Tính toán thiết kế bể chứa LPG lạnh theo tiêu chuẩn API 620 API 650

I. LPG
1.1. Giới thiệu
LPG ( Liquefied Petroleum Gas) là khí đồng hành hóa lỏng có thành phần hóa học chủ
yếu là các hydrocabon dạng parafin là propane và butane.
1.2. Thành phần của LPG
Thành phần của LPG chủ yếu là propan và butan ngoài ra có lẫn một số hydrocacbon
khác nhưng rất ít do tinh chế chưa sạch hoặc là do cho thêm vào để cải thiện tính chất
nào đó của LPG hoặc với mục đích nào đó (chất tạo mùi…). Thành phần của LPG thì
có thể biến động theo từng cơ sở sản xuất và do ứng dụng của nó.
Thông thường thì tỉ lệ propan : butan = 50:50 nhưng đôi khi là 30:70, tùy thuộc cơ sở
và mục đích sử dụng.
1.3. Tính chất cơ bản LPG
- Ở điều kiện thường, LPG tồn tại ở trạng thái hơi.
- Không màu, không mùi, không độc hại ( nhưng được pha thêm chất etylmecaptan có
mùi đặc trưng để dễ phát hiện khi có rò xì gas )
- Nhiệt độ sôi của gas thấp ( từ - 45 đến - 2oC ) nên để gas lỏng tiếp xúc trực tiếp với da
sẽ bị phỏng lạnh
- Trong điều kiện nhiệt độ môi trường LPG bốc hơi rất mãnh liệt: một đơn vị thể tích
gas lỏng tạo ra tương đương 250 đơn vị thể tích gas hơi. Do đó, trong thực tế việc tồn
chứa bảo quản, vận chuyển, LPG được hóa lỏng bằng các nén vào các bình chịu áp ở
nhiệt độ thường hoặc hóa lỏng bằng làm lạnh ở áp suất thường
- Áp suất của gas phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường, khi nhiệt độ tăng thì áp suất gas
sẽ tăng và ngược lại .
- Tỉ trọng của gas lỏng nhẹ hơn nước, khối lượng riêng trong khoảng DL = 0.51 - 0.575
kg/l
- Tỉ trọng gas hơi nặng hơn không khí DH = 1,51 - 2 lần , nên gas bị rò xì sẽ tích nơi
trũng, thấp hơn mặt bằng xung quanh ( cống , rãnh)


ĐỒ ÁN
- LPG có tốc độ bốc hơi nhanh và lan tỏa trong không khí. Giới hạn cháy nổ của hơi gas

trong không khí rất hẹp, từ 1,5 – 10% thể tích. Chính vì vậy, vấn đề an toàn phòng chống
cháy nổ cần được chú trọng
- Thành phần LPG quyết định nhiệt trị của LPG, propan càng nhiều thì nhiệt trị càng
cao
- LPG có độ nhớt rất thấp, ở 20oC, độ nhớt của LPG là 0,3 cSt. Do vậy nó có tính linh
động cao.
1.4. Phân loại
LPG được chia thành 2 dựa vào phương pháp tồn chứa:
- LPG nén: 12 - 15 bar ở nhiệt độ thường
- LPG lạnh : -30oC ÷ -40oC ở áp suất thường
1.5. Ứng dụng
- Sử dụng trong dân dụng: Nhiên liệu cho bếp gas, lò nướng, thay thế điện trong các
bình đun nước nóng trong gia đình, trong các hệ thống sưởi ấm…
- Sử dụng LPG trong công nghiệp: gia công kim loại, hàn cắt, nấu, gia công thủy tinh,
nung sản phẩm….
- Sử dụng để sấy nông sản, ngũ cốc, thuốc lá, chè, cafe…
- Có thể thay thế xăng cho động cơ đốt trong do trị số octan cao, giá thành rẻ, ít gây ô
nhiễm
- Sử dụng rộng rãi trong tổng hợp hữu cơ hóa dầu: nguyên liệu sản xuất các monome để
tổng hợp PE, PVC, PP…
1.6. Ảnh hưởng của các tính chất đến việc tồn chứa và vận chuyển LPG
Propan và butan là khí ở điều kiện thông thường, được nén thành trạng lỏng để vận
chuyển và dự trữ. Sự giãn nở nhiệt của LPG lỏng rất lớn ( lớn gấp 15 lần so với nước và
lớn hơn rất nhiều so với các sản phẩm dầu mỏ khác). Do đó bình chứa, bồn chứa LPG
chỉ được chứa đến 85 – 90% dung tích toàn phần để có không gian cho LPG lỏng giãn
nở khi nhiệt độ tăng. Nếu giảm áp suất hoặc tăng nhiệt độ đều làm cho LPG sôi và tạo
hơi.

