Nghiên cứu thiết kế và chế thử thiết bị hâm nóng dầu thô và thiết bị bảo vệ hệ thống khí trơ và khoang hàng cho quá trình khai thác an toàn tàu chở dầu thô 100 000t

Việc duy trì nhiệt độ nhằm giảm độ nhớt của dầu hàng để các bơm hàng có thể bơm được cũng như các thành phần dễ đông đặc như Parafin và Asphal không bị đông kết trong các khoang hàng, đư

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TẬP ĐOÀN CÔNG NGHIỆP TÀU THUỶ VIỆT NAM

DỰ ÁN KHCN CẤP NHÀ NƯỚC

“PHÁT TRIỂN KHCN PHỤC VỤ ĐÓNG TÀU CHỞ DẦU THÔ 100.000 DWT”

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

“NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỬ THIẾT BỊ HÂM NÓNG DẦU THÔ

VÀ THIẾT BỊ BẢO VỆ HỆ THỐNG KHÍ TRƠ VÀ KHOANG HÀNG CHO QUÁ

TRÌNH KHAI THÁC AN TOÀN TẦU CHỞ DẦU THÔ 100.000T”

MÃ SỐ ĐỀ TÀI: 02 ĐT-DAKHCN

Cơ quan chủ trì đề tài: VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TÀU THUỶ

Chủ nhiệm đề tài: KS Phạm Tường Tam

HÀ NỘI - 2008

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TẬP ĐOÀN CÔNG NGHIỆP TÀU THUỶ VIỆT NAM

DỰ ÁN KHCN CẤP NHÀ NƯỚC

“PHÁT TRIỂN KHCN PHỤC VỤ ĐÓNG TÀU CHỞ DẦU THÔ 100.000 DWT”

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

“NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỬ THIẾT BỊ HÂM NÓNG DẦU THÔ

VÀ THIẾT BỊ BẢO VỆ HỆ THỐNG KHÍ TRƠ VÀ KHOANG HÀNG CHO QUÁ

TRÌNH KHAI THÁC AN TOÀN TẦU CHỞ DẦU THÔ 100.000T”

MÃ SỐ ĐỀ TÀI: 02 ĐT-DAKHCN

Chủ nhiệm đề tài Cơ quan chủ trì đề tài

KS Phạm Tường Tam

Ban chủ nhiệm dự án Bộ Khoa học và Công nghệ

HÀ NỘI - 2008

DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN

TT Họ và tên Học vị Đơn vị công tác Tham gia vào đề

tài ở phần (1) (2) (3) (4) (5)

1 Phạm Tường Tam Kỹ sư,

Trưởng phòng

Viện KHCN tàu thuỷ

Chủ nhiệm đề tài

2 Đào Tường châu Kỹ sư,

phó viện trưởng

Viện KHCN tàu thuỷ Công nghệ lắp ráp ,

Bố trí ống hâm và thiết kế chi tiết

Trưởng khoa

Đại học Hàng Hải Hải Phòng

Tính nhiệt két hàng mũi

6 Nguyễn Quang Phái TS GĐ.TT KHKT tàu

thuỷ & CN biển

Phân tích độ bền

7 Lê Bá Hồng Hải ThS Cục Đăng Kiểm VN Các công ước QT

và quy phạm liên quan

GĐ

Cty CP cơ khí chính xác VINASHIN

Chế thử

BÀI TÓM TẮT

1 Mục tiêu của đề tài

-Nghiên cứu thiết kế và chế thử một phần tử hâm nóng dầu thô bằng hơi nước -Nghiên cứu thiết kế và chế thử thiết bị bẻ gẫy áp suất,chân không

Thiết bị hâm nóng dầu thô nhằm duy trì nhiệt độ của dầu hàng trong phạm vi thích hợp trong suốt quá trình nhận,trả hàng và vận chuyển trên biển Nguồn nhiệt cung cấp cho thiết bị có thể từ các nồi hơi phụ hoặc bộ hâm dầu nóng Việc duy trì nhiệt độ nhằm giảm độ nhớt của dầu hàng để các bơm hàng có thể bơm được cũng như các thành phần dễ đông đặc như Parafin và Asphal không bị đông kết trong các khoang hàng, đường ống và phụ tùng của hệ thống dầu hàng trên tàu và hệ thống tiếp nhận dầu trên biển

Thiết bị bảo vệ hệ thống khí trơ,khoang hàng, được lắp trên đường ống khí trơ chính nhằm loại trừ áp suất dư và áp suất chân không vượt quá giá trị cho phép Nguồn khí trơ có thể được dùng từ khói của nồi hơi đốt dầu hoặc thiết bị sản xuất khí trơ độc lập.Chúng được nạp vào không gian rỗng của các khoang hàng dưới áp suất dương với hàm luợng oxygen nhỏ hơn 5% để ngăn ngừa sự cháy,nổ hỗn hợp hơi hydrocacbon và góp phần chống ăn mòn bề mặt bên trong khoang hàng

2.Phương pháp nghiên cứu

-Lựa chọn mô hình thiết bị tiên tiến của các hãng ở các quốc gia có ngành công nghiệp đóng tàu phát triển để áp dụng

-Phân tích các qui trình vận hành, khai thác và qui trình công nghệ đóng tầu dầu thô ở hệ thống hâm,hệ thống khí trơ

-Các yêu cầu của quy phạm và công ước quốc tế có liên quan

-Lựa chọn phương pháp tính toán thiết kế phù hợp đặc tính dầu thô, phù hợp với kết cấu thực của tàu và điều kiện khai thác của nó

-Qui trình công nghệ chế tạo lắp ráp thử nghiệm

9.Kết quả

-Chế tạo thử phần tử hâm dầu và thiết bị bẻ gẫy áp suất,chân không

-Thử nghiệm trên xưởng các thiết bị trên theo yêu cầu được VR cấp chứng chỉ

MỤC LỤC

Chương 1 Tổng quan và cơ sở lý thuyết về hệ thống hâm nóng dầu thô 10

3.Các yêu cầu của Quy phạm và công ước đối với hệ thống hâm 23

Chương 2.Phân tích hệ thống và các giải pháp lựa chọn thiết bị hâm 24

2.Lựa chọn thiết bị điển hình trong hệ thống 26

Chương 3 Tính toán thiết kế thiết bị hâm nóng dầu thô 28

3.2.2.1.Tổn thất nhiệt cho việc nâng nhiệt độ của kết cấu thép 33

3.2.2.2.Tổn thất nhiệt cho việc nâng nhiệt độ của lớp khí trơ 33 3.2.2.3 Tổn thất nhiệt cho việc gia nhiệt cho hàng từ nhiệt 34

độ nhận thấp nhất tới nhiệt độ bảo quản

3.2.2.4 Tổn thất nhiệt từ khoang hàng cho môi trường ngoài 34

3.2.2.4.7 Tổn thất nhiệt vùng 7 44

3.2.3 Tính toán tổn thất nhiệt cho két lắng 46

3.2.4.2 Hệ số trao nhiệt α 2 48

3.2.5. Tính toán thiết kế ống hâm cho két lắng. 50

3.2.5.1.Tính toán cuộn hâm cho két lắng mạn trái 51 3.2.5.2.Tính toán cuộn hâm cho két lắng mạn phải 54

3.3 Tính toán thuỷ động học -sức cản của cuộn hâm 66

3.5 Thiết kế phần tử hâm cho két lắng mạn phải 73

Chương 4.Lập quy trình công nghệ chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm 75

Chương 2.Phân tích thiết bị bảo vệ hệ thống khí trơ và khoang hàng 87

1.Các biện pháp bảo vệ 87

2.1.Thiết bị thông hơi của các két dầu hàng 88

4.Lựa chọn thiết bị điển hình để thiết kế chế tạo 90

Chương 3.Tính toán và thiết kế thiết bị bảo vệ hệ thống khí trơ 94

và khoang hàng kiểu áp suất,chân không

Phần 5 Phụ lục TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CUỘN HÂM KÉT LẮNG MẠN PHẢI 111 Phần 6.PHỤ LỤC CÁC CHỨNG CHỈ VÀ BẢN VẼ 125

i” Entanpia của hơi nước bão hoà khô trên đường giới hạn trên J/kg;

i’ Entanpia của nước sôi trên đường giới hạn dưới J/kg;

r Nhiệt ẩn của hơi nước J/kg;

Q Nhiệt lượng trao đổi W;

T Thời gian trao đổi nhiệt h;

F Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt m2;

t

σ Ứng suất cho phép của vật liệu N/mm2;

E Modun đàn hồi của vật liệu N/mm2;

Re Tiêu chuẩn Reynold;

Nu Tiêu chuẩn Nusselt ;

Gr Tiêu chuẩn Grashoff;

Pr Tiêu chuẩn Prandtl ;

f Chỉ số hay dùng cho chất lỏng;

w Chỉ số hay dùng cho thành, vách…trao nhiệt ;

FSO Floating storage offloading unit;

FPSO Floating processing storage offloading unit;

COW Crude oil washing ;

SPM Single point mooring;

PLEM Pipe line end manifold;

Aframax Loại tàu chở dầu thô có trọng tải từ (80.000-150.000)T;

TIG Tungsten inert gas welding;

OCIMF Oil companiy international marine forum;

NDT Non-destructive tests

LỜI MỞ ĐẦU

1 Tên đề tài:

"Nghiên cứu thiết kế và chế thử thiết bị hâm nóng dầu thô và thiết bị bảo vệ hệ thống

khí trơ và khoang hàng cho quá trình khai thác an toàn tàu chở dầu thô 100.000T"

2.Mã số: 02ĐT-DAKHCN

3 Thời gian thực hiện: 24 tháng, từ 03/2006 đến 3/2008

4 Cấp quản lí : Nhà nước

5 Tổng kinh phí thực hiện: 1.282 triệu đồng

6.Thuộc Dự án KH&CN : "Phát triển khoa học công nghệ phục vụ đóng tàu chở dầu thô

