Đồ án tốt nghiệp ĐH. Thiết kế và tính toán kho chứa nhựa đường với dung tích 4500m3

1
LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian tìm hiểu tại khoa Công Nghệ Hóa – trường Đại học Công
Nghiệp Hà Nội, cùng với sự cố gắng của bản thân và sự giúp đỡ của mọi
người em đã hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp của mình.
Trước hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành toàn thể ban giám hiệu
trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội cùng toàn thể các thầy cô giáo trong
khoa Công nghệ hóa đã giúp đỡ tận tình và tạo mọi điều kiện tốt nhất để em
hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình.
Qua đây em xin cám ơn chân thành và sâu sắc nhất tới PGS.TS Nguyễn
Thế Hữu, thầy đã giúp đỡ, góp ý và giải quyết cho em rất nhiều những khó
khăn trong quá trình em thực hiện đề tài. Người đã luôn chu đáo, động viên,
khích lệ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho em trong suốt thời gian làm
đồ án tốt nghiệp.
Cuối cùng em cũng xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè người thân trong gia
đình luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình
học tập.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày 5 tháng 8 năm 2019
Sinh viên
Nguyễn Đức Hậu


2
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN....................................................................................................I
MỤC LỤC........................................................................................................II
DANH MỤC BẢNG.......................................................................................IV
DANH MỤC HÌNH..........................................................................................V
DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT...............................................................VI
MỞ ĐẦU...........................................................................................................1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.............................................................................3
1.1. Khái quát về nhựa đường...........................................................................3
1.1.1. Định nghĩa...............................................................................................3
1.1.2.Cấu trúc, thành phần cấu tạo và lưu biến của nhựa đường......................3
1.1.3. Phân loại..................................................................................................7
1.1.4. Một số tính chất khi sử dụng nhựa đường và công dụng........................9
1.2. Tổng quan về bồn bể chứa.......................................................................10
1.2.1. Khái niệm..............................................................................................10
1.3. Lựa chọn loại bể chứa..............................................................................11
1.3.1. Xác định các thông số công nghệ bồn chứa..........................................12
1.3.2. Lựa chọn vật liệu làm bể.......................................................................12
1.3.3. Xác định giá trị áp suất tính toán...........................................................13
1.3.4. Các thông số cần thiết trong tính toán thiết bị.......................................14
1.4. Tổng quan về hệ thống kho chứa nhựa đường.........................................16
1.4.1. Tổng quan về nhà kho...........................................................................16
1.4.2. Tổng quan các thiết bị trong kho chứa nhựa đường..............................17
CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỂ CHỨA........................................32
2.1. Thông số thiết kế bể chứa.........................................................................32
2.2. Tính toán đường kính và chiều cao..........................................................33
2.3. Tính tải trọng gió tác dụng lên thân bể.....................................................38
2.4. Tính toán kết cấu đáy bể...........................................................................39
2.5. Kết luận....................................................................................................52


3
CHƯƠNG 3: BỐ TRÍ HỆ THỐNG KHO CHỨA..........................................53
3.1. Bố trí mặt bằng kho chứa nhựa đường.....................................................53
3.2. Thuyết minh sơ đồ công nghệ kho chứa nhựa đường..............................56
KẾT LUẬN.....................................................................................................57
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................58

4
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Hàm lượng các nguyên tố cơ bản của nhựa đường..........................4
Bảng 1.2: Bảng phân cấp kho..........................................................................16
Bảng 1.3: Bảng thiết kế cầu thang...................................................................19
Bảng 2.1: Bảng thông số bể chứa 2000 m3......................................................32
Bảng 2.2: Bảng bề dày tối thiểu bể 2000 m3...................................................37
Bảng 2.3: Bảng lựa chọn chiều dày bể............................................................38
Bảng 2.4: Các thông số thiết kế cầu thang......................................................48
Bảng 2.5: Bảng chọn đường kính....................................................................50
Bảng 3.1: Bố trí mặt bằng kho.........................................................................53
Bảng 3.2: Bảng diện tích các khu vực.............................................................54
Bảng 3.3: Khoảng cách từ đường ống công nghệ đến các hạng mục trong kho
.........................................................................................................................55

DANH MỤC HÌN


5

Hình 1.1. Ứng dụng của nhựa đường lỏng........................................................8
Hình 1.2: Hệ thống lăng phun bọt...................................................................20
Hình 1.3: Bơm cánh gạt...................................................................................21
Hình 1.4: Van cửa............................................................................................28
Hình 1.5: Van cầu............................................................................................29
Hình 2.1 Mái Dome bể chứa...........................................................................41
Hình 2.2: Kết cấu đặc trưng của mái nổi.........................................................44
Hình 2.3: Kế cấu đặc trưng dầm vòng.............................................................46

