Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật bể chứa trụ đứng V=45000m3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3

LỜI CẢM ƠN
-----------  -----------

Đối với mỗi sinh viên đồ án tốt nghiệp có vai trò rất quan trọng, đặc biệt là
khối nghành kĩ thuật như trường Đại học Xây Dưng. Nó giúp sinh viên vận hoàn
thiện, tổng hợp, vận dụng những kiến thức đã tích lũy, trau dồi trong suốt quá trình
học tập tại trường.
Được sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS. Phan Ý Thuận và sự cố gắng, tìm tòi
học hỏi của bản thân sau 3 tháng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình với
đề tài:” Thiết kế kĩ thuật bể chứa trụ đứng V=45000m 3”. Đây là đề tài mang ý
nghĩa thực tế cao, em cũng đã cố gắng tập trung nghiên cứa, học hỏi , làm việc
nghiêm túc nhưng kiến thức còn hạn chế, kinh nghiệm thiết kế thi công thực tế
chưa có, khối lượng công việc lớn vì vậy không tránh khỏi những sai sót, em rất
mong được sự, hướng dẫn, chỉ bảo của các thầy cô để em có thể hoàn thiện mình
hơn khi ra trường.
Qua đây cho phép em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô trong
trường Đại học Xây Dựng nói chung, các thầy cô trong Viện Xây dựng Công trình
biển nói riêng đã truyền đạt, dạy dỗ em trong suốt quá trinh học tập tại trường.
Đặc biệt cho phép em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới
PGS.TS.Phan Ý Thuận đã trực tiếp, tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt
nghiệp này.
Em cũng xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè - Những
người đã luôn ở bên cạnh động viên, giúp đỡ em trong những lúc khó khăn nhất

khi làm đồ án tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 11 tháng 06 năm 2012
Sinh viên

Nguyễn Xuân Thành

SVTH: Nguyễn Xuân Thành
MSSV: 1132.51

Page 1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỂ CHỨA DẦU
I.
1.

Khái niệm và phân loại bể chứa
Khái niệm bể chứa

Bể chứa là một công trình xây dựng nhằm mục đích phục vụ cho công tác
tàng trữ các sản phẩm dầu (xăng, dầu hoả…), khí hoá lỏng, nước, axít, cồn công

nghiệp…
Hiện nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và yêu cầu về mặt công
nghệ, người ta đã tiến hành nghiên cứu và xây dựng các loại bể chứa có cấu trúc
phức tạp nhưng hợp lý hơn về mặt kết cấu góp phần mang lại hiệu quả kinh tế cao.
SVTH: Nguyễn Xuân Thành
MSSV: 1132.51

Page 2


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3

Phân loại bể chứa
Phân loại theo hình dạng bể
- Bể chứa hình trụ
- Bể hình cầu, hình giọt nước
Bể chứa hình trụ (trụ đứng, trụ ngang), bể hình cầu, hình giọt nước… tuỳ
theo vị trí của bể trong không gian chúng có thể đặt cao hơn mặt đất (trên gối tựa),
đặt trên mặt đất, ngầm hoặc nửa ngầm dưới đất hoặc dưới nước.
b) Phân loại theo mái bể
- Bể chứa có thể tích không đổi (mái tĩnh – cố định).
- Bể chứa có thể tích thay đổi (mái phao – ngoài mái cố định còn có mái cố
định nổi trên mặt chất lỏng, hoặc mái nổi – bản thân là mái phao).
c) Phân loại theo áp lực dư ( do chất lỏng bay hơi)

- Bể chứa áp lực thấp : khi áp lực dư P d <= 0.002 MPa. Và áp lực chân không
Po <=0.00025 MPa.
- Bể chứa trụ đứng áp lực cao : khi áp lực dư P d => 0.002 MPa.
II. Các dạng bể chứa
1. Bể chứa trụ đứng
1.1.
Bể chứa trụ đứng áp lực thấp
2.
a)

Bể chứa trụ đứng mái tĩnh thường để chứa các sản phẩm dầu mỏ có hơi đàn
hồi áp lực thấp. Thể tích có thể rất khác nhau từ 100 đến 20000 m 3 (chứa xăng),
thậm chí lên tới 50 000 m3 (chứa dầu mazut…)

