Datn-thiet-ke-be.docx

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

LỜI CẢM ƠN

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................1 MỤC LỤC .......................................................................................................................2 MỞ ĐẦU .........................................................................................................................2 NỘI DUNG......................................................................................................................3 PHẦN 1: TỔNG QUAN .................................................................................................3 1. Tổng quan về nhiên liệu........................................................................................3 1.1. Etanol ..........................................................................................................3 1.2. Xăng ..........................................................................................................10 2. Tổng quan về bể chứa .........................................................................................11 2.1. Giới thiệu về bể chứa ................................................................................11 2.2. Các dạng bể chứa phổ biến .......................................................................14 2.3. Quy định về vật liệu đối với bể chứa etanol .............................................23 3. Công nghệ phối trộn xăng sinh học ....................................................................24 3.1. Các phương pháp phối trộn .......................................................................25 3.2. Quy trình phối trộn ....................................................................................28 PHẦN 2: THIẾT KẾ BỂ CHỨA...................................................................................31 1. Tính toán kích thước bể chứa .............................................................................31 1.1. Thông số công nghệ ban đầu .....................................................................31 1.2. Tính toán kích thước bể ............................................................................35 2. Tính toán kết cấu thân bể ....................................................................................36 2.1. Phương pháp tính toán ..............................................................................36 2.2. Tính toán và lựa chọn kích thước .............................................................. 37 3. Tính toán kết cấu đáy bể .....................................................................................38 3.1. Tính toán độ dày đáy bể ............................................................................38 3.2. Tính toán tấm vành khăn ...........................................................................39 4. Tính toán kết cấu mái bể .....................................................................................40 5. Tính toán vành gia cường chống gió ..................................................................41 5.1. Tính toán vành chống gió đỉnh bể ............................................................. 42 5.2. Tính toán vành chống gió thân bể ............................................................. 44 6. Tính toán kết cấu các phụ kiện ...........................................................................46 6.1. Cửa người ..................................................................................................46 6.2. Các đường ống trên thân bể ......................................................................46 6.3. Cầu thang...................................................................................................47 SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

7. Kiểm tra độ ổn định bể .......................................................................................47 7.1. Tính toán tải trọng gió ...............................................................................47 7.2. Kiểm tra khả năng lật bể ...........................................................................48 PHẦN 3: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG BƠM VÀ ĐƯỜNG ỐNG ..................................50

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

MỞ ĐẦU

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

2

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

NỘI DUNG PHẦN 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về nhiên liệu 1.1. Etanol

Etanol, còn được biết đến như là rượu etylic, ancol etylic, rượu ngũ cốc hay cồn, là một hợp chất hữu cơ có công thức hóa học là C2H6O hay C2H5OH. Dựa trên cấu tạo gồm nhóm etyl C2H5– liên kết với nhóm hidroxyl –OH, nó cũng thường được viết tắt là EtOH. Etanol lần đầu tiên được Michael Faraday tổng hợp nhân tạo vào năm 1825, từ quá trình hidrat hóa etilen với xúc tác axit, theo một công nghệ tương tự như công nghệ tổng hợp etanol với quy mô công nghiệp ngày nay. 1.1.1. Tính chất vật lý Etanol tinh khiết là chất lỏng không màu, trong suốt, mùi thơm dễ chịu và đặc trưng, vị cay, nhẹ hơn nước . Nó tan vô hạn trong nước, tan tốt trong ete, axeton, benzen và một số dung môi hữu cơ khác. Cồn khan là chất hút ẩm và dễ cháy. Một số tính chất vật lý của etanol trên đường bão hòa tại áp suất p = 1.035 at được liệt kê trong bảng sau: Tính chất (tại áp suất p = 1.035 at)

Giá trị

Khối lượng mol M, g/mol

46.069

Nhiệt độ sôi ts, ℃

78.3

Nhiệt độ chớp cháy, ℃

14

Khối lượng

Thể lỏng ρ, kg/m3 737

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

3

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long Thể hơi ρh, kg/m3

riêng

1.655

Hệ số dẫn nhiệt, W.m-1.K-1

0.1592

Độ nhớt động lực µ.103, Ns/m2

0.441

Sức căng bề mặt σ.103, N/m

16.75

Nhiệt dung riêng Cp, kJ/kg.K

3.06

Nhiệt hóa hơi rhh, kJ/kg

826

Chỉ số octan

RON

108.6

MON

89.7

AKI (PON)

99.15

Áp dụng phương trình Antoine đối với etanol: log10 p (mmHg) = 8.32109 −

1718.1 t (℃) + 237.52

Tính toán được thông số áp suất hơi bão hòa theo nhiệt độ như sau: t (℃)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

p (mmHg)

12.23

17.25

23.98

32.91

44.6

59.76

79.21

103.9

135

t (℃)

45

50

55

60

65

70

75

78.3

80

p (mmHg)

173.7

221.6

280.3

351.8

438.3

542.2

666.1

760

813

Áp dụng phương trình biến thiên khối lượng riêng của etanol: ρ (kg/m3 ) = −8.461434 × 10−4 𝑇 (℃) + 0.8063372 Tính toán được thông số khối lượng riêng và thể tích riêng theo nhiệt độ như sau: t (℃)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

ρ (kg/m3)

0.806

0.798

0.789

0.781

0.772

0.764

0.756

0.747

0.739

υ (m3/kg)

1.241

1.253

1.267

1.280

1.295

1.309

1.323

1.339

1.353

1.1.2. Trị số octan Trị số octan là một trong những chỉ tiêu được chú ý khi sử dụng etanol làm nguyên liệu phối trộn hoặc nhiên liệu trực tiếp cho động cơ. SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

4

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

Trị số octan là thước đo tiêu chuẩn cho khả năng chống kích nổ của động cơ xăng, được đo bằng % thể tích của izo-octan (quy ước trị số octan bằng 100) trong hỗn hợp của nó với n-pentan (quy ước trị số octan bằng 0), tương đương với khả năng chống kích nổ của nhiên liệu thử nghiệm ở điều kiện chuẩn. Đối với động cơ 4 kỳ, ở cuối giai đoạn nén, hỗn hợp (nhiên liệu + không khí) trong xy lanh sẽ được bugi phát tia lửa điện để đốt cháy. Trạng thái cháy lý tưởng là hỗn hợp được đốt và bề mặt ngọn lửa lan truyền đều (từ 15 đến 40 m/s) qua không gian buồng đốt. Khi tốc độ lan truyền quá lớn (hơn 40 m/s, có thể lên tới 300 m/s) thì quá trình cháy xảy ra gần như đồng thời, làm nhiệt độ và áp suất tăng cao đột ngột, gây nên các sóng xung kích và đập mạnh vào xy lanh, hiện tượng đó gọi là cháy kích nổ. Hiện tượng cháy kích nổ làm hao tổn công suất và giảm tuổi thọ động cơ. Chỉ tiêu chống kích nổ được xác định trong một động cơ xy lanh CFR (Cooperative Fuel Research) và biểu thị qua trị số octan. Việc xác định được tiến hành bằng cách cho động cơ này chạy trong điều kiện tiêu chuẩn với mẫu xăng cần đo. Trong khi cho động cơ chạy, tỷ số nén được gia tăng tới khi xảy ra sự cháy kích nổ. Hỗn hợp izo-octan và n-pentan được pha trộn theo một tỷ lệ nhất định cũng được dùng để chạy động cơ CFR tại điều kiện đó. Khi sự cháy kích nổ diễn ra ở cùng một tỷ số nén, thì trị số octan của mẫu xăng đúng bằng % thể tích của izo-octan trong hỗn hợp. Hiệp hội Thí nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ (ASTM) đưa ra 2 tiêu chuẩn đánh giá trị số octan theo 2 phương pháp khác nhau:  Phương pháp nghiên cứu (RON – Reseach Octane Number): xác định theo tiêu chuẩn ASTM D2699;  Phương pháp mô tơ (MON – Motor Octane Number): xác định theo tiêu chuẩn ASTM D2700. RON áp dụng cho động cơ tải trọng thấp, ví dụ phương tiện giao thông trong thành phố hay trên đường cao tốc với tốc độ ổn định. MON được dùng để đánh giá cho những tải trọng lớn, ví dụ khi tăng tốc, leo dốc hay tải nặng. Vì vậy MON luôn thấp hơn RON thông thường từ 8 đến 12 đơn vị. Trung bình cộng của RON và MON, được định nghĩa là trị số chống kích nổ AKI (Anti-Knock Index): AKI = (RON + MON) / 2. Trị số octan của etanol tinh khiết là 100 AKI. Tuy nhiên trị số octan của etanol khi phối trộn với xăng là 109 ÷ 119 AKI, tùy theo trị số octan của nhiên liệu thành phẩm. Trị số này có giá trị lớn nhất khi nhiên liệu phối trộn ban đầu có trị số octan thấp hơn. SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

5

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

Ở hàm lượng 10 % etanol (xăng E10), trị số octan tăng 2 ÷ 4 AKI. Với hàm lượng 15 % etanol (xăng E15) là 3 ÷ 5 AKI. Trị số AKI sẽ thay đổi theo những giá trị khác nhau, phụ thuộc vào trị số octan, hay nói cách khác, là vào thành phần của nhiên liệu xăng khoáng. Trị số RON tăng mạnh hơn MON khi tăng hàm lượng etanol pha trộn. So với những phụ gia cải thiện trị số octan từng sử dụng, etanol cho thấy lợi thế nổi bật. Butan có độ bay hơi lớn, benzen là chất gây ung thư, toluen và xylen có độc tính cao, MTBE bị cấm ở 26 bang của Hoa Kỳ vì gây ô nhiễm nguồn nước, và metanol thì không được các nhà sản xuất ô tô tại Hoa Kỳ chấp nhận. Etanol thể hiện ưu điểm khi có trị số RON và trị số octan pha trộn cao, có khả năng cạnh tranh về kinh tế, an toàn với môi trường và sức khỏe con người.

1.1.3. Chỉ tiêu kỹ thuật SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

6

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

1.1.3.1. Etanol tinh chế Yêu cầu kỹ thuật của etanol tinh chế được quy định tại TCVN 1052 : 2009. Tiêu chuẩn này quy định các chỉ tiêu về thành phần hóa học cho etanol tinh cất, tinh khiết cao, sản xuất bằng phương pháp lên men ngũ cốc, rỉ đường. a, Ngoại quan  Chất lỏng trong suốt, không màu hoặc màu hơi vàng, không có các tạp chất lạ.  Có mùi và vị đặc trưng cho etanol sản xuất từ ngũ cốc hoặc rỉ đường. b, Chỉ tiêu hóa học Etanol tinh chế được chia làm 2 loại và có các chỉ tiêu hóa học phù hợp với quy định trong bảng sau: Mức

Tên chỉ tiêu

Loại 1

Loại 2

1. Độ cồn (hàm lượng etanol) ở 20 ℃, % thể tích

min.

