do an he thong be chua dau
TRANSCRIPT
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
MỤC LỤC
Trang
LỜI MỞ ĐẦU 3
Ý NGHĨA KINH TẾ, KỸ THUẬT CỦA ĐỒ ÁN....................................4
CHƯƠNG I : DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ VÀ QUY TRÌNH SẢN
XUẤT...........................................................................................................5
1.1. Giới thiệu chung về dầu FO.............................................................5
1.1.1. Các chỉ tiêu xác định chất lượng của dầu FO...........................5
1.1.2. Chỉ tiêu kĩ thuật của dầu FO theo tiêu chuẩn Việt Nam...........9
1.2. Sơ đồ của hệ thống bồn chứa dầu FO...........................................13
CHƯƠNG II: NỘI DUNG TÍNH TOÁN................................................14
2.1. Tính toán lưu lượng dầu FO để cung cấp cho bộ đốt nồi hơi.....14
2.2. Tính toán các thông số kỹ thuật của xitec....................................14
2.2.1.Thiết kế phần hình trụ của xitec................................................14
2.2.2. Thiết kế nắp xitec......................................................................17
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -1- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
2.2.3. Kiểm tra độ bền của xitec theo ứng suất uốn gây ra do trọng
lượng xitec và cả dầu...........................................................................19
2.2.4. Chọn bệ đỡ.................................................................................22
2.2.5. Tính neo và bích cho xitec........................................................24
2.3. Thiết kế bể chứa trung gian...........................................................25
2.3.1. Tính chiều dài phần trụ của bể trung gian..............................25
2.3.2. Thiết kế nắp bể...........................................................................26
2.3.3. Thiết kế thân bể.........................................................................27
2.3.4. Thiết kế đáy bể...........................................................................28
2.3.5. Tổng chiều dài bể trung gian....................................................29
2.3.6.Chọn bích cho bể trung gian......................................................29
2.4.Các thiết bị phục vụ cho hệ thống bồn chứa.................................30
2.4.1. Chọn bơm để bơm nhiên liệu từ bể trung gian vào bộ đốt nồi
hơi.........................................................................................................30
2.4.2. Chọn bơm để bơm nhiên liệu từ xitec vào bể chứa trung
gian.......................................................................................................31
CHƯƠNG III: CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ............................................34
3.1. Hệ thống van....................................................................................34
3.1.1. Van chặn....................................................................................34
3.1.2. Van cổng hay van cửa...............................................................35
3.1.3. Van cầu......................................................................................36
3.2. Hệ thống xả......................................................................................37
3.3. Dụng cụ đo.......................................................................................37
3.3.1. Thiết bị đo nhiệt độ....................................................................38
3.3.2. Thiết bị đo mức chất lỏng.........................................................38
3.4. Các thiết bị hỗ trợ khác..................................................................39
3.4.1. Cửa người..................................................................................40
3.4.2. Bích nối......................................................................................40
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -2- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
3.4.3. Đê chắn lửa................................................................................40
3.4.4. Hệ thống làm mát......................................................................40
3.4.5. Hệ thống chống tĩnh điện..........................................................41
3.4.6. Thiết bị phát hiện rò rỉ..............................................................41
3.4.7. Hệ thống phòng cháy, chữa cháy.............................................41
KẾT LUẬN................................................................................................43
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................44
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -3- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay việc sử dụng sản phẩm từ dầu mỏ làm nguồn nhiên liệu
trong sản xuất công nghiệp đã trở nên phổ biến. Đặc biệt là ở một đất nước
có nền kinh tế đang phát triển như Việt Nam. Vì vậy việc thiết kế và bố trí
hệ thống tồn trữ nhiên liệu trong một khu công nghiệp hay một nhà máy,
phân xưởng là điều cần thiết để có thể đảm bảo cho quá trình sản xuất diễn
ra một cách liên tục và có thể chủ động được trong một số trường hợp khi
xảy ra sự cố. Đồ án môn học “ Quá trình và thiết bị trong CNHH và Thực
Phẩm” sau chúng em xin trình bày đề tài “Tính toán thiết kế hệ thống bồn
chứa dầu FO cung cấp cho nồi hơi năng suất 5 tấn/giờ của một nhà máy sản
xuất mì ăn liền”.
Nhóm thực hiện đồ án chúng em xin chân thành cảm ơn Ban Giám
Hiệu trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu, cảm ơn các thầy cô trong Khoa
Hóa học & Công nghệ thực phẩm đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho
chúng em thực hiện đồ án này. Đặc biệt chúng em xin gởi lời cảm ơn chân
thành đến Th.S Trần Quang Quới, thầy đã nhiệt tình chỉ bảo, giúp đỡ chúng
em hoàn thành đồ án này.
Qua quá trình tìm hiểu tài liệu và được sự hướng dẫn của thầy giáo
hướng dẫn chúng em đã thiết kế được hệ thống bồn chứa dầu cung cấp cho
nhà máy sản xuất mì ăn liền và có thể ứng dụng trong thực tiễn. Với sự hạn
chế về kiến thức thực tế nên không thể tránh khỏi những sai sót nhất định.
Chúng em rất mong nhận được sự góp ý của các Thầy (Cô) giáo trong
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm để bài báo cáo được hoàn thiện
hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -4- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
Ý NGHĨA KINH TẾ, KỸ THUẬT CỦA ĐỒ ÁN
Đồ án “Tính toán thiết kế hệ thống bồn chứa dầu FO cung cấp cho nồi
hơi năng suất 5 tấn/giờ của một nhà máy sản xuất mì ăn liền” là một đồ án
có tính ứng dụng cao trong thực tiễn. Việc đi từ lý thuyết đến thiết kế đồ án
và đưa vào ứng dụng trong thực tế cho thấy rõ những ý nghĩa về mặt kinh
tế kĩ thuật của đồ án trong việc đảm bảo được việc tồn trữ nhiên liệu cho
nhà máy cả về mặt kinh tế cũng như kĩ thuật. Để có thể thiết kế hợp lý hệ
thống bồn chứa dầu nhiên liệu cho nhà máy sản xuất mì ăn liền, trước hết
người thiết kế phải hiểu rõ về tính chất hóa lý của nhiên liệu cần tồn trữ,
điều kiện làm việc của bồn chứa để lựa chọn loại vật liệu chế tạo thích hợp,
tính toán đủ bền cho bồn chứa, tùy theo năng suất thực tế của nhà máy lựa
chọn thiết bị cần cung cấp nhiên liệu hợp lí. Ngoài ra việc thiết kế các thiết
bị phụ trợ đi kèm như bơm, van, hệ thống ống dẫn…, chú ý đến tính phòng
chống cháy nổ, bố trí hợp lí các bồn chứa sao cho diện tích và không gian
chiếm chỗ là ít nhất, cũng hết sức cần thiết để hệ thống sản xuất hoạt động
một cách liên hoàn và đảm bảo an toàn. Đồ án được thực hiện thể hiện quá
trình đi từ lý thuyết sang ứng dụng thực tế của người thiết kế và đặc biệt
cần thiết với sinh viên các ngành công nghệ Hóa học trong quá trình học
tập và công việc tương lai.
