Bài giảng môn Bể chứa dầu khí

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CS KT CTB & CT VEN BIỂN

BÀI GIẢNG MƠN HỌC: BỂ CHỨA DẦU KHÍ

PHẦN 1: MỞ ĐẦU
 Khái niệm và phân loại bể chứa
1. Khái niệm về bể chứa
Bể chứa là một cơng trình xây dựng nhằm mục đích phục vụ cho cơng tác tàng trữ các sản
phẩm dầu (xăng, dầu hoả…), khí hố lỏng, nước, axít, cồn cơng nghiệp…
Hiện nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kĩ 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 đem lại hiệu quả kinh tế cao.
2. Phân loại bể chứa
Phân loại theo hình dạng bể:
- Bể chứa hình trụ (trụ đứng, trụ ngang);
- Bể hình cầu;
- Hình giọt nước…
Vị trí của bể trong khơng gian có thể đặt cao hơn mặt đất (trên gối tựa), đặt trên mặt đất ,
ngầm hoặc nửa ngầm dưới đất hoặc dưới nước.
Phân loại theo mái bể:
- Bể chứa có thể tích khơng đổi (mái tĩnh - cố định).
- Bể chứa có thể tích thay đổi (mái phao – ngồi mái cố định cịn có phao nổi trên mặt chất
lỏng; hoặc mái nổi - bản thân là mái phao)
Phân loại theo áp lực dư (áp lực do chất lỏng bay hơi):
- Bể chứa áp lực thấp: khi áp lực dư p d ≤ 0,002MPa và áp lực chân không (khi xả hết chất
lỏng) po ≤ 0,00025Mpa (0,0025 kG/cm2).
- Bể chứa trụ đứng áp lực cao: khi áp lực dư pd > 0,002MPa.

1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CS KT CTB & CT VEN BIỂN

BÀI GIẢNG MƠN HỌC: BỂ CHỨA DẦU KHÍ

1.1.1 Bể chứa trụ đứng áp lực thấp
Bể chứa trụ đứng mái tĩnh thường để chứa các sản phẩm dầu mỏ có hơi đàn hồi áp lực
thấp. Thể tích có thể rất khác nhau, từ 100 đến 20000m 3 (chứa xăng), thậm chí tới 50 000m3
(chứa dầu mazút,…)

Hình 1: Bể chứa trụ đứng áp lực thấp
Các bộ phận chính của bể:
- Đáy bể: Được đặt trên nền cát đầm chặt và chịu áp lực chất lỏng. Đáy bể gồm các thép
tấm có kích thước lấy theo định hình sản xuất và được liên kết với nhau bằng đường hàn.
- Thân bể: Là bộ phận chịu lực chính, gồm nhiều khoang thép tấm hàn lại, chiều dày các
thép tấm thân bể có thể thay đổi hoặc không dọc theo thành bể. Liên kết giữa các thép tấm
trong cùng một đoạn thân là đường hàn đối đầu, liên kết giữa các đoạn thân dùng đường hàn
vòng hoặc đối đầu. Nối thân bể và đáy bể dùng đường hàn góc
- Mái bể: Mái bể cũng đựơc tổ hợp từ các tấm thép hàn lại với các dạng chính như sau:
Mái nón, mái treo, mái cầu, mái trụ cầu.

2


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CS KT CTB & CT VEN BIỂN

BÀI GIẢNG MƠN HỌC: BỂ CHỨA DẦU KHÍ

c ét

cét

m¸ i n ã n

m¸ i t r eo

m¸ i t r ụ c ầu

má i c ầu

Hỡnh 2: Mt số dạng mái bể chứa trụ đứng áp lực thấp
Bể chứa trụ đứng mái nón.
Thường sử dụng khi thể tích bể V<=5000m3. Đường kính có thể tới 300 feet và chiều
cao 64 feet trong trường hợp bể có đường kính rộng cần phải có dàn đỡ mái bên trong. Loại bể
này rất phổ biến với ưu điểm dễ thi công, lắp ráp và tương đối kinh tế, tuy nhiên phần trên của
thành bể chưa được tận dụng hết khả năng chịu lực.
Mái nón thường có độ dốc i=1/20, được lắp ghép từ các tấm chế tạo sẵn. Một đầu tấm
tựa trên thành bể, một đầu tựa trên vành cột trung tâm.
Bể chứa trụ đứng mái phao.
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 tồn phịng hoả so với các loại bể khác. Trên thực tế, người ta hay
dùng hai loại bể :
- Bể hở có mái phao
- Bể kín có mái phao.
Khi sử dụng bể mái phao thì hao tổn do bay hơi có thể giảm đi từ 80%  90%.
Bể chứa trụ đứng mái trụ cầu

