Tính toán thiết kế hệ thống kho chứa xăng

MỤC LỤCMỞ ĐẦULỜI CẢM ƠNCHƯƠNG I: TỔNG QUAN1.1Tình hình tiêu thụ và sản xuất xăng dầu trong những năm qua1.2Khái quát về xăng1.3 Tổng quan về bồn bể chứa1.3.1 Khái quát về bồn bể chứa1.3.2 Phân loại bể chứa1.3.3 Phân loại mái bể chứa1.3.4 Tiêu chuẩn Việt Nam CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ2.1 Số liệu thiết kế2.2 Lựa chọn phương án2.3 Mô hình và sơ đồ tính toán CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ3.1 Tính toán kích thước chính3.1.1 Tính thân bể chứa3.1.2 Tính đáy bể chứa3.1.3 Tính mái che bể chứa3.1.4 Tính mái nổi bể chứa3.2 Kiểm tra tính ổn định của bể 3.2.1 Tải trọng gió tác dụng lên bể3.2.2 Kiểm tra lật của bểCHƯƠNG IV: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ PHỤ TRỢ4.1 Các loại van4.2 Thiết bị đo 4.3 Tính chọn bơm4.4 Các thiết bị phụ trợ khác4.4.1 Cửa người4.4.2 Cầu thang4.4.3 Vành chống gió4.5 Các bộ phận bảo vệ, phòng nổTÀI LIỆU THAM KHẢOPHỤ LỤC

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

LỜI CẢM ƠN

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1.1 Tình hình tiêu thụ và sản xuất xăng dầu trong những năm qua

1.2Khái quát về xăng

1.3 Tổng quan về bồn bể chứa

1.3.1 Khái quát về bồn bể chứa

1.3.2 Phân loại bể chứa

1.3.3 Phân loại mái bể chứa

1.3.4 Tiêu chuẩn Việt Nam

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ

2.1 Số liệu thiết kế

2.2 Lựa chọn phương án

2.3 Mô hình và sơ đồ tính toán

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ

3.1 Tính toán kích thước chính

3.1.1 Tính thân bể chứa

3.1.2 Tính đáy bể chứa

3.1.3 Tính mái che bể chứa

3.1.4 Tính mái nổi bể chứa

3.2 Kiểm tra tính ổn định của bể

3.2.1 Tải trọng gió tác dụng lên bể

3.2.2 Kiểm tra lật của bể

CHƯƠNG IV: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ PHỤ TRỢ4.1 Các loại van

MỞ ĐẦU

Ngành công nghiệp xăng dầu đóng một vai trò rất quan trọng trong nền côngnghiệp thế giới cũng như của Việt Nam Xăng là hóa chất không thể thiếu trong việc sảnxuất các hợp chất hữu cơ cơ bản, góp phần thúc đẩy các ngành công nghiệp khác pháttriển Căn cứ vào nhu cầu tiêu thụ xăng của thị trường trong nước và Thế giới hiện nay,cũng như xu hướng phát triển mạnh mẽ của ngành xăng dầu trong tương lai, em nhậnthấy việc xây dựng bồn chứa xăng là vô cùng cần thiết, đáp ứng được nhu cầu cấp báchcủa thị trường

Bản đồ án chuyên ngành của em với đề tài là:

“Tính toán thiết kế hệ thống kho chứa xăng với dung tích tồn chứa là

50.000 m 3 ”

LỜI CẢM ƠN

Sau hơn 3 tháng tìm hiểu, nghiên cứu nỗ lực với sự hướng dẫn tận tình chu đáo củathầy TS.Vũ Hồng Thái và toàn bộ các thầy, cô giáo trong và ngoài bộ môn Máy & Thiết BịCông Nghiệp Hóa Chất Dầu Khí, em đã hoàn thành đồ án chuyên ngành của mình

Trong quá trình làm đồ án, em đã nỗ lực hết sức mình, nhưng do trình độ thực tế còn

có hạn nên bản đồ án này không tránh được các thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp

ý, phê bình của các thầy cô giáo và các bạn bè cùng lớp, để em có thể rút ra được nhữngkinh nghiệm quý báu phục vụ cho công việc của em sau này

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô và các bạn đã giúp đỡ em hoàn thành đồ ánnày!

