Tính toán thiết kế bồn chứa diesel với dung tích tồn chứa là 13.000 m3 - API 650

Đồ án kỹ sư hóa dầu

“Tính toán thiết kế bồn chứa diesel với
dung tích tồn chứa là 13.000 m3”

1


Đồ án kỹ sư hóa dầu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1.

Khái quát về dầu DO. [1]
Dầu Diesel (DO – Diesel Oil): là một loại nhiên liệu lỏng, là sản phẩm tinh chế từ

dầu mỏ có thành phần chưng cất nằm giữa dầu hoả (kesosene) và dầu bôi trơn
(lubricating oil), nặng hơn dầu lửa và xăng. Chúng thường có nhiệt độ bốc hơi từ 175 đến
370 độ C. Nhiên liệu diesel được sản xuất chủ yếu từ phân đoạn gasoil và là sản phẩm
của quá trình chưng cất trực tiếp dầu mỏ, có đầy đủ những tính chất lý hóa phù hợp cho
động cơ Diesel mà không cần phải áp dụng những quá trình biến đổi hóa học phức tạp.
Hàm lượng lưu huỳnh trong diesel rất quan trọng, hàm lượng càng nhỏ càng tốt, hàm
lượng cao sinh ra xăng gây ăn mòn động cơ, phá hỏng dầu nhớt bôi trơn, giảm tuổi thọ
của động cơ.
Dầu diesel ở Việt Nam: Việt Nam hiện nay đang lưu hành 2 loại dầu diesel là:
 Dầu DO 0,05S có hàm lượng lưu huỳnh không lớn hơn 500 mg/kg áp dụng cho
phương tiện giao thông cơ giới đường bộ.
 Dầu DO 0,25S có hàm lượng lưu huỳnh không lớn hơn 2.500 mg/kg dùng cho
phương tiện giao thông đường thủy, được khuyến cáo không dùng cho các phương tiện
giao thông cơ giới đường bộ.
DO có hàm lượng lưu huỳnh (S) càng cao khi cháy sẽ gây ô nhiễm càng cao, sử dụng

DO 0,25S gây ô nhiễm môi trường nhiều hơn DO 0,05S do đó dầu DO 0,05S có chất
lượng cao hơn nên giá thành cao hơn so với DO 0,25S.
Dầu diesel sử dụng chủ yếu cho động cơ diesel (đường bộ, đường sắt, đường thủy)
và một phần được sử dụng cho các tuabin khí (trong công nghiệp phát điện, xây dựng…).
1.2.

Tình hình tiêu thụ và sản xuất nhiên liệu trong những năm qua.

2


Đồ án kỹ sư hóa dầu
 Cơ cấu tiêu thụ nhiên liệu

Hình 1.1: Cơ cấu tiêu thụ xăng dầu.
Xăng và dầu DO chiếm một tỷ lệ rất lớn trong tiêu dùng năng lượng của thế giới nói
chung và Việt Nam nói riêng.
Nhu cầu chủ yếu đến từ khu vực giao thông vận tải (xăng và dầu diesel), chiếm 57%
tổng tiêu thụ. Các ngành công nghiệp và năng lượng, chiếm 19,2% và 6,9% lượng tiêu
thụ tương ứng, chủ yếu là tiêu thụ dầu diesel và dầu nhiên liệu với số lương dao động
trong khoảng 1,5-3 triệu tấn/năm (MTPA). Dầu nhiên liệu (FO) sẽ chiếm khoảng 16%
trong những năm từ 2013. Nhu cầu JetA1 dự kiến sẽ chiếm khoảng 4% đến năm 2020 và
duy trì ở mức 3% từ năm 2020. Tiêu thụ xăng và dầu diesel sẽ tăng lên, bù đắp sự suy
giảm trong dầu nhiên liệu và tiêu thụ jetA1. Nếu chỉ tính đến những dự án có khả năng
được thực hiện, công suất lọc dầu của Việt Nam sẽ đạt khoảng 31 triệu tấn trong năm
2020, 36 triệu tấn vào năm 2021 ở mức tối đa. Theo đó, nhập khẩu các sản phẩm xăng
dầu sẽ giảm, Việt Nam sẽ có nguồn thặng dư xăng và jetA1.
3