SVTH: Nguyễn Xuân Thành
MSSV: 1132.51

Page 3


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3

Bể chứa trụ đứng
Các bộ phận chính của bể:

- Đáy bể : Được đặt trên nền cát đầm chặt và chịu áp lực chất lỏng. Đáy bể
gồm các thép tấm có kích thước lấy theo định hình sản xuất và được liên kết
với nhau bằng đường hàn đối đầu.
- Thân bể : Là bộ phận chịu lực chính, gồm nhiều khoang thép tấm hàn lại,
chiều dày các thép tấm thân bể có thể thay đổi hoặc không dọc theo thành
bể. Liên kết giữa các thép tấm trong cùng một đoạn thân là đường hàn đối
đầu, liên kết giữa các đoạn thân dùng đường hàn vòng hoặc đối đầu. Nối
thân bể và đáy bể dùng đường hàn góc
- Mái bể: Cũng được tổ hợp từ các tấm thép hàn lại với các dạng chính như
sau: Mái nón, mái treo, mái cầu, mái trụ cầu.
SVTH: Nguyễn Xuân Thành
MSSV: 1132.51

Page 4


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3

Cột

Cột

MÁI NÓN

MÁI TREO

MÁI TRỤ CẦU

MÁI CẦU

Bể chứa trụ mái nón

1.2.

Có đường kính có thể tới 300 feet(90m)và chiều cao 64 feet(19.2m) trong
trường hợp bể có đường kính rộng cần phải có dàn đỡ mái bên trong. Loại bể này
rất phổ biến với ưu điểm dễ thi công, lắp ráp và tương đối kinh tế, tuy nhiên phần
trên của thành bể chưa được tận dụng hết khả năng chịu lực.

Bể chứa trụ đứng mái phao

1.3.

Loại bể này hiện nay được sử dụng khá nhiều trên thế giới. Việc sử dụng mái
mang lại hiệu quả kinh tế cao, làm giảm đáng kể sự mất mát Cacbua – Hydro nhẹ,
giảm ô nhiễm môi trường xung quanh. Việc loại trừ khoảng không gian hơi trên bề
mặt xăng dầu chứa trong bể, cho phép tăng mức độ an toàn phòng hỏa so với các
loại bể khác. Trên thực tế người ta hay dùng hai loại bể:
-

Bể hở có mái phao
Bể kín có mái phao

Bể mái phao hao tổn do bay hơi giảm tới 80 % - 90%.

SVTH: Nguyễn Xuân Thành
MSSV: 1132.51

Page 5


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3

Bể chứa trụ đứng mái phao
1.4. Bể chứa

trụ đứng mái cầu

Loại bể này dùng để chứa sản phẩm dầu nhẹ dưới áp lực dư P = 0.01 – 0.07
MPa. Mái gồm các tấm chỉ cong theo phương kinh tuyến, với bán kính thân bể.

Thân bể được hàn từ thép tấm. Dưới bể được bố trí các bu lông neo quanh
thân tránh hiện tượng đáy bể bị uốn và nâng lên cùng thân dưới tác dụng của áp lực
dư lớn khi lượng chất lỏng trong bể giảm.

2.

Bể chứa trụ ngang

Bể chứa trụ ngang dùng để chứa các sản phẩm dầu mỏ dưới áp lực dư p d ≤
0.2Mpa và hơi hoá lỏng có pd ≤ 1.8Mpa, áp lực chân không p0 ≤ 0.1Mpa.

Bể chứa trụ ngang có 3 bộ phận chính: thân, đáy và gối tựa
-

Thân bể: bằng thép tấm, được chia làm nhiều khoang. Các tấm thép được
liên kết với nhau bằng đường hàn đối đầu, bên trong mỗi khoang đặt các
vành cứng bằng thép góc và hàn với thân bể.

SVTH: Nguyễn Xuân Thành
MSSV: 1132.51

Page 6


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3

-

Đáy: có các hình dạng khác nhau: phẳng, nón, trụ, cầu, elíp. Việc lựa chọn
đáy phụ thuộc vào thể tích bể, và áp lực dư trong bể.
Gối tựa: gồm hai gối hình cong lõm bằng bê tông hoặc gối tựa dạng thanh
đứng.

