ĐỒ ÁN CƠ KHÍ MÁY THIẾT KẾ BỂ CHỨA DẦU LGO

Đồ Án
Thiết kế xây dựng bể chứa LGO
T = 300C
d = 0,83 g/ml
V = 65000 m3
Vận tốc gió = 205 km/h
Ăn mòn thành bể: 3mm
Ăn mòn đáy bể: 3mm
Ăn mòn mái bể: 2mm
Mục lục
I.Tổng

quan

về

bồn

bể

chứa

dầu

khí

………………………………………….............4
1.1. Giới thiệu

………………………….………………………………………………

4
1.2. Phân loại bồn bể chứa dầu khí

…………………………………………… ……4

1.2.1. Phân loại theo chiều cao xây dựng ……………...………………………
……..4
1.2.2. Phân loại theo áp suất

………………………………..…………………………

5
1.2.3. Phân loại theo vật liệu xây dựng

…………………………………

5
1.2.4. Phân loại theo hình dạng
II. Thiết kế bồn bể chứa

………………………….……………………….5
……………………………………….………………

2.1. Xác định các thông số công nghệ bồn chứa
2.2. Lựa chọn vật liệu làm bồn

5

…………………………...6

………………………………………………… 6

1


2.3. Xác định giá trị áp suất tính toán

…………………………………...

…… ..7
2.4. Xác định các tác động bên ngoài …………………………………………….. … 8
2.4.1 Tác động của gió

………………………………………………………………….8

2.4.2 Tác động của động đất

……………………………………………………….. 8

2.5. Xác định chiều dày của bồn

…………………………………………………..9

2.6. Xác định các lỗ trên bồn ………………………………………………………..…9
2.7. Xác định chân đỡ và tai nâng …………………………………………………. 10
2.8. Các ảnh hưởng thủy lực đến bồn chứa ……………………………………….…10
2.8.1 Áp suất làm việc cực đại …………………………………………………………10
2.8.2 Tải trọng gió …………………………………………………………………..…11
2.8.3 Dung tích chứa lớn nhất cho bồn mái nổi ……………………………………11
2.9. Các thông số cần thiết trong tính toán thiết bị…………………………………12

2.9.1. Nhiệt độ làm việc, nhiệt độ tính toán……………………………… …………12
2.9.2. Áp suất làm việc, áp suất tính toán, áp suất gọi và áp suất thử … …………12
2.9.3. Ứng suất cho phép tiêu chuẩn (đơn vị đo N/mm2 hoặc N/m2) … ………..13
2.9.4. Các hệ số hiệu chỉnh ………………………………………………… …….…13
III. Tính toán thiết kế bồn chứa ……………………………………………….………..14
3.1 Thiết kế thân bể ……………………………………………………………….……15
3.2. Thiết kế đáy bể ………………………………………………………………….…21
3.3. Thiết kế mái bể ………………………………………………………………..…..21
3.4 Tính toán vành gia cường chống gió……………………………………………22
3.5 Các thiết bị phụ trợ……………………………………………………………..25
IV.Kiểm tra ổn định lật của bể dưới tác dụng của tải trọng gió……………….27
4.1 Tính toán tải trọng gió tác dụng lên bể…………………………………………27
4.2 Tính toán trọng lượng của bể……………………………………………………27
2


4.3 Kiểm tra ổn định của bể…………………………………………………………28
V. An toàn và phòng chống cháy nổ trong hệ thống bồn chứa ……………..….29
5.1. Giới thiệu chung …………………………………………………………………..29
5.2. Các biện pháp an toàn ………………………………………………………..…29
5.2.1. Đối với con người ………………………………………………………………29
5.2.2. Trong công tác quản lý ………………………………………………………..30
5.2.3. Trong quá trình bảo quản và sản xuất ……………………………………...30
5.2.4. Trong quá trình sửa chữa các thiết bị trong hệ thống bồn ………………31
5.3. Hệ thống phòng cháy chữa cháy …………………………………………..…..31
5.4. Các hoạt động trong trường hợp khẩn cấp ……………………………….…33