100.000 T"

7.Lĩnh vực khoa học :Kĩ thuật

8.Chủ nhiệm đề tài:Phạm Tường Tam

9 Cơ quan chủ trì đề tài: Viện KHCN Tàu Thủy

10.Kinh phí thực hiện đề tài và nguồng kinh phí

Kinh phí thực hiện đề tài phân theo các khoản chi

Trong đó

Nguồn kinh phí Tổng

số

Công lao động (khoa học, phổ thông)

Nguyên,vật liệu, năng lượng

Thiết bị, máy móc

Xây dựng, sửa chữa nhỏ

Chi khác

5 597,55

Ngành công nghiệp tàu thuỷ của Việt Nam trong thời gian vừa qua đã có những

bước tiến vượt bậc cả về số lượng và chất lượng.Việc đóng thành công các tàu

53,000T…cho các chủ tàu nước ngoài là một minh chứng Tập đoàn CNTT Việt Nam đã

khởi công đóng mới tàu chở dầu thô 100,000T thuộc thế hệ Aframax tại nhà máy đóng

tàu Dung Quất là một điểm nhấn cho sự vươn lên mạnh mẽ của ngành CNTT Việt Nam

so với khu vực và trên thế giới Nội địa hoá một số thiết bị lắp trên những hệ thống quan trọng như hâm dầu hàng và khí trơ… của Aframax nhằm chủ động nguồn cung cấp, giảm ngoai tệ nhập khẩu, nâng cao trình độ của ngành công nghiệp phụ trợ …là chủ trương lớn nhà nước.Đề tài nghiên cứu thiết kế và chế thử thiết bị hâm nóng dầu thô, thiết bị bảo vệ

hệ thống khí trơ và khoang hàng cho quá trình khai thác an toàn tàu chở dầu thô 100,00T nhằm đáp một phần yêu cầu của chủ trương trên Kết quả nghiên cứu thiết kế của đề tài

có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành máy tàu thuỷ,cho cán bộ kỹ thuật…,sản phẩm chế thử có thể áp dụng lên các tàu chở các sản phẩm dầu mỏ,dầu thô từ 20.000T tới Aframax và các FSO, FPSO…

Mục tiêu của đề tài là làm chủ được quá trình nghiên cứu thiết kế ,chế tạo,thử nghiệm thiết bị hâm nóng dầu thô, thiết bị bẻ gẫy áp suất,chân không

Cách tiếp cận của đề tài dựa trên các thông tin chính sau đây :

-Thiết kế kỹ thuật của tàu chở dầu thô 100.000T do CTO của Ba Lan thiết kế đặc biệt là phân khoang, kết cấu của hầm hàng, sơ đồ hâm nóng dầu thô bằng hơi nước và sơ

đồ hệ thống khí trơ

-Quy trình khai thác, vận hành tàu chở dầu thô 100.000T

-Đặc tính nhiệt động học của dầu thô trên một số nước và ở Việt Nam

-Khả năng công nghệ của các cơ sở cơ khí của ngành công nghiệp tàu thủy Việt Nam khi bắt đầu đóng tàu chở dầu thô 100.000T

Phần 1: THIẾT BỊ HÂM NÓNG DẦU THÔ

Chương 1 Tổng quan và cơ sở lý thuyết về hệ thống hâm nóng dầu thô

1 Tổng quan

Thiết bị hâm cho các khoang hàng là sử dụng các cuộn hâm bất kể nguồn hâm là hơi nước hay dầu nóng Các khoang dầu hàng, các két lắng, bầu hâm rửa hầm hàng sẽ được hâm gần như đồng thời cho quá trình xả hàng Trong quá trình hành hải, khi cần thiết chỉ có các két hàng, các két lắng được hâm để duy trì hàng ở nhiệt độ bảo quản, hoặc chỉ có các két lắng, bầu hâm nước rửa hầm hàng được hâm để phục vụ cho quá trình

rửa hầm hàng bằng nước biển ở chế độ chạy ballast

Hệ thống hâm được thiết kế sao cho chúng có khả năng hâm dầu hàng có nhiệt độ

từ 440C đến 660C trong 96h khi hoạt động trên biển ở điều kiện mùa đông có nhiệt độ nước biển 50C và nhiệt độ không khí –100C Đối với các két lắng chứa hỗn hợp dầu nước , hệ thống phải có khả năng nâng nhiệt độ từ 440C tới 660C trong 24h cũng trong điều kiện môi trường như trên

Nhiệt độ bảo quản hàng có thể thay đổi tuỳ thuộc vào thành phần hoá học và đặc tính vật lý của dầu Với dầu thô, hàm lượng Asphalt và Parafin thấp thì nhiêt độ xuất hiện sáp và đóng cặn cũng thấp cho nên duy trì nhiệt độ của hàng cũng không cần cao lắm, chỉ trước khi trả hàng, dầu thô phải được hâm đến nhiệt độ (60 ÷ 66)0C để phù hợp với yêu cầu của OCIMF Sở dĩ khi xả hàng nhiệt độ của dầu thô được yêu cầu ở nhiêt độ đó vì trên đường vận chuyển từ các bơm trên tàu tới các FSO hoặc kho chứa, dầu đã bị làm nguội do nó phải trao nhiệt cho môi trường ngoài do đường ống từ SPM đi ngầm dưới biển tới kho chứa Với nhiệt độ trên thì Asphalt và Parafin chưa xuất hiện và đóng cặn trên đường ống của hệ thống vận chuyển và kho chứa

Việc hâm và duy trì hàng ở nhiệt độ bảo quản cũng còn nhằm ngăn ngừa Parafin

và cặn đóng cứng tại kết cấu của các khoang hàng, đường ống và phụ tùng của hệ thống dầu hàng ở trên tàu Tuy nhiên với mục đích làm sạch khoang hàng và đường ống, ngoài

hệ thống hâm còn có sự hỗ trợ của hệ thống rửa hầm hàng Rửa hầm hàng bằng dầu thô ở mức dầu hàng trong khoang còn khoảng 25% thể tích được tiến hành song song với quá trình xả hàng bằng hệ thống rửa với các thiết bị chuyên dùng cho hệ thống với các bước chính sau:

Rửa bằng dầu thô (COW) Hệ thống COW phải được lắp đặt trên tàu chở dầu thô 100.000T (Aframax) để thực hiện rửa kết cấu của hầm hàng như phần dưới boong, các vách , cũng như phần đáy khoang hàng Khi tiến hành rửa , một phần của dầu hàng từ đường ống chính được trích ra để dẫn động các máy rửa cố định lắp đặt ở trong các khoang hàng Các máy rửa cố định có thể là loại đặt chương trình hoặc là không đặt, thời gian đặt có thể là 60, 90, 120 phút tuỳ theo dầu thô ở từng mỏ và mức độ cặn bám trên các bề mặt của khoang hàng.Mỗi khoang hàng được lắp hai máy rửa cố định sản lượng (75-80) m3/h,áp suất (10-12)bar Phần dầu được rửa cùng với dầu hàng được bơm dầu hàng hút xả lên kho chứa, phương tiện vận chuyển khác hoặc FSO

Khi tiến hành rửa đáy khoang hàng, bơm dầu hàng sẽ lấy dầu từ két lắng hoặc một khoang hàng khác đã được hâm, đẩy qua bầu hâm trên đường rửa Tại bầu hâm này dầu thô hoặc nước biển có khả năng được hâm tới 800C ở sản lượng khoảng 160m3/h Sản lượng này đủ để phục vụ cho hai máy rửa hoạt động đồng thời tại một khoang hàng bất

kỳ Do phần lớn cặn bẩn được lưu giữ tại đáy các khoang hàng nên quá trình bơm hút sản phẩm rửa và cặn được thực hiện bằng bơm Eductor Hỗn hợp rửa không được xả ra khỏi tàu mà được đưa về két lắng mạn trái Kết thúc quá trình làm hàng, đường ống hút và đường ống đẩy của các bơm hàng cũng được Eductor làm sạch Làm sạch đường ống xả

từ tàu dầu tới kho chứa có thể thực hiện toàn bộ hoặc từng phần bằng nước cắt và bơm trên tàu, cũng có thể được thực hiện bằng nước cắt và bơm trên bờ tại các kho tiếp nhận Một trong dạng phổ biến của phương tiện tiếp nhận từ trên các Aframax tới các kho trên

bờ được trình bày trong hình 1

Nước cắt trên tàu thông thường được lấy từ két lắng mạn phải, được bơm hàng hoặc bơm hút vét đẩy hàng đi Nước cắt có thể quay về tàu từ trạm SPM hoặc từ trạm PLEM cũng có thể từ kho tiếp nhận tuỳ thuộc vào quá trình điều khiển làm hàng Ngược lại nước cắt từ bơm trên bờ có thể làm sạch ống dầu hàng theo chiều ngược lại Tại trạm tiếp nhận một hệ thống dầu rửa độc lập cũng được trang bị Dầu rửa đường ống được lấy

từ két dầu rửa, được hâm và bơm rửa sẽ đẩy đi làm sạch hệ thống tiếp nhận

Rửa bằng nước biển.Bơm dầu hàng hút nước biển từ két lắng mạn phải hoặc từ cửa thông biển đẩy qua bầu hâm đã nói ở trên tới hệ thống ống rửa hầm hàng và Eductor hút vét để dẫn động nó.Eductor hút vét cặn, hỗn hợp dầu nước từ các két hàng và xả về két lắng mạn trái Tại két lắng mạn trái do vận tốc theo phương thẳng đứng của hỗn hợp rất bé, hỗn hợp dầu nước do tác dụng của nhiệt độ cao và trường trọng lực nên bị phân lớp Nước phân ly sẽ được chuyển từ két lắng mạn trái sang két lắng mạn phải bằng trường trọng lực khi mức chất lỏng trong két lắng mạn trái xấp xỉ 9m Nếu hỗn hợp dầu nước được hâm và tách lọc trong điều kiện thời tiết tốt, hàm lượng dầu lẫn trong nước ở két lắng mạn phải có thể đạt được dưới 1000 PPM

