Be chua

BÀI GIẢNG MÔN HỌC: BỂ CHỨA DẦU KHÍ

PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1

Khái niệm và phân loại bể chứa

1.1 Khái niệm về bể chứa Bể chứa là một công trình xây dựng nhằm mục đích phục vụ cho công tác tàng trữ các sản phẩm dầu (xăng, dầu hoả…), khí hoá lỏng, nước, axít, cồn công nghiệp… Hiện nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật và yêu cầu về mặt công nghệ, người ta đã tiến hành nghiên cứu và xây dựng các loại bể chứa có cấu trúc phức tạp nhưng hợp lý hơn về mặt kết cấu góp phần đem lại hiệu quả kinh tế cao. 1.2 Phân loại bể chứa Phân loại theo hình dạng bể: - Bể chứa hình trụ (trụ đứng, trụ ngang); - Bể hình cầu; - Hình giọt nước… Vị trí của bể trong không gian có thể đặt cao hơn mặt đất (trên gối tựa), đặt trên mặt đất , ngầm hoặc nửa ngầm dưới đất hoặc dưới nước. Phân loại theo mái bể: - Bể chứa có thể tích không đổi (mái tĩnh - cố định). - Bể chứa có thể tích thay đổi (mái phao – ngoài mái cố định còn có phao nổi trên mặt chất lỏng; hoặc mái nổi - bản thân là mái phao) Phân loại theo áp lực dư (áp lực do chất lỏng bay hơi): - Bể chứa áp lực thấp: khi áp lực dư pd ≤ 0,002MPa và áp lực chân không (khi xả hết chất lỏng) po ≤ 0,00025Mpa (0,0025 kG/cm2). - Bể chứa trụ đứng áp lực cao: khi áp lực dư pd > 0,002MPa. 1.2.1 Bể chứa trụ đứng áp lực thấp Bể chứa trụ đứng mái tĩnh thường để chứa các sản phẩm dầu mỏ có hơi đàn hồi áp lực thấp. Thể tích có thể rất khác nhau, từ 100 đến 20000m3 (chứa xăng), thậm chí tới 50 000m3 (chứa dầu mazút,…) 1


Hình 1: Bể chứa trụ đứng áp lực thấp Các bộ phận chính của 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. - Thân bể: Là bộ phận chịu lực chính, gồm nhiều khoang thép tấm hàn lại, chiều 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: Mái bể cũng đựơc tổ hợp từ các tấm thép hàn lại với các dạng chính như sau: Mái nón, mái treo, mái cầu, mái trụ cầu.

cé t

cét

m¸i nãn

m¸i treo

m¸i trô cÇu

m¸i cÇu

Hình 2: Một số dạng mái bể chứa trụ đứng áp lực thấp Bể chứa trụ đứng mái nón.

2


Thường sử dụng khi thể tích bể V<=5000m3. Đường kính có thể tới 300 feet và chiều cao 64 feet trong trường hợp bể có đường kính rộng cần phải có dàn đỡ mái bên trong. Loại bể này rất phổ biến với ưu điểm dễ thi công, lắp ráp và tương đối kinh tế, tuy nhiên phần trên của thành bể chưa được tận dụng hết khả năng chịu lực. Mái nón thường có độ dốc i=1/20, được lắp ghép từ các tấm chế tạo sẵn. Một đầu tấm tựa trên thành bể, một đầu tựa trên vành cột trung tâm. Bể chứa trụ đứng mái phao. Loại bể này hiện nay được sử dụng khá nhiều trên thế giới. Việc sử dụng loại mái mang lại hiệu quả kinh tế cao, làm giảm đáng kể sự mất mát Cacbua-Hydro nhẹ, giảm ô nhiễm môi trường xung quanh. Việc loại trừ khoảng không gian hơi trên bề mặt xăng dầu chứa trong bể, cho phép tăng mức độ an toàn phòng hoả so với các loại bể khác. Trên thực tế, người ta hay dùng hai loại bể : - Bể hở có mái phao - Bể kín có mái phao. Khi sử dụng bể mái phao thì hao tổn do bay hơi có thể giảm đi từ 80% ÷ 90%. Bể chứa trụ đứng mái trụ cầu Loại bể này dùng để chứa sản phẩm dầu nhẹ. Mái gồm các tấm chỉ cong theo phương kinh tuyến. Với bán kính cong r1 bằng đường kính thân bể. Thân bể được hàn từ thép tấm. Dưới bể được bố trí các bu lông neo quanh thân tránh hiện tượng đáy bể bị uốn và nâng lên cùng thân dưới tác dụng của áp lực dư lớn khi lượng chất lỏng trong bể giảm. Bể chứa trụ đứng mái cầu Loại bể này dùng để chứa sản phẩm dầu nhẹ. Mái gồm các tấm cong theo 2 phương. Thân bể được hàn từ thép tấm. Dưới bể được bố trí các bu lông neo quanh thân tránh hiện tượng đáy bể bị uốn và nâng lên cùng thân dưới tác dụng của áp lực dư lớn khi lượng chất lỏng trong bể giảm.