Hà Nội, Ngày tháng năm 2016

Sinh viên Hoàng Thị Thái

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.3 Tình hình tiêu thụ và sản xuất xăng dầu trong những năm qua

Hình 1.1: Cơ cấu tiêu thụ xăng dầu

Xăng chiếm một tỷ lệ rất lớn trong tiêu dùng năng lượng của thế giới nói chung vàViệt 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 tiêu thụtương ứng, chủ yếu là tiêu thụ dầu diesel và dầu nhiên liệu với số lương dao động trongkhoảng 1,5-3 triệu tấn/năm (MTPA) Dầu nhiên liệu (FO) sẽ chiếm khoảng 16% trongnhững năm từ 2013 Nhu cầu JetA1 dự kiến sẽ chiếm khoảng 4% đến năm 2020 và duy trì

ở mức 3% từ năm 2020 Tiêu thụ xăng và dầu diesel sẽ tăng lên, bù đắp sự suy giảm trongdầu nhiên liệu và tiêu thụ jetA1

Nếu chỉ tính đến những dự án có khả năng được thực hiện, công suất lọc dầu của ViệtNam 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 xăng dầu sẽ giảm, Việt Nam sẽ có nguồn thặng dư xăng

và jetA1

Hình 1.2 Mức tiêu thụ xăng dầu của Việt Nam từ năm 1994-2013

 Tình hình sản xuất xăng dầu

Việt Nam vừa là nước xuất khẩu dầu thô vừa là nước nhập khẩu các sản phẩm dầu đãqua xử lý

Hình 1.3: Tỷ lệ xuất-nhập xăng dầu của Việt Nam từ năm 2003-2013

Dẫn báo cáo thống kê về năng lượng thế giới 2014 của ANZ cho biết, Việt Nam nắmgiữ 0,3% trữ lượng dầu đã dược phát hiện của thế giới, khoảng 4,4 tỷ thùng Tại khu vựcChâu Á Thái Bình Dương, Việt Nam có tỷ lệ dự trữ so với sản xuất cao nhất ở mức 34,5 –cao hơn các nước xuất khẩu dầu truyền thống như Brunei, Indonesia và Malaysia.

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/P củaxăng dầu là 66 (đứng đầu châu Á Thái Bình Dương và thứ 716 thế giới) Điều này cho 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

1.4 Khái quát về xăng

Xăng là một loại dung dịch nhẹ chứa hóa hỗn Hyđrocacbon từ C5 đến C11, dễ bay hơi,

dễ bốc cháy, tỷ trọng d = 0,70 - 0,75, có mùi đặc trưng, nhiệt độ sôi từ 35-200 °C, khốilượng riêng 700 -760 kg/m3

Xăng được chế biến từ dầu mỏ bằng phương pháp:

• Quá trình chưng cất trực tiếp

• Quá trình cracking nhiệt

• Quá trình cracking xúc tác (FCC)

• Quá trình hidrocracking xúc tác

• Quá trình refoming xúc tác (RC)

• Quá trình ankyl hóa

• Quá trình isomer hóa

Các chỉ tiêu chất lượng của xăng

 Tính chống kích nổ

Trị số octan của xăng thể hiện tính chống kích nổ của xăng Xăng của trị số octan càngcao thì có tính chống kích nổ càng cao

Nếu sử dụng xăng có trị số octan thấp cho xe có tỉ số nén cao sẽ gây ra hiện tượngcháy kích nổ.

Nếu sử dụng xăng có trị số octan cao cho xe có tỷ số nén thấp thì xăng sẽ khó cháyhoặc cháy không hết tạo cặn hay làm bẩn máy, hao xăng

 Tính bay hơi thích hợp

Xăng muốn cháy được trong máy phải bay hơi Xăng bay hơi thích hợp sẽ cháy tốttrong máy Nếu xăng bay hơi không thích hợp, máy sẽ không phát huy được hết công suất,hao xăng nhiều và gặp phải những sự cố kỹ thuật: hiện tượng nghẹt xăng hay nút hơi, hiệntượng ngộp xăng (sặc xăng)

 Tính ổn định hóa học cao

Khả năng giữ vững bản chất hóa học chống lại ảnh hưởng của môi trường xung quanhgọi là tính ổn định hóa học của xăng Tính ổn định hóa học của xăng bị ảnh hưởng bởinhiều yếu tố: nhiệt độ, diện tiếp xúc với không khí, độ sạch và khô của vật chứa, mức độtồn chứa và thời gian tồn chứa Xăng có hàm lượng keo nhựa càng cao thì tính ổn định hóahọc càng thấp

 Ứng dụng của xăng.

