đồ án bể chứa

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN ĐỒ ÁN BỂ CHỨA

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG ........................................................................4
1.1 Khái niệm chung ................................................................................................4
1.2 phân loại bể chứa ..............................................................................................4
1.3 Tình hình xây dựng bể chứa ở nước ta ............................................................6
CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ THIẾT KẾ...............................................................................7
2.1 Thông số thiết kế .................................................................................................7
2.2 Tiêu chuẩn và quy phạm phục vụ cho việc thiết kế.........................................7
2.2.1 Tiêu chuẩn tính tải trọng: ..........................................................................7
2.2.2 Quy phạm thiết kế thân bể chứa: ..............................................................7
2.2.3 Tiêu chuẩn vật liệu cho thân bồn...............................................................8
2.2.4 Tiêu chuẩn vật liệu cho thép gia cường và họng ống...............................8
2.2.5 Tiêu chuẩn vật liệu cho giá đỡ bồn............................................................8
2.3. Các loại vật liệu dùng trong thiết kế .................................................................8
2.3.1 Vật liệu dùng để thiết kế thân bể chứa: ....................................................8
CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ BỂ CHỨA THEO QUY PHẠM....................................9
3.1 Tính toán các loại tải trọng tác dụng lên bể chứa............................................9
3.1.1 Tải trọng gió: ................................................................................................9
3.1.1.1 Xác định hế số khí động c :................................................................10
3.1.1.2 Tính diện tích chắn gió hiệu quả: .....................................................11
3.1.1.3 Tải trọng gió tác dụng lên bể chứa ...................................................11
3.1.2 Tải trọng của kết cấu phụ trợ ...................................................................11
3.1.3 Tải trọng do áp lực thuỷ tĩnh của chất lỏng ............................................11
3.2 Tính toán chiều dày thép thân bể...................................................................13
3.2.1 Tính toán chiều dày thân bể chịu áp lực trong........................................13
3.2.2 Tính toán chiều dày thành bể chịu áp lực ngoài .....................................16
3.2.3 Tính toán chiều dày thành bể trong điều kiện vận hành ứng suất nén 18
3.2.4 Tính toán chiều dày thân bể có xét đến tải trọng gió.............................19
3.2.5 Tính toán chiều dày thân bể trong điều kiện thử tải .............................20
3.2.6 Tính toán trọng lượng bản thân bể: ........................................................22
3.3 Thiết kế lỗ mở trên thành bể ( lỗ người chui và họng ống ).........................22

1
NHÓM THỰC HIỆN : NHÓM 21 LỚP : 53CB1


3.3.1 Lựa chọn hình dáng lỗ mở trên thân bể chứa:......................................22
3.3.2 Lựa chọn kích thước của các lỗ mở:.......................................................22
3.3.3 Tính khoảng cách các lỗ mở: ...................................................................23
3.3.4 Lựa chọn giải pháp thiết kế lỗ mở :........................................................23
3.3.5 Lựa chọn vật liệu cho thành lỗ mở và gia cường: .................................24
3.3.6 Tính chiều dày của thành lỗ mở : ............................................................25
3.3.7 Tính toán gia cường ..................................................................................26
3.3.7.1 Yêu cầu về diện tích gia cường , AR ..................................................27
3.3.7.2 Tính toán khả năng tự gia cường của thành bể và thành lỗ mở ....28
3.3.7.3 Giới hạn khu vực gia cường : ...........................................................29
CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ KẾT CẤU ĐỠ BỂ VÀ HỆ GIẰNG CHO KẾT CẤU ĐỠ
BỂ..................................................................................................................................35
4.1 Thiết kế kết cấu đỡ bể.......................................................................................35
4.1.1 Tính toán tải trọng tác dụng lên hệ kết cấu đỡ bể chứa :......................35
4.1.2 Tổ hợp tải trọng tác dụng kết cấu đỡ bể chứa: ......................................36
4.1.4 Thiết kế hệ thống cột đỡ bể chứa.............................................................36
4.1.4.1 Lựa chọn số trụ đỡ cho bể chứa :....................................................36
4.1.4.2 Vật liệu làm trụ đỡ : .........................................................................36
4.1.4.3 Liên kết giữa trụ và bể chứa : .........................................................37
4.1.4.4 Liên kết giứa các trụ đỡ với nhau:..................................................37
4.1.4.5 Tính toán các đặc trưng hình học của cột đỡ: ................................37
4.1.4.6 Kiểm tra tại mặt cắt A-A tại đầu cột:.............................................38
4.1.4.7 Kiểm tra tại mặt cắt B-B ở chân cột :.............................................43
4.2 Tính toán và thiết kế hệ thanh giằng có tăng đơ để chống tải trọng ngang .48
4.2.1 Tính toán lực kéo thanh giằng ................................................................49
4.2.8 Kiểm tra ứng suất kéo trong thanh giằng : ...........................................50
4.2.8 Tính toán chốt ( cho chi tiết 1 ) ...............................................................50
4.2.8 Tính toán chi tiết 1 ...................................................................................51
4.2.8 Tính toán và kiểm tra tấm nối thanh giằng...........................................52
4.2.8 Lựa chọn tăng đơ : ..................................................................................53
4.2.7 Tính toán tấm đệm chân cột....................................................................53

2


4.2.8 Tính toán liên kết hàn:.............................................................................55

CHƯƠNG 5 : THIẾT KẾ MÓNG CHO BỂ............................................................58
5.1 Lựa chọn phương án móng ............................................................................58
5.2 Xác định tải trọng ...........................................................................................58
5.3 Lựa chọn sơ bộ kích thước cọc ......................................................................58
5.4 Số liệu địa chất ..................................................................................................58
5.5 Xác định độ sâu đáy đài .........................................................................60
5.6 Xác định sức chịu tải của cọc:........................................................................61
5.7 Xác định số lượng cọc trong móng ................................................................63
5.8 Tính số lượng và bố trí cọc.............................................................................64
5.9 Tính toán kiểm tra cọc....................................................................................65
5.10 Kiểm tra đài cọc:.............................................................................................66
5.10.1 Kiểm tra cường độ trên tiết diện nghiêng – điều kiện đâm thủng .....66
5.10.2 Tính toán cường độ trên tiết diện thẳng đứng – tính cốt thép đài .....67
CHƯƠNG 6 : THIẾT KẾ BẰNG MÁY TÍNH........................................................69
6.1 Tải trọng tác dụng lên bể ................................................................................69
6.1.1 Tải trọng bản thân của bể chứa..............................................................69
6.1.2 Tải trọng của LPG chứa trong bể chứa :...............................................69
6.1.3 Tải trọng nước khi thử áp lực :...............................................................69
6.1.5 Áp lực của chất lỏng.................................................................................69
6.1.6 Tải trọng gió tác dụng lên thân bể..........................................................69
6.2 Tổ hợp tải trọng ...............................................................................................70
6.3 TÍNH TOÁN TRÊN SAP 2000......................................................................71

3


CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG

1.1.Khái niệm chung
Các công trình xây dựng dùng để chứa đựng các sản phẩm chất lỏng, chất khí,
các vật liệu dạng hạt, ví dụ như : sản phẩm dầu (xăng, dầu hoả, …), khí hoá lỏng,
nước, axit, cồn công nghiệp, các vật liệu hạt, …. được gọi là bể chứa. Các bể chứa này
có thể có áp lực thấp, áp lực thường, hay áp lực cao .
Tuỳ vào công năng của từng bể, vào yêu cầu sử dụng cũng như các yêu cầu về
kinh tế, thi công, người ta có các loại hình bể thích hợp. Việc phân loại bể chủ yếu căn
cứ vào hình dáng và áp lực của nó .
1.2 phân loại bể chứa
* Theo hình dáng của bể gồm có :
- Bể chứa hình trụ ( trụ đứng, trụ ngang – hình vẽ ) .
- Bể hình cầu, hình giọt nước, …(xem hình vẽ dưới) .

Hình 1.1Bể chứa trụ đứng . Hình 1.2 Bể chứa trụ ngang
.

Bể chứa trụ đứng : Thể tích chứa có thể rất khác nhau, từ 100 đến 20000 m3 (chứa
xăng ), thậm chí tới 50 000 m3 ( chứa dầu mazút, …). Bể trụ đứng có thể dùng mái có
cột chống hay không có cột chống, có ưu điểm là đơn giản khi chế tạo và lắp ghép,

4


dung tích chứa lớn, kinh tế. Nhưng thường chỉ chứa được các chất lỏng hay khí có áp
suất thường hoặc không cao lắm .
Bể chứa trụ ngang : Cũng có các ưu điểm như bể chứa trụ đứng như đơn giản khi
chế tạo và lắp ghép, đặc biệt có thể chế tạo tại nhà máy rồi vận chuyển đến công trình,
khả năng chịu áp lực cao, nhưng thể tích chứa nhỏ (50 – 500 m3 ), chứa gas, xăng, hơi
hoá lỏng… ) .

Hình 1.3 Bể chứa cầu . Hình 1.4 Bể chứa hình giọt nước .