3


Hình 3: Bể chứa trụ đứng mái phao

Hình 4: Bể chứa trụ đứng mái trụ cầu (mái cầu) 1.2.2 Bể chứa trụ ngang Bể chứa trụ ngang dùng để chứa các sản phẩm dầu mỏ dưới áp lực dư pd ≤ 0,2Mpa và hơi hoá lỏng có pd ≤ 1,8MPa, áp lực chân không po ≤ 0,1MPa. Bể chứa trụ ngang có 3 bộ phận chính: thân, đáy và gối tựa. 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: phẳng, nón, trụ, cầu, elíp. 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 gối tựa dạng thanh đứng.

4


Ưu điểm: - Hình dạng đơn giản; - Dễ chế tạo, có khả năng chế tạo trong nhà máy rồi vận chuyển đến nơi xây dựng. - Có thể tăng đáng kể áp lực dư so với bể trụ đứng. Nhược điểm: - Tốn chi phí chế tạo gối tựa.

Hình 5: Bể chứa trụ ngang 1.2.3 Bể chứa cầu Bể chứa cầu dùng để chứa hơi hoá lỏng với áp lực dư pd 0,25 ÷ 1,8MPa, thể tích bể V = 600 ÷ 4000m3. Thể tích bể cầu có thể lên đến 10.000m3. Tuy nhiên khi thể tích bể quá lớn thì hiệu quả kinh tế không cao. Bể được ghép từ các tấm cong hai chiều và được chế tạo bằng cách cán nguội hoặc dập nóng. Các tấm thép đựơc hàn với nhau bằng đường hàn đối đầu. Cách chia các tấm trên mặt cầu có nhiều hình dạng khác nhau: múi kinh tuyến với các mạch song song hoặc so le. Bể được đặt trên gối dạng vành hay thanh chống bằng thép ống hoặc thép chữ I. Dùng thanh chống đảm bảo được biến dạng nhiệt 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.

5


Hình 6: Bể chứa cầu 1.2.4 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. - Loại bể này thường được dùng để chứa xăng nhẹ do có khả năng chịu được áp suất cao do khí dư bay hơi (Pd = 0.03 ÷ 0.05 Mpa) 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.

6


Hình 7: Bể chứa hình giọt nước 1.2.5 Bể chứa trụ đứng mái dome Đây là loại bể chứa trụ đứng, mái cầu. Trong đó 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 panel mái, tất cả hệ thống đều sử dụng loại vật liệu là hợp kim nhôm (aluminum). Ưu điểm chính của hệ kết cấu mái này là lắp dựng đơn giản, trọng lượng nhẹ do đó giảm được tải trọng tác dụng lên thân bể, móng bể dẫn đến giảm được giá thành xây dựng

Hình 8: Bể chứa trụ đứng kết cấu mái dome

7


PHẦN 2: TÍNH TOÁN BỂ CHỨA 1. Bể chứa trụ đứng áp lực thấp 1.1. Cấu tạo Đáy bể: Đáy bể tựa trên nền cát và chịu áp lực chất lỏng. Nội lực trong đáy bể thường nhỏ nên chiều dày đáy bể thường chọn theo cấu tạo khi hàn và điều kiện chống ăn mòn. Chiều dày tối thiểu của đáy bể là 4mm (khi V<=1000m3), khi thể tích bể lớn thì chiều dày thép đáy tăng lên. Dùng đường hàn đối đầu khi chiều dày thép tấm >=5mm. MÆT C¾T 1-1

8

8

12

12

12

60

9

10

11

11

8

MÆT C¾T 2-2

11

11

10

9

1

7

1

1

7

12 1

12

6

8

10

6

54

5

MÆT C¾T 3-3

1

4

1

1

1 1

1

3

1

5

1

1 1

1

60° 20

3

12

10

2 10

12

3

2

8

3 3

4

1

2

1

1

2

a

hè thu cÆn dÇu

70

1

3

4

1

1

5

4

5

6

1

7

4

1

6

1

2 2

3

1

1

12

4

1

1

12

7

8

9 12

MÆT C¾T 4-4

10

11

11

11

11

10

9 12

88

88

12

Hình 14. Cấu tạo đáy bể chứa trụ đứng Thân bể:

