Đồ án tính toán thiết kế bồn chứa xăng

Thiết kế bể chứa xăng hình trụ nằm ngang
sss

Trờng đại học Bách khoa hà nội

Khoa công nghệ hoá học
Bộ môn máy và thiết bị công nghiệp hóa chất- dầu khí

********************************

đồ án môn học II
Đề tài :
Tính toán thiết kế hệ thống bồn chứa xăng

Giáo viên hớng dẫn
Sinh viên thực hiện
Khoá

3

: ThS Vị Hång Th¸i
: D Huy Tn
:
43


Thiết kế bể chứa xăng hình trụ nằm ngang
Hà Nội tháng 12-2002

trờng đại học bách khoa hà nội
khoa công nghệ hoá học

bộ môn máy và thiết bị công nhiệp hoá chất dầu khí

******* *******

thiết kế đồ án môn học II
Hà Nội : ngày..... tháng..... năm 2002.

Đề tài.
Tính toán thiết kế hệ thống bồn chứa xăng hình trụ nằm
ngang cho cửa hàng xăng dầu có thể tích là 60m3.

Yêu
cầu: .................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
...................................

Sinh viên thực hiện

Giáo viên hớng dẫn

D Huy Tuấn

ThS Vũ Hồng Thái
Mở đầu

4


Thiết kế bể chứa xăng hình trụ nằm ngang

Ngày nay víi viƯc kinh tÕ x· héi ph¸t triĨn víi tèc độ chóng mặt thì
các phơng tiện giao thông cũng tăng rất nhanh. Đặc biệt ở nớc ta tăng
nhanh nhất là xe gắn máy còn các phơng tiện khác tăng không đáng kể .
Vì vậy việc cung cấp nhiên liệu cho xe gắn máy ( chủ yếu là xăng )
là rất cần thiết và đây cũng là một ngành kinh doanh cung cấp xăng bán lẻ
cho các phơng tiện xe găn máy bằng cách bố trí các trạm bán lẻ xăng dầu
dọc các đờng có mật độ xe qua lại cao. Chính vì thế ta cần phải thiết kế hợp
lý các bồn chứa xăng ở các trạm bán lẻ đó đảm bảo đợc việc nhập hàng từ
các xe bồn và việc bán lẻ xăng cho các phơng tiện giao thông . Để thiết kế
hợp lý đòi hỏi ngời thiết kế phải hiĨu râ vỊ tÝnh chÊt vËt lý cịng nh tÝnh chất
hoá học của xăng , điều kiện làm việc của bồn chứa để tìm loại vật liệu chế
tạo thích hợp và tính toán đủ bền cho các bồn chứa đó . Cần chú ý đến tính
phòng cháy nổ và tính độc hại của xăng , bố trí hợp lý các bồn chứa sao cho
diện tích và không gian chiếm chỗ là ít nhất .
Kết hợp với các yếu tố khác và việc thiết kế hợp lý các bồn chứa xăng
có thể đem lại đợc nhiều lợi ích về kinh tế cho đất nớc nói chung và các chủ
cửa hàng nói riªng .

5


Thiết kế bể chứa xăng hình trụ nằm ngang

Phần I
Tổng quan về xăng dầu

Công nghệ chế biến dầu mỏ đợc xem nh đợc bắt đầu từ năm 1859.
Khi ở nớc Mỹ ông Edwin Drake khai thác đợc dầu thô . Chỉ một năm sau
đó thì không chỉ riêng ở nớc Mỹ mà các nớc khác cũng đà tìm ra dầu mỏ .
Từ đó sản lợng dầu khai thác ngày càng tăng nhanh . Theo thống kê ở bảng
sau .
Lợng dầu thô (không kể khí đốt ) đà khai thác đợc trên thế giới .
Năm

Sản lợng( triệu tấn)

1860
1880
1900
1920
1930
1945
1950
1955
1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
1997 (Riêng ở Việt Nam )

6

0,1
4,2
19,9
96,9
296,5
354,6
524,8
770,1
1051,5
1503,2
2336,2
2709,1
3067,1
3624,0
3700,0
2982,0
10,1