Xăng được sử dụng như một loại nhiên liệu, dùng để làm chất đốt cho các loại động cơđốt trong sử dụng xăng, chất đốt dùng trong tiêu dùng, sinh hoạt hàng ngày như đun nấu,một số lò sưởi, trong một số loại bật lửa, Làm dung môi hòa tan một số chất, đùng để tẩymột số vết bẩn bám trên vải, kim loại, kính, nhựa, Một số loại vũ khí như súng phun lửa,bom, mìn, …

Các loại xăng ở thị trường Việt Nam: A92, A95, A83, E5

1.5 Tổng quan về bồn bể chứa.

1.5.1 Khái niệm bồn bể chứa.

Trong công nghiệp hóa dầu, tất cả các hoạt động sản xuất, buôn bán, tồn trữ đều liênquan đến khâu bồn bể chứa

Bồn bể chứa tiếp nhận nguyên liệu trước khi đưa vào sản xuất và tồn trữ sau sản xuất

Bồn chứa có vai trò rất quan trọng, nó có nhiệm vụ: tồn trữ nguyên liệu và sản phẩm,giúp ta nhận biết được số lượng tồn trữ Tại đây các hoạt động kiểm tra chất lượng, sốlượng, phân tích các chỉ tiêu trước khi xuất hàng đều được thực hiện.

Ngoài ra nó còn được hỗ trợ bởi các hệ thống thiết bị phụ trợ: van thở, nền móng, thiết

bị chống tĩnh điện, mái che …

1.5.2 Phân loại bể chứa

 Phân loại theo hình dạng bể chứa

 Tổn thất nhiên liệu lớn so với các loại bể khác

 Khả năng xảy ra sự cố cao

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

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

 Không gian lắp đặt thiết bị lớn

 Dung tích bể 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, lắpđặt và vận hành

c Bể cầu:

Bể cầu thường được dùng để chứa hơi hóa lỏng với áp lực dư Pd = 0,25 → 1,8(MPa)

Hình 1.7: bể chứa hình giọt nước

Bể chứa hình giọt nước thường được dùng để chứa các chất có hơi đàn hồi cao,

nhược điểm của bể chứa hình giọt nước chế tạp và lắp đặt thiết bị khá phức tạp

 Phân loại theo xây dựng

• Bể ngầm: được đặt bên dưới mặt đất, thường sử dụng trong các cửa hàng bán lẻ

• Bể nổi: được xây dựng trên mặt đất, được sử dụng ở các kho lớn

• Bể nửa ngầm: Loại bể có ½ chiều cao bể nhô lên mặt đất, nhưng hiện nay cònrất ít

• Bể ngoài khơi: được thiết kế nổi trên mặt nước, có thể di chuyển từ nơi này đếnnơi khác một cách dễ dàng

So sánh hai loại bể ngầm và bể 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

• Bể chứa có thể tích cố định: Là loại bể chứa có thể tích không đổi (mái tĩnh, bểcầu)

• Bể chứa có thể tích thay đổi: Là loại bể chứa có thể tích thay đổi (bể có máiphao ngoài là mái cố định còn có mái phao nổi lên bề mặt chất lỏng, bể mái nổi -bản thân là mái phao)

 Phân loại theo khả năng chịu áp suất

• Bể cao áp: áp suất chịu đựng trong bể > 200 mmHg

• Bể áp lực trung bình: áp suất từ 20 ÷

200 mmHg thường bể KO, DO

• Bể áp thường: áp = 20 mmHg áp dụng bể dầu nhờn, FO, bể mái phao

 Phân loại theo vật liệu làm bể

a Bể kim loại: làm bằng thép, áp dụng cho hầu hết các bể 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 Bể phi kim: làm bằng vật liệu như: gỗ, composit, nhựa, bê tông… nhưng chỉ áp

