Nghiên cứu, thiết kế, tính toán hợp lý cho bồn chứa bột khô trong quá trình xuất nhập

Trải qua thời gian dài làm việc tại công ty chế tạo Quốc Anh ở vị trí kỹ sư thiết kế, tôi thấy sản phẩm bồn áp lực dùng trong hệ thống chứa và vận chuyển bột khô bằng khí nén có một số v

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2017 NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HỮU ĐOÀN

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN HỢP LÝ CHO BỒN CHỨA BỘT KHÔ TRONG QUÁ TRÌNH XUẤT NHẬP

SKC007503

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

(LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HỮU ĐOÀN

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN HỢP LÝ CHO BỒN CHỨA BỘT KHÔ TRONG QUÁ TRÌNH XUẤT NHẬP

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103

Hướng dẫn khoa học:

TS MAI ĐỨC ĐÃI

Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2017

7rQÿӅWjLOXұQYăQWKҥFVӻ 1JKLrQFӭXWKLӃWNӃWtQKWRiQKӧSOêFKREӗQFKӭDEӝWNK{WURQJTXiWUuQK [XҩWQKӋS

2.3 Nh̵š±–˜Ыͭc tiêu nghiên cͱu, ph˱˯ng pháp nghiên cͱu s͵ dͭng trong LVTN

0өFWLrXQJKLrQFӭXÿӅWjLÿѭӧFWiFJLҧQrXUDNKiU}UjQJFQJYӟLFiFSKѭѫQJSKiSQJKLrQFӭXKӧSOê

2.4 Nh̵n xét T͝ng quan cͯƒ¯͉ tài

7әQJTXDQÿӅWjLÿmSKkQWtFKNKiWӕWFiFNӃWTXҧOLrQTXDQÿӃQYҩQÿӅWKLӃWNӃFKӃWҥREӗQFKӭDEӝW7X\ QKLrQFiFWK{QJWLQYӅQJKLrQFӭXQJRjLQѭӟFFҫQEәVXQJWKrP

2.5 ŠСš±–¯žŠ‰‹ž˜͉ n͡‹†—‰Ƭ…ŠН–Žрн‰…пƒ

1KuQFKXQJ/XұQYăQÿҥWFiF\rXFҫXÿӅUD

2.6 ŠСš±–¯žŠ‰‹ž˜͉ kh̫£‰ͱng dͭ‰ǡ‰‹ž–”а–Šх…–‹Э…ͯƒ¯͉ tài

.ӃWTXҧFӫDÿӅWjLFyWKӇJySSKҫQJL~SNӻWKXұWYLrQ9LӋW1DPFyWKӇWӵWtQKWRiQYjWKLӃWNӃFiFORҥLEӗQ FKӭDEӝWYӟLFiFYӏWUtLQOHWYjRXWOHWWKtFKKӧS

7rQÿӅWjLOXұQYăQWKҥFVӻ 1JKLrQFӭXWKLӃWNӃWtQKWRiQKӧSOêFKREӗQFKӭDEӝWNK{WURQJTXiWUuQK [XҩWQKӋS

2&KҩWOѭӧQJEҧQJ1.1FҫQFҧLWKLӋQU}QpW

3%әVXQJWKrPWUtFKGүQFyWKӇÿӃQYjLFKөFWKDPNKҧR

Ĉӏnh Kѭӟng: ӬQJGөQJ

i

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:

Họ & tên: Nguyễn Hữu Đoàn Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 03-03-1985 Nơi sinh: Nghệ An

Quê quán: Xã Viên Thành, Huyện Dân tộc: Kinh

Yên Thành, Tỉnh Nghệ An

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc:167/20 Đô Lương, Phường 12,

Tp Vũng Tàu

Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0949.121.258

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

1 Trung học chuyên nghiệp:

Ngành học: Cơ khí Chế tạo máy

Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp:

Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 10/2009 – Tp.HCM Người hướng dẫn:

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:

iii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày 01tháng 10 năm 2017

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Hữu Đoàn

iv

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian gần hai năm học của lớp 2015A em đã nhận được rất nhiều sự chỉ bảo, giúp đỡ của quý thầy cô trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa cơ khí, Phòng đào tạo sau đại học cùng quý thầy cô khác đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường Và đặc biệt, em xin trân trọng cảm ơn thầy Mai Đức Đãi đã góp

ý, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp Nếu không có những lời hướng dẫn, dạy bảo của quý thầy cô thì đề tài của em rất khó có thể hoàn thiện được

Em cũng xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và và giám đốc Công ty TNHH Dịch Vụ Chế Tạo Quốc Anh đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho em được thực hiện và hoàn thành đề tài của mình

Em xin chân thành cảm ơn!