8


Thân bể gồm nhiều đoạn khoang thép tấm hàn lại. Đường hàn theo chiều đứng nối các tấm thép trong còng một khoang là đường hàn đối đầu. Đường hàn liên kết giữa các đoạn thân thông thường là đường hàn đối đầu. thÐp gãc m¸i bÓ

7 6

vµnh chèng giã

5

4 3

mÆt c¾t th©n bÓ

1

2

1

1

thÐp tÊm th©n bÓ

chiÒu dµy thay ®æi

chiÒu dµy kh«ng ®æi

nèi c¸c tÊm trong khoang phÝa trong bÓ

60°

vµnh chèng giã phÝa trong bÓ

phÝa ngoµi bÓ

phÝa trong bÓ

chi tiÕt ch©n bÓ chi tiÕt vµnh chèng giã chi tiÕt thÐp gãc m¸i bÓ

R= 24

250

Hình 15. Cấu tạo thân bể chứa trụ đứng Mái bể: Hình dạng mái phụ thuộc chiều tác dụng của tải trọng, kích thước bể. Khi tải trọng hướng xuống là chủ yếu (áp lực dư nhỏ) thì thường làm mái nón, mái treo. Khi đường kính bể lớn, áp lực dư lớn thì thường làm mái cầu hoặc mái trụ cầu.

9


DÇM HU ? NG TÂM

DÇM VßNG

Hình 16. Sơ đồ mái bể chứa trụ đứng 1.2. Tính toán bể chứa trụ đứng áp lực thấp 1.2.1. Tính thân bể theo điều kiện bền Dưới tác dụng của áp lực thuỷ tĩnh và áp lực dư, thân bể sẽ chịu ứng suất kính tuyến σ1

và ứng suất vòng σ2. Hình 17. Sơ đồ tính bể chứa trụ đứng Áp lực tính toán ở độ sâu cách mặt thoáng một khoảng z: PZ = γ * z * n + p d * m

(2.1)

Trong đó: g- Trọng lượng riêng chất lỏng trong bể pd- Áp lực dư trong không gian hơi

10


n, m- Hệ số vượt tải của áp lực thuỷ tĩnh và áp lực dư. Do thân bể hình trụ tròn nên ứng suất kéo vòng σ2 lớn gấp hai lần ứng suất theo phương kinh tuyến σ1. σ1 =

pR2 ; σ 2 = 2σ 1 2δ

(2.2)

Do liên kết nối các bản thép theo phương đứng là liên kết hàn đối đầu, nên chiều dày tấm thép có thể xác định dựa theo cường độ đường hàn đối đầu: δ=

(2.3)

Pz * r γRh

Trong đó: r – Bán kính bể Rh- Cường độ tính toán của đường hàn đối đầu khi chịu kéo Khu vực thân bể gần đáy, gần các sườn gia cường thì do ảnh hưởng của hiệu ứng biên nên ứng suất vòng sẽ bị giảm. Khi đó việc tính toán theo lý thuyết trên (lý thuyết phi mô men) không còn chính xác. Khu vực thân bể gần đáy, gần các sườn gia cường thì chuyển vị của đường kính thân bể bị cản trở do đó sinh ra mô men uốn và lực cắt cục bộ. Bài toán trên có thể giải bằng các phương pháp số như PTHH, PT biên. Mô men uốn cục bộ lớn nhất tại đáy khi coi liên kết giữa thân và đáy là ngàm cứng, bể chứa đầy chất lỏng có thể xác định theo công thức gần đúng: M = 0.3(n * γ * h + m * p d ) * r * δ

(2.4)

Mô men uốn cục bộ lớn nhất tại đáy khi coi liên kết giữa thân và đáy là ngàm đàn hồi, bể chứa đầy chất lỏng có thể xác định theo công thức gần đúng: M = 0.1(n * γ * h + m * p d ) * r * δ

(2.4)

Ứng suất lớn nhất theo phương đường sinh kể đến hiệu ứng biên: σ=

g

δ

+

6M

δ

2

≤ m1 * R

(2.5)

Trong đó: m1- Hệ số điều kiện làm việc. m1=1.6 khi kể đến biến dạng dẻo tại vị trí nối thân-đáy.