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -5- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
CHƯƠNG I
DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT
1.1. Giới thiệu chung về dầu FO
Dầu FO hay còn gọi là dầu mazut, là phân đoạn nặng thu được khi
chưng cất dầu thô parafin và asphalt ở áp suất khí quyển và trong chân
không. Các dầu FO có điểm sôi cao.
Trong kĩ thuật đôi khi người ta còn chia thành dầu FO nhẹ và FO
nặng. Vì thế, các đặc trưng hoá học của dầu mazut có những thay đổi đáng
kể nhưng không phải tất cả các đặc trưng này ảnh hưởng tới việc sử dụng
chúng làm nhiên liệu và các kỹ thuật sử dụng để đạt hiệu quả cao.
1.1.1. Các chỉ tiêu xác định chất lượng của dầu FO
a. Hàm lượng lưu huỳnh
Nhiên liệu đốt lò thường chứa một lượng lưu huỳnh khá lớn, nồng độ
của nó thay đổi tuỳ theo loại.
Lưu huỳnh tồn tại trong nhiên liệu đốt lò dưới nhiều dạng khác nhau,
thông thường là dưới dạng các hợp chất sulfua, disulfua hay dưới dạng di
vòng. Khi bị đốt cháy lưu huỳnh sẽ chuyển thành SO2, khí này cùng với
khói thải sẽ được thoát ra ngoài, trong thời gian này chúng có thể tiếp xác
với oxy để chuyển một phần thành khí SO3. Khi nhiệt độ của dòng khí thải
xuống thấp thì các khí này sẽ kết hợp với hơi nước để tạo thành các axit
tương ướng, đó chính là các axit vô cơ có độ ăn mòn các kim loại rất lớn.
Thực tế thì các axit sulfuaric sẽ gây ăn mòn ở nhiệt độ thấp hơn 100 ÷
150oC, còn axit sulfuarơ chỉ gây ăn mòn ở nhiệt độ thấp hơn 40 ÷ 50oC.
Để hạn chế sự ăn mòn này thì người ta thường dùng các phương pháp
sau
- Dùng nhiên liệu đốt lò có hàm lượng lưu huỳnh thấp
- Giảm lượng không khí thừa trong dòng khí
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -6- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
- Gửi cho bề mặt trao đổi nhiệt lớn hơn nhiệt độ điểm sương của
các khí
- Dùng một số kim loại hoặc oxyt kim loại (MgO, CaO) để chuyển
SO2 thành các hợp chất không ăn mòn.
CaO + SO2 + 1/2O2 = CaSO4.
- Phương pháp này vừa giảm được ăn mòn vừa giảm ô nhiễm môi
trường do SO2, SO3 trong khói thải.
Ngoài vấn đề ăn mòn thì khi hàm lượng lưu huỳnh càng cao càng làm
giảm nhiệt trị của nhiên liệu đốt lò.
b. Độ nhớt
Cũng giống như nhiên liệu Diesel hay nhiên liệu phản lực, trước khi bị
đốt cháy nhiên liệu được phun ra dưới dạng các hạt sương, từ các hạt sương
này nhiên liệu sẽ bay hơi tạo với không khí hỗn hợp cháy. Quá trình bay
hơi nhanh hay chậm phụ thuộc nhiều vào bản chất của nhiên liệu, kích
thước của các hạt sương dầu khi phun ra.
Ở gốc độ của độ nhớt thì ảnh hưởng của nó như sau: khi độ nhớt lớn
thì kích thước của các hạt sương phun ra lớn, động năng của nó lớn nên
không gian trộn lẫn của nhiên liệu với không khí lớn. Tuy nhiên khi kích
thước của các hạt lớn thì khả năng bay hơi để tạo hỗn hợp cháy sẽ kém,
điều này sẽ làm cho quá trình cháy không hoàn toàn, làm giảm nhiệt cháy
và thải ra nhiều chất gây ô nhiễm cho môi trường.
Ngoài ảnh hưởng đến quá trình cháy thì khi độ nhớt lớn sẽ làm tăng
trở lực ma sát trong hệ thống bơm.
c. Tỷ trọng
Tỷ trọng là một đại lượng rất quan trọng đối với nhiên liệu đốt lò bởi
nó liên quan đến bản chất của nhiên liệu, độ nhớt, độ bay hơi nghĩa là nó
liên quan đến quá trình cháy của nhiên liệu, tất cả những vấn đề này ta đã
đề cập đến ở trên.
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -7- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
Ngoài ra, trong quá trình xử lý nhiên liệu, người ta tách loại nước bằng
phương pháp ly tâm do đó yêu cầu tỷ trọng của nhiên liệu và nước phải
khác nhau để đảm bảo cho quá trình tách loại có hiệu quả. Trong quá trình
vận chuyển hay tồn chứa thì nước thường lẫn vào trong nhiên liệu, khi sự
chênh lệch tỷ trọng của hai loại này lớn sẽ giúp cho quá trình lắng tách
nước cũng tốt hơn.
d. Hàm lượng nước
Nước không phải là thành phần của dầu mỏ nhưng nó luôn có mặt
trong dầu thô hay trong tất cả các sản phẩm của dầu mỏ. Sự có mặt của
nước luôn gây ra những tác hại nhất định. Nước có mặt trong dầu thô hay
các sản phẩm có thể từ các nguồn gốc sau
- Trong dầu thô ban đầu nhưng không tách loại hết trong quá trình xử
lý
- Do sự thở của các bồn chứa
- Do thủng ở các thiết bị đun nóng lại
- Do lỗi ở các chỗ nối
- Nước trong nhiên liệu có thể gây ra những tác hại như sau
+ Sự rít bơm,
+ Hiện tượng xâm thực,
+ Quá trình bay hơi lớn dẫn đến hoạt động của mỏ đốt không bình
thường,
+ Sự có mặt của nước sẽ gây rỉ trong bảo quản.
e. Cặn Carbon
Để đánh giá khả năng tạo cặn, người ta thường sử dụng tiêu chuẩn đặc
trưng là độ cốc hoá, tùy theo phương pháp tiến hành xác định cặn mà cặn
thu được gọi là cặn carbon conradson hoặc cặn carbon rabostton. Hàm
lượng cặn cacbon conradson trong dầu nhiên liệu đốt lò thường dao động
từ 5-10% khối lượng, có khi lên đến 20% khối lượng. Tỷ lệ cao cặn cacbon
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -8- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
conradson trong nhiên liệu đốt lò cao luôn luôn gây trở ngại cho quá trình
cháy, làm tăng hàm lượng bụi của các chất thải rắn trong dòng khí thải.
f. Hàm lượng tro
Các hợp chất cơ kim và muối có trong dầu mỏ đều tập trung đa phần ở
dầu cặn, khi đốt nó biến thành tro. Tro có nhiều trong nhiên liệu đốt lò sẽ
làm giảm hiệu quả sử dụng như gây tắc ghi lò, làm giảm khả năng truyền
nhiệt của lò, ở nhiệt độ cao một số kim loại như Vanadi có thể kết hợp với
Sắt để tạo ra những hợp kim tương ứng có nhiệt độ nóng chảy thấp do đó
dễ dẫn đến sự thủng lò ...
g. Nhiệt trị
Nhiệt trị là một chỉ tiêu chất lượng quan trọng của nhiên liệu đốt lò.
