Đồ án kĩ sử thiết kế bồn chứa dầu DO

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN51.1.Khái quát về dầu DO. 151.2.Tình hình tiêu thụ và sản xuất nhiên liệu trong những năm qua.51.3.Các dự án nhà máy lọc dầu đang thi công.71.4.Tổng quan về bồn chứa 291.4.1.Vai trò của bồn chứa tiêu chuẩn API 650, tiêu chuẩn ASME…91.4.2.Phân loại bồn chứa91.4.3.Chọn loại mái bồn chứa:17CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ192.1. Các bước tính toán và thiết kế bồn bồn192.2. Tính toán các bộ phận chính232.2.1. Tính thân bồn chứa:242.2.2.Tính đáy bồn chứa:272.2.3.Tính mái che bồn chứa:282.3.Tính các thiết bị phụ292.3.1. Cửa người bồn chứa302.3.2.Chọn cầu thang322.3.3.Các loại cửa bồn.322.3.4.Tính mái nổi bồn chứa.332.3.5.Chọn các thiết bị phụ khác.38CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH THI CÔNG VÀ VẬN HÀNH BỂ CHỨA473.1. Đặc điểm công trình:473.1.1.Vị trí địa lý của công trình:473.1.2.Các phương án kết cấu chính:473.2.Công tác chuẩn bị483.2.1.Mặt bằng thi công483.2.2.Máy móc thiết bị thi công.483.2.3.Chuẩn bị vật tư.493.3.Quy trình công nghệ thi công503.3.1.Quy trình thi công móng bể503.3.2.Quy trình thi công đáy bể513.3.3.Quy trình thi công thành bể.543.3.4.Quy trình thi công kết cấu mái573.3.5.Quy trình hàn và kiểu tra các mối hàn.573.4.An toàn lao động khi thi công.62KẾT LUẬN .…………………………………………………………………………... 64

M C L C Ụ Ụ

64

Tài liệu tham khảo .……… 65

Em xin chân thành cảm ơn thầy cô và các bạn đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.

Hà Nội, 2016

Sinh viên: Nguyễn Sĩ Hóa

Trần Mạnh Hùng

MỞ ĐẦU

Ngành công nghiệp xăng dầu đóng một vai trò quan trọng trong nền công nghiệpthế giới cũng như của Việt Nam Xăng dầu là nhiên liệu không thể thiếu đối với cácngành công nghiệp, xăng dầu thúc đẩy các ngành công nghiệp khác phát triển.Nhiên liệuDiesel là một trong những nhiên liệu sử dụng khá phổ biến và ngày nay trên thế giới đang

có xu hướng diesel hóa các loại động cơ Như vậy, nhiên liệu diesel ngày càng được sửdụng nhiều hơn so với động cơ xăng và có nhiều ứng dụng rộng rãi Căn cứ vào nhu cầutiêu thụ nhiên liệu diesel của thị trường trong nước và thế giới, cũng như xu hướng pháttriển mạnh mẽ của ngành công nghiệp xăng dầu trong tương lai, em nhận thấy việc xâydựng bồn chứa diesel là vô cùng cần thiết, đáp ứng được nhu cầu của thị trường và chủđộng trong tồn chứa

Bản đồ án tốt nghiệp của em với đề tài là:

“Tính toán thiết kế bồn chứa diesel với dung tích tồn chứa là 13.000 m 3 ”

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN1.1 Khái quát về dầu DO [1]

Dầu Diesel (DO – Diesel Oil): là một loại nhiên liệu lỏng, là sản phẩm tinh chế từdầu mỏ có thành phần chưng cất nằm giữa dầu hoả (kesosene) và dầu bôi trơn(lubricating oil), nặng hơn dầu lửa và xăng Chúng thường có nhiệt độ bốc hơi từ 175 đến

370 độ C Nhiên liệu diesel được sản xuất chủ yếu từ phân đoạn gasoil và là sản phẩmcủa quá trình chưng cất trực tiếp dầu mỏ, có đầy đủ những tính chất lý hóa phù hợp chođộng cơ Diesel mà không cần phải áp dụng những quá trình biến đổi hóa học phức tạp.Hàm lượng lưu huỳnh trong diesel rất quan trọng, hàm lượng càng nhỏ càng tốt, hàmlượng cao sinh ra xăng gây ăn mòn động cơ, phá hỏng dầu nhớt bôi trơn, giảm tuổi thọcủa động cơ

Dầu diesel ở Việt Nam: Việt Nam hiện nay đang lưu hành 2 loại dầu diesel là:

• Dầu DO 0,05S có hàm lượng lưu huỳnh không lớn hơn 500 mg/kg áp dụng cho phươngtiện giao thông cơ giới đường bộ

• Dầu DO 0,25S có hàm lượng lưu huỳnh không lớn hơn 2.500 mg/kg dùng cho phươngtiện giao thông đường thủy, được khuyến cáo không dùng cho các phương tiện giao thông

cơ giới đường bộ

DO có hàm lượng lưu huỳnh (S) càng cao khi cháy sẽ gây ô nhiễm càng cao, sử dụng

DO 0,25S gây ô nhiễm môi trường nhiều hơn DO 0,05S do đó dầu DO 0,05S có chấtlượng cao hơn nên giá thành cao hơn so với DO 0,25S

Dầu diesel sử dụng chủ yếu cho động cơ diesel (đường bộ, đường sắt, đường thủy)

và một phần được sử dụng cho các tuabin khí (trong công nghiệp phát điện, xây dựng…)

1.2 Tình hình tiêu thụ và sản xuất nhiên liệu trong những năm qua.

 Cơ cấu tiêu thụ nhiên liệu

Hình 1.1: Cơ cấu tiêu thụ xăng dầu.

