Tính toán thiết kế hệ thống bồn chứa dầu FO cung cấp cho nồi hơi năng suất 5 tấn/giờ của một nhà máy sản xuất mì ăn liền

Tính toán thiết kế hệ thống bồn chứa dầu FO cung cấp cho nồi hơi năng suất 5 tấn/giờ của một nhà máy sản xuất mì ăn liền

MỤC LỤC

Trang

Ý NGHĨA KINH TẾ, KỸ THUẬT CỦA ĐỒ ÁN 4

CHƯƠNG I : DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT 5

1.1 Giới thiệu chung về dầu FO 5

1.1.1 Các chỉ tiêu xác định chất lượng của dầu FO 5

1.1.2 Chỉ tiêu kĩ thuật của dầu FO theo tiêu chuẩn Việt Nam 9

1.2 Sơ đồ của hệ thống bồn chứa dầu FO 13

CHƯƠNG II: NỘI DUNG TÍNH TOÁN 14

2.1 Tính toán lưu lượng dầu FO để cung cấp cho bộ đốt nồi hơi 14

2.2 Tính toán các thông số kỹ thuật của xitec 14

2.2.1.Thiết kế phần hình trụ của xitec 14

2.2.2 Thiết kế nắp xitec 17

2.2.3 Kiểm tra độ bền của xitec theo ứng suất uốn gây ra do trọng lượng xitec và cả dầu 19

2.2.4 Chọn bệ đỡ 22

2.2.5 Tính neo và bích cho xitec 24

2.3 Thiết kế bể chứa trung gian 25

2.3.1 Tính chiều dài phần trụ của bể trung gian 25

2.3.2 Thiết kế nắp bể 26

2.3.3 Thiết kế thân bể 27

2.3.4 Thiết kế đáy bể 28

2.3.5 Tổng chiều dài bể trung gian 29

2.3.6.Chọn bích cho bể trung gian 29

2.4.Các thiết bị phục vụ cho hệ thống bồn chứa 30

2.4.1 Chọn bơm để bơm nhiên liệu từ bể trung gian vào bộ đốt nồi hơi 30

2.4.2 Chọn bơm để bơm nhiên liệu từ xitec vào bể chứa trung gian 31

CHƯƠNG III: CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 34

3.1 Hệ thống van 34

3.1.1 Van chặn 34

3.1.2 Van cổng hay van cửa 35

3.1.3 Van cầu 36

3.2 Hệ thống xả 37

3.3 Dụng cụ đo 37

3.3.1 Thiết bị đo nhiệt độ 38

3.3.2 Thiết bị đo mức chất lỏng 38

3.4 Các thiết bị hỗ trợ khác 39

3.4.1 Cửa người 40

3.4.2 Bích nối 40

3.4.3 Đê chắn lửa 40

3.4.4 Hệ thống làm mát 40

3.4.5 Hệ thống chống tĩnh điện 41

3.4.6 Thiết bị phát hiện rò rỉ 41

3.4.7 Hệ thống phòng cháy, chữa cháy 41

KẾT LUẬN 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay việc sử dụng sản phẩm từ dầu mỏ làm nguồn nhiên liệutrong sản xuất công nghiệp đã trở nên phổ biến Đặc biệt là ở một đất nước

có nền kinh tế đang phát triển như Việt Nam Vì vậy việc thiết kế và bố trí

hệ thống tồn trữ nhiên liệu trong một khu công nghiệp hay một nhà máy,phân xưởng là điều cần thiết để có thể đảm bảo cho quá trình sản xuất diễn

ra một cách liên tục và có thể chủ động được trong một số trường hợp khixảy ra sự cố Đồ án môn học “ Quá trình và thiết bị trong CNHH và ThựcPhẩm” sau chúng em xin trình bày đề tài “Tính toán thiết kế hệ thống bồnchứa dầu FO cung cấp cho nồi hơi năng suất 5 tấn/giờ của một nhà máy sảnxuất mì ăn liền”

Nhóm thực hiện đồ án chúng em xin chân thành cảm ơn Ban GiámHiệu trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu, cảm ơn các thầy cô trong KhoaHóa học & Công nghệ thực phẩm đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất chochúng em thực hiện đồ án này Đặc biệt chúng em xin gởi lời cảm ơn chânthành đến Th.S Trần Quang Quới, thầy đã nhiệt tình chỉ bảo, giúp đỡ chúng

em hoàn thành đồ án này

Qua quá trình tìm hiểu tài liệu và được sự hướng dẫn của thầy giáohướng dẫn chúng em đã thiết kế được hệ thống bồn chứa dầu cung cấp chonhà máy sản xuất mì ăn liền và có thể ứng dụng trong thực tiễn Với sự hạnchế về kiến thức thực tế nên không thể tránh khỏi những sai sót nhất định.Chúng em rất mong nhận được sự góp ý của các Thầy (Cô) giáo trongKhoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm để bài báo cáo được hoàn thiệnhơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Ý NGHĨA KINH TẾ, KỸ THUẬT CỦA ĐỒ ÁN