Bể chứa cầu : Dùng để chứa hơi hoá lỏng với áp suất dư Pd = 0.25 – 1.8 MPa, chúng
có ưu điểm là chịu được áp suất cao, giảm tổn thất mất mát do bay hơi, ứng suất đều
theo các phương, tuy nhiên rất khó khăn khi chế tạo, mặc dù vậy do những ưu điểm
mà không bể nào sánh được nó vẫn được sử dụng một cách rộng rãi trong thực tế .
Bể chứa hình giọt nước : Lấy hình dạng hợp lý theo sức căng mặt ngoài của giọt
nước, bể chứa hình giọt nước dùng để chứa xăng có hơi đàn hồi cao Pd = 0.03 – 0.05
MPa, về cơ bản nó cũng có những ưu và nhược điểm như bể chứa cầu .
* Theo áp dư :
Do chất lỏng bay hơi trong không gian hơi giữa mặt thoáng của chất lỏng và mái
bể mà phân ra :
Bể chứa áp lực thấp : khi áp lực dư Pd [ 0.002 MPa ( 0.02kG/cm2 ) và áp lực chân
không ( khi xả hết chất lỏng ) Po [ 0.00025 MPa ( 0.0025 kG/cm2 ) .
Bể chứa áp lực cao : khi áp lực dư Pd/ 0.002 Mpa .

5


* Ngoài ra còn có cách phân loại theo vị trí trong không gian : cao hơn mặt đất (đặt
trên gối tựa), trên mặt đất , ngầm , nửa ngầm dưới đất hoặc dưới nước .
Như vậy, bể chứa với những ưu điểm riêng của nó là những công trình xây
dựng phục vụ đắc lực cho đời sống kinh tế xã hội. Chúng ngày càng hoàn thiện đáp
ứng ngày một cao về yêu cầu sử dụng. Việc nghiên cứu, ứng dụng nó, làm cho nó
ngày càng phát huy vai trò của mình là rất cần thiết đáp ứng nhu cầu ngày càng cao
của nền kinh tế hiện đại
1.3. Tình hình xây dựng bể chứa ở nước ta
Ở nước ta, bể chứa mới chỉ xuất hiện từ cuối thế kỉ XIX, đầu thế kỉ XX, chủ yếu
lúc đầu phục vụ cho công cuộc khai thác thuộc địa của Pháp. Trong suất mới thập kỉ
tiếp theo do chiến tranh, do công nghiệp phát triển chậm chạp bể chứa ít phát triển, chủ
yếu chỉ phục vụ cho xăng dầu, quân sự. Gần đây cùng với sự phát triển của đất nước,
hàng loạt dự án, nhà máy ra đời có nhu cầu sử dụng bể chứa, đời sống nhân dân ngày
một nâng cao nhu cầu xăng dầu, gas cũng theo đó mà tăng vọt. Nhu cầu bể chứa trở
nên cấp thiết, bể chứa trở thành công trình xây dựng phổ biến trong xã hội. Tuy nhiên
chủ yếu vẫn là các bể chứa trụ đứng, chúng ta đã thiết kế và thi công những bể chứa
dung tích 25 000 m3 (Cát Lái – Thành phố Hồ Chí Minh ), những bể chứa dưới 10000
m3 được sử dụng một cách phổ biến như ở Nhà Bè, Cần Thơ, Hải Phòng, Vũng Tàu,
Hồ Chí Minh ….còn bể chứa cầu, hình giọt nước gần như phải mua của nước ngoài
hay trong nước mới chỉ có thiết kế (bể chứa cầu do trong nước thiết kế mới chỉ thi
công ở trong TP Hồ Chí Minh). Nhu cầu xây dựng bể chứa cầu để chứa khí hoá lỏng
còn rất cấp bách. Bể chứa ở nước ta vẫn còn nhỏ và phân tán, xu hướng xây dựng các
bể chứa có áp lực cao hay các bể chứa có dung tích lớn đang phát triển .

6


CHƯƠNG 2

CƠ SỞ THIẾT KẾ

2.1. Thông số thiết kế

- Kiểu bể : Bể cầu bằng thép đặt trên hệ trụ đỡ.

- Khả năng chứa : 2500(T).

2500
- Thể tích bể chứa :V= = 5511, 46(m3 ).
0,504.0,9

3 5511, 46
- Bán kính trong của bể : Ri= 3 . = 10,96 (m).
4 p

- Trọng lượng riêng lớn nhất của LPG g : 0,56 (T/m3).

- Trọng lượng riêng nhỏ nhất của LPG gm : 0,504 (T/m3).

- Áp suất trong thiết kế PTK : 1,6 (N/mm2).

- Áp suất ngoài thiết kế Potk : 0,1 (N/mm2).

- Chiều dày ăn mòn cho phép bên trong Δi : 1,5(mm).

- Chiều dày ăn mòn cho phép bên ngoài Δo : 0,5(mm).

- Kiểm tra bằng tin Rơnghen : Toàn bộ chiều dài đường hàn 100%

- Sức chứa lớn nhất của bể : 90% thể tích bình

- Nơi xây dựng bể : Hải phòng.

- Áp lực gió Wo : 115 daN/ m2

2.2 Tiêu chuẩn và quy phạm phục vụ cho việc thiết kế

2.2.1 Tiêu chuẩn tính tải trọng:

Tính tải trọng gió theo : Tải trọng và tác động TCVN 2737-1995.(TL[4])

2.2.2 Quy phạm thiết kế thân bể chứa:

Thành bể được thiết kế theo quy phạm : ASME section VIII DIVISION
2.(TL[1])
7


2.2.3 Tiêu chuẩn vật liệu cho thân bồn

Tiêu chuẩn vật liệu ASTM A516 Gr 70 (TL[2])

Tiêu chuẩn vật liệu ASME section II part D (TL[3]).

2.2.4 Tiêu chuẩn vật liệu cho thép gia cường và họng ống

Tính toán theo tiêu chuẩn vật liệu ASTM A516 Gr 70 (TL[2]).

2.2.5 Tiêu chuẩn vật liệu cho giá đỡ bồn

Tính toán theo tiêu chuẩn vật liệu API 5L (TL[5]).

2.3. Các loại vật liệu dùng trong thiết kế

2.3.1 Vật liệu dùng để thiết kế thân bể chứa:

Loại thép tấm A516 Gr70, có các đặc tính kỹ thuật sau:

- Trọng lượng riêng : g = 7,85 (T/m3).

- Giới hạn chảy thiết kế Sy = 260 Mpa = 260 ( N/mm2 )

- Giới hạn bền thiết kế St = 485 Mpa = 485 ( N/mm2 )

- Mô đun đàn hồi : E= 2.1.105MPa= 2.1.105 (N/mm2)

Theo appendix 2 ( ASME section II part D ) , Tra bảng Table 2 – 100 (a ) ta sẽ lấy :

2 2
- Giới hạn chảy thiết kế S y = x 2 6 0 = 1 7 3, 3 3 ( N/mm2 )
3 3

1 1
- Giới hạn bền thiết kế S t = x 4 8 5 = 1 6 1, 6 ( N/mm2 )
3 3

Lấy giá trị nhỏ hơn

Vậy ta lấy giá trị Sm = 161,6 ( N/mm2 ) để tính toán

8


CHƯƠNG 3

THIẾT KẾ BỂ CHỨA THEO QUY PHẠM

3.1 Tính toán các loại tải trọng tác dụng lên bể chứa

3.1.1 Tải trọng gió:

Tải trọng gió được tính theo tiêu chuẩn TCVN 2737-1995.

Giá trị tiêu chuẩn thành phẫn tĩnh của tải trọng gió :

Wg= γ.Wo.k.c.As. (3.1)

Trong đó :

- Wg : Giá trị tiêu chuẩn thanh phần tĩnh của tải trọng gió

- Wo : Giá trị của áp lực gió theo vùng.

- k : Là hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao lấy
theo bảng 5 (TCVN 2737 – 95 )

- c : Hệ số khí động lấy theo bảng 6 (TCVN 2737 – 95 )

- As là diện tích chắn gió hiệu quả ( m2 )

As = π.(Ro.sinβ )2

- Ro là đường kính ngoài của bể chứa

- Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió lấy bằng 1,2.

Xác định hệ số k :

Trọng tâm bể có cao độ : h= Ri+ ao= 10,96+ 2=12,96 (m)

Trong đó :

- Ri: Bán kính trong của bể chứa, Ri = 10,96 (m).

- a0: khoảng cách từ cốt 0.00 đến đáy bể chứa, ao = 2(m).

Tra bảng 5 ( TCVN 2737 -95 ) với dạng địa hình B ta có : k=1,05

9


3.1.1.1 Xác định hế số khí động c :

Do bể chứa có dạng hinh cầu nên tra bảng 6, tương ứng với sơ đồ 32, ta có

Hệ số rây non Re= 0,88.d . Wo .k .g .105 = 0,88.2.10,96. 115.1,05.1, 2.105

Re= 232,2.105 > 4.105.

Với d= 2.Ri là đường kính khối cầu, (m).