Loại bể này dùng để chứa sản phẩm dầu nhẹ. Mái gồm các tấm chỉ cong theo phương kinh
tuyến. Với bán kính cong r 1 bằng đường kính thân bể. Thân bể được hàn từ thép tấm. Dưới bể
được bố trí các bu lông neo quanh thân tránh hiện tượng đáy bể bị uốn và nâng lên cùng thân
dưới tác dụng của áp lực dư lớn khi lượng chất lỏng trong bể giảm.
Bể chứa trụ đứng mái cầu

3


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CS KT CTB & CT VEN BIỂN

BÀI GIẢNG MƠN HỌC: BỂ CHỨA DẦU KHÍ

Loại bể này dùng để chứa sản phẩm dầu nhẹ. Mái gồm các tấm cong theo 2 phương. Thân
bể được hàn từ thép tấm. Dưới bể được bố trí các bu lông neo quanh thân tránh hiện tượng đáy
bể bị uốn và nâng lên cùng thân dưới tác dụng của áp lực dư lớn khi lượng chất lỏng trong bể
giảm.

Hình 3: Bể chứa trụ đứng mái phao

Hình 4: Bể chứa trụ đứng mái trụ cầu (mái cầu)
1.1.2 Bể chứa trụ ngang
Bể chứa trụ ngang dùng để chứa các sản phẩm dầu mỏ dưới áp lực dư p d ≤ 0,2Mpa và
hơi hố lỏng có pd ≤ 1,8MPa, áp lực chân khơng po ≤ 0,1MPa.
Bể chứa trụ ngang có 3 bộ phận chính: thân, đáy và gối tựa.

4

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CS KT CTB & CT VEN BIỂN

BÀI GIẢNG MƠN HỌC: BỂ CHỨA DẦU KHÍ

Thân bể: bằng thép tấm, được chia làm nhiều khoang. Các tấm thép được liên kết với
nhau bằng đường hàn đối đầu, bên trong mỗi khoang đặt các vành cứng bằng thép góc và hàn
với thân bể.
- Đáy: có các hình dạng khác nhau: phẳng, nón, trụ, cầu, elíp. Việc lựa chọn đáy phụ
thuộc vào thể tích bể, và áp lực dư trong bể.
- Gối tựa: gồm hai gối hình cong lõm bằng bê tông hoặc gối tựa dạng thanh đứng.
Ưu điểm:
- 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 bể trụ đứng.
Nhược điểm:
- Tốn chi phí chế tạo gối tựa.

Hình 5: Bể chứa trụ ngang
1.1.3 Bể chứa cầu
Bể chứa cầu dùng để chứa hơi hoá lỏng với áp lực dư p d 0,25 1,8MPa, thể tích bể V =
600 4000m3. Thể tích bể cầu có thể lên đến 10.000m3. Tuy nhiên khi thể tích bể quá lớn thì
hiệu quả kinh tế khơng cao.

5


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CS KT CTB & CT VEN BIỂN

BÀI GIẢNG MƠN HỌC: BỂ CHỨA DẦU KHÍ

Bể được ghép từ các tấm cong hai chiều và được chế tạo bằng cách cán nguội hoặc dập
nóng. Các tấm thép đựơc hàn với nhau bằng đường hàn đối đầu. Cách chia các tấm trên mặt cầu
có nhiều hình dạng khác nhau: múi kinh tuyến với các mạch song song hoặc so le.
Bể được đặt trên gối dạng vành hay thanh chống bằng thép ống hoặc thép chữ I. Dùng
thanh chống đảm bảo được biến dạng nhiệt tự do cho bể. Các thanh chống nên tiếp xúc với mặt
bể để giảm ứng suất cục bộ và không tỳ vào đường hàn nối các tấm của vỏ bể.

Hình 6: Bể chứa cầu
1.1.4 Bể chứa hình giọt nước.
- Khuynh hướng đi tìm một giải pháp kết cấu cho ứng lực trên bể tương đối đồng nhất đã
đưa đến giải pháp bể dạng giọt nước.
- Loại bể này thường được dùng để chứa xăng nhẹ do có khả năng chịu được áp suất cao
do khí dư bay hơi (Pd = 0.03  0.05 Mpa) và có vịng quay sản phẩm lớn.
- Bể chứa hình giọt nước được đặt trên hệ giá đỡ, được tổ hợp từ các thanh thép ống. Hệ
giá đỡ này được đặt trên móng bê tơng cốt thép.