Bố trí hợp lí đường ống chắt gạn nói trên có ý nghĩa rất lớn trong qúa trình xả được nhiều nước ra khỏi tàu dầu Theo [ ]9 ,các tàu chở dầu chỉ có thể thải nước lẫn dầu khi đang hành trình và thực hiện xả tại các vùng biển được phép thải.Điểm bắt đầu thải phải cách bờ không nhỏ hơn 50 hải lý, tổng số lượng dầu thải không quá 1/30.000 trọng tải tàu với cường độ xả không quá 30 l/hải lý.Như vậy tàu dầu 100.000T chỉ thải được tổng cộng 3,333tấn dầu cho một chuyến hàng, ở tốc độ tàu 14,5 hải lý/h thì cường độ thải không quá 30 m3 nước lẫn dầu 1000 PPM trên một hải lý.Do đó sản lượng bơm dầu hàng được điều chỉnh để không vượt quá 435 m3/h và thời gian xả sạch két lắng mạn phải hết 3,82 h Để có thể xả được nhiều nước lẫn dầu với lưu lượng bơm lớn thì hàm lượng dầu lẫn trong nước ở két lắng mạn phải càng bé càng tốt, cho mục đích này một số tàu còn đặt két gạn trung gian hoặc bộ phân ly dầu nước trên boong để hàm lượng dầu trong nước giảm tới 100 PPM

Parafin và cặn bẩn đóng dính trong các khoang hàng và đường ống còn phụ thuộc vào kết cấu của chúng Đường ống của hệ thống dầu hàng cũng phải được làm sạch bằng

hệ thống rửa và bơm hút vét, ngoài ra nó còn được bố trí dốc về hầm hàng sao cho có thể

tự xả được khi kết thúc quá trình làm hàng Các Aframax được đóng vào thời điểm này theo yêu cầu của Quy phạm chúng đều có kết cấu đáy đôi và mạn kép, do đó phần gia cường kết cấu đáy và mạn kép hầu hết đều không quay vào không gian khoang hàng Bởi vậy:

- Ống hâm được bố trí gần với tôn mặt của đáy đôi do không bị vướng kết cấu thân tàu;

- Phần dầu hàng ở dưới ống hâm không trực tiếp tiếp xúc với tôn vỏ mạn nên nó không bị nước biển làm lạnh nhanh chóng như kết cấu đáy đơn

Điều này đặc biệt có hiệu quả khi tàu chuyên chở dầu thô có hàm lượng parafin và asphalt lớn Dầu thô ở nước ta hiện có và đang khai thác trong khu vực thềm lục địa nam Biển Đông (tên quốc tế gọi là biển nam Trung Hoa) Tại các khu vực mỏ Bạch Hổ hàm lượng lớn nhất tính theo % khối lượng của parafin là 25%, của asphalt là 11,8% và nhiệt

độ xuất hiện sáp nhỏ hơn (55 ÷ 59)0C Tại khu vực mỏ Rồng hàm lượng lớn nhất tính theo % khối lượng của parafin là 21%, của asphalt là 21,9% và nhiệt độ xuất hiện sáp nhỏ hơn (56 ÷ 58)0C Thông tin chi tiết về chúng được cho trong bảng 1, bảng 2.Bảng 3 trình bày thành phần hoá lý của dầu thô ở một số mỏ dầu của Liên xô cũ Qua đó chúng ta thấy rằng các mỏ dầu ở thềm lục địa nước ta hàm lượng parafin và asphalt là tương đối lớn

Tuy nhiên dầu thô cũng có một số loại có thể trực tiếp được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ diesel Một trong những loại như thế được hãng sản xuất Diesel Caterpillar– Illinois USA chấp nhận và chúng được biểu thị ở bảng 4 Loại dầu thô này

có độ nhớt thấp, điểm đông đặc thấp và hàm lượng parafin rất nhỏ

Dầu thô có độ nhớt không lớn lắm so với độ nhớt của các sản phẩm hoá dầu, ví dụ như các sản phẩm của HFO được sử dụng làm nhiên liệu cho hệ thống động lực của các Aframax Do đó mục đích hâm để giảm độ nhớt của dầu thô không phải là chủ yếu

Ngược lại, khi vận chuyển các sản phẩm hoá dầu ví dụ như các sản phẩm của HFO, việc hâm chúng đến độ nhớt có thể bơm được lại là chủ yếu Các loại HFO được chia theo JIS ở cấp B và C, chúng được cho trong bảng 5 và đồ thị hình 1.2 hoặc các HFO được chia theo CIMAC tương đương với ISO 8217 (96) F có ký hiệu từ A10 ÷ K55, chúng được cho trong bảng 6 khi khai thác ở điều kiện môi trường nhiệt độ nước biển

50C, nhiệt độ không khí –100C thì các bơm dầu hàng với thiết bị tự hút hoàn hảo nhất cũng không thể hút được

Khi chúng vận chuyển các thành phẩm của công nghiệp hoá dầu như HFO… Các sản phẩm HFO được bơm dầu hàng xả về các kho chứa hoặc các phương tiện vận tải nhỏ khác, các phương tiện tàng trữ như vậy thông thường không trang bị hệ thống khí trơ Do

đó nhiệt độ hâm lớn nhất trên các Aframax 660C luôn thấp hơn nhiệt độ chớp cháy của HFO khoảng 100C Điều này phù hợp với các yêu cầu chống cháy của các Quy phạm và công ước quốc tế SOLAS cho các két chứa nhiên liệu ở trên tàu

13

Hình 1 Sơ đồ ống tiếp nhận dầu thô từ tàu dầu tới kho chứa

Bảng 1:Tính chất hoá lý của dầu thô tại mỏ dầu Bạch Hổ

Khối lượng riêng ở 200C (kg/m3) 892 ÷ 860

Hàm lượng tạp chất cơ (% khối lượng) 0,06

Hàm lượng Parafin (% khối lượng) 20 ÷ 25

Hàm lượng nhựa và Asphalt (% khối lượng) 2,7 ÷ 11,8

Nhiệt độ xuất hiện sáp (0C) 56 ÷ 59

Hàm lượng gas trong dầu tới FSO (sm3/m3) Tới 3

Bảng 2: Tính chất hoá lý của dầu thô tại mỏ khu vực mỏ Rồng

Khối lượng riêng ở 200C (kg/m3) 830 ÷ 930

Hàm lượng tạp chất cơ (% khối lượng) 0,06 ÷ 0,40

Hàm lượng Parafin (% khối lượng) 11 ÷ 21

Hàm lượng nhựa và Asphalt (% khối lượng) 9,4 ÷ 21,9

Nhiệt độ xuất hiện sáp (0C) 56 ÷ 58

Hàm lượng gas trong dầu tới FSO (sm3/m3) Tới 3

Bảng 3: Thành phần hoá lý của dầu thô tại một số mỏ dầu của Liên Xô cũ [4]

Vùng mỏ Đại lượng

“Romaskino” “UZen” “Ust -

Balưc”

“Vùng Vongagrad”

0,17 0,07

- 1,0 2,70

1,6

- 34,0 2,0 1,95

0,31

- 18,0 0,7 4,5

- Số Cetane hoặc chỉ số cetane (ASTM D613) min 35 ÷ 40

- Hàm lượng nước và cặn % thể tích (ASTM

-Hàm lượng sulphur (ASTM D2788 hoặc D3605

- Độ nhớt động học ở 37,80C (1000F) (ASTM

D445)

min max

1,4cSt 20cSt

max

0,8017 0,875

- Phần Gasoline và Naphta (Khi chưng cất sôi hết

- Phần distillate và kerosene (Khi chưng cất sôi

2820C (5400F)

3800C (7160F) 60%

10%

- Lượng muối (ASTM D3230) max 100Lb cho 1000Barrels

- Độ ăn mòn đồng đỏ 3h ở 1000C (ASTM D130) max No.3

- Hàm lượng tro % khối lượng (ASTM D482) max 0,1%

- Hàm lượng thành phần thơm (ASTM D1319) max 35%

- Vanadium PPM (ASTM D2788 hoặc ASTM

- Natri PPM (ASTM D2788 hoặc ASTM D3605) max 10

- Nickel PPM (ASTM D2788 hoặc ASTM D3605) max 1

- Nhôm PPM (ASTM D2788 hoặc ASTM D3605) max 1

- Silicon PPM (ASTM D2788 hoặc ASTM

≤200S/1000F

≤60cSt/500C hoặc

≤450S/1000F

≤120cSt/500C hoặc

≤1200S/1000F

≤180cSt/500C hoặc

≤1600S/1000F

≤250cSt/500C hoặc

≤2500S/1000F

≤380cSt/500C hoặc

(% khối lượng) Vanadium khi cháy tạo ra Vanadium Pentoxide (V2O5) ở trong tro tác động như là một chất xúc tác tạo ra

axit Sulphuric Hàm lượng nước

2 Các phương pháp hâm dầu hàng

2.1 Hâm bằng hơi nước và thiết bị hâm

Hơi nước từ lâu được dùng làm nguồn động lực dẫn động chân vịt trên tàu thuỷ Các động cơ hơi nước được xem là động cơ đốt ngoài, do đó khả năng quá tải của nó lớn hơn nhiều lần so với động cơ đốt trong Động cơ hơi nước có thể là loại chuyển động tịnh tiến, piston cơ cấu tay quay thanh truyền, hoặc là các loại tuabin hơi Song song với quá trình khai thác và vận chuyển dầu mỏ, hơi nước ngoài chức năng trên, nó còn được dùng làm nguồn hâm các sản phẩm dầu mỏ để phục vụ cho các mục đích khai thác, chế biến, bảo quản hàng, bảo vệ khoang hàng và hệ thống vận chuyển Mặt khác hơi nước còn phục vụ cho quá trình làm sạch nhiên liệu, chuẩn bị nhiên liệu cho hệ thống động lực tàu thuỷ Máy chính, diesel máy phát, nồi hơi trên các Aframax nhiên liệu sử dụng hầu hết là dầu HFO có

ký hiệu CIMAC H55 có độ nhớt động học 700cSt/500C hoặc 7000s/1000F Với nhiên liệu này chi phí giá thành chỉ khoảng 60% so với thiết bị động lực chạy bằng MDO Làm sạch HFO trên các máy lọc HFO và gia nhiệt cho nó để đạt được độ nhớt trước vòi phun khoảng (12 ÷ 16) cSt cũng như hâm làm sạch LO trong các te động cơ diesel hoặc két dầu nhờn tuần hoàn tốt nhất, an toàn nhất vẫn bằng hơi nước