Đồ án kỹ sư hóa dầu
 Tình hình tiêu thụ
Mức tiêu thụ dầu của Việt Nam được đánh giá là tăng nhanh nhất trong khu vực.
Diễn biến này góp phần khiến Việt Nam từ một nước sản xuất dầu trở thành nước tiêu thụ
dầu từ năm 2010. Xét đến sự gia tăng trong sản xuất thiết bị điện tử trong 3 năm qua,
ngân hàng ANZ dự kiến mức tiêu thụ dầu sẽ tiếp tục tăng khi tổng nhu cầu năng lượng
theo kịp với nhu cầu tăng trưởng sản xuất.
 Tình hình sản xuất
Việt Nam vừa là nước xuất khẩu dầu thô vừa là nước nhập khẩu các sản phẩm dầu đã
qua xử lý.
Dẫn báo cáo thống kê về năng lượng thế giới 2014 của ANZ cho biết, Việt Nam nắm
giữ 0,3% trữ lượng dầu đã dược phát hiện của thế giới, khoảng 4,4 tỷ thùng. Tại khu vực
Châu Á Thái Bình Dương, Việt Nam có tỷ lệ dự trữ so với sản xuất cao nhất ở mức 34,5
– cao hơn các nước xuất khẩu dầu truyền thống như Brunei, Indonesia và Malaysia.
Việt Nam có tỉ lệ hệ số dự trữ/ sản xuất (R/P) rất cao, trong đó (R/P) của dầu thô là
32,6 lần (đứng đầu khu vực châu Á Thái Bình Dương và thứ 10 thế giới) và chỉ số R/P
của xăng dầu là 66 (đứng đầu châu Á Thái Bình Dương và thứ 716 thế giới). Điều này
cho thấy sự phát triển tiềm năng trong tương lai của ngành này là rất cao.
Để phát triển nguồn cung xăng dầu trong nước, Việt Nam đang lên kế hoạch đưa một
số nhà máy lọc dầu đi vào hoạt động trong tương lai gần. Theo đó, công suất lọc dầu của
Việt Nam sẽ rơi vào khoảng 31 triệu tấn mỗi năm vào năm 2020, 36 triệu tấn vào năm
2021 ở mức tối đa.
1.3.

Các dự án nhà máy lọc dầu đang thi công.

 Dự án nhà máy lọc dầu Vũng Rô
Nhà máy đang được phát triển bởi Techno-Star. Công suất của nhà máy được dự
báo là 160 kbpd với vốn đầu tư 3.2 tỷ USD.
Dự án dự định được đặt tại tỉnh Phú Yên. Xây dựng tại Vũng Rô được lên kế hoạch

để bắt đầu vào năm 2013, sử dụng công nghệ thiết kế của UOP LLC (Honeywell-Mỹ),
dự kiến sẽ đi vào hoạt động sau năm 2015. Vũng Rô có 100% vốn đầu tư nước ngoài.
4


Đồ án kỹ sư hóa dầu
 Dự án lọc dầu Nhơn Hội
Nhà máy sẽ đi vào hoạt động sau năm 2020. Dự án này sẽ được đặt tại Nhơn Hội,
Bình Định với vốn đầu tư khoảng 27 tỷ USD. Nhà máy lọc dầu Nhơn Hội dự kiến sẽ có
công suất 666 kpbd. Chỉ riêng một nguồn cung từ nhà máy này đã đủ cho tiêu thụ trong
nước. Chủ đầu tư là Tập đoàn PTT (Thái Lan).
 Dự án lọc hóa dầu Vân Phong.
Nhà máy lọc dầu thứ tư dự kiến được xây dựng với công suất 10 triệu tấn (200
kbpd). Dự án dự định được đặt tại khu kinh tế Vân Phong, tỉnh Khánh Hòa với diện tích
304,5 ha, gần tuyến đường sắt chính Bắc-Nam và đường cao tốc. Dầu thô cho nhà máy
lọc dầu Vân Phong sẽ đến từ nhập khẩu, dự kiến từ Singapore hoặc Trung Đông. Về
mặt tiến độ, Petrolimex ban đầu dự định hoàn thành vào năm 2015, nhưng ngày này có
thể sẽ được hoãn lại đến năm 2020.
 Dự án lọc hóa dầu Long Sơn.
Dự án lọc hóa dầu Long Sơn nằm ở Vũng Tàu, bên cạnh các dự án lưu trữ dưới lòng
đất PVOS, trên diện tích 810 ha. Nhà máy nằm ở vị trí chiến lược, gần với các tuyến
đường đường biển quốc tế chạy gần các khu công nghiệp hiện có, và có các tiện ích và
dịch vụ đầy đủ. Nhà máy lọc dầu Long Sơn dự kiến sẽ tinh lọc 200 kbpd dầu thô, sản
xuất khoảng 10 MTPA các sản phẩm dầu khí với thông số kỹ thuật tối thiểu EURO IV.
Tổng mức đầu tư dự kiến là 6 tỷ USD với PetroVietnam và Công ty TNHH Dầu Ả Rập
(AOC) lần lượt chiếm 29% và 35,5% cổ phần. Nhà máy lọc dầu dự kiến sẽ đi vào hoạt
động trong năm 2020.
 Dự án lọc hóa dầu Nghi Sơn
Dự án nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, hiện đang trong giai đoạn thăm dò và khai thác,
nằm ở thành phố Thanh Hóa, phía Bắc của Việt Nam với diện tích 926 ha. Nhà máy lọc