Trang 2

ĐỒ ÁN
Propan và butan đều có nhiệt độ điểm sôi thấp ( đối với butan là 0oC còn đối với propan
là -45oC). Nhiệt độ này đặc biệt quan trọng trong việc lựa chọn vật liệu chế tạo bồn chứa
và trong việc thiết lập đập chống lan chất lỏng khi xảy ra sự cố.
Khi tồn tại ở trạng thái lỏng thì tỉ trọng của LPG chỉ bằng 1/2 so với tỉ trọng của nước.
Khi LPG thoát ra ngoài môi trường ở dạng hơi thì chúng nặng hơn không khí, vì vậy
chúng không bay hơi lên cao mà ở rất thấp gần mặt đất. Tính chất này đặc biệt quan
trọng trong phòng chống cháy nổ, kiểm soát sự rò rỉ khí ra ngoài.
LPG tinh khiết không gây ăn mòn đối với thép và các hợp kim của đồng. Tuy nhiên khi
có hợp chất bẩn khác trong thành phần sẽ gây ăn mòn lớn.
LPG không màu, không mùi nên để kiểm tra rò rỉ phải thêm chất tạo mùi cho LPG
II. CÁC LOẠI BỂ CHỨA LPG LẠNH
2.1. Single Containment Tank
Single Containment Tank: chứa LPG lạnh bao gồm lớp bồn bên trong và phần bao bên
ngoài. Yêu cầu kỹ thuật phía trong bồn đáp ứng chứa LPG ở nhiệt độ thấp. Phần bên
ngoài bồn với mục đích cách nhiệt. Tuy nhiên, phần bao ngoài sẽ không có chức năng
chứa LPG lạnh bị rò rỉ từ lớp trong.
Tường bao được xây dựng xung quanh bồn nhằm mục đích cách ly và kiểm soát nếu có
rò rỉ. Tường bao được thiết kế để chứa được 110% dung lượng kho và đủ cao để chế
ngự các dòng chất rò rỉ phun ra từ bồn không bắn ra ngoài. Single containment tank yêu
cầu một diện tích rộng bởi vì tường bao chiếm một diện tích rộng
2.2. Double containment tank
Bồn này được thiết kế và xây dựng để cả phần trong và ngoài bồn có khả năng chứa
đựng sản phẩm lỏng lạnh. Phần bồn trong chứa LPG tại điều kiện vận hành bình thường.
Phần bồn ngoài thiết kế cho mục đích chứa LPG rò rỉ từ phần trong nhưng không chứa
được hơi rò rỉ từ bên trong.
2.3. Full containment tank
Tương tự như Double containment tank, Full containment tank được thiết kế và xây
dựng để cả phần trong và phần bồn ngoài đều có khả năng chứa độc lập LPG lỏng, lạnh.