Bảng 3.1 -Bảng chỉ dẫn hệ số khí động tại một số điểm ứng với góc b.

b(độ) 0 15 30 45 60 75

ce +1,0 +0,8 +0,4 -0,2 -0,8 -1,2

b(độ) 90 105 120 135 150 175 180

ce -1,25 -1,0 -0,6 -0,2 +0,2 +0,3 +0,4

Hình dạng gió tác dụng lên một nửa bể chứa
b

h¦íng giã

Hệ số khí động ở mặt đón gió c = 0,8

Hệ số khí động ở mặt hút gió c = 0,4

10


3.1.1.2 Tính diện tích chắn gió hiệu quả:

Diện tích chắn gió hiệu quả được tính theo công thức sau;

AS = p .( Ro .sin b ) 2 .

Từ bảng 6, ta thấy diện tích chắn gió hiệu quả ở mặt đón gió tương ứng với
b=450

AS1= p .(10,96.sin 450 ) = 188,7 ( m2 )
2

Diện tích hút gió hiệu quả ứng với góc b=300

AS2= p .(10,96.sin 300 ) = 94,3 ( m2 )
2

3.1.1.3 Tải trọng gió tác dụng lên bể chứa

Ở mặt đón gió Wg1 = 1,2.115.1,05.0,8.188,7 = 21874,1 ( daN ) =218741 ( N )

Ở mặt hút gió Wg2 = 1,2.115.1,05.0,4.94,3 = 5465,6 ( daN )=54656 ( N )

Vậy tổng tải trọng gió :

Wg = Wg1 – Wg2 = 164085 ( N )

Kết luận :

Tải trọng gió tác dụng lên bể chứa là Wg = 164085 ( N )

3.1.2 Tải trọng của kết cấu phụ trợ

Các loại kết cấu phụ trợ như : ống công nghệ, sàn công tác, cầu thang lên
xuống, họng ống , trong qua trính bảo dưỡng công nhân sữa chữa kiểm tra,... gây ra tác
dụng lên bể chứa và tổng tải trọng các kết cấu phụ trợ là:

G3= 12 (T) =12000.9,81= 117720 (N).

3.1.3 Tải trọng do áp lực thuỷ tĩnh của chất lỏng

Tính chiều cao h chất lỏng ( chất lỏng chiếm 90% thể tích bể ) :

11


m
Vc = p .m 2 .( R - ) ( 3.2 )
3

1
Ta có phương trình sau : VC = V
10

m 1 4
Þ p m 2 ( Ri - ) = . p .R 3
3 10 3

Trong đó :

- a là khoảng cách từ mặt chất lỏng đến tâm bể (m )

- Ri là bán kính trong của bể ( m )

- Vc là thể tích phần chỏm cầu không chứa chất lỏng

- V là thể tích bể chứa

Giải phương trình trên ta có nghiệm m = 4,29 (m )

Vậy chiều cao cột chất lỏng là :

H = 2.R – m = 2.10,96 – 4,29 = 17,63 (m )

Áp lực thủy tĩnh được xác định theo công thức :

gh.9,81
.
Pi = ( N/mm2 ) ( 3.3 )
1000

Trong đó :

- γ là trọng lượng riêng của chất lỏng chứa trong bể (T/m3 )

- Pi là áp suất thủy tĩnh ứng với mực chất lỏng trong bể (N/mm2 )

- h là chiều cao cột chất lỏng ( m)

Với γ = 0,56 (T/m3 ) ta có bảng kết quả sau :

Bảng 3.2: Tính áp lực thuỷ tĩnh và tổng áp lực tại các điểm

Áp lực Tổng áp
Điểm Mức chất
θ ( độ ) thủy tĩnh PiTK(KN/m2) lực
tính lỏng (m)
Pi(N/mm2) P(N/m2)

12


A 55o 0,383 0,002 1,6 1,602
B 90o 6,668 0,037 1,6 1,637
C 125o 12,953 0,071 1,6 1,671
D 180o 17,63 0,097 1,6 1,697

3.2 Tính toán chiều dày thép thân bể

3.2.1 Tính toán chiều dày thân bể chịu áp lực trong

Theo phần AD-202 (TL[1]), ta có công thức tính chiều dày bể chứa:

0,5.P.R
t= +c. (3.4)
S - 0, 25.P

Tại những điểm chịu thêm ứng suất kéo, ta có công thức sau:

0,5.P.R + F
t= +c. (3.5)
S - 0, 25.P

Trong đó:

- t: Chiều dày thành bể tính toán (mm).

- P: Tổng áp lực trong tính toán tại điểm đang xét, (N/mm2)

P = Pi +Ptk

- Ptk là áp suất thiết kế trong bể chứa 1,6 ( N/mm2 )

- Pi là áp suất thủy tĩnh ứng với mực chất lỏng trong bể (N/mm2 )

- F: Lực dọc theo phương thẳng đứng trong các tấm thép thành bể
có giá trị dương khi gây kéo trong thành vỏ(N/mm).

- R: Bán kính trong của bể chứa không tính đến ăn mòn (mm).

- S Là ứng suất giới hạn mà phần tử vỏ có thể chịu được

Tính theo công thức: S= k.Sm (N/mm2 )

- k: Hệ số được lấy theo bảng AD150.1(TL[1]).

k=1 ứng với tổ hợp tải trọng:áp suất thiết kế, tải trọng bản thân và
tải trọng phụ trợ,áp lực thuỹ tĩnh.
13


k=1,2 ứng với tổ hợp trên và thêm tải trọng gió.

- Sm là ứng suất giới hạn thiết kế vật liệu , Sm= 161,66 (N/mm2).

- c : Giá trị chiều dày ăn mòn cho phép, bao gồm ăn mòn bên trong
và bên ngoài. c=1,6+0,5=2,1(mm).

a). Tính toán sơ bộ bề dày thành bể ( chỉ tính với áp lực trong tính toán )

Áp dụng công trên ta có bảng tính chiều dày thân bể tại 1 số điểm với :

C =2,1 ( mm ) ; Ri = 10,96 ( m )

Ptk = 1,6 N/mm2

S=k.Sm=1.161,6 = 161,6 (N/mm2).

Ta có bảng kết quả sau :

Bảng 3.3: tính sơ bộ chiều dày thành bể tại các điểm

Tổng áp
Mức chất Áp lực t
Điểm θ ( độ ) lực
lỏng (m) thủy tĩnh ( mm )
tính P(N/m2)
A 55o 0,384 0,002 1,602 56,544
B 90o 6,670 0,037 1,637 57,720
C 125o 12,956 0,071 1,671 58,897
D 180o 17,63 0,097 1,697 59,772

b). Tính lực dọc trong phần tử vỏ :

Giả sử đã biết chiều dày thành bể chứa là t= 60 ( mm ).

Ta thiết lập được công thức sau để tính lực dọc trong phần tử vỏ :

2p .R 2 (1 - cosq ).t.g
F1= ( 3.6 )
2p .R.sin 2 q

w2
F2= . ( 3.7 )
2.p .R.sin 2 q

F = F1 +F2 ( 3.8 )

14


Trong đó :

- W1 là trọng lượng bản thân của bể

- W2 là trọng lượng các thiết bị phụ trợ

- F1 là lực dọc theo phương thẳng đứng trong các tấm thép thành bể
sinh ra do trọng lượng bản than phần bên trên điểm tính toán

- F2 là lực dọc theo phương thẳng đứng trong các tấm thép thành bể
sinh ra do lực W2

- Ra là bán kính trung bình của bể chứa Ra = Ri + t/2 ( mm )

- Ri là bán kính trong của bể ( mm )

- t là chiều dày thành bể ( mm )

- θ là góc hợp bởi bán kính tại điểm đang xét và phương thẳng
đứng

- γ là khối lượng riêng của thép là bể ( T/m3 )

với t = 60 (mm ) nên Ra = Ri + t/2 = 10960 + 60/2 = 10990 ( mm )

Bảng 3.4: giá trị lực dọc tại các điểm xét.

F1 F2 F
Điểm tính θ(độ) (N/mm) (N/mm) (N/mm)
A 55o -32,895 -2,541 -35,436
B 90o -51,763 -1,705 ± 53,468
C 125o 32,895 0.000 32,895
D 180o 0.000 0.000 0.000

c) Tính chiều dày thành bể tại các điểm

Áp dụng công thức ( 3.6 ) đối với điểm A ,B

Áp dụng công thức ( 3.7 ) đối với điểm C
15


Với C = 2,1 (mm ) ; Ri = 10,96 ( m ) ; s= 161,66 ( N/mm2 )

Ta có bảng kết quả sau :

Bảng 3.5: giá trị chiều dày phần tử vỏ với lực kéo F

Tổng áp
Điểm F t
θ( độ) lực
tính (N/mm ( mm )
( N/mm2 )
A 55o 1,602 -35,436 56.544
B 90o 1,637 -53,468 57.720
C 125o 1,671 32,895 59.101
D 180o 1,697 0.000 59.772

3.2.2 Tính toán chiều dày thành bể chịu áp lực ngoài

Theo phần AD-320 TL([2]) ta có trình tự các bước tính như sau:

a). Các bước tính toán:

Bước 1: Giả thiết 1 giá trị của t và tính bán kính ngoài của bể, tính toán giá trị
hệ số A theo công thức sau:

0,125
A= .
Ro / t

Bước 2: Sử dụng giá tri hệ số A trong bước 1 tra theo đồ thị ở chart in Subpart 3
of section II part D cho loại vật liệu tính toán. Xảy ra hai trường hợp:

A nằm ở bên trái đồ thị thì tính tiếp theo bước 5.