96

95

2. Thời gian oxy hóa, tính bằng phút

max.

25

20

3. Hàm lượng andehit quy đổi ra andehit axetic trong 1 lít etanol 100°, tính bằng mg

max.

8

20

4. Hàm lượng axit quy đổi ra axit axetic trong 1 lít

max.

9

18

5. Hàm lượng este quy đổi ra este etylaxetat trong 1 lít etanol 100°, tính bằng mg

max.

30

50

6. Hàm lượng rượu bậc cao, tính bằng mg trong 1 lít etanol 100°

max.

30

60

7. Hàm lượng metanol, tính bằng % thể tích

max.

0,06

0,1

etanol 100°, tính bằng mg

8. Hàm lượng fufurol

Không phát hiện

c, Phương pháp thử Các chỉ tiêu hóa học của etanol tinh chế được xác định theo các phương pháp quy định tại TCVN 1051:2009 Etanol tinh chế - Phương pháp thử. 1.1.3.2. Etanol nhiên liệu biến tính

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

7

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử đối với etanol nhiên liệu biến tính được quy định tại TCVN 7716 : 2011. Tiêu chuẩn này áp dụng cho etanol nhiên liệu biến tính khan danh nghĩa để trộn với xăng không chỉ với thể tích từ 1 % đến 10 %, sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ đánh lửa (động cơ cháy cưỡng bức). a, Định nghĩa các thuật ngữ Etanol nhiên liệu: etanol có các tạp chất thông thường sản sinh trong quá trình sản xuất nhiên liệu (kể cả nước nhưng trừ các chất biến tính). Tạp chất: các hợp chất không phải là etanol hoặc chất biến tính có trong etanol nhiên liệu thương phẩm, như là metanol và dầu fusel (ví dụ, emyl và isoamyl ancol). Chất biến tính: xăng tự nhiên, các thành phần xăng, xăng không chì, các chất độc hoặc các nguyên liệu độc hại được cho vào etanol nhiên liệu làm cho etanol nhiên liệu không thích hợp cho việc chế biến đồ uống mà thích hợp sử dụng cho động cơ. Etanol nhiên liệu biến tính: etanol nhiên liệu đã được pha thêm các chất biến tính để không còn thích hợp cho việc chế biến đồ uống. b, Yêu cầu kỹ thuật Tên chỉ tiêu

Mức

1. Etanol, % thể tích,

min.

92,1

2. Metanol, % thể tích,

max.

0,5

3. Hàm lượng nhựa đã rửa qua dung môi, mg/100 ml,

max.

5,0

4. Hàm lượng nước, % thể tích,

max.

1,0

5. Hàm lượng chất biến tính (xăng, naphta), % thể tích, % thể tích,

min. max.

1,96 5,0

6. Hàm lượng clorua vô cơ, mg/l (ppm khối lượng),

max.

8 (10)

7. Hàm lượng đồng, mg/kg,

max.

0,1

8. Độ axit (quy ra axit axetic CH3COOH), % khối lượng (mg/l), max.

0,007 (56)

9. pH

6,5 đến 9,0

10. Lưu huỳnh, mg/kg (ppm khối lượng),

max.

30

11. Sunfat tổng, mg/kg (ppm khối lượng),

max.

4

12. Khối lượng riêng ở 15 ℃, kg/m3

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

Báo cáo

8

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư 13. Ngoại quan

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long Không nhìn thấy tạp chất lơ lửng hoặc kết tủa (trong và sáng)

1.1.4. Ứng dụng Etanol là hợp chất hữu cơ có nhiều ứng dụng thực tiễn, điển hình là nhiên liệu động cơ, nguyên liệu tổng hợp hóa học, sản xuất dung môi, đồ uống có cồn. Tại hầu hết các quốc gia, etanol sản xuất từ quá trình lên men được sử dụng cho ngành thực phẩm, còn etanol sản xuất từ quá trình tổng hợp hóa học được sử dụng cho mục đích công nghiệp. Từ nhiều năm nay, đồ uống có cồn đã bị đánh thuế trên toàn thế giới. Tuy nhiên, giá thành của etanol sau thuế quá cao để sử dụng trong công nghiệp. Để cho phép ngành công nghiệp để có được nguồn etanol ở một mức giá thấp hơn, đạo luật miễn thuế rượu công nghiệp biến tính đã được thông qua tại Hoa Kỳ năm 1906. Các đạo luật tương tự cũng được ban hành ở các quốc gia khác. Chính phủ Hoa Kỳ đã thực hiện các biện pháp kiểm soát tài chính, hành chính và hóa học để ngăn chặn việc sử dụng etanol không chưa thuế trong đồ uống. Những quy định này đã thiết lập bốn loại etanol riêng biệt trong công nghiệp sau đây:  Etanol biến tính hoàn toàn;  Dung môi độc quyền và dung môi công nghiệp riêng biệt;  Etanol biến tính riêng biệt;  Etanol tinh khiết. Etanol tinh khiết và etanol biến tính thấp bị kiểm soát chặt chẽ, trong khi đó etanol biến tính cao ít bị kiểm soát nhất. Nhiều hóa chất có thể được sử dụng để biến tính etanol, tùy vào mục đích sử dụng. Etanol là dung môi quan trọng thứ hai chỉ sau nước. Các ứng dụng thương mại chủ yếu của nó là sản xuất mỹ phẩm, dược phẩm, chất tẩy uế và thuốc khử trùng, chất phủ bề mặt. Etanol tổng hợp và lên men đều có thể được sử dụng cho các mục đích này. Tuy nhiên, etanol lên men được ưu tiên hơn (đặc biệt là ở châu Âu) cho các ứng dụng liên quan đến như mỹ phẩm, chất tẩy uế và dược phẩm. Etanol là nguyên liệu ban đầu cho nhiều quá trình tổng hợp hữu cơ. Các hóa chất có thể được sản xuất từ etanol bao gồm axetandehit, butadien, dietyl ete, etyl axetat, etyl amin, etilen, axit axetic… Các quá trình sản xuất đều được công nghiệp hóa trên toàn SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

9

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

thế giới. Ứng dụng quan trọng nhất của etanol là sử dụng làm nhiên liệu động cơ và nguyên liệu cho nhiên liệu sinh học. Brazil đặc biệt phụ thuộc rất nhiều vào việc sử dụng etanol làm nhiên liệu động cơ, một phần do vai trò trước đây là nước sản xuất etanol hàng đầu thế giới. Xăng thương phẩm ở Brazil chứa ít nhất 25 % etanol khan. Hoa Kỳ và nhiều quốc gia khác chủ yếu sử dụng xăng E10 (10 % etanol) và E85 (85 % etanol). Kể từ ngày 1/1/2018, Việt Nam chính thức đưa xăng E5 (Ron92 95 %, etanol 5 %) vào sử dụng trên toàn quốc. Sử dụng etanol làm nhiên liệu mở ra một kỳ vọng lớn trong nỗ lực giảm thiểu ô nhiễm môi trường và cải thiện sức khỏe con người. Ưu điểm khi sử dụng etanol làm nguyên liệu phối trộn xăng sinh học:  Cải thiện trị số octan cho nhiên liệu, tăng tuổi thọ động cơ;  Giảm phát thải khí CO2, nguyên nhân chính gây hiệu ứng nhà kính;  Đáp ứng nhu cầu thay thế dần nhiên liệu hóa thạch bằng nhiên liệu tái tạo;  Cải thiện chất lượng khí thải, giảm thiểu ô nhiễm môi trường;  Giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu nhiên liệu;  Góp phần giải quyết nhu cầu lao động trong nước. 1.1.5. Tình hình sản xuất và sử dụng etanol 1.2. Xăng Nhiên liệu dùng cho động cơ xăng (ô tô, xe máy, xuống máy…) được gọi chung là xăng động cơ. Xăng động cơ là một trong những sản phẩm quan trọng của công nghiệp chế biến dầu mỏ và ngày nay đã trở thành một sản phẩm quen thuộc đối với con người. Xăng động cơ không phải đơn thuần chỉ là sản phẩm của một quá trình chưng cất từ một phân đoạn nào đó của dầu mỏ hay một quá trình chưng cất đặc biệt khác. Nó là một sản phẩm hỗn hợp được lựa chọn cẩn thận từ một số thành phần, kết hợp với một số phụ gia nhằm đảm bảo các yêu cầu hoạt động của động cơ trong những điều kiện vận hành thực tế và cả trong các điều kiện tồn chứa, dự trữ khác nhau. Về bản chất hóa học, thành phần hóa học của xăng có khoảng 500 loại hidrocacbon khác nhau có cấu trúc từ 3 đến 12 nguyên tử C. Tuy nhiên có 3 dạng hidrocacbon thường dùng để pha chế xăng thương phẩm, đó là parafin, aromatic, olefin. Đó chính là thành phần hóa học cơ bản của xăng. Trong các loại nói trên, aromatic có khả năng chống kích nổ cao nhất, còn các hợp chất n-parafin có khả năng chống kích nổ SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

10

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

kém nhất. Thành phần chủ yếu sử dụng để pha chế xăng động cơ được đề cập trong bảng …. Các thành phần cơ bản này nhận được từ các quá trình chế biến sau:  Chưng cất trực tiếp dầu mỏ;  Cracking xúc tác (bẻ gãy mạch);  Reforming xúc tác (cải tạo mạch);  Izome hóa (đồng phân hóa);  Alkyl hóa (thêm nhóm alkyl)… Bảng ...: Các thành phần hóa học cơ bản để pha chế xăng động cơ Các tính chất đặc trưng Thành phần pha chế của xăng

Phần cất ts 50% Octan ℃ ℃ RON

Octan MON

RVP Bar

KLR kg/m3

Phần reformat (aromat)

30/180

95-102

90-97

0.5

790

Butan (n-parafin)

0

94

90

4.5

580

Alkylat (i-parafin)

25/200

80

95

94

1

700

Phần nhẹ cracking (olefin)

40/110

83

93

80

0.7

690

Phần nặng cracking (olefin)

