Tinh toan thiet ke be chua kerosen

HUMG 2015

BÀI TẬP LỚNXây dựng bể chứa kerosene, bể hình trụ đứng với các điều kiện sau:

T = 300C

d = 0,77 g/ml

V = 50000 m3

Vận tốc gió = 205 km/h

Ăn mòn thành bể: 3mm

Ăn mòn đáy bể: 3mm

Ăn mòn mái bể: 2mm

Khả năng chứa của bể = 0.9ղ

Mục lụcI.Tổng quan về bồn bể chứa dầu khí

………………………………………….............3

1.1. Giới thiệu ………………………….………………………………………………

3

1.2. Phân loại bồn bể chứa dầu khí …………………………………………… ……3

1.2.1. Phân loại theo chiều cao xây dựng ……………...………………………

……..3

1.2.2. Phân loại theo áp suất ………………………………..…………………………

4

1.2.3. Phân loại theo vật liệu xây dựng …………………………………

4

1.2.4. Phân loại theo hình dạng ………………………….……………………….4

II. Thiết kế bồn bể chứa ……………………………………….……………… 4

2.1. Xác định các thông số công nghệ bồn chứa …………………………...5

2.2. Lựa chọn vật liệu làm bồn ………………………………………………… 5

Lọc Hóa Dầu K57 Page 1

HUMG 2015

2.3. Xác định giá trị áp suất tính toán …………………………………...

…… ..6

2.4. Xác định các tác động bên ngoài …………………………………………….. … 7

2.4.1 Tác động của gió ………………………………………………………………….7

2.4.2 Tác động của động đất ……………………………………………………….. 7

2.5. Xác định chiều dày của bồn …………………………………………………..8

2.6. Xác định các lỗ trên bồn ………………………………………………………..…8

2.7. Xác định chân đỡ và tai nâng …………………………………………………. 9

2.8. Các ảnh hưởng thủy lực đến bồn chứa ……………………………………….…9

2.8.1 Áp suất làm việc cực đại …………………………………………………………9

2.8.2 Tải trọng gió …………………………………………………………………..…10

2.8.3 Dung tích chứa lớn nhất cho bồn mái nổi ……………………………………10

2.9. Các thông số cần thiết trong tính toán thiết bị…………………………………11

2.9.1. Nhiệt độ làm việc, nhiệt độ tính toán……………………………… …………11

2.9.2. Áp suất làm việc, áp suất tính toán, áp suất gọi và áp suất thử … …………11

2.9.3. Ứng suất cho phép tiêu chuẩn (đơn vị đo N/mm2 hoặc N/m2) … ………..12

2.9.4. Các hệ số hiệu chỉnh ………………………………………………… …….…12

III. Tính toán thiết kế bồn chứa ……………………………………………….………..13

3.1 Thiết kế thân bể ……………………………………………………………….……14

3.2. Thiết kế đáy bể ………………………………………………………………….…18

3.3. Thiết kế mái bể ………………………………………………………………..…..19

IV. An toàn và phòng chống cháy nổ trong hệ thống bồn chứa ……………..….20

4.1. Giới thiệu chung …………………………………………………………………..20

4.2. Các biện pháp an toàn ………………………………………………………..…20

4.2.1. Đối với con người ………………………………………………………………20

4.2.2. Trong công tác quản lý ………………………………………………………..20

4.2.3. Trong quá trình bảo quản và sản xuất ……………………………………...21


HUMG 2015

4.2.4. Trong quá trình sửa chữa các thiết bị trong hệ thống bồn ………………22

4.3. Hệ thống phòng cháy chữa cháy …………………………………………..…..22

4.4. Các hoạt động trong trường hợp khẩn cấp ……………………………….…23

I. Tổng quan về bồn bể chứa dầu khí 1.1. Giới thiệu

Trong công nghiệp hoá dầu, tất cả các hoạt động sản xuất, buôn bán, tồn trữ

đều liên quan 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, số lượng, 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…

1.2. Phân loại bồn chứa dầu khí

1.2.1. Phân loại theo chiều cao 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

còn rất ít.

Bể ngoài khơi: Được thiết kế nổi trên mặt nước, có thể di chuyển từ nơi này

đến nơi khác một cách dễ dàng.


HUMG 2015

So sánh hai loại bể ngầm và bể nổi

Bể ngầm Bể nổi

- An toàn cao: Đây là lý do chính vì bảo

đảm 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 nhiệt với môi trường bên ngoài

Tạo mặt bằng thoáng

- Chi phí xây dựng thấp

- Bảo dưỡng thuận tiện: dễ dàng súc rửa,

sơn và sửa chữa bể

- Dễ dàng phát hiện vị trí rò rỉ xăng

dầu ra bên ngoài

1.2.2. Phân loại theo áp suất

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

Bể áp lực trung bình: Áp suất = 20 => 200 mmHg thường dùng bể KO, DO

Bể áp thường: Áp suất = 20 mmHg áp dụng bể dầu nhờn, FO, bể mái phao.

1.2.3. Phân loại theo vật liệu xây dựng

Bể kim loại: Làm bằng thép, áp dụng cho hầu hết các bể lớn hiện nay.

Bể phi kim: Làm bằng vật liệu như: gỗ, composite,.. nhưng chỉ áp dụng cho

các bể nhỏ.