Phần bồn trong chứa LPG trong chế độ vận hành bình thường. Phần bồn ngoài hay tường
gồm khoảng 1m bê tông với khoảng cách 1-2m từ bên trong. Phần bồn ngoài hỗ trợ phần
bồn trong và để chứa LPG lạnh và kiểm soát hơi rò rỉ

Trang 3


ĐỒ ÁN

Bảng 1. So sánh các lại bồn chứa LPG lạnh
Ưu điểm
Single Containment Tank

Nhược điểm

- Rẻ và đơn giản nhất, chỉ - Chỉ có lớp vách sơ cấp
có 1 phần sơ cấp của thành chứa chất lỏng thỏa mãn
bồn (phần bên trong tiếp các yêu cầu về độ bền ở
xúc với LPG) phải sử dụng nhiệt độ thấp cho tồn chứa
vật liệu thép cacbon hoặc sản phẩm lỏng lạnh.
thép không rỉ với đặc tính
- Yêu cầu tường bao diện
chịu nhiệt thấp.
tích kho rộng
- Thời gian xây dựng ngắn

Double contaiment Tank

- Trong trường hợp khẩn - Cả phần bồn trong và bồn
cấp phần bồn ngoài sẽ có ngoài đều thiết kế để đáp

khả năng chứa sản phẩm ứng được việc chứa sản
lỏng và hơi.

phẩm lạnh. Đây là nguyên
nhân của việc giá đầu tư
- Yêu cầu diện tích nhỏ
cao
hơn single containment
tank nhưng rộng hơn Full
containment Tank
Full containment Tank

- Trong trường hợp khẩn - Giá đầu tư cao
cấp phần bồn ngoài sẽ có
- Thời gian đặt hàng dài
khả năng chứa sản phẩm
hơn Single Containment
lỏng và hơi.
Tank
- Không đòi hỏi tường bao
nên diện tích đất nhỏ hơn
phương án dùng Single
containment tank

Trang 4


ĐỒ ÁN

Hình 1. So sánh các lại bồn chứa LPG lạnh

III. TÍNH TOÁN
3.1. 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:
- Thể tích của bồn chứa V
- Các kích thước cơ bản như: chiều cao bồn trụ (h), đường kính phần trụ (d), 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.

Trang 5


ĐỒ ÁN
Các sản phầm dầu khí chứa trong bồn chứa thường có áp suất hơi bão 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 + ρ.g.H
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).
 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. Ảnh hưởng của gió có thể bỏ
qua nếu như ta xây tường bảo vệ hoặc đặt bồn ở vị trí kín gió.

Trang 6

ĐỒ ÁN
Tác động của động đất: Đây là một tác động hy 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
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

Trang 7


ĐỒ ÁN
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.
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:
Khoảng 85 – 90% dung tích của bồn 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.
Cần 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.
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.

Trang 8


ĐỒ ÁN
 Lựa chọn phương án tồn chứa.
Với các đặc điểm tồn chứa LPG lạnh, làm việc ở áp suất khí quyển và nhiệt độ thấp, ta
chọn phương án tồn chứa bằng bồn trụ đứng, mái che là mái cầu.
3.2. Tính toán các bộ phận chính
Các thông số cần biết:
+ Dung tích chứa : 500 m3
+ Hệ số chứa bằng 0,9
+ Sản phẩm chứa : LPG lạnh
+ Bồn chứa dạng hình trụ đứng.
3.2.1. Lựa chọn vật liệu
Lựa chọn vật liệu thiết kế bể theo tiêu chuẩn API 620.
Các loại vật liệu dùng trong thiết kế bể chứa
Dựa vào bảng 4-1 trong tiêu chuẩn API 620: Lựa chọn vật liệu làm thành bể, đáy bể:

thép tấm A 131.
Các thông số kỹ thuật của thép A 131 tra trong bảng 5-1 API 620
Bảng 2. Các thông số kỹ thuật của thép A 131
Vật
liệu

Ứng suất
tới hạn
nhỏ nhất,
MPa

Ứng suất
kéo nhỏ
nhất, MPa

Ứng suất
tính toán
Sd, MPa

Ứng suất
kiểm tra
thủy tĩnh
St, Mpa

Trọng
lượng
riêng,
kg/m3

Độ ăn

mòn,
mm/năm

A 131

230

400

150

160

7800

0,1

3.2.2. Tính toán các thông số cơ bản
Các thông số cơ bản của bể bao gồm: chiều cao, đường kính, độ điền đầy. Với đề bài là
thiết kế bể có dung tích 500 m3:
Chọn:

Đường kính bể: 9 m.
Chiều cao mỗi tấm cơ sở : 1,8 m.