Thường thì nhiệt trị của nhiên liệu đốt lò khác cao (>10000 cal/g) đây
chính là một trong những yếu tố chính làm cho nhiên liệu đốt lò được sử
dụng rộng rãi trong công nghiệp. Nhiệt trị này phụ thuộc vào thành phần
hoá học. Nếu trong thành phần nhiên liệu đốt lò càng có nhiều hydrocacbon
mang đặc tính parafinic, càng có ít hydrocacbon thơm nhiều vòng và trọng
lượng phân tử càng bé thì nhiệt năng của chúng càng cao. Những thành
phần không thuộc loại hydrocacbon trong dầu cặn cũng có ảnh hưởng rất
lớn đến nhiệt trị của nó. Các hợp chất lưu huỳnh trong dầu mỏ tập trung
chủ yếu vào dầu cặn. Sự có mặt của lưu huỳnh đã làm giảm bớt nhiệt năng
của dầu cặn, khoảng 85 kcal/kg tính cho 1% lưu huỳnh.
h. Điểm chớp cháy
Cũng giống như những sản phẩm phẩm dầu mỏ khác, đối với nhiên
liệu đốt lò thì điểm chớp cháy cũng đặc trưng cho mước độ hoả hoạn của
nó.
Ngoài những chỉ tiêu trên thì nhiên liệu đốt lò còn phải đạt những chỉ
tiêu chất lượng khác như điểm đông đặc, độ ổn định oxy hoá . . .’
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -9- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
1.1.2. Chỉ tiêu kĩ thuật của dầu FO theo tiêu chuẩn Việt Nam
a. Phân loại theo tiêu chuẩn Việt Nam
Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6239:1997 đã phân nhiên liệu đốt lò
thành các loại như sau
Bảng 1.1. TCVN 6239:1997- Loại : FO N01 (2% lưu huỳnh)
Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm Phương pháp thử Mức quy định
1. Khối lượng riêng ở 150C max TCVN 3892-95 0.965
2. Độ nhớt động học ở 400C max ASTM – D.445 87
3. Điểm chớp lửa cốc kín, 0C min ASTM- D93 66
4. Hàm lượng lưu huỳnh, % KL ASTM –D.129 2.2
5. Điểm đông đặc, 0C max ASTM-D.97 +10
6. Hàm lượng nước, %TT max ASTM-D.95 1
7. Hàm lượng tạp chất, %KL max ASTM-D.473 0.15
8. Nhiệt trị, cal/g ASTM-D.240 9800
9.Hàm lượng tro, % KL max ASTM-D.482 0.15
10. Cặn cacbon conradson, % KL max ASTM-D.189 6
Bảng 1.2. TCVN 6239:1997 – loại FO N02A (1.5% lưu huỳnh)
Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm Phương pháp thử Mức quy định
1. Khối lượng riêng TCVN 3893-95 0.970
2. Độ nhớt động học ở 400C max ASTM- D.445 180
3. Điểm chớp lửa cốc kín, 0C min ASTM-D93 66
4. Hàm lượng lưu huỳnh, % KL ASTM-D129 1.5
5. Điểm đông đặc, 0C max ASTM-D97 +21
6. Hàm lượng nước, %TT max ASTM-D95 1
7. Hàm lượng tạp chất, %KL max ASTM-D.473 0.15
8. Nhiệt trị, cal/g ASTM-D.240 9800
9. Hàm lượng tro, % KL max ASTM-D.482 0.15
10. Cặn cacbon conradson, % KL max ASTM-D.189 10
Bảng 1.3. TCVN 6239:1997- Loại : FO N02B(3% lưu huỳnh)
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -10- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm Phương pháp thử Mức quy định
1. Khối lượng riêng TCVN 3893-95 0.970
2. Độ nhớt động học ở 400C max ASTM-D.445 180
3. Điểm chớp lửa cốc kín, 0C min ASTM-D93 66
4. Hàm lượng lưu huỳnh, % KL ASTM-D129 3
5. Điểm đông đặc, 0C max ASTM-D97 +21
6. Hàm lượng nước, %TT max ASTM-D95 1
7. Hàm lượng tạp chất, %KL max ASTM-D.473 0.15
8. Nhiệt trị, cal/g ASTM-D.240 9800
9. Hàm lượng tro, % KL max ASTM-D.482 0.15
10. Cặn cacbon conradson, % KL
maxASTM-D189 10
Bảng 1.4. TCVN 6239:1997- Loại N03
Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm Phương pháp thử Mức quy định
1. Khối lượng riêng TCVN 3893-95 0.991
2. Độ nhớt động học ở 400C max ASTM-D.445 380
3. Điểm chớp lửa cốc kín, 0C min ASTM-D93 66
4. Hàm lượng lưu huỳnh, % KL ASTM-D129 3
5. Điểm đông đặc, 0C max ASTM-D97 +21
6. Hàm lượng nước, %TT max ASTM-D95 1
7. Hàm lượng tạp chất, %KL max ASTM-D.473 0.15
8. Nhiệt trị, cal/g ASTM-D.240 9800
9. Hàm lượng tro, % KL max ASTM-D.482 0.35
10. Cặn cacbon conradson, % KL
maxASTM-D189 14
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -11- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
b. Tiêu chuẩn cơ sở về nhiên liệu đốt lò
Tiêu chuẩn TCCS 04:2009/PETROLIMEX là tài liệu quy định các yêu
cầu về đặc tính kỹ thuật của sản phẩm nhiên liệu đốt lò (FO) dùng trong
các lò đốt công nghiệp.
Bảng 1.5 TCCS 04:2009/Petrolimex
Tên chỉ tiêu
Mức
Phương pháp thửFON02B
(3,0 S)
FON02B
(3,5 S)
FON03
(380)
1. Khối lượng riêng
ở 150C, kg/l, max 0,970 0,991 0,991
TCVN 6594:2007
(ASTM D1298-05)/IP
160
2. Độ nhớt động học
ở 500C, cSt, max 180 180 380
TCVN 3197:2007
(ASTM D445-06)/IP 71-
1
3. Điểm chớp lửa cốc
kín, 0C min66 66 60
TCVN 2693:2007
(ASTM D93-06)/IP34
4. Cặn cacbon
Conradson, % khối
lượng, max
14 16 16
TCVN 6324:2006
(ASTM D189-05)/IP13
5. Hàm lượng lưu
huỳnh, % khối
lượng, max
3,0 3,5 3,5
TCVN 3172:2008
(ASTM
D4294-06)/IP336/IP61
6. Hàm lượng tro, %
khối lượng max0,15 0,15 0,15
TCVN 2690:2007
(ASTM D482-03)/IP4
7. Điểm đông đặc, 0C
- Mùa hè, max
- Mùa đông, max
+24
+15
+24
+9
+24
+24
TCVN 3753:2007
(ASTM D97-05a)/IP15
8. Nhiệt trị, cal/g, 10200 9800 - ASTM D240/IP 12
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -12- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
min
9. Hàm lượng nước,
% thể tích, max1,0 1,0 0,5
TCVN 2692:2007
(ASTM D95-05el)/IP74
10. Hàm lượng tạp
chất, % khối lượng,
max
0.15 0.15 -
ASTM D473 / IP53
11. Hàm lượng kim
loại vanadium, ppm,
max
95 - -
IP 501
12. Hàm lượng kim
loại natri, ppm, max50 - -
IP 501
13. Hàm lượng kim
loại nhôm và silic,
ppm, max
60 - -
ASTM D5184/ IP377
14. Độ tương thích –
Spot Test, maxLoại 2 - -
ASTM D4740
15. Độ sạch – Spot
Test, maxLoại 2 - -
ASTM D4740
16. Hàm lượng
asphanten, % khối
lượng, max
5 - -
ASTM D6560/IP 143
17. Hàm lượng cặn
tổng, % khối lượng,
max
0,1 - -
ASTM D4870/IP 375
1.2. Sơ đồ của hệ thống bồn chứa dầu FO
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -13- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
Hình 1.1. Hình ảnh một cách tổng quan của hệ thống
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -14- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
CHƯƠNG II
NỘI DUNG TÍNH TOÁN
2.1. Tính toán lưu lượng dầu FO để cung cấp cho bộ đốt nồi hơi
Nhiệt hóa hơi của H2O ở 9at là 2040 KJ/Kg.