A nằm ở bên phải đồ thị thì chuyển sang bước 3.

Bước 3: Di chuyển đường gióng giá trị của A theo phương đứng cắt với đường
nhiệt độ tại một điểm từ điểm này tiếp tục di chuyển sang phải theo phương ngang đọc
giá trị hệ số B.

Bước 4 : sử dụng giá trị của B trong bước 3 tính áp lực ngoài lớn nhất cho phép
Pa theo công thức sau:
16


B
Pa = .
Ro / t

Bước 5 : Khi A nằm ở bên trái, ta có thể sử dụng công thức sau để tính Pa:

0,0625.E
Pa = 2
.
æ Ro ö
ç ÷
è t ø

Bước 6 : So sánh gí trị Pa trong bước 4 hoặc 5 với P

Nếu Pa lớn hơn P thi thỏa mãn còn ngược lại thì chòn t khác và tính lại

Trong đó :

- A là hệ số dung tra đồ thị

- B là hệ số

- Pa là áp suất ngoài lớn nhất cho phép ( N/mm2 )

- P là áp suất ngoài thiết kế ( N/mm2 )

- Ro là đường kính ngoài của bể chứ

Ro = Ri + t

- Ri là bán kính trong của bể ( không kể chiều dày ăn mòn )


- E là mô đun đàn hồi của vật liệu E = 2,1.105 Mpa

b). Tính toán kiểm tra:

giả sử chọn chiều dày thành bể là : t= 60 mm.

Đường kính ngoài của bể chứa là : Ro= 10960 +60=11020 (mm).

0,125
Þ A= .60 = 6,81.10-4
11020

Tra đồ thị chart in Subpart 3 of section II part D ta thấy A nằm bên trái đồ thị

17


Giá trị áp suất ngoài cho phép lớn nhất là :

0,0625.2,1.105
Pa = 2
= 0,389 (N/mm2).
æ 11020 ö
ç ÷
è 60 ø

Giá trị áp suất ngoài thiết kế là : P= 0,1 (N/mm2).

Ta thấy Pa = 0,389(N/mm2) > P = 0,1(N/mm2)

Kết luận : vậy chiều dày thành bể t = 60 ( mm ) đủ để chịu áp suất ngoài thiết kế .

3.2.3 Tính toán chiều dày thành bể trong điều kiện vận hành ứng suất nén

Theo bảng tính điểm B là điểm chịu ứng suất nén dọc trục lớn nhất. Cho nên ta
đi kiểm tra chiều dày tại B trong điều kiện vận hành ứng suất nén

Theo phần AD-340 (TL[1]) ta có các bước tính toán như sau :

Giả thiết chiều dày thân bể là : t= 60 mm.

Bán kính ngoài của bể là: Ro= 10,96+0,060= 11,02 (m).

Bước 1: tính hệ số A

0,125
A= .t
Ro

Bước 2: Từ giá trị của A ta tra theo chart in Subpart 3 of section II part D xảy ra 2
trường hợp

Nếu A nằm phía bên phải của đường đồ thị ,Tra đồ thị được B

Nếu A nằm bên trái của đường đồ thị thì B được tính theo công thức :

A.E
B=
2

Bước 3: So sánh giá trị của B với lực dọc tính toán tại C

Nếu B > F thì thành đủ dày để chống lại ứng suất nén

Giả thiết chiều dày thân bể là : t= 60 mm.
18


Bán kính ngoài của bể là: Ro= 10,96+0,060= 11,02 (m)

0,125 0,125
Hệ số A : A= .t = .0,06 = 6,81.10-4
Ro 11,020

Tra đồ thị chart in Subpart 3 of section II part D ta thấy A nằm bên trái đồ thị
nên:

A.E 6,81.10-4.2,1.105
B= = = 71,5 (N/mm )
2 2

Ta thấy B = 71,5 > F = 53,468 (N/mm )

Vậy thành bể đủ chiều dày để chống lại ứng suất nén.

3.2.4. Tính toán chiều dày thân bể có xét đến tải trọng gió

Tính ứng suất do gió gây ra ở thành bể ( tại điểm ở giữa thành bể )
Tổng tại trọng gió tác dụng lên bể là :
Wg = 164085 (N )
Mô men gió tác dụng lên bể :
1 æ 4R ö
Mg = Wg . ç O ÷
2 è 3p ø
Ứng suất do gió tác dụng lên thành bể
Mg
Tg = ±
Wb

é æ R ö4 ù
Với Wb = 0,05.Ro . ê1 - ç i ÷ ú
3

ê è Ro ø ú
ë û
Trong đó :
- Wg là tổng tải trọng gió (N )
- Tg là ứng suất trong phần tử vỏ ( N/m2 )
- Mg là mô men do gió tác dụng lên bể ( N.m )
- Ro là bán kính ngoài của bể , Ro = 11,02 ( m )
- Ri là bán kính trong của bể , Ri = 10,96 ( m )
- Wb là mô men chống uốn của tiết diện bể

19


Thay số ta có :
é æ R ö4 ù é æ 10,96 ö 4 ù 3
Wb = 0,05.Ro . ê1 - ç ÷ ú = 0,05.11,02 . ê1 - ç
3 i 3
ú = 1,445 ( m )
ê è Ro ø ú ê è
ë 11,02 ÷ ú
ø û
ë û
1 æ 4R ö 1 æ 4.11,02 ö
Mg = Wg . ç O ÷ = .164085. ç ÷ = 38371,5 ( N.m)
2 è 3p ø 2 è 3p ø
Mg 38371,5
= ±26546,84 ( N/m2 ) = ± 0,265 ( N/mm )
2
Tg = ± =±
Wb 1, 445

Ta nhận thấy ứng suất do gió gây ra ở thành bể là không lớn . Do vậy ta sẽ chỉ tính
kiểm tra độ dày của thành bể tại điểm B khi làm việc trong điều kiện chịu nén
Giá trị lực nén do gió gây ra trong phần tử vỏ :
Tg 0, 265
Fg = = = 0,0044 ( N/mm)
t 60
Tổng lực nén trong phần tử vỏ :
Ftt = Fg + F = 0,0044 + 53,468 = 53,47 ( N/mm )
Trong đó :
- Fg là giá trị lực do gió gây ra ( N /mm )
- F là lực dọc do tải trọng bản thân bể và các thiết bị phụ trợ (
N/mm )
Ta thấy Ftt = 53,47 < B = 71,5 ( N/mm)

Kết luận : Thân bể đảm bảo chịu lực với chiều dày t=60mm.

3.2.5. Tính toán chiều dày thân bể trong điều kiện thử tải

Theo AD 151.1 ( TL(1) ), ta tính chiều dày thành bể trong điều kiện thử áp lực
nước

- Lấy Áp suất thử tải : Pt= 1,5.PiTK = 1,5.1,6 = 2,4(N/mm2).

- Giới hạn bền cho phép của vật liệu: S= 0,9.Sy = 0,9.260 = 234 (N/mm2).

- Chiều dày ăn mòn cho phép bên trong và bên ngoài: C =2,1 mm.

Tính bề dày thành bể theo công thức (2.7 ).

20


0,5.P.R + F
t= +C .
S - 0,25.P

Trong đó :

- P Áp lực tính toán (N/mm2), P= Pt+Pi.

- Pi: Áp lực thuỷ tĩnh tại điểm kiểm tra, (N/mm2).

g n .h.9,81
Pi = (N/mm2 )
1000

- hi: Chiều cao cột chất lỏng từ đỉnh bể chứa đến điểm tính toán.

- gn : Trọng lượng riêng của nước, gn= 1 (T/m3).

thay các số liệu vào ta có kết qua trong bảng sau, với F là lực kéo.

Bảng 3.6 : tính chiều dày thân bể trong điều kiện thử áp lực.

Áp lực Áp suất Tổng áp
Điểm tính θ( độ) thủy tĩnh thử tải lực F(N/mm) t(mm)
Pi(N/mm2) Pt(N/mm2) P(N/mm2)
A 55o 0,046 2,40 2,446 -35,436 58,681
B 90o 0,108 2,40 2,508 ± 53.468 61,21
C 125o 0,169 2,40 2,569 32,895 62,578
D 180o 0,215 2,40 2,615 0.000 63,513

Nhận xét : Ta thấy bề dày thành bể trong điều kiện thử áp lực có giá trị lớn hơn
bề dày trong trường hợp còn lại do vậy ta sẽ chọn chiều dày thành bể như sau :

Bảng 3.7 : chiều dày thân bể đã thiết kế đảm bảo

Tên bản Vị trí t(mm).