1.2.4. Phân loại theo hình dạng.

Bể trụ đứng: Thường sử dụng cho các kho lớn.

Bể hình trụ nằm: Thường chôn xuống đất trong cửa hàng bán lẻ hoặc để nổi

trong một số kho lớn.

Bể hình cầu, hình giọt nước: Còn rất ít ở một số kho lớn.

II. Thiết kế bồn chứa

Bồn chứa trong ngành dầu khí chủ yếu dùng để chứa các sản phẩm nhiên

liệu như: khí, xăng, D.O, và các nguyên liệu của ngành hoá dầu như:

VCM, butadiene,…

Các sản phẩm dầu khí có khả năng sinh ra cháy nổ cao, mức độ độc

hại nhiều nên đòi hỏi việc thiết kế cũng như tính toán phải hết sức cẩn thận. Các hệ


HUMG 2015

thống phụ trợ kèm theo phải được bố trí cẩn thận, tính toán tỉ mỉ, nhất là

hệ thống phòng cháy chữa cháy, bố trí mặt bằng nhằm hạn chế tối thiểu khả năng

xảy ra cháy nổ cũng như khắc phục khi xảy ra sự cố.

Tuy nhiên, việc tính toán cơ khí cho bồn cao áp là quan trọng nhất vì khi

xảy ra sự cố thì việc khắc phục chỉ mang tính chất hình thức, thiệt hại gây ra cho

sự cố là khó lường.

Quá trình tính toán bồn cao áp bao gồm các bước sau:

2.1. Xác định các thông số công nghệ bồn chứa

Các thông số công nghệ của bồn bao gồm:

- Thể tích của bồn chứa V.

- Các kích thước cơ bản như: chiều dài phần trụ (l), đường kính phần trụ (d), chiều

cao phần nắp bồn chứa (h), loại nắp bồn chứa.

- Các thiết bị lắp đặt trên bồn chứa, bao gồm: các valve áp suất, các thiết bị đo áp

suất, đo mực chất lỏng trong bồn, đo nhiệt độ.

- Vị trí lắp đặt các thiết bị trên bồn chứa.

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

2.2. Lựa chọn vật liệu làm bồn

Các sản phẩm dầu khí chứa trong bồn thường có áp suất hơi bão hoà lớn,

nhiệt độ hoá hơi thấp và có tính độc hại.

Mức độ ăn mòn của các sản phẩm dầu khí này thuộc dạng trung bình, tùy

thuộc vào loại vật liệu làm bồn, nhiệt độ môi trường mà mức độ ăn mòn các sản

phẩm này có sự khác nhau.

Khi xét đến yếu tố ăn mòn, khi tính toán chiều dày bồn, ta tính toán thời

gian sử dụng, từ đó tính được chiều dày cần phải bổ sung đảm bảo cho bồn ổn định

trong thời gian sử dụng.

Việc chọn lựa vật liệu còn phụ thuộc vào yếu tố kinh tế, vì đối với thép hợp


HUMG 2015

kim có giá thành đắt hơn nhiều so với loại thép cacbon thường, công nghệ chế tạo

phức tạp hơn, giá thành 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 tương

ứng của nó, đây là một thông số quan trọng để tính toán chiều dày bồn. Đối với các

loại vật liệu khác nhau thì ứng suất khác nhau, tuy nhiên các giá trị này

không chênh lệch nhau nhiều.

Đối với bể chứa dầu thô, xăng, kerosen và các sản phẩm dầu mỏ, vật liệu

chế tạo chủ yếu là thép. Thép có nhiều tính chất quý như: bền, dai, chịu được trọng

động, có khả năng đúc rèn, cán, dập, hàn, dễ cắt gọt; tính chất của nó biến đổi

trong phạm vi rộng phụ thuộc vào thành phần, phương pháp gia công.

Trong việc chế tạo this bị hóa chất người ta dùng thép cacbon hoặc thép hợp

kim thấp (hàm lượng các nguyên tố không gỉ đến 2.5%). Các loại thép này phải có

độ dẻo cao, dễ uốn, có tính hàn cao.

Hàn là một trong những phương pháp chủ yếu được lựa chọn trong thiết kế

bể chứa. Trong quá trình thiết kế, người thiết kế cần phải quyết định phương pháp

hàn, chọn kiểu mối hàn, cách chuẩn bị mép hàn và hoàn chỉnh mối hàn để đảm bảo

chất lượng của kết cấu. Việc lựa chọn phương pháp hàn phụ thuộc vào vật liệu đem

hàn, kích thước hình học của chúng (bề dày và đường kính) và trang bị của nhà

máy chế tạo. Ở các nhà máy ché tạo thiết bị hóa chất thường dùng các phương

pháp hàn: hàn tay, hàn bán tự động và hàn hồ quang điện dưới lớp thuốc. Tùy

thuộc vào vị trí của tấm vật liệu, vào phương pháp hàn để chọn kiểu hàn. Người ta

thường dùng ba kiểu hàn là hàn giáp mối, hàn vuông góc và hàn chồng, đối với

thiết bị hóa chất phổ biến nhất là kiểu hàn chồng.