dầu sẽ có công suất 10MTPA với tổng vốn đầu tư dự kiến 7,5 tỷ USD. Việc xây dựng
tại Nghi Sơn sẽ bắt đầu vào tháng năm 2013, và nhà máy lọc dầu dự kiến sẽ đi vào hoạt
động vào cuối năm 2014. Nghi Sơn là một nhà máy lọc phức tạp cao có kích thước
5


Đồ án kỹ sư hóa dầu
trung bình, được thiết kế để cung cấp cho thị trường nội địa Việt Nam đang phát triển,
có khả năng tăng gấp đôi quy mô về sau. Hợp đồng EPC được ký kết vào ngày 27 tháng
1 năm 2013 và việc xây dựng bắt đầu vào tháng 7- 2013. Tổng giá trị hợp đồng EPC
vào khoảng 5 tỷ USD.
Dự báo đến năm 2018, Việt Nam sẽ có thể cung cấp tối đa là 6,3 triệu tấn sản phẩm
xăng dầu (bao gồm cả 0,8 triệu tấn từ nhà máy chế biến khí ngưng tụ nhỏ) đến thị
trường trong nước, chiếm khoảng 50% tổng nhu cầu.
1.4.

Tổng quan về bồn chứa [2]

1.4.1. Vai trò của bồn chứa tiêu chuẩn API 650, tiêu chuẩn ASME…
Là nơi tiếp nhận nguyên liệu trước khi đưa vào sản xuất, và tồn trữ sản phẩm sau
sản xuất. Bồn chứa giúp ta nhận biết được số lượng tồn trữ. Tại đây diễn ra các hoạt động
kiểm tra chất lượng, số lượng, phân tích các chỉ tiêu trước khi xuất hàng.
Bồn chứa được hỗ trợ bởi các hệ thống thiết bị phụ trợ: van thở, nền móng, thiết bị
chống tĩnh điện, mái che …

1.4.2. Phân loại bồn chứa
* Phân loại theo hình dạng bồn chứa
a. Bồn chứa hình trụ đứng:

Hình 1.2: Bồn trụ đứng

6


Đồ án kỹ sư hóa dầu
Ưu điểm:
Bồn trụ đứng có thể chứa với dung tích lớn, có khi lên tới 50.000 m3, có thể dung
bồn trụ đứng để chứa các chất như xăng, dầu mazut, và chứa hóa chất, …
Đối với bồn chứa có dung tích lớn thì dùng bồn trụ sẽ tiết kiệm được không gian
lắp đặt thiết bị và chi phí đầu tư ban đầu.
Nhược điểm:
Tổn thất nhiên liệu lớn so với các loại bồn khác.
Khả năng xảy ra sự cố cao.
Do các thiết bị đi kèm với bồn trụ thường lớn nên chi phí đầu tư cho thiết bị lớn.
b. Bồn trụ ngang:

Hình 1.3: Bồn trụ ngang
Ưu điểm:
Bồn trụ ngang có ưu điểm chính là có hình dạng đơn giản, dễ chế tạo, có khả năng
chế tạo tại các nhà máy rồi vận chuyển đến nơi xây dựng.
Chi phí đầu tư không cao, phù hợp cho việc chứa nhiên liệu với công suất tồn chứa
nhỏ.
Đảm bảo độ an toàn trong quá trình vận hành, xây dựng.

7


Đồ án kỹ sư hóa dầu
Nhược điểm:
Nhược điểm chính của bồn trụ ngang là tốn chi phí để xây dựng các gối tựa.