Đồ án “Tính toán thiết kế hệ thống bồn chứa dầu FO cung cấp cho nồihơi năng suất 5 tấn/giờ của một nhà máy sản xuất mì ăn liền” là một đồ án

có tính ứng dụng cao trong thực tiễn Việc đi từ lý thuyết đến thiết kế đồ án

và đưa vào ứng dụng trong thực tế cho thấy rõ những ý nghĩa về mặt kinh

tế kĩ thuật của đồ án trong việc đảm bảo được việc tồn trữ nhiên liệu chonhà máy cả về mặt kinh tế cũng như kĩ thuật Để có thể thiết kế hợp lý hệthống bồn chứa dầu nhiên liệu cho nhà máy sản xuất mì ăn liền, trước hếtngười thiết kế phải hiểu rõ về tính chất hóa lý của nhiên liệu cần tồn trữ,điều kiện làm việc của bồn chứa để lựa chọn loại vật liệu chế tạo thích hợp,tính toán đủ bền cho bồn chứa, tùy theo năng suất thực tế của nhà máy lựachọn thiết bị cần cung cấp nhiên liệu hợp lí Ngoài ra việc thiết kế các thiết

bị phụ trợ đi kèm như bơm, van, hệ thống ống dẫn…, chú ý đến tính phòngchống cháy nổ, bố trí hợp lí các bồn chứa sao cho diện tích và không gianchiếm chỗ là ít nhất, cũng hết sức cần thiết để hệ thống sản xuất hoạt độngmột cách liên hoàn và đảm bảo an toàn Đồ án được thực hiện thể hiện quátrình đi từ lý thuyết sang ứng dụng thực tế của người thiết kế và đặc biệtcần thiết với sinh viên các ngành công nghệ Hóa học trong quá trình họctập và công việc tương lai

CHƯƠNG I DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT

1.1 Giới thiệu chung về dầu FO

Dầu FO hay còn gọi là dầu mazut, là phân đoạn nặng thu được khichưng cất dầu thô parafin và asphalt ở áp suất khí quyển và trong chânkhông Các dầu FO có điểm sôi cao

Trong kĩ thuật đôi khi người ta còn chia thành dầu FO nhẹ và FOnặng Vì thế, các đặc trưng hoá học của dầu mazut có những thay đổi đáng

kể nhưng không phải tất cả các đặc trưng này ảnh hưởng tới việc sử dụngchúng làm nhiên liệu và các kỹ thuật sử dụng để đạt hiệu quả cao

1.1.1 Các chỉ tiêu xác định chất lượng của dầu FO

a Hàm lượng lưu huỳnh

Nhiên liệu đốt lò thường chứa một lượng lưu huỳnh khá lớn, nồng độ của nó thay đổi tuỳ theo loại

Lưu huỳnh tồn tại trong nhiên liệu đốt lò dưới nhiều dạng khác nhau,thông thường là dưới dạng các hợp chất sulfua, disulfua hay dưới dạng divòng Khi bị đốt cháy lưu huỳnh sẽ chuyển thành SO2, khí này cùng vớikhói thải sẽ được thoát ra ngoài, trong thời gian này chúng có thể tiếp xácvới oxy để chuyển một phần thành khí SO3 Khi nhiệt độ của dòng khí thảixuống thấp thì các khí này sẽ kết hợp với hơi nước để tạo thành các axittương ướng, đó chính là các axit vô cơ có độ ăn mòn các kim loại rất lớn.Thực tế thì các axit sulfuaric sẽ gây ăn mòn ở nhiệt độ thấp hơn 100 ÷

150oC, còn axit sulfuarơ chỉ gây ăn mòn ở nhiệt độ thấp hơn 40 ÷ 50oC

Để hạn chế sự ăn mòn này thì người ta thường dùng các phương phápsau

- Dùng nhiên liệu đốt lò có hàm lượng lưu huỳnh thấp

- Giảm lượng không khí thừa trong dòng khí

- Gửi cho bề mặt trao đổi nhiệt lớn hơn nhiệt độ điểm sương củacác khí

- Dùng một số kim loại hoặc oxyt kim loại (MgO, CaO) để chuyển

SO2 thành các hợp chất không ăn mòn

CaO + SO2 + 1/2O2 = CaSO4

- Phương pháp này vừa giảm được ăn mòn vừa giảm ô nhiễm môitrường do SO2, SO3 trong khói thải