Thiết kế bể chứa xăng hình trụ nằm ngang
Từ các số liệu trên cho thấy , thế giới đà khai thác và chế biến một lợng dầu khổng lồ và với tốc độ tăng trởng hàng thập niên rất nhanh .
Ngành công nghiệp dầu khí tăng trởng nhanh trở thành ngành công
nghiệp mũi nhọn nhằm đáp ứng hai mục tiêu chính .
Cung cấp các sản phẩm năng lợng cho nhu cầu về nhiên liệu động cơ,
nhiên liệu công nghiệp và các sản phẩm về dầu mỡ bôi trơn .
Cung cấp các hoá chất cơ bản cho ngành tổng hợp hoá dầu và hoá
học tạo ra sự thay đổi lớn về cơ cấu phát triển các chủng loại sản phẩm của
ngành hoá chất, vật liệu.
ở Việt Nam, dầu khí đà đợc phát hiện và ngày 26/6/1986 tấn dầu đầu
tiên đà khai thác đợc từ mỏ Bạch Hổ. Tiếp theo nhiều mỏ dầu khí ở thềm

lục địa phía Nam đà đi vào khai thác nh mỏ Đại Hùng, mỏ Rồng, mỏ Rạng
Đông. Năm 1994 chúng ta đà khai thác đợc 6,7 triệu tấn dầu, năm 1995 là
7,5 triệu tấn, năm 1997 là 10,1 triệu tấn. Nớc ta đà bắt đầu tiến hành xây
dựng nhà máy chế biến dầu đầu tiên với công suất 6 triệu tấn/năm.
Các sản phẩm chính trong lọc dầu

Sản phẩm nhẹ

Sản phẩm TB

Khí
LPG( khí hoá lỏng )
Xăng ôtô
Xăng máy bay
Xăng công nghiệp
Nhiên liệu phản lực
Chất đốt dân dụng
Dung môi pha sơn
Nhiên liệu Diezen
Dầu nhờn cọc sợi
Dầu nhờn máy
Dầu tuabin
Dầu thuỷ lực
Các dầu nhờn khác

7


Thiết kế bể chứa xăng hình trụ nằm ngang
Dầu công nghiệp

Sản phẩm nặng
Sản phẩm nặng

Dầu nhờn động cơ
Dầu hộp số
Các dầu khác

Sáp mềm
Dầu cắt gọt kim loại
Dầu cặn FO
Petrolactum
Trong số các sản phẩm lọc dầu, Xăng động cơ là sản phẩm quan
trọng nhất. Nó là hỗn hợp của xăng chng sơ bộ, xăng crăcking, xăng
refoming và alkylat, kết hợp với một số phụ gia nhằm đảm bảo các yêu cầu
hoạt động của động cơ trong những điều kiện vận hành thực tế và cả trong
các điều kiện tồn chứa, dự trữ khác nhau
Các yêu cầu đối với chất lợng xăng .
- Bật máy tốt .
- Động cơ hoạt động không bị kích nổ.
- Khởi động nhanh và không gặp khó khăn .
- Không kết tủa, tạo băng trong bộ chế hoà khí .
- Không có nút hơi trong hệ thống nhiên liệu của phơng tiện .
- Trị số Octane đợc phân bố tốt trong khoảng nhiệt độ sôi .
- Hệ thống đầu vào của động cơ phải sạch.
Các chỉ tiêu hoá lý của xăng .
- Độ hoá hơi.
Khoảng nhiệt độ bay hơi để bay hơi 97-97,5% phải nhỏ ,nó đặc trng
cho tính đồng đều của xăng ,nếu khoảng này lớn thì xăng sẽ ngng tụ và làm
hỏng động cơ .
- Trị số Octane .

Là một đơn vị đo quy ớc dùng để đặc trng cho khả năng chóng
kích nổ của nhiên liệu và nó đợc đo bằng % thể tích của izoOctane (2.2.4
Trimetyl Pentane C8H18 ) trong hỗn hợp của nó với n.Heptane tơng đơng với
khả năng chống kích nổ của nhiên liệu thử nghiệm ở điều kiện tiêu chuẩn.
Xăng thờng có trị số Octane từ 80-95 .
- Thành phần hoá học cơ bản của xăng .(theo bảng 2.2-tài liÖu 1).