Không gian lắp đặt thiết bị lớn.
Dung tích bồn chứa không lớn, thường là dưới 2000 m3
Cần quan tâm đến sự dãn dài vì nhiệt của thiết bị trong quá trình chế tạo, lắp đặt và
vận hành.
c. Bồn cầu:
Bồn cầu thường được dùng để chứa hơi hóa lỏng với áp lực dư Pd = 0,25 → 1,8 MPa.

Hình 1.4: Bồn cầu
Ưu điểm:
Bồn cầu có ưu điểm là có khả năng chịu được áp suất cao, vì thế bồn cầu thường
dùng để chứa hơi hóa lỏng với áp lực dư Pd = 0,25 → 1,8 MPa.
Nhược điểm:
Bồn cầu có cấu tạo phức tạp hơn nhiều so với bồn trụ, và dung tích của bồn cầu
không lớn, thể tích bồn V= 600 → 4000 m3.

8


Đồ án kỹ sư hóa dầu
d. Bồn chứa hình giọt nước.

Hình 1.5: Bồn chứa hình giọt nước
Bồn chứa hình giọt nước thường được dùng để chứa các chất có hơi đàn hồi cao,
nhược điểm của bồn chứa hình giọt nước chế tạp và lắp đặt thiết bị khá phức tạp.
Phân loại theo xây dựng.
Bồn ngầm: được đặt bên dưới mặt đất, thường sử dụng trong các cửa hàng bán lẻ.
Bồn nổi: được xây dựng trên mặt đất, được sử dụng ở các kho lớn.
Bồn nửa ngầm: Loại bồn có ½ chiều cao bồn nhô lên mặt đất, nhưng hiện nay còn rất
ít.
Bồn ngoài khơi: được thiết kế nổi trên mặt nước, có thể di chuyển từ nơi này đến nơi

khác một cách dễ dàng.

Bảng 1. So sánh hai loại bồn ngầm và bồn nổi:
Bồn ngầm

Bồn nổi

- An toàn: đây là lí do chính vì bảo dảm - Chi phí xây dựng thấp.
phòng cháy tốt và nếu có rò rỉ thì dầu - Bảo dưỡng thuận tiện: dễ dàng súc
cũng không lan ra xung quanh.

rửa, sơn và sửa chữa bồn.

- Ít bay hơi: do không có gió, không trao - Dễ dàng phát hiện vị trí rò rỉ xăng dầu
đổi nhiệt với môi trường bên ngoài.

ra bên ngoài.

- Tạo mặt bằng thoáng.

9


Đồ án kỹ sư hóa dầu

* Phân loại theo đặc điểm của dung tích chứa:
Bồn chứa có thể tích cố định: Là loại bồn chứa có thể tích không đổi (mái tĩnh, bồn
cầu).
Bồn chứa có thể tích thay đổi: Là loại bồn chứa có thể tích thay đổi (bồn có mái phao
ngoài là mái cố định còn có mái phao nổi lên bề mặt chất lỏng, bồn mái nổi - bản thân là

mái phao).
* Phân loại theo khả năng chịu áp suất:
Bồn cao áp: áp suất chịu đựng trong bồn > 200 mmHg.
Bồn áp lực trung bình: áp suất từ 20  200 mmHg thường bồn KO, DO.
Bồn áp thường: áp = 20 mmHg áp dụng bồn dầu nhờn, FO, bồn mái phao.
* Phân loại theo vật liệu làm bồn.
a. Bồn kim loại: làm bằng thép, áp dụng cho hầu hết các bồn lớn hiện nay.
Ưu điểm:
Khó bị nứt vỡ, rò rỉ.
Chịu áp suất tương đối cao.
Kích thước bồn không hạn chế.
Chế tạo nhanh, lắp ráp và sửa chữa dễ dàng.
Nhược điểm:
Dễ bị gỉ và ăn mòn. Do vậy tuổi thọ thấp.
Dẫn nhiệt tốt làm tổn hao bay hơi dầu nhẹ nhiều.
Chứa dầu nặng thì hiệu suất giữ nhiệt thấp do mất mát nhiệt.
b. Bồn phi kim: làm bằng vật liệu như: gỗ, composit, nhựa, bê tông… nhưng chỉ
áp dụng cho các bồn nhỏ.
Ưu điểm:
Khả năng chịu nhiệt tốt không bị gỉ nên tuổi thọ khá cao.

10


Đồ án kỹ sư hóa dầu
Chi phí thấp.

Nhược điểm:
Xăng dầu ngấm qua bêtông tốt nên cần giải quyết tốt vấn đề chống ngấm khi làm
bằng bêtông.