Xăng và dầu DO chiếm một tỷ lệ rất lớn trong tiêu dùng năng lượng của thế giới nóichung và Việt Nam nói riêng

Nhu cầu chủ yếu đến từ khu vực giao thông vận tải (xăng và dầu diesel), chiếm 57%tổng tiêu thụ Các ngành công nghiệp và năng lượng, chiếm 19,2% và 6,9% lượng tiêuthụ tương ứng, chủ yếu là tiêu thụ dầu diesel và dầu nhiên liệu với số lương dao độngtrong khoảng 1,5-3 triệu tấn/năm (MTPA) Dầu nhiên liệu (FO) sẽ chiếm khoảng 16%trong những năm từ 2013 Nhu cầu JetA1 dự kiến sẽ chiếm khoảng 4% đến năm 2020 vàduy trì ở mức 3% từ năm 2020 Tiêu thụ xăng và dầu diesel sẽ tăng lên, bù đắp sự suygiảm trong dầu nhiên liệu và tiêu thụ jetA1 Nếu chỉ tính đến những dự án có khả năngđược thực hiện, công suất lọc dầu của Việt Nam sẽ đạt khoảng 31 triệu tấn trong năm

2020, 36 triệu tấn vào năm 2021 ở mức tối đa Theo đó, nhập khẩu các sản phẩm xăngdầu sẽ giảm, Việt Nam sẽ có nguồn thặng dư xăng và jetA1

 Tình hình tiêu thụ

Mức tiêu thụ dầu của Việt Nam được đánh giá là tăng nhanh nhất trong khu vực.Diễn biến này góp phần khiến Việt Nam từ một nước sản xuất dầu trở thành nước tiêu thụdầu từ năm 2010 Xét đến sự gia tăng trong sản xuất thiết bị điện tử trong 3 năm qua,ngân hàng ANZ dự kiến mức tiêu thụ dầu sẽ tiếp tục tăng khi tổng nhu cầu năng lượngtheo kịp với nhu cầu tăng trưởng sản xuất

Việt Nam có tỉ lệ hệ số dự trữ/ sản xuất (R/P) rất cao, trong đó (R/P) của dầu thô là32,6 lần (đứng đầu khu vực châu Á Thái Bình Dương và thứ 10 thế giới) và chỉ số R/Pcủa xăng dầu là 66 (đứng đầu châu Á Thái Bình Dương và thứ 716 thế giới) Điều nàycho thấy sự phát triển tiềm năng trong tương lai của ngành này là rất cao

Để phát triển nguồn cung xăng dầu trong nước, Việt Nam đang lên kế hoạch đưa một

số nhà máy lọc dầu đi vào hoạt động trong tương lai gần Theo đó, công suất lọc dầu củaViệt Nam sẽ rơi vào khoảng 31 triệu tấn mỗi năm vào năm 2020, 36 triệu tấn vào năm

2021 ở mức tối đa

1.3 Các dự án nhà máy lọc dầu đang thi công.

 Dự án nhà máy lọc dầu Vũng Rô

Nhà máy đang được phát triển bởi Techno-Star Công suất của nhà máy được dựbáo là 160 kbpd với vốn đầu tư 3.2 tỷ USD

Dự án dự định được đặt tại tỉnh Phú Yên Xây dựng tại Vũng Rô được lên kế hoạch

để bắt đầu vào năm 2013, sử dụng công nghệ thiết kế của UOP LLC (Honeywell-Mỹ),

dự kiến sẽ đi vào hoạt động sau năm 2015 Vũng Rô có 100% vốn đầu tư nước ngoài

 Dự án lọc dầu Nhơn Hội

Nhà máy sẽ đi vào hoạt động sau năm 2020 Dự án này sẽ được đặt tại Nhơn Hội,Bình Định với vốn đầu tư khoảng 27 tỷ USD Nhà máy lọc dầu Nhơn Hội dự kiến sẽ cócông suất 666 kpbd Chỉ riêng một nguồn cung từ nhà máy này đã đủ cho tiêu thụ trongnước Chủ đầu tư là Tập đoàn PTT (Thái Lan)

 Dự án lọc hóa dầu Vân Phong

Nhà máy lọc dầu thứ tư dự kiến được xây dựng với công suất 10 triệu tấn (200kbpd) Dự án dự định được đặt tại khu kinh tế Vân Phong, tỉnh Khánh Hòa với diện tích304,5 ha, gần tuyến đường sắt chính Bắc-Nam và đường cao tốc Dầu thô cho nhà máylọc dầu Vân Phong sẽ đến từ nhập khẩu, dự kiến từ Singapore hoặc Trung Đông Về mặttiến độ, Petrolimex ban đầu dự định hoàn thành vào năm 2015, nhưng ngày này có thể

sẽ được hoãn lại đến năm 2020

 Dự án lọc hóa dầu Long Sơn

Dự án lọc hóa dầu Long Sơn nằm ở Vũng Tàu, bên cạnh các dự án lưu trữ dưới lòngđất PVOS, trên diện tích 810 ha Nhà máy nằm ở vị trí chiến lược, gần với các tuyếnđường đường biển quốc tế chạy gần các khu công nghiệp hiện có, và có các tiện ích vàdịch vụ đầy đủ Nhà máy lọc dầu Long Sơn dự kiến sẽ tinh lọc 200 kbpd dầu thô, sảnxuất khoảng 10 MTPA các sản phẩm dầu khí với thông số kỹ thuật tối thiểu EURO IV.Tổng mức đầu tư dự kiến là 6 tỷ USD với PetroVietnam và Công ty TNHH Dầu Ả Rập(AOC) lần lượt chiếm 29% và 35,5% cổ phần Nhà máy lọc dầu dự kiến sẽ đi vào hoạtđộng trong năm 2020