110/210

155

91

79

0.1

800

Isomerat (i-parafin)

40/70

60

80-90

80-90

0.7

690

Naphta cất trực tiếp

25/90

66

68

58

0.8

680

110

Trong điều kiện lý tưởng, nhiều oxi, khi đốt cháy xăng sẽ thu được CO2, nước và rất nhiều nhiệt lượng. Khi đốt cháy 1 gallon xăng cho ta khoảng 132 MJ năng lượng, tương đương 125,000 BTU hay 36.65 kW/h. 1.2.1. Chỉ tiêu kỹ thuật – chất lượng 2. Tổng quan về bể chứa 2.1. Giới thiệu về bể chứa Bể chứa là công trình xây dựng phổ biến trong công nghiệp, sử dụng để tồn chứa nguyên liệu và sản phẩm trong quá trình vận hành sản xuất. Có nhiều loại bể chứa khác SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

11

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

nhau được sử dụng cho các mục đích khác nhau. Kích thước và vật chế tạo bể phụ thuộc vào loại chất lỏng tồn chứa bên trong. Bể chứa thường được lắp đặt nhiều hạng mục phụ trợ như nền móng, cầu thang, mái che, van thở, hệ thống đo mức, đo nhiệt, bảo ôn, chữa cháy… Các yêu cầu kỹ thuật đối với trang thiết bị, phụ trợ và phương tiện sử dụng trong pha chế, tồn trữ và vận chuyển etanol được quy định tại Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia QCVN 09 : 2012 do Bộ Công Thương ban hành. Bể chứa có vai trò quan trọng trong nhà máy, xí nghiệp. Đó là nơi tiếp nhận nguyên liệu trước khi sản xuất, và tồn trữ sản phẩm sau khi sản xuất. Tại đây có thể theo dõi khối lượng hàng hóa và các thông số thể tích, nhiệt độ, lưu lượng nhập – xuất thông qua hệ thống đo lường tự động. Việc phân tích các chỉ tiêu chất lượng cũng được tiến hành thường xuyên thông qua mẫu lấy trực tiếp tại bể. Bể chứa bắt đầu xuất hiện ở Việt Nam vào đầu thể kỷ 20 với mục đích chính là phục vụ cho công cuộc khai phá thuộc địa của thực dân Pháp. Hiện nay, cùng với sự phát triển của đất nước thì nhu cầu sử dụng bể chứa cũng tăng lên. Bể chứa tập trung chủ yếu ở các nhà máy lọc hóa dầu và các tổng kho xăng dầu trên cả nước, đáp ứng nhu cầu phục vụ cho mục đích dân dụng, công nghiệp và quốc phòng – an ninh. Do hạn chế về mặt kỹ thuật nên các công trình bể chứa được xây dựng ở Việt Nam chủ yếu là dạng trụ đứng, còn các dạng bể chứa khác như bể cầu, bể hình giọt nước còn phải đi mua từ nước ngoài.Vì vậy việc nghiên cứu và áp dụng các công nghệ tiên tiến trong thiết kế và thi công các công trình bể chứa là rất quan trọng, đặc biệt là trong giai đoạn khi nhu cầu sử dụng năng lượng (có xuất phát từ các sản phẩm dầu khí) của nước ta tăng cao. Bể chứa được phân loại theo nhiều cách, dựa vào áp suất chất lỏng, nhiệt độ tồn chứa cũng như các yếu tố xây dựng khác. Một yếu tố quan trọng thường được xem xét khi lựa chọn bể chứa là áp suất hơi tạo ra bởi chất lỏng chứa ở nhiệt độ khí quyển. a, Phân loại theo chiều cao xây dựng  Bể ngầm:được đặt dưới mặt đất, thường sử dụng trong cửa hàng bán lẻ.  Bể nổi: được xây dựng trên mặt đất, được sử dụng ở các kho lớn.  Bể nửa ngầm: có 1⁄2 chiều cao bể nhô lên mặt đất, hiện nay còn rất ít.  Bể ngoài khơi: được thiết kế nổi trên mặt nước, có thể di chuyển từ nơi

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

12

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

này đến nơi khác một cách dễ dàng. So sánh ưu điểm hai loại bể ngầm và bể nổi: Bể ngầm  An toàn cao: bảo đảm phòng cháy tốt và ngăn ngừa lan hóa chất khi có rò rỉ.  Ít bay hơi: do không có gió, hạn chế trao đổi nhiệt với môi trường bên ngoài.  Tiết kiệm diện tích mặt bằng.

Bể nổi  Chi phí xây dựng thấp.  Bảo dưỡng thuận tiện: dễ dàng súc rửa, sửa chữa bể.  Dễ dàng phát hiện vị trí rò rỉ hóa chất.

b, Phân loại theo áp lực dư  Bể chứa áp lực dư thấp : khi áp lực dư Pd ≤ 0.002 MPa, và áp lực chân không P0 ≤ 0.00025 MPa.  Bể chứa áp lực dư cao : khi áp lực dư Pd > 0.002 MPa. c, Phân loại theo vật liệu xây dựng bể  Bể kim loại: phổ biến là thép, chứa hóa chất, dầu mỏ và sản phẩm dầu mỏ.  Bể phi kim: sử dụng vật liệu gỗ, composite, bê tông… với kích thước nhỏ. So sánh ưu nhược điểm theo vật liệu xây dựng bể: Bể kim loại  Khó nứt vỡ, rò rỉ. Ưu điểm

 Chịu áp suất tương đối cao.  Kích thước bể không hạn chế.  Dễ thi công, bảo dưỡng.  Dễ gỉ và ăn mòn. Tuổi thọ thấp.

Nhược điểm

 Dẫn nhiệt tốt làm tổn hao bay hơi dầu nhẹ nhiều.  Chứa dầu nặng thì hiệu suất giữ nhiệt thấp do mất mát nhiệt.

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

Bể phi kim  Khả năng chịu nhiệt tốt  Không bị gỉ nên tuổi thọ cao.  Chi phí xây dựng thấp.

 Xăng dầu dễ ngấm qua bê tông, cần giải quyết vấn đề chống ngấm khi làm bằng bê tông.  Không chịu được áp suất cao.

13

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

d, Phân loại theo hình dạng bể chứa  Bể chứa hình trụ: trụ đứng, trụ ngang;  Bể chứa hình cầu, hình giọt nước. 2.2. Các dạng bể chứa phổ biến 2.2.1. Bể chứa chịu áp suất khí quyển và áp suất thấp Bể có dạng hình trụ đứng với các bộ phận chính là đáy, thân và mái bể. Đáy bể được đặt trên nền cát đầm chặt và chịu áp lực chất lỏng. Đáy bể gồm các thép tấm có kích thước lấy theo định hình sản xuất và được liên kết với nhau bằng đường hàn đối đầu. Thân bể là bộ phận chịu lực chính, gồm nhiều khoang thép tấm hàn lại, độ dày các thép tấm thân bể có thể thay đổi hoặc không dọc theo thành bể. Liên kết giữa các thép tấm trong cùng một đoạn thân là đường hàn đối đầu, liên kết giữa các đoạn thân dùng đường hàn vòng hoặc đối đầu. Nối thân bể và đáy bể dùng đường hàn góc. Mái bể được tổ hợp từ các tấm thép hàn lại, hoặc sử dụng kết cấu đặc biệt từ nhôm. Các dạng chính của mái bể: mái nón, mái treo, mái cầu, mái trụ cầu. 2.2.1.1. Bể chứa hình trụ mái cố định Đây là dạng bể chứa thiết kế đơn giản, dễ thi công lắp đặt và có giá thành tương đối kinh tế. Bể gồm thân hình trụ đứng và mái bể được gắn cố định vào nhau bằng liên kết hàn. Mái bể có thể có dạng nón, ô, vòm hoặc phẳng. Đường kính bể có thể tới 300 feet (90 m) và chiều cao 64 feet (19.2 m). Trong trường hợp bể có đường kính rộng cần phải có dàn đỡ mái bên trong.

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

14

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

Hình …: Bể chứa mái cố định 1: Mái và thân bể 2: Ống đo mức

4: Cửa lấy mẫu 5: Cửa người

3: Van thở

6: Mức chất lỏng

Loại bể này thường được sử dụng để tồn chứa sản phẩm khó bay hơi ở nhiệt độ môi trường hoặc ở nhiệt độ làm việc, ví dụ: DO, FO, dầu nhớt, asphanten… Áp suất làm việc là áp suất khí quyển hoặc áp suất dư và độ chân không thấp. Áp suất hơi thực tế của chất lỏng không vượt quá 1.5 psia (10 kPa). Thất thoát sản phẩm chứa xảy ra khi có sự thay đổi về nhiệt độ, áp suất và mức chất lỏng. Có thể chia thành 2 dạng thất thoát:  Thất thoát khi tồn chứa: xảy ra khi pha hơi giãn nở dưới sự thay đổi về áp suất và nhiệt độ, ngay khi mức chất lỏng không có sự thay đổi;  Thất thoát khi làm việc: xảy ra trong quá trình nhập và xuất sản phẩm. Khi nhập sản phẩm, mức chất lỏng tăng dần, vùng hơi giảm dần và áp suất hơi tăng lên, hơi thoát ra môi trường qua hệ thống giảm áp. Khi xuất sản phẩm, mức chất lỏng giảm dần, vùng hơi tăng dần và áp suất hơi trong bể giảm xuống, không khí sẽ xâm nhập làm tổn thất không gian bể chứa. Áp suất bể có thể được điều chỉnh bởi van an toàn hoặc van thở. Sử dụng van thở cho phép bể làm việc được ở áp suất dư và áp suất hơi nhỏ, giảm thiểu sự thất thoát hơi khi tồn chứa. Áp suất thiết kế tối đa đối với bể chứa mái cố định như sau: Loại bể

Áp suất dư/chân không, mbar

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

15

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

Áp suất khí quyển

7.5/2.5

Áp suất dư/độ chân không thấp

20/6.0

Áp suất dư/độ chân không cao

50/6.0

2.2.1.2. Bể chứa mái nổi Với loại bể này, mái bể không nằm cố định trên thân bể mà nổi trên bề mặt chất lỏng. Do đó, không hình thành không gian pha hơi, hạn chế thất thoát sản phẩm và tăng mức độ an toàn phòng chống cháy nổ. Mái nổi được sử dụng khi áp suất hơi thực của chất lỏng chứa thấp hơn 11.5 psia. Khi áp suất lớn hơn, bắt buộc phải sử dụng bể chứa áp suất trung bình hoặc hệ thống thu hồi hơi sản phẩm. Mái nổi được ưu tiên sử dụng thay thế cho mái cố định khi kích thước bể và áp suất hơi của chất lỏng tăng lên. Bể chứa mái nổi thích hợp để tồn chứa chất lỏng có điểm chớp cháy thấp hơn nhiệt độ làm việc và chất lỏng dễ tích điện do ma sát như dầu thô và kerosen. a, Bể hở mái nổi Loại bể này được thiết kế để làm việc ở áp suất khí quyển, với đường kính bể thường lớn hơn 15 m. Bể gồm một thân thép hình trụ hàn và mái nổi với sàn thao tác, vành bít kín và trang thiết bị phụ trợ. Mái nổi có 2 loại: 1 tầng và 2 tầng. Cả 2 loại đều được trang bị vành làm kín quanh chu vi mái nổi và tiếp xúc với thành bể. Hệ thống này trượt trên thành bể khi mái nổi dịch chuyển lên xuống theo chiều cao mức chất lỏng. Hệ thống phụ trợ với nhiều chức năng khác nhau được bố trí trên mặt sàn thao tác, một số thiết bị có thể xuyên qua mặt sàn.