Áp suất chịu không cao.
* Phân loại mái bồn chứa:
 Mái nón không có cột chống trung tâm.

Hình 1.6: Mái nón không có cột chống trung tâm
Ưu điểm: Chế tạo lắp ráp đơn giản, được sử dụng trong việc lắp ráp chế tạo các bồn
có đường kính nhỏ hơn 15m.
Nhược điểm: Không sử dụng được trong các bồn chứa có đường kính lớn hơn 15m,
vì khả năng chịu tải của mái nón không có cột chống trung tâm là không tốt khi mái có
đường kính lớn.
 Mái nón có cột chống trung tâm

Hình 1.7: Mái nón có cột chống trung tâm

11


Đồ án kỹ sư hóa dầu
Ưu điểm: Do có cột chống trung tâm nên khi đường kính của mái lớn hơn 15m và
nhỏ hơn 25m thì mái nón trung tâm thường được sử dụng, mái nón có cột chống trung
tâm còn có ưu điểm dễ chế tạo hơn mái cầu khi sử dụng cho có đường kính lớn.
Nhược điểm: Chế tạo và lắp đặt phức tạp.
 Mái cầu không có cột chống trung tâm:

Hình 1.8: Mái cầu không có cột chống trung tâm
Ưu điểm: Mái cầu đuợc sử dụng khi chế tạo các bồn có đường kính lớn hơn 25m do
lực phân bố tác dụng lên mái cầu đều hơn đối với mái nón.
Nhược điểm: Mái cầu không có cột chống trung tâm khó chế tạo và lắp đặt, khi lắp
đặt cần có công nhân có trình độ cao.
 Mái dome (một dạng của mái cầu)

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 bulong và bản đệm, được bao che kín nhờ các panel mái,
tất cả hệ thống đều sử dụng vật liệu là hợp kim nhôm (aliminum). Ưu điểm của hệ kết
cấu mái là lắp dựng đơn giản, trọng lượng nhẹ do đó giảm được tải trọng tác dụng lên
thân bồn, móng bồn, do đó giảm được chi phí xây dựng. Kết cấu mái gồm 2 thành phần
chính:

12


Đồ án kỹ sư hóa dầu
Hệ thống khung đỡ không gian với các nút liên kết đặc biệt. Các phần tử thanh được

Hình 1.9: Kết cấu nút liên kết của mái dome

cấu tạo từ dầm chữ I và được liên kết vứi nhau bằng bulong thông qua bản đệm.
Cấu tạo của hệ thống như sau:
 Silicone sealant: chất bịt silicone
 Gusset cover: nắp kẹp
 Lock bolts: bulong liên kết
 Dome strut: dầm vòm
 Panel: tấm mái
 Batten: tấm lót
 Silicone gasket: miếng đệm silicone
Hệ thống panel kín được liên kết vững chắc vào các phần tử thanh.
Kết cấu mái này được liên kết và đỡ bởi bồn thông qua các khung đỡ được bố trí đều
xung quanh thành bồn.
Các tính chất đặc trưng của kết cấu này như sau:

13

Đồ án kỹ sư hóa dầu
 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 được sự
đi vào của nước mưa.
 Giảm sự hấp thụ nhiệt bởi tác động bên ngoài do cấu tạo mái từ aluminum là hợp
kim có màu sáng trắng.
 Phù hợp với tất cả các loại sản phẩm của bồn 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 bồn chứa đặc biệt.
 Dễ dàng lắp đặt, có thể lắp đặt trên mặt đất sau đó tiến hành cẩu mái lên hoặc lắp
đặt trực tiếp trên bồn.
 Có thể thiết kế cho tải trọng gió và tuyết lớn.
 Mái cầu có cột chống trung tâm:

Hình 1.10: Mái cầu có cột chống trung tâm
Mái cầu có cột chống trung tâm thường được sử dụng khi đường kính bồn chứa lớn
hơn 25 m, tải trọngvà áp suất dư tác dụng lên mái là lớn.

1.4.3. Chọn loại mái bồn chứa:
Việc chọn dạng mái phụ thuộc chiều và độ lớn tác dụng của tải trọng mái và
đường kính của bồn chứa. Theo tiêu chuẩn API 650, khi đường kính bồn chứa nhỏ hơn
15 m và áp suất trong không lớn thì ta có thể dùng mái bồn chứa dạng mái nón không
chống trung tâm, còn khi đường kính từ 15m đến 25m thì dùng mái nón có cột chống
trung tâm, còn khi đương kính mái bồn chứa lớn hơn 25 m thì ta phải sử dụng mái cầu.