6


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CS KT CTB & CT VEN BIỂN

BÀI GIẢNG MƠN HỌC: BỂ CHỨA DẦU KHÍ

Hình 7: Bể chứa hình giọt nước
1.1.5 Bể chứa trụ đứng mái dome
Đây là loại bể chứa trụ đứng, mái cầu. Trong đó kết cấu mái là hệ thống giàn khơng gian
được cấu tạo từ các thanh dầm chữ I, liên kết với nhau thông qua hệ thống bulông và bản đệm,

được bao che kín nhờ các panel mái, tất cả hệ thống đều sử dụng loại vật liệu là hợp kim nhơm
(aluminum). Ưu điểm chính của hệ kết cấu mái này là lắp dựng đơn giản, trọng lượng nhẹ do
đó giảm được tải trọng tác dụng lên thân bể, móng bể dẫn đến giảm được giá thành xây dựng

Hình 8: Bể chứa trụ đứng kết cấu mái dome

7


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CS KT CTB & CT VEN BIỂN

BÀI GIẢNG MƠN HỌC: BỂ CHỨA DẦU KHÍ

PHẦN 2: TÍNH TỐN BỂ CHỨA
1. Bể chứa trụ đứng áp lực thấp
1.1. Cấu tạo
Đáy bể:
Đáy bể tựa trên nền cát và chịu áp lực chất lỏng. Nội lực trong đáy bể thường nhỏ nên
chiều dày đáy bể thường chọn theo cấu tạo khi hàn và điều kiện chống ăn mòn.
Chiều dày tối thiểu của đáy bể là 4mm (khi V<=1000m3), khi thể tích bể lớn thì chiều
dày thép đáy tăng lên. Dùng đường hàn đối đầu khi chiều dày thép tm >=5mm.

MặT CắT 1-1

8

8

12

12

12

60

9

10

11

11

8

MặT CắT 2-2

11

11

10

9

1

7

1

1

7

12
1

12

6

8

10

6

54

5

MặT CắT 3-3

1

4

1

1

1
1

1

3

1

5

1

1 1

1

60
20

3

2

10

12

10

12

3

2

8

3
3

4

2

1

1

1

2

a

hố t hu cặn dầu

70

1

3

4

1

5

4

4

1

5

1

7

6

1

2 2

3

1

1

6

12

4

1

1

1

12

7

8

9
12

MặT CắT 4-4

10

11

11

11

11

10

9
12

88

88

12

Hỡnh 14. Cu to ỏy bể chứa trụ đứng
Thân bể:

8


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CS KT CTB & CT VEN BIỂN

BÀI GIẢNG MƠN HỌC: BỂ CHỨA DẦU KHÍ

Thân bể gồm nhiều đoạn khoang thép tấm hàn lại. Đường hàn theo chiều đứng nối các
tấm thép trong còng một khoang là đường hàn đối đầu. Đường hàn liên kết giữa các đoạn thân
thông thường là đường hàn đối đầu.

thÐp góc mái bể

7
6

vành chống gió

5

4
3

mặt cắt thân bể

1 1

2
1

thép tấmthân bể

chiều dày thay đổi

chiều dày không đổi nối các tấmtr ong khoang

phÝa tr ong bĨ

60° phÝa ngoµi bĨ

vµnh chèng giã
phÝa trong bể

phía trong bể

chi tiết chân bể
chi tiết vành chống giã
chi tiÕt thÐp gãc m¸i bĨ

R=2
4

250

Hình 15. Cấu tạo thân bể chứa trụ đứng
Mái bể:
Hình dạng mái phụ thuộc chiều tác dụng của tải trọng, kích thước bể. Khi tải trọng
hướng xuống là chủ yếu (áp lực dư nhỏ) thì thường làm mái nón, mái treo. Khi đường kính bể
lớn, áp lực dư lớn thì thường làm mái cầu hoặc mái trụ cầu.

9


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CS KT CTB & CT VEN BIỂN

BÀI GIẢNG MƠN HỌC: BỂ CHỨA DẦU KHÍ

DÇM HU? NG TM

DầMVòNG

Hỡnh 16. S mỏi b cha tr đứng
1.2. Tính tốn bể chứa trụ đứng áp lực thấp
1.2.1. Tính thân bể theo điều kiện bền
Dưới tác dụng của áp lực thuỷ tĩnh và áp lực dư, thân bể sẽ chịu ứng suất kính tuyến σ 1

và ứng suất vịng σ2.
Hình 17. Sơ đồ tính bể chứa trụ đứng
Áp lực tính tốn ở độ sâu cách mặt thống một khoảng z:
10


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CS KT CTB & CT VEN BIỂN

BÀI GIẢNG MƠN HỌC: BỂ CHỨA DẦU KHÍ

(2.1)

PZ  * z * n  p d * m

Trong đó:
g- Trọng lượng riêng chất lỏng trong bể
pd- Áp lực dư trong không gian hơi
n, m- Hệ số vượt tải của áp lực thuỷ tĩnh và áp lực dư.