2.3. Xác định giá trị áp suất tính toán

Đây là một thông số quan trọng để tính chiều dày bồn chứa. Áp suất tính

toán bao gồm áp suất hơi cộng với áp suất thủy tĩnh do cột chất lỏng gây ra:


HUMG 2015

Ptt= Ph+ ρgH

Trong đó:

Ptt: Áp suất tính toán.

Ph: Áp suất hơi.

ρ: Khối lượng riêng sản phẩm chứa trong bồn ở nhiệt độ tính toán.

g = 9.81 (m/s2): gia tốc trọng trường.

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 áp suất 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 giá trị:

- Propan : 18 (at)

- Butan : 9 (at)

- Bupro : 13 (at)

2.4. Xác định các tác động bên ngoài

Các tác động bên ngoài bao gồm:

2.4.1 Tác động của gió

Gió có thể tác động đến bồn, ảnh hưởng đến độ ổn định của bồn, làm cho

bồn bị uốn cong hay tác động đến hình dáng của bồn. Tuy nhiên đối với bồn cao

áp, do hình dáng cũng như cách đặt bồn nên ảnh hưởng của gió tác động lên bồn

nhỏ. Ảnh hưởng gió có thể bỏ qua nếu như ta xây tường bảo vệ hoặc đặt bồn ở vị

trí kín gió.

2.4.2 Tác động của động đất

Đây là tác động hy hữu, không có phương án để chống lại. Tuy nhiên khi xét

đến phương án này, ta chỉ dự đoán và chỉ đảm bảo cho các sản phẩm không bị thất

thoát ra ngoài, nhưng việc này cũng không thể chắc chắn được. Phần lớn các tác

động này ta không thể tính toán được vì sự phức tạp của động đất. Tác động này


HUMG 2015

gây ra hiện tượng trượt bồn ra khỏi chân đỡ, cong bồn, gãy bồn. Tốt nhất ta chọn

khu vực ổn định về địa chất để xây dựng.

- Các tải trọng tác động lên nó có thể xảy ra cũng được xét đến, chẳng hạn như các

thiết bị bố trí trên thân bồn: hệ thống cácthiết bị kèm theo, cầu thang, giàn đỡ,…

Các tải trọng này được tính toán trong phần tính toán bồn.

- Ngoài ra còn xét đến các yếu tố bên ngoài do con người tác động như: đào đất,

các hoạt động có thể gây ra va đập với bồn, các hoạt động mang tính chất phá hoại.

Chính các yếu tố đó đòi hỏi ta phải có các phương án bảo vệ thích hợp như thường

xuyên kiểm tra, xây tường bảo vệ, có các ký hiệu cho biết đây là khu vực nguy

hiểm, có thể gây ra cháy nổ lớn và ảnhhưởng đến các vùng lân cận, đồng thời phải

có những quy định, chế tài cụ thể đối với người vi phạm.

2.5. Xác định chiều dày của bồn

Công việc xác định chiều dày của bồn được thực hiệntheo các bước sau:

Xác định tiêu chuẩn thiết kế: ASME section VIII.Div.1, API 650

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

Xác định áp suất tính toán bồn chứa: Ptt

Xác định hệ số bổ sung chiều dày do ăn mòn C = Cc+ Ca

Các thông số công nghệ như: đường kính bồn chứa (D), Chiều dài phần

hình trụ (L), chiều cao hình trụ (H)

Các thông số về nắp bồn chứa: Loại nắp bồn chứa, chiều cao nắp bồn chứa.

2.6. Xác định các lỗ trên bồn

Đi kèm với bồn là hệ thống phụ trợ bao gồm có các cửa người, các lỗ dùng

để lắp các thiết bị đo như nhiệt độ, áp suất, mực chất lỏng trong bồn, các lỗ dùng

để lắp đặt các ống nhập liệu cho bồn, ống xuất liệu, ống vét bồn, lắp đặt các valve

áp suất, các thiết bị đo đạt nồng độ hơi sản phẩm trong khu vực bồn chứa.

Các thiết bị lắp đặt vào bồn có thể dùng phương pháp hàn hay dùng ren.

Thường đối với các lỗ có đường kính nhỏ ta thường dùng phương pháp ren vì dễ


HUMG 2015

dàng trong công việc lắp đặt cũng như trong việc sửa chữa khi thiết bị có sự cố.

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

tăng cứng cho lỗ.

2.7. Xác định chân đỡ và tai nâng

Chân đỡ bồn chứa ta dùng chân đỡ bằng thép hàn hay có thể xây bằng gạch,

bêtông. Tuy nhiên, trong ngành dầu khí ta thường dùng chân đỡ bằng thép hàn. Ta

chọn vật liệu làm chân đỡ, các thông số chân đỡ sau đó kiểm tra bền. Các yêu cầu

khi kiểm tra bền:

- Giá trị ứng suất mà tải trọng tác dụng lên giá đỡ không lớn hơn 2/3 giá trị ứng

suất vật liệu làm chân đỡ.