Tra phụ lục A-1a tiêu chuẩn API ta được:
Dung tích của mỗi mét chiều cao bể: 63,6 m3

Trang 9

ĐỒ ÁN

Tính chiều cao của bể:
H=
Trong đó:

V 500
=
= 7,86 (m)
Vi 63,6

H là chiều cao của bể, m
V : dung tích của bể, m3
Vi : dung tích mỗi mét chiều cao của bể, m3

Độ điền đầy tối đa của bể là 90%, tối thiểu 10%. Như vậy để đảm bảo mực chất lỏng
cao nhất trong bể không vựợt quá 90% thì chiều cao bể trên thực tế cần cao hơn 10% so
với chiều cao đã tính theo dung tích. Quy chuẩn chiều cao bể là 9 m.
Số tấm cơ sở:
n=
Trong đó:

H
9
=
=5
Hi 1,8

n là số tấm cơ sở

H là chiều cao của bể, m
Hi là chiều cao của mỗi tấm cơ sở, m

3.2.3. Tính toán thân bể
Các yếu tố quyết định đến bề dày các tấm thân bể
Các yếu tố áp lực từ bên trong :
+ Áp lực do mực chất lỏngchứa trong bể gây ra cho thành bể.
+ Áp lực của khoảng không gian trống trong bể gây ra cho thành bể
Các yếu tố áp lực từ phía ngoài :
+ Áp lực do gió.
+ Các hoạt động địa chấn.
+ Các momen và áp lực gây ra từ nền đáy ảnh hưởng đến thành bể, của các ống xuất
nhập liệu, các chi tiết đi kèm như cầu thang, các thiết bị đo…
Trong tính toán sơ bộ ta tính chiều dày theo phương pháp 1 foot, phương pháp này chỉ
áp dụng cho bồn có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 60m

Trang 10


ĐỒ ÁN
Để tiết kiệm nguyên liệu và thuận lợi cho việc lắp ghép chế tạo vỏ bồn chứa, ta chia vỏ
thành nhiều modun ( tấm cơ sở), mỗi tấm có khổ là 1,8m. 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

 Trong điều kiện thử áp lực:
tt =

4,9.D.(H-0,3).G
St

Trong đó:
td là độ dày thiết kế
ts là độ dày trong điều kiện thử áp lực
D là đường kính bể, D = 9m
H: khoảng cách từ đáy của mỗi tầng đến mặt thoáng chất lỏng, m
G là khối lượng riêng chất lỏng chứa trong bể, G = 0,61 T/m3
S là ứng suất cho phép trong điều kiện thiết kế, Sd =150 MPa
St là ứng suất cho phép trong điều kiện thử áp lực, St =160 MPa
CA là độ ăn mòn cho phép, CA =2mm

Trang 11


ĐỒ ÁN
Tính toán ta có bảng sau :
Bảng 3. Hchọn = 9m, D = 9 m
Modun thứ n

1
2

3
4
5

Chiều

cao Khoảng cách td (mm)

tt (mm)

ti (mm)

mỗi modun

H
(mm)