Tấm nắp Từ điểm A trở lên 62

Tấm xích đạo Giữa điểm A - B 64

Tấm đáy Từ điểm C trở xuống 66

21


62 mm
62 mm

64 mm
64 mm

66 mm 66 mm

3.2.6. Tính toán trọng lượng bản thân bể:

Trong lượng bản thân bể chứa tính theo công thức sau:

4
G1= .p .(( Ri + ttb )3 - Ri3 ).g
3

Trong đó :

+ ttb: Chiều dày trung bình của bể chứa, ttb= 64 mm.

+ Ri: Bán kính trong của bể chứa, Ri= 10,96 ( m )

Thay số :

4
G1= .p .((10,96 + 0,064)3 - 10,963 ).7,85 = 762,8 ( T )
3

3.3 Thiết kế lỗ mở trên thành bể ( lỗ người chui và họng ống )

Tính toán thiết kế lỗ mở trên thân bể chứa theo phần AD-5 TL([1])

3.3.1 Lựa chọn hình dáng lỗ mở trên thân bể chứa:

Lỗ có hai hình dạng chủ yếu là hình elip và hình tròn. Tốt nhất là dạng hình
tròn ( dễ tính toán gia cường và kiểm tra ). Do vậy ta chọn hình dáng lỗ người
chui và họng ống là dạng hình tròn.

3.3.2 Lựa chọn kích thước của các lỗ mở:

22


d
Đương kính lỗ mở phải thoã mãn điều kiện : £ 0,5.
D

Trong đó :

- d: Là đường kính trong lớn nhất của lỗ mở ( mm )

- D: Là đường kính trong của bể chứa ( mm )

3.3.3 Tính khoảng cách các lỗ mở:

Khoảng cách giữa các lỗ mở tính từ tâm của lỗ mở này đến tâm của lỗ mở kia
phải thoã mãn điều kiện :

2 3
æ lc ö æl ö
ç ÷ + ç l ÷ ³ å ri
è2ø è3ø

Trong đó:

- lc : Thành phần khoảng cách theo phương chu vi của bể.

- ll : Thành phần khoảng cách theo phương dọc bể.

- ri : Bán kính trong của hai lỗ mở liền kề nhau.

Do bể chứa có dạng hình cầu nên thành phần khoảng cách theo phương dọc bể

ll= 0. Suy ra công thức trên có thể viết lại như sau:

lc £ 2.å ri .

3.3.4 Lựa chọn giải pháp thiết kế lỗ mở :

Lỗ mở không cần gia cường , phải thoã mãn yêu cầu sau:

d £ 0, 25. Rm .t .

Trong đó:

- d : Đường kính lỗ mở

- t : Chiều dày trung bình của thân bể chứa , t = 64 ( mm )

23


- Rm: Bán kính thực của bể chứa, Rm= 10960 +0,5.64 =
10992(mm).

Thay số ta có : d £ 0, 25. 10992.64 = 209,68 (mm).

Nhận xét: Ta thấy đường kính lỗ mở không cần gia cường như tính toán trên là
quá nhỏ, không đảm bảo đường kính cho lỗ người chui. Do vậy ta chọn phương án
thiết kế lỗ mở có gia cường.

3.3.5 Lựa chọn vật liệu cho thành lỗ mở và gia cường:

a) Lựa chọn vật liệu cho thành lỗ mở:

Vật liệu sử dụng cho việc chế tạo miệng lỗ phải thoã mãn điều kiện sau:

ST
³ 1,5
SY

Trong đó:

- ST: Giới hạn bền của vật liệu ( N/mm2 )

- SY: Giới hạn chảy dẻo của vật liệu ( N/mm2 )

Chọn loại thép : A516 Gr70 có:

ST = 485(MPa) = 485(N/mm2).

SY = 260(MPa) = 260(N/mm2).

S T 485
Xét tỹ số : = = 1,865. ³ 1,5 thoã mãn điều kiện.
S Y 260

kết luận: Chọn loại vật liệu A516 Gr70 dùng để chế tạo thành lỗ mở.

b) Lựa chọn thép gia cường :

Vật liệu gia cường phải thoã mãn các điều kiện sau:

- Cường độ thép gia cường phải lớn hơn 80% cường độ thép chế tạo bể chứa.

- Vật liệu sử dụng thoã mãn điều kiện sau:

(a r - a v ) .DT £ 0,0008.

24


Trong đó :

- aR: Hệ số giản nở vì nhiệt danh nghĩa của vật liệu gia cường ở
nhiệt độ thiết kế.Tra bảng TE-1,TE-2, TE-3 Subpart 2, ASME
section II part D.

- aV : Hệ số giản nở vì nhiệt danh nghĩa của vật liệu bể dưới nhiệt
độ thiết kế. Tra bảngTE-1,TE-2, TE-3 Subpart 2, ASME
section II part D.

- DT : Nhiệt độ vận hành biến thiên trong khoảng từ 21o C đến
nhiệt độ thiết kế.

Ta thấy phương án tốt nhất là chọn thép gia cường cùng với loại thép chế tạo thành bể

Kết luận: Chọn loại vật liệu A516 Gr70 dùng để gia cường lỗ mở.

3.3.6 Tính chiều dày của thành lỗ mở :

Chiều dày thành lỗ mở được tính toán như chiều dày của thân bể chứa. Tuy
nhiên ở đây thành lỗ mở chỉ chịu áp lực trọng

Công thức tính chiều dày thành lỗ mở :

0,5.P.r
tm = +c
( S - 0,25.P )
Trong đó :

- tm: chiều dày yêu cầu nhỏ nhất của thành họng ống, (mm).

- r : Bán kính trong của lỗ mở, (mm).

- P : áp suất trong tại vị trí lỗ mở, lấy trong điều kiện thử tải,
(KN/mm2).

- S : Giới hạn chảy dẻo của thép thành lỗ mở, (KN/mm2).

- tn: là chiều dày thành họng ống được lựa chọn, (mm)

- C là chiều dày ăn mòn cho phép , C = 2,1 ( mm )

25


3.3.7 Tính toán gia cường

Bảng 3.8 : Thống kê kích thước lỗ và chức năng của chúng

dn
Chi tiết cỡ( in) dci(mm) chức năng
(mm)
Dẫn hướng cho máy đo
T1A, T1C 1,50 38,10 41,3
mực chất lỏng
lắp máy đo mực chất
T1B 1,50 38,10 41,3
lỏng
T2 3,00 76,20 79,4 lắp máy đo servo
Lắp máy đo nhiệt độ
T3 2,00 50,80 54
chất lỏng
T4 1,50 38,10 41,3 lắp máy đo áp suất
T5A,T5B,T5C 6,00 152,40 155,6 Van giảm áp
T6 2,00 50,80 54 thao tác tay và dự phòng
T7 2,00 50,80 54 thao tác tay và dự phòng
M1 20,00 508,00 511,2 lỗ người chui
ống mẫu 0,50 12,70 15,9
B1 8,00 203,20 206,4 Lấy LPG
B2 8,00 203,20 206,4 Nhập LPG
B3 6,00 152,40 155,6 Hoàn lưu hơi
B4 4,00 101,60 104,8 Nhập lại chất lỏng
Hoàn lưu hơi từ máy
B5 3,00 76,20 79,4
bơm dự phòng
B6 1,50 38,10 41,3 lắp máy đo áp suất
B7 1,00 25,40 28,6 Lắp máy đo nhiệt độ
B8 2,00 50,80 54 Lỗ thoát nước
Lấy mẫu phỉa trên lỗ
B9 3,00 76,20 79,4
người chui
M2 20,00 508,00 511,2 Lỗ người chui phía dưới

26


Bảng 3.9 : Bảng tính chiều dày của thành lỗ mở

Chi tiết dn (mm) dci(mm) Góc, θ P (Mpa) trn (mm) tn (mm)
T1A, T1C 38,10 41,3 6,29 1,602 2,158 24
T1B 38,10 41,3 6,1 1,602 2,158 24
T2 76,20 79,4 7,18 1,602 2,217 32
T3 50,80 54 7,18 1,602 2,178 28
T4 38,10 41,3 7,18 1,602 2,158 24
T5A,T5B,T5C 152,40 155,6 7,18 1,602 2,335 44
T6 50,80 54 7,18 1,602 2,178 28
T7 50,80 54 7,18 1,602 2,178 28
M1 508,00 511,2 0 1,602 2,883 181
ống mẫu 12,70 15,9 0 1,602 2,119 12
B1 203,20 206,4 8,63 1,684 2,429 58
B2 203,20 206,4 8,63 1,684 2,429 58
B3 152,40 155,6 8,63 1,684 2,347 46
B4 101,60 104,8 8,63 1,684 2,264 36
B5 76,20 79,4 8,63 1,684 2,223 32
B6 38,10 41,3 8,63 1,684 2,161 24
B7 25,40 28,6 8,63 1,684 2,141 20
B8 50,80 54 0 1,684 2,182 26
B9 76,20 79,4 8,63 1,684 2,223 32
M2 508,00 511,2 8,63 1,684 2,923 136

3.3.7.1 Yêu cầu về diện tích gia cường , AR

æ t .t öæ S ö
AR = d ci .tr .F + 2.ç r n ÷ç1 - n ÷
è cosq øè S ø

Do lựa chọn vật liệu thép gia cường cùng cường độ thép thành bể cho nên :

Sn
=1
S
27


Þ AR = dci.tr.F

Trong đó :

- dci là đường kính trong của lỗ mở có kể đến ăn mòn (mm )

- tr là chiều dày yêu cầu nhỏ nhất của bể (mm).