2.8. Các ảnh hưởng thủy lực đến bồn chứa

2.8.1 Áp suất làm việc cực đại

Là áp suất lớn nhất cho phép tại đỉnh của bồn chứa ở vị trí hoạt động bình

thường tại nhiệt độ xác định đối với áp suất đó. đólà giá trị nhỏ nhất thường được

tìm thấy trong tất cả các giá trị áp suất làm việc cho phép lớn nhất ở tất cả các phần

của bồn chứa theo nguyên tắc sau và được hiểu chỉnh cho bất kỳ sự khác biệt nào

của áp 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 ảnh hưởng của tất cả các tải trọng kết hợp có thể xuất hiện cho việc thiết kế

đồng thời với nhiệt độ làm việc kể cả bề dày kim loại thêm vào để bảo đảm ăn

mòn.

Áp suất làm việc lớn nhất cho phép có thể được xác định cho nhiều hơn một

nhiệt độ hoạt 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


HUMG 2015

tất cả các công việc lắp đặt được hoàn tất trừ côngviệc chuẩn bị hàn cuối cùng và

tất cả các kiểm tra đã được thực hiện trừ những yêu cấu 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 của bồn có giá trị nhỏ nhất bằng 1,5 lần áp suất làm việc lớn nhất cho phép

(áp suất làm việc lớn nhất cho phép coi như giống áp suất thiết kế), khi tính toán

không dùng để xác định áp suất làm việc lớn nhất cho phép nhân với tỷ số thấp

nhất ứng suất S ở nhiệt độ thử nghiệm và ứng suất S ở nhiệt độ thiết kế.

Thử nghiệm thủy tĩnh dựa trên áp suất tính toán có thể được dùng bởi thỏa

thuận giữa nhà sản xuất và người sử dùng. Thử nghiệm áp suất tĩnh tại đỉnh của

bồn chứa nên là giá trị nhỏ nhất của áp suất thử nghiệm được tính bằng cách nhân

giá trị áp suất tính toán cho mỗi thành phần áp suất với 1,5 và giảm giá trị này

xuống bằng áp suất thủy tĩnh tại đó. Khi áp suất này được sử dụng người kiểm tra

nên đòi hỏi quyền được yêu cầu nhà sản xuất hoặc nhà thiết kế cung cấp các tính

toán đã được sử dụng để xác định áp suất thủy tĩnh ở bất kỳ phần nào của bồn

chứa.

Buồng áp suất của những thiết kế kết hợp được thiếtkế hoạt động độc lập

phải được thử như một bồn chứa riêng biệt nghĩa là tiến hành thử với bồn bên

cạnh không có áp.

2.8.2 Tải trọng gió

Tải trọng gió bắt buộc phải được xác định theo những tiêu chuẩn, tuy nhiên

những điều luật của quốc gia hoặc địa phương có thể có những yêu cầu khắc khe

hơn. 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 được chấp nhận vềmặt an toàn, kinh tế, pháp

luật hay không. Gió thổi bất kỳ hướng nào trong bất kỳ trường hợp bất lợi nào đều

cần phải xem xét.

2.8.3 Dung tích chứa lớn nhất cho bồn mái nổi


HUMG 2015

Khoảng 85 – 90% dung tích của bồn mái nổi được sử dụng trong điều kiện

bình thường, phần thể tích không sử dụng là do khoảng chết trên (dead space) ở

đỉnh và khoảng 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 bởi chiều cao hơn là đường kính, do

đó cùng với một thể tích thì bồn cao chứa nhiều hơn bồn thấp.

Chiều cao lớn nhất đạt được được xác định bởi điều kiện đất đai nơi

đặt bồn. Do đó, khi chọn vị trí đặt bồn chứa phải điều tra về lãnh thổ nơi đặt bồn.

Do khoảng chết trên nên bể không được chứa đầy, nếuquá định mức thì sẽ được

báo động bởi đèn báo động ở mức high level.

2.9. Các thông số cần thiết trong tính toán thiết bị

2.9.1. Nhiệt độ làm việc, nhiệt độ tính toán

- Nhiệt độ làm việc là nhiệt độ của môi trường trong thiết bị đang thực hiện

các quá trình công nghệ đã định trước.

- Nhiệt độ tính toán:

+ Khi nhiệt độ làm việc nhỏ hơn 2500C thì lấy nhiệt độ tính toán bằng nhiệt

độ làm việc lớn nhất

+ Khi nhiệt độ môi trường tiếp xúc với các chi tiết của thiết bị lớn hơn

2500C thì nhiệt độ tính toán lấy bằng nhiệt độ môi trường cộng thêm 500C.

- Nếu thiết bị có lớp bọc cách điện thì nhiệt độ tính toán bằng nhiệt độ ở bề

mặt lớp cách điện tiếp xúc với chi tiết đó cộng thêm 200C.

2.9.2. Áp suất làm việc, áp suất tính toán, áp suất gọi và áp suất thử

Áp suất là một đại lượng chủ yếu khi tính toán độ bền các thiết bị làm việc

với áp suất môi trường ở bên trong thiết bị là áp suất dư (> 1at). Người ta chia ra 4

loại áp suất:

- Áp suất làm việc là áp suất của môi trường trong thiết bị sinh ra khi thực

hiện các quá trình, không kể áp suất tăng tức thời.