1800

9000

3,56

2,40

4

1800

7200

3,24

1,90

4

1800

5400

2,91

1,41

3

1800

3600

2,59

0,91

3

1800

1800

2,27

0,41

3

3.2.4. Tính bảo ôn thân bể
Có nhiều loại vật liệu dùng để bảo ôn, cách nhiệt. Căm cứ vào mục đích sử dụng, điều
kiện làm việc, giá thành mà lựa chọn vật liệu bảo ôn
Yêu cầu chung đối với vật liệu bảo ôn:
Phải có hệ số dẫn nhiệt thấp
Khối lượng riêng nhỏ
Không chứa amiang
Độ bền đủ lớn
Theo ASTM C551, chọn vật liệu dùng cách lạnh cho bể chứa: Bọt thủy tinh ( cellular
glass), là loa ̣i vâ ̣t liê ̣u cách nhiê ̣t, rắ n nhưng rấ t nhe ̣, không thấ m nước, không bắ t lửa,
được sử dụng rất tốt trong công nghiệp lạnh ( âm độ ), các hệ thống đường ống bồn bể
LNG - LPG và các hệ ống nằm âm dưới lòng đất có nhiê ̣t đô ̣ từ -196oC đế n +450oC
Hệ số dẫn nhiệt của thép là λ1 = 46,5 W/m.K
Hệ số dẫn nhiệt của bọt thủy tinh ở nhiệt độ âm là: λ2 = 0,034 W/m.K
Đường kính trong của bể chứa: ID= 9000 mm
Đường kính ngoài của bể chứa: ID= 9004 mm
δ1 là chiều dày thành bể, δ1 = 4 mm
δ2 là chiều dày lớp bảo ôn.

Trang 12


ĐỒ ÁN

α1 là hệ số cấp nhiệt đối lưu phía trong thiết bị, α1 = 1200 W/m2.K
α2 là hệ số cấp nhiệt đối lưu phía ngoài thiết bị, α2 = 3 W/m2.K
ts là nhiệt độ của môi chất trong ống: ts = -40oC
ta là nhiệt độ trung bình của môi trường: ta = 30oC
Chọn nhiệt độ bề mặt lớp bảo ôn, t4 = 28oC
r là nhiệt trở của lớp các chất hữu cơ, r = 1,16.10-3
m2.độ/W
Hệ số truyền nhiệt K được tính theo công thức:
K

1
1
 1
 
 r
1
 2

Thay số:
K

1
1
0,004
2
1


  1,16.103
1200 46,5 0,034 3

(1)

Nhiệt mất mát ra môi trường:
q = K.( ts - ta) = K.(-40 - 30)

(2)

Mặt khác:
q = α2.Δt4 = α2.(t4 – ta) = 3.( 28 – 30) = - 6 ( W/m2.h)

(3)

Từ (1), (2), (3) ta tính được δ2 = 0,386 m
3.2.5. 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
Phần viền ngoài (vành khăn) cần được tính toán cụ thể theo tiêu chuẩn API 650.
Đường kính đáy phải lớn hơn đường kính bồn tối thiểu là 100 mm.

Trang 13


ĐỒ ÁN

Hình 2. Chi tiết đáy bồn chứa
 Tính toán chiều dày đáy bồn

Theo API 650:
Chọn ta = 6 [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 = 6 + 2 = 8 [mm]
Chọn ta = 8 [mm]
Theo tiêu chuẩn API 650: Tấm vành khăn phải nhô ra khỏi ít nhất là 100 mm.

Trang 14


ĐỒ ÁN

Hình 3. Bố trí lắp ghép đáy bồn chứa

Trang 15


ĐỒ ÁN

Hình 4. Chi tiết đáy bồn chứa
3.2.6. Tính mái che bồn chứa
Theo tiêu chuẩn API khi đường kính bồn chứa nhỏ hơn 30m nên ta chọn mái cầu
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]
Giá trị chiều dày không được lớn hơn 13mm (theo API )
Vậy ta chọn chiều dày của mái là: S = 8 mm