Bể chứa trụ ngang có những ưu điểm, nhược điểm chính sau:

-

-

3.

Ưu điểm: hình dạng đơn giản, dễ chế tạo, có khả năng chế tạo trong nhà máy
rồi vận chuyển đến nơi xây dựng.Có thể tăng đáng kể áp lực dư so với bể trụ
đứng.
Nhược điểm: tốn chi phí chế tạo gối tựa.

Bể chứa cầu

Bể chứa cầu dùng để chứa hơi hoá lỏng với áp lực dư P d =( 0.25-1.8)MPa.
Thể tích bể V = 600-4000 m3 .
Bể được ghép từ các tấm thép cong hai chiều và được chế tạo bằng cách cán
nguội hoặc dập nóng. Các tấm thép được hàn với nhau bằng đường hàn đối đầu.
Cách chia các tấm trên mặt cầu có nhiều hình dáng khác nhau, múi kinh tuyến với
các mạch song song hoặc so le.
Bể được đặt trên gối dạng vành hay thanh cống bằng thép ống hoặc thép chữ
I. Dùng thanh chống đảm bảo được biến dạng tự do cho bể. 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.

SVTH: Nguyễn Xuân Thành
MSSV: 1132.51

Page 7

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3

Bể chứa cầu
4.

Bể chứa hình giọt nước

Khuynh hướng đi tìm một giải pháp kết cấu cho ứng lực trên bể tương đối
đồng nhất đã đưa đến giải pháp bể dạng giọt nước.
Loại bể này thường được dùng để chứa xăng nhẹ do khả năng chịu được áp
suất cao do khí dư bay hơi và có vòng quay sản phẩm lớn.
Bể 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 bêtông cốt thép.

5.

Bể chứa trụ đứng mái dome

Đây là loại bể chứa trụ đứng, mái cầu. Trong đó kết cấu mái là hệ thống giàn không
gian được cấu tạo từ các thanh dầm chữ I, liên kết với nhau thông qua hệ thống
bulông và bản đệm, được bao che kín nhờ các panel mái, tất cả hệ thống đều sử
dụng loại vật liệu là hợp kim nhôm (aluminum). Ưu điểm chính của hệ kết cấu mái

SVTH: Nguyễn Xuân Thành
MSSV: 1132.51

Page 8


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3

này là lắp dựng đơn giản, trọng lượng nhẹ do đó giảm được tải trọng tác dụng lên
thân bể, móng bể dẫn đến giảm được giá thành xây dựng Kết cấu mái Dome là một
loại kết cấu mái làm từ hợp kim aluminum ngày nay được sử dụng rất nhiều để làm
hệ thống mái cho các bể chứa.. Người ta dùng nó để thay thế cho các loại mái thép
nặng nề. Với trọng lượng nhẹ và vượt được nhịp lớn, loại kết cấu này đem lại rất
nhiều lợi ích cho nhà sử dụng. Cấu tạo của nó gồm 2 phần chính.
•

Hệ thống khung đỡ không gian với các nút liên kết đặc biệt. Các phần tử
thanh được cấu tạo từ dầm chữ I và được liên kết với nhau bằng bulông
thông qua một bản đệm. Cấu tạo của hệ thống này như sau.

Ghi chú Silicone sealant: chất bịt silicone
Gusset cover: nắp kẹp
Lock bolts: bulông liên kết
Dome strut: dầm vòm

Panel: tấm panel mái
Batten: tấm lót
Silicone gasket: miếng đệm silicone
•

Hệ thống các panel kín được liên kết vững chắc vào các phần tử thanh. Hình
dạng loại mái này như sau

SVTH: Nguyễn Xuân Thành
MSSV: 1132.51

Page 9


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3

Kết cấu mái này được liên kết và đỡ bởi bể thông qua các khung đỡ đựơc bố trí đều
xung quanh thành bể.
Các tính chất đặc trưng của hệ kết cấu này như sau:
•

Bảo dưỡng đơn giản, không cần phá vỡ kết cấu và không cần sơn phủ

•

Đảm bảo tính kín nước, kết quả thí nghiệm cho thấy loại mái này loại trừ
đựơc sự đi vào của nước mưa.

•

Giảm sự hấp thụ nhiệt bởi tác động bên ngoài do mái cấu tạo từ aluminum là
hợp kim có mầu sáng trắng.