HUMG 2015

- Áp suất tính toán là áp suất của môi trường trong thiết bị, được dùng làm

số liệu tính toán thiết bị theo độ bền và độ ổn định. Thường áp suất tính toán được

lấy bằng áp suất làm việc; nhưng đối với các thiết bị chứa và các thiết bị dùng để

chế biến môi trường cháy nổ thì phải chọn áp suất tính toán theo các sổ tay kĩ

thuật. Chú ý: Khi áp suất thủy tĩnh của môi trường trong thiết bị bằng 5% áp suất

làm việc trở lên thì áp suất tính toán bằng áp suất làm việc cộng áp suất thủy tĩnh.

- Áp suất gọi là áp suất cực đại cho phép môi trường chứa trong thiết bị

được đạt tới khi sử dụng thiết bị (không kể áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng) ở

nhiệt độ của thành thiết bị là 200C. Nếu nhiệt độ thành thiết bị cao hơn 200C, thì áp

suất gọi cũng giảm tương ứng, tỉ lệ với sự giảm ứng suất cho phép ở nhiệt độ này

của vật liệu chế tạo thiết bị.

- Áp suất thử là áp suất dùng để thử độ bền và độ kín của thiết bị. Giá trị áp

suất thử thường lấy bằng 1,5 lần áp suất tính toán hoặc tra trong sổ tay kĩ thuật.

2.9.3. Ứng suất cho phép tiêu chuẩn (đơn vị đo N/mm2 hoặc N/m2)

Đại lượng ứng suất cho phép tiêu chuẩn phụ thuộc vào đặc trưng bền của vật

liệu ở nhiệt độ tính toán và được xác định theo một trong các công thức sau:

[σ]*¿σB

t

nB; [σ]* =σ c

2 ; [σ]*¿σb 1

t

nb 1 ; [σ]* =σ d

t

Trong đó

- σ bt ; σ c

t ; σ dt : là ứng suất bền, ứng suất chảy hoặc ứng suất tương đương cho

phép

- nb, nc, nb1: là hệ số an toàn.

Việc chọn các công thức tính và các hệ số an toàn cũng như các giá trị ứng

suất cho phép dùng sổ tay kĩ thuật.

2.9.4. Các hệ số hiệu chỉnh


HUMG 2015

Hệ số hiệu chỉnh ứng suất: Khi tính kiểm tra độ bền các chi tiết của thiết bị,

người ta dùng ứng suất cho phép chứ không dùng ứng suất cho phép tiêu chuẩn và

xác định nó như sau:

[σ] = η[σ]*

Trong đó:

- η là hệ số hiệu chỉnh, xác định theo điều kiện làm việc của thiết bị, thường

η = 0,9 ÷ 1,0

- [σ]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn

Hệ số bền mối hàn: Khi ghép các chi tiết bằng mối hàn phần lớn chúng kém

bền hơn so với các vật liệu để nguyên không hàn. Do đó khi tính độ bền của các

chi tiết ghép bằng mối hàn phải đưa hệ số mối hàn φh vào các công thức tính toán,

đại lượng này đặc trưng cho độ bền của mối ghép so với độ bền của vật liệu cơ

bản. Thường φh = 0,35 ÷ 0,9 tùy thuộc kết cấu mối hàn.

Hệ số bổ sung bề dày tính toán: Khi tính kiểm tra độ bền các chi tiết hoặc

các bộ phận của thiết bị ta ohair chú ý đến sự tác dụng hóa học và cơ học của môi

trường lên vật liệu chế tạo thiết bị. Do đó cần phải bổ sung cho bề dày tính toán

của các chi tiết và bộ phận đó một đại lượng C. Đại lượng C được xác định theo

công thức:

C = Ca + Cb + Cc + Cd

Trong đó

- Ca: Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường, mm

- Cb: Hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường, mm

- Cc: Hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, lắp ráp, mm

- Cd: Hệ số bổ sung để quy tròn kích thước, mm

III. Tính toán thiết kế bồn chứa Thiết kế bể chứa kerosene với các điều kiện sau:


HUMG 2015

T = 300C

d = 0,77 g/ml

V = 50000 m3

Vận tốc gió = 205 km/h

Ăn mòn thành bể: 3mm

Ăn mòn đáy bể: 3mm

Ăn mòn mái bể: 2mm

Khả năng chứa của bể = 0.9ղThể tích dầu V = 50000 m3 ta chọn thể tích bể là V = 55000 m3

Đối với bồn chứa dầu có dung tích 50000 m3 thì lựa chọn tối ưu là thiết kế bể hình

trụ đứng mái nổi, theo tiêu chuẩn API 650. Vật liệu làm bồn là thép cacbon có kí

hiệu A 573 M – 485 (70) thuộc nhóm IV. Các thông số của vật liệu được tra từ

bảng 3.2 (API 650) như sau:

− Ứng lực của nguyên liệu theo thiết kế: Sd = 193 MPa.

− Ứng lực thử thủy tĩnh: St = 208 Mpa.

− Các thông số khác:

− Dung tích: V = 55000 m3

− Đường kính: D = 65 m

− Trọng lượng riêng của kerosen: g = 0,77 g/cm3

− Vậy chiều cao của bể là:

h =4 V

π Dt2 η = 4 . 50000

π . 552.0 .9 = 16,75 (m).

Vậy ta chọn chiều cao bể là 17m.