6
DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
Ký hiệu
TCVN
MC30
MC70

Chữ viết tắt
Medium Cring Cutback
30
Medium Cring Cutback
70

DM&SPDM
PCCC
DN

Nominal diameter
DN

Ý nghĩa
Tiêu chuẩn Việt Nam
Nhựa đường lỏng có độ
nhớt 30 (mm2/giây)
Nhựa đường lỏng có độ
nhớt 70 (mm2/giây)
Dầu mỏ và sản phẩm
của dầu mỏ

Phòng cháy chữa cháy
Tiêu chuẩn kích thước
ống tương ứng của châu
Âu


1
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, Việt Nam đang nổi lên là một trong những
quốc gia có tốc độ tăng trưởng kinh tế hàng đầu khu vực, vị thế đất nước ngày
càng được nâng cao trên trường quốc tế. Đi đôi với xu hướng trên chính là sự
đầu tư ồ ạt vốn từ nước ngoài vào thị trường nước ta.
Tuy nhiên, Việt Nam lại chưa có hệ thống cơ sở hạ tầng đáp ứng kịp thời
với tốc độ tăng trưởng kinh tế, hơn nữa chính nó đã làm hạn chế hiệu quả tận
dụng vốn ngoại đổ vào nước ta. Trước thực trạng trên, hoàn thiện và phát triển
cơ sở hạ tầng, giao thông đường bộ để giao thương đang là nhiệm vụ cấp bách
hàng đầu đối với Đảng và Nhà nước. Chính vì thế các nhiên vật liệu cần thiết
cho quá trình xây dựng là vô cùng cần thiết và đáng quan tâm.
Nhựa đường là một vật liệu lý tưởng cho toàn bộ các ứng dụng xây
dựng, trong cả xây dựng mới và tân trang, trong đó cần có bề mặt nhẵn, liền
mạch, bền, là một trong những vật liệu xây dựng truyền thống nhất thế giới và
đã tiếp tục phát triển theo thời đại, ngay cả trong ngành xây dựng công nghệ
cao ngày nay. Với sự cần thiết của việc xây dựng cơ sở hạ tầng, đường xá
giao thông ở Việt Nam hiện nay nhựa đường là một trong những nguyên liệu
cần thiết không thể thiếu và được sử dụng rất nhiều.
Trong tương lai, việc kinh doanh nhựa đường sẽ trở thành lĩnh vực được
quan tâm và thu hút rất nhiều nhà đầu tư, không chỉ trong nước mà còn cả đầu
tư nước ngoài. Tuy nhiên ở Việt Nam nhựa đường chủ yếu được nhập khẩu từ
nước ngoài, và đó cũng đang là phương án đáp ứng đủ nhu cầu nhựa đường
ngày càng tăng trên thị trường trong nước. Để đáp ứng nhu cầu nhập số lượng

lớn nhựa đường từ nước ngoài, ta phải có kho chứa, bồn chứa dự trữ nhựa
đường trước khi nó được đưa đi cho các quá trình xây dựng. Việc thiết kế kho
chứa, bồn chứa rất là quan trọng đối với việc bảo quản nhựa đường.
Để giải quyết được vấn đề đó, em sẽ xây dựng hệ thống kho chứa với tên
đề tài: “Thiết kế và tính toán kho chứa nhựa đường với dung tích
4500m3”.
Kết quả dự kiến bao gồm:


2
 Tổng quan về nhựa đường và kho chứa
 Tính toán thiết kế bể chứa
 Tính toán thiết kế hệ thống bơm và đường ống
 Bố trí mặt bằng kho
 Vẽ mặt bằng kho, sơ đồ công nghệ, bể chứa
 Kết luận


3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Khái quát về nhựa đường
1.1.1. Định nghĩa
Nhựa đường là một chất lỏng hay chất bán rắn có độ nhớt cao và có màu
đen, nó có mặt trong thành phần lớn các loại dầu thô và trong một số trầm tích
tự nhiên. Thành phần chủ yếu cua hựa đường là bitum. Vẫn tồn tại một số bất
đồng trong số các nhà hóa học liên quan đến cấu trúc nhựa đường, tuy nhiên
phổ biến nhất là nó được giả lập mô hình như là chất keo, với asphantenes
như là thể phân tán và maltenes như là thể liên kết.
Nhựa đường có thể được tách ra từ các thành phần khác của dầu thô
(chẳng hạn naphtha, xăng và dầu diezen) bằng quy trình chưng cất phân đoạn,

