cơ khí và máy trong công nghệ hóa học MỎ ĐỊA CHẤT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
KHOA DẦU KHÍ

BÀI THIẾT KẾ
Giáo Viên Hướng Dẫn

:

Sinh Viên Thực Hiện

:

Lớp

:

Mã Sinh Viên

:

Vũng Tàu, Tháng 2/2017
1


BÀI THIẾT KẾ BỂ CHỨA DẦU BONNY NHẸ
Đề bài 17: Thiết kế xây dựng bể chứa dầu thô bonny nhẹ
-

Tỷ trọng API của dầu: 35.4;

-

Nhiệt độ làm việc 50 oC;

-

Thể tích chứa 100.000m3;

-

Ăn mòn: thành bể 3mm, đáy bể 3mm, mái bể 2mm;

-

Vận tốc gió 205 km/giờ

Mục lục

Trang

Chương I. Tổng quan về bể chứa ..................................................................
1.1.
1.2.
1.3.

5

Giới thiệu ................................................................................................
5

Khái niệm về bể chứa ............................................................................
5
Phân loại bể chứa …………………………………………………………...5
1.3.1 Bể chứa trụ đứng áp lực thấp ......................................................... ……6
1.3.2. Bể chứa trụ ngang …………………………………………………….9
1.3.3. Bể chứa cầu………………………………………………………….10
1.3.4. Bể chứa hình giọt nước ……………………………………………..11
1.3.5 Bể chứa trụ đứng mái dome …………………………………………11

Chương II. Thiết kế bồn chứa ………………………………………………….12
2.1. Xác định các thông số công nghệ bồn chứa …………………………….......13
2.2. Lựa chọn vật liệu làm bồn……………………………………………………13
2.3. Xác định giá trị áp suất tính toán……………………………………………. 14
2.4. Xác định các tác động bên ngoài …………………………………………….15
2.4.1 Tác động của gió ……………………………………………………15
2.4.2 Tác động của động đất ………………………………………………15
2


2.5. Xác định chiều dày của bồn………………………………………………….16
2.6. Xác định các lỗ trên bồn ……………………………………………………16
2.7. Xác định chân đỡ và tai nâng ……………………………………………….17
2.8. Các ảnh hưởng thủy lực đến bồn chứa ……………………………………..17
2.8.1 Áp suất làm việc cực đại…………………………………………… 17
2.8.2 Tải trọng gió……………………………………………………….. 18
2.8.3 Dung tích chứa lớn nhất cho bồn mái nổi …………………………..19
2.9. Các thông số cần thiết trong tính toán thiết bị……………………………….19
2.9.1. Nhiệt độ làm việc, nhiệt độ tính toán……………………………….19
2.9.2. Áp suất làm việc, áp suất tính toán, áp suất gọi và áp suất thử …….19
2.9.3. Ứng suất cho phép tiêu chuẩn………………………………... …….20

2.9.4. Các hệ số hiệu chỉnh ………………………………………………..21
Chương III

Tính Toán Bể Chứa ……………………………………………22

3.1Xác định chiều dày các đoạn thân bể………………………………………… 23
3.1.1Tính toán chiều dày thân bể đầu tiên …………………………………23
3.1.2 Tính toán thân bể thứ n……………………………………………… 24
3.2 Thiết kế mái………………………………………………………………….. 28
3.3 Tính toán thiết kế các tấm vành khăn tại đáy bể…………………………….. 29
3.4 Tính toán vành gia cường chống gió………………………………………… 30
3.5 Các thiết bị phụ trợ. ………………………………………………………….32
3.5.1 Cầu thang thành bể…………………………………………………...32
3.5.2 Các loại van…………………………………………………………..32
3.5.3 Các loại cửa bể ………………………………………………………33
3


3.5.4 Các loại cửa thông khí ………………………………………………33
3.5.5 Cửa xuất,cửa nhập…………………………………………………... 33
Chương IV. Kiểm Tra Tính Chống Lật Của Bể Dưới Tác Dụng Của Gió…. 34
4.1 Tính toán tải trọng gió tác dụng lên bể ……………………………………….34
4.2 Tính toán trọng lượng của bể……………………………………………….... 34
4.3 Kiểm tra ổn định của bể ………………………………………………………36
Chương V. An ToànVà Phòng Chống Cháy Nổ Trong Hệ Thống Bồn Chứa 36
5.1. Giới thiệu chung ……………………………………………………………..36
5.2. Các biện pháp an toàn………………………………………………………. 37
5.2.1. Đối với con người………………………………………………….. 37
5.2.2. Trong công tác quản lý ……………………………………………..37
5.2.3. Trong quá trình bảo quản và sản xuất ………………………………37

