Đồ án môn học
Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
MỤC LỤC
Trang
GVHD: Th.S Trần Quang Quới
-1-
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
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
-3-
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
-4-
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
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
-6-
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
-7-
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
1. Khối lượng riêng ở 150C max
2. Độ nhớt động học ở 400C max
3. Điểm chớp lửa cốc kín, 0C min
4. Hàm lượng lưu huỳnh, % KL
5. Điểm đông đặc, 0C max
6. Hàm lượng nước, %TT max
7. Hàm lượng tạp chất, %KL max
Phương pháp thử Mức quy định
1. Khối lượng riêng
TCVN 3893-95
0.970
0
2. Độ nhớt động học ở 40 C max
ASTM- D.445
180
0
3. Điểm chớp lửa cốc kín, C min
ASTM-D93
66
4. Hàm lượng lưu huỳnh, % KL
ASTM-D129
1.5
0
5. Điểm đông đặc, C
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
3
Lớp: DH07HD
Đồ án môn học
Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
5. Điểm đông đặc, 0C max
6. Hàm lượng nước, %TT max
7. Hàm lượng tạp chất, %KL max
8. Nhiệt trị, cal/g
9. Hàm lượng tro, % KL max
10. Cặn cacbon conradson, % KL
max
ASTM-D97
ASTM-D95
ASTM-D.473
ASTM-D.240
ASTM-D.482
+21
1
0.15
9800
0.15
ASTM-D189
ASTM-D.482
0.991
380
66
3
+21
1
0.15
9800
0.35
ASTM-D189
14
GVHD: Th.S Trần Quang Quới
-9-
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
3. Điểm chớp lửa cốc
kín, 0C min
4.
Cặn
180
380
66
66
60
14
16
16
cacbon
Conradson, % khối
lượng, max
5. Hàm lượng lưu
huỳnh,
%
+24
10200
9800
-
1,0
1,0
0,5
min
9. Hàm lượng nước,
% thể tích, max
6594:2007
D1298-05)/IP
3197:2007
(ASTM D445-06)/IP 711
TCVN
2693:2007
(ASTM D93-06)/IP34
TCVN 6324:2006
(ASTM D189-05)/IP13
TCVN 2692:2007
(ASTM D95-05el)/IP74
Lớp: DH07HD
Đồ án môn học
Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
10. Hàm lượng tạp
chất, % khối lượng,
ASTM D473 / IP53
0.15
0.15
-
max
11. Hàm lượng kim
loại vanadium, ppm,
max
12. Hàm lượng kim
loại natri, ppm, max
13. Hàm lượng kim
loại nhôm và silic,
ppm, max
14. Độ tương thích –
-
Loại 2
-
-
lượng
asphanten, % khối
ASTM D4740
ASTM D4740
ASTM D6560/IP 143
5
-
-
lượng, max
17. Hàm lượng cặn
tổng, % khối lượng,
IP 501
ASTM D4870/IP 375
0,1
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
Q=
Q1 2704853
=
= 285.1,105 = 315(l / h) = 0, 09.10 −3 ( m3 / s)
Q2
9500
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 H 2O. Bể chứa
chịu áp suất trong. Chọn đường kính xitec là D t=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%.
ltrụ= 4. Vtrụ/ π . Dt2 =
4.25, 43
=5,62 (m)
3,14.(2, 4) 2
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: [ σ u ] = 145.106 N/m2
[ σ c ] = 240.106 N/m2
( Theo [7])
E = 2,1.107 N/cm2
Chiều dày vỏ trụ được xác định
s=
Dt . p
+ c (CT XIII.8, Tr 360 ,[1])
2[σ ]ϕ − p
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 p 1 khoảng 200 mm H2O = 2000 N/m2
và áp suất thủy tĩnh của xăng lên xitec p2
c2: hệ số dư do bào mòn cơ học chọn c2= 0.
c3: hệ số dư do gia công c3=0,001m
⇒ c = 0, 002 + 0 + 0, 001 = 0, 003 (m) (4)
ϕ : hệ số làm yếu
•
Trên thân ta bố trí các lỗ cửa người d 1= 500 mm, cửa vào d2= 50 mm, cửa
ra d3= 40 mm.
Ta có: ϕ =
l −∑d
⇔ϕ =
l
( CT XIII.16, Tr 362, [1])
5600 − (500 + 50 + 40)
= 0,9
5600
Thay (1), (2), (3), (4), (5) vào công thức tính s
s=
2, 4.25332
+ 0, 003 = 3, 2.10 −3 (m) =3,2 (mm)
6
( CT XIII.26, Tr 365, [1] )
Trong đó:
• 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.
• ϕ : hệ số làm yếu ϕ = 0,9 .