Nguyễn Hữu Đoàn

Trải qua thời gian dài làm việc tại công ty chế tạo Quốc Anh ở vị trí kỹ sư thiết kế, tôi thấy sản phẩm bồn áp lực dùng trong hệ thống chứa và vận chuyển bột khô bằng khí nén có một số vấn đề cần phải xem xét và nghiên cứu lại để sản phẩm được hoàn thiện hơn Việc hoàn thiện tính toán, thiết kế sản phẩm bồn áp lực chứa bột khô hoạt động trong lĩnh vực dầu khí để thỏa mãn yêu cầu của khách hàng và giúp công ty cạnh tranh được với các sản phẩm của các công ty khác ở trong nước cũng như nước ngoài

Bồn chứa bột khô là bột bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống vận chuyển các vật liệu rời như các loại bột khô, vật liệu hạt nhựa… bằng lực đẩy của khí nén

Công nghệ sử dụng khí nén để vận chuyển vật liệu rời từ lâu trên thế giới và Việt Nam đã được ứng dụng và sử dụng khá phổ biến trong các lĩnh vực khác nhau trong công nghiệp

Hiệu quả của hệ thống vận chuyển vật liệu rời bằng khí nén phù thuộc hoàn toàn vào kết cấu của bồn Vì thế việc nghiên cứu thiết kế và tính toán cho bồn là khâu quan trọng nhất quyết định thành công trong thiết kế hệ thống

Hiện nay, nhu cầu sử dụng bồn chứa bột khô trong lĩnh vực khai thác dầu khí

là rất phổ biến và đa dạng Các bồn chứa bột khô trong lĩnh vực dầu khí phải được thiết kế không những hoạt động có công suất cao mà còn phải đảm bảo an toàn theo tiêu chuẩn quốc tế trong quá trình hoạt động

vi

Các bồn được các Công ty chế tạo phục vụ trong lĩnh vực dầu khí có công dụng khác nhau nhưng sẽ có các nguyên tắc chung để tính toán theo tiêu chuẩn quốc

tế Bồn chứa bột khô phải được tính toán đủ khả năng chịu được khí nén bên trong

để đẩy bột ra ngoài và khả năng chịu được tự trọng tải của bột Ngoài ra Bồn phải được thiết kế sao cho công suất hoạt động và hiệu quả cao nhất

Đề tài sẽ trình bày tổng quan của một bồn chứa bột khô, tính toán các thành phần của Bồn theo chuẩn quốc tế và phân tích các vị trí của các đường vào, đường

ra của khí nén và bột dựa trên một số thí nghiệm và tham khảo một số tài liệu nhằm đưa ra được một thiết kế bồn chứa bột khô hoàn chỉnh nhất

Những tính toán và kết quả thu được có thể được vận dụng trong chế tạo của công ty nơi tôi đang công tác hay để hướng dẫn giảng dạy

ABSTRACT

Quoc Anh Manufacturing Company, Ltd is one of the private companies in Vietnam that specializes in research, design and manufactures wide range of jobs such as pipe works, tanks, and structural, especially pressure storage vessels that fabricate in accordance to international standards The company's products are mainly exported to countries around the world such as Thailand, Kenya, Australia, Cameroon, etc…Domestically, Quoc Anh Manufacturing Company, Ltd also provide services in the petroleum sectors

Having spent a long time working at Quoc Anh Manufacturing Company as

a design engineer, I’ve observed the storage pressure vessels that used in the Pneumatic Conveying Systems had some problems The system needs to be re-evaluating to improve the product efficiency Finalizing the calculation and design

of storage pressure vessels’ operating to increase productivities and help achieved customer’s requirements With this perspective, our company would have a chance

to compete with other domestic companies as well as abroad

Pressure storage tanks are the most important components in the conveying

of bulk materials such as dry powders, plastic granules, etc using compressed air

vii

The concept of using compressed air to move bulk materials have been around in the world for sometimes Vietnam has been applied this method and used widely in various fields of industries Pneumatic Conveying Systems

The demand of using dry-powder storage tanks in the oil and gas industry is very popular and diverse Pressure storage tanks that handling dry-powder for example has to be designed with high-performance that meets not just domestic but international safety regulation during operation

Pressure storage tanks manufactures by companies around the world served different purposes but they will have general principles complying with local and international standards Dry-powder storage tanks must be calculated and designed

to withstand the load of powder’s density and internal pressure for compressed air

to expel the powders In addition, the storage tanks must be designed for the maximum performance and productivity