3

I. Tổng quan về bồn bể chứa dầu khí
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, giúp ta nhận biết được số lượng tồn trữ. 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…
1.2. Phân loại bồn chứa dầu khí
1.2.1. Phân loại theo chiều cao xây dựng
Bể ngầm: Được đặt bên dưới mặt đất, thường sử dụng trong các cửa hàng
bán lẻ.
Bể nổi: Được xây dựng trên mặt đất, được sử dụng ở các kho lớn.

4


Bể nửa ngầm: Loại bể có ½ chiều cao bể nhô lên mặt đất, nhưng hiện nay
còn rất ít.
Bể ngoài khơi: Được thiết kế nổi trên mặt nước, có thể di chuyển từ nơi này
đến nơi khác một cách dễ dàng.
So sánh hai loại bể ngầm và bể nổi

Bể ngầm
- An toàn cao: Đây là lý do chính vì
bảo

đảm phòng cháy tốt và nếu có rò rỉ thì
dầu cũng không lan ra xung quanh
- Ít bay hơi: Do không có gió,
không
trao nhiệt với môi trường bên ngoài
Tạo mặt bằng thoáng
1.2.2. Phân loại theo áp suất

Bể nổi
- Chi phí xây dựng thấp
- Bảo dưỡng thuận tiện: dễ dàng súc
rửa, sơn và sửa chữa bể
- Dễ dàng phát hiện vị trí rò rỉ
xăng dầu ra bên ngoài

Bể cao áp: Áp suất chịu đựng trong bể > 200 mmHg
Bể áp lực trung bình: Áp suất = 20 => 200 mmHg thường dùng bể KO, DO
Bể áp thường: Áp suất = 20 mmHg áp dụng bể dầu nhờn, FO, bể mái phao.
1.2.3. Phân loại theo vật liệu xây dựng
Bể kim loại: Làm bằng thép, áp dụng cho hầu hết các bể lớn hiện nay.
Bể phi kim: Làm bằng vật liệu như: gỗ, composite,.. nhưng chỉ áp dụng cho
các bể nhỏ.
1.2.4. Phân loại theo hình dạng.
Bể trụ đứng: Thường sử dụng cho các kho lớn.
Bể hình trụ nằm: Thường chôn xuống đất trong cửa hàng bán lẻ hoặc để nổi
trong một số kho lớn.
5


Bể hình cầu, hình giọt nước: Còn rất ít ở một số kho lớn.

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:
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.
6


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.
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
7


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.

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
Các tác động bên ngoài bao gồm:
2.4.1 Tác động của gió

8


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.
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
9


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.

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

10


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
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.
11


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.
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:

12


+ Khi nhiệt độ làm việc nhỏ hơn 250 0C 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:
- 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 20 0C, 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)

13


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.
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:
14

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

III. Tính toán thiết kế bồn chứa
•Kiểu bể: Bể hình trụ mái nổi.
•Sản phẩm chứa: LGO
•Thể tích chứa tối đa : V =65000m3
•Thể tích thiết kế: V=76471m3
•Hiệu suất bồn chứa tối đa:85 %
•Tốc độ gió: v=205 km/h
•Độ ăn mòn: Ăn mòn ở thành bồn chứa: 3mmm
Ăn mòn ở đáy bồn chứa: 3mm
Ăn mòn mái bồn chứa: 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 68tiêu chuẩn API 650)
St =180MPa

Sd= 160MPa

Rk= 450MPa

Mái chê bể chứa: Hợp Kim Nhôm
15

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
HG
H/D
•Thông số đường kính 70m
•Chiều cao bồn chứa H=
Vậy ta chọn chiều cao bể chứa là 20 m
Tính Toán Thiết Kế.
3.1.Xác 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 than 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)