thông thường dưới các điều kiện chân không.
1.1.2.Cấu trúc, thành phần cấu tạo và lưu biến của nhựa đường
1.1.2.1. Cấu trúc
Trước đây nhựa đường được coi là một hệ keo gồm các mixen asphalten
có trọng lượng phân tử cao, được phân tán hay hòa tan trong một môi trường
dầu có trọng lượng phân tử thấp hơn (malten). Một mixen được xem là bao
gồm các asphalten cùng với một lớp vỏ bọc bên ngoài được hấp thụ các chất
dầu thơm cao phân tử hoạt động như là một lớp solvat ổn định. Từ tâm của
mixen ra phía ngoài có các chất trung gian, rồi đến các chất dầu thơm ít phân
cực, các lớp này mở rộng ra ngoài tới môi trường dầu thơm phân tán.
Có đủ số lượng các dầu và chất thơm, lực solvat hóa đủ để các asphalten
được peptit hóa hoàn toàn và dẫn đến các mixen có thể chuyển linh hoạt trong
nhựa đường trường hợp này được xem như là dung dịch. Nếu thành phần chất
thơm/dầu không đủ số lượng để peptit hóa mixen hay không đủ lực solvat
hóa, các asphalten có thể liên kết với nhau hơn nữa. Điều này dẫn đến một
cấu trúc gồm các mixen liên kết hở, được sắp xếp bất thường, trong đó các
khoảng tróng bên trong được lấp đày bằng các chất dịch với thành phần hỗn


4
hợp. Loại nhựa đường này được gọi là nhựa đường keo. Trong thực tế hầu hết
nhựa đường có đặc điểm trung gian giữa hai nhóm keo và dung dịch.
Đặc tính keo của asphalten trong nhựa đường là do sự liên kết và solvat
hóa. Mức độ mà chúng được peptit hóa sẽ ảnh hưởng đáng kể đến độ nhớt của
nhựa đường ảnh hưởng đó sẽ giảm cùng với hai yếu tố là nhiệt độ giảm và
đặc tính keo của một số loại nhựa đường nào đó. Đặc tính keo của một số loại
nhựa đường có thể mất đi khi nhựa đường bị đốt nóng đến nhiệt độ cao. Độ
nhớt của chất bão hòa, chất thơm và nhựa phụ thuộc vào trọng lượng phân tử
của chúng. Trọng lượng phân tử càng cao thì độ nhớt càng cao. Độ nhớt của
pha liên tục, có nghĩa là của malten truyền độ nhớt nội tại đối với nhựa

đường, được tăng lên bởi sự có mặt của pha phân tán là asphalten. Các chất
bảo hòa làm giảm khả năng solvat hóa asphalten của maten, bởi vì thành phần
chất bảo hòa trong nhựa đường cao có thể dẫn đến sự kết hợp các asphalten rõ
rệt đáng kể. Hàm lượng các chất bảo hòa và hàm lượng asphalten trong nhựa
đường có thể làm tăng đặc tính keo của nhựa đường và làm giảm tính mẫn
cảm với nhiệt độ của nhựa đường.
1.1.2.2. Thành phần cấu tạo của nhựa đường
Sự sắp xếp cấu trúc bên trong của nhựa đường phần lớn được quyết định
bởi thành phần cấu tạo hóa học của các loại phân tử cấu thành nên vật liệu đó.
Nhựa đường là một hỗn hợp phức tạp gồm các phân tử chủ yếu là
hydrocacbon với một lượng nhỏ các chất có cấu trúc tương tự hợp chất dị
vòng và các nhóm chức năng có chứa lưu huỳnh, nitơ và nguyên tử oxy. Nhựa
đường cũng chứa một lượng rất nhỏ các kim loại như vanadi, nikel, sắt, magie
và canxi dưới dạng muối hữu cơ, oxit hoặc cấu trúc porphyrin. Các phân tích
thành phần nguyên tố các loại nhựa đường sản xuất từ các nguồn dầu thô khác
nhau cho thấy hầu hết các loại:

% khối
lượng

%C

%H

%N

%S

%O

Khối lượng
phân tử


5
Asphalten
(n-heptane)

5,7

82

7,3

1,0

7,8

0,8

11300

Nhựa
19,8
81,6 9,1
1,0
5,2
1270
Chất thơm
62,4

83,3 10,4 0,1
5,6
870
Chất bão hòa
9,6
85,6 13,2 0,05 0,3
835
Bảng 1.1: Hàm lượng các nguyên tố cơ bản của nhựa đường
Thành phần chính xác của nhựa đường thay đổi theo nguồn dầu thô dùng
làm nguyên liệu sản xuất nhựa đường, theo những biến đổi do việc áp dụng
công nghệ thổi khí, bán thổi khí trong quá trình sản xuất nhựa đường cũng
như hiện tượng lão hóa khi sử dụng.
Thành phần cấu tạo hóa học của nhựa đường là cực kỳ phức tạp, do vậy
việc phân tích thật đầy đủ về nhựa đường, nếu có thể, sẽ cực kỳ vất vả và sẽ
tạo ra một khối lượng số liệu vô cùng lớn, do đó việc triển khai các dự án
phân tích tỷ mỹ về thành phần nhựa đường để phục vụ cho việc nghiên cứu về
đặc tính lưu biến của nhựa đường là không khả thi. Tuy nhiên, có thể tách
thành phần hóa học của nhựa đường ra thành hai nhóm hóa học tổng thể là
asphalten và malten. Nhóm các malten có thể được chia nhỏ ra hơn nữa thành
các chất bảo hòa, các chất thơm và nhựa. Rất khó phân biệt thật rạch ròi bốn
nhóm kể trên, vì vậy không tránh khỏi có sự chồng chéo giữa các nhóm. Tuy
nhiên chúng ta cũng có thể so sánh tính lưu biến của nhựa đường với các
thành phần hóa học của các nhóm khác.
Dưới đây là một số phương pháp thường được sử dụng để phân tách
nhựa đường ra thành các thành phần khác nhau:
Chiết xuất bằng dung môi.
Hấp thụ bằng các chất rắn nhỏ mịn và loại bỏ chất không được hấp thụ
bằng quá trình lọc.
Phổ sắc ký.
Sử dụng phương pháp chưng cất phân tử kết hợp với một trong các