 Dự án lọc hóa dầu Nghi Sơn

Dự án nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, hiện đang trong giai đoạn thăm dò và khai thác,nằm ở thành phố Thanh Hóa, phía Bắc của Việt Nam với diện tích 926 ha Nhà máy lọcdầu sẽ có công suất 10MTPA với tổng vốn đầu tư dự kiến 7,5 tỷ USD Việc xây dựng tạiNghi Sơn sẽ bắt đầu vào tháng năm 2013, và nhà máy lọc dầu dự kiến sẽ đi vào hoạtđộng vào cuối năm 2014 Nghi Sơn là một nhà máy lọc phức tạp cao có kích thướctrung bình, được thiết kế để cung cấp cho thị trường nội địa Việt Nam đang phát triển,

có khả năng tăng gấp đôi quy mô về sau Hợp đồng EPC được ký kết vào ngày 27 tháng

1 năm 2013 và việc xây dựng bắt đầu vào tháng 7- 2013 Tổng giá trị hợp đồng EPCvào khoảng 5 tỷ USD

Dự báo đến năm 2018, Việt Nam sẽ có thể cung cấp tối đa là 6,3 triệu tấn sản phẩmxăng dầu (bao gồm cả 0,8 triệu tấn từ nhà máy chế biến khí ngưng tụ nhỏ) đến thịtrường trong nước, chiếm khoảng 50% tổng nhu cầu

1.4. Tổng quan về bồn chứa [2]

1.4.1. Vai trò của bồn chứa tiêu chuẩn API 650, tiêu chuẩn ASME…

Là nơi tiếp nhận nguyên liệu trước khi đưa vào sản xuất, và tồn trữ sản phẩm sau sản xuất Bồn chứa giúp ta nhận biết được số lượng tồn trữ Tại đây diễn ra các hoạt độngkiểm tra chất lượng, số lượng, phân tích các chỉ tiêu trước khi xuất hàng

Bồn chứa được hỗ trợ bởi các hệ thống thiết bị phụ trợ: van thở, nền móng, thiết bịchống tĩnh điện, mái che …

1.4.2 Phân loại bồn chứa

* Phân loại theo hình dạng bồn chứa

a Bồn chứa hình trụ đứng:

Tổn thất nhiên liệu lớn so với các loại bồn khác.

Khả năng xảy ra sự cố cao

Do các thiết bị đi kèm với bồn trụ thường lớn nên chi phí đầu tư cho thiết bị lớn

b Bồn trụ ngang:

Nhược điểm chính của bồn trụ ngang là tốn chi phí để xây dựng các gối tựa.

Không gian lắp đặt thiết bị lớn

Dung tích bồn chứa không lớn, thường là dưới 2000 m3

Cần quan tâm đến sự dãn dài vì nhiệt của thiết bị trong quá trình chế tạo, lắp đặt vàvận hành

Bồn cầu có ưu điểm là có khả năng chịu được áp suất cao, vì thế bồn cầu thườngdùng để chứa hơi hóa lỏng với áp lực dư Pd = 0,25 → 1,8 MPa.

Nhược điểm:

Bồn cầu có cấu tạo phức tạp hơn nhiều so với bồn trụ, và dung tích của bồn cầukhông lớn, thể tích bồn V= 600 → 4000 m3

d Bồn chứa hình giọt nước.

Hình 1.5: Bồn chứa hình giọt nước

Bồn chứa hình giọt nước thường được dùng để chứa các chất có hơi đàn hồi cao,nhược điểm của bồn chứa hình giọt nước chế tạp và lắp đặt thiết bị khá phức tạp

Phân loại theo xây dựng

Bồn ngầm: được đặt bên dưới mặt đất, thường sử dụng trong các cửa hàng bán lẻ.Bồn nổi: được xây dựng trên mặt đất, được sử dụng ở các kho lớn

Bồn nửa ngầm: Loại bồn có ½ chiều cao bồn nhô lên mặt đất, nhưng hiện nay còn rấtít

Bồn ngoài khơi: được thiết kế nổi trên mặt nước, có thể di chuyển từ nơi này đến nơikhác một cách dễ dàng

Bảng 1 So sánh hai loại bồn ngầm và bồn nổi:

- An toàn: đây là lí do chính vì bảo dảm

phòng cháy tốt và nếu có rò rỉ thì dầu

cũng không lan ra xung quanh

- Ít bay hơi: do không có gió, không trao

đổi nhiệt với môi trường bên ngoài

* Phân loại theo đặc điểm của dung tích chứa:

Bồn chứa có thể tích cố định: Là loại bồn chứa có thể tích không đổi (mái tĩnh, bồncầu)

Bồn chứa có thể tích thay đổi: Là loại bồn chứa có thể tích thay đổi (bồn có mái phaongoài là mái cố định còn có mái phao nổi lên bề mặt chất lỏng, bồn mái nổi - bản thân làmái phao)

* Phân loại theo khả năng chịu áp suất:

Bồn cao áp: áp suất chịu đựng trong bồn > 200 mmHg

Bồn áp lực trung bình: áp suất từ 20 ÷

200 mmHg thường bồn KO, DO

Bồn áp thường: áp = 20 mmHg áp dụng bồn dầu nhờn, FO, bồn mái phao

* Phân loại theo vật liệu làm bồn

a Bồn kim loại: làm bằng thép, áp dụng cho hầu hết các bồn lớn hiện nay.