5.2.4. Trong quá trình sửa chữa các thiết bị trong hệ thống bồn ……... 38
5.3. Hệ thống phòng cháy chữa cháy…………………………………………….. 39
5.4. Các hoạt động trong trường hợp khẩn cấp………………………………….. 40

4


Chương I. Tổng quan về bể chứa
1.1. Giới thiệu
Trong công nghiệp hoá dầu, tất cả các hoạt động sản xuất, buôn bán, tồn trữ
đều liên quan đến khâu bồn bể chứa. Bồn, bể chứa tiếp nhận nguyên liệu trước khi
đưa vào sản xuất và tồn trữ sau sản xuất. Bồn chứa có vai trò rất quan trọng, nó có
nhiệm vụ: Tồn trữ nguyên liệu và sản phẩm...Và các hoạt động xử lý sơ bộ. Tại
đây các hoạt động kiểm tra chất lượng, số lượng, phân tích các chỉ tiêu trước khi
xuất hàng đều được thực hiện.
Ngoài ra nó còn được hỗ trợ bởi các hệ thống thiết bị phụ trợ: van thở, nền
móng, thiết bị chống tĩnh điện, mái che…

1.2Khái niệm về bể chứa
Bể chứa là một công trình xây dựng nhằm mục đích phục vụ cho công tác
tàng trữ các sản phẩm dầu mỏ, khí hoá lỏng, nước, axít, cồn công nghiệp…
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 bể chứa có cấu trúc
phức tạp nhưng hợp lý hơn về mặt kết cấu góp phần đem lại hiệu quả kinh tế cao.
Tùy vào từng công năng của từng bể, vào yêu cầu sử dụng cũng như các yêu
cầu về kinh tế, thi công, người ta có các loại hình bể phù hợp. Việc phân loại chủ
yếu vào hình dáng và áp lực của nó.
1.3. Phân loại bể chứa
Phân loại theo hình dạng bể:
- Bể chứa hình trụ ( trụ đứng , trụ ngang).

- Bể hình cầu.
- Bể hình giọt nước …
Vị trí của từng bể trong không gian có thể đặt cao hơn mặt đất ( trên gối
tựa ), đặt trên mặt đất, ngầm hoạc nửa ngầm dưới đất hoạc dưới nước.
Phân loại theo mái bể :
5


- Bể chứa có thể tích không đổi (mãi tĩnh-cố định)
- Bể chứa có thể tích thay đổi( mái phao – ngoài mái cố định còn có
phao nổi trên chất mặt lỏng, hoạc mái nổi – bản thân là mái phao)
Phân loại theo áp lực dư:
-

Bể chứa áp lực thấp: khi áp lực dư pd ≤ 0,002MPa và áp lực chân
không (khi xả hết chất lỏng) po ≤ 0,00025Mpa (0,0025 kG/cm2).

- Bể chứa trụ đứng áp lực cao: khi áp lực dư pd > 0,002MPa.
1.3.1 Bể chứa trụ đứng áp lực thấp
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 20000m3 (chứa xăng),
thậm chí tới 50 000m3 (chứa dầu mazút,…)

Bể chứa trụ đứng áp lực thấp
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.
6

- 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: Mái bể cũng đựơc tổ hợp từ các tấm thép hàn lại với các dạng
chính như sau: Mái nón, mái treo, mái cầu, mái trụ cầu.

Một số dạng mái bể chứa trụ đứng áp lực thấp
Bể chứa trụ đứng mái nón.
Thường sử dụng khi thể tích bể V<=5000m3. Đường kính có thể tới 300 feet
và chiều cao 64 feet 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.
Mái nón thường có độ dốc i=1/20, được lắp ghép từ các tấm chế tạo sẵn.
Một đầu tấm tựa trên thành bể, một đầu tựa trên vành cột trung tâm.
Bể chứa trụ đứng mái phao
Loại bể này hiện nay được sử dụng khá nhiều trên thế giới. Việc sử dụng
loại mái mang lại hiệu quả kinh tế cao, làm giảm đáng kể sự mất mát CacbuaHydro 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 hoả
so với các loại bể khác. Trên thực tế, người ta hay dùng hai loại bể :
7


- Bể hở có mái phao
- Bể kín có mái phao.
Khi sử dụng bể mái phao thì hao tổn do bay hơi có thể giảm đi từ 80% ÷
90%

Bể chứa trụ đứng mái trụ cầu
Loại bể này dùng để chứa sản phẩm dầu nhẹ. Mái gồm các tấm chỉ cong
theo phương kinh tuyến. Với bán kính cong r1 bằng đường 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.
Bể chứa trụ đứng mái cầu
Loại bể này dùng để chứa sản phẩm dầu nhẹ. Mái gồm các tấm cong theo 2
phương. 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.