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

16

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

Hình …: Bể hở có mái nổi 2 tầng bên trong 1: Van mái nổi 2: Vành làm kín 3: Van chân không 4: Chân đỡ mái nổi 5: Thoát nước mái

6: Mái hở 7: Cửa người 8: Cửa lấy mẫu 9: Cột định hướng 10: Khoang đo nổi

Với mái nổi, mất mát lượng hơi sản phẩm được hạn chế 60 ÷ 99 % tùy loại mái nổi, seal và chất lỏng tồn chứa. Thất thoát chủ yếu ở loại bể này có 2 trường hợp:  Thất thoát khi tồn chứa: bởi phần hơi rò rỉ qua hệ thống seal và phụ trợ;  Thất thoát khi bơm xuất: bởi phần chất lỏng bám vào thành bể. b, Bể kín mái nổi Loại bể này có thiết kế bao gồm cả mái cố định và mái nổi phía bên trong, được phát triển vào giai đoạn năm 1950 để bảo vệ mái nổi khỏi ảnh hưởng của tự nhiên, ví dụ sét đánh, tuyết rơi. Bể kín mái nổi được sử dụng trong các trường hợp:  Tuyết và nước trên bề mặt ảnh hưởng đến quá trình vận hành mái nổi;  Không cho phép sự xâm nhập của nước mưa tới chất lỏng tồn chứa;  Sự mất mát do bay hơi gây ảnh hưởng lớn đến kinh tế và môi trường;  Sản phẩm chứa không được tiếp xúc với không khí.

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

17

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

Hình …: Bể cố định có mái nổi bên trong 1: Mái nón cố định 2: Thân bể

8: Cầu thang 9: Chân đỡ mái nổi

3: Van điều áp đỉnh 4: Van điều áp biên 5: Vành làm kín

10: Cửa người 11: Lỗ thoát nước 12: Dàn đỡ mái

6: Cửa lấy mẫu 7: Van chân không

13: Khoang đo nổi

Bể kín mái nổi có 2 dạng: có dàn đỡ mái và không có dàn đỡ mái. Bể chứa mái cố định có dàn đỡ mái có khả năng lắp đặt thêm mái nổi phía trong. Không gian pha hơi nằm giữa mái nổi và mái cố định được thông áp bằng hệ thống van tuần hoàn, giảm khả năng hình thành hỗn hợp dễ cháy. 2.2.1.3. Bể chứa mái vòm có mái nổi Loại bể này có mái nổi nặng hơn so với bể hở và mái cố định ở đỉnh giống bể kín, nhưng có dạng vòm. Chức năng chính của mái vòm không phải để ngăn chặn sự mất mát do bay hơi, mà để chắn gió. Van tuần hoàn được lắp đặt phía trên của mái vòm để kiểm soát áp suất không gian pha hơi trong bể.

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

18

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

Hình …: Bể chứa mái vòm với mái nổi bên trong 1: Mái vòm cố định 2: Thân bể

8: Chân đỡ (phao) 9: Chân đỡ (sàn)

3: Van điều áp đỉnh 4: Van điều áp biên

10: Cửa thoát nước 11: Cửa người

5: Vành làm kín 6: Van điều áp phao 7: Van chân không

12: Cửa lấy mẫu 13: Cột định hướng 14: Khoang đo nổi

Kết cấu mái là hệ thống giàn không gian được cấu tạo từ các thanh dầm chữ I, liên kết với nhau thông qua hệ thống bulông và bản đệm, được bao che kín nhờ các panen mái, tất cả hệ thống đều sử dụng loại vật liệu là hợp kim nhôm. 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 vào của nước mưa;  Giảm sự hấp thụ nhiệt bởi tác động bên ngoài do cấu tạo mái từ aluminum là hợp kim có màu 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 nhôm hoặc thép không gỉ; SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

19

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

 Có thể kiểm tra 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;  Có thể thiết kế cho tải trọng gió và tuyết lớn;  Dễ dàng lắp đặt, có thể lắp đặt trên mặt đất sau đó tiến hành cẩu mái lên hoặc lắp đặt trực tiếp trên bể. 2.2.1.4. Lựa chọn bể chứa chịu áp suất thường Bảng … xác định phương án lựa chọn dạng bể chứa thích hợp dựa trên 2 thông số đường kính bể chứa và nhiệt độ chớp cháy của sản phẩm chứa: Bảng …: Phương án lựa chọn bể chứa chịu áp suất thường Nhiệt độ chớp cháy, ℃ 3 – 12.5 Nhỏ hơn 21

Mái nón

21 – 55

Mái nón

Lớn hơn 55

Mái nón

Đường kính, m 15 – 20

22.5 – 39

42 – 72

Mái nón và vòm Mái nổi

Mái nổi ngoài Mái nón và vòm

Mái nổi ngoài

Mái nón và vòm

Mái nổi

Mái nổi

Mái nón và vòm

Mái nón và vòm

Mái nón và vòm

Mái nổi ngoài Mái nón *

* Đường kính tối đa cho bể chứa mái nón cố định là 60 m. 2.2.2. Bể chứa chịu áp suất trung bình và áp suất cao 2.2.2.1. Bể chứa trụ ngang

Hình …: Bể chứa hình trụ nằm ngang Bể chứa trụ ngang dùng để chứa các sản phẩm dầu mỏ mà thông dụng nhất là khí dầu mỏ hóa lỏng LPG. Bể có thể chịu áp suất 1 ÷ 70 bar hoặc lớn hớn tùy thiết kế. SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

20

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

Propan và amoniac cũng có thể chứa trong bể dạng này ở nhiệt độ môi trường. Các bộ phận chính của bể chứa trụ ngang:  Thân bể: bằng thép tấm, được chia làm nhiều khoang. Các tấm thép được liên kết với nhau bằng đường hàn đối đầu, bên trong mỗi khoang đặt các vành cứng bằng thép góc và hàn với thân bể.  Đáy: có các hình dạng khác nhau như phẳng, nón, trụ, cầu, elip. Việc lựa chọn đáy phụ thuộc vào thể tích bể và áp lực dư trong bể.  Gối tựa: gồm hai gối hình cong lõm bằng bê tông hoặc dạng thanh đứng. Ưu điểm:  Hình dạng đơn giản, dễ chế tạo, có thể chế tạo trong nhà máy sau đó vận chuyển đến nơi lắp đặt;  Có thể tăng đáng kể áp lực dư so với bể trụ đứng;  Chi phí đầu tư thấp hơn các loại bể chịu áp lực khác;  An toàn trong quá trình vận hành. Nhược điểm:  Tốn kém chi phí chế tạo gối tựa;  Không gian lắp đặt thiết bị lớn;  Dung tích bể chứa không lớn, thường là dưới 2,000 m3;  Cần quan tâm đến sự dãn dài do tác động của nhiệt trong quá trình chế tạo, lắp đặt và vận hành. 2.2.2.2. Bể chứa cầu

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

21

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long Hình: Bể chứa hình cầu

Bể chứa hình cầu sử dụng để chứa hơi hoá lỏng với áp lực dư Pd = 0.25 ÷ 1.8 MPa. Thể tích bể V = 600 ÷ 4,000 m3. Bể được ghép từ các tấm thép cong hai chiều và được chế tạo bằng cách cán nguội hoặc dập nóng. Các tấm thép được hàn với nhau bằng đường hàn đối đầu. Cách chia các tấm trên mặt cầu có nhiều hình dáng khác nhau, múi kinh tuyến với các mạch song song hoặc so le. Bể được đặt trên gối dạng vành hay thanh cống bằng thép ống hoặc thép chữ I. Dùng thanh chống đảm bảo được biến dạng tự do cho bể. Các thanh chống nên tiếp xúc với mặt bể để giảm ứng suất cục bộ và không tỳ vào đường hàn nối các tấm của vỏ bể. Ưu điểm của bể chứa cầu là khả năng chịu được áp suất cao. Nhược điểm của bể chứa cầu là cấu tạo phức tạp và dung tích chứa nhỏ hơn các bể chứa loại khác. 2.2.2.3. Bể chứa hình giọt nước Khuynh hướng đi tìm một giải pháp kết cấu cho ứng lực trên bể tương đối đồng nhất đã đưa đến giải pháp bể dạng giọt nước.

Hình …: Bể chứa hình giọt nước Lấy hình dạng hợp lý theo sức căng mặt ngoài của giọt nước, bể chứa hình giọt nước dùng để chứa xăng có hơi đàn hồi cao Pd = 0.03 ÷ 0.05 MPa. Loại bể này thường được dùng để chứa xăng nhẹ do khả năng chịu được áp suất cao do khí dư bay hơi và có vòng quay sản phẩm lớn. Bể chứa hình giọt nước được đặt trên hệ giá đỡ, được tổ hợp từ các thanh thép ống. Hệ giá đỡ này được đặt trên móng bê tông cốt thép. Về cơ bản nó cũng có những ưu và nhược điểm như bể chứa cầu .

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

22

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

2.3. Quy định về vật liệu đối với bể chứa etanol 2.3.1. Quy định về vật liệu Các chi tiết tiếp xúc với etanol của các thiết bị, phụ trợ, phương tiện sử dụng để pha chế, tồn trữ và vận chuyển etanol phải được chế tạo từ các vật liệu được quy định trong cột A, không được chế tạo từ các vật liệu trong cột B.