Dễ bị gỉ và ăn mòn Do vậy tuổi thọ thấp

Dẫn nhiệt tốt làm tổn hao bay hơi dầu nhẹ nhiều

Chứa dầu nặng thì hiệu suất giữ nhiệt thấp do mất mát nhiệt

b Bồn phi kim: làm bằng vật liệu như: gỗ, composit, nhựa, bê tông… nhưng chỉ

Áp suất chịu không cao

* Phân loại mái bồn chứa:

 Mái nón không có cột chống trung tâm

Hình 1.6: Mái nón không có cột chống trung tâm

Ưu điểm: Chế tạo lắp ráp đơn giản, được sử dụng trong việc lắp ráp chế tạo các bồn

có đường kính nhỏ hơn 15m

Nhược điểm: Không sử dụng được trong các bồn chứa có đường kính lớn hơn 15m,

vì khả năng chịu tải của mái nón không có cột chống trung tâm là không tốt khi mái cóđường kính lớn

 Mái nón có cột chống trung tâm

Hình 1.7: Mái nón có cột chống trung tâm

Ưu điểm: Do có cột chống trung tâm nên khi đường kính của mái lớn hơn 15m và

nhỏ hơn 25m thì mái nón trung tâm thường được sử dụng, mái nón có cột chống trungtâm còn có ưu điểm dễ chế tạo hơn mái cầu khi sử dụng cho có đường kính lớn

Nhược điểm: Chế tạo và lắp đặt phức tạp.

 Mái cầu không có cột chống trung tâm:

Hình 1.8: Mái cầu không có cột chống trung tâm

Ưu điểm: Mái cầu đuợc sử dụng khi chế tạo các bồn có đường kính lớn hơn 25m do

lực phân bố tác dụng lên mái cầu đều hơn đối với mái nón

Nhược điểm: Mái cầu không có cột chống trung tâm khó chế tạo và lắp đặt, khi lắp

đặt cần có công nhân có trình độ cao

 Mái dome (một dạng của mái cầu)

Kết cấu mái là hệ thống giàn không gian được cấu tạo từ các thanh dầm chữ I, liênkết với nhau thông qua hệ thống bulong và bản đệm, được bao che kín nhờ các panel mái,tất cả hệ thống đều sử dụng vật liệu là hợp kim nhôm (aliminum) Ưu điểm của hệ kếtcấu mái là lắp dựng đơn giản, trọng lượng nhẹ do đó giảm được tải trọng tác dụng lênthân bồn, móng bồn, do đó giảm được chi phí xây dựng Kết cấu mái gồm 2 thành phầnchính:

Hệ thống khung đỡ không gian với các nút liên kết đặc biệt Các phần tử thanh được

Hình 1.9: Kết cấu nút liên kết của mái dome

cấu tạo từ dầm chữ I và được liên kết vứi nhau bằng bulong thông qua bản đệm Cấu tạo của hệ thống như sau:

• Silicone sealant: chất bịt silicone

• Silicone gasket: miếng đệm silicone

Hệ thống panel kín được liên kết vững chắc vào các phần tử thanh

Kết cấu mái này được liên kết và đỡ bởi bồn thông qua các khung đỡ được bố trí đềuxung quanh thành bồn

Các tính chất đặc trưng của kết cấu này như sau:

• Bảo dưỡng đơn giản, không cần phá vỡ kết cấu và không cần sơn phủ

• Đảm bảo tính kín nước, kết quả thí nghiệm cho thấy loại mái này loại trừ được sự đi vàocủa nước mưa.

• Giảm sự hấp thụ nhiệt bởi tác động bên ngoài do cấu tạo mái từ aluminum là hợp kim cómàu sáng trắng

• Phù hợp với tất cả các loại sản phẩm của bồn chứa

• Có trọng lượng nhẹ và vượt nhịp lớn do được chế tạo từ hợp kim aluminum và thépkhông gỉ

• Có thể thử và điều chỉnh với những thay đổi nhỏ nhất

• Tuổi thọ của kết cấu mái có thể trên 50 năm

• Đáp ứng được yêu cầu thiết kế cho những bồn chứa đặc biệt

• Dễ dàng lắp đặt, có thể lắp đặt trên mặt đất sau đó tiến hành cẩu mái lên hoặc lắp đặt trựctiếp trên bồn

• Có thể thiết kế cho tải trọng gió và tuyết lớn

 Mái cầu có cột chống trung tâm:

Hình 1.10: Mái cầu có cột chống trung tâm

Mái cầu có cột chống trung tâm thường được sử dụng khi đường kính bồn chứa lớnhơn 25 m, tải trọngvà áp suất dư tác dụng lên mái là lớn

1.4.3 Chọn loại mái bồn chứa:

Việc chọn dạng mái phụ thuộc chiều và độ lớn tác dụng của tải trọng mái vàđường kính của bồn chứa Theo tiêu chuẩn API 650, khi đường kính bồn chứa nhỏ hơn 15

m và áp suất trong không lớn thì ta có thể dùng mái bồn chứa dạng mái nón không chốngtrung tâm, còn khi đường kính từ 15m đến 25m thì dùng mái nón có cột chống trung tâm,còn khi đương kính mái bồn chứa lớn hơn 25 m thì ta phải sử dụng mái cầu Với phương

án thi công chế tạo bồn chứa hình trụ với đường kính thân bồn 40m, để thuận tiện choviệc chế tạo và lắp đặt và đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật về độ bền cho mái bồn chứa, ta

chọn phương án thiết kế mái bồn chứa dạng mái hình vòm (mái dome) ko cột chốngtrung tâm.