11


g- Trọng lượng bể trên một đơn vị dài. 1.2.2. Tính thân bể theo điều kiện ổn định Thân bể có thể bị mất ổn định do ứng suất nén đều theo phương đường sinh hoặc do ứng suất nén vòng hoặc có thể do cả hai. Ổn định thân bể do ứng suất nén đều theo phương đường sinh σ1 (2.6)

σ 1 ≤ m * σ th1

Trong đó σ th1 là ứng suất nén tới hạn theo phương đường sinh. (2.7)

σ th1 = min(ϕ * R; C * E * δ / r )

Trong đó: R - Cường độ tính toán của thép thân bể E – Mô đun đàn hồi của thép C - Hệ số phụ thuộc tỷ số r/δ, lấy theo bảng 2.1 m - Hệ số điều kiện làm việc, m=1 Bảng 2.1. r/δ

100

300

600

1000

1500

2500

C

0.22

0.16

0.11

0.08

0.07

0.06

σ1 - Ứng suất tổng cộng gây bởi các lực: + Trọng lượng mái và các thiết bị trên mái + Trọng lượng thành bể và các thiết bị đi kèm + Áp lực chân không (áp lực chân không tiêu chuẩn p0 = 0.00025MPa) + Áp lực gió hút trên mái bể: p g = W0 * C 2 * n g

(2.8)

Trong đó: W0 – Áp lực gió tiêu chuẩn C2 - Hệ số khí động, C2 = 0.8 ng - Hệ số vượt tải, ng = 0.8 Ổn định thân bể do ứng suất nén đều theo phương vòng σ2.

12


σ 2 ≤ m * σ th 2

(2.9)

Trong đó σ th 2 là ứng suất nén tới hạn theo phương vòng. σ th 2 = 0.55 E * (r / l ) * (δ / r ) 3 / 2 Khi 0.5<= l/r <= 10

(2.10)

σ th 2 = 0.17 E * (δ / r ) 2 Khi 20<= l/r

(2.11)

(trường hợp 10 <= l/r <= 20 thì nội suy theo hai trường hợp trên) Trong đó: m - Hệ số điều kiện làm việc, m=1 l - Chiều dài vỏ trụ khảo sát (khoảng cách giữa các sườn cứng) σ2 - Ứng suất tổng cộng gây bởi các lực: + Tải trọng gió coi phân bố đều quanh thân bể và quy đổi thành áp lực chân không quy ước: Pg = 0.5 * W0 * n * k

(2.12)

(k là hệ số kể đến thay đổi tốc gió theo chiều cao, n hệ số vượt tải; n=1.2) + Tải trọng chân không P0 = 0.00025MPa Ổn định thân bể do ứng suất theo cả hai phương σ1 σ + 2 ≤1 σ th1 σ th 2

(2.13)

Khi điều kiện 2.13 không thoả mãn thì phải tăng chiều dày thân bể hoặc tăng cường sườn cứng cho thân bể. 1.2.3. Tính mái bể Mái bể được tính toán theo hai trường hợp tải trọng: - Các tải trọng tác dụng nên mái có chiều hướng xuống dưới: trọng lượng bản thân mái, trọng lượng các trang thiết bị trên mái và áp lực chân không. - Các tải trọng có chiều hướng lên: áp lực dư trong không gian hơi, áp lực gió trên mái. Việc tính kết cấu mái phụ thuộc loại mái, sơ đồ kết cấu mái. 1.3. Kích thước tối ưu của bể chứa trụ đứng Khi chiều dày thân không đổi: Thể tích thép của bể:

13


A = πDhδ + (πD 2 / 4)δ 1

(2.14)

Trong đó: δ1 - Tổng chiều dày của mái và đáy

D - Đường kính thân bể Thể tích bể V = π(D2/4)h do đó D = (4V/πh)1/2 Thay D vào 2.14 có: A = 2δ (πVh)1 / 2 + (Vδ 1 / h)

(2.15)

Đạo hàm 2.15 theo h và cho bằng không ta có: dA πV Vδ 1 =δ * − 2 =0 dh h h

(2.16)

Từ 2.16 có: h=3

(2.17)

V δ1 2 ( )

π δ

Từ 2.16 xác định được đường kính lợi nhất: D = 2*3

(2.18)

δ π δ1

V

*

Từ 2.16 có: πD 2

* h *δ =

πD 2 4

* δ1

(2.19)

Đường kính bể lợi nhất khi trọng lượng thép đáy và mái bằng một nửa trọng lượng thép thân bể. 2. Bể chứa trụ đứng mái trụ cầu 2.1. Cấu tạo Bể chứa này dùng để chứa sản phẩm dầu nhẹ (xăng) dưới áp lực dư Pd = (0.01-0.07 MPa). Mái gồm các tấm cong chỉ theo phương kinh tuyến với bán kính cong r1 bằng đường kính thân bể. Đoạn nối với thân bằng 0.1r1. Trọng tâm mái có cấu tạo dạng phẳng để đặt các thiết bị kỹ thuật.