•

Phù hợp với tất cả các loại sản phẩm của bể chứa.

•

Có trọng lượng nhẹ và vượt nhịp lớn do được chế tạo từ hợp kim aluminum
và thép không gỉ.

•

Có thể thử và điều chỉnh với những thay đổi nhỏ nhất.

•

Tuổi thọ của kết cấu mái có thể trên 50 năm.

•

Đáp ứng được yêu cầu thiết kế cho những bể chứa đặc biệt.

•

Dễ dàng lắp đặt, có thể lắp đặt trên mặt đất sau đó tiến hành cẩu lắp lên hoặc
lắp đặt trực tiếp trên bể.

•

Có thể thiết kế cho tải trọng gió và tuyết lớn.

SVTH: Nguyễn Xuân Thành
MSSV: 1132.51

Page 10


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3

Bể chứa trụ đứng mái dome

Các chi tiết của mái Dome

SVTH: Nguyễn Xuân Thành
MSSV: 1132.51

Page 11


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3

III.

Nhu cầu và tình hình xây dựng các công trình bể chứa ở Việt Nam

Bể chứa bắt đầu xuất hiện ở Việt Nam vào đầu thể kỷ 20 với mục đích chủ
yếu nhằm phục vụ cho công cuộc khai phá thuộc địa của thực dân Pháp. Sau khi đất
nước độc lập, cùng với sự phát triển của đất nước nhu cầu sử dụng bể chứa cũng
tăng theo. Bể chứa chủ yếu tập trung và phổ biến ở Hải Phòng, TP. Hồ Chí Minh,
Cần Thơ, Vũng Tàu và mới đây nhất là khu lọc hóa dầu Dung Quất – Quảng
Ngãi(do BP làm tổng thầu). Các công trình này đã đáp ứng nhu cầu phục vụ cho
mục đích dân sự, công nghiệp và quốc phòng – an ninh như bể chứa nước, xăng
dầu, khí hóa lỏng.
Do hạn chế về mặt kỹ thuật nên các công trình bể chứa được xây dựng ở
Việt Nam chủ yếu là dạng trụ đứng, còn các dạng bể chứa khác như bể cầu, bể hình
giọt nước còn phải đi mua của nước ngoài.Vì vậy việc nghiên cứu và áp dụng các
công nghệ tiên tiến trong thiết kế và thi công các công trình bể chứa là rất quan
trọng đặc biệt là trong giai đoạn mới khi nhu cầu sử dụng năng lượng (có xuất phát
từ các sản phẩm dầu khí) của nước ta tăng cao.
Dưới đây là một số hình ảnh về các công trình bể chứa tại nhà máy lọc hóa

dầu Dung Quất :

Toàn cảnh khu bể chứa nhìn từ xa

SVTH: Nguyễn Xuân Thành
MSSV: 1132.51

Page 12


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3

Khu bể chứa dầu trụ đứng

Khu bể chứa khí hóa lỏng

SVTH: Nguyễn Xuân Thành
MSSV: 1132.51

Page 13


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3

Thi công bể chứa cầu

Thi công bể chứa trụ đứng
SVTH: Nguyễn Xuân Thành
MSSV: 1132.51

Page 14


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÂN BỂ
I.

Số liệu thiết kế

THÔNG SỐ THIẾT KẾ BỂ
Stt

1

Thông Số
Khả năng chứa

Đơn Vị
m3

Giá Trị
45795.78

2
3
4

Dung tích thiết kế
Sản phẩm chứa
Lưu lượng nhập

m3

45000
xăng, dầu
< 800

5
6
7
8
9

10
11
12
13
14
15
16
17
18

Lưu lượng xuất
Nhiệt độ làm việc ( to )
Nhiệt độ thiết kế
Áp suất dương thiết kế
Áp suất âm thiết kế
Độ ăn mòn cho thép thành bể
Độ ăn mòn cho thép đáy bế
Độ ăn mòn cho phép kết cấu khác
Sức chứa lớn nhất
Vận tốc gió
Tiêu chuẩn thiết kế
Vật liệu thành bể ( Rc )
Vật liệu đáy bể ( Rc )
Vật liệu mái bể ( Rc )

m3/h
oC
oC
kN/m
kN/m2

mm
mm
mm
%
m/s

m3/h

Mpa
Mpa
Mpa

< 400
> 25
120
2
0,25
2
2
1
90 % thể tích bể
36,4
API 650
250
250
210

Dung tích thiết kế: 45000 (m3)
Số liệu địa chất công trình ( Xem phụ lục 1 )
II. Phân tích lựa chọn phương án