Ngoài vấn đề ăn mòn thì khi hàm lượng lưu huỳnh càng cao càng làmgiảm nhiệt trị của nhiên liệu đốt lò

b Độ nhớt

Cũng giống như nhiên liệu Diesel hay nhiên liệu phản lực, trước khi bịđốt cháy nhiên liệu được phun ra dưới dạng các hạt sương, từ các hạt sươngnày nhiên liệu sẽ bay hơi tạo với không khí hỗn hợp cháy Quá trình bayhơi nhanh hay chậm phụ thuộc nhiều vào bản chất của nhiên liệu, kíchthước của các hạt sương dầu khi phun ra

Ở gốc độ của độ nhớt thì ảnh hưởng của nó như sau: khi độ nhớt lớnthì kích thước của các hạt sương phun ra lớn, động năng của nó lớn nênkhông gian trộn lẫn của nhiên liệu với không khí lớn Tuy nhiên khi kíchthước của các hạt lớn thì khả năng bay hơi để tạo hỗn hợp cháy sẽ kém,điều này sẽ làm cho quá trình cháy không hoàn toàn, làm giảm nhiệt cháy

và thải ra nhiều chất gây ô nhiễm cho môi trường

Ngoài ảnh hưởng đến quá trình cháy thì khi độ nhớt lớn sẽ làm tăng trở lực ma sát trong hệ thống bơm

c Tỷ trọng

Tỷ trọng là một đại lượng rất quan trọng đối với nhiên liệu đốt lò bởi

nó liên quan đến bản chất của nhiên liệu, độ nhớt, độ bay hơi nghĩa là nóliên quan đến quá trình cháy của nhiên liệu, tất cả những vấn đề này ta đã

đề cập đến ở trên

Ngoài ra, trong quá trình xử lý nhiên liệu, người ta tách loại nước bằngphương pháp ly tâm do đó yêu cầu tỷ trọng của nhiên liệu và nước phảikhác nhau để đảm bảo cho quá trình tách loại có hiệu quả Trong quá trìnhvận chuyển hay tồn chứa thì nước thường lẫn vào trong nhiên liệu, khi sựchênh lệch tỷ trọng của hai loại này lớn sẽ giúp cho quá trình lắng táchnước cũng tốt hơn.

d Hàm lượng nước

Nước không phải là thành phần của dầu mỏ nhưng nó luôn có mặttrong dầu thô hay trong tất cả các sản phẩm của dầu mỏ Sự có mặt củanước luôn gây ra những tác hại nhất định Nước có mặt trong dầu thô haycác sản phẩm có thể từ các nguồn gốc sau

- Trong dầu thô ban đầu nhưng không tách loại hết trong quá trình xử lý

+ Hiện tượng xâm thực,

+ Quá trình bay hơi lớn dẫn đến hoạt động của mỏ đốt không bình thường,

+ Sự có mặt của nước sẽ gây rỉ trong bảo quản

e Cặn Carbon

Để đánh giá khả năng tạo cặn, người ta thường sử dụng tiêu chuẩn đặctrưng là độ cốc hoá, tùy theo phương pháp tiến hành xác định cặn mà cặnthu được gọi là cặn carbon conradson hoặc cặn carbon rabostton Hàmlượng cặn cacbon conradson trong dầu nhiên liệu đốt lò thường dao động

từ 5-10% khối lượng, có khi lên đến 20% khối lượng Tỷ lệ cao cặn cacbon

conradson trong nhiên liệu đốt lò cao luôn luôn gây trở ngại cho quá trìnhcháy, làm tăng hàm lượng bụi của các chất thải rắn trong dòng khí thải.