phương pháp trên.
Chiết xuất bằng dung môi là phương pháp được sử dụng nhiều vì đây là
một phương pháp tương đối nhanh, nhưng kết quả thu được không khả quan
bằng sử dụng phương pháp phổ sắc ký với việc kết hợp tác dụng của dung


6
môi với sự hấp phụ chọn lọc. Tương tự như vậy, các phương pháp hấp thụ
đơn giản không hiệu quả bằng phương pháp phổ sắc ký, một phương pháp
trong đó dung dịch giải hấp liên tục được kết hợp với chấp hấp thụ mới trong
các điều kiện cân bằng khác nhau khi được thể hiện xuống cột phổ ký.
Phương pháp chưng cất mất nhiều thời gian, và có mặt hạn chế là không xác
định rõ giới hạn có thể phân tách các chủng loại cũng như khả năng chưng cất
các thành phần cao phân tử nhựa đường.
Do đó cho đén nay các phương pháp phổ sắc ký đã và đang là phương
pháp được sử dụng rộng rãi nhất để xác định thành phần cấu tạo của nhựa
đường. Điều cơ bản của phương pháp này là trước tiên phải tạo ra sự kết của
asphalten bằng cách sử dụng n-heptan, sau đó dùng phương pháp phổ ký để
tách các nhóm còn lại. Với phương pháp này nhựa đường có thể được tách ra
làm 4 nhóm: asphalten, nhựa, chất thơm và hydrocacbon no.
1.1.2.3. Đặc tính lưu biến của nhựa đường
Đặc tính lưu biến của nhựa đường ở một nhiệt độ cho trước được xác
định bằng cả thành phần cấu thành (thành phần hóa học) và cấu trúc (sự sắp
xếp về vật lý) của cấu trúc phân tử hydrocacbon chủ yếu trong vật liệu này.
Nếu thay đổi một trong hai yếu tố thành phần hóa học hoặc cấu trúc vật lý,
hoặc thay đổi cả hai sẽ dẫn đến sự thay đổi đặc tính lưu biến của nhựa đường.
Như vậy để hiểu được những thay đổi trong đặc tính lưu biến của nhựa
đường, cần phải hiểu cấu trúc và thành phần cấu tạo của nhựa đường ảnh
hưởng đến đặc tính lưu biến của nó như thế nào.

7
1.1.3. Phân loại
1.1.3.1. Nhựa đường đặc
Nhựa đường đặc gồm hai loại là nhựa đường đặc bitum có nguồn gốc từ
dầu hỏa và nhựa đường đặc hắc ín có nguồn gốc từ than đá. Tuy nhiên, nhựa
đường đặc bitum là loại phổ biến và được ứng dụng nhiều hơn trong xây
dựng. Nhựa đường đặc bitum là sản phẩm thu được từ công nghệ lọc dầu mỏ,
có dạng đặc quánh, màu đen. Tùy theo điều kiện chế tạo, nhựa đường đặc
được chia thành các loại mác nhựa có cấp độ kim lún khác nhau như: 40/60;
60/70; 70/100; 100/150; 150/250…
Nhựa đường đặc khi được đun nóng tới nhiệt độ thích hợp và được phối
trộn cùng các vật liệu đá, cát, sỏi theo tỷ lệ thích hợp thì sẽ tạo thành bê tông
nhựa đường. Nhựa đường đặc khi được phối trộn theo tỷ lệ thích hợp với dầu
hỏa, diezel sẽ tạo thành nhựa đường lỏng, còn khi phối trộn với các chất tạo
nhũ và nước sẽ tạo thành nhũ tương nhựa đường.
Ứng dụng chính của nhựa đường đặc là sản xuất bê tông nhựa đường,
nhựa đường lỏng và nhũ tương nhựa đường phục vụ thi công đường bộ và các
công trình giao thông. Ngoài ra nhựa đường đặc còn có thể sử dụng làm vật
liệu xử lý bề mặt, chống thấm hoặc gắn kết các ván ốp trong công nghiệp xây
dựng.
1.1.3.2. Nhựa đường lỏng
Nhựa đường lỏng là sản phẩm tạo ra từ quá trình hòa trộn nhựa đường
đặc với dầu hỏa theo tỷ lệ thích hợp. Ở trạng thái tự nhiên, nhựa đường lỏng
có dạng lỏng, màu đen. Mác của nhựa đường lỏng được qui định theo cấp độ
nhớt, gồm 5 cấp độ nhớt là: 10-20; 20-40; 40-80; 80-140; 140-250.
Căn cứ theo tốc độ đông đặc, nhựa đường lỏng có thể chia thành 03 loại
gồm:
Nhựa đường lỏng đông đặc nhanh.
Nhựa đường lỏng đông đặc vừa.