Nhiệt hóa hơi của H2O ở 9at là 174,5 oC.
Q1: nhiệt hóa hơi 5 tấn nước thành hơi ở 9at. Ta có
Q1=2040.5000 = 10200000 (KJ)= 2704853 (Kcal)
Vì hiệu suất nồi hơi là 90% nên Q1 = (10200000100): 90 = 11333334 (KJ)
Q2: Nhiệt trị của nhiên liệu . Ta có Q2= 9500 (Kcal/Kg)
Lưu lượng cần để cung cấp cho bộ đốt nồi hơi là
Với dFO = 1,105(kg/l)
2.2. Tính toán các thông số kỹ thuật của xitec
Để tồn chứa 50 000 lít dầu; ta sẽ thiết kế làm hai xitec, mỗi xitec 25
000 lít. Khi nhập vào xitec, áp suất bơm khoảng 200 mm H2O. Bể chứa
chịu áp suất trong. Chọn đường kính xitec là Dt=2400 mm, chọn hai nắp là
nắp Elip.
2.2.1.Thiết kế phần hình trụ của xitec
Để đảm bảo việc tồn chứa thì xitec cần có hệ số chứa khoảng 85%.
Khi đó thể tích cần thiết của xitec là
Thể tích phần hình trụ là
Vtrụ=Vxitec- 2.Vnắp
Chọn Dt= 2400 mm = 2,4 m. (Bảng XIII.6, Tr 359 ,[1])
Ht= 600 mm = 0,6 m
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -15- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
H= 40 mm = 0,04 m
F= 6,56 (m2)
Vnắp= 1991.10-3 (m3)
Vtrụ= 29,41 – 2.1991.10-3 = 25,43 (m3)
Chiều dài phần hình trụ là
ltrụ= 4. Vtrụ/ . = =5,62 (m)
Chọn l = 5,6 m= 5600 mm
Tổng chiều dài xitec là
L= l+2 (ht + h) = 5,6 + 2. (0,6 + 0,04) = 6,88 (m)
Tính chiều dày phần trụ
Chọn vật liệu là thép CT3
Ta có: [ ] = 145.106 N/m2
[ = 240.106 N/m2 ( Theo [7])
E = 2,1.107 N/cm2
Chiều dày vỏ trụ được xác định
(CT XIII.8, Tr 360 ,[1])
Trong đó
Dt: đường kính trong của xitec 2,4 m (1)
p : áp suất trong xitec.
Khi làm việc bể chịu áp suất dư p1 khoảng 200 mm H2O = 2000 N/m2
và áp suất thủy tĩnh của xăng lên xitec p2
Với
Ta có: kg/m3
(N/m2)
(N/m2) (2)
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -16- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
: ứng suất cho phép của vật liệu.
Ở đây ta chọn =145.106 N/m2 (3)
c: hệ số dư
c = c1 + c2 + c3
Với
c1: hệ số dư do lưu thể ăn mòn vật liệu. Chọn c1=0,002 m
c2: hệ số dư do bào mòn cơ học chọn c2= 0.
c3: hệ số dư do gia công c3=0,001m
(m) (4)
: hệ số làm yếu
Trên thân ta bố trí các lỗ cửa người d1= 500 mm, cửa vào d2= 50 mm, cửa
ra d3= 40 mm.
Ta có: ( CT XIII.16, Tr 362, [1])
Thay (1), (2), (3), (4), (5) vào công thức tính s
=3,2 (mm)
Chọn chiều dày thiết bị s=5 mm và ta dùng chiều dày này để kiểm tra
các điều kiện làm việc khác của bồn chứa.
Kiểm tra bền khi thử thủy lực với áp suất p=1,5pv=3000 N/m2
Khi đó áp suất tổng cộng là
p0 = p + pthủy tĩnh = 3000 + 24000 = 27000 ( N/m2).
Điều kiện kiểm tra bền:
( CT XIII.26, Tr 365, [1] )
Trong đó:
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -17- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
Dt (m): đường kính trong Dt=2,4 m.
s (m): chiều dày thiết bị s=0,005 m.
p0 = 27000 (N/m2).
c (m): độ dư ăn mòn c = 0,003 m.
: hệ số làm yếu .
: ứng suất chảy N/m2.
Thay vào ta có
(N/m2)
Khi thử thủy lực xitec đủ bền.
2.2.2. Thiết kế nắp xitec
Hình 2.1 Hình minh họa nắp xitec
Ta chọn đường kính nắp Dt=2400 mm được hàn từ 2 nửa như hình vẽ
và dập thành nắp elip. Theo Bảng XIII.10 – Tài liệu [1], ta có các thông số
nắp như sau
- D: đường kính phôi D = 2900 mm
- Dt: đường kính trong Dt = 2400 mm
- h = 40 mm
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -18- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
- ht = 600 mm
- F = 6,56 m2
- Vn =1991.10-3 m3
Chiều dày nắp tính theo công thức
( CT XIII.47, Tr 385, [1])
Trong đó: Chọn vật liệu làm nắp là thép CT3
Dt: đường kính trong Dt= 2,400 m
p: áp suất trong p=25332 N/m2
ht: chiều cao phần nhô ra ht= 0,6 m
: ứng suất kéo =145.106 N/m2
: hệ số hàn thép CT3
k=1 vì không có lỗ trên nắp.
c: hệ số dư c=0,003 m.
Thay vào công thức ta có
(m) =3,2 (mm) (9)
Ta chọn chiều dày nắp bằng chiều dày của phần thân trụ s=5mm.
Kiểm tra bền thủy lực cho nắp theo công thức
(CT XIII.49, Tr 386, [1])
Trong đó: p0= 27000 N/m2
(10)
Khi thử thủy lực nắp xitec thì nắp đủ độ bền.