- F là Hệ số phụ thuộc hình dạng bể . Đối với bể dạng hình cầu thì
hệ số F=1

d ci = d n + 2.1,6

- dn là đường kính trong của lỗ mở (mm )

- tn là bề dày danh nghĩa của thành lỗ mở ( mm )

- Sn là giới hạn chảy dẻo của thép thành lỗ mở ( N/mm2 )

- θ là góc hợp giữa trục của lỗ mở và phương vuông góc với thành
bể

3.3.7.2 Tính toán khả năng tự gia cường của thành bể và thành lỗ mở

Diện tích gia cường giới hạn , theo phương dọc theo thành bể Aw

2.ts .tn æ S n ö
AW = 2.( LW - rci )( ts - tr ) - ç1 - ÷
cosq è S ø

Do thành bể và thành lỗ mở sử dụng cùng loại vật liệu nên :

AW = 2. ( LW - rci )( ts - tr )

Diện tích gia cường giới hạn , theo phương pháp tuyến với thành bể :

Sn
AW = 2.Ln ( tn - trn )
S

Do thành bể và thành lỗ mở sử dụng cùng loại vật liệu nên :

AW = 2.Ln ( tn - trn )

Nếu AW + An ³ AR thành bể và thành họng ống tự gia cường

AW + An £ AR thành bể và thành họng ống cần gia cường thêm

28


Trong đó :

-tr là bề dày yêu câu nhỏ nhất của bể ( mm )

- ts là bề dày danh nghĩa của thành bể ( mm )


- trn là bề dày yêu cầu nhỏ nhất của thành lỗ mở ( mm )

- F là hệ số phụ thuộc vào hình dạng bể .Đối với bể dạng hình cầu
thì hệ số F =1

- ri là bán kính trong của lỗ mở , có kể đến ăn mòn ( mm )

- Sn là giới hạn chảy dẻo của vật liệu thép gia cường ( N/mm2 )

- S là giới hạn chảy dẻo của thép làm thành bể ( N/mm2 )

- θ là góc hợp giữa trục của lỗ mở và phương vuông góc với thành
bể

- Lw là chiều dài đường biên dọc theo bể mặt bể chứa của gia cường
( mm )

- Ln là chiều dài đường biên dọc theo phương pháp tuyến thành bể
của gia cường ( mm )

3.3.7.3 Giới hạn khu vực gia cường :

Chiều dài đường biên dọc theo bề mặt bể chứa của gia cường : LW

Chiều dài đường biên dọc phải thỏa mãn hai yêu cầu sau đây

Yêu cầu 1 : Lw1

Toàn bộ chiều dài đường biên của gia cường phải bằng hoặc lớn hơn hai giá trị
sau

L’w1 = 2r

Hoặc L’’w1 = r + ts + tn

Yêu cầu 2 : Lw2 : 2/3 chiều dài đường biên của gia cường phải bằng hoặc lớn
hơn hai giá trị sau:
29


L 'w 2 =
3
2
(r + 0,5 Rm .ts )
3
L ''w 2 = ( r + t s + tn )
2

Lấy giá trị Lw là giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị Lw1 và Lw2

Trong đó :

- ts là bề dày danh nghĩa của thành bể ( mm )


- r là bán kính trong của lỗ mở ( mm )

- Rm là bán kính trong của bể chứa , Ri =10,96 (m )

- Ta là chiều dày trung bình của thành bể , ta = 62 (mm )

Chiều dài đường biên dọc theo phương pháp tuyến thành bể của gia cường : Ln

Chiều dài đường biên của gia cường theo phương pháp tuyến với thành bể phải thỏa
mãn điều kiện :

Thiết kế thành lỗ mở có chiều dài h ³ 2,5tn + K

Do vậy , giới hạn của gia cường phải bằng hoặc lớn hơn hai giá trị sau :

Ln1 = 0,5 rm .tn + K

Hoặc Ln2 = 2,5tn

Trong đó :

- h là chiều dài thành lỗ mở ( mm )

- tn là chiều dày danh nghĩa của thành họng ống ( mm )

- ts là bề dày thành bể ( mm )

- rm là bán kính thực của lỗ mở ( mm )

rm = r + 0,5tn ( mm )

30


dn
- r là bán kính trong của lỗ mở , r = ( mm )
2

- h là chiều dài thành họng ống với bề dày tn ( mm )

- K là hệ số phụ thuộc bán kính cung tròn chuyển tiếp giữa thành
bể và thành họng ống . Do thiết kế thành họng ống vuông góc với
thành bể cho nên K = 0

Kết quả tính toán cho trong các bảng sau :

Bảng 3.10 : Bảng tính diện tích gia cường yêu cầu AR

Chi Cỡ dn dci ts tr trn tn Ar
tiết in mm mm mm mm mm mm mm2
T1A, T1C 1.50 38.10 41.30 60 44.79 2.158 24 1849.83
T1B 1.50 38.10 41.30 60 44.79 2.158 24 1849.83
T2 3.00 76.20 79.40 60 44.79 2.217 32 3556.33
T3 2.00 50.80 54.00 60 44.79 2.178 28 2418.66
T4 1.50 38.10 41.30 60 44.79 2.158 24 1849.83
T5A,T5B,T5C 6.00 152.40 155.60 60 44.79 2.335 44 6969.32
T6 2.00 50.80 54.00 60 44.79 2.178 28 2418.66
T7 2.00 50.80 54.00 60 44.79 2.178 28 2418.66
M1 20.00 508.00 511.20 60 44.79 2.883 181 22896.6
ống mẫu 0.50 12.70 15.90 60 44.79 2.119 12 712.161
B1 8.00 203.20 206.40 64 46.44 2.429 58 9585.22
B2 8.00 203.20 206.40 64 46.44 2.429 58 9585.22
B3 6.00 152.40 155.60 64 46.44 2.347 46 7226.06
B4 4.00 101.60 104.80 64 46.44 2.264 36 4866.91
B5 3.00 76.20 79.40 64 46.44 2.2236 32 3687.34
B6 1.50 38.10 41.30 64 46.44 2.1618 24 1917.97
B7 1.00 25.40 28.60 64 46.44 2.1412 20 1328.18
B8 2.00 50.80 54.00 64 46.44 2.1824 26 2507.76
B9 3.00 76.20 79.40 64 46.44 2.2235 32 3687.336

31


M2 20.00 508.00 511.20 64 46.44 2.9239 136 23740.128

Bảng 3.11 : Bảng tính chiều dài LW theo bề mặt bể chứa

Chi Cỡ dn dci Lw1 Lw2 (mm) Lw AW

tiết in mm mm L'w1 L''w1 L'w2 L''w2 mm mm2

T1A,
1.50 38.10 41.30 38.1 103.05 567.527 154.575 103.05 2506.60
T1C
T1B 1.50 38.10 41.30 38.1 103.05 567.527 154.575 103.05 2506.60
T2 3.00 76.20 79.40 76.2 130.1 596.102 195.15 130.1 2749.96
T3 2.00 50.80 54.00 50.8 113.4 577.052 170.1 113.4 2628.28
T4 1.50 38.10 41.30 38.1 103.05 567.527 154.575 103.05 2506.60
T5A,T5B
6.00 152.40 155.60 152.4 180.2 653.252 270.3 180.2 3115.00
T5C
T6 2.00 50.80 54.00 50.8 113.4 577.052 170.1 113.4 2628.28
T7 2.00 50.80 54.00 50.8 113.4 577.052 170.1 113.4 2628.28
M1 20.00 508.00 511.20 508 495 919.952 742.5 508 7678.00
ống mẫu 0.50 12.70 15.90 12.7 78.35 548.477 117.525 78.35 2141.56
B1 8.00 203.20 206.40 203.2 223.6 709.027 335.4 223.6 4228.44
B2 8.00 203.20 206.40 203.2 223.6 709.027 335.4 223.6 4228.44
B3 6.00 152.40 155.60 152.4 186.2 670.927 279.3 186.2 3807.00
B4 4.00 101.60 104.80 101.6 150.8 632.827 226.2 150.8 3455.80
B5 3.00 76.20 79.40 76.2 134.1 613.777 201.15 134.1 3315.32
B6 1.50 38.10 41.30 38.1 107.05 585.202 160.575 107.05 3034.36
B7 1.00 25.40 28.60 25.4 96.7 575.677 145.05 96.7 2893.88
B8 2.00 50.80 54.00 50.8 115.4 594.727 173.1 115.4 3104.60
B9 3.00 76.20 79.40 76.2 134.1 613.777 201.15 134.1 3315.32
M2 20.00 508.00 511.20 508 454 937.627 681 508 8864.28