 Áp suất chịu không cao

1.5.3 Phân loại mái bể chứa:

 Mái nón không có cột chống trung tâm

Hình 1.8: Mái nón không có cột chống trung tâm

bể có đường kính nhỏ hơn 15m

 Nhược điểm: Không sử dụng được trong các bể chứa có đường kính lớn hơn

15m, vì khả năng chịu tải của mái nón không có cột chống trung tâm là khôngtốt khi mái có đường kính lớn

 Mái nón có cột chống trung tâm

Hình 1.9: Mái nón có cột chống trung tâm

và nhỏ hơn 25m thì mái nón trung tâm thường được sử dụng, mái nón có cộtchống trung tâm còn có ưu điểm dễ chế tạo hơn mái cầu khi sử dụng cho cóđường kính lớn

 Mái cầu không có cột chống trung tâm:

Hình 1.10: Mái cầu không có cột chống trung tâm

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

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, liên kếtvới 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 kết cấu mái

là lắp dựng đơn giản, trọng lượng nhẹ do đó giảm được tải trọng tác dụng lên thân bể,móng bể, do đó giảm được chi phí xây dựng Kết cấu mái gồm 2 thành phần chính:

Hệ thống khung đỡ không gian với các nút liên kết đặc biệt Các phần tử thanh được cấu tạo từ dầm chữ I và được liên kết vứi nhau bằng bulong thông qua bản đệm

Hình 1.11: Kết cấu nút liên kết của mái dome

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 bể thông qua các khung đỡ được bố trí đềuxung quanh thành bể

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 bể chứa

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

• 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 bể 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 bể

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

 Mái cầu có cột chống trung tâm:

Hình 1.12: Mái cầu có cột chống trung tâm

Mái cầu có cột chống trung tâm thường được sử dụng khi đường kính bể chứa lớn hơn 25

m, tải trọngvà áp suất dư tác dụng lên mái là lớn

 Chọn loại mái bể chứa:

Việc chọn dạng mái phụ thuộc chiều và độ lớn tác dụng của tải trọng mái và đườngkính của bể chứa

Theo tiêu chuẩn API650

• Khi đường kính bể chứa nhỏ hơn 15 m và áp suất trong không lớn thì ta có thể dùngmái bể chứa dạng mái nón không chống trung tâm

• Khi đường kính từ 15m đến 25m thì dùng mái nón có cột chống trung tâm, còn khiđương kính mái bể chứa lớn hơn 25 m thì ta phải sử dụng mái nổi

1.5.4 Tiêu chuẩn Việt Nam về kho chứa xăng dầu

Kho DM&SPDM được chia thành hai nhóm :

-Nhóm I: Gồm các kho kinh doanh, kho dự trữ quốc gia, kho của nhà máy chế biến DM&SPDM;

-Nhóm II: Gồm các kho của cơ sở sản xuất (công nghiệp, năng lượng, giao thông vậntải

III

IIIA Từ 10 000 đến nhỏ hơn 30 000IIIB Nhỏ hơn 10 000

Chú thích : Dung tích toàn kho là tổng dung tích danh định các bể chứa và

các thùng chứa khác Khi xác định dung tích kho không tính đến dung tích của các bể chứa sau:

- Bể chứa nhiên liệu đốt lò cấp nhiệt

 Phân khu các hạng mục

6.Bảng 2- Phân khu chức năng các hạng mục trong kho DM&SPDM

Tên khu vực Tên các ngôi nhà và công trình bố trí trong khu

2 Khu vực xuất nhập

bằng đường thuỷ

Bến cảng xuất nhập, trạm bơm, nhà hoá nghiệm, phòng làm việc, và các công trình khác liên quan đến xuất nhập đường thuỷ

6 Khu vực văn phòng Nhà văn phòng, ga ra, thường trực bảo vệ v.v…

 Yêu cầu khi thiết kế

 Bể chứa DM&SPDM được chế tạo bằng vật liệu không cháy và phải phù hợp vớitính chất của loại sản phẩm chứa trong bể

 Đáy bể chứa cần có lớp lót bằng vật liệu không cháy hoặc vật liệu khó cháy

 Bể chứa DM&SPDM có thể liên kết hàn, liên kết đinh tán, liên kết bu lông hoặckết hợp các phương pháp kể trên