Với yêu cầu thiết kế kỹ thuật bể chứa dầu dung tích V = 45.000 (m 3) ta đưa
ra các yêu cầu:
-

Tiết kiệm vật liệu
Khả năng thi công
Phù hợp với diện tích mặt bằng xây dựng

Kích thước tối ưu nhất của bể được lựa chọn theo những tiêu chí: kinh tế,
khả năng thi công, khả năng sửa chữa duy tu, lượng dầu thất thoát là nhỏ nhất.
SVTH: Nguyễn Xuân Thành
MSSV: 1132.51

Page 15


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3

1. Tính toán sơ bộ các phương án xây dựng
1.1. Lựa chọn kích thước tối ưu bể chứa

Đặc trưng vật liệu cho thân – đáy bể:
Thép tấm A36M có các đặc trưng sau:
-

SMYS = 250 (Mpa), SMTS = 400(Mpa)
Sd =160(Mpa), St =171(Mpa)
Lựa chọn kích thước tối ưu bể chứa:
Chiều cao tối ưu của bể chứa được tính theo công thức B.S.SuKhop:
H ln =

γ * Rkh * ∆
n1 * γ 1

(2.1)

Trong đó:
-

Hln là chiều cao tối ưu của bể
Rkh là cường độ tính toán của đường hàn đối đầu chịu kéo, lấy bằng cường
độ chịu kéo của vật liệu: Rkh = 40000(T/m2)
∆ là tổng chiều dày của bản đáy và mái, ∆ = 13(mm) =0.013(m)
γ1 là tỷ trọng của chất lỏng (dầu) chứa trong bể, γ1 = 0.8(T/m3)
n1 là hệ số vượt tải: n1 = 1.5
γ là hệ số điều kiện làm việc

Thay số vào ta được: Hln = 19.75 (m)⇒ các phương án đưa ra có chiều cao
H lựa chọn xung quanh giá trị Hln = 19.75 (m)
Đường kính tương ứng với chiều cao H là:
D=

4*V
π *H

( 2.2 )

Trong đó:
-

V là thể tích bể chứa
D là đường kính bể
Lựa chọn kích thước bể phải thỏa mãn điều kiện:

Chiều cao không được quá lớn để dễ dàng cho việc chữa cháy khi có sự cố
xảy ra
+ Chiều cao không được quá nhỏ vì nếu chiều cao nhỏ thì đường kính D lớn sẽ
làm tăng diện tích mặt thoáng của chất lỏng, lượng chất lỏng bốc hơi sẽ lớn
làm giảm độ an toàn của công trình (gây ra áp lực dư lớn) và gây ô nhiễm
môi trường
+

SVTH: Nguyễn Xuân Thành
MSSV: 1132.51

Page 16


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3

+

Tổng khối lượng thép của thân bể và đáy bể phải là nhỏ nhất

Ta dự định trước thân bể được hàn từ các tấm thép có kích thước 2x9m và
chiều dày đáy bể là 8mm. Ta sẽ tính toán theo các trường hợp sau để lựa chọn ra
trường hợp tối ưu nhất :Trong tính toán sơ bộ ta tính chiều dày theo phương pháp
1foot (0.3m), phương pháp này chỉ áp dụng cho bể có đường kính nhỏ hơn hoặc
bằng 60m(200ft)
Theo phương pháp này thì chiều dày thành bể được tính toán theo công thức
sau:
td =

tt =

4,9* D * ( H − 0,3) * G
+ CA
Sd
( trong điều kiện thiết kế ) (2.3)

4,9* D *( H − 0,3)* G
St

( trong điều kiện thử áp lực ) (2.4)

Trong đó:
-

D là đường kính bể (m)
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 ) (m)
CA là chiều dày ăn mòn cho phép lấy bằng 2mm (theo API650[1])
Sd, St là ứng suất cho phép trong điều kiện thiết kế và trong điều kiện thử áp
lực (Mpa)
Kết quả tính toán như sau:

1.