CH ƯƠ NG 2 TÍNH TOÁN CÔNG NGH Ệ2.1 Các bước tính toán và thiết kế bồn bồn

Bồn chứa trong ngành dầu khí chủ yếu dùng để chứa các sản phẩm nhiên liệu như:khí, xăng, DO,… và các nguyên liệu của ngành hóa dầu như: VCM, butadiene,…Các sảnphẩm dầu khí có khả năng sinh ra cháy nổ cao, mức độ độc hại nhiều nên đòi hỏi phảiđược thiết kế cũng như tính toán hết sức cẩn thận Các hệ thống phụ trợ kèm theo cũngphải được tính toán tỉ mỉ, bố trí phù hợp, nhất là hệ thống phòng cháy chữa cháy, bố trímặt bằng nhằm hạn chế tối thiểu khả năng xảy ra cháy nổ cũng như khắc phục khi xảy ra

sự cố

Quá trình tính toán bồn bồn gồm các bước sau:

 Xác định các thông số công nghệ bồn chứa

Các thông số công nghệ bồn chứa bao gồm:

- Vị trí lắp đặt các thiết bị trên bồn chứa

- Các yêu cầu về việc lắp đặt các thiết bị trên bồn chứa

- Lựa chọn vật liệu làm bồn

Các sản phầm dầu khí chứa trong bồn chứa thường có áp suất hơi bảo hòa lớn, nhiệt

độ hóa hơi thấp và có tính độc hại

Mức độ ăn mòn của các sản phẩm dầu khí này thường thuộc dạng trung bình, tùythuộc vào loại vật liệu làm bồn, nhiệt độ môi trường mà mức độ ăn mòn của các sảnphẩm này có sự khác nhau

Khi xét đến yếu tố ăn mòn, khi tính toán đến chiều dày bồn, ta tính toán thời gian sửdụng, từ đó tính được chiều dày cần phải bổ sung đảm bảo cho bồn ổn định trong thờigian sử dụng

Việc lựa chọn vật liệu còn phụ thuộc vào yếu tố kinh tế, vì đối với thép hợp kim cógiá thành đắt hơn nhiều so với thép cacbon thường, công nghệ chế tạp phức tạp hơn, giáthành gia công đắt hơn nhiều, đòi hỏi trình độ tay nghề của thợ hàn cao

Sau khi lựa chọn được vật liệu làm bồn, ta sẽ xác định được ứng suất trong tươngứng của nó, đây là một trong những thông số quan trọng để xác định chiều dày bồn Đốivới các loại vật liệu khác nhau thì ứng suất khác nhau, tuy nhiên giá trị này không chênhlệch nhiều

 Xác định giá trị áp suất tính toán

Đây là một thông số quan trọng để tính toán chiều dày bồn bồn Áp suất tính tán baogồm áp suất hơi cộng với áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng gây ra:

tt h

P =P +ρgH

H: chiều cao mực chất lỏng trong bồn.

Thường ta tính chiều dày chung cho cả bồn chứa cùng chịu một áp suất (nghĩa là ápsuất tính toán chung cho cả bồn chứa)

Đối với các sản phẩm dầu khí chứa trong bồn cao áp, áp suất tính toán thường có giátrị:

Propan : 18 (at)

Butan : 9 (at)

Bupro : 13 (at)

 Xác định tác động từ bên ngoài

Các tác động bên ngoài bao gồm:

Tác động của gió: Gió có thể tác động đến bồn, ảnh hưởng tới độ ổn định của bồn,làm cho bồn bị uốn cong hay tác động đến hình dáng bồn Tuy nhiên với bồn cao áp, dohình dáng cũng như cách đặt bẻ nên ảnh hưởng của gió tác động lên bồn thấp Ảnh hưởngcủa gió có thể bỏ qua nếu như ta xây tường bảo vệ hoặc đặt bồn ở vị trí kín gió

Tác động của động đất: Đây là một tác động hi hữu, không có phương án để chốnglại Tuy nhiên khi xét đến phương án này, ta chỉ dự đoán và đảm bảo cho các sản phẩm ko

bị thất thoát ra ngoài, nhưng việc này cũng ko thể chắc chắn được Phần lớn các tác độngnày không thể tính toán được vì sự phức tạp của động đất Tác động này gây ra hiệntượng trượt bồn ra khỏi chân đỡ, cong bồn, gãy bồn Tốt nhất ta nên chọn khu vực ổnđịnh về địa chất để xây dựng

 Xác định chiều dày bồn

Xác định tiêu chuẩn thiết kế: ASME section VIII Div.1, API650

Xác định được ứng suất cho phép của loại vật liệu làm bồn chứa:

cp

σXác định áp suất tính toán bồn chứa: Ptt

Xác định hệ số bổ sung chiều dày do ăn mòn: a c

độ hơi sản phẩm trong khu vực bồn chứa

Các thiết bị phụ trợ lắp đặt vào bồn có thể dùng phương pháp hàn hay ren Thườngđối với các lỗ có đường kính nhỏ ta thường dùng phương pháp ren vì dễ dàng trong côngviệc lắp đặt cũng như trong công việc sửa chữa khi thiết bị có sự cố