8


Thiết kế bể chứa xăng hình trụ nằm ngang
Thành phần pha chế của
xăng

Phần Refoming(aromate)
Butane(n-parafine)
Alkylate(i-parafine)
Phần nhẹ-xăng crăcking(olefin)
Phần nặng-xăng crăcking(olefin)
Isomerate (i-parafine)
Naphtha cất trực tiếp

Các tính chất đặc trng
Phần cất
o
C

To sôi
50%
o

C

Octane
RON

RON
(+1,5chì)

Octane
MON

MON
(+1,5chì)

RVP
Bar

Tỷ trọng
Kg/m3

30/1
80
0

110

95102
94

95104

96

9097
90

9298
93

0,5
4,5

780800
580

25/2
00
40/1
10
110/
210
4047
2590

80

95

98

94

97

1

700

83

93

96

80

83

0,7

690

155

91

94

79

82

0,1

800

60

8090
68

8393
71

8090
58

8393
61

0,7

690

0,8

680

66

Ngoài ra còn có các phụ gia khác để tăng tính chống kích nổ và tồn

chứa, vận chuyển tốt hơn nh phụ gia chống oxy hoá, biến đỏi cặn, chất tẩy
rửa, chất chống gỉ
Tiêu chuẩn về xăng của Việt Nam TCVN 5690-1998
(Dựa theo bảng 2.13 tài liệu 1 )
Cac chỉ tiêu chất lợng

Phơng pháp
thử

Xăng chì
83

Xăng chì
92

Xăng chì
97

ASTM-D2699-95

83

92

97

70
120
190
210

2,0

70
120
190
210
2,0

70
120
190
210
2,0

TCVN2694-1995

No 1

No 1

No 1

ASTM-D381-94

5/8

5/8

5/8

ASTM-D52595

240

240

240

6. Hàm lợng lu huỳnh tổng%KL

ASTM-D1266-95

0,15

0,15

0,15

7. Hàm lợng chì g/l, max

TCVN6020-1995

0,15

0,15

0,15

8áp suất hơi bÃo hoà ở 37,8oC kPa

TCVN5731-1993

43-80

43-80

43-80

1.Trị số Octane
-Theo phơng pháp RON
2. Thành phần cất phân đoạn ,oC:
- 10% TT
max
- 50% TT
max
- 90% TT
max
- Điểm sôi cuối,
max
- Cặn cuối,% TT
max
3. Ăn mòn tấm đồng ở 50oC/3h max
4. Hàm lợng nhựa thực tế, mg/100ml
max-(sản xuất/tồn chứa,sử dụng)
5. Độ ổn định oxy hoá - min

TCVN2698-1995

9

Thiết kế bể chứa xăng hình trụ nằm ngang

Phần II
Tính toán thiết kế bể
I.Công nghệ tồn chứa xăng
Tại cửa hàng xăng lợng xăng cần dự trữ khoảng 60m 3(cha kể các
loại dầu khác),để tồn chứa tốt xăng ta chia làm 2 bồn chứa mỗi bể 30 3 dợc
kết nối với nhau .
Xăng đợc xe bồn chở đến và dùng bơm để bơm vào bồn, thời gian
nhập hàng khoảng một giờ đồng hồ.Khi bán hàng thì dùng bơm để hút ra ở
cột bơm xăng .
Cột bơm

Xăng vào
Xăng ra

Xả cặn

Sơ đồ bố trí bồn chứa xăng
Khi nhập hàng áp suất bơm vào khoảng 200 mmH 2O, khi hút xăng
ra thì độ chân không khoảng 60 mmH2O. Vì vậy bể đồng thời chụi cả áp
suất trong cả áp suất ngoài.
Theo bảng XIII.6 tài liệu 3
Chọn đờng kính bể là Dt=2400 mm.
Chọn 2 nắp là nắp elíp.
Quan hệ kích thớc tra theo bảng XIII.10 tµi liƯu 3.

