, 005 − 0, 003) 2 .25332 2
= 158,8.106
2
2
4.(0, 005 − 0, 003) .(0,9)

Như vậy ứng suất tương đương đạt yêu cầu.
b. Kiểm tra độ ổn định của bồn chứa
Điều kiện kiểm tra
1
k
M
.[k1.(1 − ) + 0,125.k1.k 2 ].( p + 4. ) (CT XIII.24, Tr 365, [1])
E
2
Dt

Trong đó:

k=

2.M
(CT XIII.25, Tr 365, [1])
0, 25.P.Dt + M

⇒ k=

Khi

2.660, 472
= 0, 08
0, 25.25332.2, 4 + 660, 472

Dt
2400
=
= 1200 (mm)
( s − c) (5 − 3)

Sử dụng (Hình XIII.3, Tr 366, [1] ) ta tra được hệ số k1= 3,1 và k2= 9,8

GVHD: Th.S Trần Quang Quới

-19-

Lớp: DH07HD

Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống bồn chứa FO

Thay số, ta có
(s-c)=0,005-0,003=0,002 (m)
1
k
M
.[k1.(1 − ) + 0,125.k1.k 2 ].( p + 4. )
E
2
Dt
=

1
0, 08
660, 472
.[3,1.(1 −
) + 0,125.3,1.9,8].(25332 + 4.
= 9, 2.10 4
9
210.10
2
2, 4

Ta có: 0,002 ≤ 9,2.104
⇒ Vậy xitec đạt được độ ổn định cần thiết.

c. Kiểm tra độ võng của bồn chứa
∆=

M .g.l 2 (l 2 − 2. A2 )
.
L
64.E.J

Trong đó: mômen quán tính của vỏ xitec
J=0,4.D3(s-c)
l=3,45
A=1,715

M .g .l 2 (l 2 − 2. A2 ) 660, 472.9,8 (3, 45) 2 .[3, 452 − 2.(1, 715) 2 ]
∆=
.
=
.
= 4,54.10 −7
9
2
L
64.E.J
6,88
64.210.10 .0, 4.(2, 4) .0, 002
⇔ ∆ = 4, 54.10−7 (m)

Tỷ số giữa độ võng và chiều dài là
∆ 4,54.10−7
=

= 1,32.10−7
l
3, 45

Vậy với chiều dày 5mm thì xitec đủ bền.

GVHD: Th.S Trần Quang Quới

-20-

Lớp: DH07HD


Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống bồn chứa FO

2.2.4. Chọn bệ đỡ

Hình 2.2. Hình ảnh minh họa giá đỡ của xitec
a. Kiểm tra độ bền của vỏ tại vị trí gối đỡ
Tại vị trí gối đỡ thì vỏ chịu áp suất ngoài và áp suất tới hạn cho phép

Pth =

8.E.J
(N/m)
R3

Với

• J là mômen quán tính của phần vỏ đỡ và được tính như sau
• b: là bề rộng bệ đỡ chọn b= 400 mm= 0,4 m
• s: chọn tấm lót hàn trên bệ đỡ dày 20 mm ⇒ s = 20+5=25 mm

b.( s − c)3
J=
12

⇒J=

0, 4.(0, 025 − 0, 023) 3

= 3,55.10−7 (m4)

Thay J vào ta có
Pth =

8.210.109.3,55.10 −7
= 7455.104 (N/m)
3
(0, 2)

Tải trọng thực tế phân bố trên chu vi cung đỡ là
P( N ) =

p
(N/m)
2 R sin 600

GVHD: Th.S Trần Quang Quới

-21-

Lớp: DH07HD


Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống bồn chứa FO

P(N): phản lực trên một gối đỡ
p=

mg 26931.9,81
=
= 132096, 6 (N)
2
2

⇒ P( N ) =

132096, 6
= 74546, 6 (N/m)
2.1, 2.0,886

Điều kiện kiểm tra độ bền

Pth
≥5
P( N )

Pth
7455.104
=
= 103 >5
Ở đây :
P( N ) 74546, 6
⇒ Độ bền của xitec đạt yêu cầu.

b. Kiểm tra độ ổn định của bệ đỡ

Hình 2.3. Hình ảnh minh họa của bệ đỡ
Lực F tác dụng lên bệ đỡ là
F=k.Q
Trong đó:
- k=0,024 khi a= 120
- Q: tải trọng lên một bệ đỡ

GVHD: Th.S Trần Quang Quới

-22-

Lớp: DH07HD


Đồ án môn học

Q=

Thiết kế hệ thống bồn chứa FO

mg
= 132096, 6( N )
2

⇒ F=132906,6 . 0,024=3170,3 (N)