6
• σ c : ứng suất chảy σ c = 240.10 N/m2.
Thay vào ta có
σ=
[2, 4 + (0, 005 − 0, 003)]
.27000 = 18, 01.10 6
2.(0, 005 − 0, 003).0,9
σ c 240.106
=
= 200.106 (N/m2)
1, 2
1, 2
⇒ 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
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
•
σ u : ứng suất kéo σ u =145.106 N/m2
•
ϕh : hệ số hàn thép CT3 ϕh = 0,9.
•
k=1 vì không có lỗ trên nắp.
•
c: hệ số dư c=0,003 m.
Thay vào công thức ta có
s=
Đồ án môn học
Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
σ c 240.106
=
= 200.106 ( N / m 2 )
1, 2
1, 2
⇒ Khi thử thủy lực nắp xitec thì nắp đủ độ bền.
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= π .Dt .s.l = 3,14.2, 4.0, 005.5, 6 = 0, 21 (m3)
V2: thể tích thép làm nắp
π .D 2 .s 3,14.(2,9) 2 .0, 005
V2=
=
= 0, 033 (m3)
4
4
⇒ V = 0,21+2.0,033 = 0,276 (m3)
Khối lượng bồn chứa là
mt = V.P = 0,276.7810 = 2155,56 (Kg)
Đồ án môn học
Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
Mômen chống uống tại tiết diện nguy hiểm là
π .Dt2
π .(2, 4) 2
W=
.( s − c ) =
.(0, 005 − 0, 003) = 9, 05.10 −3 (m3)
4
4
Ứng suất tương đương của thân thiết bị do tải trọng ngoài tác dụng
σ td = 0,8.
M
660, 472
= 0,8
= 58, 4.103
−3
w
9, 05.10
Kiểm tra theo công thức
Dt + ( s − c) 2 .P 2
σ td ≤ 1, 2.[σ ] −
(N/m2) (CT XIII.22, Tr 365, [1])
Trong đó:
k=
2.M
(CT XIII.25, Tr 365, [1])
0, 25.P.Dt + M
⇒ k=
Khi
2.660, 472
= 0, 08
0, 25.25332.2, 4 + 660, 472
Dt
2400
=
= 1200 (mm)
( s − c) (5 − 3)
Sử dụng (Hình XIII.3, Tr 366, [1] ) ta tra được hệ số k1= 3,1 và k2= 9,8
GVHD: Th.S Trần Quang Quới
-19-
Lớp: DH07HD
c. Kiểm tra độ võng của bồn chứa
∆=
M .g.l 2 (l 2 − 2. A2 )
.
L
64.E.J
Trong đó: mômen quán tính của vỏ xitec
J=0,4.D3(s-c)
l=3,45
A=1,715
M .g .l 2 (l 2 − 2. A2 ) 660, 472.9,8 (3, 45) 2 .[3, 452 − 2.(1, 715) 2 ]
∆=
.
=
.
= 4,54.10 −7
9
2
L
64.E.J
6,88
64.210.10 .0, 4.(2, 4) .0, 002
⇔ ∆ = 4, 54.10−7 (m)
Tỷ số giữa độ võng và chiều dài là
∆ 4,54.10−7
=
• 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
b.( s − c)3
J=
12
⇒J=
0, 4.(0, 025 − 0, 023) 3
= 3,55.10−7 (m4)
Thay J vào ta có
Pth =
8.210.109.3,55.10 −7
= 7455.104 (N/m)
3
(0, 2)
Tải trọng thực tế phân bố trên chu vi cung đỡ là
P( N ) =
p
(N/m)
2 R sin 600
GVHD: Th.S Trần Quang Quới
Pth
7455.104
=
= 103 >5
Ở đây :
P( N ) 74546, 6
⇒ 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
-22-
Lớp: DH07HD
Đồ án môn học
Q=
Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
[σ ] =
F
3170,3
=
= 0, 4.106 (N/m)
−3
Fw 8.10
Chọn thép làm bệ đỡ là thép CT3 có [ σ ]=145.106 N/m
So sánh hai kết quả: 0,4.106
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
GVHD: Th.S Trần Quang Quới
-24-
Lớp: DH07HD
Đồ án môn học
Vbể=
•
Thiết kế hệ thống bồn chứa FO
V
1,5
=
= 1, 76( m3 )
0,85 0,85
như sau
s=
Dt . p
D
. t + c (CT XIII.47, Tr 385, [1])
3,8.[σ u ].k .ϕh − p 2.ht
Trong đó:
- Dt : đường kính trong cửa nắp Dt =0,7 m.
- p : áp suất trong p=p1+p2
GVHD: Th.S Trần Quang Quới
-25-
Lớp: DH07HD
Copyright: Tài liệu đại học ©