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -19- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
2.2.3. Kiểm tra độ bền của xitec theo ứng suất uốn gây ra do trọng lượng
xitec và cả dầu
a. Kiểm tra theo ứng suất tương đương
Thể tích nắp làm bằng bồn chứa: V=V1+ 2.V2
Trong đó:
V1: thể tích thép làm phần trụ
V1= (m3)
V2: thể tích thép làm nắp
V2= (m3)
V = 0,21+2.0,033 = 0,276 (m3)
Khối lượng bồn chứa là
mt = V.P = 0,276.7810 = 2155,56 (Kg)
Khối lượng FO là
mFO = VFO.PFO = 25.991 = 24775 (Kg)
Khối lượng tổng cộng
m = mt + mFO = 26930,56 (Kg)
Mômen uốn cực đại đối với tiết diện nguy hiểm của thiết bị ở hai bệ đỡ là
M =
Trong đó:
l: khoảng cánh giữa hai gối đỡ l =3,45 m
L: chiều dài bồn chứa L=6,88 m
Mômen chống uống tại tiết diện nguy hiểm là
W = (m3)
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -20- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
Ứng suất tương đương của thân thiết bị do tải trọng ngoài tác dụng
Kiểm tra theo công thức
(N/m2) (CT XIII.22, Tr 365, [1])
Thay số vào ta có
Như vậy ứng suất tương đương đạt yêu cầu.
b. Kiểm tra độ ổn định của bồn chứa
Điều kiện kiểm tra
(CT XIII.24, Tr 365, [1])
Trong đó:
(CT XIII.25, Tr 365, [1])
Khi (mm)
Sử dụng (Hình XIII.3, Tr 366, [1] ) ta tra được hệ số k1= 3,1 và k2= 9,8
Thay số, ta có
(s-c)=0,005-0,003=0,002 (m)
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -21- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
Ta có: 0,002 9,2.104
Vậy xitec đạt được độ ổn định cần thiết.
c. Kiểm tra độ võng của bồn chứa
Trong đó: mômen quán tính của vỏ xitec
J=0,4.D3(s-c)
l=3,45
A=1,715
Tỷ số giữa độ võng và chiều dài là
Vậy với chiều dày 5mm thì xitec đủ bền.
2.2.4. Chọn bệ đỡ
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -22- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
Hình 2.2. Hình ảnh minh họa giá đỡ của xitec
a. Kiểm tra độ bền của vỏ tại vị trí gối đỡ
Tại vị trí gối đỡ thì vỏ chịu áp suất ngoài và áp suất tới hạn cho phép
(N/m)
Với
J là mômen quán tính của phần vỏ đỡ và được tính như sau
b: là bề rộng bệ đỡ chọn b= 400 mm= 0,4 m
s: chọn tấm lót hàn trên bệ đỡ dày 20 mm s = 20+5=25 mm
(m4)
Thay J vào ta có
(N/m)
Tải trọng thực tế phân bố trên chu vi cung đỡ là
(N/m)
P(N): phản lực trên một gối đỡ
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -23- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
(N)
(N/m)
Điều kiện kiểm tra độ bền
Ở đây : >5
Độ bền của xitec đạt yêu cầu.
b. Kiểm tra độ ổn định của bệ đỡ
Hình 2.3. Hình ảnh minh họa của bệ đỡ
Lực F tác dụng lên bệ đỡ là
F=k.Q
Trong đó:
- k=0,024 khi a= 120
- Q: tải trọng lên một bệ đỡ
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -24- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
F=132906,6 . 0,024=3170,3 (N)
Ở bệ đỡ chiều cao chịu ảnh hưởng của tải trọng kể từ điểm thấp nhất của
xitec là .
Diện tích vùng chịu ảnh hưởng là
(m2)
s: chiều dày bệ đỡ s = 20 mm
(m2)
Ứng suất trên bệ đỡ là:
(N/m)
Chọn thép làm bệ đỡ là thép CT3 có [ ]=145.106 N/m
So sánh hai kết quả: 0,4.106<145.106
Bệ đỡ đủ bền.
2.2.5. Tính neo và bích cho xitec
a. Tính neo cho xitec
Khi xitec hút hết dầu, xitec chịu lực đẩy Acsimet của không khí, để
xitec đứng vững ta cần làm thêm neo bể bằng làm các vòng thép ôm lấy
xitec.
Lực đẩy Acsimet được tính như sau
F=V.Pkk.g (N)
V: thể tích xitec V=29,4 (m3)
P: khối lượng riêng của không khí P=1,29 (Kg/m3)
F= 29,4.1,29.9,81=372,1 (N)
Với vật liệu là CT3 ta có: (N/m)
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -25- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
Do đó:
Ta chọn chiều dày dây neo là 5 mm bằng chiều dày vỏ xitec.
b. Chọn bích
Chọn bích nắp cho cửa người, cửa vào, cửa ra trên thân xitec (Bảng
XII-27, Tr 409, [3]), ta có:
- Chọn bích nắp cửa người
Chiều dày nắp Sn=12mm
Chiều dày bích h=12mm
Đường kính ngoài của bích D=630mm
Đường kính vòng bu lông Db=580mm
- Chọn bích cửa vào
Chiều dày bích h=8mm
Đường kính ngoài của bích D=140mm
Đường kính vòng bu lông Db=110mm
- Chọn bích cửa ra
Chiều dày bích h=8mm
Đường kính ngoài của bích D=130mm
Đường kính vòng bu lông Db=100mm
2.3. Thiết kế bể chứa trung gian
Bể chứa trung gian được thiết kế nhằm mục đích cung cấp nhiên liệu
trực tiếp cho bộ đốt nồi hơi. Bể chứa trung gian có thân hình trụ hàn, nắp là
nắp elip và đáy là đáy nón có gờ góc đáy 600.
2.3.1. Tính chiều dài phần trụ của bể trung gian
Với hệ số chứa khoảng 85% thì thể tích cần thiết của xitec là
Vbể=
Thể tích phần hình trụ là
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -26- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
Vtrụ=Vbể - Vnắp – Vđáy
Với Vnắp=54,5.10-3 m3 khi chọn Dt=0,7 m
Vđáy=109.10-3 m3 khi chọn Dt=0,7 m (Bảng XIII.21, Tr 394, [1])
Vtrụ=1,76 – (54,5 + 109).10-3=1,59 2 (m3)
Chiều dài phần hình trụ là
ltrụ=
Chọn ltrụ=3,65 m
2.3.2. Thiết kế nắp bể
Chọn nắp bể là nắp elip. Vật liệu làm nắp là thép CT3.
Chọn Dt =700 mm.
Ta có kích thước tương đương như sau :
ht=175 mm
F=0,62 m2
h=40 mm (Bảng XIII.13, Tr 388,[1])
Vn=54,5.10-3 m3
D= 900 mm
Do bể làm việc chịu áp suất trong nên bề dày phần nắp được tính toán
như sau
(CT XIII.47, Tr 385, [1])
Trong đó:
- : đường kính trong cửa nắp =0,7 m.
- p : áp suất trong p=p1+p2
với p1: áp suất dư của bể khi làm việc p1=2000 N/m2
- p2: áp suất thủy tĩnh của dầu lên bể
p2=
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -27- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
p=p1+p2=2000 + 6805,2 = 8805,2 (N/m2)
: ứng suất uốn cho phép của vật liệu N/m2
- k: hệ số không thứ nguyên
Trên nắp thiết kế cửa vào d=50 mm
(CT XIII.48, Tr 385, [1])
: hệ số hàn
c: hệ số dư. Tính toán như đối với xitec ta có c=0,003 m
Thay các thông số trên vào công thức ta tính được chiều dày nắp là
2.3.3. Thiết kế thân bể
Chọn thân hình trụ hàn.