The topic will give an overview of a typical dry-powder storage tanks, calculated in accordance to international standards including positions of inlet and outlet of how compressed air and powder traveled With combined knowledge, experiments and observation that help finalized a design that will be the most effective The results obtained can be used for fabrication as well as a lecture in classroom

-o0o -

viii

MỤC LỤC

Quyết định giao đề tài

Lời cam đoan iii

Lời cảm ơn iv

Tóm tắt v Mục lục viii

Danh sách các chữ viết tắt x Danh sách các hình xi

Danh sách các bảng xiv

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1 Q UÁ TRÌNH CHUYỂN TẢI BỘT KHÔ 1

1.1 Tổng quan 1

1.2 Một số hệ thống chuyển tải bột cơ bản 2

1.3 Vật liệu phù hợp được chuyển tải 5

2 T HIẾT BỊ XUẤT / NHẬP ( BỒN ) 8

3 N GHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC 9

3.1 Nghiên cứu trong nước 9

3.2 Nghiên cứu ngoài nước 11

4 P HÂN TÍCH ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM 12

4.1 Ưu điểm 12

4.2 Nhược điểm 13

5 M ỤC TIÊU ĐỀ TÀI 13

6 P HẠM VI , ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13

7 T ÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 14

8 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 15

ix

8.1 Ý nghĩa khoa học 15

8.2 Ý nghĩa thực tiễn 15

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 16

1 C ẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐÔNG 16

1.1 Cấu tạo 16

1.2 Nguyên lý hoạt động 18

2 C Ơ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỒN XUẤT / NHẬP 22

2.1 Xác định vị trí các ngõ ra vào bồn 22

2.2 Lý thuyết tính tổn thất áp trong hệ thống chuyển tải bột khô 28

2.3 Lý thuyết tính toán bền cho bồn 33

3 C ÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG TỚI HIỆU SUẤT LÀM VIỆC CỦA BỒN 37

3.1 Trên cơ sở lý thuyết 37

3.2 Trên cơ sở thực tiễn 39

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 41

1 X ÂY DỰNG MÔ HÌNH 41

2 T HỰC NGHIỆM SO SÁNH HAI LOẠI OUTLET 43

2.1 Mục tiêu 43

2.2 Chuẩn bị thí nghiệm 43

2.3 Các bước tiến hành thí nghiệm 46

2.4 Xử lý số liệu và kết luận 46

3 T HỰC NGHIỆM SO SÁNH BA VỊ TRÍ CẤP KHÍ VÀO BỒN 48

3.1 Mục tiêu 48

3.2 Chuẩn bị thí nghiệm 48

3.3 Các bước tiến hanh thí nghiệm 51

3.4 Xử lý số liệu thí nghiệm và kết luận 51

CHƯƠNG 4: VÍ DỤ THIẾT KẾ 55

1 M ỤC ĐÍCH 55

2 T HÔNG SỐ ĐẦU VÀO 55

3 T HIẾT KẾ CHI TIẾT 57

3.1 Chọn loại outlet và vị trí cấp khí 57

x

3.2 Tính bền cho bồn 57

3.3 Bản vẽ thiết kế 63

3.4 Ứng dụng phần mêm PV Elite tính bền cho bồn chứa bột khô 63

CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ 70

1 K ẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 70

1.1 Đối với lĩnh vực KH&CN có liên quan 70

1.2 Đối với kinh tế - xã hội và môi trường 70

1.3 Khả năng ứng dụng và phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu 70

2 K ẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70

2.1 Kết luận 70

2.2 Kiến nghị 71

PHỤ LỤC 1: Bản vẽ thiết kế bồn chứa bột khô 85m 3

PHỤ LỤC 2: Kết quả tính toán bền cho bồn chứa bột khô trên phần mềm PV Elite

xi

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Inlet Đường nhập bột vào bồn

Outlet Đường xuất bột ra

Compressor Máy nén khí

Airline Đường cấp khí nén vào bồn

Vent line Đường thông hơi của bồn

Vertical Theo phương thẳng đứng

Horizontal Theo phương nằm ngang

xii

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1 Tổng quan quá trình chuyển tải bột khô [1] 1