14


Hình 18. Bể trụ đứng áp lực cao mái trụ cầu 1. Khoang trên của thân; 2. Mái; 3. Sườn cứng; 4. Tháp đất giữ neo thân bể 5. Tấm bê tông neo; 6. Thân bể; 7. Bu lông neo 2.2. Tính toán 2.2.1. Tính mái trụ cầu theo lý thuyết phi mô men a) Phần ở giữa ứng với bán kính cong r1: Do phần mái này có kết cấu dạng gần với mặt cầu nên tính theo mái cầu thoải. Theo điều kiện bền:

σ=

n 2 * p d * r1 ≤ γ * R gh 2δ m

(2.20)

Theo điều kiện ổn định:

σ o =≤ γ * σ gh

(2.21)

15


σ th =

0.1E * δ m r1

(2.22)

Trong đó: σο – Ứng suất gây bởi áp lực chân không, trọng lượng mái và các thiết bị σth - Ứng suất tới hạn của mái trụ cầu δm - Chiều dày của mái b) Phần nối với thân bán kính cong ρ = 0.1r1: Phần này tính theo lý thuyết vỏ mỏng tròn xoay với cscs bán kính cong ρ và r (bán kính cong). Ứng suất theo phương đường sinh do áp lực dư:

σ1 =

n2 * pd * ρ ≤ γ * Rk 2δ m

(2.23)

Ứng suất theo phương vòng:

r

σ 2 = σ 1 (2 − ) ≤ γ * R gh ρ

(2.24)

2.2.2. Tính bu lông neo thân bể Khi trong bể ít chất lỏng (chiều cao cột nước khoảng 30 cm), khi đó dưới áp lực dư lớn, phần xung quanh đáy có thể bị uốn nâng lên cùng thân bể do đó cần phải bố trí hệ thống neo xung quanh thân bể. Lực nhổ tác dụng lên một bu lông neo:

n2 * pd * π * r 2 − n3 * Q N= n

(2.25)

Trong đó: Q - Trọng lượng mái, thân bể và một phần viền quanh đáy (chiều rộng khoảng 0.5-1.0m) n3 - Hệ số vượt tải, n3 = 0.9 n - Số lượng bu lông Từ lực Z tính được diện tích bulông, kích thước tấm bulông neo và chiều dày lớp đất nền. Lực neo của bulông vào nền đất tính theo công thức:

16


h   G = n4 .γ d . Ab . h 1 + . tgϕ  a  

(2.26)

Trong đó: n4 : Hệ số vượt tải, n4 = 0.4; γđ : Tỷ trọng của lớp đất nền chặt ; Ab : Diện tích tấm bê tông neo; h : Chiều sâu chôn tấm betông neo (hình 18); a : Bán kính tấm bêtông neo (hình tròn) hoặc một nửa cạnh của tấm (hình 18); ϕ : Góc nội ma sát của đất nền; Để đảm bảo đáy bể không bị kéo lên thì Z ≤ G 3. Bể chứa trụ ngang. 3.1. Cấu tạo Bể chứa trụ ngang dùng để chứa các sản phẩm dầu mỏ dưới áp lực dư pd ≤ 0.2 Mpa (2 kG/cm2) và hơi hoá lỏng có dư pd ≤ 1.8 Mpa (18 kG/cm2), áp lực chân không p0 < 0.1 Mpa. Thể tích bể V ≤ 100m3 với các sản phẩm dầu và V ≤ 300m3 đối với hơi hoá lỏng. Đường kính bể D = 1,4 ÷ 4m, chiều dài bể l = 2 ÷ 30m. Đường kính lợi nhất của bể như sau: Dln = 0.8 3 V khi pd ≤ 0.07 MPa.

(2.27)

Dln = 0.6 3 V khi pd > 0.07 MPa.