Phương án 1: H = 22(m), D = 52 (m).
Bảng II.1. Khối lương thép phương án 1.

SVTH: Nguyễn Xuân Thành
MSSV: 1132.51

Page 17


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3

2.Trường hợp 2 : H=20(m) , D=54(m)
Bảng II.2. Khối lương thép phương án 2.

3.Phương án 3 : H=18(m) , D=57(m)
Bảng II.3. Khối lương thép phương án 3.

SVTH: Nguyễn Xuân Thành
MSSV: 1132.51

Page 18


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3

2.

Kết luận phương án chọn

Từ những tính toán như trên nhận thấy trường hợp 3 (H =18 m, D = 57m) có
tổng khối lượng thép là nhỏ nhất tuy nhiên chiều cao H = 18(m) xa giá trị chiều cao
lợi nhất của bể Hln = 19.75(m), đường kính D là tương đối lớn ứng với tăng diện
tích mặt thoáng của chất lỏng và chất lỏng bốc hơi lớn làm tăng áp suất dư gây
nguy hiểm và thiệt hại kinh tế. Vậy ta chọn kích thước bể theo phương án 2 .
H = 20 (m)
D = 54 (m)
V = 45000(m3)

3. Tính
3.1. Tính

toán kết cấu thân bể
toán chiều dày thân bể (theo API650)

Chiều dày thân bể được lấy theo giá trị chiều dày trong điều kiện thiết kế
(design shell thickness), có kể đến ăn mòn(corrosion allowance) và chiều dày trong
điều kiện kiểm tra áp lực(hydrostatic test shell thickness) nhưng không được nhỏ
hơn một giá trị chiều dày nhất định tùy thuộc vào đường kính của bể theo mục
3.6.1.1 (API 650 – [1]):
API 650 đưa ra hai phương pháp tính toán chiều dày thân bể:
-

Phương pháp 1foot (1foot method) đã được trình bày trong phần lựa chọn
phương án và tính toán sơ bộ chiều dày thành bể.
Phương pháp điểm thiết kế biến thiên (variable design point method) tính
toán chính xác hơn bề dày thành bể, được trình bày như sau:

3.2. Phương

pháp điểm thiết kế biến thiên

Phương pháp điểm thiết kế biến thiên (Varible design point method) là
phương pháp tính lặp bề dày thành bể tại điểm thiết kế căn cứ vào bề dày thành bể
SVTH: Nguyễn Xuân Thành
MSSV: 1132.51

Page 19

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3

đầu tiên của tầng tôn sát đáy, với bề dày của tầng tôn sát đáy được tính theo
phương pháp 1foot.
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 feet.
Số tầng tôn của bể được xác định theo công thức sau:
n=

Ht 20
=
= 10
Hi
2

( 2.5 )

Trong đó:
-

Ht là chiều cao bể (m).
Hi là chiều cao của mỗi tầng tôn (m).

Phương pháp này được sử dụng khi điều kiện sau thỏa mãn:
L 1000
≤
H
6

( 2.6 )

Trong đó:
-

L = (500Dt)0,5
D là đường kính bể (m).
t là chiều dày tầng đáy(mm).
H là mực chất lỏng thiết kế lớn nhất (m).

•

Chiều dày tầng đáy
Chiều dày tầng đáy được xác định theo công thức:

-

Trong điều kiện thiết kế:
t1d = (1,06 −

-

0,0696* D H * G 4,9* H * D * G
*

)*(
) + CA
H
Sd
Sd

( 2.7 )

Trong điều kiện kiểm tra áp lực
t1t = (1,06 −

0,0696* D H
4,9* H * D
*
)*(
)
H
St
St

( 2.8 )

Các giá trị t1d ,t1t không đuợc lớn hơn các giá trị t pd ,tpt (chiều dày sơ bộ của
tầng đáy được tính theo phương pháp 1foot).