Nhựa đường lỏng đông đặc chậm.


8
Nhựa đường lỏng MC30 và MC70 là hai loại nhựa đường lỏng đông đặc
vừa và có độ nhớt tối thiểu là 30 và 70 hiện được sử dụng phổ biến nhất trong
thi công công trình giao thông ở Việt Nam.
Nhựa đường lỏng là vật liệu để phục vụ thi công đường bộ và các công
trình giao thông. Nhựa đường lỏng thường được sử dụng để tưới mặt đường
hoặc để làm lớp dính bám giữa hai lớp bê tông nhựa .

Hình 1.1: Ứng dụng của nhựa đường lỏng
Lựa chọn nhựa đường và hàm lượng nhựa đường là vấn đề quan trọng
nhất khi hợp phần hỗn hợp mastic. Vật liệu mastic phải thỏa mãn điều kiện
chịu nhiệt, ít bị vết hằn bánh xe, chịu mỏi tốt, ít lượng nhựa đường tự do. Nếu
hàm lượng nhựa đường thấp không đủ để bao bọc hỗn hợp vật liệu khoáng thì
mastic bị già hóa nhanh, tính chịu biến dạng kém, nhất là khi làm việc ở nhiệt
độ thấp. Độ cứng của nhựa đường có mối quan hệ chặt chẽ với độ bền khai
thác và tuổi thọ của mặt mastic. Nếu lựa chọn nhựa đường có độ cứng lớn, độ
nhớt lớn thì mặt mastic ít sinh vệt lún trong điều kiện nhiệt độ cao, nhưng
xuất hiện nứt trong điều kiện nhiệt độ thấp. Mặt khác, khi nhựa đường có độ
cứng lớn thì trước khi trộn hỗn hợp cần cấp một nhiệt lượng lớn để nhựa
đường đủ độ nhớt cần thiết, điều này dẫn đến tăng giá thành sản phẩm. Vì hỗn


9
hợp mastic có nhiệt độ cao nên nhựa đường cần được nâng đến nhiệt độ thích
hợp đảm bảo độ nhớt và không làm giảm nhiệt độ chung của hỗn hợp khi
trộn. Nhiệt độ nhựa đường khi trộn phụ thuộc vào độ quánh và đảm bảo độ
nhớt yêu cầu. Loại nhựa đường và nhiệt độ hỗn hợp mastic tùy vào nhiệt độ

chảy mềm của chúng và một vài tính chất khác mà phân ra các mác nhựa
đường khác nhau: E1, E2…E10 có nhiệt độ chảy mềm từ 30 - 100. Để chế tạo
mastic nhựa đường thường sử dụng loại E3, E5 có nhiệt độ chảy mềm trong
khoảng từ 45 - 85.
1.1.4. Một số tính chất khi sử dụng nhựa đường và công dụng
a, Một số tính chất khi sử dụng nhựa đường trong chế tạo mastic
Sự hóa cứng của nhựa đường
Xu hướng đối với sự hóa cứng của nhựa đường dưới tác dụng của ngoại
cảnh đã được biết đến qua các công trình nghiên cứu trong nhiều năm. Bốn cơ
chế chính của sự hóa cứng nhựa đường đã được xác định:
Oxy hóa.
Mất mát do bay hơi.
Hóa cứng vật lý.
Hóa cứng do hao hụt thành phần dầu.
Sự oxy hóa
Giống như nhiều chất hữu cơ khác, nhựa đường oxy hóa chậm khi tiếp
xúc với không khí. Các nhóm chứa oxy phân cực được tạo ra có xu hướng
liên kết với các mixen có trọng lượng phân tử cao và do đó làm tăng độ nhớt
của nhựa đường. Các nhóm phân cực hydroxyl, cacbonyl và cacbonxylic dẫn
đến việc hình thành các phân tử phức tạp lớn hơn, những phân tử này sẽ làm
cho nhựa đường cứng hơn và ít dẻo hơn. Mức độ oxy hóa nhựa đường phụ
thuộc phần lớn vào nhiệt độ, thời gian và độ dày của lớp màng nhựa đường
bám dính trên bề mặt cốt liệu. Từ 100 trở lên nếu nhiệt độ cứ tăng thêm 10 thì
mức độ oxy hóa tăng thêm gấp đôi. Sự hóa cứng do oxy hóa từ lâu đã được
xem là nguyên nhân chính làm lão hóa nhựa đường, rất khó để xem xét rộng
ra các yếu tố khác. Tuy vậy, người ta đã chứng minh rằng mặc dù các nhân tố
khác nhìn chung là ít quan trọng hơn so với sự oxy hóa.