Đường kính trong Dt=700 mm, vật liệu: thép CT3
Vì bể làm việc chịu áp suất trong nên chiều dày thân hình trụ
khi làm việc được tính
( CT XIII.8, Tr 360, [1])
Trong đó:
- Dt=0,7 (m)
- p: áp suất làm việc p=8805,2 N/m2
- =145.106 N/m2
- : hệ số làm yếu
- c: hệ số dư c=0,003 (m).
Xác định :
(CT XIII.16, Tr 362, [1])
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -28- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
Với ltrụ: chiều dài phần trụ. Trên thân bố trí 1 lỗ cửa người d=500mm.
Suy ra:
Thay các thông số trên vào công thức ta tính được chiều dày thân bể
2.3.4. Thiết kế đáy bể
Hình 2.4. Minh họa đáy nón có gờ bằng thép góc đáy 600
Chọn đáy nón có gờ bằng thép góc đáy 600. Vật liệu thép CT3
Chiều dày của đáy khi làm việc ở áp suất trong là
(CT XIII.52, Tr 399, [1])
y: yếu tố hình dạng.
Khi và
(Đồ thị XIII.12, Tr , [1])
Xác định chiều dày đáy ta có
Lấy s= 4 mm.
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -29- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
Kiểm tra thủy lực với đáy
( CT XIII.54, Tr 399, [1])
Ta có
Khi kiểm tra thủy lực đáy bể trung gian đủ bền.
2.3.5. Tổng chiều dài bể trung gian
L= ltrụ+ (ht + h)nắp + ( H + h)đáy
Chọn nắp elip có d=0,7 m, ta có
ht=0,175 m
h=0,04 m
Chọn đáy nón có gờ, góc đáy 600 d=0,7 m, ta có
H=0,634 m
h=0,04 m
Vậy:
Chọn L=4,55 (m)
2.3.6.Chọn bích cho bể trung gian
- Chọn bích nắp cửa người
Chiều dày nắp Sn=12mm
Chiều dày bích h=12mm
Đường kính ngoài của bích D=630mm
Đường kính vòng bu lông Db=580mm
- Chọn bích cửa vào
Chiều dày bích h=8mm
Đường kính ngoài của bích D=140mm
Đường kính vòng bu lông Db=110mm
2.4. Các thiết bị phục vụ cho hệ thống bồn chứa
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -30- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
- Chọn đường ống dẫn nhiên liệu vào có đường kính trong 45mm, dày
5mm.
- Chọn đường ống dẫn nhiên liệu ra có đường kính trong 45mm, dày
5mm.
2.4.1. Chọn bơm để bơm nhiên liệu từ bể trung gian vào bộ đốt nồi hơi
- Trở lực đường ống vào :
Ta có:
Với :
- v : là vận tốc nhiên liệu trong ống, ta có
-
- l= 3(m)
- : hệ số ma sát dọc đường, được tính toán theo chuẩn số Renoyld. Ta có
Chuẩn số Renoyld
Chọn vật liệu làm ống là thép CT3.
Độ nhám thép CT3:
Tính Re giới hạn
Ta có :
Vì dòng chảy rối không hoàn toàn thành nhám
Hệ số ma sát dọc đường được tính theo công thức
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -31- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
: hệ số cản cục bộ qua co-cut, van.
Từ nồi hơi đến bể chứa trung gian có: 5 co cung 90, 1 van thường.
Ta có ; (Trang 20, [4]). Suy ra
Vậy:
Công suất của động cơ kéo bơm là
Vì nhiên liệu FO có độ nhớt cao nên ta sử dụng bơm bánh răng làm
bơm vận chuyển nhiên liệu. Tra bảng 1 tài liệu [3] chọn bơm kiểu MSL
200RV
- Lưu lượng: 8(m3/h)
- Áp suất đẩy: 3,3(kg/m2)
- Đường kính ống hút 50mm
- Đường kính ống xả 50mm
- Công suất động cơ 2,2 KW
2.4.2. Chọn bơm để bơm nhiên liệu từ xitec vào bể chứa trung gian
Giả sử nhà máy làm việc 2 ca/ ngày, tức là 8.2=16 h/ ngày. Bộ đốt nồi
hơi làm việc 50% tức là trong 8h sẽ tiêu tốn hết: 315.8=2520 (l). Thể tích
bể chứa trung gian là 2941 l. Như vậy để đảm bảo cho nồi hơi làm việc liên
tục trong ngày tiếp theo thì sau 1 ngày làm việc ta cần nạp dầu cho bể trung
gian. Thời gian nạp liệu 1 lần giả sử là 2 giờ, vậy 1h cần nạp 1260 lít dầu.
Tức Qnạp liệu=1260 (l/h)=0,35.10 -3 (m3/s)
Trở lực đường ống vào :
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -32- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
Ta có:
Với
- v là vận tốc nhiên liệu trong ống, ta có
-
- l= 16,5(m)
- :hệ số ma sát dọc đường, được tính toán theo chuẩn số Renoyld. Ta
có
Chuẩn số Renoyld
Chọn vật liệu làm ống là thép CT3.
Độ nhám thép CT3 :
Tính Re giới hạn
Ta có :
Vì dòng chảy rối không hoàn toàn thành nhám
Hệ số ma sát dọc đường được tính theo công thức
: hệ số cản cục bộ qua co-cut, van.
Từ nồi hơi đến bể chứa trung gian có: 1 co T, 11 co 90, 4 van thường.
Ta có ; ; (Trang 20, [4]). Suy ra:
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -33- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
Vậy:
Công suất của động cơ kéo bơm là
Tra bảng 1 tài liệu [3] chọn bơm kiểu MSL 200RV
- Lưu lượng: 8(m3/h)
- Áp suất đẩy: 3,3(kg/m2)
- Đường kính ống hút 50mm
- Đường kính ống xả 50mm
- Công suất động cơ 2,2 KW
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -34- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
CHƯƠNG III
CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ
3.1. Hệ thống van
Van được sử dụng thêm trong hệ thống để ngắt chuyển hoặc điều
chỉnh dòng chất lỏng. Dựa vào chức năng của van, sự thay đổi trong trạng
thái dòng của van, có thể điều chỉnh được bằng tay, hoặc tự động nhờ cài
tín hiệu từ thiết bị điều khiển, hoặc là van có thể tự động để tác động để
thay đổi chế độ của hệ thống. Một số loại van và những ứng dụng của
chúng sẽ được mô tả trong phần này.