Khi tạo lỗ trên bồn chứa cần chú ý đến khoảng cách giữa các lỗ thùng như việc tăngcứng cho lỗ

 Các ảnh hưởng thủy lực đến bồn chứa

- Áp suất làm việc cực đại: là áp suất lớn nhất cho phép tại đỉnh của bồn chứa ở vị tríhoạt động bình thường tại nhiệt độ xác định đối với áp suất đó Đó là giá trị nhỏ nhấtthường được tìm thấy trong tất cả các giá trị áp suất làm việc cho phép lớn nhất ở tất cảcác phần của bồn chứa theo nguyên tắc sau và được hiệu chỉnh cho bất kỳ sự khác biệtnào của áp suất thủy tĩnh có thể tồn tại giữa phần được xem xét và đỉnh của bồn chứa

Nguyên tắc: áp suất làm việc cho phép lớn nhất của một phần của bồn chứa là áp

suất trong hoặc ngoài lớn nhất bao gồm cả áp suất thủy tĩnh đã nêu trên cùng những ảnhhưởng của tất cả các tải trọng kết hợp có thể xuất hiện cho việc thiết kế đồng thời vớinhiệt độ làm việc, bề dày kim loại thêm vào để đảm bảo ăn mòn

Áp suất làm việc lớn nhất cho phép có thể được xác định cho nhiều hơn một nhiệt độhoạt động, khi đó sử dụng ứng suất cho phép ở nhiệt độ đó.

Thử nghiệm áp suất thủy tĩnh được thực hiện trên tất cả các loại bồn sau khi tất cảcác công việc lắp đặt được hoàn tất trừ công việc chuẩn bị hàn cuối cùng và tất cả cáckiểm tra đã được thực hiện trừ những yêu cầu kiểm tra sau thử nghiệm

Bồn chứa đã hoàn tất phải thỏa mãn thử nghiệm thủy tĩnh

Những bồn thiết kế cho áp suất trong phải được thử áp thủy tĩnh tại những điểm củabồn có giá trị nhỏ nhất bằng 1,5 lần áp suất làm việc lớn nhất cho phép (áp suất làm việclớn nhất cho phép coi như giống áp suất thiết kế)

Thử nghiệm thủy tĩnh dựa trên áp suất tính toán có thể được dùng bởi thỏa thuận củanhà sản xuất và người sử dụng Thử nghiệm áp suất tĩnh tại đỉnh của bồn chứa nên là giátrị nhỏ nhất của áp suất thử nghiệm được tính bằng cách nhân áp suất tính toán cho mỗithành phần áp suất với 1,5 và giảm giá trị này xuống bằng áp suất thủy tĩnh tại đó

- Tải trọng gió: tải trọng gió buộc phải được xác định theo những tiêu chuẩn, tuynhiên những điều luật của quốc gia hoặc địa phương có thể có những yêu cầu khắt khehơn Nhà thầu nên xem xét một cách kỹ lưỡng để xác định yêu cầu nghiêm ngặt nhất và

sự kết hợp yêu cầu này có thể được chấp nhận về mặt an toàn, kinh tế, pháp luật Gió thổibất kỳ hướng nào, trong bất kỳ trường hợp bất lợi nào đều cần được xem xét

- Dung tích lớn nhất cho bồn mái nổi

Khoảng 85 – 90% dung tích của bồn mái nổi được sử dụng trong điều kiện bìnhthường, phần thể tích không sử dụng là do khoảng chết trên (dead space) ở đỉnh vàkhoảng chết dưới (dead stock) ở đáy

Đối với bồn mái nổi, chọn chiều cao bồn để đạt sức chứa lớn nhất Khoảng chết trên

và chết dưới chịu ảnh hưởng nhiều của chiều cao hơn là đường kính, do đó cùng với mộtthể tích thì bồn cao chứa nhiều hơn bồn thấp

Chiều cao lớn nhất đạt được xác định bởi điều kiện đất đai nơi đặt bồn Do đó, khichọn vị trí đặt bồn chứa phải điều tra về lãnh thổ nơi đặt bồn

Do khoảng chết trên nên bồn không được chứa đầy, nếu quá mức thì sẽ được báođộng bởi đèn báo động ở mức high level

• Lựa chọn phương án tồn chứa.

Với các đặc điểm xăng dầu là bay hơi, làm việc ở áp suất khí quyển và công suất tồn chứa lớn, ta chọn phương án tồn chứa xăng dầu bằng bồn trụ đứng, mái che là mái dome, mái phao nhằm mục đích giảm chi phí đầu tư ban đầu và tiết kiệm không gian lắp đặt thiết bị

Đặc trưng vật liệu cho thân-đáy bồn

Chọn vật liệu chế tạo bồn chứa là thép A516M Các thông số kỹ thuật của thépA516M:

Bảng 2: Các thông số kỹ thuật của thép A516M (grade 415)

[ ]σk

[MPa]

n

σ

 

[MPa]

[σ]

[MPa]

H[HB] KLR[Kg/m3] S[MPa]d S[MPa]t

Chiều cao tối ưu của bồn chứa được tính theo công thức B.S.SuKhop:

1 1

kh

R H

n

γ γ

∆

Trong đó:

Hln: chiều cao tối ưu của bồn

Rkh: cường độ tính toán của đường hàn đối đầu chịu kéo, lấy bằng cường độ chịukéo của vật liệu: Rkh = 41500 [T/m2]

∆ : tổng chiều dày của bản đáy và mái, ∆ = 14 [mm] = 0,014 [m]

γ1 : tỷ trọng của chất lỏng (dầu) chứa trong bồn, γ1 = 0,85 [T/m3]

n1 : hệ số vượt tải: n1 = 1,5.