(2.28)

Khi có V, từ Dln chọn ra chiều dài bể. Bể chứa trụ ngang có các ưu điểm hình dạng đơn giản, dễ chế tạo, có khả năng chế tạo tại nhà máy rồi vận chuyển đến nơi xây dựng, có thể tăng đáng kể áp lực dư so với bể trụ đứng. Bể trụ ngang gồm ba bộ phận chính: Thân, đáy và gối tựa. Thân bể bằng thép có chiều dày δ = 3 ÷ 36 mm, gồm nhiều không (hình 19). Các tấm thép trong cùng khoang và các khoang hàn với nhau bằng đường hàn đối đầu. Chiều rộng khoang bằng chiều rộng thép tấm định hình từ 1.5 đến 2m. Để đảm bảo vệ độ cứng của các khoang trong quá trình vận chuyển, lắp ráp và khi chịu áp lực chân không, nếu r/δ > 200 thì bên trong mỗi khoang khoảng phải đặt vành cứng bằng thép góc hàn vào thân bể (hình 19b). Nếu r/δ ≤ 200 thì chỉ cần đặt vành cứng tại các gối tựa. Đáy bể trụ ngang có hình dạng khác nhau: Phẳng, nón trụ, cầu elíp . Việc chọn dạng đáy phụ thuộc thể tích bể và giá trị của áp lực dư pd.

17


Khi V ≤ 100m3, pd ≤ 0.04 MPa thì dùng đáy phẳng, nếu pd ≤ 0.05 MPa dùng đáy nón. Khi V = 75 ÷ 150m3, nếu pd = 0.07 ÷ 0.15 MPa thì dùng đáy trụ, nếu pd ≤ 0.2 MPa dùng đáy cầu hoặc Elíp (chỗ nối thân và đáy có ứng suất cục bộ nhỏ nhất).

Hình 19. Bể chứa trụ ngang 1 - Ống nạp; 2 - Lỗ quan sát; 3 – Vành cứng; 4 - Lỗ thông gió; 5 – Sườn gối; 6 – Dây tiếp đất; 7 – Cầu thang; 8 - Lỗ hút; 9 – Khe hở ở thép góc; 10 - Gối đứng. Bể chứa trên mặt đất tựa lên hai gối hình cong lõm bằng bêtông, đã hộc xây, gạch xây hoặc gối tựa dạng thanh đứng . Góc mở của gối tựa từ 60 đến 1200. Tại gối tựa nhất thiết phải đặt vành cứng bằng thép góc có các thanh chống dạng tam giác.

18


Hình 20. Các loại đáy bể trụ ngang a) Phẳng ; b) Nón ; c) Trụ ; d) Cầu ; e) Elíp. 3.2. Tính toán bể chứa trụ ngang 3.2.1. Xác định vị trí gối Dưới tác dụng của tải trọng phân bố đều q do trọng lượng bể và chất lỏng, bể làm việc như dầm mút thừa. Khoảng cách lo giữa hai gối xác định từ điều kiện sao cho mômen uốn ở gối và ở nhịp bằng nhau: (2.29)  l 2 c2  q c2 ; M nh = q  0 −  Mg = − 2

 8

2

G  q = n1  + γ 1 π .r 2  l 

(2.30)

Trong đó: c - độ nhô của côngxon. G - Trọng lượng bể; l - Chiều dài tính toán của bể; cân bằng giá trị tuyệt đối của Mg và Mnh có l0 = 0.586 l. 3.2.2. Kiểm tra thân bể a) Ứng suất dọc theo phương đường sinh: σ 1 = σ 1' + σ 1'' ≤ γ R

(2.31)

Trong đó: γ = 0.8 ; R - cường độ tính toán của thép ; σ 1' - ứng suất do uốn bể, tính như dầm đơn giản :

19


(2.32)

2 c2  G  l n1  + γ 1 π r 2   0 −  2 M l  8 σ 1' = nh = W π r 2δ

σ 1'' - Ứng suất do áp lực dư và áp lực thuỷ tĩnh tác dụng nên đáy bể gây ra. σ 1'' ≈

(2.33)

π r 2 (n2 p d + n1γ 1 r ) (n 2 p d + n1γ 1 r ) r = 2π r δ 2δ

Với W : Mômemn kháng của thiết diện bể W = π r 2 δ Công thức (2.33) là gần đúng vì coi như áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên đáy bể là đều và lấy giá trị trung bình. b) Ứng suất kéo vòng do áp lực thuỷ tĩnh và áp lực dư tại vùng dưới của bể: (2.34) (n p + n1 γ 1 2 r ) r ≤γ R σ2 = 2 d δ Công thức kiểm tra bền. Thân bể có trạng thái ứng suất phẳng nên ngoài các điều kiện (2.31; 2.34) còn kiểm tra bền theo ứng suất tương đương σtđ : σ td