3.1 Thiết kế thân bể

Với chiều cao bể là 17 m cần phải chia thân bể ra thành nhiều tầng, bề dày thân

của mỗi tầng có chiều dày khác nhau, càng lên cao bề dày càng giảm. Theo 3.6.1.1

API thì với đường kính bể chứa là > 60 m bề dày của thân 10 mm. Ở đây, giả thiết


HUMG 2015

chia thân bể từ đáy lên đỉnh thành 9 tầng: 8 tầng đầu tiên mỗi tầng có chiều cao là

2000 mm, tầng trên cùng có chiều cao là 1000 mm.

Theo phương pháp 1 – Foot (3.6.3, API 650) ta có

Tpd = 4.9 D (H−0.3 ) G

Sd + CA = 4,9 . 65 (17−0.3 ) .0.77

193 + 3 = 24,3 mm

Và

Tpt = 4.9 D (H −0.3 )S t

= 4,9 .6 5 (19−0.3 )

208 = 25,6 mm

Trong đó:

Tpd : Bề dày thân theo thiết kế, mm.

Tpt : Bề dày thân thử thủy tĩnh, mm.

CA : ăn mòn cho phép, do nhà thầu cung cấp. Ở đây lấy

CAt = 3 mm, ăn mòn thành bể.

Theo tiêu chuẩn API 650 phương pháp tính bề dày thân bể là Variable

design Point. Kiểm tra điều kiện:

LH ≤ 1000

6

Với L = (500 . D . Tpd)0.5 , mm. Thay số vào ta có L = 888.7 mm.

Suy ra LH = 888.7

17 < 10006 thỏa mãn điều kiện của phương pháp.

Bề dày tầng đáy (chiều cao h1 = 2000 mm) theo phương pháp Variable desig

point được tính như sau:

T1d = ( 1.06 - 0,0696 DH √ HG

Sd ) (4,9 H D G

Sd) + CA

= ( 1.06 - 0,0696∗6517 √ 17∗0,77

193 ) (4,9∗17∗65∗0.77

193 ) + 3

= 24.4 mm.


HUMG 2015

T1t = ( 1.06 - 0,0696 DH √ H

St ) (4,9 H D

S t)

= ( 1.06 - 0,0696∗6517 √ 17

208 ) (4,9∗17∗65

208 )

= 25.7 mm

Từ tầng thứ hai trở đi, ta tính giá trị Tu là bề dày của thân tần liền trên tầng cần

tính, theo công thức sau:

Tu = 4,9∗D ( H −0,3−hn ) G

Sd + CA

Với hn là chiều cao của tầng thân bể thứ n.

Sau đó tính các giá trị x theo các công thức sau, chọn ra giá trị x nhỏ nhất:

x1 = 0,61 (r T u¿¿0,5 + 320 CH

x2 = 1000CH

x3 = 1,22 (r T u¿¿0,5

Với C = [K0.5(K – 1)]/(1+K1.5)

K = Ti-1/Tu

Ti-1 là bề dày cảu tầng thân bể liền dưới tầng cần tính.

Tứ đó ta có công thức tính bề dày tầng thân bể cần tính như sau:

Tdn = 4.9 D(H− x

1000 )G

Sd

+ CA

Ttn = 4.9 D(H− x

1000 )S t

Kết quả như sau:

Tu 1 2 3 4 5 6 7 8

mm 19.2 16.6 14.1 11.5 9 6.5 3.9 2.6


HUMG 2015

T1d = 24,4 mm ; T1t = 25,7 mm

T2d = 23,1 mm ; T2t = 23,9 mm

T3d = 22,8 mm ; T3t = 23.7 mm

T4d = 22.3 mm ; T4t = 23,7 mm

T5d = 21,7 mm ; T5t = 22,3 mm

T6d = 21,1 mm ; T6t = 21,6 mm

T7d = 19,8 mm ; T7t = 20,6 mm

T8d = 19,2 mm ; T8t = 19,5 mm

T9d = 18,7 mm ; T9t = 18,9 mm

Với kết quả tính được ta tra bảng “Các loại thép tấm” trong Sổ tay quá trình

và thiết bị công nghệ hóa chất để tìm ra bề dày tiêu chuẩn. Theo đó, bề dày của

thân thép là:

T1d = 25 mm ; T1t = 28 mm

T2d = 25 mm ; T2t = 25 mm

T3d = 25 mm ; T3t = 25 mm

T4d = 25 mm ; T4t = 25 mm

T5d = 25 mm ; T5t = 25mm

T6d = 25 mm ; T6t = 25 mm

T7d = 20 mm ; T7t = 25 mm

T8d = 20 mm ; T8t = 20 mm

T9d = 20 mm ; T9t = 20 mm

Thiết kế bể thân hình trụ đứng mái hình nón


HUMG 2015

3.2. Thiết kế đáy bể:

Vật liệu làm đáy bể bao giờ cũng có bề dày tối thiểu là 6 mm, bao gồm cả độ ăn

mòn cho phép cho đáy bể được cho trước.

Kích thước đầy đủ của bể phải được thiết kế chìa ra 25 mm để làm gờ. Với vật liệu

sử dụng là thép A 573 – 485 (70) ta tra theo bảng 3.1, API 650 được: Td = 23,5

Ứng suất thử thủy tĩnh là 208 Mpa.

Bày dày tối thiểu của đáy bể là 10 mm.