32


Bảng 3.12 Bảng tính chiều dài Ln theo phương pháp tuyến

Chi Cỡ dn dci Ln1 Ln2 Ln An
tiết in mm mm mm mm mm mm2
T1A
1.50 38.10 41.30 13.649176 60 60 2620.946
T1C
T1B 1.50 38.10 41.30 13.649176 60 60 2620.946
T2 3.00 76.20 79.40 20.803846 80 80 4765.189
T3 2.00 50.80 54.00 16.607227 70 70 3615.027
T4 1.50 38.10 41.30 13.649176 60 60 2620.946
T5A,T5B
6.00 152.40 155.60 32.866396 110 110 9166.271
T5C
T6 2.00 50.80 54.00 16.607227 70 70 3615.027
T7 2.00 50.80 54.00 16.607227 70 70 3615.027
M1 20.00 508.00 511.20 124.85442 452.5 452.5 161195.2
ống mẫu 0.50 12.70 15.90 6.0868711 30 30 592.8243
B1 8.00 203.20 206.40 43.516663 145 145 16115.43
B2 8.00 203.20 206.40 43.516663 145 145 16115.43
B3 6.00 152.40 155.60 33.775731 115 115 10040.15
B4 4.00 101.60 104.80 24.88373 90 90 6072.339
B5 3.00 76.20 79.40 20.803846 80 80 4764.226
B6 1.50 38.10 41.30 13.649176 60 60 2620.585
B7 1.00 25.40 28.60 10.653638 50 50 1785.88
B8 2.00 50.80 54.00 15.798734 65 65 3096.289
B9 3.00 76.20 79.40 20.803846 80 80 4764.226
M2 20.00 508.00 511.20 104.63269 340 340 90491.74

33


Bảng 3.13: Bảng kiểm tra khả năng tự gia cường

Chi Cỡ dn dci Ar Aw An A Kết
tiết in mm mm mm2 mm2 mm2 mm2 luận
T1A, T1C 1.50 38.10 41.30 1849.827 2506.61 2620.946 5127.554 Được
T1B 1.50 38.10 41.30 1849.827 2506.61 2620.946 5127.554 Được
T2 3.00 76.20 79.40 3556.326 2749.97 4765.189 7515.157 Được
T3 2.00 50.80 54.00 2418.66 2628.29 3615.027 6243.315 Được
T4 1.50 38.10 41.30 1849.827 2506.61 2620.946 5127.554 Được
T5A,T5B,T
6.00 152.40 155.60 6969.324 3115.01 9166.270 12281.27 Được
5C
T6 2.00 50.80 54.00 2418.66 2628.29 3615.027 6243.315 Được
T7 2.00 50.80 54.00 2418.66 2628.29 3615.027 6243.315 Được
M1 20.00 508.00 511.2 22896.65 7678.01 161195.18 168873.1 Được
ống mẫu 0.50 12.70 15.90 712.161 2141.57 592.824 2734.392 Được
B1 8.00 203.20 206.40 9585.216 4228.45 16115.426 20343.87 Được
B2 8.00 203.20 206.40 9585.216 4228.45 16115.426 20343.87 Được
B3 6.00 152.40 155.60 7226.064 3807.01 10040.150 13847.15 Được
B4 4.00 101.60 104.80 4866.912 3455.81 6072.3392 9528.147 Được
B5 3.00 76.20 79.40 3687.336 3315.33 4764.226 8079.554 Được
B6 1.50 38.10 41.30 1917.972 3034.37 2620.584 5654.952 Được
B7 1.00 25.40 28.60 1328.184 2893.89 1785.880 4679.768 Được
B8 2.00 50.80 54.00 2507.76 3104.61 3096.289 6200.897 Được
B9 3.00 76.20 79.40 3687.336 3315.33 4764.22615 8079.554 Được
M2 20.00 508.00 511.20 23740.13 8864.29 90491.740 99356.02 Được

Kết luận: với bề dày thành lỗ mở và thành bể đã chọn . Tải vị trí các lỗ mở , vật
liệu luôn đảm bảo tự gia cường . Do vậy không cần phải hàn them các tấm gia
cường .

34


CHƯƠNG 4

THIẾT KẾ KẾT CẤU ĐỠ BỂ VÀ HỆ GIẰNG CHO KẾT CẤU ĐỠ BỂ

4.1Thiết kế kết cấu đỡ bể

4.1.1 Tính toán tải trọng tác dụng lên hệ kết cấu đỡ bể chứa :

Tải trọng tác dụng lên bể chứa sẽ truyền xuống đất thông qua hệ thống kết cấu
đỡ bể chứa. Vì vậy ta có các tải trọng sau tác dụng lên hệ kết cấu đỡ bể chứa.

1) Tải trọng gió :

Wg = 164085 ( N )

2) Tải trọng của LPG chứa trong bể chứa :

Khi vận hành , lượng khí hóa lỏng có thể chứa tối đa ở trong bể là 90% thể tích bể
và có trọng lượng :

W3= 2725000 ( N )

3) Tải trọng bản thân của bể chứa :

W1= 762,8 ( T ) = 7483068 ( N )

4) Tải trọng của các thiết bị phụ trợ, sàn công tác :

G3= 12 ( T ) = 117720 ( N )

5) Tải trọng khi thử áp lực :

Khi thử áp lực thì thể tích nước đúng bằng thể tích của bể chứa. Vì vậy trọng lượng
của nước được tính theo công thức sau :

W4= V.gn

Trong đó :

- V : Thể tích của bể chứa.

- gn : Trọng lượng riêng của nước, gn=10(KN/m3).

Thay số ta có : W4= 5511,46.1= 5511,46 ( T ) = 54067460 ( N )
35


4.1.2. Tổ hợp tải trọng tác dụng kết cấu đỡ bể chứa:

Theo phần AD – 9 ( TL[ 1] ) tất cả các tải trọng tác dụng vào bể chứa đều phải
lấy với giá trị lớn nhất, hệ số tổ hợp tải trọng là 1 đối với tất cả các tải trọng, mỗi một
tổ hợp tải trọng sẽ tương ứng với một trạng thái làm việc của bể chứa, trong quá trình
vận hành bể chứa có các trạng thái làm việc sau.

1) Trạng thái thử áp lực nước

Tổ hợp tải trọng = W1 + W2 + W4 + Wg

Trong đó :

- W1 là tải trọng bản thân của bể


- W4 là tải trọng bản thân của nước khi thử áp lực bể

- Wg là tải trọng gió

2) Trạng thái làm việc bình thường

Tổ hợp tải trọng = W1 + W2 + W3 + Wg

Trong đó :



- W3 là tải trọng bản thân của LPG chứa trong bể

- Wg là tải trọng gió

4.1.4 Thiết kế hệ thống cột đỡ bể chứa

4.1.4.1 Lựa chọn số trụ đỡ cho bể chứa :

chọn số lượng trụ đỡ cho bể chứa là : 8 trụ

4.1.4.2 Vật liệu làm trụ đỡ :

Trụ đỡ dạng ống thép API 5L X65, có các thông số sau :
36


- Đường kính ngoài : Do= 762 (mm).

- Bề dày thành ống : to= 14,3 (mm).

- Cường độ giới hạn chảy dẻo : SY= 448 (MPa).

- Cường độ giới hạn bền : ST= 530 (MPa).

4.1.4.3 Liên kết giữa trụ và bể chứa :

Do vị trí liên kết giữa trụ và bể chứa rất nhạy cảm, là chỗ rất nguy hiểm cho bể
chứa cho nên ta chọn liên kết ở đây là liên kết hàn.

4.1.4.4 Liên kết giứa các trụ đỡ với nhau:

Ta sử dụng hệ thống giằng chéo để liên kết các trụ lại với nhau, giữa hai trụ sẽ
có hai giăng chéo. giằng chéo sử dụng để tăng khả năng chịu lực của trụ đỡ, tăng tính
chịu lực đồng đều giữa các trụ.