10

Thiết kế bể chứa xăng hình trụ nằm ngang

Dt
h
s

- Tính chiều dài phần hình trụ của bồn chứa.
Để đảm bảo việc tồn chứa tốt thì bồn chứa cần có hệ số chứa
khoảng 85% khi đó thể tích cần thiết của bån chøa lµ .
Vtb = V/0,85 =30/0,85 =35,294( m3).
ThĨ tÝch phần hình trụ là .
Vtrụ=Vtb-2.Vn =31,312 (m3).
Chiều dài phần hình trơ lµ .

l=

4.Vtr 4.31,312
=
= 6,92(m)
π .Dt2 3,14.2.4 2

Chän l=6,9 m =6900 mm.
Tỉng chiỊu dµi bån chøa lµ .
L= l + 2.(ht +h ) =6,9+ 2(0,6 +0,04)=8,18 (m).
Sơ đồ bố trí bồn chứa trên 2 giá đỡ.

2400
2000

4180
8180

11

2000

t

Dt=2400 mm =2,4m.
Ht=600mm =0,6m.
H=40 mm =0,04 m.
DiƯn tÝch bỊ mỈt F=6,56 m.
ThĨ tÝch Vn=1991.10-3 m3.


Thiết kế bể chứa xăng hình trụ nằm ngang
II.Tính chiều dày bồn chứa
1.Tính chiều dày phần trụ
Phần vỏ hình trụ đợc hàn nối từ các đoạn vỏ hình trụ. Các đoạn này
đợc máy lốc cuốn sau đó hàn từ các tấm thép phẳng .
a).Trờng hợp bồn nhập hàng.(vỏ chịu áp suất trong).
Chiều dày vỏ trụ đợc xác định theo công thøc(XIII.8. tµi liƯu 3).
Dt . p
s=
+ c (m)
2.[σ ].ϕ − p
Trong đó:
+ Dt (m) :Đờng kính trong của bồn chứa Dt=2400mm=2,4 m.
+ p (N/m2) : ¸p st trong cđa bĨ .

Khi làm việc bể chịu áp suất d p1khoảng 200mmH2O =2000N/m2 và
áp suất thuỷ tĩnh của xăng lên bồn p2=.g.h.
Tra bảng( 2.7 tài liệu 1) xăng=750 kg/m3
Ta có p2=750.9,81.2,4=17660 (N/m2).
p=p1+p2 =2000+17660=19660(N/m2)
+[σ](N/m2): øng st cho phÐp cđa vËt liƯu.
Chän vËt liệu chế tạo là thép số N0 1020 (theo tiêu chuẩn Mỹ AISI )
Tra bảng ( 3.32 tài liệu 4 )
Ta cã: σ b =448,2Mpa=448,2.106 N/m2.
σ c =330,9 Mpa=330,9. 106 N/m2.
E=185. 109 N/m2.
øng suÊt cho phÐp tÝnh theo c«ng thøc XIII.2 tµi liƯu 3.
[σ ] = σ c η (N/m2)
nc

-,η:HƯ số điều chỉnh =1,0 (theo bảng XIII.2.tài liệu 3).
-,nc=1,5 (theo bảng XIII.3. tài liệu 3).
6
[ ] = 330,9.10 1.0 = 220,6.10 6 (N/m2)
1,5
Hoặc đợc tính theo công thức sau.

[ ] = σ b η
nb

(N/m2)

-,nb :hƯ sè an toµn =1,5 (theo bảng XIII.3.tài liệu 3).

12

Thiết kế bể chứa xăng hình trụ nằm ngang

[ ] = 448,2.10
1,5

6

1.0 = 298,8.10 6 (N/m2)

Để cho an toàn trong tính toán ta chọn giá trị bé hơn trong 2 giá trị trên.
[]=220,6.106 (N/m2).
+ c (m): Hệ số d .
c=c1+c2+c3
c1 :Hệ số d do lu thể ăn mòn vật liệu ,chon c1=0,002 m.
c2 : Hệ số d do bào mòn c¬ häc chän c2 =0.
c3 :HƯ sè d do gia công chọn c3=0,001 m.
c=0,002+0+0,001 =0,003 (m)
+ :Hệ số làm yếu .
Trên hình trụ có bố trí các lỗ cửa ngời 500 cửa vào 50 ,cửa ra 40 .
ld
(Theo công thøc XIII-16. Tµi liƯu 3 ).
ϕ=
l
6900 − (500 + 50 + 40)
=
= 0,9
6900
Thay số vào công thức trên ta có chiều dày phần trụ là.