Do thân bể hình trụ trịn nên ứng suất kéo vịng σ2 lớn gấp hai lần ứng suất theo phương kinh tuyến σ

1 

1.

pR2
;  2 2 1
2

(2.2)

Do liên kết nối các bản thép theo phương đứng là liên kết hàn đối đầu, nên chiều dày
tấm thép có thể xác định dựa theo cường độ đường hàn đối đầu:


Pz * r
Rh

(2.3)

Trong đó:
r – Bán kính bể
Rh- Cường độ tính tốn của đường hàn đối đầu khi chịu kéo
Khu vực thân bể gần đáy, gần các sườn gia cường thì do ảnh hưởng của hiệu ứng biên
nên ứng suất vòng sẽ bị giảm. Khi đó việc tính tốn theo lý thuyết trên (lý thuyết phi mơ men)
khơng cịn chính xác.
Khu vực thân bể gần đáy, gần các sườn gia cường thì chuyển vị của đường kính thân bể
bị cản trở do đó sinh ra mô men uốn và lực cắt cục bộ. Bài tốn trên có thể giải bằng các
phương pháp số như PTHH, PT biên.

Mô men uốn cục bộ lớn nhất tại đáy khi coi liên kết giữa thân và đáy là ngàm cứng, bể
chứa đầy chất lỏng có thể xác định theo công thức gần đúng:
(2.4)
Mô men uốn cục bộ lớn nhất tại đáy khi coi liên kết giữa thân và đáy là ngàm đàn hồi, bể
M 0.3(n *  * h  m * p d ) * r * 

chứa đầy chất lỏng có thể xác định theo cơng thức gần đúng:
M 0.1(n *  * h  m * p d ) * r * 

(2.4)

Ứng suất lớn nhất theo phương đường sinh kể đến hiệu ứng biên:
g 6M
   2 m1 * R
 
Trong đó:

(2.5)

11


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CS KT CTB & CT VEN BIỂN

BÀI GIẢNG MƠN HỌC: BỂ CHỨA DẦU KHÍ

m1- Hệ số điều kiện làm việc. m1=1.6 khi kể đến biến dạng dẻo tại vị trí nối thân-đáy.
g- Trọng lượng bể trên một đơn vị dài.
1.2.2. Tính thân bể theo điều kiện ổn định

Thân bể có thể bị mất ổn định do ứng suất nén đều theo phương đường sinh hoặc do ứng
suất nén vịng hoặc có thể do cả hai.
Ổn định thân bể do ứng suất nén đều theo phương đường sinh σ1
 1 m *  th1
Trong đó  th1 là ứng suất nén tới hạn theo phương đường sinh.

(2.6)

 th1 min( * R; C * E *  / r )
Trong đó:

(2.7)

R - Cường độ tính tốn của thép thân bể
E – Mô đun đàn hồi của thép
C - Hệ số phụ thuộc tỷ số r/, lấy theo bảng 2.1
m - Hệ số điều kiện làm việc, m=1
Bảng 2.1.
r/
C

100
0.22

300
0.16

600
0.11

1000
0.08

1500
0.07

2500
0.06

1 - Ứng suất tổng cộng gây bởi các lực:
+ Trọng lượng mái và các thiết bị trên mái
+ Trọng lượng thành bể và các thiết bị đi kèm
+ Áp lực chân không (áp lực chân không tiêu chuẩn p0 = 0.00025MPa)
+ Áp lực gió hút trên mái bể:
(2.8)

p g W0 * C 2 * n g

Trong đó:
W0 – Áp lực gió tiêu chuẩn
C2 - Hệ số khí động, C2 = 0.8
ng - Hệ số vượt tải, ng = 0.8
Ổn định thân bể do ứng suất nén đều theo phương vòng σ

2.

12


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

BỘ MÔN CS KT CTB & CT VEN BIỂN

BÀI GIẢNG MƠN HỌC: BỂ CHỨA DẦU KHÍ

 2 m *  th 2
Trong đó  th 2 là ứng suất nén tới hạn theo phương vòng.

 th 2 0.55E *  r / l  * ( / r ) 3 / 2 Khi 0.5<= l/r <= 10
 th 2 0.17 E * ( / r ) 2 Khi 20<= l/r
(trường hợp 10 <= l/r <= 20 thì nội suy theo hai trường hợp trên)

(2.9)
(2.10)
(2.11)

Trong đó:
m - Hệ số điều kiện làm việc, m=1
l - Chiều dài vỏ trụ khảo sát (khoảng cách giữa các sườn cứng)
2 - Ứng suất tổng cộng gây bởi các lực:
+ Tải trọng gió coi phân bố đều quanh thân bể và quy đổi thành áp lực chân không quy
ước:
Pg 0.5 * W0 * n * k

(2.12)

(k là hệ số kể đến thay đổi tốc gió theo chiều cao, n hệ số vượt tải; n=1.2)
+ Tải trọng chân không P0 = 0.00025MPa
Ổn định thân bể do ứng suất theo cả hai phương
1