14


Đồ án kỹ sư hóa dầu
Với phương án thi công chế tạo bồn chứa hình trụ với đường kính thân bồn 40m, để
thuận tiện cho việc chế tạo và lắp đặt và đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật về độ bền cho mái
bồn chứa, ta chọn phương án thiết kế mái bồn chứa dạng mái hình vòm (mái dome) ko
cột chống trung tâm.

CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ
2.1. Các bước tính toán và thiết kế bồn bồn
Bồn chứa trong ngành dầu khí chủ yếu dùng để chứa các sản phẩm nhiên liệu như:
khí, xăng, DO,… và các nguyên liệu của ngành hóa 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 phải
được thiết kế cũng như tính toán hết sức cẩn thận. Các hệ thống phụ trợ kèm theo cũng
phải được tính toán tỉ mỉ, bố trí phù hợp, 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.
Quá trình tính toán bồn bồn gồm các bước sau:
 Xác định các thông số công nghệ bồn chứa
Các thông số công nghệ bồn chứa bao gồm:

15


Đồ án kỹ sư hóa dầu
- Thể tích của bồn chứa V
- Các kích thước cơ bản như: chiều cao bồn 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.
- Lựa chọn vật liệu làm bồn.
Các sản phầm dầu khí chứa trong bồn chứa thường có áp suất hơi bảo hòa lớn, nhiệt
độ hóa hơi thấp và có tính độc hại.
Mức độ ăn mòn của các sản phẩm dầu khí này thường thuộc dạng trung bình, tùy
thuộc vào loại vật liệu làm bồn, nhiệt độ môi trường mà mức độ ăn mòn của các sản
phẩm này có sự khác nhau.
Khi xét đến yếu tố ăn mòn, khi tính toán đến 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 lựa chọn vật liệu còn phụ thuộc vào yếu tố kinh tế, vì đối với thép hợp kim có
giá thành đắt hơn nhiều so với thép cacbon thường, công nghệ chế tạp 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 trong tương
ứng của nó, đây là một trong những thông số quan trọng để xác định chiều dày bồn. Đối
với các loại vật liệu khác nhau thì ứng suất khác nhau, tuy nhiên giá trị này không chênh
lệch nhiều.
 Xác định giá trị áp suất tính toán.
Đây là một thông số quan trọng để tính toán chiều dày bồn bồn. Áp suất tính tán bao
gồm áp suất hơi cộng với áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng gây ra:
Ptt  Ph   gH

16


Đồ án kỹ sư hóa dầu
Trong đó:
Ptt: áp suất tính toán.

Ph: áp suất hơi.
 : khối lượng riêng sản phẩm chứ trong bồn ở nhiệt độ tính toán.

g = 9.81 (m/s2): gia tốc trọng trường.
H: chiều cao mực chất lỏng trong bồn.
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)
 Xác định tác động từ bên ngoài.
Các tác động bên ngoài bao gồm:
Tác động của gió: Gió có thể tác động đến bồn, ảnh hưởng tới độ ổn định của bồn,
làm cho bồn bị uốn cong hay tác động đến hình dáng bồn. Tuy nhiên với bồn cao áp, do
hình dáng cũng như cách đặt bẻ nên ảnh hưởng của gió tác động lên bồn thấp. Ảnh hưởng
của gió có thể bỏ qua nếu như ta xây tường bảo vệ hoặc đặt bồn ở vị trí kín gió.
Tác động của động đất: Đây là một tác động hi hữu, không có phương án để chống
lại. Tuy nhiên khi xét đến phương án này, ta chỉ dự đoán và đảm bảo cho các sản phẩm
ko bị thất thoát ra ngoài, nhưng việc này cũng ko thể chắc chắn được. Phần lớn các tác
động này 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 nên chọn khu vực ổn
định về địa chất để xây dựng.
 Xác định chiều dày bồn