2,4.19660
s=
+ 0,003 = 0,0032 (m) =3,2(mm).
2.220,6.10 6.0,9 19660
b).Trờng hợp bơm nhiên liệu ra (bồn chịu áp suất ngoài).
Chiều dày tính theo công thức (XIII-32 .tài liÖu 3).

p l
s = 1,25.Dt  n 
 E D

0, 4

+c

(m)

Trong đó:
+D(m):Đờng kính trong của bồn chứa D=2,4 m.
+pn(N/m2):áp suất ngoài .ở đây bồn chứa làm việc với áp suất chân
không khoảng 60 mmH2O =600 N/m2 .
+E (N/m2) :Mô đun đàn hồi của vật liệu chế tạo E=185.109 N/m2
+l(m):Chiều dài phần tính toán .l =l1 +2.l2
l1 chiều dài phần hình trụ ,l1 =6,9 m
l2 =1/3 chiều cao phần nắp, l2 =1/3(0,6 +0,004)=0,213 m
l =6,9 +2.0,213 = 7,326 (m)
Thay sè vµo công thức trên ta có .
Ti bn FULL (file word 24 trang): bit.ly/2W1L7AU
Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net
13

Thiết kế bể chứa xăng hình trụ nằm ngang
0, 4

600 7,326 
s = 1,25.2,4
 + 0,003 = 0,004885 (m) =4,88(mm)
9
185.10 2,4
Chọn s =5 mm
Vì trờng hợp này có chiều dày s =5mm lớn hơn trờng hợp chịu áp suất
trong nên ta chọn chiều dày thiết bị là s = 5 mm và dùng chiều dày này để
kiểm tra các điều kiện làm việc khác của bồn chứa .
c).KiĨm tra bỊn khi thư thủ lùc víi ¸p st p =1,5plv =3000N/m2
Khi đó áp suất tổng cộng là:
p0 =p + pthủtÜnh =3000+24000 =27000 (N/m2)
§iỊu kiƯn kiĨm tra bỊn theo công thức (XIII-26 .tài liệu 3).
[ D + ( s − c )] p ≤ σ c
σ = t
(N/m2)
0
2.( s c).
1,2
Trong đó :
+Dt (m):Đờng kính trong D =2,4 m
+s (m):Chiều dày thiết bị s = 0,005 m
+p0(N/m2):áp suất thử p0 =27000 (N/m2)
+c(m):Độ d ăn mòn c =0,003 m
+ :Hệ số làm yếu =0,9

+c :ứng suấtở trạng thái chảy σc =330,9.106 (N/m2)
Thay sè vµo ta cã .
[
2,4 + (0,005 − 0,003)]
330,9.10 6
6
σ =
27000 = 20.10 <
= 275,75.10 6 (N/m2)
2.(0,005 − 0,003).09
1,2
VËy khi thư thủ lùc bån chøa ®đ bỊn.
Tải bản FULL (file word 24 trang): bit.ly/2W1L7AU
Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net

14


Thiết kế bể chứa xăng hình trụ nằm ngang
2. Tính chiều dày nắp
ở đây ta chọn nắp có đờng kính trong Dt =2400 mm đợc hàn từ 2
nửa nh hình vẽ và dập thành nắp elíp có kích thớc nh hình vẽ sau .
Kích thớc đợc tra theo bảng XIII.10-tài liệu 3 .

Dt
D

D :đờng kính của phôi D =2900 mm
Dt = 2400mm
ht

s

h=40mm
ht =600 mm
F =6,56 m2
Vn =1991.10-3m3
a) Tròng hợp chịu áp suất trong .
Chiều dày nắp của bồn chứa đợc tính theo công thức(XIII.47-tài liệu 3).

s=

Dt . p
D
. t +c
3,8.[ ].k . h p 2.ht

(m).

Trong đó:
Dt (m):Đờng kính trong D=2,4 m.
p(N/m2): áp suất trong p=19660(N/m2)
ht (m) :Chiều cao phần nh« ra ht =0,6 m.
[ σ ] (N/m2): øng suÊt cho phép .Chọn vật liệu làm nắp cùng với vật
liệu làm thân [s] =220,6.106 (N/m2).
h :Hệ số hàn trên nắp chọn h =0,9.
k :Hệ số. Vì không có lỗ trên nắp nên k =1.
C :Hệ số d, chọn c =3 mm=0,002 m.
Thay sè vµo ta cã :
15

3546496