Bể chứa trụ đứng mái phao

8


Bể chứa trụ đứng mái trụ cầu ( mái cầu)
1.3.2. Bể chứa trụ ngang
Bể chứa trụ ngang dùng để chứa các sản phẩm dầu mỏ dưới áp lực dư pd ≤
0,2Mpa và hơi hoá lỏng có pd ≤ 1,8MPa, áp lực chân không po ≤ 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.
- 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.
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

9


Bể chứa trụ ngang
1.3.3. Bể chứa cầu
Bể chứa cầu dùng để chứa hơi hoá lỏng với áp lực dư pd 0,25 ÷1,8MPa, thể
tích bể V =600 ÷4000m3. Thể tích bể cầu có thể lên đến 10.000m3. Tuy nhiên khi
thể tích bể quá lớn thì hiệu quả kinh tế không cao.
Bể được ghép từ các tấm cong hai chiều và được chế tạo bằng cách cán
nguội hoặc dập nóng. Các tấm thép đựơc hàn với nhau bằng đường hàn đối đầu.
Cách chia các tấm trên mặt cầu có nhiều hình dạng khác nhau: múi kinh tuyến với
các mạch song song hoặc so le.
Bể 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 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

10


Bể chứa cầu
1.3.4. 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 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.
- 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 bê tông cốt thép.

Bể chứa hình giọt nước
1.3.5 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 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

11


Bể chứa trụ đứng kết cấu mái dome

Chương II. Thiết kế bồn chứa

Bồn chứa trong ngành dầu khí chủ yếu dùng để chứa các sản phẩm nhiên
liệu như: khí, xăng, D.O, và các nguyên liệu của ngành hoá dầu như:
VCM, butadiene,…
Các sản phẩm dầu khí có khả năng sinh ra cháy nổ cao, mức độ độc
hại nhiều nên đòi hỏi việc thiết kế cũng như tính toán phải hết sức cẩn thận. Các hệ
thống phụ trợ kèm theo phải được bố trí cẩn thận, tính toán tỉ mỉ, nhất là
hệ thống phòng cháy chữa cháy, bố trí mặt bằng nhằm hạn chế tối thiểu khả năng
xảy ra cháy nổ cũng như khắc phục khi xảy ra sự cố.

Tuy nhiên, việc tính toán cơ khí cho bồn cao áp là quan trọng nhất vì khi
xảy ra sự cố thì việc khắc phục chỉ mang tính chất hình thức, thiệt hại gây ra cho
sự cố là khó lường.
Quá trình tính toán bồn cao áp bao gồm các bước sau:
12


2.1. Xác định các thông số công nghệ bồn chứa
Các thông số công nghệ của bồn bao gồm:
- Thể tích của bồn chứa V.
- Các kích thước cơ bản như: chiều dài phần trụ (l), đường kính phần trụ (d), chiều
cao phần nắp bồn chứa (h), loại nắp bồn chứa.
- Các thiết bị lắp đặt trên bồn chứa, bao gồm: các valve áp suất, các thiết bị đo áp
suất, đo mực chất lỏng trong bồn, đo nhiệt độ.
- Vị trí lắp đặt các thiết bị trên bồn chứa.
- Các yêu cầu về việc lắp đặt các thiết bị trên bồn chứa.
2.2. Lựa chọn vật liệu làm bồn
Các sản phẩm dầu khí chứa trong bồn thường có áp suất hơi bão hoà lớn,
nhiệt độ hoá hơi thấp và có tính độc hại.
Mức độ ăn mòn của các sản phẩm dầu khí này thuộc dạng trung bình, tùy
thuộc vào loại vật liệu làm bồn, nhiệt độ môi trường mà mức độ ăn mòn các sản
phẩm này có sự khác nhau.
Khi xét đến yếu tố ăn mòn, khi tính toán chiều dày bồn, ta tính toán thời
gian sử dụng, từ đó tính được chiều dày cần phải bổ sung đảm bảo cho bồn ổn định
trong thời gian sử dụng.
Việc chọn lựa vật liệu còn phụ thuộc vào yếu tố kinh tế, vì đối với thép hợp
kim có giá thành đắt hơn nhiều so với loại thép cacbon thường, công nghệ chế tạo
phức tạp hơn, giá thành gia công đắt hơn nhiều,đòi hỏi trình độ tay nghề của thợ
hàn cao.
Sau khi lựa chọn được vật liệu làm bồn, ta sẽ xác định được ứng suất tương ứng