17


Đồ án kỹ sư hóa dầu

Xác định tiêu chuẩn thiết kế: ASME section VIII. Div.1, API650
Xác định được ứng suất cho phép của loại vật liệu làm bồn chứa:  cp
Xác định áp suất tính toán bồn chứa: Ptt
Xác định hệ số bổ sung chiều dày do ăn mòn: C  Ca  Cc
Các thông số công nghệ như: Đường kính bồn chứa (D), chiều dài phần hình trụ (L).
Các thông số về nắp bồn chứa: Loại nắp bồn chứa, chiều cao nắp bồn chứa.
 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 van áp suất, các thiết bị đo nồng
độ hơi sản phẩm trong khu vực bồn chứa.
Các thiết bị phụ trợ lắp đặt vào bồn có thể dùng phương pháp hàn hay 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 công việc sửa chữa khi thiết bị có sự cố.
Khi tạo lỗ trên bồn chứa cần chú ý đến khoảng cách giữa các lỗ thùng như việc tăng
cứng cho lỗ.
 Các ảnh hưởng thủy lực đến bồn chứa
- 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. Đó là 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 hiệu chỉnh cho bất kỳ sự khác biệt
nào của áp suất 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, bề dày kim loại thêm vào để đảm bảo ăn mòn.

18

Đồ án kỹ sư hóa dầu
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 cầu 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 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).
Thử nghiệm thủy tĩnh dựa trên áp suất tính toán có thể được dùng bởi thỏa thuận của
nhà sản xuất và người sử dụng. 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 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.
- Tải trọng gió: tải trọng gió 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 khắt 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 thể được chấp nhận về mặt an toàn, kinh tế, pháp luật. Gió thổi
bất kỳ hướng nào, trong bất kỳ trường hợp bất lợi nào đều cần được xem xét.
- Dung tích 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 của chiều cao hơn là đường kính, do đó cùng với một
thể tích thì bồn cao chứa nhiều hơn bồn thấp.

19

Đồ án kỹ sư hóa dầu
Chiều cao lớn nhất đạt 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 bồn không được chứa đầy, nếu quá mức thì sẽ được báo
động bởi đèn báo động ở mức high level.

 Lựa chọn phương án tồn chứa.
Với các đặc điểm xăng dầu là bay hơi, làm việc ở áp suất khí quyển và công suất tồn
chứa lớn, ta chọn phương án tồn chứa xăng dầu bằng bồn trụ đứng, mái che là mái dome,
mái phao nhằm mục đích giảm chi phí đầu tư ban đầu và tiết kiệm không gian lắp đặt
thiết bị.
2.2. Tính toán các bộ phận chính
Các thông số cần biết:
+ Dung tích chứa : 13.000 m3.
+ Hệ số chứa bằng 0,9 nên thể tích thực của bồn chứa = 14.444( m3).
+ Sản phẩm chứa : DO.
+ Tiêu chuẩn thiết kế bồn chứa : API 650.
+ Bồn chứa dạng hình trụ đứng.
2.2.1. Tính thân bồn chứa:
Đặc trưng vật liệu cho thân-đáy bồn
Chọn vật liệu chế tạo bồn chứa là thép A516M. Các thông số kỹ thuật của thép
A516M:
Bảng 2: Các thông số kỹ thuật của thép A516M (grade 415)

σk 

σ n 

[MPa]

[MPa]

[σ]
[MPa]

415

220

Độ lớn 190-210

H

KLR

Sd

St

[HB]

[Kg/m3]

[MPa]

[MPa]

160

7860

147

165

Chiều cao tối ưu của bồn chứa được tính theo công thức B.S.SuKhop:
20


Đồ án kỹ sư hóa dầu

H ln 

 .Rkh .
n1. 1

(3.1)

Trong đó:
Hln: chiều cao tối ưu của bồn.
Rkh: cường độ tính toán của đường hàn đối đầu chịu kéo, lấy bằng cường độ chịu
kéo của vật liệu: Rkh = 41500 [T/m2].
 : tổng chiều dày của bản đáy và mái,  = 14 [mm] = 0,014 [m].
1 : tỷ trọng của chất lỏng (dầu) chứa trong bồn, 1 = 0,85 [T/m3].
n1 : hệ số vượt tải: n1 = 1,5.


: hệ số điều kiện làm việc= 0,9.

Thay số vào ta được: Hln = 20 [m]  các phương án đưa ra có chiều cao H lựa

chọn xung quanh giá trị Hln = 20 [m], chọn H= 20 (m).
Đường kính tương ứng với chiều cao H là:
D

4.V
=30(m)
 .H

(3.2)

Trong đó:
V là thể tích bồn chứa.
D là đường kính bồn.
Lựa chọn kích thước bồn 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.
 Tổng khối lượng thép của thân bồn và đáy bồn phải là nhỏ nhất.
Ta dự định trước thân bồn được hàn từ các tấm thép có kích thước 1500x6000mm và
chiều dày đáy bồn là 10mm. Trong tính toán sơ bộ ta tính chiều dày theo phương pháp