(2.35)

σ 12 + σ 22 − σ 1 .σ 2 ≤ γ η ϕ h R

Trong đó: η : Hệ số tăng độ tin cậy do kể đến đặc tính dễ cháy và dễ nổ của sản phẩm, η = 0.9 ; γ : Hệ số điều kiện làm việc, γ = 0.8 ϕh : Hệ số độ bền của liên kết hàn đối đầu khi hàn tự động có hàn đầy hai phía (các loại 

đường hàn khác không dùng trong loại bể này), ϕh = 1 ;  ϕ h = 

Rkh   R 

c) Kiểm tra ổn định thân Do tác dụng của áp lực chân không p0 khi tháo chất lỏng khỏi bểhoặc do nhiệt độ môi trường hạ thấp, bể có thể mất ổn định. Kiểm tra ổn định thân bể theo công thức (2.13) trong đó: (2.36) n p r n p r σ1 = 0 0 ; σ2 = 0 0 2δ δ Các ứng suất tới hạn σ th1 , σ th 2 xác định giống như đối với bể trụ đứng. 3.2.3. Tính đáy bể a) Tính đáy phẳng: Áp lực dư gây kéo trong đáy và nén trong vành gối (hình 20). Ứng suất kéo tại trọng tâm đáy là:

20


σd =

Td

δd

(2.37)

p d . d d2 ; Td = 16 f 0

Trong đó: f0 : Độ võng tại trọng tâm đáy xác định theo kết quả thí nghiệm d f0 = d 4

3

 (1 − µ ) d d d d2 3 pd  + 4 E Av  2 E δ d

 A . y2 1 + v 0  Jx 

   

(2.38)

d d - đường kính đáy: AV -diện tích thép góc vòng đáy: J x - mô men quán tính thép gócvành với trục x ; x0 , y0 - toạ độ mặt ngoài thép góc vành với x, y là các trục toạ độ qua trọng tâm thép góc

vành. b) Tính đáy nón: -Đáy nón khi chịu tác dụng của áp lực dư: Ứng suất theo phương đường sinh.

σ1 =

n2 p d r 2δ d cos β

(2.39)

Ứng suất theo phương vòng.

σ2 =

n2 p d r δ d cos

(2.40)

Trong đó: r – bán kính bể; β - góc của đường sinh với trục ngang của bể

Kiểm tra ổn định của đáy nón do tác dụng của áp lực chân không và lực dọc theo phương đường sinh theo công thức :

N σ + 2 ≤γ N th σ th 2

(2.41)

Ttrong đó: N- lực nén dọc trục bể do áp lực chân không tác dụng vào đáy bể gây nên :

21


(2.41)

N ≤ γN th ; N = π * r12 n0 p0 N th - lực nén tới hạn dọc trục,

r=

N th = 2π * r * δ d * σ th1 * cos 2 β ;

0,9r1 + 0,1r0 ; cos β (2.42)

σ th1 = C * E * δ / r r1 , r0 - bán kính đáy và đỉnh nón, r1 = r ;

σ 2 - ứng suất vòng do áp lực p0 , σ 2 = σ th 2

r δ  = 0,55 E  d  h r 

n0 p0 r 2

δd

; (2.43)

3/ 2

h- chiều cao vỏ nón c) Tính đáy cầu: Đáy cầu có bán kính cong bằng đường kính thân bể, ứng suất do áp lực dư là :

σ=

(2.44)

n2 pd rc 2δ d

Trong đó: rc - bán kính đáy cầu (thường rc = 2r ; r - bán kính thân ).

Ổn định của đáy cầu do áp lực chân không kiểm tra theo công thức : (2.45)

σ ≤ γσ th Trong đó:

σ =

(2.46)

n0 p0 rc 2δ d

σ th - ứng suất tới hạn của vỏ cầu, σ th = 0,1

Eδ d ≤R ; rc

R- cường độ tính toán của thép γ - Hệ số an toàn 4. Bể cầu 22


4.1. Đặc điểm chính và cấu tạo Bể cầu dùng để chứa hơi hoá lỏng với áp lực dư pd = 0,25 ÷ 1,8 Mpa , ( 2,5 ÷ 18kG / cm 3 ) thể tích bể thường ở mức V = 600 ÷ 4000m 3 , thể tích bể có thể 10.000m3. Chế tạo bể cầu phức tạp hơn nhiều so với bể trụ. Bể ghép từ các tấm cong ai chiều được chế tạo bằng cách cán nguội hoặc dập nóng (khi chiều dày lớn).Các tấm (có chiều dày δ ≤ 36mm ) được hàn với nhau bằng đường hàn đối đầu. Cách chia các tấm trên mặt cầu có nhiều dạng khác nhau : mũi kinh tuyến với các mặt nối song song hoặc so le.