Hình 1.2 Hệ thống chuyển tải bột áp suất dương [1] 3

Hình 1.3 Hệ thống chuyển tải bột áp suất âm [1] 4

Hình 1.4 Hệ thống chuyển tải bột kết hợp áp suất dương và áp suất âm [1] 5

Hình 1.5 Hệ thống bồn chứa và xuất nhập bột trong thực tế 8

Hình 1.6 Hệ thống bồn chứa và xuất nhập bột do công ty trong nước chế

Hình 2.1 Cấu tạo bồn chứa bột khô 15

Hình 2.2 Nguyên lý cyclone 16

Hình 2.3 Sơ đồ khối quá trình nhập bột vào bồn. 18

Hình 2.4 Sơ đồ khối quá trình xuất bột từ bồn chứa. 19

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bồn chứa bột. 20

Hình 2.6 Hệ thống bồn chứa bột trong khai thác dầu khí 21

Hình 2.7 Outlet của bồn chứa bột khô [1]: 22

Hình 2.8 Outlet của bồn chứa bột khô thực tế 23

Hình 2.9 Vị trí inlet của bồn chứa bột khô [1]: 24

Hình 2.10 Vị trí cấp khí theo lý thuyết [1]: 25

Hình 2.11 Vị trí cấp khí thực tế 26

Hình 2.12 Mô tả mối quan hệ giữa vận tốc dòng khí và tổn thất áp 28

Hình 2.14 Bộ phận bồn dạng tấm tròn phẳng (Flat) 32

Hình 2.15 Dạng kết nối của tấm tròn phẳng 33

Hình 2.16 Bộ phận bồn dạng nón (conical) 33

Hình 2.21 (a) biểu đồ trạng thái chung;

(b) biểu đồ trạng thái cho thấy áp suất tối thiểu 37

Hình 2.22 Biểu đồ thí nghiệm so sánh 2 vị trí cấp khí 38

Hình 3.1 Mô hình bồn chứa bột khô cho thí nghiệm 41

Hình 3.2 Máy nén khí, máy sấy khí và bình tích khí 43

Hình 3.3 Thí nghiệm thực tế loại outlet đi từ đáy xuống dưới (a). 44

Hình 3.4 Thí nghiệm thực tế loại outlet đi từ đáy lên trên (b) 44

Hình 3.5 Biểu đồ đường so sánh 2 loại outlet của bồn. 46

Hình 3.6 Thí nghiệm thực tế vị trí cấp khí ngoài gần outlet (a). 48

Hình 3.7 Thí nghiệm thực tế vị trí cấp khí ngoài gần outlet (b) 49

Hình 4.6 Dao diện nhập dữ liệu thiết kế trên PV Elite 65

Hình 4.7 Dao diện nhập thông số hình học trên PV Elite 66

Hình 4.8 Dao diện nhập điều kiện gió trên PV Elite 67

Hình 4.9 Dao diện nhập điều kiện động đất trên PV Elite 68

Hình 4.10 Dao diện kết quả tính được trên trên PV Elite 69

xiv

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các vật liệu phù hợp cho vận chuyển bằng khí nén [1] 6

Bảng 3.1 Kết quả thí nghiệm cho outlet đi từ đáy xuống dưới (a) 45 Bảng 3.2 Kết quả thí nghiệm cho outlet đi từ đáy lên trên (b) 46

Bảng 3.3 Kết quả thí nghiệm cho vị trí cấp khí ngoài gần outlet

Dữ liệu yêu cầu thiết kế cho bồn chứa bột khô 55

Bảng 4.2 Giá trị ứng suất cho phép lớn nhất của vật liệu [3] 58

Hình 1.1:Tổng quan quá trình chuyển tải bột khô [1]

 Khu vực 1: Đây là vùng bao gồm các thiết bị, máy móc nhằm cung cấp năng lượng chính để chuyển tải vật liệu bột từ nới này đến nơi khác (the prime mover) Trong hệ thống truyền tải bột thì năng lượng chính để đẩy bột đi chính là khí Khí thường được tạo ra từ quạt (fan) hay là từ máy nén khí (compressor) Để có được nguồn khí lớn và ổn định cho quá trình truyền tải,

Vùng 2 Vùng 1

Vùng 3

Vùng 4

Hỗn hợp khí và bột

 Khu vực 3: Là hệ thống đường ống để dẫn bột từ bồn chứa bột tới nơi khác Đường ống dẫn bột có thể đi ngang, đi dọc, đi lên hoặc đi xuống bất kỳ để dẫn bột tới một vị trí mong muốn

 Khu vực 4: Đây là vùng tách bột và khí Dòng chảy vận chuyển trong ống từ bồn chứa bột tới nơi tách có hai thành phần chính đó là bộ khô và khí Dòng bột và khí được tách ra nhờ bồn tách cyclone Dòng hỗn hợp bột và khí đi qua bồn cyclone thì bột được giữ lại và khí thoát ra ngoài Lượng khí thoát ra

từ bồn cyclone vẫn kèm một lượng bột nhỏ do tách không hết sẽ được lọc tiếp bằng bộ lọc công nghiệp (filter)

Một số hệ thống chuyển tải bột cơ bản

1.2.