của nó, đây là một thông số quan trọng để tính toán chiều dày bồn. Đối với các
loại vật liệu khác nhau thì ứng suất khác nhau, tuy nhiên các giá trị này
không chênh lệch nhau nhiều.

13


Đối với bể chứa dầu thô, xăng, kerosen và các sản phẩm dầu mỏ, vật liệu
chế tạo chủ yếu là thép. Thép có nhiều tính chất quý như: bền, dai, chịu được trọng
động, có khả năng đúc rèn, cán, dập, hàn, dễ cắt gọt; tính chất của nó biến đổi
trong phạm vi rộng phụ thuộc vào thành phần, phương pháp gia công.
Trong việc chế tạo this bị hóa chất người ta dùng thép cacbon hoặc thép hợp
kim thấp (hàm lượng các nguyên tố không gỉ đến 2.5%). Các loại thép này phải có
độ dẻo cao, dễ uốn, có tính hàn cao.
Hàn là một trong những phương pháp chủ yếu được lựa chọn trong thiết kế
bể chứa. Trong quá trình thiết kế, người thiết kế cần phải quyết định phương pháp
hàn, chọn kiểu mối hàn, cách chuẩn bị mép hàn và hoàn chỉnh mối hàn để đảm bảo
chất lượng của kết cấu. Việc lựa chọn phương pháp hàn phụ thuộc vào vật liệu đem
hàn, kích thước hình học của chúng (bề dày và đường kính) và trang bị của nhà
máy chế tạo. Ở các nhà máy ché tạo thiết bị hóa chất thường dùng các phương
pháp hàn: hàn tay, hàn bán tự động và hàn hồ quang điện dưới lớp thuốc. Tùy
thuộc vào vị trí của tấm vật liệu, vào phương pháp hàn để chọn kiểu hàn. Người ta
thường dùng ba kiểu hàn là hàn giáp mối, hàn vuông góc và hàn chồng, đối với
thiết bị hóa chất phổ biến nhất là kiểu hàn chồng.
2.3. Xác định giá trị áp suất tính toán
Đây là một thông số quan trọng để tính chiều dày bồn chứa. Áp suất tính
toán bao gồm áp suất hơi cộng với áp suất thủy tĩnh do cột chất lỏng gây ra:
Ptt= Ph+ ρgH
Trong đó:
Ptt: Áp suất tính toán.

Ph: Áp suất hơi.
ρ: Khối lượng riêng sản phẩm chứa trong bồn ở nhiệt độ tính toán.
g = 9.81 (m/s2): gia tốc trọng trường.
H: Chiều cao mực chất lỏng trong bồn.
14


Thường ta tính chiều dày chung cho cả bồn chứa cùng chịu một áp
suất (nghĩa là áp suất tính toán chung cho cả bồn chứa).
Đối với các sản phẩm dầu khí chứa trong bồn cao áp, áp suất tính
toán thường có giá trị:
- Propan : 18 (at)
- Butan : 9 (at)
- Bupro : 13 (at)
2.4. Xác định các tác động bên ngoài
2.4.1 Tác động của gió
Gió có thể tác động đến bồn, ảnh hưởng đến độ ổn định của bồn, làm cho
bồn bị uốn cong hay tác động đến hình dáng của bồn. Tuy nhiên đối với bồn cao
áp, do hình dáng cũng như cách đặt bồn nên ảnh hưởng của gió tác động lên bồn
nhỏ. Ảnh hưởng gió có thể bỏ qua nếu như ta xây tường bảo vệ hoặc đặt bồn ở vị
trí kín gió.
2.4.2 Tác động của động đất
Đây là tác động hy hữu, không có phương án để chống lại. Tuy nhiên khi xét
đến phương án này, ta chỉ dự đoán và chỉ đảm bảo cho các sản phẩm không bị thất
thoát ra ngoài, nhưng việc này cũng không thể chắc chắn được. Phần lớn các tác
động này ta không thể tính toán được vì sự phức tạp của động đất. Tác động này
gây ra hiện tượng trượt bồn ra khỏi chân đỡ, cong bồn, gãy bồn. Tốt nhất ta chọn
khu vực ổn định về địa chất để xây dựng.
- Các tải trọng tác động lên nó có thể xảy ra cũng được xét đến, chẳng hạn như các
thiết bị bố trí trên thân bồn: hệ thống cácthiết bị kèm theo, cầu thang, giàn