 Khu bể nổi chứa DM&SPDM phải bố trí theo nhóm Tổng dung tích của mỗi nhóm bể chứa được quy định tại Bảng 2

Bảng 3 Tổng dung tích danh định cho phép trong một nhóm bể chứa DM&SPDM

Loại bể

chứa

Dung tích danh định của 1 bể chứa quy định trong nhóm (m3)

Loại DM&SPDM tồn chứa

Tổng dung tích danh định cho phép trong nhóm

Bể mái

cố

định

50 000 và nhỏ hơn DM&SPDM có nhiệt độ

chớp cháy cao hơn 37,8 oC

120 000

50 000 và nhỏ hơn DM&SPDM có nhiệt độ

chớp cháy bằng và thấp hơn 37,8 oC

80 000

Đối với khu bể ngầm chứa DM&SPDM, diện tích mặt thoáng chung của một nhóm

bể ngầm không được lớn hơn 14 000 m2 và mặt thoáng của mỗi bể ngầm không đượclớn hơn 7 000 m2

Đối với bể trụ nằm ngang dung tích mỗi bể nhỏ hơn 100 m3 khi đặt ngầm dung tíchmỗi nhóm không quá 5 000 m3 Khi đặt nổi chứa sản phẩm loại 1 mỗi nhóm không quá

500 m3 và khi đặt nổi chứa sản phẩm loại 2, 3 mỗi nhóm không quá 2 500 m3

 Biện pháp bảo vệ

Phải có biện pháp bảo vệ chống ăn mòn phù hợp cho đường ống công nghệ trong khoDM&SPDM, có thể thực hiện bằng một hoặc nhiều phương pháp sau:

-Sơn phủ bề mặt đáy bể

-Tăng chiều dày đáy bể khi thiết kế để dự phòng ăn mòn

- Bảo vệ chống ăn mòn điện hóa cho đáy bể

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ

2.1 Số liệu thiết kế

Bảng 2.1: Các số liệu cần cho tính toán

2.2 Phân tích lựa chọn phương án

Với yêu cầu thiết kế kỹ thuật bể chứa dầu dung tích V = 50.000 (m3) ta dựa trên các tiêuchí sau :

 Tiết kiệm vật liệu

 Khả năng thi công

 Khả năng sửa chữa, bảo dưỡng

 Phù hợp với diện tích mặt bằng xây dựng

Với các đặc điểm xăng là:dễ bay hơi, làm việc ở áp suất khí quyển, công suất tồn chứa lớn.

Ta chọn phương án tồn chứa xăng là 2 bể trụ đứng tổng dung tích thiết kế 55 000 m3, mái che

là mái dome, mái phao nhằm mục đích giảm chi phí đầu tư ban đầu và tiết kiệm không gianlắp đặt thiết bị

2.3 Mô hình và sơ đồ tính toán

• Các hạng mục công trình

• Kho xăng dầu gồm có thiết bị chính là 2 bể chứa xăng,với:

Mức tồn kho tối đa : 55 000 m3

Thời gian lưu kho tối đa : 5 tháng

phát điện sẽ hoạt động để đảm bảo công trình không bị ngưng trệ trong các trường hợp cónhu cầu cần thiết và cấp bách.

• Bể nước sinh hoạt

Nước sử dụng cho thi công được lấy từ nguồn nước sông cạnh công trình qua máy bơmcủa bên thi công, còn nguồn nước sử dụng cho sinh hoạt của công nhân thì sử dụng nguồnnước máy tại địa phương

Đường bộ

bảovệ

Bể chứa 1

Trạmđiện,trạmbơm

Sơ đồ tính toán:

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ

3.1 Tính kết cấu chính

3.1.1 Tính thân bể chứa:

Đặc trưng vật liệu cho thân-đáy bể

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

Bảng 3.1: 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

n

γ γ

∆

Trong đó:

Hln: chiều cao tối ưu của bể

Rkh: cường độ tính toán của đường hàn đối đầu chịu kéo, lấy bằng cường độ chịu kéocủa 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 bể, γ1 = 0,75 [T/m3]

n1 : hệ số vượt tải: n1 = 1,5.