γ : hệ số điều kiện làm việc= 0,9

Thay số vào ta được: Hln = 20 [m] ⇒ các phương án đưa ra có chiều cao H lựachọn xung quanh giá trị Hln = 20 [m], chọn H= 20 (m)

Đường kính tương ứng với chiều cao H là:

4

V D

Lựa chọn kích thước bồn phải thỏa mãn điều kiện:

+ Chiều cao không được quá lớn để dễ dàng cho việc chữa cháy khi có sự cố xảy ra

+ Chiều cao không được quá nhỏ vì nếu chiều cao nhỏ thì đường kính D lớn sẽ làm tăngdiện tích mặt thoáng của chất lỏng, lượng chất lỏng bốc hơi sẽ lớn làm giảm độ an toàncủa công trình (gây ra áp lực dư lớn) và gây ô nhiễm môi trường

+ Tổng khối lượng thép của thân bồn và đáy bồn phải là nhỏ nhất

Ta dự định trước thân bồn được hàn từ các tấm thép có kích thước 1500x6000mm vàchiều dày đáy bồn là 10mm Trong tính toán sơ bộ ta tính chiều dày theo phương pháp1foot (0,3m), phương pháp này chỉ áp dụng cho bồn có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng60m (200ft)

Để tiết kiệm nguyên liệu và thuận lợi cho việc lắp ghép chế tạo vỏ bồn chứa, ta chia

vỏ thành nhiều modun và mỗi modun có khổ là 1,5m Chiều dày của mỗi modun đượcxác định dựa vào ứng suất tĩnh lớn nhất mà mỗi modun phải chịu

Để tính chiều dày của các modun, ta tính chiều dày chịu áp suất thủy tĩnh của mỗimodun và chiều dày thử áp suất thủy tĩnh, từ đó chọn lấy giá trị lớn hơn trong 2 giá trị đãtính, và từ đó chọn chiều dày của mỗi modun theo tiêu chuẩn

Theo phương pháp này thì chiều dày thành bồn được tính toán theo công thức sau:

+ Trong điều kiện thiết kế:

H: khoảng cách từ đáy của mỗi tầng đến mặt thoáng chất lỏng [m]

G: trọng lượng riêng của chất lỏng (gồm 2 trường hợp là chất lỏng thiết kế và nướcthử áp lực) G = 8500 (N/m3)

CA: chiều dày ăn mòn cho phép lấy bằng 2mm (theo API 650[4])

Sd, St: ứng suất cho phép trong điều kiện thiết kế và trong điều kiện thử áp lực[Mpa]

Phần chính của đáy (khu giữa), gồm các tấm thép có kích thước lấy theo các tấmthép định hình (1500 x 6000 m).

Phần viền ngoài (vành khăn) cần được tính toán cụ thể theo tiêu chuẩn API 650[4].Đường kính đáy phải lớn hơn đường kính bồn tối thiểu là 100 mm

 Tính toán chiều dày đáy bồn

Theo API 650[4]:

Chọn ta = 10 [mm]

 Tính toán chiều dày tấm vành khăn

Chọn đáy có dạng hình vành khăn, chiều dày của tấm hình vành khăn là 100 mm,thêm hệ số ăn mòn 2mm, vậy chiều dày đáy hình vành khăn là:

ta = 10+ 2 = 12 [mm]

chọn ta = 12 [mm]

Theo tiêu chuẩn API 650[4]

Khoảng cách giữa thành trong của bồn và mối hàn chồng ≥ 600 mm

Tấm vành khăn phải nhô ra khỏi ít nhất là 100 mm

Hình 2.1: Bố trí lắp ghép đáy bồn chứa

2.2.3 Tính mái che b n ch a: ồ ứ

Theo tiêu chuẩn API 650 khi đường kính bồn chứa bằng 30 m nên ta chọn mái bồnchứa dạng hình cầu (dạng mái dome)

Ta có chiều dày nhỏ nhất của mái là 6mm, khi kể đến hệ số ăn mòn ta có chiều dàythực tế của mái là:

t = 6+CA = 6+2 = 8[mm] [4]

Giá trị chiều dày không được lớn hơn 13mm (theo API )

Vậy ta chọn chiều dày của mái là: S = 8 mm

Ta sử dụng tấm che mái panel là nhôm tấm 5052

Khối lượng riêng = 2,7 g/cm3

Mô hình mái bồn dome:

Hình 3.2: Mái dome bồn chứa.