đỡ,…Các tải trọng này được tính toán trong phần tính toán bồn.
- Ngoài ra còn xét đến các yếu tố bên ngoài do con người tác động như: đào đất,
các hoạt động có thể gây ra va đập với bồn, các hoạt động mang tính chất phá hoại.
15


Chính các yếu tố đó đòi hỏi ta phải có các phương án bảo vệ thích hợp như thường
xuyên kiểm tra, xây tường bảo vệ, có các ký hiệu cho biết đây là khu vực nguy
hiểm, có thể gây ra cháy nổ lớn và ảnhhưởng đến các vùng lân cận, đồng thời phải
có những quy định, chế tài cụ thể đối với người vi phạm.
2.5. Xác định chiều dày của bồn
Công việc xác định chiều dày của bồn được thực hiệntheo các bước sau:
Xác định tiêu chuẩn thiết kế: ASME section VIII.Div.1, API 650
Xác định được ứng suất cho phép của loại vật liệu làm bồn chứa: δcp
Xác định áp suất tính toán bồn chứa: Ptt
Xác định hệ số bổ sung chiều dày do ăn mòn C = Cc+ Ca
Các thông số công nghệ như: đường kính bồn chứa (D), Chiều dài phần
hình trụ (L), chiều cao hình trụ (H)
Các thông số về nắp bồn chứa: Loại nắp bồn chứa, chiều cao nắp bồn chứa.
2.6. Xác định các lỗ trên bồn
Đi kèm với bồn là hệ thống phụ trợ bao gồm có các cửa người, các lỗ dùng
để lắp các thiết bị đo như nhiệt độ, áp suất, mực chất lỏng trong bồn, các lỗ dùng
để lắp đặt các ống nhập liệu cho bồn, ống xuất liệu, ống vét bồn, lắp đặt các valve
áp suất, các thiết bị đo đạt nồng độ hơi sản phẩm trong khu vực bồn chứa.
Các thiết bị lắp đặt vào bồn có thể dùng phương pháp hàn hay dùng ren.
Thường đối với các lỗ có đường kính nhỏ ta thường dùng phương pháp ren vì dễ
dàng trong công việc lắp đặt cũng như trong việc sửa chữa khi thiết bị có sự cố.
Khi tạo lỗ trên bồn chứa cần chú ý đến khoảng cách giữa các lỗ cũng như việc
tăng cứng cho lỗ.

16


2.7. Xác định chân đỡ và tai nâng
Chân đỡ bồn chứa ta dùng chân đỡ bằng thép hàn hay có thể xây bằng gạch,
bêtông. Tuy nhiên, trong ngành dầu khí ta thường dùng chân đỡ bằng thép hàn. Ta
chọn vật liệu làm chân đỡ, các thông số chân đỡ sau đó kiểm tra bền. Các yêu cầu
khi kiểm tra bền:
- Giá trị ứng suất mà tải trọng tác dụng lên giá đỡ không lớn hơn 2/3 giá trị ứng
suất vật liệu làm chân đỡ.
2.8. Các ảnh hưởng thủy lực đến bồn chứa
2.8.1 Áp suất làm việc cực đại
Là áp suất lớn nhất cho phép tại đỉnh của bồn chứa ở vị trí hoạt động bình
thường tại nhiệt độ xác định đối với áp suất đó. đólà giá trị nhỏ nhất thường được
tìm thấy trong tất cả các giá trị áp suất làm việc cho phép lớn nhất ở tất cả các phần
của bồn chứa theo nguyên tắc sau và được hiểu chỉnh cho bất kỳ sự khác biệt nào
của áp thủy tĩnh có thể tồn tại giữa phần được xem xét và đỉnh của bồn chứa.
Nguyên tắc: áp suất làm việc cho phép lớn nhất của một phần của bồn chứa
là áp suất trong hoặc ngoài lớn nhất bao gồm cả áp suất thủy tĩnh đã nêu trên cùng
những ảnh hưởng của tất cả các tải trọng kết hợp có thể xuất hiện cho việc thiết kế
đồng thời với nhiệt độ làm việc kể cả bề dày kim loại thêm vào để bảo đảm ăn
mòn.
Áp suất làm việc lớn nhất cho phép có thể được xác định cho nhiều hơn một
nhiệt độ hoạt động, khi đó sử dụng ứng suất cho phép ở nhiệt độ đó.
Thử nghiệm áp suất thủy tĩnh được thực hiện trên tất cả các loại bồn sau khi
tất cả các công việc lắp đặt được hoàn tất trừ công việc chuẩn bị hàn cuối cùng và
tất cả các kiểm tra đã được thực hiện trừ những yêu cấu kiểm tra sau thử
nghiệm. Bồn chứa đã hoàn tất phải thỏa mãn thử nghiệm thủy tĩnh.
Những bồn thiết kế cho áp suất trong phải được thử áp thủy tĩnh tại những