γ : hệ số điều kiện làm việc

Thay số vào ta được: Hln = 21,56 [m] ⇒ các phương án đưa ra có chiều cao H lựa chọnxung quanh giá trị Hln = 21,56 [m]

Đường kính tương ứng với chiều cao H là:

Thân bể

V D

Lựa chọn kích thước bể 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 tăng diệntích mặt thoáng của chất lỏng, lượng chất lỏng bốc hơi sẽ lớn làm giảm độ an toàn của côngtrình (gây ra áp lực dư lớn) và gây ô nhiễm môi trường

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

Ta dự định trước thân bể được hàn từ các tấm thép có kích thước 1500x6000mm vàchiều dày đáy bể là 10mm Ta sẽ tính toán theo các trường hợp sau để lựa chọn ra trường hợptối ưu nhất: Trong tính toán sơ bộ ta tính chiều dày theo phương pháp 1foot (0,3m), phươngpháp này chỉ áp dụng cho bể có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 60m (200ft)

Để tiết kiệm nguyên liệu và thuận lợi cho việc lắp ghép chế tạo vỏ bể chứa, ta chia vỏthành nhiều modun và mỗi modun có khổ là 1,5m Chiều dày của mỗi modun được xác địnhdựa 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 mỗi modun

và chiều dày thử áp suất thủy tĩnh, từ đó chọn lấy giá trị lớn hơn trong 2 giá trị đã tính, và từ

đó chọn chiều dày của mỗi modun theo tiêu chuẩn

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

+ Trong điều kiện thiết kế:

1 4,9 .( 0,3).

+ Trong điều kiện thử áp lực:

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 nước thử

áp lực) [m]

CA: chiều dày ăn mòn cho phép lấy bằng 2mm (theo API650[1])

Sd, St: ứng suất cho phép trong điều kiện thiết kế và trong điều kiện thử áp lực [Mpa]Kết quả tính toán như sau:

td [mm] ttn [mm] tmax[mm] tc[mm] Khối

lượngthép [T]

H = 22,5 [m]

D = 40 [m]

V = 25 000 [m3]

3.1.2 Tính đáy bể chứa:

Đáy bể tựa trên nền cát và chịu áp lực chất lỏng Ứng suất tính toán trong đáy không đáng

kể nên chiều dày của tấm đáy được chọn theo các yêu cầu của cấu tạo khi hàn và chống ănmòn

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

Phần viền ngoài (vành khăn) cần được tính toán cụ thể theo tiêu chuẩn API650[1]

Đường kính đáy phải lớn hơn đường kính bể tối thiểu là 100 mm

 Tính toán chiều dày đáy bể

Theo API 650[1] (phần 3.4.1) chiều dày tối thiểu của đáy bể chưa kể ăn mòn là 6 mm Vậychiều dày của đáy bể là:

tb = 6+CA = 6+2 =8 [mm]

Chọn tb = 10 [mm]

Trong thiết kế bồn bể chứa, thông thường bề dày đáy bể lấy bằng bề dày tầng thân đầutiên để đảm bảo sức chứa của bể Như vậy, ta chọn chiều dày của đáy bể là 26(mm)

 Tính toán chiều dày tấm vành khăn

Chọn đáy có dạng hình vành khăn, chiều dày của tấm hình vành khăn là 10mm, thêm hệ

số ăn mòn 2mm, vậy chiều dày đáy hình vành khăn là:

tb = 10+ 2 = 12 [mm]

chọn tb = 12 [mm]

Theo mục 3.3.2 của tiêu chuẩn API 650[1]

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

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

Trong trường hợp độ rộng của tấm vành khăn lớn hơn yêu cầu thì tính toán theo côngthức sau:

0,5

215 ( )

a

t

Trong đó:

tba là chiều dày của tấm vành khăn

H là chiều cao lớn nhất của mực chất lỏng chứa trong bể

G là tỷ trọng chất lỏng chứa trong bể

666 ( ) (20× 0,75)

3.1.3 Tính mái che bể chứa:

Theo tiêu chuẩn API 650 khi đường kính bể chứa bằng 40m nên ta chọn mái bể chứa dạnghình cầu (dạng mái dome)