4.1.4.5 Tính toán các đặc trưng hình học của cột đỡ:

* Diện tích mặt cắt ngang :

p .( D 2 - ( D - 2.t )
2
)
A=
4

Thay số vào ta có : A =
(
p . 7622 - ( 762 - 2.14,3)
2
) = 33590,25( mm ) .
2

4

* Mô men quán tính :

I=
(
p . D 4 - ( D - 2.t )
4
).
64

Thay số vào ta có : I =
(
p . 7624 - ( 762 - 2.14,3)
4
) = 2,35.10 (mm ).
9 4

64

* Mô men chống uốn :

2.I
W= .
D

37


2.2,35.109
Thay số vào ta có : W = = 6,16.106 (mm3 ).
762

* Bán kính quán tính :

I
r= .
A

2,35.109
Thay số vào ta có : r = = 264,4( mm).
33590,25

4.1.4.6 Kiểm tra tại mặt cắt A-A tại đầu cột:

a ) Lực nén do tổng tải trọng thẳng đứng tác dụng lên mỗi cột :

W
Po =
N

Lực nén khi kể đến tải trọng gió :

W 4.Wg .l
P g= ± .
N N .Do

Trong đó :

- Po là lực nén tại đầu cột sinh ra do tác dụng của tải trọng thẳng
đứng

- Pg là lực nén khi có thêm tác dụng của gió

- W là tổng tải trọng thẳng đứng tác dụng lên cột

- N là cột đỡ bể , N = 8

- Wg là tải trọng gió , Wg = 164085 ( N )

- l là chiều dài đoạn cột liên kết với bể chứa, l = 3000 (mm)

- Do là đường kính ngoài của bể , Do= 2.(10960 +66) = 22052 (mm)

* Trong trường hợp thử áp lực

Tổng tải trọng thẳng đứng :

W = W1 + W2 + W4 = 74830368 + 117720 + 54067460 = 61832333 ( N )
38


Lực nén tại mặt cắt A – A :

W 61832333
Po = = = 7708531 ( N )
N 8

W 4.Wg .l 61832333 4.164085.3000
P g= ± = ± = 7719692,3 ( N )
N N .Do 8 8.22052

= 7697369,8 ( N )

* Trong trường hợp hoạt động bình thường


W = W1 + W2 + W3 = 7247922 + 117720 + 2725000 = 35014873 ( N )

Lực nén tại mặt cắt A – A :

W 35014873
Po = = = 4356348,5 ( N )
N 8

W 4.Wg .l 35014873 4.164085.3000
P g= ± = ± = 4367509,7 ( N )
N N .Do 8 8.22052

= 4345187,3 ( N )

b ) Mô men lệch tâm ở đầu cột :

S .R.Po .(1 - m )
M= .
E

Trong đó :

- Po là lực nén tại đầu cột sinh ra do tác dụng của các tải trọng
thẳng đứng.

- R là bán kính ngoài của bể chứa tại điểm B , R = 11026 (mm).

- là hệ số poission, m=0,3

- E là mô đun đàn hồi của thép , E=2,1.105 (MPa).

- S: ứng suất trong phần tử vỏ tại điểm xích đạo ( điểm B )

39


0,5.P.R + F
S= + 0,25.P.
ts

- P : áp suất trong của bể chứa, (N/mm2).

P=1,6 (N/mm2), trong trạng thái vận hành bình thường.

P=2,4 (N/mm2), trong trạng thái thử áp lực.

- ts : Bề dày thành bể chứa tại điểm tính toán, ts= 64(mm)

* Trong trường hợp thử áp lực nước

Ứng suất trong phần tử vỏ tại điểm xích đạo

0,5.2,4.11026 + 53,47
S= + 0,25.2,4 = 208,14 ( N/mm2 )
64

Mô men lệch tâm :

214,83.11026.7708531.(1 - 0,3)
M= = 58957039,6 ( N.mm )
2,1.105

* Trong trạng thái hoạt động bình thường

Ứng suất trong phần tử vỏ tại điểm xích đạo

0,5.1,6.11026 + 53,47
S= + 0,25.1,6 = 139,03 ( N/mm2 )
64

Mô men lệch tâm :

143,51.11026.4356348,5.(1 - 0,3)
M= = 22256976,67 ( N.mm )
2,1.105

c )Kiểm tra khả năng chịu nén

Theo tiêu chuẩn AISC, ứng suất cho phép của cột đỡ tính theo công thức sau:

40


æ
( ) ö
2
Kl
ç1 - r ÷ .F
ç 2.Cc2 ÷
y
ç ÷
Fa = è ø .
( ) ( )
3
Kl Kl
5 3. r - r
+
3 8.Cc 8.Cc3

Trong đó :

- Fa là ứng suất cho phép dung cho tải trọng tĩnh (N/mm2)

- K là hệ số chiều dài tính toán, k = 0,8

- l là chiều dài thực của cột, l=13026 (mm)

- Cc: Hệ số kể đến sự làm việc đàn hồi dẻo của vật liệu, tính theo
công thức:
0,5
æ 12.p 2 .E ö
Cc = ç ÷ .
ç F ÷
è y ø

- r : Bán kính quán tính của cột , r = 264,4(mm).

- E: Mô đun đàn hồi của vật liệu,E=2,1.105 (N/mm2).

- Fy: Cường độ giới hạn chảy của vật liệu, Fy=448 (N/mm2)

Thay số vào ta có :
0,5
æ 12.p 2 .2,1.105 ö
Cc = ç ÷ = 235,62.
è 448 ø

Kl 0,8.13026
= = 39,4
r 264,4

Kl
Ta thấy = 39,4 < Cc = 235,62
r

41


Vậy công thức trên được áp dụng

æ æ 9369,6 ö ö
2
ç ç ÷ ÷
ç1 - è 264,97 ø ÷
* 448
ç 2 * 235,62 2 ÷
ç ÷
è ø
Fa = 3
.
æ
ç 9369,6 ö æ 9369,6 ö
5 3 è 264,97 ÷ ç
ø è 264,97 ÷
ø
+ * - 3
3 8 235,62 8 * 235,62

Fa = 255,51 (N/mm2)

Ứng suất nén ở mặt cắt A –A là :

* Trong trường hợp thử tải :

Pg M 7729692,2 58957039,6
sn = + = + 6
= 239,39 ( N/mm2 )
A Wc 33590,25 6,16.10


Pg M 4367509,7 22256976,7
sn = + = + 6
= 133,63 ( N/mm2 )
A Wc 33590,25 6,16.10

Ta thấy :

- Trong trường hợp thử tải Fa =255,51 > s n =239,39 ( N/mm2 )

- Trong trường hợp vận hành bình thường Fa =255,51 > s n = 133,63 ( N/mm2 )

Kết luận :

Trong các trường hợp vận hành ,cột đỡ bể hoàn toàn đủ khả năng chịu nén

d ) kiểm tra khả năng chịu uốn

Theo ( TL [ 2 ] ) tiêu chuẩn AISC , khả năng chịu uốn cho phép của cột là

Ta có :

é F .D ù é 448.762 ù 2
Fb = ê0,72 - 0,58 y o ú .Fy = ê0,72 - 0,58 5 ú .448 = 293,02 ( N/mm )
ë E.t û ë 2,1.10 .14,3 û

42


ứng suất do mô men uốn tại mặt cắt A –A là :


M 2.Wg .l 58957039,6 2.164085.3000
sb = + = 6
+ 6
= 29,53 ( N/mm2 )
Wc N .Wb 6,16.10 8.6,16.10


M 2.Wg .l 22256976,7 2.164085.3000
sb = + = 6
+ 6
= 23,58 ( N/mm2 )
Wc N .Wb 6,16.10 8.6,16.10

Ta thấy :

- Trong trường hợp thử tải Fb = 293,02 > s b = 29,84 ( N/mm2 )

- Trong trường hợp vận hành bình thường Fb = 293,02 > s b = 23,58 ( N/mm2 )

Kết luận :

Tại mặt cắt A –A ( đầu cột ) , trong các trường hợp chịu tải cột hoàn toàn đủ
khả năng chịu lực

4.1.4.7 Kiểm tra tại mặt cắt B-B ở chân cột :

a ) Lực nén do tổng tải trọng thẳng đứng tác dụng lên mỗi cột :

W
Po =
N

Lực nén khi kể đến tải trọng gió :

W 4.Wg .l
P g= ± .
N N .Do

Trong đó :

- Po là lực nén tại đầu cột sinh ra do tác dụng của tải trọng thẳng
đứng

- Pg là lực nén khi có them tác dụng của gió

- W là tổng tải trọng thẳng đứng tác dụng lên cột có tính them trọng
lượng bản thân của cột Wcột
43


Wcột = A.l.7,85

Wcột = 33590,25.10-6.13,026.7,85= 3,435 (T ) = 33694 ( N )

- N là cột đỡ bể , N = 8

- Wg là tải trọng gió , Wg = 164085 ( N )

- l là chiều dài đoạn cột liên kết với bể chứa, l = 3000 (mm)

- Do là đường kính ngoài của bể , Do= 2.(10960 +66) = 22052 (mm)

* Trong trường hợp thử áp lực


W = W1 +W2+ W4 + Wcột = 7483068+117720+54067460 + 33694,8

= 61866028 ( N )

Lực nén tại mặt cắt B – B :

W 61866028
Po = = = 7712742,8 ( N )
N 8

W 4.Wg .l 61866028 4.164085.3000
P g= ± = ± = 7723904,1 ( N )
N N .Do 8 8.22052

= 7701581,6 ( N )

* Trong trường hợp hoạt động bình thường


W = W1 + W2 + W3 + Wcột = 74830682 + 117720 + 2725000+33694,8

= 35048568( N )

Lực nén tại mặt cắt B – B :

W 35048568
Po = = = 4360560,3 ( N )
N 8

44

đồ án bể chứa

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Viewers also liked

Viewers also liked (20)

Similar to đồ án bể chứa

Similar to đồ án bể chứa (20)

More from luuguxd

More from luuguxd (20)

đồ án bể chứa