Trang 16


ĐỒ ÁN

Hình 5. Chi tiết mái bồn chứa

Hình 6. Bể chứa LPG lạnh

Trang 17


ĐỒ ÁN

Hình 7. Mặt cắt bồn chứa

Hình 8. Bể chứa LPG lạnh đang xây dựng

Trang 18


ĐỒ ÁN

Hình 9. Phối cảnh bể chứa LPG lạnh

Trang 19


ĐỒ ÁN

Hình 10. Phối cảnh kho chứa LPG lạnh Thị Vải

Trang 20


ĐỒ ÁN

Hình 11. Kho chứa LPG lạnh Thị Vải
3.3. Hệ thống phụ trợ
3.3.1. Hệ thống làm lạnh
Các thiết bị tồn chứa lạnh cần phải được duy trì ở các điều kiện lạnh ban đầu của nó,
bởi vì luôn có lượng nhiệt truyền vào những thiết bị này từ bên ngoài. Lượng nhiệt này
tạo ra khí bay hơi (BOG) giống như là chất lỏng hóa hơi.
Các nguồn BOG trong kho chứa lạnh cần phải thu hồi bằng phương pháp làm ngưng tụ
lại thành dạng lỏng ở nhiệt độ ban đầu và đưa về bồn chứa. Các nguồn tạo BOG là liên
tục hoặc gián đoạn. Tốc độ tối đa của việc tạo ra BOG là do sự kết hợp đồng thời các
nguồn liên tục và gián đoạn cao nhất. Cần xác định kích thước/công suất của hệ thống
thu hồi hơi (hơi LPG). Trong trường hợp không bình thường, sự bay hơi vượt quá khả
năng thu hồi của hệ thống thu hồi hơi thì các bồn chứa sẽ được bảo vệ quá áp bằng các
van xả an toàn.
Các nguồn chính tạo ra BOG :
Liên tục :
-

Xâm nhập nhiệt vào các bồn chứa và đường ống.
Xâm nhập nhiệt từ các bơm tuần hoàn và đường ống.

Trang 21

ĐỒ ÁN
-

Dịch chuyển hơi trong quá trình nạp bồn.

Gián đoạn:
-

Xâm nhập nhiệt từ các bơm xuất.

-

Thu hồi hơi trong quá trń h xuất ra tàu.

-

Sự thay đổi áp suất khí quyển đột ngột.

-

Quá trình đảo bồn.

Để các bồn chứa vận hành an toàn ở nhiệt độ thấp thì cần phải có thiết bị làm lạnh để
duy trì nhiệt độ tồn trữ và làm lạnh đường ống từ sự xâm nhập của nhiệt độ môi trường
xung quanh. Công suất của hệ thống làm lạnh sẽ được lựa chọn dựa vào sự tính toán của
sự truyền nhiệt và các yếu tố liên quan.
3.3.2. Van an toàn
Van an toàn là một cơ cấu van dùng để tự động xả khí, hơi từ trong lò hơi, bồn chứa áp
suất hoặc những hệ thống khác khi áp suất hoặc nhiệt độ vượt quá giới hạn cho phép đã
cài đặt trước đó. Nhiệm vụ chính của van an toàn là bảo vệ thiết bị khỏi sự tăng áp vượt

giá trị định mức (giá trị định mức được cài đặt sẵn ). Trong quá trình làm việc, van an
toàn luôn ở trạng thái đóng. Khi áp suất đầu vào của van vượt giá trị định mức van an
toàn mở ra cho phép một phần vật chất chảy qua van về thùng chứa.

Hình 12. Van an toàn

Trang 22


ĐỒ ÁN
3.3.3. Thiết bị đo mức
Cảm biến đo mức bằng sóng siêu âm là một trong các loại cảm biến được dùng nhiều
nhất để đo mức liên tục chất lỏng. Phương pháp đo mức liên tục bằng sóng siêu âm có
ưu điểm là không tiếp xúc với chất lỏng trong tank hoặc bồn bể nhưng vẫn đảm bảo độ
chính xác cao.

Hình 13. Nguyên lý đo mức
IV. KẾT LUẬN
Sau thời gian làm tiểu luận, chúng em đã tiếp thu được các phương pháp, tiêu chuẩn tính
toán, thiết kế bồn bồn bể chứa.
Quá trình làm tiểu luận đã giúp chúng em có thêm nhiểu kiến thức thực tế bổ ích, giúp
hoàn thiện các kỹ năng bản thân, hỗ trợ công việc sau này.
Trong khi thiết kế, chúng em đã kết hợp giữa lý thuyết và thực tế, nhưng do thời gian
có hạn, phần tính toán còn hạn chế, không tránh khỏi thiếu sót, rất mong được các thầy
và các bạn giúp đỡ để tiểu luận hoàn thiện hơn.

