Bồn chứa dầu khí - Thiết kế

Bồn chứa dầu khí là gì? Thời gian thiết kế trong bao lâu? Chúng ta cùng nhau tìm hiểu các kiến thức trong bài viết dưới đây nhé!

Bồn chứa trong ngành dầu khí chủ yếu dùng để chứa các sản phẩm nhiên liệu như: khí, xăng, D.O, và các nguyên liệu của ngành hoá dầu như: VCM, butadiene,…

Các sản phẩm dầu khí có khả năng sinh ra cháy nổ cao, mức độ độc hại nhiều nên đòi hỏi việc thiết kế bồn bể cũng như tính toán phải hết sức cẩn thận. 

Các hệ thống phụ trợ kèm theo phải được bố trí cẩn thận, tính toán tỉ mỉ, nhất là hệ thống phòng cháy chữa cháy, bố trí mặt bằng nhằm hạn chế tối thiểu khả năng xảy ra cháy nổ cũng như khắc phục khi xảy ra sự cố.

Tuy nhiên, việc tính toán cơ khí cho bồn cao áp là quan trọng nhất vì khi xảy ra sự cố thì việc khắc phục chỉ mang tính chất hình thức, thiệt hại gây ra cho sự cố là khó lường.

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

1. Xác định các thông số công nghệ bồn chứa dầu khí

Các thông số công nghệ của bồn bao gồm:

• Thể tích của bồn chứa V
• Các kích thước cơ bản như: chiều dài phần trụ (l), đường kính phần trụ d), chiều cao phần nắp bồn chứa (h), loại nắp bồn chứa.
• Các thiết bị lắp đặt trên bồn chứa, bao gồm: các valve áp suất, các thiết bị nổ áp suất, nổ mực chất lỏng trong bồn, nổ nhiệt độ.
• Vị trí lắp đặt các thiết bị trên bồn chứa.
• Các yêu cầu về việc lắp đặt các thiết bị trên bồn chứa.

2. Lựa chọn vật liệu làm bồn chứa

Các sản phẩm dầu khí chứa trong bồn thường có áp suất hơi bão hoà lớn, nhiệt độ hoá hơi thấp và có tính độc hại.

Mức độ ăn mòn của các sản phẩm dầu khí này thuộc dạng trung bình, tùy thuộc vào loại vật liệu làm bồn, nhiệt độ môi trường mà mức độ ăn mòn các sản phẩm này có sự khác nhau.

Khi xét đến yếu tố ăn mòn, khi tính toán chiều dày bồn, ta tính toán thời gian sử dụng, từ đó tính được chiều dày cần phải bổ sung đảm bảo cho bồn ổn định trong thời gian sử dụng.

Việc chọn lựa vật liệu còn phụ thuộc vào yếu tố kinh tế, vì đối với thép hợp kim có giá thành đắt hơn nhiều so với loại thép cacbon thường, công nghệ chế tạo phức tạp hơn, giá thành gia công đắt hơn nhiều, đòi hỏi trình độ tay nghề của thợ hàn cao.

Sau khi lựa chọn được vật liệu làm bồn, ta sẽ xác định được ứng suất tương ứng của nó, đây là một thông số quan trọng để tính toán chiều dày bồn. 

Đối với các loại vật liệu khác nhau thì ứng suất khác nhau, tuy nhiên các giá trị này không chênh lệch nhau nhiều.

Các bạn quan tâm về các sản phẩm liên quan đến bồn chứa liên hệ ngay với chúng tôi nhé!

3. Xác định giá trị áp suất tính toán của bồn chứa dầu khí

Đây là một thông số quan trọng để tính chiều dày bồn chứa . Áp suất tính toán bao gồm áp suất hơi cộng với áp suất thủy tĩnh do cột chất lỏng gây ra:

P_tt = P_h + ρ g H

Trong đó:

• P_tt: Áp suất tính toán.
• P_h: Áp suất hơi.ρ: Khối lượng riêng sản phẩm chứa trong bồn ở nhiệt độ tính toán. g = 9.81 (m/s²): gia tốc trọng trường

H: Chiều cao mực chất lỏng trong bồn.

Thường ta tính chiều dày chung cho cả bồn chứa cùng chịu một áp suất (nghĩa là áp suất tính toán chung cho cả bồn chứa).

Đối với các sản phẩm dầu khí chứa trong bồn cao áp, áp suất tính toán thường có giá trị:

• Propan : 18 (at)
• Butan : 9 (at)
• Bupro : 13 (at)

4. Xác định các tác động bên ngoài đến bồn chứa dầu khí

Các tác động bên ngoài bao gồm:

4.1 Tác động của gió đến bồn chứa dầu khí

Gió có thể tác động đến bồn, ảnh hưởng đến độ ổn định của bồn, làm cho bồn bị uốn cong hay tác động đến hình dáng của bồn. 