STT Vật liệu

1

2

Kim loại

Được sử dụng (Cột A)

Cấm sử dụng (Cột B)

Nhôm

Kẽm

Đồng thiếc

Đồng thau

Thép thường Thép không gỉ

Chì

Cao su thiên nhiên Cao su Buna-N(*) (seal) Cao su Buna-N(*) (đệm, ống nối mềm) Neoprene (seal) Vật liệu có Fluorel(*) Cao su urethane tính đàn hồi Fluorosilicone(**) (Elastomer) Neoprene (đệm, ống nối mềm) Cao su polysulfide Viton(*)

3

Nhựa

Acetal Nylon Polyethylene Polypropylene Nitrile Teflon(*) (chất bít kín mối ghép ống) Nhựa gia cường sợi thủy tinh(**)

Polyurethane(**) Polyvinyl chloride Polyamide Methylmethacrylate

2.3.2. Quy định về bể chứa 2.3.2.1. Quy định về loại bể chứa a, Tồn trữ etanol bằng các loại bồn mái cố định, bồn mái nổi bên trong. b, Không được tồn trữ etanol bằng các loại bồn mái nổi và bồn chứa loại đinh tán. c, Các loại bồn chứa khác khi tồn trữ etanol phải đáp ứng các điều kiện sau đây:  Bồn cyclone: có nắp kín và lắp đặt van thở; SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

23

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

 Bồn trụ nằm ngang: lắp đặt nổi trên mặt đất. 2.3.2.2. Phao nổi Chi tiết bít kín (seal) của phao nổi phải bằng vật liệu thép hoặc nhựa được quy định trong cột A. 2.3.2.3. Van thở a, Van thở cho bồn chứa etanol phải đáp ứng các yêu cầu như sau:  Lắp đặt loại van thở áp lực  chân không có thông số áp lực làm việc phù hợp thay thế cho van thở thông thường;  Có trang bị thiết bị lọc hơi ẩm hoặc làm khô không khí trước đường vào van thở. b, Van thở và phụ trợ sử dụng cho bồn chứa etanol phải được bảo dưỡng định kỳ. 2.3.2.4. Lớp sơn lót đáy bồn chứa Bồn chứa etanol có thể sử dụng loại không sơn lót hoặc có sơn lót đáy bồn. Đối với bồn chứa có sơn lót đáy bồn thì lớp sơn lót phải đảm bảo độ bền với hoạt tính dung môi của etanol và ức chế ăn mòn vật liệu chế tạo đáy bồn (sử dụng loại sơn lót epoxy tương thích với etanol). 2.3.3. Quy định về đường ống công nghệ 2.3.3.1. Bộ lọc, lưới lọc trên đường ống Sử dụng lưới lọc có kích cỡ lỗ từ 177 micromet đến 250 micromet cho bộ lọc trên đường ống dẫn sản phẩm tới họng xuất xe bồn. 2.3.3.2. Chất bít kín Chất bít kín, băng bít kín mối nối ghép đường ống bằng vật liệu tương thích trong Cột A. 2.3.3.3. Đệm bít kín Đệm bít kín đường ống công nghệ sử dụng cho etanol phải bằng vật liệu teflon. 3. Công nghệ phối trộn xăng sinh học Phối trộn là quá trình kết hợp các nguyên liệu khác nhau để tạo thành sản phẩm đồng nhất. Thuật ngữ phối trộn được biết đến rõ ràng hơn với quá trình trộn lỏng – lỏng, SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

24

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

khí – lỏng và vật liệu có tính nhớt. Khuấy trộn trong môi trường lỏng thường ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hóa chất, thực phẩm để tạo thành dung dịch huyền phù, nhũ tương; để tăng cường các quá trình truyền nhiệt, chuyển khối, phản ứng hóa học… Người ta có thể khuấy trộn chất lỏng bằng cơ khí, bằng khí nén (sục khí) hoặc bằng tiết lưu hay tuần hoàn chất lỏng. 3.1. Các phương pháp phối trộn 3.1.1. Phối trộn bằng phương pháp khuấy Đây là công nghệ phối trộn thông thường, sử dụng mẫu thùng trộn có khuấy sử dụng lực đẩy hình học:

a

b

Hình 3.1: Mô hình phối trộn bằng phương pháp khuấy a, thùng khuấy; b, cánh khuấy Các loại cánh khuấy thường được sử dụng trong công nghiệp là loại tấm, mái chèo bản, mái chèo hai thanh và mái chèo có thanh đặt chéo được sử dụng khi số vòng quay nhỏ; loại mỏ neo (chữ U), mỏ neo ghép hay loại chân vịt, loại tuốc bin được sử dụng khi số vòng quay lớn. 3.1.2. Phối trộn bằng phương pháp tuần hoàn Hệ thống trộn liên tục hay tuần hoàn kín trong ống tại tiếp tuyến hai đường ống được sử dụng trong phối trộn được trình bày trong hình 3.2:

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

25

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

Hình 3.2: Mô hình phối trộn tuần hoàn Hai dòng nguyên liệu được hút lần lượt vào bể sau đó được đảo trộn trong theo cánh quay trong buồng bơm. Hệ thống phối trộn kiểu này có 2 dạng nạp liệu. Một là đường nạp liệu sử dụng ống mềm linh hoạt để hút nguyên liệu, hai là sử dụng phễu nạp liệu. Mô hình hệ thống được trình bày trong hình 3.3:

Hình 3.3: Các dạng nạp liệu của hệ thống phối trộn tuần hoàn 3.1.3. Phối trộn trong đường ống Ngày nay, trong quá trình phối trộn lỏng – lỏng, người ta thường sử dụng thiết bị khuấy trộn đơn giản kiểu xoáy ốc – trộn tĩnh. Đây là thiết bị trộn trong đường ống mà trong đó các chất lỏng cần phối trộn được cho đi qua các khối hình học đặt bên trong đường ống. Có hơn 30 kiểu thiết kế thiết bị trộn tĩnh khác nhau nhưng những thiết bị thương mại phổ biến nhất là của các nhà sản xuất sau đây:  Chemineer Kenics: KM series and HEV; SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

26

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

 Komax mixer;  Sulzer Chemtech: (or Koch) SMX, SMXL, SMV, SMVL;  Ross: LPD, LLPD, ISG.

Hình ...: Cấu tạo cơ bản thiết bị trộn tĩnh trong đường ống Hầu hết các thực nghiệm làm việc trong thiết bị phối trộn tĩnh tập trung vào xác định thiết kế đường dẫn và giá trị trở lực suất tương ứng. Thiết bị trộn kiểu Kenics trong ống bao gốm các bộ phận xen kẽ bên trái và bên phải xoắn ốc 180o . Các bộ phận này được bố trí theo góc vuông với góc kế tiếp của bộ phận trước.

Hình 3.4: Các kiểu thiết kế chi tiết trộn nằm nghiêng trong thiết bị trộn tĩnh của hãng Kenics 3.1.4. Phối trộn bằng phương pháp sục khí trơ Phương pháp trộn bằng cách sục khí trơ được áp dụng để trộn hai cấu tử lỏng linh động với nhau. Có 3 cách sục khí vào hỗn hợp chất lỏng:  Sục từ bộ phân phối khí từ dưới đáy thiết bị (hình 3.5 – a);  Sục khí bằng đường ống phân phối khí đi từ trên xuống đáy và được bố trí ở trung tâm thiết bị. Xung quanh ống dẫn khí có các ống để tạo các bong

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

27

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

bong khí nhỏ (hình 3.5 – b);  Sục khí tuần hoàn thông qua một đường ống nối từ đáy thiết bị đến mặt chất lỏng. Khí được sục vào trong lòng chất lỏng từ dưới đáy thiết bị qua bộ chia để phân tán bong bong khí trong lòng hỗn hợp chất lỏng cần trộn theo kiểu tầng sôi (hình 3.5 – c). Ngày nay, nhằm nâng cao khả năng khuếch tán của khí trong chất lỏng, người ta thiết kế ra loại máy sục chìm có thêm máy phản lực làm tăng khả năng phân phối khí, khuấy động dòng đối lưu tạo nhiều bong bóng khí nhỏ.

a

b

c

Hình 3.5: Thiết bị trộn kiểu sục khí 3.2. Quy trình phối trộn Quy trình phối trộn chung được trình bày trong hình ...

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

28

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư PG chống tách pha

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long PG phân tán

PG chống ăn mòn

PG chống oxi hóa

Hỗn hợp phụ gia đa chức năng Etanol NLBT 92% Hỗn hợp etanol và phụ gia Xăng A92 Xăng E5 thương phẩm Hình ...: Sơ đồ quy trình phối trộn xăng sinh học cơ bản Nguyên liệu sản xuất xăng E5 hiện nay bao gồm:  Xăng khoáng A92;  Etanol nhiên liệu biến tính > 92%;  Các chất phụ gia công nghiệp. 3.2.1. Quy trình phối trộn in-line Thành phần tỉ lệ của xăng và etanol được thực hiện thông qua bộ điều khiển mẻ có chức năng pha chế in-line. Bộ điều khiển này điều khiển các đồng hồ và van điều khiển lưu lượng của từng thành phần pha chế để đảm bảo thành phần pha chế đã định trước. Các dòng thành phần từ bể chứa sẽ được phối trộn trực tiếp trên tuyến ống chung, qua lưu lượng kế tổng E5 và xuất trực tiếp xuống xe xitec. Quy mô các hạng mục chính bao gồm:  Bơm A92 và bơm E5  Cụm lưu lượng kế và van điều khiển lưu lượng cho A92 và E100;  Lưu lượng kế tổng E5;  Bộ điều khiển mẻ với chức năng pha chế in-line; SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

29

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

 Hệ thống đường ống công nghệ kết nối từ các bồn chứa E100, A92 hiện hữu tới các bơm. Quy trình phối trộn:  Tại trạm bơm: kiểm tra hệ thống điện, hệ thống điều khiển, các bể chứa, van và tuyến ống. Đảm bảo đủ điều kiện sẵn sàng để pha chế;  Tại giàn xuất: kiểm tra thiết bị, công thức pha chế, hệ thống phụ trợ, đảm bảo sẵn sàng pha chế theo công thức;  Xuất hàng: tiến hành xác lập tỷ lệ các nguyên liệu vào hệ thống điều khiển và vận hành hệ thống pha chế in-line. 3.2.2. Quy trình phối trộn in-tank Vận hành bơm rót các nguyên liệu theo thứ tự như sau:  Trước tiên, bơm nguyên liệu có tỷ trọng cao nhất;  Tiếp theo, bơm nguyên liệu có tỷ trọng thấp hơn và lần lượt đến nguyên liệu có tỷ trọng thấp nhất;  Phụ gia được bơm vào bồn pha chế với lưu lượng phù hợp trong quá trình bơm chuyển các nguyên liệu, đảm bảo phụ gia được đồng nhất trong quá trình pha chế;  Tiền hành bơm tuần hoàn/chuyển bồn ít nhất 1 lần thể tích sản phẩm pha chế trong bồn;  Để bồn ổn định trong khoảng thời gian 2 – 3 giờ sau bơm tuần hoàn/chuyển bồn.