10

Hóa cứng lý học
Hóa cứng lý học xảy ra khi nhựa đường chịu tác động của nhiệt độ và
các điều kiện môi trường xung quanh và thường góp phần vào việc tái định
hướng của các phân tử nhựa đường, làm quá trình hình thành tinh thể của
parafin trong nhựa đường chậm lại. Sự hóa cứng vật lý có thể phá vỡ được
bằng cách gia nhiệt lại nhựa đường, khi đó nhựa đường lại đạt được độ nhớt
ban đầu.
b, Ứng dụng
Ứng dụng lớn nhất của nhựa đường là sản xuất bê tông để rải đường, nó
chiếm khoảng 80% toàn bộ lượng nhựa đường thương phẩm được tiêu thụ ở
Hoa Kỳ. Việc gắn kết các ván ốp chiếm chủ yếu phần còn lại. Các ứng dụng
khác còn có: chống thấm nước cho công trình xây dựng và chèn khe co giãn
cho mặt bê tông, quét ống dẫn dầu, xử lý cột hàng rào…
1.2. Tổng quan về bồn bể chứa
1.2.1. Khái niệm
Bể chứa là một công trình xây dựng nhằm mục đích phục vụ cho công
tác tàng trữ các sản phẩm dầu (xăng, dầu hoả…), khí hoá lỏng, nước, axít, cồn
công nghiệp…
Hiện nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và yêu cầu về mặt
công nghệ, người ta đã tiến hành nghiên cứu và xây dựng các loại bể chứa có
cấu trúc phức tạp nhưng hợp lý hơn về mặt kết cấu góp phần mang lại hiệu
quả kinh tế cao.
Phân loại bể chứa
a, Phân loại theo hình dạng bể
Bể chứa hình trụ: trụ đứng, trụ ngang
Bể hình cầu, hình giọt nước: tuỳ theo vị trí của bể trong không gian
chúng có thể đặt cao hơn mặt đất (trên gối tựa), đặt trên mặt đất, ngầm hoặc
nửa ngầm dưới đất hoặc dưới nước.
b, Phân loại theo mái bể
Bể chứa có thể tích không đổi (mái tĩnh – cố định).

11
Bể chứa có thể tích thay đổi (mái phao – ngoài mái cố định còn có mái
cố định nổi trên mặt chất lỏng, hoặc mái nổi – bản thân là mái phao).
c, Phân loại theo áp lực dư ( do chất lỏng bay hơi)
Bể chứa áp lực thấp : khi áp lực dư Pd <= 0.002 MPa. Và áp lực chân
không
Po <=0.00025 MPa.
Bể chứa trụ đứng áp lực cao : khi áp lực dư Pd => 0.002 MPa.
Cơ sở lí thuyết để tính toán thiết kế bể
1.3. Lựa chọn loại bể chứa
Với đặc điểm nhựa đường và công suất tồn chứa lớn, ta chọn phương án
tồn chứa là bể trụ đứng nhằm mục đích giảm chi phí đầu tư ban đầu và tiết
kiệm không gian lắp đặt.
Dựa trên những quy tắc thiết kế kho, bể chứa và đề bài yêu cầu thiết kế
kho chứa nhiên liệu dầu nhựa đường với công suất tồn chứa 4500 m3.
Việc chọn hình dạng mái phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên mái bể và
thể tích bể.
• Khi mái bể chủ yếu chịu tải trọng tác dụng từ trên xuống (trọng lượng
mái, các lớp cách nhiệt, chân không) và thể tích bể V ≤ 5000 m 3 thì dùng mái
dạng hình nón.
• Khi mái bể chịu thêm tải trọng đáng kể hướng từ dưới lên (áp lực dư,
tải trọng gió) và thể tích bể lớn hơn thì dùng mái cầu hoặc mái trụ cầu.
Mái treo được sử dụng khi bể có thể tích nhỏ, bể có kết cấu cột trung tâm
và mái có thể dao động theo phương thẳng đứng khi có sự thay đổi về mức
chất lỏng trong bể hoặc khi chịu tác dụng của tải trọng gió. Khi chịu tác dụng
của tải trọng thẳng đứng mái thì mái treo không có mômen nên mái treo
thường nhẹ hơn.
Ta chọn thiết kế bể trụ đứng mái nón.