Tuy nhiên đối với bồn cao áp, do hình dáng cũng như cách đặt bồn nên ảnh hưởng của gió tác động lên bồn nhỏ. Ảnh hưởng gió có thể bỏ qua nếu như ta xây tường bảo vệ hoặc đặt bồn ở vị trí kín gió

4.2 Tác động của động đất đến bồn chứa dầu khí

Đây là tác động hy hữu, không có phương án để chống lại. Tuy nhiên khi xét đến phương án này, ta chỉ dự đoán và chỉ đảm bảo cho các sản phẩm không bị thất thoát ra ngoài, nhưng việc này cũng không thể chắc chắn được. 

Phần lớn các tác động này ta không thể tính toán được vì sự phức tạp của động đất. Tác động này gây ra hiện tượng trượt bồn ra khỏi chân đỡ, cong bồn, gãy bồn. Tốt nhất ta chọn khu vực ổn định về địa chất để xây dựng.

• Các tải trọng tác động lên nó có thể xảy ra cũng được xét đến, chẳng hạn như các thiết bị bố trí trên thân bồn: hệ thống các thiết bị kèm theo, cầu thang, giàn đỡ,…Các tải trọng này được tính toán trong phần tính toán bồn.
• Ngoài ra còn xét đến các yếu tố bên ngoài do con người tác động như: đào đất, các hoạt động có thể gây ra va đập với bồn, các hoạt động mang tính chất phá hoại.

Chính các yếu tố đó đòi hỏi ta phải có các phương án bảo vệ thích hợp như thường xuyên kiểm tra, xây tường bảo vệ, có các ký hiệu cho biết đây là khu vực nguy hiểm, có thể gây ra cháy nổ lớn và ảnh hưởng đến các vùng lân cận, đồng thời phải có những quy định, chế tài cụ thể đối với người vi phạm.

5. Xác định chiều dày của bồn chứa dầu khí

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

1. Xác định tiêu chuẩn thiết kế: ASME section VIII.Div.1
2. Xác định được ứng suất cho phép của loại vật liệu làm bồn chứa: δcp
3. Xác định áp suất tính toán bồn chứa: Ptt
4. Xác định hệ số bổ sung chiều dày do ăn mòn C = C_c + C_a
5. Các thông số công nghệ như: đường kính bồn chứa (D), Chiều dài phần hình trụ (L).
6. Các thông số về nắp bồn chứa: Loại nắp bồn chứa, chiều cao nắp bồn chứa

6. Xác định các lỗ trên bồn chứa dầu khí

Đi kèm với bồn là hệ thống phụ trợ bao gồm có các cửa người (manhole) , các lỗ dùng để lắp các thiết bị nổ như nhiệt độ, áp suất, mực chất lỏng trong bồn, các lỗ dùng để lắp đặt các ống nhập liệu cho bồn chứa, ống xuất liệu, ống vét bồn, lắp đặt các van áp suất, các thiết bị nổ đạt nồng độ hơi sản phẩm trong khu vực bồn chứa.

Các thiết bị lắp đặt vào bồn chứa có thể dùng phương pháp hàn hay dùng ren. Thường đối với các lỗ có đường kính nhỏ ta thường dùng phương pháp ren vì dễ dàng trong công việc lắp đặt cũng như trong việc sửa chữa khi thiết bị có sự cố.

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

7. Xác định chân đỡ và tai nâng bồn chứa dầu khí

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

Tuy nhiên, trong ngành dầu khí ta thường dùng chân đỡ bằng thép hàn. Ta chọn vật liệu làm chân đỡ, các thông số chân đỡ sau đó kiểm tra bền. Các yêu cầu khi kiểm tra bền:

• Giá trị ứng suất mà tải trọng tác dụng lên giá đỡ không lớn hơn 2/3 giá trị ứng suất vật liệu làm chân đỡ.

8. Các ảnh hưởng thủy lực đến bồn chứa dầu khí

8.1 Áp suất làm việc cực đại bồn chứa dầu khí

Là áp suất lớn nhất cho phép tại đỉnh của bồn chứa ở vị trí hoạt động bình thường tại nhiệt độ xác định đối với áp suất đó. 

Đó là giá trị nhỏ nhất thường được tìm thấy trong tất cả các giá trị áp suất làm việc cho phép lớn nhất ở tất cả các phần của bồn chứa theo nguyên tắc sau và được hiểu chỉnh cho bất kỳ sự khác biệt nào của áp thủy tĩnh có thể tồn tại giữa phần được xem xét và đỉnh của bồn chứa.