2.3. Tính các thiết bị phụ

2.3.1 Cửa người bồn chứa

Khi khoét lỗ ở thân bồn chứa để lắp cửa người, thì lỗ khoét là nơi tập trung ứng cácứng suất cục bộ với giá trị lớn gấp 3 đến 4 lần ứng suất màng và làm yếu vỏ tại vị trí

khoét Nên ta cần tăng bền cho vỏ tại vị trí khoét Tuy nhiên không phải bất cứ lỗ nàocũng cần tăng bền, khi lỗ có đường kính nhỏ hơn 50 mm thì không cần tăng bền, cùngvới lỗ có đường kính lớn hơn 50mm thì cần phải tăng bền Trừ trường hợp áp suất daođộng mạnh, lỗ nằm trên đường hàn dọc hoặc khoảng cách giữa hai lỗ kề nhau quá nhỏ

Theo giáo trình cơ sở tính toán thiết bị hóa chất ta tính được đường kính lỗ chophép không tăng bền không được lớn hơn giá trị sau:

3

d = 0,37 D (S - C )(1- k)

(3.10)

Trong đó:

Dt = 30000 [mm]: đường kính trong của thân thiết bị

S = 20 [mm]: bề dày của thân thiết bị tại vị trí khoét lỗ

Với:

ρ

= 850 [Kg/m3] – Khối lượng riêng của xăng

hx = 20 [m] - Chiều cao của cột chất lỏng

p - là áp suất ở trong thiết bồn chứa tại điểm khoét lỗ [N/mm2]

p =ρ.g.h n + p n + p a

Với

pa = 105 [N/m2]

Do lỗ cửa đặt tại tấm tôn cuối cùng nên ta có h = Hmax= 20 [m]

n1, n2: Hệ số vượt tải của áp lực thủy tĩnh và áp lực dư

n1 = 1,1 n2 =1,2

pd = 0 [N/m2] - Áp lực dư trong không gian hơi

Suy ra:p= 283447 ( N/m2)

[ ]σ =220.106

[MPa] - Ứng suất bền cho phép của thép A516M

S= 20 [mm] = 0,02 [m] – Chiều dày của tấm vỏ bị khoét lỗ

CA= 2 [mm] = 0,002 [m] – Hệ số ăn mòn cho vỏ tính cho 15 năm

Thay số liệu vào công thức trên ta có:

k=0,93Thay vào công thức tính do ta được

Ta lấy chiều dày của vành tăng bền là 10 mm

Tổng chiều dày chỗ tăng bền là S = 30 mm

Chiều rộng cần thiết của của vành tăng bền

bk= = 0,73 (m)

2.3.2. Chọn cầu thang

Cầu thang cũng là bộ phận quan trọng của mỗi công trình, nhờ kết cấu này khi vậnhành con người có thể đi lại dễ đàng tới những vị trí cần thiết để thao tác, giúp cho việc kiểm tra và sửa chữa được rễ ràng Cầu thang có thể thiết kế liền với thân bồn hoặc có thểthiết kế rời thân bồn

Việc thiết cầu thang bồn được quy định trong bảng 3-19 cuả tiêu chuẩn API 650 [4]

Chiều rộng cầu thang là: 800 mm

Chiều cao của bậc thanh: 250 mm

Độ dốc của cầu thang là: 450

2.3.3 Các lo i c a b n ạ ử ồ

Cửa bồn là thiết bị phục vụ cho công nhân ra vào khi thi công hoặc hoàn thiện sửachữa bồn trong đó có các loại cửa như: cửa ra vào, cửa làm sạch… Trong bồn cũng cócác loại cổng khác nhau với nhiều chức năng đa dạng phục vụ cho việc hoạt động ổn địnhcủa bồn như cổng xuất, cổng nhập, các ống báo mức, ống kiểm tra nhiệt độ…Vị trí củacác cửa và các ống được đặt ở nhiều vị trí khác nhau sao cho phù hợp với việc vận hànhbồn

Ngoài ra còn có một số loại cửa khác phục vụ cho các mức đích khác nhau: cửa kiểmtra nhiệt độ bồn, cửa phun bọt để chữa cháy, cửa hút cặn, cửa thông hơi thành bồn

 Cửa xuất :

Trên thân bồn bố trí một cổng xuất duy nhất tại cổng xuất này sẽ có một mặt bích

Chờ đầu nối với đường ống xuất Việc thiết kế cửa xuất phụ thuộc chủ yếu vào lưulượng đầu ra tối đa cho phép Trên cơ sở ấy cửa xuất sẽ được thiết kế với các thông sốnhư sau:

Đường kính ngoài của cửa xuất: 168,3 mm

Chiều dài cổ ống xuất là : 200 mm

Chiều dày cổ ống xuất : 10,97 mm

Hình 3.5 : Bích ống xuất

 Cửa nhập

Thiết kế cửa nhập dựa theo quy phạm API

650[4] và lưu lượng cho phép của cổng nhập, cấu

tạo cửa nhập tương tự như cửa xuất, tuy nhiên để tránh hiện tượng tạo bọt của nhiên liệu

và giảm độ mòn của đáy bồn nơi nhiên liệu được xả vào, khi thiết kế bố trí thêm mộtmiếng đệm vào ống dẫn sao cho nhiên liệu được dẫn tới sát đáy trước khi đi và bồn Theo

đó các thông số chủ yếu của bồn được thiết kế như sau:

Đường kính ngoài đầu ống :381 mm, thân ống 458 (mm)

Chiều dầy cổ ống: 12,7 mm

Chiều dài cổ ống: 225 mm

2.3.4 Tính mái n i b n ch a ổ ồ ứ

 Lựa chọn kết cấu mái nổi cho bồn

• Giới thiệu về mái nổi

Một vấn đề thường gặp trong quá trình lưu trữ nhiên liệu ở các bồn chứa nhất lànhững nhiên liệu như xăng dầu là so có tính bay hơi mạnh mẽ của các loại nhiên liệu nàygây ra áp lực lên mái bồn, một phần lên thành bồn và nguy hiểm hơn đó là việc dễ phátsinh cháy nổ, hao phí nhiên liệu, ăn mòn các kết cấu đỡ mái bồn Hạn chế sự bay hơi này