Trên các tàu dầu và FSO hơi nước dùng cho hâm dầu hàng là hơi nước bão hoà với

độ khô x = (0,99 ÷ 100%) dưới áp suất khoảng7 bar, tương ứng với nhiệt độ hơi bão hoà Ts

= 165oC

Hình 2 Đồ thị trạng thái của hơi nước Nguồn hơi nước trên tàu là hơi bão hoà khô có thông số trạng thái 201,360C; 16bar được giảm áp xuống áp suất 7 bar để làm nguồn hâm Với áp suất này nhiệt ẩn của nó lớn hơn, độ bền của ống hâm và khả năng làm kín hệ thống cũng tốt hơn khi sử dụng hơi bão hoà ở áp suất cao

Khi đưa hơi nước có áp suất bão hoà khô Ps vào ống hâm, được biểu diễn bằng điểm

C trên đường giới hạn trên có độ khô x = 1 và nhiệt độ tương ứng là Ts được biểu diễn trên

hình 2 Do mất nhiệt cho dầu hàng trên một chiều dài ống hâm l nào đó, độ khô của hơi

giảm từ x = 1 về x = xi, tương ứng với nó đã có (1- xi) kg nước sôi tạo thành trong quá trình biến đổi pha nói trên Khi trao hết nhiệt hoá hơi (hay còn gọi là nhiệt ẩn), độ khô của nó bằng không và trong hỗn hợp chỉ còn toàn nước ngưng ở trạng thái đang sôi, được biểu

diễn bằng điểm A nằm trên đường giới hạn dưới Toàn bộ nhiệt hoá hơi của hơi nước được trao cho dầu hàng bởi vì chêm thuỷ lực và bẫy hơi bố trí ở cuối đường ống hâm và đường nước ngưng sẽ làm cho hơi nước phải chuyển hoàn toàn từ pha hơi về pha lỏng

Một phần nhiệt cần thiết đốt nóng nước từ trạng thái ban đầu đến nhiệt độ sôi cũng được trao cho dầu hàng, chủ yếu là ở đoạn ống sau chêm thuỷ lực Sau khi ra khỏi bẫy hơi, nước ngưng được đưa về két kiểm tra, bầu ngưng hơi thừa và két nhiệt (Hot well) hoặc két tách đổ (cascade tank), nhiệt độ của nó trở về nhiệt độ ban đầu T0 và được biểu diễn bằng các điểm OO’ nằm trong vùng pha lỏng Nước ngưng được bơm cấp nước nồi hơi bơm nạp vào nồi nhận nhiệt để sôi (đường O’OO1A1), tăng dần độ khô trong khi áp suất và nhiệt độ không thay đổi (đường A1C1) để đạt được trạng thái bão hoà khô ở nhiệt độ bão hoà Ts1 và

áp suất bão hoà Ps1 Giả thiết rằng hơi nước bão hoà khô qua van tiết lưu giảm áp từ Ps1 về

Ps xẩy ra là quá trình đoạn nhiệt Do đó quá trình này không làm thay đổi độ khô của nó và được biểu diễn bằng đoạn C1C Như vậy nhiệt lượng cần thiết cấp cho 1kg nước chưa sôi ở nhiệt độ T0 biến thành hơi bão hoà khô có nhiệt độ ts là:

i”: Entanpi của hơi bão hoà khô J/kg;

i’: Entanpi của nước sôi J/kg

Mặt khác hơi nước còn được dùng để chạy các tuabin hơi dẫn động các bơm dầu hàng, cấp hơi cho các piston hơi dẫn động bơm hút vét (Stripping pump) với áp suất nguồn khoảng 16 bar và áp suất tuyệt đối của bầu ngưng hơi khoảng 0,5 bar Bơm hút vét phải là bơm tự hút tốt có cột áp đẩy cao và dễ dàng điều chỉnh được sản lượng, đặc biệt là nó phải

có nguyên lý, kết cấu chống cháy nổ, thích hợp nhất là bơm piston được dẫn động bằng hơi nước Với động cơ hơi nước, bơm hút vét và động cơ hơi nước dẫn động nó được bố trí trực tiếp trong buồng bơm

Do đó khi sử dụng nguồn hơi nước để hâm dầu hàng thì hệ thống nồi hơi được đồng thời sử dụng vào sản xuất khí trơ và làm nguồn năng lượng dẫn động các bơm dầu hàng và bơm hút vét Đây là một dạng mẫu được phổ biến nhất hiện nay trên Aframax, VLCC Các thiết bị chính của hệ thống hâm bằng hơi nước:

- Hai nồi hơi đốt dầu với thiết bị tự động điều chỉnh lượng phun để khói của chúng

có nồng độ oxygen≤ 5%

-Hai bơm tuần hoàn nước nồi hơi

-Một bầu ngưng hơi

-Một két nhiệt

-Một thiết bị kiểm tra dầu lẫn trong nước ngưng

-Một két thu hồi nước nồi hơi

-Hai bơm cấp nước cho hệ thống

2.2 Hâm bằng dầu nóng và thiết bị hâm

Trong vài chục năm gần đây hệ thống hâm bằng dầu nóng đã được áp dụng trên tàu thuỷ thay thế một phần cho hệ thống hâm bằng hơi nước truyền thống Theo GESAB Goteborgs energy system AB của Thụy Điển thì các thiết bị của hệ thống dầu nóng của hãng đã được trang bị lên các tàu chở dầu–hoá chất có trọng tải tới 100.000 DWT Tuy rằng hệ thống hâm,tạo ra khí trơ, hệ thống dầu nóng không tạo nguồn động lực dẫn động bơm dầu hàng để có được như hệ thống hơi nước song nó có những ưu điểm sau:

– Nguồn và hệ thống gọn nhẹ hơn hệ thống hơi nước, dễ dàng thao tác và điều khiển;

– Vật liệu của các cuộn hâm không cần dùng tới vật liệu ống Al–Brass mà chỉ dùng đến ống thép liền chịu áp không quá 10K Bề mặt trao nhiệt tiếp xúc với dầu nóng không bị rỉ nên giảm chi phí bảo dưỡng, kéo dài tuổi thọ của hệ thống;

– Quá trình trao nhiệt không có sự thay đổi pha của công chất nên kích thước của

Cũng như hơi nước, bộ hâm dầu nóng áp dụng trên tàu cũng có 2 loại:

– Bộ hâm dầu nóng tận dụng năng lượng của khí xả;

– Bộ hâm dầu nóng bằng thiết bị đốt dầu

Bộ hâm dầu nóng tận dụng năng lượng khí xả thường chỉ dạng truyền tải nhiệt phục

vụ cho hệ thống động lực của tàu thuỷ và sinh hoạt ở trên tàu.Do máy chính trên tàu sử dụng HFO 700 cSt/500C có hàm lượng S xấp xỉ 5% nên nhiệt độ khí xả sau bộ hâm dầu nóng tận dụng không thấp hơn (250-270)0C nhằm tránh ăn mòn axít

+Bộ hâm dầu nóng bằng thiết bị đốt dầu được dùng cho việc gia nhiệt để bảo quản dầu hàng Số lượng của nó được trang bị trên một tàu không nhỏ hơn hai (2) Nguồn dầu nóng có thể được dùng chung với nguồn hâm cho hệ thống động lực

Trên tàu khi sử dụng nguồn dầu nóng làm nguồn hâm, chúng không được sử dụng trực tiếp cho sinh hoạt.Bởi vậy nguồn hâm cho sinh hoạt như: sưởi trên các trạm điều hoà trung tâm, bộ đun nước nóng (calorifier) cho sinh hoạt, thiết bị đun nấu trong nhà bếp… vẫn phải dùng hơi nước Hơi nước tạo ra từ nguồn sinh hơi nhận nhiệt từ dầu nóng

+Các thiết bị chính của hệ thống:

Hai bộ hâm dầu nóng, một trong chúng có thể là bộ hâm bằng khí xả của động cơ chính.Một bộ góp dầu nóng.Một két dãn nở, tách khí.Hai bơm tuần hoàn dầu nóng.Một két thu hồi.Hai bơm nạp dầu cho hệ thống

Cấu tạo của bộ hâm dầu nóng bằng thiết bị đốt dầu được giới thiệu trên hình 2.1.2

21

Dầu nóng được gia nhiệt tại bộ hâm dầu nóng Bộ hâm dầu có thể là loại đứng hoặc nằm ngang, chúng gồm 2 lớp ống xoắn ruột gà đồng tâm đặt trong bình hình trụ Bộ đốt gia nhiệt cho ống xoắn phía trung tâm và được quạt của bộ đốt đẩy đi vào khe giữa 2 lớp Khí cháy nóng được đẩy sang lớp ống xoắn ngoài và thành bầu để đi ra ống khói Bề mặt trao nhiệt của 2 lớp ống xoắn ruột gà được thiết kế sao cho nhiệt độ khói lò ra khỏi thiết bị cao hơn nhiệt độ ra của dầu nóng từ (30 ÷ 50)0C Vật liệu của ống xoắn được chế tạo từ ống thép liền chịu nhiệt (DIN17177) cuộn ống bên trong nhận nhiệt chủ yếu là bức xạ nhiệt, cuộn ngoài chủ yếu là đối lưu

Vỏ ngoài cùng của bầu là thép tráng kẽm bọc cách nhiệt chất lượng cao Tại khu vực buồng đốt được trang bị lỗ kiểm tra

Dầu sử dụng trong hệ thống dầu nóng được dựa trên cơ sở dầu mỏ hoặc dầu tổng hợp Các sản phẩm của AKB khuyên dùng dầu BP Transcal hoặc tương đương