Theo API mục 5.7.7.3 thì trong thiết kế bồn chứa, bề dày của đáy sẽ là Tn + 6mm,

vậy bề dày của đáy bể sẽ lấy là:

Tđáy = 32 mm.

Các phụ kiện đi kèm theo đáy bể chứa như hình vẽ.


HUMG 2015

Chiều dày tối thiểu của tấm gia cố

tb = h2

360000+ b

170 √ HG+CA

Với tb = chiều dày tối thiểu của tấm gia cố, mm

h = chiều cao của tấm gia cố, 2000mm

b = chiều ngang của tấm gia cố, 1000mm.

H chiều cao của bể chứa, 17 m

G khối lượng riêng của chất lỏng, 0.77 kg/m3

CA là độ ăn mòn phụ kiện, 3mm.

Tính toán ta có chiều dài tối thiểu của của tấm gia cố tb = 35.4 mm

Tra bảng thì ta được tb = 36 mm.

3.3. Thiết kế mái bể

Với mọi mái bể có bề dày tối thiểu là 5 mm. Cũng như chọn bề dày đáy bể, bề dày

mái bể thường được lấy bằng bề dày tầng thân trên cùng của bể chứa. Ở đây ta

chọn bề dày mái bể là 20 mm. Tmái = 20 mm.

Thiết kế mái bể là hình nón như sau:


HUMG 2015

Chiều cao của mái bể Lb= 0.0291*tb*√ Sd

H ≤ 0.035*D = 2,275 m.

Vậy Lb = 1,96 m thõa mãn điều kiện


HUMG 2015

IV. An toàn và phòng chống cháy nổ trong hệ thống bồn

chứa4.1. Giới thiệu chung

Hệ thống bồn bể chứa trong nhà máy lọc hóa dầu, vấn đề an toàn phòng

chống cháy nổ được quy định nghiêm ngặt, chúng đóng vai trò quan trọng trong

quá trình sản xuất và vận hành nhà máy. Các sản phẩm dầu mỏ rất dễ gây ra những

thiệt hại to lớn về người và của cái vật chất do cháy nổ. Vì vậy trong quá trình sản

xuất và sử dụng, bảo quản cần phải có các biện pháp an toàn để tránh những thiệt

hại đáng tiếc xảy ra.

4.2. Các biện pháp an toàn

4.2.1. Đối với con người

Cán bộ công nhân viên làm việc trong nhà máy, nhà phân phối kể cả công nhân

của các nhà thầu công trình hệ thống bồn chứa, nhà thầu vận chuyển đều phải tuân

theo những yêu cầu chung sau đây:

- Biết rõ đặc tính của sản phẩm được tang trữ trong bể chứa.

- Thực hành thuần thục công nghệ trong việc thiết kế, chế tạo, lắp đặt và bảo

dưỡng thiết bị.

- Lựa chọn cẩn thận và sử dụng đúng thiết bị cho từng công việc.

- Tuân thủ tuyệt đối các qui tắc và an toàn trong sản xuất và sử dụng.

- Vệ sinh, an toàn trong lao động

- Cấm hút thuốc trong khu vực cấm.

4.2.2. Trong công tác quản lý

- Vấn đề an toàn phải được truyền đạt thường xuyên để nhắc nhở mọi người tuân

thủ đúng quy định.

- Thực hiện việc giám sát an toàn lao động 24/24 kịp thời phát hiện những nguy

hiểm để phòng tránh.


HUMG 2015

- Vệ sinh an toàn lao động luôn được ưu tiên hàng đầu, dù làm bất cứ công việc gì

thì vấn đề an toàn phải được quan tâm trước tiên nếu không nó sẽ gây ra những

thiệt hại không lường được.

- Dán các áp phích về an toàn ở từng khu vực làm việc khác nhau.

- Gắn các biểu hướng vận hành, lấy mẫu trong khi tiến hành vận hành thiết bị cũng

như lấy mẫu trên các bồn chứa và trong quá trình thực hiện phải tuân thủ theo trình

tự công việc đề ra.

- Chỉ cho phép những người đã qua đào tạo và có kinh nghiệm mới được vận hành

thiết bị, đi vào khu vực nguy hiểm.

- Phải đề ra những biện pháp an toàn và có kế hoạch ứng phó nguy hiểm có thể xảy

ra.

4.2.3. Trong quá trình bảo quản và sản xuất

- Tuân thủ các quy định về bảo hộ lao động: ăn mặc gọn gàng, mũ bảo hiểm, găng

tay, giày, không được mang trong người các thiết bị có thể phát ra nguồn lửa,m tia

lửa điện, không hút thuốc khi vào hệ thống bồn chứa.

- Cần phải kiểm tra lại máy móc thiết bị trước khi khởi động như van an toàn, van

điện tử, các thiết bị bảo quản, điều khiển và kịp thời sửa chữa những thiết bị hư

hỏng trước khi vận hành.

- Phải thực hiện đúng quy định về vận hành thiết bị đã đề ra, không cắt bớt giai

đoạn vì có thể xảy ra những sự cố không thể đoán trước.

- Kiểm tra hệ thống cứu hỏa, bảo đảm hệ thống làm việc khi có sự cố xảy ra.

- Thường xuyên kiểm tra định kì hệ thống phát hiện và dò khí.