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

30

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

PHẦN 2: THIẾT KẾ BỂ CHỨA 1. Tính toán kích thước bể chứa 1.1. Thông số công nghệ ban đầu Trạm phối trộn xăng sinh học E5 được thiết kế với 3 bể chứa các sản phẩm tương ứng là A92, E5 và E100 với thể tích tồn chứa như sau:  Bể A92 và E5: dung tích 5000 m3;  Bể E100: dung tích 2000 m3; Thông số công nghệ ban đầu được liệt kê trong bảng 2.1 như sau: Bảng 2.1: Thông số công nghệ khu bể chứa STT Thông số

Ký hiệu

Số liệu

Đơn vị

1

Tiêu chuẩn thiết kế

API 650

2

Tỷ trọng thiết kế

Gd

0.8

3

Tỷ trọng kiểm tra

Gw

1

4

Sức chứa lớn nhất

90 % thể tích bể

%

5

Lưu lượng nhập

≤ 800

m3/h

6

Lưu lượng xuất

≤ 400

m3/h

7

Áp suất làm việc

Áp suất khí quyển

N/m2

8

Áp suất dương thiết kế

Pi

1

kPa

9

Áp suất âm thiết kế

Pe

0.25

kPa

10

Nhiệt độ làm việc

Nhiệt độ môi trường

℃

11

Nhiệt độ thiết kế

60

℃

12

Tốc độ gió thiết kế

V

50

km/h

13

Độ ăn mòn thiết kế

CA

3

mm

14

Hệ đo lường

SI

Hệ đo lường quốc tế

Sử dụng phương pháp tính toán dựa trên tiêu chuẩn API 650 để thiết kế kết cấu bể chứa.

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

31

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

Tiêu chuẩn này bao gồm: vật liệu, thiết kế, chế tạo, thi công và kiểm tra những yêu cầu đối với bể chứa trụ đứng trên mặt đất có mái đóng hoặc mở và đối với những bể thép hàn với các kích thước và dung tích khác nhau chịu áp suất khí quyển (áp suất bên trong không vượt quá trọng lượng bản thân tấm mái). Tiêu chuẩn này được xây dựng để phục vụ cho ngành công nghiệp dầu khí với những điều kiện an toàn và chi phí xây dựng ít tốn kém. Tiêu chuẩn này chỉ áp dụng với những bể có đáy chịu lực như nhau (tức là những bể có đáy được đặt trên nền phẳng) và những bể phi làm lạnh có nhiệt độ hoạt động cao nhất bằng 90 ℃ (200 ℉). Bể gồm các bộ phận chính:  Mái bể: Được tính toán theo tiêu chuẩn API 650 và tiêu chuẩn về thiết kế kết cấu thép;  Thân bể: Được tính toán theo tiêu chuẩn API 650;  Đáy bể: Được lựa chọn theo cấu tạo, đủ để đảm bảo chống ăn mòn và thi công hàn;  Móng bể: Được tính toán theo tiêu chuẩn về bê tông cốt thép. 1.1.1. Lựa chọn vật liệu Lựa chọn vật liệu bể là thép tấm ASTM A36M. Thép A36M sản xuất theo tiêu chuẩn ASTM, có hàm lượng cacbon thấp, sức bền kéo cao, khả năng tạo hình tốt và phù hợp với chất lỏng tồn chứa là etanol. Các thông số kỹ thuật của thép A36M như sau: Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật thép A36M Thành phần hóa học C, % max

Mg, % max

P, % max

S, % max

S, % max

Cu, % max

0.026

0

0.04

0.05

0.40

0.20

Cơ tính – lý tính ρ, kg/cm3

SMYS, MPa

SMTS, MPa

Sd , MPa

St , MPa

7,800

250

400

160

171

1.1.2. Xác định thông số vận tốc gió SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

32

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

Tra cứu QCVN 02 : 2009/BXD Quy chuẩn xây dựng Việt Nam, theo số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng:  Vận tốc gió 𝑉0 (m/s) được lấy trung bình trong thời gian 3 giây, ở độ cao 10 m so với mốc chuẩn, ứng với địa hình dạng B (là địa hình tương đối trống trải, có một số vật cản thưa thớt cao không quá 10m);  Vận tốc gió 𝑉0 được lấy trung bình theo xác suất với chu kỳ lặp 20 năm. Nó không phải là vận tốc lớn nhất trong tập hợp các số liệu mà nó có thể bị vượt 1 lần trong 20 năm. Giá trị 𝑉0 lớn nhất ghi nhận là 42.47 m/s tại khu vực huyện Bạch Long Vĩ – thành phố Hải Phòng và huyện Hoàng Sa – thành phố Đà Nẵng. Lựa chọn vận tốc gió trong quá trình tính toán là V = 50 km/h. 1.1.3. Xác định thông số ăn mòn vật liệu Hệ số dư ăn mòn được xác định theo công thức: CA = CA1 + CA2 + CA3  Hệ số dư ăn mòn CA1 được xác định bằng tích số giữa tốc độ ăn mòn [mm/năm] và tuổi thọ của thiết bị .  Hệ số bù dung sai do phương pháp gia công CA2 , có thể lấy CA2 = 0.1 𝑐𝑚 nếu chiều dày vỏ S < 20 mm và CA2 = 0.2 𝑐𝑚 nếu chiều dày vỏ S > 20 mm.  Hệ số dư bào mòn CA3 , tùy theo điều kiện làm việc của vật liệu có khả năng mài mòn chảy qua, nếu thiết bị có tấm lót có thể bỏ qua CA3 . Bảng 2.3: Thang độ bền ăn mòn của thép

Nhóm Hoàn toàn bền

Cấp 1

< 0.001

2

0.001 – 0.005

3

0.005 – 0.01

4

0.01 – 0.05

Rất bền Bền

Tốc độ ăn mòn mm/năm

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

33

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long 5

0.05 – 0.1

6

0.1 – 0.5

7

0.5 – 1.0

8

1.0 – 5.0

9

5.0 – 10

10

> 10

Bền vừa

Ít bền Không bền

Độ ăn mòn thép tính theo mô hình cacbon dioxit:  Cacbon dioxit hòa tan trong nước và phân ly để tạo thành axit cacbonic yếu gây ra sự ăn mòn trên thép cacbon. Áp suất cao hơn , CO2 hòa tan nhiều hơn và do đó tỷ lệ ăn mòn cao hơn. Nhiệt độ và áp suất cao hơn làm tăng tỷ lệ ăn mòn, nhưng trong một số điều kiện nhất định, khoảng 70 đến 80 ℃, một lớp cacbonat bảo vệ có thể hình thành trên bề mặt thép làm giảm tốc độ ăn mòn, so với nhiệt độ thấp hơn khi tỷ lệ không hình thành.  Các hợp kim chống ăn mòn (CRA) được sử dụng để tránh ăn mòn ở hàm lượng CO2 cao, và trong điều kiện ăn mòn ít hơn và thời gian sử dụng hạn chế, nhưng sẽ tiết kiệm hơn khi sử dụng thép cacbon với phụ cấp ăn mòn và / hoặc xử lý chất ức chế hóa học. Bảng 2.4: Tỷ lệ ăn mòn thiết kế cho thép cacbon được tính toán bằng mô hình NORSOK

Kết luận: Với tuổi thọ của thiết kế khi tính toán là 25 năm, lựa chọn giá trị CA cho thân bể và đáy bể (vị trí tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm chứa) là 3 mm, cho mái bể và các phụ kiện không tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm chứa là 2 mm.

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

34

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

1.2. Tính toán kích thước bể Với sức chứa lớn nhất của bể được lựa chọn là 90 %, dung tích danh định của bể sẽ bằng: C1 ≈

5,000 × 100 ≈ 5,556 (m3 ) 90

C2 ≈

2,000 × 100 ≈ 2,222 (m3 ) 90

Theo bảng A.1a, dung tích danh định của bể chứa được xác định theo công thức: C = 0.785D2 H Trong đó:  C: dung tích bể chứa, m3;  D: Đường kính bể chứa, m;  H: Chiều cao bể chứa, m. Đường kính danh định của bể chứa, trừ khi có quy định khác của khách hàng, được quy định là đường kính trung bình hay đường kính hiệu dụng của modun thấp nhất trên thân bể. Chiều cao bể chứa được quy định là chiều cao mức chất lỏng thiết kế, tức là chiều cao từ đáy của modun trên thân bể đang xét tới góc trên cùng của thành bể; hoặc nếu có thì tới đáy của vị trí chảy tràn, hoặc tới mức quy định của khách hàng, mức giới hạn do mái phao hoặc mức kiểm soát cho phép tác động địa chấn. Các yếu tổ quyết định đến việc lựa chọn đường kính và chiều cao bể:  Mặt bằng thi công thực tế;  Việc lựa chọn loại mái: mái nổi hoặc mái tĩnh;  Điều kiện địa chất, lựa chọn nền móng;  Tình trạng địa chấn, tốc độ và áp lực gió;  Áp suất thiết kế;  Yêu cầu của tiêu chuẩn an toàn phòng cháy – chữa cháy;  Điều kiện bảo ôn;  … SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