2.3 So sánh hai nguồn hâm

Hệ thống hâm bằng hơi nước cho các tàu chở các sản phẩm dầu mỏ, đặc biệt cho các tàu chở dầu thô cũng có những nhược điểm sau:

-Kích thước lớn

Khi có cùng một sản lượng nhiệt thì nguồn sinh nhiệt cũng như các cuộn hâm của hệ thống có kích thước và trọng lượng lớn hơn so với hệ thống dầu nóng Ví dụ với nồi hơi liên hợp sản lượng hơi 1100/2000kg/h ở áp suất 7bar Trạng thái hơi là hơi nước bão hoà khô có các thông số chính sau đây:

Nhiệt hoá hơi ở áp suất 7bar: 4096200kJ/h (1137,8kW)

Đường kính ngoài 2850mm;

Chiều cao 5926mm;

Khối lượng toàn bộ 38.000kg;

Khối lượng nước 22.900kg

Trong khi đó một thiết bị hâm dầu nóng có sản lượng nhiệt 1163kW tương đương với nồi hơi trên, ví dụ model 25VX-10 của AKB GmbH CHLB Đức :

Đường kính ngoài 1823mm;

Chiều cao 2935mm;

Khối lượng rỗng 3360kg;

Thể tích dầu 891kg

-Hiệu suất chung của hệ thống hơi nước thấp;

-Ống hâm thường là hợp kim đồng… nên gia công lắp ráp khó hơn ống thép và giá thành cao;

- Điều kiện vận hành nghiêm ngặt như chất lượng nước cấp nồi hơi, điều kiện xả khí…phải đảm bảo tốt

Nếu trong hơi nước có lẫn không khí, khi ngưng tụ bọt không khí bị giữ lại trên bề mặt trao nhiệt của ống và làm tăng nhiệt trở của màng nước ngưng tụ, do đó hệ số trao nhiệt giảm Thực nghiệm chỉ ra là trong hơi nước có 1% thể tích không khí thì hệ số trao nhiệt có thể giảm tới 60%

3.Các yêu cầu của Quy phạm và công ước đối với hệ thống hâm

3.1.Hệ thống hâm bằng hơi nước

1.1Các ống cấp hơi nước hâm dầu hàng và đường ống nước ngưng không được đi qua tôn vỏ, vách của két dầu hàng trừ tấm tôn đỉnh két Ống cấp hơi chính phải bố trí trên boong hở

1.2Các van cách ly phải được trang bị ở chỗ nối vào và ra từng phần tử hâm cho các két hàng

1.3Ống góp nước ngưng chính của hệ thống phải được dẫn về một két kiểm tra hoặc thiết bị phát hiện dầu khác ,mà nó được lắp ở một vị trí càng xa các bề mặt nóng như nồi hơi, nguồn tia lửa càng tốt để phát hiện dầu nhiễm bẩn trong nước của hệ thống

1.4Nhiệt dộ hơi nước trong các ống hâm dầu hàng và hơi nước cấp cho bơm hút vét trong buồng bơm không được vượt quá 2200C

Khi hơi nước là hơi bão hoà thì tương ướng với nhiệt độ 2200C áp suất tuyệt đối của hơi nước là 23kg/cm2

1.5Trong buồng bơm dầu hàng các ống xả nước từ các ống hơi hoặc ống xả nước từ các xilanh hơi nước của động cơ dẫn động bơm phải được kết thúc hợp lý phía trên các giếng hút khô buông bơm

3.2.Hệ thống dầu nóng

2.1Các két dãn nở phải có dụng cụ chỉ báo mức chất lỏng

2.2 Phải dừng được các bơm tuần hoàn từ một vị trí thích hợp ở ngoài không gian đặt các thiết bị hâm nóng dầu

2.3Các bơm tuần hoàn phải có áp kế ở vị trí thích hợp trên đường ống hút và đẩy

2.4Các van hút và van đẩy trên các thiết bị hâm nóng dầu phải được điều khiểntừ bên ngoài khoang chúng được lắp đặt, trừ trường hợp có bố trí tháo nhanh bằng trọng lực dầu nóng trong hệ thống vào một két thu hồi

Chương 2.Phân tích hệ thống và các giải pháp lựa chọn thiết bị hâm

1.Phân tích hệ thống hâm nóng dầu thô

Quá trình nhận hàng lên tàu dầu bằng các bơm hàng ở trên bờ hoặc bơm hàng trên FSO, xả hàng khỏi tàu các bằng bơm trên tàu.Hàng được phân làm ba nhóm,tàu có thể đồng thời chở cả ba loại hàng cùng một lúc

Dầu thô khi được bơm hàng trên các FSO nạp vào các khoang hàng có xu hướng giảm nhiệt độ do bị mất nhiệt tại các vị trí sau:

-Trên đường ống vận chuyển,từ tàu tới tàu hoặc từ bờ tới tàu.Đường ống này tương đối dài khoảng 2,5km cho nhà máy lọc dầu Dung Quất và một phần của nó được chôn ngầm dưới đáy biển và một phần nổi trên mặt biển

-Gia nhiệt cho kết cấu thân tàu từ nhiệt độ nước biển tới nhiệt độ bảo quản

-Gia nhiệt cho lớp khí trơ trong các két dằn cách ly từ nhiệt độ nước biển tới nhiệt

độ bảo quản

-Tổn thất nhiệt từ khoang hàng ra môi trường xung quanh

Do đó các cuộn hâm bằng bề mặt truyền nhiệt của mình, truyền nhiệt hóa hơi của hơi nước bão hoà cho dầu hàng từ nhiệt độ tiếp nhận lên nhiệt độ bảo quản.Quá trình gia nhiệt nhằm loại bỏ hiện tượng lắng đọng Asphal và Parafin trong đường ống,phụ tùng và trong kết cấu của hầm hàng

Các cuộn hâm được lựa chọn cho mỗi khoang hàng không bé hơn hai.Riêng két lắng mạn trái được lắng gạn bằng trường trọng lực, bằng cách bố trí ống đặc biệt nên nó chứa dầu là chủ yếu Để gia nhiệt nhanh chóng cho nó nhằm tăng hiệu quả tách lớp ,diện tích trao nhiệt được thiết kế tăng phải được tăng lên và số lượng cuộn hâm được trang bị từ 4-5 cuộn

Khi trang bị nhiều cuộn hâm thì cũng đồng nghĩa với có nhiều phương án điều chỉnh nhiệt độ của dầu hàng

Các cuộn hâm sẽ trao nhiệt cho dầu hàng tại đường ống cấp theo phương thẳng đứng

và đường ống nằm ngang được bố trí sát đáy đôi.Hiệu quả truyền nhiệt cho dầu hàng chủ yếu là do ống nằm ngang,bởi vì đối lưu tự do được thực hiện từ dưới lên trên Ống hâm có thể được gia công như sau

1.1Các phần tử ống gia công trên xưởng

Các phần tử ống gia công trên xưởng và lắp thành tổng đoạn ống thích hợp công nghệ đóng tàu theo môdun Một phương pháp đóng tàu hiện đại được hầu hết các hãng đóng tàu của các quốc gia đóng tàu tiên tiến trên thế giới áp dụng

Các phần tử trên một cuộn hâm được hiểu là các chi tiết riêng lẻ cuối cùng được ghép lại để trở thành một tổng đoạn ống ,mà tổng đoạn ống đó sẽ được lắp đặt lên tổng đoạn vỏ đáy đôi hoặc tổng đoạn vách.Ngoài ống hâm ra các tổng đoạn vỏ sẽ được lắp đầy

đủ các đường ống khác như ống dầu hàng, ống dằn trước khi chúng đưa từ phân xưởng

vỏ ra ngoài âu khô để chuẩn bị đấu đà các tổng đoạn.Các phần tử trên một cuộn hâm bao gồm các phần tử sau đây:

-Các đoạn ống thẳng gắn trên vách không có bất kỳ một tác động gia công cơ khí nào do chiều dài phôi liệu nhỏ hơn chiều dài tổng đoạn vách

-Các đoạn ống uốn Đoạn này bao gồm phần uốn chữ U và hai đoạn thẳng tiếp tuyến

-Các ống lồng đồng tâm nối giữa các đoạn ống

-Ống lồng chuyển tiếp lệch tâm nối giữa đoạn ống cuối cùng và bẫy hơi

-Ống uốn tạo ra bẫy hơi

-Các phần tử bù hoà nhiệt độ

-Các chi tiết nối ống qua mặt boong

-Các đoạn ống thép liền chịu áp suất thông thường là STGP 370 sch80 của đường cấp hơi và của đường nước ngưng cho từng phần tử hâm bố trí trên mặt boong

-Các bích nối ống thép trên boong,bích hợp kim đồng

-Các chi tiết giá đỡ ống bao gồm cả tấm đồng kê lót ống

-Các van chặn, van một chiều, tấm chặn, van xả không khí

-Các tấm đệm kín

-Các bulông nối bích

-Các bulông chữ U cho giá nối ống

Các chi tiết được lắp ghép lại theo đúng toạ độ trên bản vẽ bố trí ống hâm và được tiến hành hàn các phần tử ống lại Phương pháp hàn có thể là TIG hoặc Brazing Tư thế hàn đứng từng tổng đoạn ống.Thông thường hàn nối ống hợp kim đồng hàn TIG áp dụng chủ yếu cho ống có đường kính danh nghiã ≥ 50mm và hàn Brazing cho đường ống có đường kính danh nghiã ≤50mm

+Những đặc trưng của hàn TIG

-TIG phải được áp dụng qua toàn bộ chân đường hàn của ống phù hợp với các thủ tục và quy trình hàn được cơ quan Đăng kiểm chấp nhận

-Dây hàn cho TIGvà Brazing có chứng chỉ của cơ quan phân cấp thuộc IACS

-Khi dây hàn bị han gỉ hoặc không được xác định sẽ không được sử dụng

-TIG không được tiến hành trong điều kiện mưa, gió trừ phi quá trình hàn được bảo

vệ bằng mái che quầy che gió.Mái che và quầy che gió bằng vật liệu thích hợp, ở xung quanh vùng hàn vận tốc gió không lớn hơn 2m/s