1.3.1. Xác định các thông số công nghệ bồn chứa
Thể tích của bể chứa V
Các kích thước cơ bản như: chiều cao bể trụ (l), đường kính phần trụ (d),
chiều cao phần nắp bồn chứa (h), loại nắp bể chứa.
Các thiết bị lắp đặt trên bể chứa, bao gồm: các valve áp suất, các thiết bị
đo áp suất, đo mực chất lỏng trong bồn, đo nhiệt độ.


12
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 bể.
1.3.2. Lựa chọn vật liệu làm bể
Các sản phầm dầu khí chứa trong bể 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 bể, ta tính toán
thời gian sử dụng, từ đó tính được chiều dày cần phải bổ sung đảm bảo cho bể
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 bể. Đối với các loại vật liệu khác nhau thì ứng suất khác nhau,
tuy nhiên giá trị này không chênh lệch nhiều.
1.3.3. Xác định giá trị áp suất tính toán

Đây là một thông số quan trọng để tính toán chiều dày bồn bể. Áp suất
tính tán bao gồm áp suất hơi cộng với áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng gây
ra:

Ptt  Ph   gH

Trong đó:
Ptt: áp suất tính toán.
Ph: áp suất hơi.
 : khối lượng riêng sản phẩm chứ trong bể ở nhiệt độ tính toán.
g = 9.81 (m/s2): gia tốc trọng trường.
H: chiều cao mực chất lỏng trong bể.
Thường ta tính chiều dày chung cho cả bể chứa cùng chịu một áp suất
(nghĩa là áp suất tính toán chung cho cả bể chứa).


13
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)
1.3.3.1. 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.
1.3.3.2. 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.
1.3.3.3. Xác định tác động từ bên ngoài
a, Tác động của gió:
Gió có thể tác động đến bồn, ảnh hưởng tới độ ổn định của bồn, làm cho
bể bị uốn cong hay tác động đến hình dáng bồn. Tuy nhiên với bể cao áp, do
hình dáng cũng như cách đặt bẻ nên ảnh hưởng của gió tác động lên bồn thấp.


14
Ảnh hưởng của gió có thể bỏ qua nếu như ta xây tường bảo vệ hoặc đặt bồn ở
vị trí kín gió.
b, 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.

1.3.4. Các thông số cần thiết trong tính toán thiết bị
a, 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.
b, 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


15
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 20 0C. 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.


16
c, 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:
( =
Trong đó :
là hệ số hiệu chỉnh , xác định theo điều kiện làm việc của thiết bị,
thường = 0,9 – 1,0
( là ứng suất cho phép tiêu chuẩn
1.4. Tổng quan về hệ thống kho chứa nhựa đường
1.4.1. Tổng quan về nhà kho
Ta có bảng phân cấp kho như sau:
Bảng 1.2: Bảng phân cấp kho
Dung tích toàn kho, m3
Lớn hơn 100.000
IIA
Lớn hơn 50.000 đến 100.000
II
IIB
Từ 30.000 đến 50.000
IIIA
Từ 10.000 đến nhỏ hơn 30.000

III
IIIB
Nhỏ hơn 10.000
Như vậy với dung tích chứa toàn kho là 4.500 theo bảng phân cấp kho
Cấp kho
I

thuốc cấp kho IIIB.
Các ngôi nhà và công trình trong kho nên bố trí theo từng khu chức năng
theo bảng sau:


17
Bảng 1.3: Bảng phân khu chức năng các hạng mục trong kho
Tên khu vực

Tên các ngôi nhà và công trình bố trí trong khu vực

1. Khu vực xuất nhập Công trình xuất nhập đường sắt, trạm bơm, máy nén khí,
bằng đường sắt
bể hứng dầu, nhà kho phuy, phòng làm việc cho công
nhân và các công trình khác liên quan đến việc xuất nhập
bằng đường sắt.
2. Khu vực xuất nhập Bến cảng xuất nhập, trạm bơm, nhà hoá nghiệm, phòng
bằng đường thuỷ làm việc, và các công trình khác liên quan đến xuất nhập
đường thuỷ.
3. Khu vực bể chứa
Bể chứa DM&SPDM, bể tập trung hơi, thiết bị hâm
DM&SPDM
nóng sản phẩm cho bể, trạm bơm, máy nén khí

4. Khu vực xuất nhập Nhà đóng dầu ô tô xitec, nhà đóng phuy và các thùng
đường bộ, các hạng chứa khác, kho phuy, bãi phuy, trạm bơm, thiết bị lọc,
mục phục vụ sản xuất
trạm cân
5. Các ngôi nhà và
Xưởng cơ khí, xưởng sửa chữa và súc rửa phuy, trạm
công trình phụ trợ phát điện, trạm biến thế, trạm cấp nhiệt, kho nguyên liệu,
khác
nhà hoá nghiệm và các công trình phục vụ khác.
6. Khu vực văn phòng

Nhà văn phòng, ga ra, thường trực bảo vệ v.v…

1.4.2. Tổng quan các thiết bị trong kho chứa nhựa đường
1.4.2.1. Bể chứa
a, Cấu tạo bể chứa:
- Trên bể có 1 van thở, 1 cửa sáng, 1 cửa đo, 1 van nhập, 1 van xuất và 1
van xả đáy.
- Bể có hệ thống PCCC chạy từ dưới lên đến mái bể, và có cầu thang đi
từ dưới lên mái bể.
b, Các bộ phận chính của bể
- Mái bể: Được tính toán theo tiêu chuẩn API-650 và tiêu chuẩn về kết
cấu thép.
- Thân bể: Được tính toán theo tiêu chuẩn API-650.