16


T1d
Trong đó:
D: đường kính bể (D = 70m)
H: chiều cao chất lỏng thiết kế (H = 20m)
G: trọng lượng chất lỏng chứa trong bể.(G=0.83)
Sd: ứng suất cho phép trong điều kiện thiết kế.
Ca: độ ăn mòn cho phép (Ca = 0,003m)
T1d 37,929 (mm)
•Công thức tính toán( Trong điều kiện kiểm tra áp lực)
T1t
T1t
Trong đó:
D: đường kính bể (D = 70m)
H: chiều cao chất lỏng thiết kế (H = 20m)
St: ứng suất cho phép trong điều kiện thử áp lực
Có T1d < T1t nên ta chọn t1= max(T1d,T1t)=T1t=40,303 (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.t1)0,5
D: Đường kính bồn chứa (m)
T1 Chiều dày tầng thứ nhất (mm)
17


= 166,667

•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(R=.(mm)
t là bề dày đoạn bể thứ nhất.(mm)
•Nếu n < 1,375 thì t2=t1
•Nếu n>2,625 thì t2=t2a
•Nếu 1,375
Vậy với n=1,684

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

- Trong điều kiện thử áp lực

18


•Tính toán khoảng cách x từ điểm thiết kế biến thiên tới đoạn vỏ đáy theo công
thức sau
+ x1 = 0,61.(R.tu)0,5 +320.C.H
+ x2 = 1000.CH
+ x3 = 1,22.(R.tu) 0,5

+x = min (x1, x2, x3)
+C = [K0,5.(K-1)]/(1+K1,5)
+ K = tl/tu
Trong đó tu: bề dày lớp vỏ phía trên (mm)
tl: chiều dày lớp vỏ phía dưới (mm)
H: chiều cao chất lỏng thiết kế (m)
•Tính toán bề dày nhỏ nhất của lớp vỏ phía trên theo điều kiện kiểm tra và thử áp
lực theo công thức sau
+ Trong điều kiện kiểm tra
tdx
+Trong điều kiện thử áp lực.
ttx

19


Kết quả tính theo phương pháp tính toán:
tầng

tu
34.49
4
30.93
5
27.37
7
23.81
8
20.25
9

16.70
1
13.14
2

9

tn
37.92
9
36.64
3
35.06
9
32.74
7
29.65
4
25.70
9
20.86
7
15.22
5

10

9.239

6.025

2
3
4
5
6
7
8

9.583

K
1.10
0
1.18
5
1.28
1
1.37
5
1.46
4
1.53
9
1.58
8
1.58
9
1.53
3

C
0.04
9
0.08
8
0.13
0
0.16
8
0.20
2
0.23
0
0.24
7
0.24
7
0.22
8

x1

873.055
873.055
1403.55
1083.86
3
9
1817.43

1178.68
6
8
2019.33
1113.90
9
0
2024.82
1027.32
1
2
1839.90
8
932.741 932.741
1481.02
887.638
5
827.420 827.420

33.474

12.204

Tn+1
36.64
3
35.06
9
32.74
7

29.65
4
25.70
9
20.86
7
15.22
5

669.600 988.486 706.570 669.600

8.926

9.239

425.961 455.770 560.230 425.961

5.801

3.972

T(dx)

Tn+1
38.25
7

949.624
1083.86
9

1178.68
8
1203.13
8
1161.60
4
1055.14
1

x2

x3
1340.49
3
1269.46
4
1194.21
8
1113.90
0
1027.32
2

xmin

T(dx)