(2.13)
 2 1
 th1  th 2
Khi điều kiện 2.13 không thoả mãn thì phải tăng chiều dày thân bể hoặc tăng cường

sườn cứng cho thân bể.
1.2.3. Tính mái bể
Mái bể được tính tốn theo hai trường hợp tải trọng:
- Các tải trọng tác dụng nên mái có chiều hướng xuống dưới: trọng lượng bản thân mái,
trọng lượng các trang thiết bị trên mái và áp lực chân không.
- Các tải trọng có chiều hướng lên: áp lực dư trong khơng gian hơi, áp lực gió trên mái.
Việc tính kết cấu mái phụ thuộc loại mái, sơ đồ kết cấu mái.
1.3. Kích thước tối ưu của bể chứa trụ đứng
Khi chiều dày thân khơng đổi:
Thể tích thép của bể:
A Dh  (D 2 / 4) 1

(2.14)

Trong đó:

13


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CS KT CTB & CT VEN BIỂN

BÀI GIẢNG MƠN HỌC: BỂ CHỨA DẦU KHÍ

1 - Tổng chiều dày của mái và đáy

D - Đường kính thân bể
Thể tích bể V = D2/4)h do đó D = (4V/h)1/2
Thay D vào 2.14 có:
A 2 (Vh)1 / 2  (V 1 / h)

(2.15)

Đạo hàm 2.15 theo h và cho bằng khơng ta có:
dA
V V 1
 *
 2 0
dh
h
h

Từ 2.16 có:
V 
h 3 ( 1 ) 2
 
Từ 2.16 xác định được đường kính lợi nhất:
D 2 * 3

V 
*
 1

(2.16)

(2.17)

(2.18)

Từ 2.16 có:
(2.19)
D
D 2
* h * 
* 1
2
4
Đường kính bể lợi nhất khi trọng lượng thép đáy và mái bằng một nửa trọng lượng thép
thân bể.
2. Bể chứa trụ đứng mái trụ cầu
2.1. Cấu tạo
Bể chứa này dùng để chứa sản phẩm dầu nhẹ (xăng) dưới áp lực dư Pd = (0.01-0.07
MPa). Mái gồm các tấm cong chỉ theo phương kinh tuyến với bán kính cong r1 bằng đường kính
thân bể. Đoạn nối với thân bằng 0.1r1. Trọng tâm mái có cấu tạo dạng phẳng để đặt các thiết bị
kỹ thuật.

14


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CS KT CTB & CT VEN BIỂN

BÀI GIẢNG MƠN HỌC: BỂ CHỨA DẦU KHÍ

Hình 18. Bể trụ đứng áp lực cao mái trụ cầu

1. Khoang trên của thân; 2. Mái; 3. Sườn cứng; 4. Tháp đất giữ neo thân bể
5. Tấm bê tông neo; 6. Thân bể; 7. Bu lơng neo
2.2. Tính tốn
2.2.1. Tính mái trụ cầu theo lý thuyết phi mô men
a) Phần ở giữa ứng với bán kính cong r1:
Do phần mái này có kết cấu dạng gần với mặt cầu nên tính theo mái cầu thoải.
Theo điều kiện bền:



n 2 * p d * r1
 * R gh
2 m

(2.20)

Theo điều kiện ổn định:

 o  *  gh
 th 

0.1E *  m
r1

(2.21)
(2.22)

15

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CS KT CTB & CT VEN BIỂN

BÀI GIẢNG MƠN HỌC: BỂ CHỨA DẦU KHÍ

Trong đó:
 – Ứng suất gây bởi áp lực chân khơng, trọng lượng mái và các thiết bị
th - Ứng suất tới hạn của mái trụ cầu
m - Chiều dày của mái
b) Phần nối với thân bán kính cong = 0.1r1:
Phần này tính theo lý thuyết vỏ mỏng trịn xoay với cscs bán kính cong  và r (bán kính
cong).
Ứng suất theo phương đường sinh do áp lực dư:

1 

n2 * p d * 
 * Rk
2 m

(2.23)

Ứng suất theo phương vòng:

 2  1 (2 

r
)  * R gh


(2.24)

2.2.2. Tính bu lơng neo thân bể
Khi trong bể ít chất lỏng (chiều cao cột nước khoảng 30 cm), khi đó dưới áp lực dư lớn,
phần xung quanh đáy có thể bị uốn nâng lên cùng thân bể do đó cần phải bố trí hệ thống neo
xung quanh thân bể.
Lực nhổ tác dụng lên một bu lông neo:

N

n2 * pd *  * r 2  n3 * Q
n

(2.25)

Trong đó:
Q - Trọng lượng mái, thân bể và một phần viền quanh đáy (chiều rộng khoảng 0.5-1.0m)
n3 - Hệ số vượt tải, n3 = 0.9
n - Số lượng bu lông
Từ lực Z tính được diện tích bulơng, kích thước tấm bulơng neo và chiều dày lớp đất
nền. Lực neo của bulông vào nền đất tính theo cơng thức:
(2.26)
h


G n4 . d . Ab . h 1  . tg 


a



Trong đó:

16


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CS KT CTB & CT VEN BIỂN

BÀI GIẢNG MƠN HỌC: BỂ CHỨA DẦU KHÍ

n4 : Hệ số vượt tải, n4 = 0.4;
đ : Tỷ trọng của lớp đất nền chặt ;
Ab : Diện tích tấm bê tông neo;
h : Chiều sâu chôn tấm betông neo (hình 18);
a : Bán kính tấm bêtơng neo (hình trịn) hoặc một nửa cạnh của tấm (hình 18);
 : Góc nội ma sát của đất nền;
Để đảm bảo đáy bể khơng bị kéo lên thì Z  G
3. Bể chứa trụ ngang.
3.1. Cấu tạo
Bể chứa trụ ngang dùng để chứa các sản phẩm dầu mỏ dưới áp lực dư pd  0.2 Mpa (2
kG/cm2) và hơi hố lỏng có dư pd  1.8 Mpa (18 kG/cm2), áp lực chân khơng p0 < 0.1 Mpa. Thể
tích bể V  100m3 với các sản phẩm dầu và V  300m3 đối với hơi hố lỏng. Đường kính bể D
= 1,4  4m, chiều dài bể l = 2  30m.
Đường kính lợi nhất của bể như sau:
Dln 0.8 3 V khi pd  0.07 MPa.
Dln 0.6 3 V khi pd > 0.07 MPa.

(2.27)

(2.28)

Khi có V, từ Dln chọn ra chiều dài bể.
Bể chứa trụ ngang có các ưu điểm hình dạng đơn giản, dễ chế tạo, có khả năng chế tạo
tại nhà máy rồi vận chuyển đến nơi xây dựng, có thể tăng đáng kể áp lực dư so với bể trụ đứng.
Bể trụ ngang gồm ba bộ phận chính: Thân, đáy và gối tựa. Thân bể bằng thép có chiều
dày  = 3  36 mm, gồm nhiều khơng (hình 19). Các tấm thép trong cùng khoang và các
khoang hàn với nhau bằng đường hàn đối đầu. Chiều rộng khoang bằng chiều rộng thép tấm
định hình từ 1.5 đến 2m.
Để đảm bảo vệ độ cứng của các khoang trong quá trình vận chuyển, lắp ráp và khi chịu
áp lực chân khơng, nếu r/ > 200 thì bên trong mỗi khoang khoảng phải đặt vành cứng bằng
thép góc hàn vào thân bể (hình 19b). Nếu r/  200 thì chỉ cần đặt vành cứng tại các gối tựa.
Đáy bể trụ ngang có hình dạng khác nhau: Phẳng, nón trụ, cầu elíp . Việc chọn dạng đáy
phụ thuộc thể tích bể và giá trị của áp lực dư pd.
Khi V  100m3, pd  0.04 MPa thì dùng đáy phẳng, nếu pd  0.05 MPa dùng đáy nón.
Khi V = 75  150m3, nếu pd = 0.07  0.15 MPa thì dùng đáy trụ, nếu pd  0.2 MPa dùng đáy cầu
hoặc Elíp (chỗ nối thân và đáy có ứng suất cục bộ nhỏ nhất).

17


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CS KT CTB & CT VEN BIỂN

BÀI GIẢNG MƠN HỌC: BỂ CHỨA DẦU KHÍ

Hình 19. Bể chứa trụ ngang
1 - Ống nạp; 2 - Lỗ quan sát; 3 – Vành cứng; 4 - Lỗ thơng gió; 5 – Sườn gối;
6 – Dây tiếp đất; 7 – Cầu thang; 8 - Lỗ hút; 9 – Khe hở ở thép góc; 10 - Gối đứng.
Bể chứa trên mặt đất tựa lên hai gối hình cong lõm bằng bêtông, đã hộc xây, gạch xây

hoặc gối tựa dạng thanh đứng . Góc mở của gối tựa từ 60 đến 1200. Tại gối tựa nhất thiết phải
đặt vành cứng bằng thép góc có các thanh chống dạng tam giác.

18


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CS KT CTB & CT VEN BIỂN

BÀI GIẢNG MƠN HỌC: BỂ CHỨA DẦU KHÍ

Hình 20. Các loại đáy bể trụ ngang
a) Phẳng ; b) Nón ; c) Trụ ; d) Cầu ; e) Elíp.
3.2. Tính tốn bể chứa trụ ngang
3.2.1. Xác định vị trí gối
Dưới tác dụng của tải trọng phân bố đều q do trọng lượng bể và chất lỏng, bể làm việc
như dầm mút thừa. Khoảng cách lo giữa hai gối xác định từ điều kiện sao cho mômen uốn ở gối
và ở nhịp bằng nhau:
(2.29)
 l 02 c 2 
q c2


M

q

M g 
; nh
2

G

q n1   1  .r 2 
 l


 8

2

(2.30)