f Hàm lượng tro

Các hợp chất cơ kim và muối có trong dầu mỏ đều tập trung đa phần ởdầu cặn, khi đốt nó biến thành tro Tro có nhiều trong nhiên liệu đốt lò sẽ làm giảm hiệu quả sử dụng như gây tắc ghi lò, làm giảm khả năng truyền nhiệt của lò, ở nhiệt độ cao một số kim loại như Vanadi có thể kết hợp với Sắt để tạo ra những hợp kim tương ứng có nhiệt độ nóng chảy thấp do đó

dễ dẫn đến sự thủng lò

g Nhiệt trị

Nhiệt trị là một chỉ tiêu chất lượng quan trọng của nhiên liệu đốt lò.Thường thì nhiệt trị của nhiên liệu đốt lò khác cao (>10000 cal/g) đâychính là một trong những yếu tố chính làm cho nhiên liệu đốt lò được sửdụng rộng rãi trong công nghiệp Nhiệt trị này phụ thuộc vào thành phầnhoá học Nếu trong thành phần nhiên liệu đốt lò càng có nhiều hydrocacbonmang đặc tính parafinic, càng có ít hydrocacbon thơm nhiều vòng và trọnglượng phân tử càng bé thì nhiệt năng của chúng càng cao Những thànhphần không thuộc loại hydrocacbon trong dầu cặn cũng có ảnh hưởng rấtlớn đến nhiệt trị của nó Các hợp chất lưu huỳnh trong dầu mỏ tập trungchủ yếu vào dầu cặn Sự có mặt của lưu huỳnh đã làm giảm bớt nhiệt năngcủa dầu cặn, khoảng 85 kcal/kg tính cho 1% lưu huỳnh

h Điểm chớp cháy

Cũng giống như những sản phẩm phẩm dầu mỏ khác, đối với nhiênliệu đốt lò thì điểm chớp cháy cũng đặc trưng cho mước độ hoả hoạn củanó

Ngoài những chỉ tiêu trên thì nhiên liệu đốt lò còn phải đạt những chỉtiêu chất lượng khác như điểm đông đặc, độ ổn định oxy hoá ’

1.1.2 Chỉ tiêu kĩ thuật của dầu FO theo tiêu chuẩn Việt Nam

a Phân loại theo tiêu chuẩn Việt Nam

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6239:1997 đã phân nhiên liệu đốt lòthành các loại như sau

Bảng 1.1 TCVN 6239:1997- Loại : FO N 01 (2% lưu huỳnh)

Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm Phương pháp thử Mức quy định

1 Khối lượng riêng ở 150C max TCVN 3892-95 0.965

2 Độ nhớt động học ở 400C max ASTM – D.445 87

3 Điểm chớp lửa cốc kín, 0C min ASTM- D93 66

4 Hàm lượng lưu huỳnh, % KL ASTM –D.129 2.2

7 Hàm lượng tạp chất, %KL max ASTM-D.473 0.15

10 Cặn cacbon conradson, % KL max ASTM-D.189 6

Bảng 1.2 TCVN 6239:1997 – loại FO N 02A (1.5% lưu huỳnh)

Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm Phương pháp thử Mức quy định

2 Độ nhớt động học ở 400C max ASTM- D.445 180

3 Điểm chớp lửa cốc kín, 0C min ASTM-D93 66

5 Điểm đông đặc, 0C max ASTM-D97 +21

7 Hàm lượng tạp chất, %KL max ASTM-D.473 0.15

10 Cặn cacbon conradson, % KL max ASTM-D.189 10

Bảng 1.3 TCVN 6239:1997- Loại : FO N 02B(3% lưu huỳnh)

Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm Phương pháp thử Mức quy định

2 Độ nhớt động học ở 400C max ASTM-D.445 180

3 Điểm chớp lửa cốc kín, 0C min ASTM-D93 66

5 Điểm đông đặc, 0C max ASTM-D97 +21

7 Hàm lượng tạp chất, %KL max ASTM-D.473 0.15

9 Hàm lượng tro, % KL max ASTM-D.482 0.15

10 Cặn cacbon conradson, % KL

Bảng 1.4 TCVN 6239:1997- Loại N 03

Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm Phương pháp thử Mức quy định

2 Độ nhớt động học ở 400C max ASTM-D.445 380

3 Điểm chớp lửa cốc kín, 0C min ASTM-D93 66

7 Hàm lượng tạp chất, %KL max ASTM-D.473 0.15

9 Hàm lượng tro, % KL max ASTM-D.482 0.35

10 Cặn cacbon conradson, % KL

b Tiêu chuẩn cơ sở về nhiên liệu đốt lò

Tiêu chuẩn TCCS 04:2009/PETROLIMEX là tài liệu quy định các yêucầu về đặc tính kỹ thuật của sản phẩm nhiên liệu đốt lò (FO) dùng trongcác lò đốt công nghiệp

Bảng 1.5 TCCS 04:2009/Petrolimex

Tên chỉ tiêu

Mức

Phương pháp thửFON02B

(3,0 S)

FON02B(3,5 S)

FON03(380)

