thiết kế thiết bị làm việc có áp suất

Áp suất trong Debutanizer được điều khiển bởi PIC-745 bằng cách by-pass một phần hơi đỉnh qua thiết bị trao đổi nhiệt đến bình reflux drum D-1554.. Một phần chất lỏng được hồi lưu lại th

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

CƠ SỞ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ HÓA CHẤT

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ THIẾT BỊ LÀM VIỆC CÓ ÁP SUẤT

GVHD: Lý Ngọc Minh

Nhóm thực hiện: số

Lớp học phần: 220402202

Thành phố Quảng Ngãi – 2010

DANH SÁCH NHÓM

Gồm 3 thành viên:

1 Nguyễn Mạnh Tuấn(NT) 09027995

2 Phan Anh Tuấn 09028165

3 Phùng Anh Tú 09028145

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Thuyết minh sơ đồ công nghệ tháp debutanizer.

Debutanizer tách LPG từ gasoline.

Phần lỏng ở đáy của stripper được đưa tới đĩa 22 của Debutanizer Hơi ở đỉnh được ngưng tụ hoàn toàn trong condenser Áp suất trong Debutanizer được điều khiển bởi PIC-745 bằng cách by-pass một phần hơi đỉnh qua thiết bị trao đổi nhiệt đến bình reflux drum D-1554 Lỏng ngưng tụ được bơm khỏi bằng bơm Một phần chất lỏng được hồi lưu lại tháp bằng bộ điều khiển FIC-721 được reset bởi TIC-754 trên đĩa thứ

8 ở phần đỉnh của tháp Dòng hồi lưu này kiểm soát tiêu chuẩn thành phần C 5 trong sản phẩm đỉnh Phần còn lại của chất lỏng đỉnh, sản phẩm LPG, được đưa tới LPG amine absorber T-1556 sau khi làm lạnh tại E-1562, lưu lượng được điều khiển bởi bộ FIC-723 reset bằng LIC-742.

Tháp được gia nhiệt lại bằng reboiler E-1560A/B Nhiệt cung cấp cho reboiler lấy từ dòng pumparound HCO trong cụm Fractionation Công suất của reboiler được thiết lập để đảm bảo thành phần C4 trong gasoline đạt yêu cầu (Dòng HCO PA đến E-1560A/B được điều khiển bằng FIC-722).

Gasoline từ đáy tháp trước tiên được làm lạnh tại stripper reboiler E-1556 và sau đó tại air cooler E-1558 và cuối cùng tại E-1559 Một phần gasoline được bơm bởi P-1554A/B đến primary absorber như là dòng lean oil bổ sung khi có yêu cầu Phần sản phẩm gasoline còn lại đưa đến phân xưởng xử lý gasoline (gasoline treating unit), với lưu lượng được điều khiển bởi bộ FIC-715, reset bởi bộ điều khiển mức LIC-736 Trong trường hợp Maximum Gasoline, dòng heavy naphtha từ cụm Fractionation sẽ được trộn chung với dòng này.

Số liệu thiết kế

Bể chứa LPG có thể tích 20m3, làm việc ở áp suất 11kg/cm2g và nhiệt độ

400C

I. Tính kích thước của bình chứa.

Tính toán khối lượng riêng của LPG ở 400C

Mặc định thành phần của LPG bao gồm 50% C3 và 50%C4

Tra bảng …(sổ tay hóa công tập I)

Kết luận khối lượng riêng của LPG là 567, kg/m3

Chọn loại bình chứa là loại hình trụ đặt nằm ngang, hai đầu là loại nắp hình elip

Với thể tích chứa là 20 m3 ta chọn đường kính trong của bình là Dt = 2m Vậy chiều dài của bình là:

37 6 2

*

20

* 4

*

*

4

2





 d

V

Chọn chiều dài L = 8, m

- P áp suất tính toán, N/m2

P = Pmt + Ptt

Pmt = 11kg/cm2g = 11*9.81*104 N/m2

Ptt = 2*567*9.81 = 11124 N/m2

P = 11*105 N/m2=1.1 N/mm2

- [σ] là giới hạn bền của vật liệu làm vỏ bình, N/m2

Chọn vật liệu làm vỏ bình là thép cacbon CT3 có các ứng suất cho phép là

σk = 380.106 N/m2, v à σc = 380.106 N/m2

 Xác định ứng suất của thép CT3+

Theo công thức [I-XIII.1] và bảng [I-XIII.3] ta có

+ Giới hạn bền xác định theo công thức:

  6 1 146 * 10 6

6 2

10

* 380

 



k

k k

+ Giới hạn chảy xác định theo công thức:

  6 1 160 * 10 6

5 1

10

* 380

 



c

c

Ta lấy giá trị bé hơn trong hai giá trị vừa tính được do đó ứng suất của thép cacbon CT3 là:

[σ] = [σk] = 146*106 N/m2

- φ hệ số bền hàn Tra bảng [I-XIII.8] ta có hàn tay bằng hồ quang điện, hàn giáp mối hai bên do đó φ = 0.95

II. Tính chiều dày của bình

II.1 Tính chiều dày sơ bộ

Bình làm việc dưới áp suất môi trường là pmt = 11 kg/cm2g

Bước 1: Kiểm tra điều kiện để áp dụng công thứctính bề dày tối thiểu:

  146

0.95 126 25 1.1

h P







Từ (1) ta áp dụng công thức tính bề dày tối thiểu

 

/

2

t

h

D P

S

  





Thay số, chiều dày tính toán của thân bồn là:

 

7.93

2 146 0.95 2

t

h

D P

S

  

Bước 3: Xác định hệ số bổ sung

0

C C C C C

- Hệ số bổ sung do ăn mòn (Ca): LPG hầu như không ăn mòn thép làm bồn chứa, tuy nhiên đẻ dự phòng có lẫn tạp chất ăn mòn thép tốc độ ăn mòn có thể lấy 0.02mm/năm Tuổi thọ của bồn dự tính 100 năm Vậy hệ số bổ sung

ăn mòn là:

Ca=0.02/100 = 2(mm)

- Hệ số bỏ sung mài mòn (Cb): do bồn chứa LPG có dòng liên tục do đó ta chọn tốc độ ăn mòn là:

Cb=0.02x100 = 2(mm)

- Hệ số bổ sung sai lệch khi chế tạo, lắp ráp: chọn Cc= 0(mm)

- Hệ số qui tròn kích thước: C0=1.07(mm)

Vậy C = 2+2+0+1.07 = 5.07 (mm)

Bước 4: xác định bề dày thân thiết bị

/

7.93 5.07 13( )

Bước 5: Kiểm tra điều kiện

0.1

a

S C

Dt



Thay số: 13 2 0.0055 0.1

2000

a

S C

Dt

Vậy điều kiện (2) hoàn toàn thỏa mãn

Bước 6 kiểm tra áp suất cho phép trong thân thiết bị

 

S C P

  



1.51( / )

S C

  

Áp suất cho phép P= 1.51(n/mm2) > Ptính toán=1.1(N/mm2)

Vậy thân thiết bị có chiều dày 13 mm đảm bảo an toàn ở áp suất và nhiệt độ làm việc

III. Tính chiều dày phần elip ở hai đầu của bình.

Hình 1: phần elip ở hai đầu bình Với đường kính trong Dt = 2000 mm, theo bảng [I-XIII.10] ta chọn các kích thước liên quan như sau:

III.1 Tính chiều dày sơ bộ hai đầu của bình

Bước 1: Kiểm tra điều kiện để áp dụng công thứctính bề dày tối thiểu:

  146

0.95 126 25 1.1

h P







Từ (3) ta áp dụng công thức tính bề dày tối thiểu

 

/

2

h

D R

S

  





Thay số, chiều dày tính toán của thân bồn là:

 

7.93

2 146 0.95 2

t h

P R

S

  

Bước 3: Xác định hệ số bổ sung

0

C C C C C

- Hệ số bổ sung do ăn mòn (Ca): LPG hầu như không ăn mòn thép làm bồn chứa, tuy nhiên đẻ dự phòng có lẫn tạp chất ăn mòn thép tốc độ ăn mòn có thể lấy 0.02mm/năm Tuổi thọ của bồn dự tính 100 năm Vậy hệ số bổ sung

ăn mòn là:

Ca=0.02/100 = 2(mm)

- Hệ số bỏ sung mài mòn (Cb): do bồn chứa LPG có dòng liên tục do đó ta chọn tốc độ ăn mòn là:

Cb=0.02x100 = 2(mm)

- Hệ số bổ sung sai lệch khi chế tạo, lắp ráp do có độ khó nên chọn Cc= 1(mm)

- Hệ số qui tròn kích thước: C0=1.07(mm)

Vậy C = 2+2+1+1.07 = 6.07 (mm)

Bước 4: xác định bề dày thân thiết bị

Bước 5: Kiểm tra điều kiện

0.125

a

S C

Dt



2000 4

t t

h

Vậy các điều kiện đã thỏa mãn

Bước 6: kiểm tra áp suất 2 đáy bồn:

Từ công thức: 2   ( ) 2 146 0.95 (14 2) 1.65

S C P

Lớn hơn áp suất tính toán P= 1.1(N/mm2)

Kết luận: chiều dày 2 đáy bồn chứa lá 14 mm đảm bảo an toàn ở áp suất và nhiệt độ làm việc

Với chiều dày nắp là S =14 mm, tra bảng [I-XIII.11] ta có khối lượng phần nắp bình là Mn = 512, kg

Tính điều kiện khoét lỗ trên thân bồn chứa

Các thiết bị đường ống lắp vào bồn theo phương pháp hàn

a Các lỗ nhập, xuất, vét bồn ở đáy bồn

Theo quy trình yêu cầu công nghệ drum có các đường sau:

 Đường nối dòng công nghệ đầu vào Φ = 400 mm

 Đường nối dòng công nghệ đầu ra Φ = 350 mm

 Lỗ ống gắn van an toàn Φ = 150

 Đường xả khí khi vệ sinh: Φ = 200 mm

 Và một số đường vét bồn đặt ở vị trí thấp nhất của bồn Φ = 20 mm

b Xác định đường kính lớn nhất của lỗ không cần tăng cứng

Từ công thức:

Trong đó K: hệ số kể đến độ bền của thân, được xác định như sau

 

1.1 2000

0.5975 (2.3 ) ( ) (2.3 1.46 1.1) (13 2)

t

P D

K

Ta có:

3 3

ax 0.37 ( ) (1 ) 0.37 2000 (13 2) (1 0.5975) 9.580 9.6 ( )

Vậy tất cả các lỗ ống cần phải tăng cứng bằng bạc lót

 Đường nối dòng công nghệ đầu vào Φ = 400 mm

ống được hàn trực tiếp vào bồn, được tăng cứng bằng vòng tăng cứng có

chiều dày 13 mm và bề rộng bằng: B = 2d =2 X 400 = 800 mm

Kiểm tra độ bền của vòng tăng cứng bằng công thức sau:

ax

S B d  S d d

Trong đó Sn: chiều dày vòng tăng cứng

B: chiều rộng vòng

S: chiều dày thân thiết bị

dmax: đường kính giới hạn tăng cứng 9.6 mm

Thay số ta có: 13 X (800-400) ≥ 13 X (400 – 9.6)

400 > 390.4 Vậy độ bền tăng cứng thỏa mãn điều kiện, an toàn

 Đường nối dòng công nghệ đầu ra: Φ = 350 mm

Tương tự ta có: B=2d = 2 x 350 = 700 mm

Kiểm tra độ bền của vòng tăng cứng:

ax

S B d  S d d = 13 x (700-350) ≥ 13 x (350 – 9.6)

350 > 340.4

Vậy độ bền tăng cứng thỏa mãn điều kiện, an toàn

 Lỗ ống gắn van an toàn Φ = 150 mm

Tương tự ta có: B=2d = 2 x 150 = 300 mm

Kiểm tra độ bền của vòng tăng cứng:

ax

Vậy độ bền tăng cứng thỏa mãn điều kiện, an toàn

 Đường xả khí khi vệ sinh: Φ = 200 mm

B=2d = 2 x 200 = 400 mm

Kiểm tra độ bền của vòng tăng cứng:

ax

S  B d   S d d = 13 x 200 > 13 x 190.4

Vậy độ bền tăng cứng thỏa mãn điều kiện, an toàn

 Đường vét bồn đặt ở vị trí thấp nhất của bồn Φ = 20 mm B=2d = 2 x 20 = 40 mm

Kiểm tra độ bền của vòng tăng cứng:

ax

S B d  S d d = 13 x 20 > 13 x 10.4

Vậy độ bền tăng cứng thỏa mãn điều kiện, an toàn

IV. Chọn mặt bích

Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của của thiết bị cũng như nối các bộ phận khác với thiết bị

Công nghệ chế tạo mặt bích phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo mặt bích, phương pháp nối và áp suất của môi trường

Có nhiều kiểu mặt bích chủ yếu như: bích liền, bích tự do, bích rèn…

IV.1 Các loại đường nối với bình.