35

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

Nếu lựa chọn kích thước tiêu biểu tương ứng với dung tích danh định theo tiêu chuẩn API 650 (với chú ý đi kèm là độ dày thân bể tối đa là 13 mm, áp suất thiết kế cho phép tối đa là 145 MPa), phương án tối ưu nhất như sau:  C1 = 5,474 m3 ; D = 22 m ; H = 14.4 m (8 modun);  C2 = 2,227 m3 ; D = 15 m ; H = 12.6 m (7 modun). Thực tế, phương án này phù hợp với quy hoạch diện tích mặt bằng tại khu vực kho xăng dầu. Vì vậy lựa chọn kích thước bể chứa theo phương án nếu trên 2. Tính toán kết cấu thân bể 2.1. Phương pháp tính toán Thân bể là bộ phận chịu lực chính, gồm nhiều đoạn thép tấm hàn lại. Chiều cao mỗi đoạn thân chính bằng chiều rộng thép tấm định hình. Yêu cầu của tiêu chuẩn API 650 đối với thân bể:  Độ dày tối thiểu với bể có đường kính trong khoảng 15 ÷ 36 m là 6 mm, chưa tính bổ sung do ăn mòn;  Chiều rộng danh định tối thiểu của thép là 1800 mm. Với đường kính bể là 31.4 m, sử dụng phương pháp 1-foot để tính toán độ dày thân bể. Phương pháp này được sử dụng với bể chứa có đường kính nhỏ hơn 61 m. Độ dày cần thiết mỗi modun thân bể được tính toán tại điểm có độ cao 1 foot (0.3 m) phía trên đáy của modun đó. Phương pháp này dựa trên cơ sở đó là ứng suất hình thành do áp suất trong thiết bị thân hình trụ vỏ mỏng (đường kính vỏ nhỏ hơn 10 lần đường kính thân trụ). Công thức tính như sau:  Trong điều kiện thiết kế: td =

4.9D(H − 0.3)G + CA Sd

 Trong điều kiện thử áp lực:

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

36

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long tt =

4.9D(H − 0.3) St

Trong đó:  t d : độ dày thiết kế, mm;  t t : độ dày thử áp lực, mm;  D: đường kính danh định của bể, m;  H: chiều cao từ đáy modun đang xét tới mức chất lỏng thiết kế, m;  G: trọng lượng riêng thiết kế của chất lỏng;  CA: độ dày ăn mòn cho phép, mm;  Sd : ứng suất cho phép trong điều kiện thiết kế, MPa;  St : ứng suất cho phép trong điều kiện thử áp lực, MPa; 2.2. Tính toán và lựa chọn kích thước Bảng 2.5: Kết quả tính toán kết cấu thân bể 5,000 m3 Thông số

Ký hiệu

Giá trị

Đơn vị

Chiều cao bể

H

14.4

m

Đường kính bể

D

22

m

Số lượng modun

N

8

Modun

𝐇, m

𝐭 𝐝 , mm

𝐭 𝐭 , mm

𝐭 𝐜 , mm

𝐏, kN

1

14.4

10.6

8.89

12

114.9

2

12.6

9.63

7.75

10

95.75

3

10.8

8.66

6.62

10

95.75

4

9

7.69

5.48

8

76.6

5

7.2

6.72

4.35

8

76.6

6

5.4

5.75

3.22

8

76.6

7

3.6

4.78

2.08

8

76.6

8

1.8

3.81

0.95

8

76.6

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

37

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

Tổng trọng lượng thép: 689.41 kN. Bảng 2.6: Kết quả tính toán kết cấu thân bể 2,000 m3 Thông số

Ký hiệu

Giá trị

Đơn vị

Chiều cao bể

H

12.6

m

Đường kính bể

D

15

m

Số lượng modun

N

7

Modun

𝐇, m

𝐭 𝐝 , mm

𝐭 𝐭 , mm

𝐭 𝐜 , mm

𝐏, kN

1

12.6

7.52

5.29

8

52.23

2

10.8

6.86

4.51

8

52.23

3

9

6.2

3.74

8

52.23

4

7.2

5.54

2.97

8

52.23

5

5.4

4.87

2.19

8

52.23

6

3.6

4.21

1.42

8

52.23

7

1.8

3.55

0.64

8

52.23

Tổng trọng lượng thép: 365.6 kN. 3. Tính toán kết cấu đáy bể 3.1. Tính toán độ dày đáy bể Đáy bể tựa trên móng bể và chịu áp lực chất lỏng. Ứng suất tính toán với đáy bể không đáng kể nên độ dày của tấm đáy được chọn theo các yêu cầu của cấu tạo khi hàn và chống ăn mòn. Yêu cầu của tiêu chuẩn API 650 đối với đáy bể:  Độ dày đáy bể tối thiểu chưa tính bổ sung do ăn mòn là 6 mm, chiều rộng tối thiểu là 1800 mm;  Đường kính đáy bể tối thiểu lớn hơn đường kính modun thấp nhất trên thân bể 100 mm;

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

38

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

 Độ dốc đáy bể tối thiểu là 1:120 từ hướng vành bể đi lên tới tâm bể. Độ dày đáy bể được tính bằng: t b = 6 + CA = 6 + 3 = 9 (mm) Vậy lựa chọn tb = 9 mm. 3.2. Tính toán tấm vành khăn 3.2.1. Tính toán độ dày tấm vành khăn Ứng suất tối đa tại modun thứ nhất được tính như sau:  Trong điều kiện thiết kế: Sd =

4.9D(H1 − 0.3)Gd t c1 − CA

 Trong điều kiện thử áp lực: St =

4.9D(H1 − 0.3) t c1

Kết quả: Ứng suất

Sd , MPa

St , MPa

Bể 5,000 m3

135.11

126.67

Bể 2,000 m3

144.65

113.01

Sử dụng số liệu bảng 5-1a tiêu chuẩn API 650 với bể có độ dày modun thứ nhất ≤ 19 mm, ứng suất tối đa tại modun thứ nhất ≤ 190 Mpa, độ dày tấm thành bể lớn nhất là 26 mm. Khi đó độ dày tấm vành khăn tối thiểu lấy bằng: t ab = 6 + CA = 6 + 3 = 9 (mm) Chọn độ dày tấm vành khăn là t ab = 9 mm. 3.2.2. Tính toán chiều rộng tấm vành khăn Theo mục 5.5.2 tiêu chuẩn API 650:

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

39

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

 Khoảng cách giữa thành trong của bể và mối hàn chồng ≥ 600 mm;  Tấm vành khăn phải nhô ra khỏi bể ít nhất là 50mm. Trong trường hợp độ rộng của tấm vành khăn lớn hơn yêu cầu thì tính toán theo công thức: 215t ab (HG)0.5 Trong đó:  t ab : độ dày của tấm vành khăn, mm;  H: chiều cao chất lỏng thiết kế tối đa, m;  G: tỷ trọng chất lỏng thiết kế. Thay số:  Với bể 5,000 m3: 215 × 9 = 570 (mm) (14.4 × 0.8)0.5  Với bể 2,000 m3: 215 × 9 = 610 (mm) (12.6 × 0.8)0.5 Chọn kích thước của tấm vành khăn sao cho phù hợp với kích thước của tấm thép sản xuất thực tế. Vì vậy:  Với bể 5,000 m3: chọn bề rộng của tấm vành khăn là 600 mm, phần nhô ra phía ngoài bể là 50 mm.  Với bể 2,000 m3: chọn bề rộng của tấm vành khăn là 650 mm, phần nhô ra phía ngoài bể là 50 mm. 4. Tính toán kết cấu mái bể Lựa chọn loại mái nón cố định có dàn đỡ mái bên trong. Kết cấu đỡ mái là các hệ thống dàn vỉ kèo hướng tâm. Các dàn vỉ kèo được liên kết với nhau ngoài mặt phẳng bằng hệ thống các xà gồ vòng. Tác động chủ yếu trên mái gây nên bởi tải trọng gió, tải trọng bản thân và hoạt tải sửa chữa. SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

40

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

Theo mục 5.10.5.1, góc tạo bởi mái và phương ngang θ nằm trong khoảng: 9.5° (độ nghiêng 2: 12) ≤ θ ≤ 37°(độ nghiêng 9: 12) Vậy lựa chọn góc nghiêng θ = 15°. Độ dày mái bể phải đủ khả năng chịu tác động bởi áp suất trong (áp suất dương thiết kế) và áp suất ngoài (áp suất âm thiết kế) theo 2 công thức sau:  Với áp suất trong: 𝑡𝑟 =

𝑃𝑖 𝑅1 (1) 10𝑆𝜂

 Với áp suất ngoài:

𝑡𝑟 = 40𝑅1 √

10𝑃𝑒 (2) 𝐸

Trong đó:  𝑡𝑟 : độ dày mái bể, mm;  𝑅1 : bán kính cong tấm mái bể, m (𝑅1 = 𝑅/𝑠𝑖𝑛θ);  𝑃𝑒 : áp suất âm thiết kế, kN/m2;  𝑃𝑖 : áp suất dương thiết kế, mbar;  𝐸: mô đun đàn hồi của vật liệu, E = 200,000 N/mm2 ;  𝑆: ứng suất thiết kế cho phép, S = 160 N/mm2 ;  𝜂: hệ số mối hàn, với mối hàn chồng 𝜂 = 0.35. Bảng 2.7: Kết quả tính toán kết cấu mái bể Độ dày mái

𝑡𝑟 (1), mm 𝑡𝑟 (2), mm

Lựa chọn, mm

Trọng lượng mái, kN

Bể 5,000 m3

0.76

5.98

6

188.5

Bể 2,000 m3

0.52

4.1

5

73

5. Tính toán vành gia cường chống gió Vành gia cường chống gió được thiết kế để bảo vệ kết cấu tròn của thân bể trước tác động của gió. Nó được bố trí bên ngoài thân bể, và cũng có thể được sử dụng làm SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

41

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

sàn thao tác trong quá trình tiếp cận các vị trí cần bảo trì, sửa chữa. Theo mục 5.9.3.1, kích thước tối thiểu của vành gia cường là 65 × 65 × 6 mm, độ dày tối thiểu là 6 mm. Theo mục 5.9.3.2, khi vành tăng cường được đặt thấp hơn đỉnh bể từ 600 mm trở lên, cần bố trí thêm thép góc đỉnh bể với kích thước tối thiểu 65 × 65 × 6 mm với bể có độ dày 5 mm, 75 × 75 × 6 mm với bể có độ dày lớn hơn 5 mm, hoặc với momen chống uốn lớn hơn giá trị tương ứng với kích thước trên. Vành tăng cường có thể đọng nước. Theo mục 5.9.3.3, cần bố trí lỗ thoát nước với đường kính tối thiểu 25 mm và khoảng cách giữa các lỗ tối thiểu 2400 mm. 5.1. Tính toán vành chống gió đỉnh bể Theo mục 5.9.6.1, momen chống uốn tối thiểu được yêu cầu đối với vành gia cường được tính theo công thức: D2 H2 V 2 ( ) Z= 17 190 Trong đó:  Z: momen chống uốn tối thiểu, cm3;  D: đường kính danh định bể chứa, m;  H2 : chiều cao bể chứa, m;  V: vận tốc gió thiết kế, km/h. 5.1.1. Với bể 5,000 m3 222 × 14.4 50 2 ) = 28.39 (cm3 ) Z= ×( 17 190 Tra cứu tiêu chuẩn TCVN 7571–1 : 2006, lựa chọn thép hình cán nóng chữ V kích thước 100 × 100 × 12. Thông số cụ thể như sau: Bảng 2.8: Thông số kỹ thuật thép hình vành chống gió đỉnh bể 5,000 m3 Tên đại lượng