21


Đồ án kỹ sư hóa dầu
1foot (0,3m), phương pháp này chỉ áp dụng cho bồn có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng
60m (200ft)
Để tiết kiệm nguyên liệu và thuận lợi cho việc lắp ghép chế tạo vỏ bồn chứa, ta chia
vỏ thành nhiều modun và mỗi modun có khổ là 1,5m. Chiều dày của mỗi modun được

xác định dựa vào ứng suất tĩnh lớn nhất mà mỗi modun phải chịu.
Để tính chiều dày của các modun, ta tính chiều dày chịu áp suất thủy tĩnh của mỗi
modun và chiều dày thử áp suất thủy tĩnh, từ đó chọn lấy giá trị lớn hơn trong 2 giá trị đã
tính, và từ đó chọn chiều dày của mỗi modun theo tiêu chuẩn.
Theo phương pháp này thì chiều dày thành bồn được tính toán theo công thức sau:
 Trong điều kiện thiết kế:
td 

4,9.D.( H  0,3).G
 CA
Sd

(3.3)

 Trong điều kiện thử áp lực:
tt 

4,9.D.( H  0,3).G
St

(3.4)

Trong đó:
D: đường kính bồn [m]
H: khoảng cách từ đáy của mỗi tầng đến mặt thoáng chất lỏng [m]
G: trọng lượng riêng của chất lỏng (gồm 2 trường hợp là chất lỏng thiết kế và nước
thử áp lực) G = 8500 (N/m3)
CA: chiều dày ăn mòn cho phép lấy bằng 2mm (theo API 650[4])
Sd, St: ứng suất cho phép trong điều kiện thiết kế và trong điều kiện thử áp lực
[Mpa]

Tính toán ta có bảng sau :
Bảng 3 : Hchọn = 20[m], D = 30 [m].

22


Đồ án kỹ sư hóa dầu
Modun thứ n

Khoảng cách
(m)

Td (m)

Tt (m)

1,5

Khoảng cách
H
(m)
20

1

0,01700

0,01675

2

1,5

18,5

0.01567

0,01547

3

1,5

17

0,01440

0,01420

4

1,5

15,5

0,01312

0,01292

5

1,5

14

0,01185

0,01165

6

1,5

12,5

0,01057

0,01037

7

1,5

11

0,00930

0,00910

8

1,5

9,5

0,00802

0,00782

9

1,5

8

0,00675

0,00655

10

1,5

6,5

0,00547

0,00527

11

1,5

5

0,00420

0,00400

12

1,5

3,5

0,00292

0,00272

13

2,0

2

0,00165

0,00145

2.2.2. Tính đáy bồn chứa:

Đáy bồn 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 (1500 x 6000 m).
Phần viền ngoài (vành khăn) cần được tính toán cụ thể theo tiêu chuẩn API 650[4].
Đường kính đáy phải lớn hơn đường kính bồn tối thiểu là 100 mm.
 Tính toán chiều dày đáy bồn
Theo API 650[4]:
23


Đồ án kỹ sư hóa dầu
Chọn ta = 10 [mm].
 Tính toán chiều dày tấm vành khăn.
Chọn đáy có dạng hình vành khăn, chiều dày của tấm hình vành khăn là 100 mm,
thêm hệ số ăn mòn 2mm, vậy chiều dày đáy hình vành khăn là:
ta = 10+ 2 = 12 [mm]
chọn ta = 12 [mm]
Theo tiêu chuẩn API 650[4].
Khoảng cách giữa thành trong của bồn và mối hàn chồng  600 mm.
Tấm vành khăn phải nhô ra khỏi ít nhất là 100 mm.

24


Đồ án kỹ sư hóa dầu
Hình 2.1: Bố trí lắp ghép đáy bồn chứa

2.2.3. Tính mái che bồn chứa:

Theo tiêu chuẩn API 650 khi đường kính bồn chứa bằng 30 m nên ta chọn mái bồn
chứa dạng hình cầu (dạng mái dome).
Ta có chiều dày nhỏ nhất của mái là 6mm, khi kể đến hệ số ăn mòn ta có chiều dày
thực tế của mái là:
t = 6+CA = 6+2 = 8[mm]

[4]

Giá trị chiều dày không được lớn hơn 13mm (theo API )
Vậy ta chọn chiều dày của mái là: S = 8 mm
Ta sử dụng tấm che mái panel là nhôm tấm 5052
Khối lượng riêng = 2,7 g/cm3
Mô hình mái bồn dome:

25