Giống như chọn bề dày đáy bể, bề dày mái bể thường lấy bằng bề dày tầng thân trên cùng Ta có chiều dày nhỏ nhất của mái là 8 mm, khi kể đến hệ số ăn mòn ta có chiều dày thực tếcủa mái là:

t = 8+CA = 8+2 = 10[mm] [1] ( Phần 3.10.6)

Giá trị chiều dày không được lớn hơn 13mm (theo API phần 3.10.4.1)

Vậy ta chọn chiều dày của mái là: S = 10 mm

Ta sử dụng tấm che mái panel là nhôm tấm 5052

Khối lượng riêng = 2,7 g/cm3

Mô hình mái bể dome được xây dựng bằng phần mềm RFEM

- RFEM cung cấp các biến dạng, nội lực và lực tương hỗ cũng như ứng suất tại các điểm tiếp xúc với đất Các module bổ sung tạo điều kiện thuận lợi cho việc nhập dữ liệu bằng cách tạo ra hệ kết cấu cũng như các liên kết một cách tự động và thực hiện các phân tích

và thiết kế sâu hơn

Hình 3.2: Mái dome bể chứa.

Hình 3.3: Momen uốn tác dụng lên mái che.

Hình 3.4: Phương biến dạng của bể khi vượt quá tải trọng cho phép.

3.1.4 Tính mái nổi bể chứa

 Lựa chọn kết cấu mái nổi cho bể

• Giới thiệu về mái nổi.

Một vấn đề thường gặp trong quá trình lưu trữ nhiên liệu ở các bể chứa nhất là nhữngnhiên liệu như xăng dầu là so có tính bay hơi mạnh mẽ của các loại nhiên liệu này gây ra áplực lên mái bể, một phần lên thành bể và nguy hiểm hơn đó là việc dễ phát sinh cháy nổ, haophí nhiên liệu, ăn mòn các kết cấu đỡ mái bể Hạn chế sự bay hơi này là một yếu tố quan trọngtrong thiết kế các loại bể chứa nhiên liệu Có rất nhiều biện pháp khác nhau nhằm hạn chế sự

ăn mòn này như sử dụng bể chứa có thiết kế thêm phao nổi (kết cấu mái nổi) Một trongnhững biện pháp đơn giản dễ thực hiện là sử dụng mái nổi nhất là đối với bể chứa có đườngkính lớn thì mái nổi càng tỏ rõ tính ưu việt của mình, do việc thi công đơn giản, giá thành rẻhơn việc sử dụng các loại kết cấu mái khác

Trên thực tế có rất nhiều loại mái nổi dùng cho bể chứa, với nhiều chủng loại khác nhauđược làm từ các loại vật liệu khác như: thép, nhôm, nhựa… Tuỳ theo loại nhiên liệu chứatrong bể, đường kính bể và thời gian quay vòng sản phẩm mà lựa chọn mái nổi cho phù hợp

• Các phương án mái nổi

Hiện nay Việt Nam có nhiều chủng loại mái nổi khác nhau được sử dụng rộng rãi cho cácloại bể khác nhau Cũng có những loại bể chứa do đặc điểm có đường kính lớn, hiện nay trongnước chưa có khả năng sản xuất cũng như thi công được hoặc có thể sản xuất nhưng giáthành cao hơn nhiều so với loại mái nổi cùng chủng loại được chào hàng của các hãng nướcngoài

Trên cơ sở phân tích các số liệu về nhiên liệu chứa trong bể, thời gian quay vòng nhiênliệu, đường kính bể…Tham khảo các loại mái nổi của các loại bể chứa tương tự hiện có tại ViệtNam hiện nay có hai phương án chính thường sử dụng như sau

- Phương án I

Sử dụng mái nổi làm bằng vật liệu thép, hiện nay loại mái này thường được sử dụng chocác loại bể có kích thước trung bình và nhỏ Loại mái này được tổ hợp từ các tấm thép và chủyếu sử dụng các liên kết hàn trong kết cấu mái bể