Ký hiệu

Giá trị

Đơn vị

Số hiệu

Code

100x100x12

mm

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

42

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

Khối lượng riêng

G

17.8

kg/m3

Chiều rộng cánh

b

100

mm

Độ dày trung bình cánh

d

12

mm

Mô đun cản với trục x

Zx

29.1

cm3

5.1.2. Với bể 2,000 m3 152 × 12.6 50 2 ) = 11.55 (cm3 ) Z= ×( 17 190 Tra cứu tiêu chuẩn TCVN 7571–1 : 2006, lựa chọn thép hình cán nóng chữ V kích thước 80 × 80 × 8. Thông số cụ thể như sau: Bảng 2.9: Thông số kỹ thuật thép hình vành chống gió đỉnh bể 2,000 m3 Tên đại lượng

Ký hiệu

Giá trị

Đơn vị

Số hiệu

Code

80x80x8

mm

Khối lượng riêng

G

9.63

kg/m3

Chiều rộng cánh

b

80

mm

Độ dày trung bình cánh

d

8

mm

Mô đun cản với trục x

Zx

12.6

cm3

Hình… : Thép hình vành chống gió đỉnh bể Theo mục 5.9.7.5, vị trí của vành chống gió không được nằm trong phạm vi 150

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

43

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

mm của đường hàn ngang. Khi tính toán sơ bộ vành chống gió đặt trong phạm vi 150 mm của đường hàn ngang thì nó phải được đặt ở dưới, song không được vượt quá chiều cao biến dạng dẻo lớn nhất của bể. 5.2. Tính toán vành chống gió thân bể Chiều cao lớn nhất của thân bể không bị biến dạng dẻo được xác định bởi công thức tại mục 5.9.7.1: t 3 190 2 ) H1 = 9.47t√( ) ( D V Trong đó:  H1 : khoảng cách theo phương thẳng đứng giữa vành chống gió trung gian với thép góc đỉnh bể hoặc vành chống gió đỉnh, hay khoảng cách lớn nhất không cần gia cường, m;  t: độ dày thân bể tại modun mỏng nhất (modun trên cùng) chưa bổ sung do ăn mòn, mm; Chiều rộng các modun thân bể được quy đổi theo công thức: t uniform 5 ) Wtr = W√( t actual Trong đó:  Wtr : chiều rộng quy đổi của lớp vỏ thân bể, mm;  W: chiều rộng thực tế của lớp vỏ thân bể mm;  t uniform : độ dày thân bể tại modun mỏng nhất (modun trên cùng), mm;  t actual : độ dày thân bể tại modun đang xét, mm; 5.2.1. Với bể 5,000 m3 5 3 190 2 ) = 74.08 (m) H1 = 9.47 × 5 × √( ) × ( 22 50

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

44

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

Bảng 2.10: Chiều cao quy đổi thân bể 5,000 m3 Modun

𝐖, m

𝐭 𝐮𝐧𝐢𝐟𝐨𝐫𝐦 , mm

𝐭 𝐚𝐜𝐭𝐮𝐚𝐥 , mm

𝐖𝐭𝐫 , m

1

1.8

8

12

0.65

2

1.8

8

10

1.03

3

1.8

8

10

1.03

4

1.8

8

8

1.8

5

1.8

8

8

1.8

6

1.8

8

8

1.8

7

1.8

8

8

1.8

8

1.8

8

8

1.8 11.71

Tổng Chiều cao quy đổi của thân bể: Hqd = ∑ Wtr = 11.71 (m)

Theo mục 5.9.7.3, chiều cao quy đổi của thân bể nhỏ hơn chiều cao tối đa không biến dạng dẻo (Hqd > H1 ), vì vậy không cần thiết kế vành chống gió trung gian. 5.2.2. Với bể 2,000 m3

H1 = 9.47 × 5 × √(

5 3 190 2 ) ×( ) = 131.58 (m) 15 50

Bảng 2.11: Chiều cao quy đổi thân bể 2,000 m3 Modun

𝐖, m

𝐭 𝐮𝐧𝐢𝐟𝐨𝐫𝐦 , mm

𝐭 𝐚𝐜𝐭𝐮𝐚𝐥 , mm

𝐖𝐭𝐫 , m

1

1.8

8

8

1.8

2

1.8

8

8

1.8

3

1.8

8

8

1.8

4

1.8

8

8

1.8

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

45

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

5

1.8

8

8

1.8

6

1.8

8

8

1.8

7

1.8

8

8

1.8

Tổng

12.6

Chiều cao quy đổi của thân bể: Hqd = ∑ Wtr = 12.6 (m) Theo mục 5.9.7.3, chiều cao quy đổi của thân bể nhỏ hơn chiều cao tối đa không biến dạng dẻo (Hqd > H1 ), vì vậy không cần thiết kế vành chống gió trung gian. 6. Tính toán kết cấu các phụ kiện 6.1. Cửa người Lựa chọn RTR: cửa cốt thép thông thường với tấm gia cố hình dạng kim cương, đường kính cửa người là 600 mm. Lựa chọn kích thước theo số liệu trong bảng 5.3a:  Với bể 5,000 m3 (H = 14.4 m):  Độ dày tấm tăng bền: t c = 16 mm;  Độ dày mặt bích: t f = 13 mm.  Với bể 2,000 m3 (H = 12.6 m):  Độ dày tấm tăng bền: t c = 14 mm;  Độ dày mặt bích: t f = 11 mm. Lựa chọn độ dày cửa người theo số liệu trong bảng 5.4a với t = 8 ÷ 12 mm: chọn t 𝑛 = 6 mm. Lựa chọn kích thước bu lông và mặt bích theo bảng 5.5a với đường kính cửa người 600 mm:  Đường kính bu lông: Db = 768 mm;  Đường kính mặt bích: Dc = 832 mm. 6.2. Các đường ống trên thân bể

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

46

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

6.3. Cầu thang Lựa chọn kích thước cầu thang theo bảng 5.19a:  Chiều rộng cầu thang: 800 mm;  Góc nghiêng: 45°;  Chiều cao 1 bậc: 220 mm;  Chiều rộng 1 bậc: 220 mm. 7. Kiểm tra độ ổn định bể 7.1. Tính toán tải trọng gió Áp lực gió gây ra được tính toán theo mục 5.2.1k (1):  Áp lực tại thân bể: PWS

V 2 ) , kPa = 0.86 ( 190

 Áp lực tại mái bể: PWR

V 2 ) , kPa = 1.44 ( 190

Bảng 2.12: Kết quả tính toán tải trọng gió lên bể 5,000 m3 Tốc độ km/h

Áp lực kPa

Vùng tác dụng m2

Lực kN

Cánh tay đòn m

Mô men kN.m

0.06

316.8

18.87

7.2

135.85

0.1

32.4

3.23

11

35.55

50 Tổng mô men lực do gió gây ra: 171.39 kN.m Bảng 2.13: Kết quả tính toán tải trọng gió lên bể 2,000 m3 Tốc độ km/h

Áp lực kPa

Vùng tác dụng m2

Lực kN

Cánh tay đòn m

Mô men kN.m

50

0.06

189

11.26

6.3

70.91

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

47

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

0.1

15.6

1.5

7.5

11.27

Tổng mô men lực do gió gây ra: 82.18 kN.m 7.2. Kiểm tra khả năng lật bể Theo mục 5.11.2.1, điều kiện đảm bảo ổn định bể dưới tác động của gió: 1) 0.6𝑀𝑤 + 𝑀𝑃𝑖 < 𝑀𝐷𝐿 ⁄1.5 2) 𝑀𝑤𝑠 + 0.4𝑀𝑃𝑖 < (𝑀𝐷𝐿 + 𝑀𝐹 )⁄2 Trong đó:  𝑀𝑤 : tổng mô men lực do gió gây ra, kN.m;  𝑀𝑤𝑠 : mô men lực do gió gây ra trên thân bể, kN.m;  𝑀𝑃𝑖 : mô men lực do áp suất dương thiết kế gây ra, kN.m;  𝑀𝐷𝐿 : mô men lực do tải trọng bể gây ra, kN.m;  𝑀𝐹 : mô men lực do khối chất lỏng gây ra, kN.m. Kết quả tính toán được liệt kê trong bảng 2.14: Bảng 2.14: Kết quả tính toán độ ổn định bể Bể 5,000 m3

Bể 2,000 m3

FPi , kN

380.13

176.71

FDL , kN

585.25

272.3

FF , kN

1,467.2

935.77

X Pi , m

10.99

7.5

X DL , m

10.99

7.5

XF , m

10.99

7.5

𝑀𝑤 , kN.m

171.39

82.18

𝑀𝑤𝑠 , kN.m

135.85

70.91

𝑀𝑃𝑖 , kN.m

4,179.18

1,324.65

𝑀𝐷𝐿 , kN.m

6,434.2

2,041.20

𝑀𝐹 , kN.m

16,130.43

7,014.51

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

48

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

0.6𝑀𝑤 + 𝑀𝑃𝑖 , kN.m

4,260.69

1,360.8

𝑀𝐷𝐿 ⁄1.5, kN.m

4,289.46

1,367.2

𝑀𝑤𝑠 + 0.4𝑀𝑃𝑖 , kN.m

1,843.06

612.04

(𝑀𝐷𝐿 + 𝑀𝐹 )⁄2, kN.m

11,282.31

4,527.85

Kết luận: Các điều kiện đều được đảm bảo đối với cả 2 bể. Như vậy đảm bảo đủ điều kiện để bể ổn định dưới tác động của tải trọng gió.

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

49

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

GVHD: TS Nguyễn Hàn Long

PHẦN 3: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG BƠM VÀ ĐƯỜNG ỐNG

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh – SHSV: 20159548

50