Tiêu chuẩn API 650 & Thiết kế bể chứa theo API 650

vnWelder

Administrator
Thành viên BQT
#1
Welded steel tanks for oil storage Các bồn chứa hàn từ thép cho tồn trữ sản phẩm dầu
API 650

1.Phạm vi của API 650:
1.1.Tổng quát:
1.1.1. API 650 cung cấp thông tin về:
vật liệu, thiết kế, chế tạo, lắp đặt bồn chứa,
các yêu cầu thử nghiệm cho bồn chứa có tính chất sau – thẳng đứng, hình trụ, nằm trên mặt đất, kín hoặc hở ở đỉnh, được hàn từ thép – áp suất của bồn gần bằng áp suất khí quyển và không lớn hơn áp suất gây ra do trọng lượng của mái che.
Tiêu chuẩn này chỉ áp dụng cho các bồn chứa có đáy bồn được đỡ hoàn toàn và không sử dụng cho mục đích có nhiệt độ thấp, nhiệt độ tối đa vận hành bồn là 90[SUP]o[/SUP]C
1.2.Các phụ lục quan trọng của API 650
Trạng thái
A. Thiết kế khác cho bồn chứa kích thước nhỏ
B. Khuyến cáo cho thiết kế và lắp đặt nền móng cho cho bồn chứa dầu trên mặt đất
C. Nắp che nổi bên ngoài
D. Các yêu cầu kỹ thuật
E. Thiết kế chống động đất cho bồn chứa
F. Thiết kế bồn chứa có áp suất trong nhỏ
G. Các mái vòm có cấu trúc đỡ bằng nhôm
H. Các nắp che nổi bên trong
I. Phát hiện rò rỉ dưới đáy bồn và bảo vệ đáy
J. Các bồn chứa được lắp đặt trong xưởng
K. Ứng dụng ví dụ cho các phương pháp thiết kế xác định bề dày bồn khác nhau
L. Bảng dữ liệu (data sheet ) của API 650
M. Các yêu cầu cho vận hành bồn chứa khi nhiệt độ tăng
N. Sử dụng các vật liệu mới chưa được liệt kê trong tiêu chuẩn
O. Khuyến cáo cho các liên kết mối nối dưới đáy bồn chứa
P. Tải trọng ngoài cho phép trên thành lỗ hở của bồn chứa
S. Các loại bồn chứa bằng thép không rỉ hệ austenite

2.Vật liệu
2.1.1.Các vật liệu được quy định theo tiêu chuẩn này và dựa trên yêu cầu của người đặt hàng cũng như nhà sản xuất vật liệu
2.1.2.Nếu có vật liệu hoặc ống không thỏa mãn tiêu chuẩn này thì chỉ được sử dụng chúng nếu chúng thỏa mãn các thử nghiệm vật liệu được quy định trong phụ lục N
2.2.Tấm phẳng (plate)
2.2.1.Tổng quát:
-Trừ những trường hợp đặc biệt, mọi tấm phẳng dùng trong bồn chứa của tiêu chuẩn này phải tuân theo các tiêu chuẩn kỹ thuật của ASME liệt kê ở phần dưới
-Tấm phẳng dùng cho thân bồn, mái che, đáy phải được sử dụng trên cơ sở bề dày của gờ tấm phẳng, hoặc trên cơ sở khối lượng/diện tích (kg/m[SUP]2[/SUP])
-Bề dày của gờ tấm phẳng không được nhỏ hơn bề dày tính toán thiết kế
-Khối lượng tấm phẳng phải đủ lớn để có bề dày lớn hơn bề dày tính toán thiết kế
-Sai số cho phép trong cả hai trường hợp trên là 0.25mm (#0.01inch)
-Mọi tấm phẳng phải được sản xuất bởi phương pháp nhiệt hở, lò điện, quá trình oxygen. Tấm phẳng được sản xuất theo phương pháp thermo-mechanical control process (quá trình điều khiển cơ-nhiệt) có thể sử dụng được nếu được người sử dụng chấp nhận. Thép có đồng có thể được sử dụng nếu có sự đồng ý của người sử dụng.
-Tấm phẳng dùng cho thân bồn bị giới hạn bề dày tối đa là 45mm (1.75inch). Thép dùng cho bộ phận gắn vào bồn hoặc cho bích có thể dầy hơn 45mm. Thép có bề dầy lớn hơn 40mm phải được chuẩn hóa hoặc tôi, ủ, ram sao cho có cấu trúc hạt đủ nhỏ và thỏa mãn được thử nghiệm về va đập (impact test)
2.2.2.Các tiêu chuẩn kỹ thuật của ASTM
2.2.3.Các tiêu chuẩn kỹ thuật của CSA
2.2.4.Các tiêu chuẩn kỹ thuật của ISO
2.2.5.Các tiêu chuẩn cấp quốc gia
3.6.Thiết kế thân bồn chứa:
3.6.1.Tổng quát
Bề dày thực của bồn chứa phải lớn hơn bề dày thiết kế yêu cầu bao gồm bề dày ăn mòn cho phép hoặc bề dày thủy áp thủy tĩnh, tuy nhiên bề dày bồn không được nhỏ hơn các giá trị sau đây