Ở bệ đỡ chiều cao chịu ảnh hưởng của tải trọng kể từ điểm thấp nhất của
xitec là

R
.
3

Diện tích vùng chịu ảnh hưởng là

Fw =

R.s
(m2)
3

s: chiều dày bệ đỡ s = 20 mm
⇒ Fw =

1, 2.0, 02
= 8.10−3 (m2)
3

Ứng suất trên bệ đỡ là:

[σ ] =

F
3170,3
=
= 0, 4.106 (N/m)
−3
Fw 8.10

Chọn thép làm bệ đỡ là thép CT3 có [ σ ]=145.106 N/m
So sánh hai kết quả: 0,4.106<145.106
⇒ Bệ đỡ đủ bền.

2.2.5. Tính neo và bích cho xitec
a. Tính neo cho xitec
Khi xitec hút hết dầu, xitec chịu lực đẩy Acsimet của không khí, để
xitec đứng vững ta cần làm thêm neo bể bằng làm các vòng thép ôm lấy
xitec.
Lực đẩy Acsimet được tính như sau
F=V.Pkk.g (N)
V: thể tích xitec V=29,4 (m3)
P: khối lượng riêng của không khí P=1,29 (Kg/m3)
⇒ F= 29,4.1,29.9,81=372,1 (N)

GVHD: Th.S Trần Quang Quới

-23-

Lớp: DH07HD

Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống bồn chứa FO

Với vật liệu là CT3 ta có: [σ ] = 145.106 (N/m)
Do đó: s =

372,1
= 2, 6.10−6 (m 2 )
6
145.10

⇒ Ta chọn chiều dày dây neo là 5 mm bằng chiều dày vỏ xitec.

b. Chọn bích
Chọn bích nắp cho cửa người, cửa vào, cửa ra trên thân xitec (Bảng
XII-27, Tr 409, [3]), ta có:
- Chọn bích nắp cửa người
 Chiều dày nắp Sn=12mm
 Chiều dày bích h=12mm
 Đường kính ngoài của bích D=630mm
 Đường kính vòng bu lông Db=580mm
- Chọn bích cửa vào
 Chiều dày bích h=8mm
 Đường kính ngoài của bích D=140mm
 Đường kính vòng bu lông Db=110mm
- Chọn bích cửa ra
 Chiều dày bích h=8mm
 Đường kính ngoài của bích D=130mm

 Đường kính vòng bu lông Db=100mm
2.3. Thiết kế bể chứa trung gian
Bể chứa trung gian được thiết kế nhằm mục đích cung cấp nhiên liệu
trực tiếp cho bộ đốt nồi hơi. Bể chứa trung gian có thân hình trụ hàn, nắp là
nắp elip và đáy là đáy nón có gờ góc đáy 600.
2.3.1. Tính chiều dài phần trụ của bể trung gian
•

Với hệ số chứa khoảng 85% thì thể tích cần thiết của xitec là

GVHD: Th.S Trần Quang Quới

-24-

Lớp: DH07HD


Đồ án môn học

Vbể=
•

Thiết kế hệ thống bồn chứa FO

V
1,5
=
= 1, 76( m3 )
0,85 0,85

Thể tích phần hình trụ là
Vtrụ=Vbể - Vnắp – Vđáy
Với Vnắp=54,5.10-3 m3 khi chọn Dt=0,7 m
Vđáy=109.10-3 m3 khi chọn Dt=0,7 m (Bảng XIII.21, Tr 394, [1])
⇒ Vtrụ=1,76 – (54,5 + 109).10-3=1,59 : 2 (m3)

Chiều dài phần hình trụ là
ltrụ=

4.Vtru
4.2
=
= 3, 64(m)
2
π .Dt 3,14.0, 7

Chọn ltrụ=3,65 m
2.3.2. Thiết kế nắp bể
Chọn nắp bể là nắp elip. Vật liệu làm nắp là thép CT3.
Chọn Dt =700 mm.
Ta có kích thước tương đương như sau :
ht=175 mm
F=0,62 m2
h=40 mm

(Bảng XIII.13, Tr 388,[1])

Vn=54,5.10-3 m3
D= 900 mm
Do bể làm việc chịu áp suất trong nên bề dày phần nắp được tính toán

như sau

s=

Dt . p
D
. t + c (CT XIII.47, Tr 385, [1])
3,8.[σ u ].k .ϕh − p 2.ht

Trong đó:
- Dt : đường kính trong cửa nắp Dt =0,7 m.
- p : áp suất trong p=p1+p2

GVHD: Th.S Trần Quang Quới

-25-

Lớp: DH07HD