SVTH: Nguyễn Xuân Thành
MSSV: 1132.51

Page 20

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3

•

Chiều dày tầng thứ 2(t2)
Chiều dày tầng thứ 2 được xác định qua kiểm tra tỷ số:
n=

h1
( R * t1 )0,5

( 2.9 )

Trong đó:
-

h1 là chiều cao tầng đáy (m)
R là bán kính của bể (m)
t1 là chiều dày của tầng một ứng với hai điều kiện thiết kế và kiểm tra áp lực
(không kể tới ăn mòn).
Nếu ≤ 1.375 thì t2 =t1
Nếu ≥ 2.625 thì t2 =t2a
Nếu nằm trong khoảng từ 1,375 và 2,625 thì :

h1
)
( R * t1 )0,5 *1, 25

t2 = t2 a + (t1 − t2 a )*(2,1 −

( 2.10 )

Trong đó: t2a là chiều dày của tầng 2 được xác định tại điểm cách đáy của
tầng 2 một khoảng x = Min(x1, x2, x3), t2a được tính toán qua cách lặp sau:
x1 = 0, 61* ( R * tu )

0,5

+ 320CH

x2 = 1000CH

x3 = 1, 22* ( R * tu )

( 2.11 )
( 2.12 )

0,5

( 2.13 )

C = ( K 0,5 *( K − 1)) / (1 + K 1,5 )
K = Tl / tu

( 2.14 )
( 2.15 )

Với:
TL là chiều dày của tầng thấp hơn
Tu là chiều dày sơ bộ của tầng 2 thay đổi theo các lần lặp:
-

lần 1: tu được tính theo phương pháp 1foot
lần 2: tu = t1x
lần 3: tu = t2x

SVTH: Nguyễn Xuân Thành
MSSV: 1132.51

Page 21


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3

Tính toán bề dày nhỏ nhất (tx) của lớp vỏ phía trên theo điều kiện kiểm tra và
thử áp lực theo công thức sau:
-

Trong điều kiện kiểm tra:
tdx =

-

4,9* D *( H −
Sd

x
)
1000 + CA

( 2.16 )

Trong điều kiện thử áp lực:
ttx =

4,9* D *( H −

x
)
1000

St

( 2.17 )

Bằng cách tính lặp như trên ta có kết quả tính toán chiều dày thành bể như
sau :
Bảng II. 4. Chiều dày các phân đoạn bể.

Đoạn thân bể(lớp)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
4. Tính toán kết cấu
4.1. Cấu tạo đáy bể

chiều dày (mm)
32
28
26
24
22
20
18
16
14
12

đáy bể

Đáy bể tựa trên nền cát và chịu áp lực chất lỏng. Ứng suất tính toán trong
đáy không đáng kể nên chiều dày của tấm đáy được chọn theo các yêu cầu của cấu

tạo khi hàn và chống ăn mòn.
Phần chính của đáy (khu giữa ), gồm các tấm thép có kích thước lấy theo các
tấm thép định hình (2 x 9 m ).
Phần viền ngoài (vành khăn) cần được tính toán cụ thể theo tiêu chuẩn
API650[1].
Đường kính đáy phải lớn hơn đường kính bể tối thiểu là 100 mm.
4.2. Tính

toán chiều dày đáy bể

SVTH: Nguyễn Xuân Thành
MSSV: 1132.51

Page 22


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3

Theo API 650[1] (phần 3.4.1) chiều dày tối thiểu của đáy bể chưa kể ăn mòn
là 6 mm.Vậy chiều dày của đáy bể là :
Tb = 6+CA = 6+2 =8 (mm)
Chọn tb =8 (mm).
4.3. Tính toán tấm vành khăn (annular bottom
4.3.1. Tính toán chiều dày tấm vành khăn.

plate)

Theo bảng 3.1 của tiêu chuẩn API 650[1] với bể có đường kính bể 50 m, áp
lực thiết kế cho phép ≤ 190 MPa, chiều dày tấm thành bể lớn nhất là 26 mm. Chiều
dày tối thiểu của tấm vành khăn là: t ba = 6 + CA = 6 + 2 = 8 mm(CA là chiều dày
chống ăn mòn của tấm vành khăn ở đáy: 2 mm)
Chọn chiều dày của tấm vành khăn là: 10 mm
4.3.2.

Tính toán chiều rộng của tấm vành khăn
Theo mục 3.5.2. của tiêu chuẩn API 650[1].
Khoảng cách giữa thành trong của bể và mối hàn chồng ≥ 600mm .
Tấm vành khăn phải nhô ra khỏi ít nhất là 100 mm .