Đường kính bồn (m) Bề dày tối thiểu (mm)
<15 5
15 đến 36 6
36 đến 60 8
>60 10

3.6.1.2 Trừ khi được quyết định khác bởi người sử dụng, bề rộng tối thiểu của tấm thép phẳng là 1800mm. Các tấm phẳng sẽ được hàn giáp mí (butt welded) phải có hình vuông
3.6.1.3.Tỷ trọng lưu chất dùng trong tính toán bề dày bồn chứa được quy định bởi người sử dụng
3.6.1.4.Thử nghiệm áp suất thủy tĩnh đối với bề dày bồn được tính toán trên cơ sở bồn được chứa chất lỏng là nước.
3.6.1.5.Nếu thân bồn gồm nhiều loại vật liệu, thì ứng suất dùng cho quá trình tính toán phải là ứng suất cho phép nhỏ nhất, do vậy bề dày của mọi vật liệu phải không nhỏ hơn bề dày tính toán từ ứng suất này.
3.6.1.6.Bồn chứa được kiểm tra khả năng ổn định chống lại quá trình bẻ gập bồn chứa do vận tốc gió. Trong trường hợp cần tăng độ ổn định có thể sử dụng gờ trung gian, hoặc tăng chiều dày thân bồn hoặc sử dụng cả hai phương pháp.
3.6.2.Ứng suất cho phép
Ứng suất tối đa cho phép (S[SUB]d[/SUB]) dùng trong tính toán bề dày được qui định trong bảng 3-2. Thường giá trị này bằng 2/3 của độ bền uốn (đàn hồi – yield stress) hoặc 2/5 của độ bền kéo, sử dụng thông số nhỏ hơn để tính toán.
3.6.3.Tính toán bề dày bồn chứa theo phương pháp 1-foot- Phương pháp tính toán bề dày bồn chứa theo 1-foot nghĩa là tính bề dày yêu cầu mỗi 1 foot nằm trên đáy bồn chứa. Điều này có nghĩa là bồn chứa xem như được chia nhỏ làm nhiều phần theo chiều cao, mỗi phần có độ cao 1 foot.
Lưu ý phương pháp này không được sử dụng cho bồn chứa có đường kính lớn hơn 62m.
Bề dày tối thiểu yêu cầu cho thành bồn phải lớn hơn bề dày tính theo công thức sau (trong hệ đơn vị SI):