+Những đặc trưng của hàn Brazing

-Vật liệu dây hàn và phụ gia hàn (chất gây chảy) có tính chất phù hợp với kim loại

cơ bản với thủ tục hàn được chấp nhận

-Khe hở giữa các bề mặt nối phải không được lớn hơn trị số cần thiết để đảm bảo sự mao dẫn của kim loại nóng chảy Khe hở nằm trong khoảng 0,05-0,15mm

-Sau khi Brazing tất cả chất gây chảy thừa sẽ được làm sạch bằng vải ướt hoặc nước trong khi mối hàn vẫn đang nóng.Bất kỳ chất gây chảy được lưu lại sau nguyên công này sẽ phải được làm sạch khi nguội với bàn chải sắt hoặc thiết bị cạo

-Nhiệt phải được phân bổ đồng đều tới tất cả các phần của mối ghép nhằm ngăn ngừa quá nhiệt cục bộ

-Bề mặt hàn phải được làm sạch trước khi thực hiện Brazing.Làm sạch bề mặt hàn bằng giấy nháp mịn vải hoặc chất tẩy

+Kiểm tra tất cả các mối hàn bằng mắt hình dáng bên ngoài của các mối hàn

Thử không phá huỷ (NDT) mối hàn bằng một trong các phương pháp được chấp nhận dưói đây:

Ống hâm được được phân chia theo các modun và lắp ráp trên chúng ở phân xưởng, sau đó modun tổng đoạn đáy đôi và modun tổng đoạn vách két lắng được lắp trên ụ khô.Kết thúc quá trình đấu đà các hệ thống ống trên các modun được đấu nối lại

Sau khi lắp ráp lên tàu hệ thống phải thử kín.Do chế tạo thử và kích thước của phần

tử ống hâm rất lớn nên có thể một cuộn hâm không lắp hoàn chỉnh trên phân xưởng của cơ

sở sản xuất , mà nó được chia ra làm hai phần:

- Phần ống hâm bố trí trên mặt đáy đôi

-Phần ống hâm bố trí trên vách két lắng

Vị trí vào và ra của từng đoạn được lắp bích công nghệ với nút xả hoặc van xả khí Kiểm tra các bulong chữ U,đệm kê trên giá đỡ ống trên các phần theo bản vẽ “Bố trí phần tử ống hâm trong két”0ĐT-DAKHCN/620-02 và “Chi tiết ống hâm”02ĐT-DAKHCN/620-02 -00

+Kiểm tra rò rỉ đường ống bằng thử thuỷ lực

1.2.Các phần tử ống gia công trên tàu

Các phần tử ống gia công trên tàu cũng giống như các phần tử ống gia công trên xưởng chỉ có khác duy nhất là chúng được nối ghép thành toàn bộ đường ống của một cuộn hâm hoàn chỉnh mà không có mối ghép tổng đoạn ống theo các modun vỏ Phương pháp này có một ưu điểm là dễ dàng hiệu đính toạ độ của cuộn hâm bất kể sự sai số của tôn vỏ Các phương pháp hàn TIG và brazing, vật liệu dây hàn,các thủ tục kiểm tra NDT cũng giống như ở mục 1.1 nói trên

1.3.Vật liệu của hệ thống hâm

Ống hâm cho các két dầu không phải là dầu hàng được sử dụng ống thép không hàn chịu áp suất có cấp bền SCH80 Chúng có ký hiệu phổ biến STPG370 SCH80 Các ống này được bố trí sát đáy két dầu và giữa các phần tử ống được nối với nhau bằng các ống lồng hàn.Cho ống dầu hàng ống thép liền chỉ dùng cho ống bố trí ngoài két hàng

Ống hâm cho các két dầu hàng được lựa chọn là ống không hàn và được chế tạo bằng các loại vật liệu chịu được ăn mòn trong môi trường nước biển Vật liệu thông thường

là ống hợp kim đồng hoặc ống thép không rỉ

Ống hợp kim đồng có thể hợp kim đồng thau-nhôm Al-Brass,hoặc hợp kim đồng –niken-sắt Cunifer Ống thép không gỉ, vật liệu được lựa chọn là ống thép liền không gỉ SUS316L

Ống hợp kim đồng Al-Brass được sử dụng trên tàu dầu 100000T do CTO của Ba lan thiết kế,đang đóng tại nhà máy đóng tàu Dung Quất, trên FSO Vietsov-01 do HITACHI ZOSEN của Nhật Bản thiết kế và đóng cho liên doanh dầu khí Việt xô Nối ống cho ống hợp kim đồng là ống lồng hàn

Ống hợp thép không gỉ SUS316L được sử dụng trên tàu dầu 100000T do KOMAC thiết kế và cũng sẽ được đóng tại nhà máy đóng tàu Dung Quất sau chiếc thứ nhất Nối ống cho ống thép không gỉ là ống lồng hàn hoặc hàn đấu đầu trực tiếp

2.Lựa chọn thiết bị điển hình trong hệ thống

2.1.Lựa chọn khoang hàng

Trong các khoang hàng của tàu chở dầu thô 100000T,két lắng đặc biệt là két lắng mạn phải có các đặc trưng tiêu biểu nhất với những lý do sau:

-Chúng được chở hàng như những khoang hàng khác của tàu

-Tổn thất nhiệt cho môi trường bên ngoài tổng quát hơn các khoang hàng khác bởi

nó còn thêm thành phần tổn thất cho không khí trong buồng bơm

-Khi kết thúc quá trình xả hàng chúng có thể chứa nước biển,dầu cặn Nước biển có thể là nước cắt của phương tiện trả hàng trước hoặc nước biển được nhận thêm vào để rửa hàm hàng hoặc làm nước cắt cho đợt xả hàng sau

Bởi vậy lựa chọn cuộn hâm két lắng mạn phải để tính toán thiết kế và chế thử nhằm tìm ra nhiều trạng thái làm việc của nó hơn là cuộn hâm các két hàng khác

Các điều kiện nhiệt độ của dầu hàng và của môi trường để lựa chọn tính toán thiết kế không hoàn toàn cố định như đã nói ở trên và nó sẽ được cho trong nhiệm vụ thư thiết kế

do chủ hàng định sẵn Nhiệt độ ở giới hạn dưới của dầu hàng nạp vào tàu có thể chọn xuống 300C như FSO-05 của liên doanh dầu khí Việt Xô Nhiệt độ của môi trường ngoài với điều kiện mùa đông có nhiệt độ nước biển 50C và nhiệt độ không khí +20C như trong thiết kế tàu dầu thô 100000T của KOMAC

2.3 Lựa chọn đặc trưng kết cấu

Đặc trưng kết cấu của cuộn hâm là chúng có thể dịch chuyển nhỏ trên một vài giá đỡ nhằm bù vào các biến dạng nhiệt và biến dạng cơ học của thân tàu.Để giảm thiểu sự mài mòn của ống trên giá đỡ người ta thường lót một tấm đồng mỏng lên mặt giá để không cho ống đồng tiếp xúc trực tiếp với giá.Trên phía pha hơi và nước ngưng một phần tử ống được tạo hình chữ U cũng nhằm bù vào các biến dạng nhiệt và biến dạng cơ học của thân tàu.Các cạnh củaU bù hoà có kích thước xấp xỉ nhau và bằng(6-10)lần đường kính ngoài của ống

Ống ra,vào khoang hàng trên boong chính khi vật liệu có tính năng hàn quá xa nhau người ta nên dùng kết cấu bích có vật liệu tương tự ống hàn trên ống và bích thép lồng ngoài Ngược lại ống có thể hàn vào ống lồng,ống lồng hàn với tấm đệm trên boong

Bảng so sánh dưới đây cuả các nhà sản xuất cuộn hâm dùng cho các tàu chở dầu thế

hệ Aframax hoặc các FSO nhỏ hơn 150000T

Thông số kỹ thuật 02-ĐT

FSO-Vietsov -01

Tanker 105000DWT- KOMAC Dung tích két lắng mạn phải

Br

Ống thép liền không rỉ SUS316L

Quy cách ống Φ76 x 2,5 Φ57 x 2,2 Φ48,6 x ,03

Hình thức nối ống trong két Ống lồng ,

hàn TIG hoặc Brazing

Ống lồng, hàn TIG hoặcBrazing

Ống lồng , hàn TIG hoặc Brazing

Áp suất thử trên xưởng (bar) 10,5 15 11,6

Chương 3 Tính toán thiết kế thiết bị hâm nóng dầu thô

3.1.Mô hình tính

Các khoang hàng, các két lắng của Aframax cách ly với tôn vỏ qua đáy đôi và mạn kép.Vách trong, vách ngoài của mạn kép được nối với nhau bằng ba sàn dọc,trên vách trong và vách ngoài được hàn thêm các nẹp dọc gia cường.Trên mỗi sàn dọc trong mỗi két dằn cách ly của mạn kép nó được khoét hai lỗ có kích thước 600x600 mm nhằm thông nhau tạo một két dằn cách ly và làm lỗ công nghệ.Với kết cấu như vậy dưới quan điểm của nhiệt động học mạn kép bị phân chia thành bốn không gian đối lưu tự nhiên độc lập.Tại mỗi không gian độc lập vách trong và vách ngoài với các nẹp gia cường dọc được xem như bài toán truyền nhiệt qua vách có cánh

Đáy trong, đáy ngoài của đáy đôi mỗi khoang cũng được nối bằng ba vách dọc đáy

và các nẹp dọc gia cường các đáy Trên mỗi vách dọc trong đáy đôi được khoét hai lỗ có kích thước 600x600 mm nhằm thông nhau tạo một két dằn cách ly và làm lỗ công nghệ

Két dằn cách ly được nạp nước dằn khi tàu chạy không hàng ở chế độ ballast.Quản

lý nước dằn ở những két này có thể là làm loãng hay thay thế toàn bộ nhằm thoả mãn các yêu cầu mới nhất của IMO về chống ô nhiễm biển do nước dằn gây ra.Khi tàu chở đầy hàng tất cả các két dằn cách ly và ống của hệ thống dằn được nạp đầy khí trơ