Nguyên tắc: áp suất làm việc cho phép lớn nhất của một phần của bồn chứa là áp suất trong hoặc ngoài lớn nhất bao gồm cả áp suất thủy tĩnh đã nêu trên cùng những ảnh hưởng của tất cả các tải trọng kết hợp có thể xuất hiện cho việt thiết kế đồng thời với nhiệt độ làm việc kể cả bề dày kim loại thêm vào để bảo đảm ăn mòn.

Áp suất làm việc lớn nhất cho phép có thể được xác định cho nhiều hơn một nhiệt độ hoạt động, khi đó sử dụng ứng suất cho phép ở nhiệt độ đó.

Thử nghiệm áp suất thủy tĩnh được thực hiện trên tất cả các loại bồn sau khi tất cả các công việc lắp đặt được hoàn tất trừ công việc chuẩn bị hàn cuối cùng và tất cả các kiểm tra đã được thực hiện trừ những yêu cấu kiểm tra sau thử nghiệm.

Bồn chứa đã hoàn tất phải thỏa mãn thử nghiệm thủy tĩnh.

Những bồn thiết kế cho áp suất trong phải được thử áp thủy tĩnh tại những điểm của bồn có giá trị nhỏ nhất bằng 1,5 lần áp suất làm việc lớn nhất cho phép (áp suất làm việc lớn nhất cho phép coi như giống áp suất thiết kế). 

Khi tính toán không dùng để xác định áp suất làm việc lớn nhất cho phép nhân với tỷ số thấp nhất ứng suất S ở nhiệt độ thử nghiệm và ứng suất S ở nhiệt độ thiết kế.

Thử nghiệm thủy tĩnh dựa trên áp suất tính toán có thể được dùng bởi thỏa thuận giữa nhà sản xuất và người sử dùng. 

Thử nghiệm áp suất tĩnh tại đỉnh của bồn chứa nên là giá trị nhỏ nhất của áp suất thử nghiệm được tính bằng cách nhân giá trị áp suất tính toán cho mỗi thành phần áp suất với 1,5 và giảm giá trị này xuống bằng áp suất thủy tĩnh tại đó. 

Khi áp suất này được sử dụng người kiểm tra nên đòi hỏi quyền được yêu cầu nhà sản xuất hoặc nhà thiết kế cung cấp các tính toán đã được sử dụng để xác định áp suất thủy tĩnh ở bất kỳ phần nào của bồn chứa.

Buồng áp suất của những thiết kế kết hợp được thiết kế hoạt động độc lập phải được thử như một bồn chứa riêng biệt nghĩa là tiến hành thử với bồn chứa bên cạnh không có áp.

8.2 Tải trọng gió bồn chứa

Tải trọng gió bắt buộc phải được xác định theo những tiêu chuẩn, tuy nhiên những điều luật của quốc gia hoặc địa phương có thể có những yêu cầu khắt khe hơn. 

Nhà thầu nên xem xét một cách kỹ lưỡng để xác định yêu cầu nghiêm ngặt nhất và sự kết hợp yêu cầu này có được chấp nhận về mặt an toàn, kinh tế, pháp luật hay không. Gió thổi bất kỳ hướng nào trong bất kỳ trường hợp bất lợi nào đều cần phải xem xét.

8.3 Dung tích chứa lớn nhất cho bồn mái nổi

Khoảng 85 - 90% dung tích của bồn mái nổi được sử dụng trong điều kiện bình thường, phần thể tích không sử dụng là do khoảng chết trên (dead space) ở đỉnh và khoảng chết dưới (dead stock) ở đáy.

Đối với bồn chứa mái nổi, chọn chiều cao bồn để đạt sức chứa lớn nhất. 

Khoảng chết trên và chết dưới chịu ảnh hưởng nhiều bởi chiều cao hơn là đường kính, do đó cùng với một thể tích thì bồn cao chứa nhiều hơn bồn thấp.

Chiều cao lớn nhất đạt được được xác định bởi điều kiện đất đai nơi đặt bồn chứa. Do đó, khi chọn vị trí đặt bồn chứa phải điều tra về lãnh thổ nơi đặt bồn. 

Do khoảng chết trên nên bể không được chứa đầy, nếu quá định mức thì sẽ được báo động bởi đèn báo động ở mức high level.

Trên đây là toàn bộ thông tin chúng tôi muốn gửi đến bạn đọc, hy vọng sẽ đem đến những thông tin hữu ích!

Rất mong bạn đọc quan tâm và theo dõi tank.vn để cập nhật thông tin mới nhất về bồn chứa dầu khí.