3.6.4.Tính toán bề dày bồn theo phương pháp điểm thiết kế thay đổi (variable design point method)
Lưu ý: Quá trình tính toán này thường làm giảm bề dày của mỗi course (đoạn bồn) cũng như tổng trọng lượng của bồn, tuy nhiên ý nghĩa quan trọng của phương pháp này là cho phép thiết kế bồn chứa có đường kính lớn trong phạm vi bề dày tối đa cho phép của vật liệu.
3.6.4.1. Thiết kế theo phương pháp này cho ra bề dày bồn tại các điểm thiết kế khi tính toán ứng suất tác động lên bồn gần với ứng suất thực theo chu vi của bồn. Phương pháp này chỉ có thể được sử dụng khi người mua (chủ đầu từ hoặc nhà thầu) không yêu cầu tính toán bề dày bồn theo phương pháp 1-foot và khi thỏa mãn điều kiện sau đây:
L/H £1000/6
3.6.4.2. Bề dày tối thiểu yêu cầu của cả hai điều kiện thiết kế và thử thủy tĩnh được trình bày trong quy trình dưới đây, khi hoàn tất tính toán cần thực hiện các phép tính độc lập cho toàn bộ các đoạn của bồn chứa (course) theo điều kiện thiết kế bỏ qua các bề dày cho phép ăn mòn và bỏ qua điều kiện thử thủy tĩnh.
Bề dày yêu cầu cho mỗi đoạn phải lớn hơn bề dày thiết kế công thêm bề dày cho phép ăn mòn hoặc lớn hơn bề dày thử thủy tĩnh, nhưng tổng bề dày bồn không được nhỏ hơn bề dày yêu cầu được tính toán theo các phần 3.6.1.1, 3.6.1.5 và 3.6.1.6.
Khi sử dụng bề dày lớn hơn cho một course, course tiếp theo cũng có thể sử dụng bề dày lớn hơn.
3.6.4.3.Để tính toán bề dày của đoạn bồn sát đáy, các giá trị ban đầu của t[SUB]pd[/SUB]t[SUB]pt[/SUB] đối với các điều kiện thiết kế và thử thủy tĩnh phải được tính toán trước theo các công thức trong phần 3.6.3.2
3.6.4.4. Bề dày đoạn bồn phần sát đáy t[SUB]1d[/SUB]t[SUB]1t[/SUB] cho các điều kiện thiết kế và thử thủy tĩnh được tính toán theo các công thức sau:
3.6.4.5. Để tính toán bề dày đoạn thứ hai của bồn cho cả điềi kiện thiết kế và thử thủy tĩnh, giá trị của tỷ số sau đây cần được tính toán cho đoạn đáy của bồn:
h[SUB]1[/SUB]/(rt[SUB]1[/SUB])[SUP]0.5[/SUP]
3.6.4.6.Để tính toán bề dày các phần nằm trên đoạn sát đáy cho cả điều kiện thiết kế và điều kiện thử thủy tĩnh, cần tính toán giá trị ban đầu t[SUB]u[/SUB] cho bề dày đoạn tiếp theo sử dụng các công thức trong phần 3.6.3.2., sau đó khoảng cách x của điểm thiết kế thay đổi từ đáy của bồn sẽ được tính toán sử dụng giá trị thấp nhất thu được từ các tính toán sau đây:
x[SUB]1[/SUB] = 0.61(rt[SUB]u[/SUB])[SUP]0.5[/SUP] + 320 CH
x[SUB]2[/SUB] = 1000 CH
x[SUB]3[/SUB] = 1.22(rt[SUB]u[/SUB])[SUP]0.5[/SUP]
với: t[SUB]u[/SUB] = bề dày của đoạn nằm trên gờ nối với đáy (mm)
C = [K [SUP]0.5[/SUP] (K-1)]/(1 + K [SUP]1.5[/SUP])
K = t[SUB]L[/SUB]/t[SUB]u[/SUB]
t[SUB]L[/SUB]=bề dày phần thấp hơn tại gờ nối (mm)
H = mực chất lỏng thiết kế (m)
3.6.4.7. bề dày tối thiểu t[SUB]x[/SUB] cho các đoạn bồn nằm trên được tính toán cho cả điều kiện thiết kế (t[SUB]dx[/SUB]) và điều kiện thử thủy tĩnh (t[SUB]tx[/SUB]) sử dụng các giá trị x tối thiểu thu được từ tính toán trong phần 3.6.4.6:

3.6.4.8. Các bước tính toán từ phần 3.6.4.6 và 3.6.4.7 được lập lại sử dụng các giá trị tính toán được của tx và tu cho đến khi chỉ còn sai khác nhỏ giữa các giá trị tính toán được của tx trong bước tính tiếp theo ( thông thường chỉ cần 2 lần tính lặp).
Lập lại các bước cho phép xác định chính xác hơn vị trí của điểm tiếp theo của đoạn bồn tiếp theo, do vậy có thể thu được bề dày yêu cầu của đoạn bồn chính xác hơn.

Ví dụ tính toán bề dày bồn chứa theo phương pháp 1-foot:
Cho bồn chứa có chiều cao mực chất lỏng 15m, đường kính bồn chứa 55m, ứng suất cho phép thiết kế của vật liệu là 137MPa, ứng suất thử thủy tĩnh cho phép là 154MPa . Bồn chứa được thiết kế theo chất lỏng là nước.
Tính toán bề dày bồn chứa theo bề dày thiết kế và bề dày thử áp suất thủy tĩnh
Giả sử thép tấm để chế tạo bồn có kích thước WxL=2x4(m)
Nếu chọn W=1m=>???
(1) Xác định bề dày theo phương pháp 1-foot (thiết kế và thử thủy tĩnh)
(2) Chọn bề dày tấm thép theo kết quả tính toán được ở trên
(3) Phương pháp tương đương với pp 1-foot: Chọn độ cao chất lỏng theo bề rộng của từng tấm thép từ đáy bồn đến đỉnh bồn để tính bề dày.
Chọn bề rộng tấm thép hợp lý theo:
- Tính có sẵn phù hợp với tiến độ chế tạo và lắp đặt.
- Chi phí tổng: vật tư và chế tạo
- Thời gian
VD2:
Cho bồn chứa có chiều cao mực chất lỏng 10m, đường kính bồn chứa 25m, ứng suất cho phép thiết kế của vật liệu là 137MPa, ứng suất thử thủy tĩnh cho phép là 154MPa . Bồn chứa được thiết kế theo chất lỏng là nước.
Tính toán bề dày bồn chứa theo bề dày thiết kế tổng số tấm thép 2x4(m) cần để chế tạo thân bồn chứa.

Một bảng tính sample của API 650:

http://www.fshare.vn/file/TCRM6JZVYT/
 
Top