Trong đó:
c - độ nhơ của cơngxon.
G - Trọng lượng bể;
l - Chiều dài tính tốn của bể;
cân bằng giá trị tuyệt đối của Mg và Mnh có l0 = 0.586 l.
3.2.2. Kiểm tra thân bể
a) Ứng suất dọc theo phương đường sinh:
 1  1'   1''  R
Trong đó:

(2.31)

 = 0.8 ;
R - cường độ tính tốn của thép ;
 1' - ứng suất do uốn bể, tính như dầm đơn giản :

19

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CS KT CTB & CT VEN BIỂN

BÀI GIẢNG MƠN HỌC: BỂ CHỨA DẦU KHÍ

(2.32)

2
c2 
G
 l

n1   1  r 2   0 
l
8
2
M




 1'  nh 
W
 r 2

 1'' - Ứng suất do áp lực dư và áp lực thuỷ tĩnh tác dụng nên đáy bể gây ra.

 1'' 

 r 2  n 2 p d  n11 r   n 2 p d  n11 r  r

2 r 
2

(2.33)

Với W : Mômemn kháng của thiết diện bể W  r 2 
Công thức (2.33) là gần đúng vì coi như áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên đáy bể là đều và
lấy giá trị trung bình.
b) Ứng suất kéo vòng do áp lực thuỷ tĩnh và áp lực dư tại vùng dưới của bể:
 n p  n1 1 2 r  r
(2.34)
2  2 d
 R

Cơng thức kiểm tra bền. Thân bể có trạng thái ứng suất phẳng nên ngồi các điều kiện
(2.31; 2.34) cịn kiểm tra bền theo ứng suất tương đương tđ :
 td

(2.35)

 12   22   1 . 2   h R

Trong đó:
 : Hệ số tăng độ tin cậy do kể đến đặc tính dễ cháy và dễ nổ của sản phẩm,  = 0.9 ;
 : Hệ số điều kiện làm việc,  = 0.8
h : Hệ số độ bền của liên kết hàn đối đầu khi hàn tự động có hàn đầy hai phía (các loại


đường hàn khác không dùng trong loại bể này), h = 1 ;   h 


Rkh 

R 

c) Kiểm tra ổn định thân
Do tác dụng của áp lực chân không p0 khi tháo chất lỏng khỏi bểhoặc do nhiệt độ mơi
trường hạ thấp, bể có thể mất ổn định. Kiểm tra ổn định thân bể theo công thức (2.13) trong đó:
n p r
n p r
(2.36)
1  0 0 ;
2  0 0
2

Các ứng suất tới hạn  th1 ,  th 2 xác định giống như đối với bể trụ đứng.
3.2.3. Tính đáy bể
a) Tính đáy phẳng:
Áp lực dư gây kéo trong đáy và nén trong vành gối (hình 20). Ứng suất kéo tại trọng tâm
đáy là:
Td
p d . d d2
d 
; Td 
d
16 f 0

(2.37)

20


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CS KT CTB & CT VEN BIỂN

BÀI GIẢNG MƠN HỌC: BỂ CHỨA DẦU KHÍ

Trong đó:
f0 : Độ võng tại trọng tâm đáy xác định theo kết quả thí nghiệm
d
f0  d
4

3

 1    d d
d d2
3 pd 

4 E Av
 2 Ed


A . y2
1  v 0
Jx



 


(2.38)

d d - đường kính đáy:
AV -diện tích thép góc vịng đáy:
J x - mơ men qn tính thép gócvành với trục x ;
x0 , y0 - toạ độ mặt ngồi thép góc vành với x, y là các trục toạ độ qua trọng tâm thép góc

vành.
b) Tính đáy nón:
-Đáy nón khi chịu tác dụng của áp lực dư:
Ứng suất theo phương đường sinh.

1 

(2.39)

n2 p d r
2 d cos 

Ứng suất theo phương vòng.

2 

(2.40)

n2 p d r

 d cos

Trong đó:
r – bán kính bể;
 - góc của đường sinh với trục ngang của bể

Kiểm tra ổn định của đáy nón do tác dụng của áp lực chân không và lực dọc theo
phương đường sinh theo công thức :
(2.41)


N
 2 
N th  th 2
Ttrong đó:
N- lực nén dọc trục bể do áp lực chân không tác dụng vào đáy bể gây nên :

N N th ; N  * r12 n0 p0
N th - lực nén tới hạn dọc trục,

(2.41)

N th 2 * r *  d *  th1 * cos 2  ;

21


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CS KT CTB & CT VEN BIỂN

r

BÀI GIẢNG MƠN HỌC: BỂ CHỨA DẦU KHÍ

0,9r1  0,1r0
;
cos 
(2.42)

 th1 C * E *  / r
r1 , r0 - bán kính đáy và đỉnh nón, r1 r ;

 2 - ứng suất vòng do áp lực p0 ,  2 

 th 2

r  
0,55 E  d 
h r 

n0 p0 r 2
;
d

(2.43)

3/ 2

h- chiều cao vỏ nón
c) Tính đáy cầu:

Đáy cầu có bán kính cong bằng đường kính thân bể, ứng suất do áp lực dư là :

 

(2.44)

n2 pd rc
2 d

Trong đó:
rc - bán kính đáy cầu (thường rc 2r ; r - bán kính thân ).