Tổn thất nhiệt từ dầu hàng ra môi trường xung quanh theo các hướng sau đây:

−Dòng nhiệt từ dầu hàng trao nhiệt đối lưu tự nhiên cho vách trong,dẫn nhiệt qua vách trong và trao nhiệt cho khí trơ ở mạn kép qua vách có cánh Lớp khí trơ sát vách trong nhận nhiệt do đối lưu và bức xạ nhiệt,nên giãn nở,giảm khối lượng riêng và chuyển động lên trên tạo dòng đối lưu tự nhiên Do có sàn dọc chặn lại,dòng đối lưu quay ra tiếp mạn và trao nhiệt cho cho môi trường ngoài thông qua vách ngoài có cánh cũng do đối lưu , bức xạ nhiệt và dẫn nhiệt qua tôn vỏ.Do mất nhiệt nên khối lượng riêng của nó tăng lên, tạo dòng đối lưu đi xuống và khép kín vòng tuần hoàn.Trao nhiệt từ vách ngoài cho không khí ở vùng mạn khô thông qua trao nhiệt đối lưu cưỡng bức và bức xạ nhiệt Trao nhiệt từ vách ngoài cho nước biển ở vùng mạn ướt qua trao nhiệt đối lưu cưỡng bức

−Dòng nhiệt từ dầu hàng trao nhiệt đối lưu tự nhiên với tôn đáy trong.Do mặt nóng

ở trên nên truyền nhiệt từ đáy trong tới đáy ngoài thông qua dẫn nhiệt qua lớp khí trơ và bức xạ nhiệt trong đáy đôi Nhiệt toả ra nước biển thông qua dẫn nhiệt ở tôn đáy ngoài và đối lưu cưỡng bức

− Dòng nhiệt từ dầu hàng trao nhiệt đối lưu tự nhiên, bức xạ nhiệt cho hỗn hợp khí trơ và hơi hydrocarbon trong không gian giữa mặt thoáng và tôn boong Nhiệt toả ra môi

trường ngoài thông qua dẫn nhiệt ở tôn boong, bức xạ nhiệt và đối lưu cưỡng bức với không khí

−Các khoang hàng mũi,két lắng còn mất nhiệt cho khí trơ và không khí trong két dằn mũi và buồng bơm

Trao nhiệt đối lưu cưỡng bức giữa tôn vỏ với môi trường ngoài xẩy ra do tàu chuyển động với vận tốc 14,5 knots Các vách ngăn giữa các khoang hàng và kết lắng không tham gia vào quá trình trao đổi nhiệt

3.2.Tính toán nhiệt động học

Tổn thất nhiệt từ các khoang hàng ra môi trường xung quanh là một bài toán phức tạp do bản chất của bài toán truyền nhiệt nhiều phương, do tính chất đa dạng của hàng hoá,

do kết cấu phức tạp thân tàu và điều kiện khai thác luôn thay đổi

Do đó hệ số truyền nhiệt được xây dựng cho trường hợp tiêu thụ nhiệt năng lớn nhất

và dựa trên cơ sở của lý thuyết đồng dạng Các tiêu chuẩn đồng dạng được sử dụng trong tính toán như sau:

- Tiêu chuẩn Reynold

μ

ρν

l l e

R = v. = v đặc trưng cho chế độ chảy của dòng chảy: chảy tầng hay chảy rối;

- Tiêu chuẩn Nusselt

λ

αl u

N = . đặc trưng cho cường độ toả nhiệt giữa bề mặt vách

= đặc trưng cho tác dụng tương hỗ của lực ma sát phân tử và lực nâng do sự chênh lệch khối lượng riêng, do nhiệt độ khác nhau của dòng chảy tạo ra ;

- Tiêu chuẩn Prandtl

λ

ρν

a r

P = = đặc trưng cho mức độ đồng dạng trường tốc

ρ Khối lượng riêng của chất lỏng kg/m3;

a Hệ số dẫn nhiệt độ hay hệ số khuyếch tán m2/s;

Δt Độ chênh nhiệt độ 0K hoặc 0C;

g Gia tốc trọng trường m/s2;

β Hệ số giãn nở thể tích 0K-1;

l Kích thước xác định m;

Cp Nhiệt dung riêng của chất lỏng J/kg oC

Thông số l đặc trưng cho quá trình trao đổi nhiệt, tuỳ theo từng trường hợp mà kích thước xác định có thể lựa chọn khác nhau hoặc là chiều cao của tấm hoặc ống khi trao nhiệt đối lưu của vật thể đặt đứng, hoặc là đường kính ống khi dòng chảy cưỡng bức trong ống nằm ngang

Sơ đồ bài toán tổn thất nhiệt cho một khoang hàng bất kỳ được biểu diễn trên hình 1

Do hệ số dẫn nhiệt của thép λ = (50 ÷ 55)W/m oC lớn hơn rất nhiều lần so với hệ số dẫn nhiệt của dầu λ = (0,112 ÷ 0,115)W/m oC và hệ số dẫn nhiệt của khí trơ λ = (0,0259 ÷ 0,029)W/m oC, đồng thời chiều dày vách rất nhỏ nên trong thực tế tính toán bỏ qua nhiệt trở của vách thép

λ

δ (m2 0C/W)

Hệ số trao nhiệt (hay còn gọi là hệ số toả nhiệt) giữa môi trường mang nhiệt với vách α1 và giữa vách với môi trường nhận nhiệt α2 là một hàm đa biến mà các biến số là các tiêu chuẩn đồng dạng

trong đó các hằng số C, m ,n, p được xác định bằng thực nghiệm

Cấp nhiệt từ dầu hàng cho các vách đứng của các khoang hàng là hiện tượng cấp nhiệt đối lưu tự nhiên Do không gian khoang hàng lớn, nên phương trình tiêu chuẩn có dạng:

rw

rf m rf rf

P P

G C

3 2

3

h C t g C

t l g P

λν

ρβ

λ

ρνν

Quá trình truyền nhiệt đối lưu tự nhiên trên vách của các khoang có Grf.Prf >109.

Do đó phương trình tiêu chuẩn có dạng:

( )0 33 025

150

, rw

rf , rf rf

P P

G ,

N = ⎜⎜⎝⎛ ⎟⎟⎠⎞

nên hệ số trao nhiệt giữa hàng và vách:

33 , 0 3 25

, 0

ρβ

λ

P

P h

p

rw rf

( 2)0,333

25 , 0

15 , 0

νλ

ρ

g P

P

p rw

15 ,

3

1

1 1 1

ν

Trong đó:

−C1 = 1,163 hệ số tính đổi đơn vị từ kcal/m2oC sang W/m2oC;

−tf1 Nhiệt độ trung bình của chất lỏng 0C

H K

t

3

13

2

Ở đây:

−tH là nhiệt độ đầu quá trình hâm 0C;

−tK là nhiệt độ kết thúc quá trình hâm của hàng 0C;

−νf1 Độ nhớt động học của hàng ở nhiệt độ tf m2/s;

−tw1 Nhiệt độ của vách khoang hàng 0C

Hệ thống hâm dầu hàng bao gồm hai thiết bị chính: nguồn hâm và thiết bị hâm Mục đích của phần này là đưa ra mô hình tính nhằm xác định được sản lượng nguồn hâm , tiết diện và tiết diện của các cuộn hâm Trên cơ sở đó đưa ra phương pháp tính toán trao đổi nhiệt, sức cản thuỷ động học hệ thống dựa trên cơ sở trao đổi nhiệt đối lưu, đặc trưng kết cấu của các khoang hàng, điều kiện khai thác và chủng loại của sản phẩm dầu mỏ sao cho hệ thống hoạt động an toàn và có hiệu quả

3.2.1.Các thông số vật lý của đầu thô

Dầu thô cũng như các sản phẩm của dầu mỏ có các đặc trưng nhiệt động học thay đổi theo nhiệt độ

Khối lượng riêng của dầu ở nhiệt độ bất kỳ t oC nào đó được xác định:

ρ(t) = ρ (20) [1- αt (t -20)] kg/m3

Trong đó:

−ρ (20) Khối lượng riêng ở nhiệt độ 200C;

−αHệ số hiệu chỉnh kg/m30C

−Cho hàng có khối lượng riêng γ thấp hơn 0,75t/m3 αt = (9,1 ÷ 8,44)10-4;

−Cho hàng có khối lượng riêng 0,75 ≤ γ ≤ 0,84t/m3 αt = (8,31 ÷ 7,25)10-4;

−Cho hàng có khối lượng riêng 0,84 < γ αt = (7,12 ÷ 6,07)10-4

Độ nhớt động học tại một nhiệt độ nào đó có thể xác định gần đúng:

- ν0 Độ nhớt ở nhiệt độ t0 nào đó đã biết trong vùng khảo sát, thông thường t0 = 150C;

- ε Hằng số thực nghiệm, hoặc có thể xác định khi biết ít nhất hai điểm trên đồ thị của hàm số độ nhớt động học theo nhiệt độ Gọi (t1, ν1); (t2, ν2) là hai điểm trên đồ thị của hàm số độ nhớt với t2>t1 Khi đó:

)1(

)2(ln21

1

t

t t

νε

−

Độ nhớt trung bình của dầu thô tại mỏ Bạch Hổ ν(50) = 10cSt;ν(70) = 5cSt Do đó

034657,

010

5ln7050

05,35

5,17ln7050

ρ

t t

Trong đó:

- t Nhiệt độ tại vùng khai thác 0C;

- ρ(15) Khối lượng riêng ở 150C g/cm3 hoặc t/m3

Hệ số dẫn nhiệt:

( ) ( )(1 0,00054 )

15

118,0

3.2.2.Tổn thất nhiệt trong quá trình hâm

Nhiệt lượng từ nguồn hâm được sử dụng vào các mục đích sau:

- Nâng nhiệt độ của kết cấu thép từ nhiệt độ ban đầu lên các nhiệt độ tw1, tw2;

- Nâng nhiệt độ của lớp khí trơ từ nhiệt độ môi trường lên 0,5(tw1 + tw2);