3.1.1. Van chặn
Van chặn là loại van được dùng để ngăn dòng chảy hoặc một phần
dòng chảy nhằm đạt được một dòng chảy mới ở sau van. Yêu cầu cơ bản
thiết kế một van chặn là đưa ra trở lực dòng tối thiểu ở vị trí hoàn toàn mở
và đạt được đặc tính dòng kín ở vị trí hoàn toàn đóng. Van cổng, van cầu,
van bi, van bướm, van màng có thể đáp ứng được tất cả các yêu cầu trên ở
những mức độ khác nhau, vì vậy được sử dụng rộng rãi trong việc đóng
cắt. Những kiểu van thực tế được đánh giá bằng các thông số sau:
- Chênh áp
- Độ kín
- Đặc tính dòng chất lỏng
- Kín hệ thống
- Yêu cầu tác động
- Chi phí ban đầu
- Bảo dưỡng
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -35- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
3.1.2. Van cổng hay van cửa
Hình 3.1. Hình ảnh minh họa van chặn
Được thiết kế để làm việc như một van chặn. Khi làm việc, loại van
này thường là đóng hoàn toàn hoặc là mở hoàn toàn. Khi mở hoàn toàn,
chất lỏng hoặc khí chảy qua van trên một đường thẳng với trở lực rất thấp.
Kết quả tổn thất áp lực qua van là tối thiểu. Van cửa không nên dùng để
điều chỉnh hoặc tiết lưu dòng chảy bởi vì không thể đạt được sự điều khiển
chính xác. Hơn nữa, vận tốc dòng chảy cao ở vị trí van mở một phần có thể
tạo nên sự mài mòn đĩa và bề mặt trong van. Đĩa van không mở hoàn toàn
cũng có thể bị rung động. Van cửa bao gồm 3 bộ phận chính: Thân van, cổ
van và khung van. Thân van thường được gắn với đường ống bằng mặt
bích, ống vít hoặc nối bằng hàn. Cổ van bao gồm các phần chuyển động
được ghép vào thân thông thường bằng bulong để cho phép bảo dưỡng và
lau chùi. Khung van bao gồm ty van, cửa van, đĩa van và đế van hình nhẫn.
Hai loại van cửa cơ bản là kiểu van hình nêm và kiểu van hai đĩa. Ngoài ra
còn có một số van cải tiến từ hai loại đĩa trên.
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -36- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
3.1.3. Van cầu
Hình 3.2. Hình ảnh minh họa van cầu
Van cầu truyền thống dùng để chặn dòng chảy. Mặc dù van cầu tạo
nên tổn thất áp lực cao hơn van thẳng nhưng nó có thể dùng trong trường
hợp tổn thất áp lực không phải là yếu tố điều khiển. Van cầu bao gồm: van
cầu kiểu chữ Y và van góc. Van cầu thường được sử dụng để điều chỉnh
lưu lượng. Van cầu thường là loại có ty ren trơn trừ van loại lớn thì có kết
cấu bề ngoài bắt bulong bằng đòn gánh. Van cầu là những van tồn tại
thường xuyên nhất, những kiểu van khác cũng có thân cầu.
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -37- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
3.2. Hệ thống xả
Hình 3.3. Hình ảnh minh họa hệ thống xả
Van an toàn và van xả áp suất là các thiết bị tự động xả áp suất là các
thiết bị tự động xả áp suất sử dụng bảo vệ quá áp trong đường ống và thiết
bị. Van bảo vệ hệ thống bằng cách xả ra áp lực dư thừa. Ở áp suất bình
thường, đĩa van được đóng vào đế van và cố định bởi một lò xo đã bị nén
từ trước khi áp lực hệ thống tăng lên, áp lực tạo ra bởi chất lỏng và đĩa van
tăng gần bằng áp lực lò xo. Khi mà các áp lực trên cân bằng, chất lỏng sẽ
chảy ra qua cửa van ra ngoài. Van xả áp thường dùng cho chất lỏng. Chức
năng của các van này giống như van xả áp an toàn chỉ khác là chất lỏng
không giãn nở.
3.3. Dụng cụ đo
Trong các bể chứa dầu thô và các sản phẩm dầu mỏ, người ta thường
sử dụng các dụng cụ đo để xác định.
- Các thông số hóa lý của sản phẩm như nhiệt độ, áp suất…
- Các thông số nói lên tính an toàn của sản phẩm trong tồn trữ như độ
bay hơi, áp suất hơi bão hòa trên bề mặt, nhiệt độ của sản phẩm …
- Các thông số liên quan đến vấn đề vận chuyển như dư lượng, khối
lượng, mực chất lỏng …
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -38- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
- Tất cả các thông số trên có nhiều hình thức hiển thị khác nhau tùy
theo loại dụng cụ sử dụng: thang chia vạch, dạng số, lưu đồ hay trên màn
hình máy tính.
- Các tính chất bất biến như độ chính xác, độ ổn định.
- Các tính chất động như độ nhạy, độ tin cậy.
3.3.1. Thiết bị đo nhiệt độ
Các dụng cụ đo trong công nghiệp nói chung: nhiệt kế thủy ngân,
nhiệt kế lưỡng kim, nhiệt kế áp suất – lò xo, cặp nhiệt điện, nhiệt kế điện
trở, nhiệt kế đo nhiệt độ cao. Trong hệ thống bồn bể trong công nghiệp dầu
khí, người ta thường sử dụng các loại nhiệt kế sau.
- Nhiệt kế lưỡng kim.
- Nhiệt kế áp suất lò xo.
- Cặp nhiệt điện
- Nhiệt kế điện trở
3.3.2. Thiết bị đo mức chất lỏng
Với bồn chứa sản phẩm dầu mỏ dạng lỏng thì người ta quan tâm đến
mực chất lỏng. Khi xuất thì không xuất hết và khi nhập thì không nhập đầy.
Để đảm bảo điều này người vận hành cần phải biết chất lỏng dâng đến mực
nào trong bồn. Các dụng cụ đo mực chất lỏng khá đa dạng ví dụ như dạng
đo trực tiếp
- Phao nổi
- Phao chiếm chỗ
- Đầu tiếp xúc trực tiếp
- Đầu dò điện
Ngoài ra còn có các loại dụng cụ đo mực chất lỏng gián tiếp như:
- Dụng cụ đo dùng áp suất thủy tĩnh
- Dụng cụ đo dùng bức xạ
- Dụng cụ đo sự thay đổi khối lượng
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -39- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
a. Phao nổi
Phao nổi là loại dụng cụ kiểm soát mực chất lỏng thông dụng nhất.
Phao nổi đơn giản nhất là phao nổi một vị trí. Loại này gồm có một phao
bằng nhựa nối với một tay đòn. Cánh tay đòn này điều khiển van cấp liệu
cho bồn ở trạng thái đóng hay mở. Khi mực chất lỏng ở vị trí mong muốn,
phao nổi ngang với mực chất lỏng cần bơm, tác động lên van thông qua
cánh tay đòn làm đóng van lại. Phao nổi có thể gắn trong bồn hay gắn trong
một bình bên ngoài thông với bồn. Một số van nổi không dùng cánh tay
đòn mà dùng khí nén để điều chỉnh van cấp liệu cho bồn. Điều này có lợi ở
chỗ tăng độ nhạy cho van nhưng cũng tăng chi phí thiết bị đáng kể. Loại
phao nổi di động hình bánh rán cho phép người vận hành theo dõi mực chất
lỏng dâng lên trong bồn, phao nổi này di chuyển dọc theo mực ống nhúng
chìm trong bồn. Phao này là một nam châm. Một nam châm khác đặt trong
ống sẽ dâng theo khi phao dâng nhờ lực từ giữa hai thanh nam châm. Kim
trong thang chia vạch được nối với nam châm trong ống bằng dây cáp.
b. Phao chiếm chỗ
Nguyên tắc hoạt động lại này dựa trên lực đẩy Acsimet. Chất lỏng
dâng càng cao thì lực Acsimet dâng càng mạnh và giá trị khối lượng của
phao dâng càng mạnh và giá trị khối lượng của phao trên cân càng giảm.