Hình 21. Các dạng chia tấm của bể cầu Bể được cấu tạo trên gối dạng vành hay thanh chống bằng thép ống hoặc thép I . Dùng thanh chống bảo đảm được biến dạng nhiệt 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.

Hình 22. Gối tựa của bể cầu 4.2 Tính toán bể 4.2.1. Tính toán thân bể theo điều kiện bền

23


Thân bể tính theo áp lực dư và áp lực thuỷ tĩnh khi đầy chất lỏng, các ứng suất: σ = σ1 = σ 2 =

[n2 pd + n1γ 1 (1 − cos ϕ )r ] r ≤ γR,

(2.47)

2δ

Trong đó ϕ - góc xác định mức của điểm khảo sát Chiều dày thân bể tại điểm thấp nhất tính theo công thức : δ=

[n2 pd + n1γ 1 (1 − cos ϕ )r ] r

(2.48)

2γγ n Rkh

Trong đó: γ -hệ số điều kiện làm việc, γ = 0,7

γ n - hệ số độ tin cậy đối với tính dễ cháy nổ của vật liệu, γ n = 0,9 ; n1 = 1,1 ; n2 = 1,2 .

Chiều dày thân tường tăng lên 2mm kể đến sự dãn mỏng khi cán hoặc dập tấm thép. 4.2.2. Tính toán ổn định thân bể Khi nhiệt độ hạ thấp, trong bể xuất hiện áp lực chân không, nếu r / δ ≤ 750 bể được kiểm tra ổn định theo điều kiện (2.49)

σ ≤ γσ th Trong đó:

σ =

(2.50)

n0 p0 rc 2δ d

σ th - ứng suất tới hạn của vỏ cầu, σ th = 0,1

Eδ d ≤R ; rc

R- cường độ tính toán của thép γ - Hệ số an toàn 4.2.3. Tính thanh đứng gối bể Thanh đứng đỡ bể được tính với trọng lượng, các trang thiết bị, nước đầy bể và gió. Khi kể đến sự nén nún của một trong số các thanh đứng khi nền nún không đều, nội lực trong một thanh sẽ tăng lên n/(n-1) lần (n- số lượng thanh đứng), khi đó giá trị lực nén trong một thanh là : N=

n 2H   2 2 1,3.4πr δγ tn1 + Vγ 1n1 + cq0πr n g , (n − 1) cos α  nr 

(2.50)

24


Trong đó: n1 , hệ số vượt tải trọng lượng bể n1 = 1,1 ng - hệ số vượt tải trọng gió, ng = 1,2 ;

γ t , γ 1 - tỷ trọng của thép và chất lỏng;

c- hệ số khí động của gió, c=0,5 ; q0 - áp lực tiêu chuẩn của gió ;

H- khoảng cách từ mặt đất đến trọng tâm diện tác dụng của gió.

25


TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.

Quy phạm API Standar 650 - 1995: Welded steel Tanks for Oil Storage

2.

Tiêu chuẩn tải trọng và tác động: TCVN 2737- 1995

3.

Kết cấu bê tông cốt thép: Phần cấu kiện cơ bản

4.

Tiêu chuẩn TCVN 5307 : 2002 Kho chứadầu mỏ và sản phẩm dầu mỏ

5.

Kết cấu thép 1 - Gs.Ts. Đoàn Định Kiến

6.

Kết cấu thép 2 - Phạm Văn Hội

7.

Sức bền vật liệu - Lê Ngọc Hồng

8.

Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế: 5575 - 1995

9.

TCVN 5574 :1991 Kết cấu bê tông cốt thép _ Tiêu chuẩn thiết kế

10.

Giáo trình: Nền và móng - Lê Đức Thắng

11.

Giáo trình: Nền và móng - TS. Nguyễn Văn Quảng

12.

Móng cọc trong thực tế xây dựng – Shamsher prakash, Hari D.Sharma

13.

TCXD 205-1998: Thiết kế móng cọc

26

Be chua

Recommend Documents