29.540
25.813
22.370

18.965
15.575

Kết quả tính theo phương pháp thử áp:
tầng
2

t(n)
40.30
3

t(u)
33.72
8

K
1.19
5

C
0.09
2

x1
x2
x3
xmin
1194.96 1663.11 1325.53 1194.96
6
9

5
6

32.023

20


8

38.25
7
35.38
8
31.69
6
27.13
5
21.74
5
15.75
0

29.91
7
26.10
6
22.29
5
18.48

4
14.67
3
10.86
2

9

9.684

7.051

10

4.660

3.239

3
4
5
6
7

1.27
9
1.35
6
1.42
2

1.46
8
1.48
2
1.45
0
1.37
3
1.43
8

0.12
9
0.16
1
0.18
7
0.20
4
0.20
9
0.19
7
0.16
8
0.19
3

1283.99
8

1302.38
1
1255.22
2
1143.72
6

2061.86
6
2247.78
7
2238.66
5
2040.90
2
1673.95
972.806
7
1184.17
755.043
3

1248.40 1248.40
2
2
1166.17 1166.17
8
8
1077.69 1077.69
9

9
981.275 981.275

17.186

874.279 874.279

13.578

35.38
8
31.69
6
27.13
5
21.74
5
15.75
0

752.215 752.215

10.000

9.684

517.714 670.911 606.046 517.714

6.636

4.660

328.881 385.879 410.799 328.881

3.184

0.438

28.110
24.456
20.813

Dựa vào tiêu chuẩn API650 và sổ tay tính toán các quá trình công nghệ hóa học

Tầng
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

td
37,929
36,643
35,069

32,747
29,654
25,709
20,867
15,225
9,239
3,972

tt
40,303
38,257
35,388
31,696
27,135
21,745
15,750
9,684
4,660
0,438

Chọn
42
39
36
33
30
26
21
16
10

10
21


3.2 Thiết kế mái.
• Lựa chọn kết cấu cho mái bể:(Sử dụng mái nổi bằng nhôm)
Sử dụng mái nổi: Do 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
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 hoả so với các loại bể khác..
Bể mái phao hao tổn do bay hơi giảm đi tới 80% ÷ 90%.
• Sử dụng mái nổi bằng nhôm
Ưu điểm:
Trọng lượng của mái nhỏ,kết cấu ổn định chính xác và việc thi công đơn giản.
• Mái nổi bằng nhôm sử dụng chủ yếu là kết cấu tấm vỏ liên kết với nhau bằng
các liên kết bulong và ốc vít.Mái nổi được do sự nâng đỡ bởi các ponton trụ dài,đặt
vuông gốc với ponton là hệ dầm bằng nhôm,các ponton được gắn với dầm một dai
nhôm,giữa các tấm nhôm được lien kết với nhau bằng chi tiết kẹp.Toàn bộ mái
được đỡ bằng hệ thống chân đỡ.
•Để đảm bảo thẳng đứng khi lên xuống,mái nổi sẽ có một hệ thống định hướng
bằng cáp,theo đó di chuyển lên xuống,mái nổi sẽ trượt theo các sợi cáp.Độ kín khít
giữa mái và thành bể được đảm bảo bằng hệ thống đệm đặc biệt.
•Với mọi mái bể đều có chiều dày tối thiểu là 5 mm.Nhưng khi lựa chọn thì
thường lấy chiều dày mái bể bằng với chiều dày tầng thân bể trên cùng.
Vậy: Chọn tmái =10 mm.
3.3 Tính toán thiết kế các tấm vành khăn tại đáy bể.
• Chiều dày tấm vành khăn.
Theo bảng 5-1 tiêu chuẩn API 650 với bể có đường kính 70 m, áp lực thiết kế
cho phép ≤ 210 MPa, chiều dày tấm vành khăn đáy bể lấy bằng:

tb = 10+ CA = 10 + 3= 13mm
22


• Chọn chiều dày tấm vành khăn là 13mm.
• Chiều rộng tấm vành khăn.
Theo mục 3.5.2 tiêu chuẩn API 650
- Khoảng cách giữa thành trong của bể và mối hàn chồng ≥ 600mm
- Tấm vành khăn phải nhô ra khỏi bể ít nhất là 50mm
•Trong trường hợp độ rộng của tấm vành khăn lớn hơn yêu cầu thì tính toán
theo công thức:

Trong đó:
Tb: độ rộng của tấm vành khăn (tb = 13mm)
H: chiều cao chất lỏng thiết kế (H = 20m)
G: tỷ trọng chất lỏng chứa trong bể (G = 8,3KN/m3)
• Kich thước tấm vành khăn lựa chọn cho trên hình vẽ minh hoạ dưới.