Bằng cách quan sát khối lượng, người vận hành có thể biết chất lỏng dâng
đến mức nào
3.4. Các thiết bị hỗ trợ khác
Các thiết bị này giúp kiểm tra bồn, các thông số kỹ thuật của bồn. Các
tiêu chuẩn này đều theo tiêu chuẩn API. Các thiết bị đo chiều cao của bồn,
độ lún của nền, kiểm soát chu vi cũng như độ méo của bồn, bề dày của bồn
qua quá trình dự trữ, hệ thống đường ống nối vào bồn. Ngoài ra còn có các
thiết bị đo tỷ trọng, đo nhiệt độ dầu, nhiệt thiết bị đo hàm lượng cặn trong
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -40- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
bồn. Song song đó cần thiết kế thêm cầu thang xoáy giúp kiểm tra các bộ
phận trên đỉnh bồn như nắp bồn, hệ thống làm mát…
3.4.1. Cửa người
Mỗi bồn chứa có 1-2 cửa người lắp đặt trên thành bồn, được chế tạo
cùng loại vật liệu với thân bồn. Cửa người được thiết kế để thuận lợi thao
tác vệ sinh, sửa chữa bồn cũng như quan sát mực chất lỏng trong bồn
3.4.2. Bích nối
Mặt bích là bộ phân quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng như
nối các bộ phận khác với thiết bị. Các loại mặt bích chủ yếu đó là: bích
liền, bích tự do, bích rèn. Đối với đường ống dẫn nhiên liệu ta sử dụng bích
tự do.
3.4.3. Đê chắn lửa
Thường làm bằng đất hoặc bê tong, có bề dày và chiều cao đủ lớn để
chứa hết chất lỏng có trong bồn nếu có sự cố.
Trong trường hợp xảy ra sự cố (vỡ bồn, cháy …) bức tường này sẽ
ngăn chất lỏng lại đến khi nó được bơm sang bồn khác hoặc có biện pháp
xử lý đồng thời nó còn bảo vệ, cách ly các bồn chứa và các công trình cơ sở
kế cận trong trường hợp xảy ra sự cố, cô lập đám cháy tránh lây sang các
khu vực khác.
3.4.4. Hệ thống làm mát
Trong quá trình tồn trữ, với những điều kiện nhiệt độ môi trường cao
quá nhiệt độ giới hạn cho phép làm cho nhiệt độ của bồn cũng như của sản
phẩm tồn trữ tăng. Đâu là nguyên nhân làm giảm độ bền của vật liệu chế
tạo bồn cũng như việc gây thất thoát và cháy nổ nhất là đối với những sản
phẩm. Do đó ta cần phải làm mát bồn bằng hệ thống ống nước uốn cong
theo thân bồn phía trên nắp, dọc theo ống ta khoan nhiều lỗ tròn cách đều
nhau để cho nước có thể làm mát toàn bộ bồn chứa.
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -41- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
3.4.5. Hệ thống chống tĩnh điện
Do các sản phẩm dầu khí trong quá trình tồn trữ sẽ xuất hiện các phần
tử tích điện, khi sự tích điện này đủ lớn sẽ gây ra hiện tượng phóng điện
gây ra sự cháy nổ rất nguy hiểm. Để tránh hiện tượng phóng điện trong quá
trình tồn trữ ta cần phải dùng biện pháp nối đất thiết bị bằng những cọc tiếp
đất.
3.4.6. Thiết bị phát hiện rò rỉ
Trong quá trình thi công các bồn đã được kiểm tra về khả năng rò rỉ và
nếu đạt yêu cầu thì mới đi vào hoạt động. Tuy nhiên trong quá trình vận
hành có thể phát sinh các vết nứt, lỗ rạn do va chạm cơ học hay do tác động
ăn mòn của lưu chất chứa trong bồn. Khi đó lưu chất có thể rò rỉ ra ngoài
gây thất thoát sản phẩm, ô nhiễm môi trường, dễ gây cháy nổ giảm độ bền
cơ của bền. Với các sự cố rò rỉ lớn của chất lỏng thì có thể phát hiện dễ
dàng bằng cách quan sát hay bằng đồng hồ đo áp. Với các vụ rò rỉ rất nhỏ
khó phát hiện, để lâu ngày sẽ nguy hiểm thì người ta tiến hành kiểm tra
định kỳ bằng các thiết bị chuyên dụng.
3.4.7. Hệ thống phòng cháy, chữa cháy
Lắp các cột thu lôi trong khu vực bồn chứa để đề phòng sét, các cột
thu lôi này phải đủ cao và bố trí trong khu vực. Sử dụng các thiết bị chuyên
dụng trong thao tác tránh tích điện trong cháy nổ. Lắp đặt hệ thống vòi
nước trên bồn, đảm bảo đủ nước chứa 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 theo nước 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 hai khu vực khác nhau. Nguồn nước phải đảm bảo
cung cấp đủ cho 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.
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -42- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
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 hai vị trí khi có sự cố.
Nguồn nước phải đủ cung cấp ít nhất trong 4 giờ (kể cả lượng nước
dùng tưới cho bồn). Áp suất của vòi chữa cháy phải lớn hơn hoặc bằng
8kg/cm2.
Phải 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
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.
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -43- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
KẾT LUẬN
Như vậy việc thiết kế hệ thống bồn chứa nhiên liệu cho một nhà máy
sản xuất mì ăn liền vừa mang lại cho người thực hiện thiết kế một cái nhìn
tổng quan về hệ thống sản xuất trong thực tế vừa đảm bảo tính kinh tế kĩ
thuật cho nhà sản xuất, an toàn khi đưa vào thực tiễn. Công việc thiết kế
không chỉ tính đến việc cung cấp nhiên liệu cho nhà máy mà còn kể đến
việc nhập dầu nhiên liệu đầu vào, quá trình sử dụng nhiên liệu, hệ thống an
toàn khi sử dụng, yêu cầu làm việc thực tế của nhà máy.
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -44- Lớp: DH07HD
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. KS Hồ Lê Viên (2006). Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa
chất Tập I, Tập II. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.
[2].Th.S Kiều Đình Kiểm (2005). Các sản phẩm dầu mỏ & hóa dầu. Nhà
xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.
[3].Vinatesco group (2010). Rotary Gear Pumps
[4].Bộ môn máy và thiết bị (2007).Bảng tra cứu quá trình cơ học truyền
nhiệt truyền khối.
[5].Nguyễn Thị Phương, Lê Song Giang (2001).Cơ lưu chất tóm tắt lý
thuyết và bài tập. Lưu hành nội bộ.
GVHD: Th.S Trần Quang Quới -45- Lớp: DH07HD