- Nâng nhiệt độ của hàng từ 440C lên 660C;

- Tổn thất nhiệt ra các môi trường xung quanh

Hình 4.Mô hình tính toán tổn thất nhiệt

3.2.2.1.Tổn thất nhiệt cho việc nâng nhiệt độ của kết cấu thép

Khi tàu nhận hàng từ các FSO hoặc kho, nhiệt độ của kết cấu thép bằng nhiệt độ của nước dằn và được hâm lên nhiệt độ tw1, tw2 trong thời gian T(h):

T

t t G C

Q h s s i wi s w

3600

,

1

−Σ

Trong đó:

- Cs Nhiệt dung riêng của thép J/kg 0C;

- Gs,i; twi Là khối lượng kết cấu và nhiệt độ tại vách ở vùng truyền nhiệt thứ i (kg);

- T = 96h thời gian hâm yêu cầu;

- ts.w là nhiệt độ của nước dằn 0C

3.2.2.2.Tổn thất nhiệt cho việc nâng nhiệt độ của lớp khí trơ

T

t t V C

Q h Ig ig ig s w

3600

2

−

(1.2) Trong đó:

−CIg Nhiệt dung riêng của khí trơ J/kg 0C;

−γig Khối lượng riêng của khí trơ kg/m3;

−V Dung tích khoang dằn m3;

−tig Nhiệt độ khí trơ trung bình trong các vùng của khoang dằn, tig = tf20C

3.2.2.3 Tổn thất nhiệt cho việc gia nhiệt cho hàng từ nhiệt độ nhận thấp nhất tới nhiệt

độ bảo quản

T

t t G C

Q h c c

3600

1 2

Trong đó:

−Gc Khối lượng hàng kg;

−Cc Nhiệt dung riêng của hàng J/kg 0C

3.2.2.4 Tổn thất nhiệt từ khoang hàng cho môi trường ngoài

Đáy đôi mạn kép cho mỗi khoang hàng có chiều dài 23,82m và chúng có kết cấu mặt cắt ngang biểu diễn trong hình 4 và là mô hình tính toán tổn thất nhiệt

Mạn kép có 3 sàn dọc cạnh, chia mạn kép ra làm 4 không gian có đặc trưng nhiệt động học khác nhau và được biểu diễn ở hình 5

Hình 5.Mô hình tính toán tổng quát cho mạn kép

Số lượng nhiệt truyền qua vách có cánh trong trường hợp tổng quát:

Cho vách trong:

2 2 1 1

1

2 1

1

1

F F

F

t t

αλ

2

2

1

1

F F

F

t t

αλ

δ

−

Trong đó:

- tf1 Nhiệt độ trung bình tính toán của dầu hàng 0C;

- tf2 Nhiệt độ trung bình tính toán của khí trơ 0C;

- tsw Nhiệt độ của nước biển ở điều kiện tính 0C;

hoặc ta Nhiệt độ của khí trời ở điều kiện tính 0C;

- tw1 Nhiệt độ mặt trong của vách trong tiếp xúc với dầu hàng 0C;

- t′ Nhiệt độ mặt ngoài của vách trong tiếp xúc với khí trơ w1 0C;

- tw2 Nhiệt độ mặt trong của vách ngoài tiếp xúc với khí trơ 0C;

- t′w2 Nhiệt độ của mặt ngoài của vách ngoài tiếp xúc với môi trường 0C;

-α1 Hệ số trao nhiệt từ dầu hàng cho vách trong W/m2 0C;

- α2 Hệ số trao nhiệt của vách trong cho khí trơ W/m20C;

- α3Hệ số trao nhiệt của vách ngoài cho nước biển (hoặc không khí) W/m2 0C;

2 1 2

11

t t F

Lượng nhiệt qua vách ngoài:

2 3 3 2

2 2

11

t t F

2 3 3 2

2 2

1 1

t t F

3.2.2.4.1 Tổn thất nhiệt qua vùng 1

Vùng 1 là không gian giới hạn bởi giữa sàn dọc 1, vách trong, một phần boong chính

và mạn khô (vách ngoài) Phần mạn khô F3,1 luôn luôn nằm trên đường mớn nước có tải của tàu Vùng 1 được biểu diễn ở hình 6

Hình 6.Mô hình tính toán tổn thất nhiệt ở vùng 1

Từ công thức (3.2) số lượng nhiệt truyền qua vách F3,1 và F’3,1 được xác định:

t t F F

Q

n

a f n

′+

′++

−

′+

=

( 2,1 2,1)

1 , 3 1 , 3 1 , 3

1 , 2 1 , 2 2 1

1

F F

F F

F F

Q t t

n

n a

′++

1 , 2 2 1 2

1

F F

F Q

′ +

′ + +

=

−

1 , 2 1 1 , 1

1 , 2 2 1 , 2 1 , 2 1 , 3 1 , 3 1 , 3

1 , 2 1 , 2 2 1 1

1 1 1

1 1

.

1

F F

F F

F F

F

F F Q

t t

n

n a

1

1 1 1

ν

( 1 1)

1 , 1 1

+

′+

−

=

−

2 1 , 2 1 , 3 1 , 3 1 , 3 2 1 , 2 1 , 2

3

1

4 1 1 1 , 1 1

11

175

,

0

αα

α

t t F C t

t

n f

w f a

Giải phương trình (3.4) ta tìm được tw1 và thay vào Q1 =α1F1 , 1(t f1−t w1) tìm được tổn thất nhiệt Q1 qua vùng 1 Nhiệt độ thành ngoài tw2 được tính:

(F F ) (t w t a)

Q1 =α3,1 3,1+ 3′,1 2 −

( 3,1 3,1)

1 , 3

1

Q t

t w a

′++

=

Trong (3.4); (3.5) các đại lượng được xác định như sau:

- tf1 là nhiệt độ trung bình của dầu hàng:

H K

t

3

13

αC = 5,3C1 W/m20C

Hệ số trao nhiệt bức xạ:

1

4 4

0

100100

C T

T

T T

C

f w

f w

+ Tf, Tw là nhiệt độ tuyệt đối lớp khí và nhiệt độ thành vách;

+ C0 = 4,96kcal/m2h 0Khệ số bức xạ của vật thể có độ đen tuyệt đối;

+ ε độ đen tương đối của vách thép bị ôxi hoá [1]

Trong tính toán thực tế có thể bỏ qua ảnh hưởng sự thay đổi nhiệt độ của thành vách đến hệ số trao nhiệt bức xạ mà vẫn đảm bảo độ chính xác: αR ≈ αC

– α3,1 hệ số trao nhiệt của vách ngoài cho không khí;

α3,1 = 2.(5,3 + 3,6va)C1 W/m20C Khi va≤ 5m/s với va = 1,5vs m/s và

α3,1 = 2.6,2va0,78C1 W/m20C Khi va> 5m/s

– ta = –100C nhiệt độ tính toán của không khí;

– νf1: Độ nhớt động học của dầu hàng ở nhiệt độ tf1 m2/s

Phương trình (3.4) luôn có 1 nghiệm duy nhất Thật vậy, gọi vế phải là hàm U(tw1)

và vế trái là F(tw1), ta có:

1

1 1 2

1 , 2 1 , 3 1 , 3 1 , 3 2 1 , 2 1 , 2 1 , 1 1 1

11

1

f

w f w

t t F

F F F

F F C dt

dU

να

αα

+

′+

−

=

o dt

01

với mọi tw1 thuộc ta ≤ tw1 ≤ tf1

Do U(ta) > F(ta) và U(tf1) < F(tf1) và các hàm F đơn điệu tăng, U đơn điệu giảm nên phương trình (3.4) có một nghiệm duy nhất Do phương trình (3.4) là phương trình vô tỷ nên giải nó có thể bằng phương pháp đồ thị

3.2.2.4.2 Tổn thất nhiệt qua vùng 2

Vùng 2 được giới hạn theo phương ngang bởi 2 thành của mạn kép và theo phương đứng là sàn dọc 1, sườn dọc 2 Khi tàu chở đầy hàng đường nước đầy tải của tàu nằm trên vách ngoài của mạn kép Nó được biểu diễn trong hình 7

Hình 7.Mô hình tính toán tổn thất nhiệt ở vùng 2

Từ phương trình (3.1) ta suy ra:

α

F Q t

2 , 2

2 2 , 2

2 1 , 3 2 , 3

2 , 2

2 2 , 2

.1

1

αα

t t F F

F

t t F

2

2 2 , 2 2

2 2 , 2

R

t t F R

t t

−

′

=

Với

2 1 , 3 2

2

2 , 2 2

2 , 2

F t t

t R

F R

2 , 2 2

2 , 2 2

F R

F t Q t

Từ (3.6) và (3.7) suy ra:

1 2

2 , 2 2

2 , 2 2

2 , 2 1

2

2 , 2 2

2 , 2 1 2 , 1 2 2 , 2 2

=

−

R

F R

F R

F t R

F R

F F

F Q t

αα

Thay Q2 =α1F1,2(t f1−t w1) và 3

1

1 1 1

ν

2 , 1 1 2

2 , 2 2

2 , 2 2 2 , 2

3

1

4 1 1 1 1

2 , 2

2 , 2 2

2 , 2 2

2 , 2

75,

R

F R

F F

t t C R

F R

F R

F t

t

t

f

w f sa

(3.8) Giải phương trình (3.8) tìm được tw1, thay vào Q2 =α1F1,2(t f1−t w1) tìm được tổn thất nhiệt qua vùng 2 và nhiệt độ thành ngoài ở vùng 2 là:

(3,32,1 3,2 3,2 3,23),2 3,2

1 , 3 2

t F t

t F Q

−

′+

=

αα

αα

Trong công thức trên hệ số trao nhiệt giữa vách ngoài của mạn kép với nước biển được xác định bằng thực nghiệm [1]

( )0 , 2 2 , 3

8 , 0 1 2

α

F Q t

α

F Q t

=

−

3 , 3 3 , 3 2 3 , 2 1 3 , 1 3

αα

F Q t

t f sw