Cấu tạo tấm vành khăn.
3.4 Tính toán vành gia cường chống gió
• 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 sánhgiữa chiều cao ổn định của thành bể và chiều cao quy đổi của thành
bể(5.9.7 )

23


Trong đó:
H1: khoảng cách theo phương đứng giữa vành chống gió trung

gian với thép góc ở đỉnh bể hay là khoảng cách lớn nhất không cần gia cường
t: bề dày của thành bể tầng trên cùng (t = 10mm)
D: đường kính bể thiết kế (D = 70m)
V : vận tốc gió (v=205km/h)
•Thay số vào công thức:
= 4,253 (m)
Vậy đặt vành chống gió ở tầng 2.
• Bề rộng các lớp vỏ thành bể sẽ được quy đổi theo công thức.
Wtr
Trong đó:
Wtr: độ rộng quy đổi của lớp vỏ thành bể (m)
W: độ rộng thực tế của lớp vỏ thành bể (m)
tuniform: bề dày lớp vỏ tầng trên cùng (mm)
tactual: bề dày thực tế của lớp vỏ thành bể (mm)
•Thay số vào ta được kết quả ở bảng sau:
W(m)
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2

Tuniform
(mm)
10

10
10
10
10
10
10
10
10
10
Tổng

tactual (mm)
42
39
36
33
30
26
21
16
10
10

Wtr(m)
0,052163
0,058758
0,066584
0,081334
0,093828
0,118202

0,166963
0,278595
2
2
5,54671
24


Bảng tính toán chiều cao quy đổi.
• Chiều cao thành bể quy đổi tính theo công thức
Hqd = ∑Wtr = 5,54671 (m)
• Chiều cao thành bể quy đổi Hqd > H1 -> cần thiết kế vành chống gió trung gian.
>H1 -> chỉ cần thiết kế một vành chống gió (3.9.7.5 tiêu chuẩn API 650)
• Vị trí của vành chống gió không được nằm trong phạm vi 150mm của đường hàn
ngang. Khi tính toán sơ bộ vành chống gió đặt trong phạm vi 150mm của đường
hàn thì nó phải được đặt ở dưới, song không được vượt quá chiều cao biến dạng
dẻo lớn nhất của bể.

3.4.2 Tính toán tiết diện vành chống gió
• Momen chống uốn yêu cầu nhỏ nhất của vành chống gió được tính theo công
thức (mục5.9.7.6 tiêu chuẩn API 650)
1373,353cm3
Z: momen chống uốn yêu cầu nhỏ nhất (cm3)
D: đường kính bể thiết kế (D = 70m)
Hl: khoảng cách lớn nhất giữa vành chống gió với thép góc ở đỉnh bể.
3.5 Các thiết bị phụ trợ.
3.5.1 Cầu thang thành bể.
• Cầu thang cũng là bộ phận quan trọng của mỗi công trình, nhờ có kết cấu này khi
vận hành con người có thể đi lại tới những vị trí cần thao tác, giúp cho việc kiểm
tra sửa chữa bảo dưỡng bể được dễ dàng. Đối với bể trụ đứng chứa dầu thì cầu

thang được thiết kế đi xung quanh bể.
Việc thiết kế cầu thang được quy định trong bảng 5-19 quy phạm API – 650.
Chọn: Chiều rộng cầu thang 800mm
Chiều cao của bậc cầu thang: 25mm
Độ dốc cầu thang:450
25