17


điểm của bồn có giá trị nhỏ nhất bằng 1,5 lần áp suất làm việc lớn nhất cho phép
(áp suất làm việc lớn nhất cho phép coi như giống áp suất thiết kế), khi tính toán
không dùng để xác định áp suất làm việc lớn nhất cho phép nhân với tỷ số thấp
nhất ứng suất S ở nhiệt độ thử nghiệm và ứng suất S ở nhiệt độ thiết kế.
Thử nghiệm thủy tĩnh dựa trên áp suất tính toán có thể được dùng bởi thỏa
thuận giữa nhà sản xuất và người sử dùng. Thử nghiệm áp suất tĩnh tại đỉnh của
bồn chứa nên là giá trị nhỏ nhất của áp suất thử nghiệm được tính bằng cách nhân
giá trị áp suất tính toán cho mỗi thành phần áp suất với 1,5 và giảm giá trị này
xuống bằng áp suất thủy tĩnh tại đó. Khi áp suất này được sử dụng người kiểm tra
nên đòi hỏi quyền được yêu cầu nhà sản xuất hoặc nhà thiết kế cung cấp các tính
toán đã được sử dụng để xác định áp suất thủy tĩnh ở bất kỳ phần nào của bồn
chứa.
Buồng áp suất của những thiết kế kết hợp được thiếtkế hoạt động độc lập
phải được thử như một bồn chứa riêng biệt nghĩa là tiến hành thử với bồn bên
cạnh không có áp.

2.8.2 Tải trọng gió
Tải trọng gió bắt buộc phải được xác định theo những tiêu chuẩn, tuy nhiên
những điều luật của quốc gia hoặc địa phương có thể có những yêu cầu khắc khe
hơn. Nhà thầu nên xem xét một cách kỹ lưỡng để xác định yêu cầu nghiêm ngặt
nhất và sự kết hợp yêu cầu này có được chấp nhận vềmặt an toàn, kinh tế, pháp
luật hay không. Gió thổi bất kỳ hướng nào trong bất kỳ trường hợp bất lợi nào đều
cần phải xem xét.

18

2.8.3 Dung tích chứa lớn nhất cho bồn mái nổi
Khoảng 85 – 90% dung tích của bồn mái nổi được sử dụng trong điều kiện
bình thường, phần thể tích không sử dụng là do khoảng chết trên (dead space) ở
đỉnh và khoảng chết dưới (dead stock) ở đáy.
Đối với bồn mái nổi, chọn chiều cao bồn để đạt sức chứa lớn nhất. Khoảng
chết trên và chết dưới chịu ảnh hưởng nhiều bởi chiều cao hơn là đường kính, do
đó cùng với một thể tích thì bồn cao chứa nhiều hơn bồn thấp.
Chiều cao lớn nhất đạt được được xác định bởi điều kiện đất đai nơi đặt
bồn. Do đó, khi chọn vị trí đặt bồn chứa phải điều tra về lãnh thổ nơi đặt bồn. Do
khoảng chết trên nên bể không được chứa đầy, nếuquá định mức thì sẽ được báo
động bởi đèn báo động ở mức high level.
2.9. Các thông số cần thiết trong tính toán thiết bị
2.9.1. 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:
+ Khi nhiệt độ làm việc nhỏ hơn 2500C thì lấy nhiệt độ tính toán bằng nhiệt
độ làm việc lớn nhất
+ Khi nhiệt độ môi trường tiếp xúc với các chi tiết của thiết bị lớn hơn
2500C thì nhiệt độ tính toán lấy bằng nhiệt độ môi trường cộng thêm 500C.
- Nếu thiết bị có lớp bọc cách điện thì nhiệt độ tính toán bằng nhiệt độ ở bề
mặt lớp cách điện tiếp xúc với chi tiết đó cộng thêm 200C.
2.9.2. Áp suất làm việc, áp suất tính toán, áp suất gọi và áp suất thử
Áp suất là một đại lượng chủ yếu khi tính toán độ bền các thiết bị làm việc
với áp suất môi trường ở bên trong thiết bị là áp suất dư (> 1at). Người ta chia ra 4
loại áp suất:

19

- 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.
- Áp suất tính toán là áp suất của môi trường trong thiết bị, được dùng làm
số liệu tính toán thiết bị theo độ bền và độ ổn định. Thường áp suất tính toán được
lấy bằng áp suất làm việc; nhưng đối với các thiết bị chứa và các thiết bị dùng để
chế biến môi trường cháy nổ thì phải chọn áp suất tính toán theo các sổ tay kĩ
thuật. Chú ý: Khi áp suất thủy tĩnh của môi trường trong thiết bị bằng 5% áp suất
làm việc trở lên thì áp suất tính toán bằng áp suất làm việc cộng áp suất thủy tĩnh.
- Áp suất gọi là áp suất cực đại cho phép môi trường chứa trong thiết bị được
đạt tới khi sử dụng thiết bị (không kể áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng) ở nhiệt độ
của thành thiết bị là 200C. Nếu nhiệt độ thành thiết bị cao hơn 200C, thì áp suất gọi
cũng giảm tương ứng, tỉ lệ với sự giảm ứng suất cho phép ở nhiệt độ này của vật
liệu chế tạo thiết bị.
- Áp suất thử là áp suất dùng để thử độ bền và độ kín của thiết bị. Giá trị áp
suất thử thường lấy bằng 1,5 lần áp suất tính toán hoặc tra trong sổ tay kĩ thuật.
2.9.3. Ứng suất cho phép tiêu chuẩn (đơn vị đo N/mm2 hoặc N/m2)
Đại lượng ứng suất cho phép tiêu chuẩn phụ thuộc vào đặc trưng bền của vật
liệu ở nhiệt độ tính toán và được xác định theo một trong các công thức sau:
[σ]*

;

[σ]* =

;

[σ]*

; [σ]* =

Trong đó
-

;

;

: là ứng suất bền, ứng suất chảy hoặc ứng suất tương đương cho

phép
- nb, nc, nb1: là hệ số an toàn.
Việc chọn các công thức tính và các hệ số an toàn cũng như các giá trị ứng
suất cho phép dùng sổ tay kĩ thuật.

20


2.9.4. Các hệ số hiệu chỉnh
Hệ số hiệu chỉnh ứng suất: Khi tính kiểm tra độ bền các chi tiết của thiết bị,
người ta dùng ứng suất cho phép chứ không dùng ứng suất cho phép tiêu chuẩn và
xác định nó như sau:
[σ] = [σ]*
Trong đó:
-

là hệ số hiệu chỉnh, xác định theo điều kiện làm việc của thiết bị, thường

= 0,9 ÷ 1,0
- [σ]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn
Hệ số bền mối hàn: Khi ghép các chi tiết bằng mối hàn phần lớn chúng kém

bền hơn so với các vật liệu để nguyên không hàn. Do đó khi tính độ bền của các
chi tiết ghép bằng mối hàn phải đưa hệ số mối hàn

h

vào các công thức tính toán,

đại lượng này đặc trưng cho độ bền của mối ghép so với độ bền của vật liệu cơ
bản. Thường

h=

0,35 ÷ 0,9 tùy thuộc kết cấu mối hàn.

Hệ số bổ sung bề dày tính toán: Khi tính kiểm tra độ bền các chi tiết hoặc
các bộ phận của thiết bị ta ohair chú ý đến sự tác dụng hóa học và cơ học của môi
trường lên vật liệu chế tạo thiết bị. Do đó cần phải bổ sung cho bề dày tính toán
của các chi tiết và bộ phận đó một đại lượng C. Đại lượng C được xác định theo
công thức:
C = Ca + Cb + Cc + Cd
Trong đó
- Ca: Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường, mm
- Cb: Hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường, mm
- Cc: Hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, lắp ráp, mm
- Cd: Hệ số bổ sung để quy tròn kích thước, mm
21


Chương III

Tính Toán Bể Chứa

Kiểu bể: Bể hình trụ mái nổi.
Bể chứa dầu thô bonny nhẹ
Tỷ trọng API của dầu là 35.4
API =