18
- Đáy bể : Được chọn theo cấu tạo, đủ để đảm bảo chống ăn mòn và thi
công hàn.
- Móng bể: Được tính toán theo tiêu chuẩn Bê tông cốt thép.

Các tiêu chuẩn áp dụng:
+ TCVN 2737-1995: Tiêu chuẩn tải trọng và tác động.
+ TCXDVN 5574-2012: Kết cấu bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế
+ TCXDVN 5575-2012: Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế
+ API – 650-2013: Welded Tanks for Oil Storage
c, Các chi tiết và thiết bị phụ trợ bể chứa
Cửa người (hole man)
Mỗi bồn chứa có 1-2 cửa người lắp đặt trên thành bồn, được chế tạo
cùng loại vật liệu với thân bồn. Cửa người được thiết kế để thuận lợi thao tác
vệ sinh, cũng như sửa chữa bồn. Cửa người thường được sử dụng có sẵn trong
ba kích cỡ với đường kính danh nghĩa (Nominal diameter DN) là: DN500,
DN600, DN750.
Van thở
Van thở cho bể mái cố định được tính toán phù hợp với điều kiện làm
việc của bể. Các van thở phải lắp thiết bị ngăn lửa và phải tính đến trở lực của
thiết bị ngăn lửa và các yếu tố khác gây nguy hiểm cho bể chứa. Thông hơi
khẩn cấp cho bể mái cố định bằng cách lắp đặt van an toàn khẩn cấp trên mái
bể tự mở khi áp suất trong bể vượt quá giá trị an toàn.
Cửa ánh sáng
Cửa ánh sáng nhằm mục đích để ánh sáng chiếu vào trong bể tạo điều
kiên thuận lợi thao tác vệ sinh, cũng như sửa chữa bể chứa.
Thông thường có đường kính danh nghĩa (Nominal diameter DN) là:
DN500.
Lỗ đo mức và lấy mẫu
Lỗ đo mức thủ công phải có nắp kín hơi, thường lắp trên mái cách thành
bể tầm 1,2m và có đường kính danh nghĩa (Nominal diameter DN) là:
DN150.
Cửa xuất
Trên thân bể bố trí một cổng xuất, tại cổng xuất này sẽ có một mặt bích
chờ đầu nối với đường ống xuất. Việc thiết kế cửa suất phụ thuộc chủ yếu vào

lưu lượng đầu ra tối đa cho phép.
Cửa nhập


19
Thiết kế cửa nhập dựa theo quy phạm API - 650 và lưu lượng cho phép
của cổng nhập, cấu tạo của cửa nhập tương tự như cửa xuất tuy nhiên để
chánh hiện tượng tạo bọt của nhiên liệu và giảm độ mòn của đáy bể nơi nhiên
liệu được xả vào, khi thiết kế bố trí thêm một miếng đệm và ống dẫn sao cho
nhiên liệu được dẫn tới sát đáy trước khi đi vào bể.
Cửa tháo nước
Trong quá trình tồn trữ bể có thể có nước, do nước lẫn trong nhiên liệu
nhập vào bể, khi lượng nước có trong bể đo được quá mức cho phép, sẽ tiến
hành xả nước thông qua cửa tháo nước. Chọn cửa tháo nước có đường kính
danh nghĩa (Nominal diameter DN) là: DN 200.
Cầu thang
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 quy phạm API – 650
Bản đồ án này thiết kế cầu thang với các kích thước cơ bản sau:
Bảng 1.3 : Bảng thiết kế cầu thang
Cấu kiện

Kích thước
(mm)

Chiều rộng cầu thang

800

Chiều cao của bậc cầu thang

25

Độ dốc cầu thang

45

Lan can trên mái
Thông thường lan can sẽ có chiều cao từ 800 – 1000 mm.
Bản đồ án này chọn lan can có chiều cao là 1000 mm.
Hệ thống chống tĩnh điện
Do các sản phảm dầu khí trong quá trình tồn trữ sẽ xuất hiện các phần tử
tích điện, khi sự tích điện này đủ lớn sẽ gây ra hiện tượng phóng điện gây ra
sự cháy nổ rất nguy hiểm. Để tránh hiện tượng phóng điện trong quá trình tồn
trữ ta cần phải dùng biện pháp nối đất thiết bị bằng những cọc tiếp đất.