1 Khối lượng riêng

ở 150C, kg/l, max 0,970 0,991 0,991

(ASTM D1298-05)/IP160

2 Độ nhớt động học

(ASTM D445-06)/IP 1

D4294-06)/IP336/IP61

6 Hàm lượng tro, %

TCVN 2690:2007(ASTM D482-03)/IP4

7 Điểm đông đặc, 0C

- Mùa hè, max

- Mùa đông, max

+24+15

+24+9

+24+24

TCVN 3753:2007(ASTM D97-05a)/IP15

Hình 1.1 Hình ảnh một cách tổng quan của hệ thống

CHƯƠNG II NỘI DUNG TÍNH TOÁN

2.1 Tính toán lưu lượng dầu FO để cung cấp cho bộ đốt nồi hơi

Nhiệt hóa hơi của H2O ở 9at là 2040 KJ/Kg

Nhiệt hóa hơi của H2O ở 9at là 174,5 oC

Q1: nhiệt hóa hơi 5 tấn nước thành hơi ở 9at Ta có

Q1=2040.5000 = 10200000 (KJ)= 2704853 (Kcal)

Vì hiệu suất nồi hơi là 90% nên Q1 = (10200000100): 90 = 11333334 (KJ)

Q2: Nhiệt trị của nhiên liệu Ta có Q2= 9500 (Kcal/Kg)

 Lưu lượng cần để cung cấp cho bộ đốt nồi hơi là

2.2 Tính toán các thông số kỹ thuật của xitec

Để tồn chứa 50 000 lít dầu; ta sẽ thiết kế làm hai xitec, mỗi xitec 25

000 lít Khi nhập vào xitec, áp suất bơm khoảng 200 mm H2O Bể chứachịu áp suất trong Chọn đường kính xitec là Dt=2400 mm, chọn hai nắp lànắp Elip

2.2.1.Thiết kế phần hình trụ của xitec

Để đảm bảo việc tồn chứa thì xitec cần có hệ số chứa khoảng 85%.Khi đó thể tích cần thiết của xitec là

3 25

29, 41( ) 0,85 0,85

 Dt: đường kính trong của xitec 2,4 m (1)

 p : áp suất trong xitec

Khi làm việc bể chịu áp suất dư p1 khoảng 200 mm H2O = 2000 N/m2

và áp suất thủy tĩnh của xăng lên xitec p2

 [ ] : ứng suất cho phép của vật liệu.

Ở đây ta chọn u=145.106 N/m2 (3)

 c: hệ số dư

c = c1 + c2 + c3

Với

c1: hệ số dư do lưu thể ăn mòn vật liệu Chọn c1=0,002 m

c2: hệ số dư do bào mòn cơ học chọn c2= 0

c3: hệ số dư do gia công c3=0,001m

Thay (1), (2), (3), (4), (5) vào công thức tính s

3 6

2, 4.25332

0, 003 3, 2.10 ( ) 2.145.10 0,9 25332

.27000 18,01.10 2.(0,005 0,003).0,9

 6

Hình 2.1 Hình minh họa nắp xitec

Ta chọn đường kính nắp Dt=2400 mm được hàn từ 2 nửa như hình vẽ

và dập thành nắp elip Theo Bảng XIII.10 – Tài liệu [1], ta có các thông sốnắp như sau

- D: đường kính phôi D = 2900 mm

- Dt: đường kính trong Dt = 2400 mm

- h = 40 mm

2, 4.25332 2, 4

0,003 3, 2.103,8.145.10 1.0,9 25332 2.0, 6

 Ta chọn chiều dày nắp bằng chiều dày của phần thân trụ s=5mm

Kiểm tra bền thủy lực cho nắp theo công thức

2

0 [ 2 ( )].

2.2.3 Kiểm tra độ bền của xitec theo ứng suất uốn gây ra do trọng lượng xitec và cả dầu

a Kiểm tra theo ứng suất tương đương

l: khoảng cánh giữa hai gối đỡ l =3,45 m

L: chiều dài bồn chứa L=6,88 m

26930,56.9,81

.(2.3, 45 6,88) 660, 472 8

Ứng suất tương đương của thân thiết bị do tải trọng ngoài tác dụng

3 3

b Kiểm tra độ ổn định của bồn chứa

Điều kiện kiểm tra

 Vậy xitec đạt được độ ổn định cần thiết.

c Kiểm tra độ võng của bồn chứa

( 2 )

Hình 2.2 Hình ảnh minh họa giá đỡ của xitec

a Kiểm tra độ bền của vỏ tại vị trí gối đỡ

Tại vị trí gối đỡ thì vỏ chịu áp suất ngoài và áp suất tới hạn cho phép

3

8

th

E J P

8.210.10 3,55.10

7455.10(0, 2)