Trang 23


ĐỒ ÁN

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. API 650: Welded Steel Tanks for Oil Storage
2. API 620: Design and Construction of Large Welded Low Pressure Storage
Tanks
3. Nguyễn Bin, Tính toán quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực
phẩm, Tập 1, NXB Khoa học và Kỹ thuật
4. Nguyễn Thị Minh Hiền, Công nghệ chế biến khí, NXB Bách khoa, 2014

I. LPG
1.1. Giới thiệu
LPG ( Liquefied Petroleum Gas) là khí đồng hành hóa lỏng có thành phần hóa học chủ
yếu là các hydrocabon dạng parafin là propane và butane.
1.2. Thành phần của LPG
Thành phần của LPG chủ yếu là propan và butan ngoài ra có lẫn một số hydrocacbon
khác nhưng rất ít do tinh chế chưa sạch hoặc là do cho thêm vào để cải thiện tính chất
nào đó của LPG hoặc với mục đích nào đó (chất tạo mùi…). Thành phần của LPG thì
có thể biến động theo từng cơ sở sản xuất và do ứng dụng của nó.
Thông thường thì tỉ lệ propan : butan = 50:50 nhưng đôi khi là 30:70, tùy thuộc cơ sở
và mục đích sử dụng.
1.3. Tính chất cơ bản LPG
- Ở điều kiện thường, LPG tồn tại ở trạng thái hơi.
- Không màu, không mùi, không độc hại ( nhưng được pha thêm chất etylmecaptan có
mùi đặc trưng để dễ phát hiện khi có rò xì gas )

Trang 24


ĐỒ ÁN
- Nhiệt độ sôi của gas thấp ( từ - 45 đến - 2oC ) nên để gas lỏng tiếp xúc trực tiếp với da

sẽ bị phỏng lạnh
- Trong điều kiện nhiệt độ môi trường LPG bốc hơi rất mãnh liệt: một đơn vị thể tích
gas lỏng tạo ra tương đương 250 đơn vị thể tích gas hơi. Do đó, trong thực tế việc tồn
chứa bảo quản, vận chuyển, LPG được hóa lỏng bằng các nén vào các bình chịu áp ở
nhiệt độ thường hoặc hóa lỏng bằng làm lạnh ở áp suất thường
- Áp suất của gas phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường, khi nhiệt độ tăng thì áp suất gas
sẽ tăng và ngược lại .
- Tỉ trọng của gas lỏng nhẹ hơn nước, khối lượng riêng trong khoảng DL = 0.51 - 0.575
kg/l
- Tỉ trọng gas hơi nặng hơn không khí DH = 1,51 - 2 lần , nên gas bị rò xì sẽ tích nơi
trũng, thấp hơn mặt bằng xung quanh ( cống , rãnh)
- LPG có tốc độ bốc hơi nhanh và lan tỏa trong không khí. Giới hạn cháy nổ của hơi gas
trong không khí rất hẹp, từ 1,5 – 10% thể tích. Chính vì vậy, vấn đề an toàn phòng chống
cháy nổ cần được chú trọng
- Thành phần LPG quyết định nhiệt trị của LPG, propan càng nhiều thì nhiệt trị càng
cao
- LPG có độ nhớt rất thấp, ở 20oC, độ nhớt của LPG là 0,3 cSt. Do vậy nó có tính linh
động cao.
1.4. Phân loại
LPG được chia thành 2 dựa vào phương pháp tồn chứa:
- LPG nén: 12 - 15 bar ở nhiệt độ thường
- LPG lạnh : -30oC ÷ -40oC ở áp suất thường
1.5. Ứng dụng
- Sử dụng trong dân dụng: Nhiên liệu cho bếp gas, lò nướng, thay thế điện trong các
bình đun nước nóng trong gia đình, trong các hệ thống sưởi ấm…
- Sử dụng LPG trong công nghiệp: gia công kim loại, hàn cắt, nấu, gia công thủy tinh,
nung sản phẩm….
- Sử dụng để sấy nông sản, ngũ cốc, thuốc lá, chè, cafe…

Trang 25