Trong trường hợp độ rộng của tấm vành khăn lớn hơn yêu cầu thì tính toán
theo công thức sau:
215tba
( H * G )0,5

( 2.18 )

Trong đó:
-

tba là chiều dày của tấm vành khăn
H là chiều cao lớn nhất của mực chất lỏng chứa trong bể
G là tỷ trọng chất lỏng chứa trong bể
Thay số vào (2.18) ta có:

( 215 x10 ) /

(19.7 x0,8) = 620, 65mm

Chọn kích thước của tấm vành khăn sao cho phù hợp với kích thước của tấm
thép sản xuất thực tế. Vì vậy chọn bề rộng của tấm vành khăn là 2000 mm, phần
nhô ra phía ngoài bể là 200 mm.

5.

Tính toán vành gia cường chống gió

SVTH: Nguyễn Xuân Thành
MSSV: 1132.51

Page 23


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3

Vành chống gió có tác dụng làm giảm chiều cao tính toán của thành bể, giúp
cho bể ổn định, không bị biến dạng dẻo, tính toán thiết kế vành chống gió dựa trên
việc so sánh giữa chiều cao ổn định của thành bể và chiều cao quy đổi của thành bể
theo mục 3.9.7. Tiêu chuẩn API 650[1].

•

Chiều cao ổn định của thân bể

Chiều cao lớn nhất của thành bể không bị biến dạng dẻo được tính theo công thức
sau:
t
H1 = 9, 47 * t * ( )3
D

( 2.19 )

Trong đó:
-

H1 là khoảng cách theo phương đứng giữa vành chống trung gian với thép
góc ở đỉnh bể hay là khoảng cách lớn nhất không cần gia cường
t là bề dày tầng bể trên cùng
D là đường kính bể thiết kế
3

Thay số vào 2.19 ta có:
•

 12 
9.47 x12 x 
÷ = 11.9( m)
 54 

Chiều cao quy đổi của thân bể:

Wtr = W* (

tuniform 5
)
tactual

( 2.20 )

Trong đó:
-

Wtr là chiều cao quy đổi của thành bể
W là chiều cao thực tế của thành bể
tuniform là bề dày tầng tôn trên cùng
tactual là bề dày thực tế của thành bể
Thay số vào ta có kết quả như sau:

Bảng II. 5. Chiều cao quy đổi thân bể.
Tính toán chiều cao quy đổi
SVTH: Nguyễn Xuân Thành
MSSV: 1132.51

Page 24


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3

Tầng
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

W(m)
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2

tuniform(mm)
8
8

8
8
8
8
8
8
8
8
Tổng cộng

tactual(mm)
32
28
26
22
18
16
14
10
8
8

Wtr(m)
1.52
1.56
1.58
1.63
1.70
1.7
1.78

1.91
2
2
17.43

Chiều cao ổn định quy đổi thân bể: Hqd = ΣWtr = 17.43 (m)
Nhận xét: Hqd = 17.42 > 11.9 = H1 ⇒suy ra cần phải đặt vành gia cường, và chỉ
cần thiết kế một vành chống gió
Vị trí của vành chống gió trung gian:
Chiều cao chuyển đổi của đoạn thân bể từ vành chống gió trung gian đến
đỉnh bể và đến đáy bể phải nhỏ hơn chiều cao ổn định H1
• Không được đặt nằm trong phạm vi 150 mm của đường hàn vòng. Khi tính
toán sơ bộ vành chống gió đặt trong phạm vi 150 mm của đường hàn thì nó
phải được đặt ở dưới.
•
•

Từ các điều kiện trên ta chọn được vị trí đặt vành chống gió trung gian: nằm
giữa tầng thứ 8 cách đáy của tầng 9 là 1000 mm.
•

Tính toán tiết diện vành chống gió

Theo API650(3.9.7.6) moment kháng uốn của vành chống gió trung gian
được tính theo công thức :
z=

D 2 * H1
17

( 2.20 )

Trong đó:
-

D là đường kính thiết kế bể (m)
Z momen chống uốn yêu cầu nhỏ nhất (cm3)

SVTH: Nguyễn Xuân Thành
MSSV: 1132.51

Page 25