- 131.5= 35.4  Tỉ trọng dầu 0.8478 khoảng 0.85

Thể tích chứa tối đa : V =100000 m3
Hiệu suất bồn chứa tối đa:90 %
Tốc độ gió: v=205 km/h
Nhiệt độ làm việc: 50oC
Độ ăn mòn: Thành bể 3mm, đáy bể 3mm, mái bể 2mm
Tiêu Chuẩn thiết kế: Tiêu Chuân API 650
Chọn Vật liệu thiết kế:
Thành bể chứa và dáy bể chứa: Thép A573M – 485(70) ( Bảng 5.2a trang 68)
St =208MPa

Sd= 193MPa

Rk= 485MPa

Mái chê bể chứa: Hợp Kim Nhôm.
Alloy: 1060 ở 900C : E=66 900 MPa (Bảng Al.8a)
Chọn bồn chứa hình trụ đứng do: 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 các loại bể cầu hay bể trụ ngang.(Bể hình trụ dứng chỉ cần uốn cong các tấm
thép và ghép lại với nhau bằng các mũi hàn)
Chọn chiều cao và đường kính dựa vào tiêu chuẩn API650

22


HG
H/D

Chiều cao bồn chứa 20m.
Chiều cao thiết kế mực chất lỏng: H=20m.
Thông số đường kính 80m
3.1Xác định chiều dày các đoạn thân bể.
 Thân bể là bộ phận chịu lực chính, gồm nhiều đoạn thép tấm hàn lại. Chiều cao
mỗi đoạn thân chính bằng chiều rộng thép tấm định hình.
 Thân bể trong thiết kế ở đây làm bằng thép và có bề rộng là 2m.
 Số tầng của thân bể:
Trong đó:

Tầng

H: chiều cao bể (H = 20m)
Hi: chiều cao các đoạn thân bể (hi = 2m)

Vậy chia bể thành 10 tầng,mỗi tầng cao 2m.
 Thân bể sẽ được tính toán trong hai trường hợp, kiểm tra và thử áp lực sau đó
lựa chọn giá trị lớn hơn đồng thời giá trị đó phải không nhỏ hơn 10 mm đối với
đường kính lớn hơn 60m. (Theo API 650 theo bảng 5.6.1.1)
3.1.1Tính toán chiều dày thân bể đầu tiên:
Công thức tính toán( Trong điều kiện kiểm tra)
T1d

(

√

)(

)

Trong đó:
23


D: đường kính bể (D = 80m)
H: chiều cao chất lỏng thiết kế (H = 20m)
G: trọng lượng chất lỏng chứa trong bể.( 0,85 (kg/l))
Sd: ứng suất cho phép trong điều kiện thiết kế.
Ca: độ ăn mòn cho phép (Ca = 0,003m)
√

(

T1d

)(

)

36.74 (mm)

Công thức tính toán( Trong điều kiện kiểm tra áp lực)
T1t

T1t

(

(

√ )(

)

)(

)

√

mm

Trong đó:
D: đường kính bể (D = 80m)
H: chiều cao chất lỏng thiết kế (H = 20m)
St: ứng suất cho phép trong điều kiện thử áp lực
Có T1t < T1d nên ta chọn t1= max(T1t ,T1d)=T1d=36.74(m)

3.1.2 Tính toán thân bể thứ n.
Tính toán các đoạn thân bể tiếp theo Việc tính toán các đoạn thân bể tiếp theo
được thực hiện theo phương pháp một điểm biến thiên song cần kiểm tra điều kiện.

L = (500.D.t)0,5

24


D: Đường kính bồn chứa (m)
t Chiều dày tầng thứ nhất (mm)
(

)

Nguyên Tắc của quá trình tính toán theo phương pháp một điểm biến thiên.
Xét giá trị của tỷ số.
(

)

(

)

Trong đó:
h là chiều cao đoạn đáy bể thứ nhất.(mm)
R là bán kính của bể.(mm)
t là bề dày đoạn bể thứ nhất.(mm)
Nếu n < 1,375 thì t1=t2
Nếu n>2,625 thì t2=t2a
Nếu 1,375(
Vậy với n=1,879 thì

)(
(

)(

(
(

)

)
)

)

Nguyên tắc của quá trình này như sau:
 Tính toán sơ bộ bề dày của lớp vỏ phía trên (tu) theo công thức sau
- Trong điều kiện kiểm tra
25