Ổn định của đáy cầu do áp lực chân không kiểm tra theo công thức :
(2.45)

 th
Trong đó:

 

(2.46)

n0 p0 rc
2 d

 th - ứng suất tới hạn của vỏ cầu,  th 0,1

E d
R ;
rc

R- cường độ tính tốn của thép
 - Hệ số an tồn
4. Bể cầu
4.1. Đặc điểm chính và cấu tạo
Bể cầu dùng để chứa hơi hoá lỏng với áp lực dư pd 0,25 1,8 Mpa , ( 2,5 18kG / cm 3 )
thể tích bể thường ở mức V 600 4000m 3 , thể tích bể có thể 10.000m3.

22


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CS KT CTB & CT VEN BIỂN

BÀI GIẢNG MƠN HỌC: BỂ CHỨA DẦU KHÍ

Chế tạo bể cầu phức tạp hơn nhiều so với bể trụ. Bể ghép từ các tấm cong ai chiều được
chế tạo bằng cách cán nguội hoặc dập nóng (khi chiều dày lớn).Các tấm (có chiều dày
 36mm ) được hàn với nhau bằng đường hàn đối đầu. Cách chia các tấm trên mặt cầu có
nhiều dạng khác nhau : mũi kinh tuyến với các mặt nối song song hoặc so le.

Hình 21. Các dạng chia tấm của bể cầu
Bể được cấu tạo trên gối dạng vành hay thanh chống bằng thép ống hoặc thép I .
Dùng thanh chống bảo đảm được biến dạng nhiệt tự do cho bể. Các thanh chống nên tiếp xúc
với mặt bể (để giảm ứng suất cục bộ) và không tỳ vào đường hàn nối các tấm của vỏ bể.

Hình 22. Gối tựa của bể cầu
4.2 Tính tốn bể
4.2.1. Tính tốn thân bể theo điều kiện bền
Thân bể tính theo áp lực dư và áp lực thuỷ tĩnh khi đầy chất lỏng, các ứng suất:

  1  2 

 n2 pd  n11 (1  cos  )r  r R,

(2.47)

2

23


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CS KT CTB & CT VEN BIỂN

BÀI GIẢNG MƠN HỌC: BỂ CHỨA DẦU KHÍ

Trong đó  - góc xác định mức của điểm khảo sát
Chiều dày thân bể tại điểm thấp nhất tính theo công thức :


 n2 pd  n11 (1 

cos  )r 

2n Rkh

(2.48)

r

Trong đó:
 -hệ số điều kiện làm việc,  0,7
n - hệ số độ tin cậy đối với tính dễ cháy nổ của vật liệu, n 0,9 ;
n1 1,1 ; n2 1,2 .

Chiều dày thân tường tăng lên 2mm kể đến sự dãn mỏng khi cán hoặc dập tấm thép.
4.2.2. Tính tốn ổn định thân bể
Khi nhiệt độ hạ thấp, trong bể xuất hiện áp lực chân không, nếu r /  750 bể được kiểm
tra ổn định theo điều kiện
(2.49)

 th
Trong đó:

 

(2.50)

n0 p0 rc
2 d

 th - ứng suất tới hạn của vỏ cầu,  th 0,1

E d
R ;
rc

R- cường độ tính tốn của thép
 - Hệ số an tồn
4.2.3. Tính thanh đứng gối bể

Thanh đứng đỡ bể được tính với trọng lượng, các trang thiết bị, nước đầy bể và gió. Khi
kể đến sự nén nún của một trong số các thanh đứng khi nền nún không đều, nội lực trong một
thanh sẽ tăng lên n/(n-1) lần (n- số lượng thanh đứng), khi đó giá trị lực nén trong một thanh là :
N

n
2H 

2
2
1,3.4r tn1  V1n1  cq0r n g
,
 n  1 cos  
nr 

(2.50)

Trong đó:
n1 , hệ số vượt tải trọng lượng bể n1 1,1
ng - hệ số vượt tải trọng gió, n g 1,2 ;

t , 1 - tỷ trọng của thép và chất lỏng;

24


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CS KT CTB & CT VEN BIỂN

BÀI GIẢNG MƠN HỌC: BỂ CHỨA DẦU KHÍ

c- hệ số khí động của gió, c=0,5 ;
q0 - áp lực tiêu chuẩn của gió ;

H- khoảng cách từ mặt đất đến trọng tâm diện tác dụng của gió.

25