- Khi ngừng hoạt động thiết bị phải kiểm tra lại các van, thiết bị đã tắt hết chưa.

- Hệ thống bồn chứa phải được xây dựng nơi thoáng mát, nhiệt độ không quá 500C,

tránh tiếp xúc với các loại hóa chất gây ăn mòn.

- Không được sử dụng các nguồn gây cháy trong khoảng cách an toàn.


HUMG 2015

- Hệ thống chiếu sáng, đèn công tắc, cáp điện phải đi trong ống kín và bố trí cách

xa bồn chứa.

- Phải treo băng cấm lửa, cấm hút thuốc, biểu hướng dẫn chữa cháy và phải có hệ

thống bảo vệ chống sét.

4.2.4. Trong quá trình sửa chữa các thiết bị trong hệ thống bồn

- Để công nhân làm việc được an toàn trong khi tiến hành sửa chữa thiết bị, phải

đảm bảo phần thiết bị đó đã được cách ly với các thiết bị khác và đã làm sạch.

- Không được tiến hành công việc khi chưa được sự cho phép và tất cả các công

ciệc sửa chữa phải có người quan sát đảm bảo an toàn tuyệt đối.

- Các phương tiện cứu hỏa phải được chuẩn bị sẵn sàng và thuận tiện tại nơi làm

việc đề phòng nguy hiểm xảy ra và kịp thời giải quyết.

- Những người thực hiện công việc đều phải được hướng dẫn đầy đủ những công

việc phải làm trong trường hợp khẩn cấp.

- Có phương án chuẩn bị sơ cấp cứu người bị nạn trong trường hợp nguy hiểm xảy

ra.

- Trong quá trình sửa chữa phải thường xuyên kiểm tra, theo dõi từng động tác,

thiết bị, công cụ để tránh những sơ hở có thể xảy ra.

4.3. Hệ thống phòng cháy chữa cháy

- Lắp đặt các cột thu lôi trong khu vực bồn chứa để phòng sét, các cột thu lôi này

phải đủ cao và bố trí đều trong khu vực. Sử dụng các thiết bị chuyên dùng trong

thao tác tránh tích điện gây cháy nổ.

- Lắp đạt hệ thống vòi tưới trên các bồn, đảm bảo đủ nước tưới cho các bồn. Trên

hệ thống này cấy thêm hệ thống ống dẫn bọt chữa cháy. Nếu có xảy ra sự cố thì bọt

chữa cháy sẽ phun vào đám cháy cô lập đám cháy ngăn không cho tiếp xúc với

không khí và dập tắt đám cháy.

- Lắp đặt các cột nước chữa cháy ở những vị trí thích hợp sao cho có thể cùng lúc

chữa cháy cho 2 khu vực khác nhau. Nguồn nước phải đảm bảo cung cấp đủ cho


HUMG 2015

nhu cầu. Cần phải duy trì áp lực cho các vòi phun nước chữa lửa để đảm bảo an

toàn cho nhân viên chữa cháy.

- Trên thành đê chắn lửa bố trí các vòi phun bọt chữa cháy khi cần thiết. Các hệ

thống phun nước và bọt chữa cháy có thể hoạt động tự động khi có sự cố hoặc bán

tự động.

- Lắp đặt hệ thống vòi nước trên mỗi bồn chứa đủ để tưới nước cho toàn bộ vùng

chứa bằng 5 vòi phun với tốc độ 0,04 lmp gal/min/ft2 bề mặt bồn. Các vòi nước

máy phải được lắp đặt tại những vị trí thích hợp sao cho nó có thể cung cấp nước

chữa cháy cho ít nhất 2 vị trí khi có sự cố.

- Nguồn nước phải đủ cung cấp ít nhất trong 4 giờ (kể cả lượng nước dùng cho tưới

bồn). Áp suất của vòi chữa cháy phải lớn hơn hoặc bằng 8 kg/cm2.

- Phải có ít nhất một hệ thống tưới nước di động, dùng để tưới bảo vệ cho người

đóng các van gần nơi đang cháy. Van giảm áp lắp đặt trên mỗi bồn chứa phải được

nối trực tiếp vào phần hơi bên trong bồn bằng ống thông hơi thẳng đứng cao ít nhất

2m.

- Phải có thêm các bình chữa cháy bằng hóa học thích hợp. Vị trí đặt các bình này

phải gần những nơi dễ xảy ra cháy nổ. Với kho tồn trữ cứ 100 m2 phải có 1 bình

chữa cháy. Với những hệ thống phân phối phải có 1 hoặc 2 bình tại bồn chứa.

4.4. Các hoạt động trong trường hợp khẩn cấp

- Dừng mọi hoạt động trong khu vực ảnh hưởng và có nguy cơ ảnh hưởng, tập

trung nhân lực và sơ tán những người không có trách nhiệm trong việc đối phó

khẩn cấp.

- Cô lập ảnh hưởng của các thiết bị để hạn chế sự lan rộng của chất gây cháy nổ.

- Sơ tán các thiết bị di động nằm trong vùng nguy hiểm (không được khởi động

dộng cơ trong khu vực nguy hiểm khi có khí) và đảm bảo đường thoát được thông

thoáng.


Documents

Tinh toan thiet ke be chua kerosen