Ngoài phân loại hệ thống chuyển tải bột khô theo các phương thức khác nhau thì ta có thể phân loại theo yêu cầu cụ thể thực tế để từ đó xác định được loại hệ thống cần thiết

Các hệ thống cơ bản được mô tả dưới đây có thể được thiết kế để hoạt động

Sự thay đổi từ thùng này sang thùng khác thường được thực hiện thông qua các van phân chia đa năng

Nhờ hoạt động của chúng, các hệ thống áp suất dương đòi hỏi các thiết bị cấp liệu có thể đưa vật liệu thường được lưu trữ ở áp suất khí quyển vào một đường

3

áp lực Tùy thuộc vào chế độ và khoảng cách cần vận chuyển, áp lực lên tới 1000 kPa có thể được yêu cầu cho hệ thống áp suất dương Thiết bị cấp liệu có khả năng chịu đựng những áp lực cao này là rất quan trọng để vận hành có hiệu quả các hệ thống áp suất dương như vậy

Hình 1.2:Hệ thống chuyển tải bột áp suất dương [1]

Hệ thống chuyển tải bột áp suất âm

1.2.2.

Nói chung, các hệ thống áp suất âm được sử dụng để vận chuyển vật liệu từ nhiều điểm đến một điểm thu gom chung (hình 1.3) Hệ thống này bị hạn chế bởi khoảng cách và khả năng vận chuyển

Các hệ thống áp suất âm được sử dụng rộng rãi trong việc vận chuyển các vật liệu độc hại và nguy hiểm Trong quá trình nạp liệu thì hệ thống này không gây

ra và cũng cung cấp thêm tính năng an toàn khi bất kỳ sự rò rỉ nào trong đường ống

sẽ không gây ô nhiễm môi trường do sự thoát ra của vật liệu Với nhận thức ngày càng tăng về nhu cầu hoạt động không ô nhiễm, các hệ thống áp lực âm đang được chấp nhận rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp

4

Hình 1.3: Hệ thống chuyển tải bột áp suất âm [1]

Hệ thống chuyển tải bột kêt hợp áp suất dương và âm

1.2.3.

Khi những ưu điểm của hai hệ thống được mô tả ở trên được kết hợp, một hệ thống vận chuyển bằng khí nén linh hoạt kết quả như (hình 1.4) Các hệ thống kết hợp như vậy thường được gọi là các hệ thống 'hút-thổi' và được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp Bằng cách giữ đường ống hút càng ngắn càng tốt, kết quả của hệ thống xử lý tương đối hiệu quả Hệ thống như vậy có thể nạp liệu từ nhiều điểm và cũng có thể phân phối ra nhiều điểm khác nhau

Bồn chứa

bột

Cấp liệu Lọc bụi

Bồn chứa bột

Đường ống dẫn bột và khí

Outlet

Lọc bụi

Máy hút

ta cũng chỉ tập trung vào thiết kế, tinh toán hợp lý cho bồn chứa bột khô trong hệ thống chuyển tải áp suất dương

Vật liệu phù hợp được chuyển tải

1.3.

Dải rộng các vật liệu phù hợp cho vận chuyển bằng khí nén là rất lớn [1] Hầu như tất các loại bột và vật liệu dạng hạt có thể vận chuyển được Bảng 1.1 là một phần danh sách các vật liệu đã được vận chuyển thành công bằng khí nén Danh

Bồn chứa

bột

Lọc bụi Đường ống hút

Đường ống thổi Cấp liệu

Máy hút/thổi

Lọc bụi Van chia Lọc bụi

Bồn chứa bột

6

sách này không phải là hoàn toàn đầy đủ Đá có kích thước lên tới 70mm và các vật liêu được tạo ra có hình dáng hình học bất thường cũng từng được chuyển tải và mức tiêu thụ điện năng càng cao Thường thì các hạt có kích thước lớn hơn 15mm

có thể không phù hợp Dĩ nhiên, có những ngoại lệ đối với một quy tắc như vậy Một nguyên tắc khác là đường kính bên trong của ống vận chuyển phải lớn hơn ít nhất ba lần so với kích thước vật liệu lớn nhất được vận chuyển để tránh sự tắc nghẽn bên trong ống

Bảng 1.1: Các vật liệu phù hợp cho vận chuyển bằng khí nén [1]

7

Bảng 1.1: (tiếp)

8

2 Thiết bị xuất/nhập (bồn)

Nghiên cứu, tính toán thiết kế thiết bị xuất nhập chính là nghiên cứu, tính toán thiết kế cho bồn chứa bột khô Cấu tạo của bồn chứa bột khô ảnh hưởng rất lớn tới hiệu suất làm việc của hệ thống chuyển tải bột

Bồn chứa và xuất nhập bột khô được thiết kế vừa có khả năng chịu được áp lực khí nén bên trong và vừa có khả năng đẩy được bột trong bồn ra ngoài Bồn được thiết kế có ngõ ra vào (inlet/ outlet) cho bột, có ngõ vào cấp khí cho bồn và một ngõ thông hơi

Một hệ thống chuyển tải bột có thể có rất nhiều bồn chứa bột, chúng được kết nối với nhau bằng hệ thống đường ống dẫn liệu một cách hợp lý với mục đích sử dụng Hình 1.5 là ví dụ về một hệ thống bồn chứa và xuất nhập bột được sử dụng trong thực tế tại công ty Halliburton chi nhánh tại Việt Nam do công ty Quốc Anh thiết kế và chế tạo

Hình 1.5: Hệ thống bồn chứa và xuất nhập bột trong thực tế

9

3 Nghiên cứu trong nước và ngoài nước

Nghiên cứu trong nước

Ngày nay, với những ưu điểm vượt trội của hệ thống vận chuyển vật liệu bột

và hạt rời bằng khí nén so với hệ thống băng tải và vít tải nên được sửa dụng phổ biến và đa dạng Nó đang dần thay thế hầu như là hoàn toàn hệ thống trục vít và băng tải đặc biệt là trong lĩnh vực dầu khí

Khoảng 5 năm trở vệ trước, các bồn áp lực hoạt động trong lĩnh vực dầu khí hầu như 95% là phải nhập khẩu từ nước ngoài do nước ta chưa đủ công nghệ cũng kiến thức để chế tạo nó

Những năm trở lại đây với sự phát triển nền công nghiệp nước nhà và xu thế toàn cầu hóa, ở nước ta đã có một số công ty, tập đoàn chuyên nghiên cứu chế tạo các bồn áp lực theo các tiêu chuẩn quốc tế Sản phẩm bồn áp lực được chứng nhận bởi các đơn vị đăng kiểm quốc tế để phục vụ nhu cầu trong nước và có thể xuất khẩu ra các nước ngoài, hình 1.6 là một ví dụ về sản phẩm hệ thống bồn chứa xuât nhập bột do công ty trong nước tính toán, thiết kế và chế tạo Một số Công ty ở nước ta có khả năng chế tạo các bồn áp lực theo tiêu chuẩn quốc tế :

- Công Ty Cổ Phần Xây Lắp Dầu Khí Miền Nam (Alpha-ECC), khu công nghiệp Đông Xuyên, TP Vũng Tàu

- Công ty PVD Tech, khu công nghiệp Đông Xuyên, TP Vũng Tàu

- Công ty TNHH Kỹ thuật Cơ khí Hàng hải Vina Offshore, khu công nghiệp Đông Xuyên, TP Vũng Tàu

- Công ty TNHH Dịch Vụ Chế Tạo Quốc Ạnh, khu công nghiệp Đông Xuyên, TP Vũng Tàu

10

Hình 1.6: Hệ thống bồn chứa và xuất nhập bột do công ty trong nước chế tạo

Về lý thuyết tính toán bền cho bồn hoạt động có áp lực, ở nước ta có bộ tiêu chuẩn TCVN 8366 Để thương mại hóa các sản phẩm bồn hoạt động có áp lực ra thị trường nước ngoài, thì việc tính toán bền cho bồn áp lực theo tiêu chuẩn việt nam là chưa đủ và không được chấp nhận ở các nước khác trên thế giới

Về các nghiên cứu nguyên lý, chế độ hoạt động và kết cấu của một bồn chứa

và xuất nhập bột khô trong hệ thống chuyển tải bột khô ở trong nước hiện tại chưa

có tài liệu nào đề cập tới Việc áp dụng các nguyên lý để chế tạo các sản phẩm trong nước hiện nay chủ yếu dựa trên các sản phẩm cũ ở nước ngoài nhập về và sao chép lại

Trên thực tế việc lựa chọn và thiết kế các hệ thống vận chuyển bằng khí nén thường là ngẫu nhiên, đôi khi tùy tiện và không bao giờ khoa học Khó khăn phát sinh từ sự đa dạng của các hệ thống sẵn có, sự lựa chọn lớn của các thành phần riêng lẻ trong một hệ thống, nhiều yêu cầu cạnh tranh của các nhà cung cấp hệ thống và sự thiếu hiểu biết về tính chất vật lý của dòng chảy khí- rắn Sách tham khảo về chuyển tải vật liệu rời bằng khí nén bao gồm các nguyên tắc cơ bản về dòng chảy của chất lỏng, mô tả về phần cứng, và lựa chọn, thiết kế và vận hành hệ thống được viết bởi Klinzing, Rizk, Marcus và Leung T [1]

Trong vài năm trở lại đây, một số cuốn sách đã xuất hiện nhằm giải quyết nhiều hoạt động nghiên cứu trong lĩnh vực chế biến vật liệu hạt rời Nhiều trong những cuốn sách này có các chương được xác định cụ thể với hệ thống vận chuyển vận chuyển vật liệu rời bằng khí nén Một số sổ tay về vận chuyển và vận chuyển vật liệu rắn dạng hạt, hệ thống chất lỏng và hạt chất lỏng, sổ tay về công nghệ bột khô và dòng chảy nhiều pha Các tài liệu tham khảo cụ thể chi tiết như sau: Klinzing [6], Klinzing [7], Klinzing [8], Klinzing [9], Klinzing [10], Someya [11], Takei [12], Tsuji [13] , Tsuji [14], Tsuji [15] và Vlasak [16]

Các tạp chí do Hosokawa, KONA xuất bản, đã là một nguồn thông tin phong phú và một lưu ý là một viễn cảnh về những thách thức vận chuyển bằng khí nén, giải quyết một số hiện tượng và khó vận chuyển vật liệu, Klinzing [17] Một bộ sưu

sự [19] đã cải tiến việc sử dụng luồng xoắn ốc bằng cách cấp thêm một số vòi phun khí trên outlet của đường dẫn vật liệu

Một bộ hướng dẫn khác về thiết kế đã được phát triển theo cách nối tiếp bởi Dhodapkar et al [20] Nội dung nhằm cung cấp các hướng dẫn trong việc lưu trữ và vận chuyển chất rắn, cung cấp các chiến lược thiết kế tốt dựa trên sự hiểu biết về các nguyên tắc cơ bản

Về phương pháp nghiên cứu hiệu quả làm việc của bồn chứa và xuất nhập bột chủ yếu bằng phương pháp thực nghiệm Trong thực tế có rất nhiều loại vật liệu rời hay loại bột khác nhau được chuyển tải trong hệ thống, chính

vì thế với mỗi loại vật liệu khác nhau sẽ có các số liệu khác nhau Phương pháp thực nghiệm thì chúng ta không thể thử nghiệm cho tất cả các vật liệu

4 Phân tích ưu điểm và nhược điểm

Bồn chứa và xuất nhập bột khô là một bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống vận chuyển vật liệu bột khô bằng khí nén Nó vừa có vai trò lưu trữ bột khô

và vừa vận chuyển phân phối bột khô tới nơi cần sư dụng

Vận chuyển vật liệu bột khô bằng khí nén thông qua đường ống là một ứng dụng của một nguyên tắc mà chủ yếu là phù hợp cho việc vận chuyển các chất lỏng hoặc khí[1] Do đó, vận chuyển vật liệu bột khô bằng khí nén sẽ có những ưu điểm, nhược điểm và rủi ro đáng kể

Ưu điểm

4.1.

 Vận chuyển được nhiều lại vật liệu bột khác nhau

 Thiết kế không chính xác làm giảm sút năng xuất

 Với những thay đổi trong các thông số hoạt động, đôi lúc đột ngột, và thậm chí nguy cớ ảnh tới quá trình vận chuyển không thực hiện được

 Sự bất lợi về sự tiêu hao năng lượng khá cao đã hạn chế sử các hệ thống vận chuyển bột khô bằng khí trên các khoảng cách ngắn hơn ( thường là nhỏ hơn 1000m)

5 Mục tiêu đề tài

 Nghiên cứu cơ sở tính toán thiết kế bồn xuất nhập bột khô

 Phân tích ưu điểm, nhược điểm các phương pháp tính toán thiết kế từ góc nhìn thực tiễn

 Đề xuất thiết kế hợp lý cho bồn xuất nhập dựa trên nghiên cứu thực nghiệm:

- Xác định các thông số ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của bồn

- Xây dựng mô hình thí nghiệm

- Thực nghiệm thu thập dữ liệu

- Phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm

14

nhất Bên cạnh đó phân tích tính toán độ bền cho các thành phần của bồn dựa trên tiêu chuẩn quốc tế

 Đối tượng nghiên cứu:

Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất làm việc của bồn chứa và xuất nhập bột khô như: vị trí của inlet và outlet trên bồn, vị trí của các vòi khí cấp vào bồn, áp suất trong bồn…

Tính toán bền cho bồn để có thể hoạt động an toàn trong điều kiện có áp suất

bên trong

 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu phân tích lý thuyết như phân tích các nguồn tài liệu, sách, tạp chí có liên quan đến đề tài

Phương pháp thực nghiệm, phân tích từ các các kết quả thu được sẽ đưa ra được kết cấu phù hợp cho bồn

7 Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay việc vận chuyển các vật liệu dạng bột khô và chất rắn dạng hạt (như xi măng, barine, bentonite…) sử dụng khí nén được sử dụng một cách rộng rãi

và mang lại hiệu quả sản suất rất cao Khí nén được sử dụng ở đây thường là không khí

Vật liệu sẽ được chứa trong các bồn chứa chịu được áp lực của khí nén và tải trọng của vật liệu Từ bồn chứa vật liệu sẽ được vận chuyển tới các nơi khác thông qua một đường ống có sẵn nhờ vào lực đẩy của khí nén Tùy vào từng loại vật liệu khác nhau và khoảng cách cần vận chuyển là bao xa sẽ có tương ứng áp suất nén cho từng bồn để vận chuyển các vật liệu một cách hiệu quả nhất

Để thiết kế một hệ thống vận chuyển vật liệu dạng bột và các chất rắn dạng hạt, ngoài việc tính toán sức bền cho các bồn chứa và hệ thống đường ống thì việc tính toán áp suất nén để đẩy vật liệu, chọn số lượng và vị trí của các họng khí phun vào bồn hay loại họng ra… là một trong những bước hết sức quan trọng của hệ thống và quyết định đến năng suất vận chuyển của hệ thống

Từ kế quả nghiên cứu từ đó đề xuất giải pháp hợp lý hóa thiết kế, tối ưu thiết

kế nhằm tăng hiệu quả cho bồn chứa bột khô

Hình 2.1:Cấu tạo bồn chứa bột khô

Cấu tạo của bồn chứa bột khô được chia thành hai phần chính là các đường ống ra vào bồn và phần bồn

 Phần bồn:

Bồn được bao gồm các bộ phận như sau:

17

- Đáy bồn: đáy bồn thường được làm từ tấm phẳng hình tròn hoặc dạng dạng

hình cầu

- Thân côn: là một dạng giống như phễu phần trên thì lớn và phần dưới thì nhỏ

với mục đích để thu gom vật liệu

- Thân trụ: với hình dạng trụ tròn xoay

- Đầu bồn: là một dạng hình chỏm cầu trong tiêu chuẩn chế tạo bồn thì người

ta chia làm các loại chỏm cầu cơ bản sau: dạng Eliptical, Torispheriacal và dạng cầu

 Đường ống ra vào bồn:

Cấu tạo bồn chứa bột khô tối thiểu phải có các đường ống sau:

- Đường cấp liệu (inlet):

Cấu tạo và vị trí của đường cấp liệu vào bồn dựa vào nguyên lý cyclone (lốc xoáy) Mục đích của nguyên lý là nhằm giảm tốc độ của dòng chảy lại khi vào trong bồn, khi đó bột nặng hơn được giữ lại trong bôn và khí nhẹ hơn sẽ được đi hướng lên ra ngoài bồn thông qua đường thông hơi (vent line)

Dựa trên nguyên lý cyclone, đường

cấp liệu của bồn phải được đặt về

một phía sát thành, hướng tiếp tuyến

với thành bồn và ở vị trí trên cao

Cấu tạo và nguyên lý đường cấp

(inlet) được thể hiện rõ ở (hình 2.2)

Hỗn hợp bột

và khí (inlet)

18

 Đường xả liệu hay xuất liệu (outlet):

Đường xuất liệu được bố trị ở vị trí thấp nhất của bồn để có thể đẩy toàn bộ vật liệu trong bồn ra ngoài Chi tiết sẽ được làm rõ ở phần phân loại

 Đường xả khí hay đường thông hơi (vent):

Đường xả khí được đặt ở vị trí cao nhất của bồn làm sao để cho lượng bột ra ngoài là nhỏ nhất Dựa vào nguyên lý cyclone (vòng xoáy) ta có thể đặt vị trí thông hơi (vent) ở vị trí giữa đỉnh bồn

 Đường cấp khí nén (air):

Khí nén được cấp vào bồn thông qua một đường vào vào được gọi là đường cấp khí Khí nén được cấp vào bồn để đẩy bột trong bồn ra ngoài trong quá trình xuất liệu Chi tiết sẽ được làm rõ ở phần phân loại