Đường ống lắp van an toàn Φ =150mm

Đường xả khí khi vệ sinh Φ = 200 mm

Đường nối dòng công nghệ đầu ra Φ = 350 mm

Đường nối dòng công nghệ đầu vào Φ = 400mm

Và một số đường 20 mm dùng để xả khi vệ sinh bình được đặt ở dưới đáy thấp nhất của bình

Đối với kích thước của các đường ống trên, ta chọn các loại bích liền bằng thép để nối ống dẫn và các bộ phận của thiết bị

Theo bảng [I-XIII.26] chọn bích loại 2

Hình 2 Bích nối các đường ống công nghệ Tra bảng [I-XIII.26] với áp suất thử P và các đường kính lỗ tương ứng thì ta

có các kích thước của mặt bích và thông số về bulong như trong bảng sau:

Py

N/m2

Dy

mm

Dn

mm

D mm

Dt

mm

Dl

mm

db

mm

z cái

D7

mm

S1

mm

h mm

IV.2 Cửa người

Cửa người dùng trong quá trình duy tu bảo dưỡng thiết bị Cửa người phải

có kích thước đủ lớn để một người có thể chui vào được

Chọn kích thước của cửa người là H=600 mm Theo bảng [I-XIII.27] chọn loại bích kiểu số 1

Hình 3 Bích dùng cho cửa người Tra bảng [I-XIII.27] với áp suất thử P và đường kính lỗ tương ứng thì ta có các kích thước của mặt bích cũng như thông số về bulong như trong bảng sau:

Tính toán phần cửa người chui:

Cửa người chui có đường kính d=600 mm dùng vòng tăng cứng có chiều dày bằng chiều dày thân thiết bị: Sn=13 mm

Chiều rộng: B = 2d = 2 x 600 = 1200 mm

Kiểm tra độ bền của vòng tăng cứng:

ax

S  B d   S d d = 13 x 600 > 13 x 590.4

Vậy độ bền tăng cứng cho cửa người thỏa mãn điều kiện, an toàn

Tính bich phẳng cho cửa người:

Dùng bích phẳng để bít kín cửa người chui

Dn C

A

Bề dày bich phẳng được tính

 

2

n

d







Trong đó l là cánh tay đòn

775 (600 13)

81( )

n

C D

Chân đỡ thiết bị.

Thường người ta không đặt trực tiếp thiết bị lên bệ mà phải có tai treo hay chân đỡ

Hình 4 Một kiểu của chân đỡ thiết bị hình trụ nằm ngang

Ta sẽ đặt bình trên hai chân đế ở hai đầu bình

Tổng tải trọng đặt lên chân đế bao gồm:

Trọng lượng bản thân của bình

Trọng lượng phần LPG chứa trong bình

IV.3 Tính khối lượng của bản thân bình:

Khối lượng của bình là:

M = Mn + Mt + Mbx, kg

Trong đó

Mn là khối lượng hai đầu bình hình elip,

Mn = 2*512 = 1024 kg

Mt khối lượng phân thân bình, kg

Mt = 3.14*(20102 – 20002)*8000*7.85*10-5/4

Mt = 1976, kg

Mbx khối lượng bổ xung, có kể đến khối lượng bích, cửa người, bulong…, kg Chọn Mbx = 500, kg

Do đó: M = 876 + 500 + 1976 = 3352, kg

IV.4 Tính khối lượng của LPG chứa trong bình:

Mlpg = 20*0.567*103 = 11340, kg

Vậy tổng tải trọng đặt lên chân đế là:

M = 3352 + 11340 = 14692, kg

Tải trọng đặt lên một chân đế là:

Md = M/2 = 7346, kg

Tra bảng [I-XIII.37] ta có các kích thước liên quan