Ưu điểm: tính bền vững cao, nguyên vật liệu chế tạo sẵn có và có thể chế tạo trong nhà

máy rồi đem lắp ráp tại công trường, do đó có chất lượng khá tốt

Nhược điểm: trọng lượng mái rất lớn, với những loại bể có đường kính lớn thì việc sử

dụng mái thép tỏ ra kém hiệu quả và một nhược điểm thường hay gặp trong khi vận hành đó

là hiện tượng cong vênh dẫn tới việc lên xuống của bể gặp khó khăn

- Phương án II

Sử dụng mái nhôm, đây là loại mái nổi hiện đại Hiện nay mới được sử dụng ở một sốcông trình tại Việt Nam Nó đang tỏ rõ tính ưu việt cũng như sự phù hợp trong việc vận hành

Ưu điểm: trọng lượng của mái nhỏ, kết cấu hoạt động ổn định chính xác và việc thi công

rất đơn giản do kết cấu chủ yếu sử dụng các liên kết bulông Với những bể chứa có đườngkính lớn thì loại mái này tỏ rõ sự ưu việt của mình

Nhược điểm: với những loại mái có đường kính lớn thì không thể sản xuất trong nước.

Với bể chứa dầu và xăng thể tích 25000 m3 là loại bể chứa lớn Vì vậy việc lựa chọn kếtcấu nổi bằng nhôm tỏ ra hiệu quả hơn cả

 Mô tả mái nổi bằng nhôm:

Mái nổi bằng nhôm sử dụng chủ yếu là kết cấu tấm vỏ được liên kết với nhau bằng cácliên kết bulông và ốc vít Mái nổi do được nâng đỡ bởi các ponton trụ dài đặt vuông góc vớicác ponton là hệ các dầm bằng nhôm, các poton được gắn với dầm bằng một đai nhôm, giữacác tấm nhôm được liên kết với nhau bằng chi tiết kẹp Toàn bộ mái được đỡ bằng hệ thốngchân đỡ

Để đảm bảo sự thẳng đứng khi di chuyển lên xuống Mái nổi sẽ có một hệ thống địnhhướng bằng cáp, theo đó di chuyển lên xuống, mái nổi sẽ trượt theo các sợi cáp này Độ kínkhít giữa mái và thành bể được đảm bảo bằng hệ thống đệm đặc biệt

Tính toán mái nổi

Hình 3.5: Kết cấu đặc trưng của mái nổi.

Float: phao

Tank shell: vỏ bể chứa

Wiper seal: tấm chạy bịt kín

Liquid level: mức chất lỏng

Primary rim plate: tấm biên chính

Rim space: không gian biên

Desk skin: tấm phủ bề mặt phao

Với đường kính bể chứa là 40m < 65m, ta sử dụng mới nổi 1 lớp

Bảng 3.5: Các kết cấu mái nổi

1 Vành mái phao Thanh định hình cân xứng Hợp kim nhôm

6063-T5

2 Thanh đà sườn chính

hình chữ I 50 x 60mm 3mm web, 4mmflange Hợp kim nhôm6061-T6

3 Thanh định hình kẹp

tấm phủ phao 35 x30.5 deep Hợp kim nhôm6061-T6

9 Ống phao theo tiêu

chuẩn 254mm O.D x 1.3mm wall Hợp kim nhôm3004

19 Vải chặn bay hơi 0.25mm fibreglass reinforced

20 Vải chặn bay hơi

(0.25mm) Lớp bố bằng sợi tổng hợp và lớpphủ bằng Urethane Urethane

Cấu trúc mái phao được thiết kế độc lập, do đó khi sửa hay bảo trì không cần tháo gỡ tấmphủ hay ống phao

Ta tính toán hệ mái phao theo lực đẩy acsimet

Khối lượng của cả hệ mái phao được tính bằng:

.4

m1: khối lượng ống phao [kg]

dnp: đường kính ngoài của ống phao [m], dnp = 254 mm

dtp: đường kính trong của ống phao [m], dtp = 1,63 mm

L: tổng chiều dài của ống phao [m]

2 t 4

p d

ρ : khối lượng riêng của vật liệu làm ống phao [kg/m3],

Vậy tổng khối lượng mái phao M = 3000+6651+1325 = 10976 [kg]

- Phao nổi trong môi trường xăng:

 Tải trọng gió tác dụng lên bể

Tải trọng gió tác dụng lên thân bể được tính theo công thức sau: