Mô Phỏng Tính Toán Thiết Kế Bể Chứa Bằng Phần Mềm Matlab

Mô phỏng thiết kế bể chứa bằng phần mềm Matlab đang trở thành một giải pháp tối ưu cho ngành công… 163 trang · Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm · 2022.

• Tác giả: Hồ Hải Yến
• Người hướng dẫn: ThS. Hồ Tấn Thành
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm
• Chuyên ngành: Công Nghệ Hóa Học
• Đề tài: Mô Phỏng Thiết Kế Bể Chứa Bằng Matlab
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về công nghiệp dầu khí
• 1.2. Khí tự nhiên
• 1.2.1. Nguồn gốc của dầu khí
• 1.2.2. Thành phần của khí tự nhiên
• 1.2.3. Các hợp chất hydrocacbon
• 1.2.4. Các hợp chất phi hydrocacbon
• 1.2.5. Phân loại khí tự nhiên
• 1.2.5.1. Phân loại theo nguồn gốc hình thành
• 1.2.5.2. Phân loại theo hàm lượng khí axit
• 1.2.5.3. Phân loại theo hàm lượng C3+
• 1.2.5.4. Phân loại theo hàm lượng C2+
• 1.2.6. Ứng dụng của khí tự nhiên
• 1.2.6.1. Sử dụng làm nhiên liệu
• 1.2.6.2. Sử dụng làm nguyên liệu
• 1.3. Tổng quan về thị trường dầu khí ở Việt Nam
• 1.4. Tiềm năng về khí ở Việt Nam
• 1.5. Tình hình khai thác và sử dụng khí ở Việt Nam
• 1.6. Nhu cầu sử dụng khí ở Việt Nam
• 1.7. Nhu cầu khí cho ngành điện
• 1.8. Nhu cầu khí cho công nghiệp và nông nghiệp
• 1.9. Nhu cầu khí cho nhiên liệu
• 1.10. Tổng quan về LPG
• 1.10.1. Khái niệm LPG
• 1.10.2. Thành phần của LPG
• 1.10.3. Tính chất cơ bản của LPG
• 1.10.4. Hệ số giãn nở
• 1.10.5. Giới hạn cháy nổ
• 1.10.6. Nhiệt độ tự bắt cháy
• 1.10.7. Các ứng dụng quan trọng của LPG
• 1.10.8. Ảnh hưởng của các tính chất đến việc vận chuyển và lưu trữ
• 1.11. Thị trường LPG Việt Nam
• 1.11.1. Nguồn cung LPG
• 1.11.2. Nhu cầu LPG
• 1.11.3. Công nghệ sản xuất LPG
• 1.12. Tổng quan về công trình bể chứa [1]
• 1.12.1. Khái niệm chung
• 1.12.2. Phân loại bể chứa
• 1.12.2.1. Phân loại bể chứa theo hình dáng:
• 1.12.2.2. Phân loại theo áp suất
• 1.12.2.3. Phân loại theo chiều cao xây dựng
• 1.12.2.4. Phân loại theo vật liệu chế tạo
• 1.13. Các phương pháp thi công, lắp đặt bồn chứa
• 1.13.1. Phương pháp hàn hoàn hiện và ghép dần
• 1.13.2. Phương pháp hàn gián đoạn và lắp ghép tổng thể
• 1.13.3. Phương pháp nâng kích bồn (Jacking-up Method)
• 1.13.4. Phương pháp nổi (Floating Method)
• 1.14. Tình hình xây dựng bể chứa ở Việt Nam
• 2. CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỂ CHỨA
• 2.1. Các bước tính toán
• 2.2. Chọn các thông số ban đầu
• 2.3. Tính đường kính và chiều cao (chiều dài) bể chứa
• 2.3.1. Đường kính và chiều cao bể trụ đứng [2]
• 2.3.2. Đường kính và chiều dài bể trụ ngang [2]
• 2.3.3. Đường kính bể hình cầu
• 2.4. Tính toán áp suất và nhiệt độ [4,5]
• 2.4.1. Nhiệt độ làm việc và áp suất làm việc [4]
• 2.4.2. Áp suất làm việc và áp suất tính toán [4,5]
• 2.5. Lựa chọn vật liệu và phương pháp chế tạo [4]
• 2.6. Hệ số bền mối hàn [4]
• 2.7. Ứng suất cho phép [4]
• 2.8. Hệ số hiệu chỉnh [5]
• 2.9. Tính hệ số bổ sung ăn mòn bề dày [4]
• 2.10. Tải trọng gió [7]
• 2.11. Tính toán thiết kế thân bể chứa [2,4]
• 2.11.1. Thân trụ hàn chịu áp suất trong
• 2.11.2. Thân trụ rèn chịu áp suất trong
• 2.11.3. Thân bể hình cầu chịu áp suất trong
• 2.12. Tính toán thiết kế đáy (nắp) bể chứa [2,4]
• 2.12.1. Đáy (nắp) bán cầu chịu áp suất trong
• 2.12.2. Đáy (nắp) elip chịu áp suất trong
• 3. CHƯƠNG III: PHẦN MỀM MATLAB VÀ LẬP TRÌNH GIAO DIỆN GUI TRÊN MATLAB
• 3.1. Tổng quan về Matlab [7]
• 3.1.1. Giới thiệu chung
• 3.1.2. Mục đích sử dụng của Matlab
• 3.1.3. Các ưu điểm của Matlab
• 3.1.4. Nhược điểm của Matlab
• 3.1.5. Hệ thống Matlab
• 3.2. Giao diện Matlab [7]
• 3.2.1. Giao diện chính của Matlab
• 3.3. Lập trình trong Matlab
• 3.4. Một số lệnh cơ bản trong Matlab
• 3.5. Đồ họa trong Matlab
• 3.6. Tổng quan về lập trình giao diện GUI trong Matlab [7]
• 3.6.1. Giới thiệu chung về GUI Matlab
• 3.6.2. Giao diện GUI Matlab
• 3.6.3. Thư viện GUI Matlab
• 4. CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỂ CHỨA BẰNG PHẦN MỀM MATLAB
• 4.1. Thiết kế giao diện tính toán
• 4.1.1. Thiết kế giao diện “THÔNG SỐ THIẾT KẾ”
• 4.1.2. Viết Callback cho Push Botton “Xóa Dữ Liệu”
• 4.1.3. Viết Callback cho Push Botton “Tiếp Theo”
• 4.1.4. Thiết kế giao diện “ĐƯỜNG KÍNH VÀ CHIỀU CAO CỦA BỂ TRỤ ĐỨNG”
• 4.1.5. Viết Callback cho Push Botton “THỰC HIỆN TÍNH TOÁN”
• 4.1.6. Viết Callback cho Push Botton “Quay Về”
• 4.1.7. Viết Callback cho Push Botton “Tiếp Theo”
• 4.1.8. Thiết kế giao diện “ĐƯỜNG KÍNH VÀ CHIỀU DÀI CỦA BỂ TRỤ NGANG”
• 4.1.9. Viết Callback cho Push Botton “THỰC HIỆN TÍNH TOÁN”
• 4.1.10. Viết Callback cho Push Botton “Quay Về”
• 4.1.11. Viết Callback cho Push Botton “Tiếp Theo”
• 4.1.12. Thiết kế giao diện “ĐƯỜNG KÍNH CỦA BỂ HÌNH CẦU”
• 4.1.13. Viết Callback cho Push Botton “THỰC HIỆN TÍNH TOÁN”
• 4.1.14. Viết Callback cho Push Botton “Quay Về”
• 4.1.15. Viết Callback cho Push Botton “Tiếp Theo”
• 4.1.16. Thiết kế giao diện “NHIỆT ĐỘ VÀ ÁP SUẤT TÍNH TOÁN CỦA BỂ CHỨA”
• 4.1.17. Giao diện với nguyên liệu chứa là Xăng-Dầu
• 4.1.18. Viết Callback cho Push Botton “THỰC HIỆN TÍNH TOÁN”
• 4.1.19. Viết Callback cho Push Botton “Quay Về”
• 4.1.20. Viết Callback cho Push Botton “Tiếp Theo”
• 4.1.21. Giao diện với nguyên liệu chứa là LPG
• 4.1.22. Viết Callback cho Push Botton “THỰC HIỆN TÍNH TOÁN”
• 4.1.23. Viết Callback cho Push Botton “Quay Về”
• 4.1.24. Viết Callback cho Push Botton “Tiếp Theo”
• 4.1.25. Giao diện với nguyên liệu chứa khác
• 4.1.26. Viết Callback cho Push Botton “THỰC HIỆN TÍNH TOÁN”
• 4.1.27. Viết Callback cho Push Botton “Quay Về”
• 4.1.28. Viết Callback cho Push Botton “Tiếp Theo”
• 4.1.29. Thiết kế giao diện “TÍNH TOÁN THÂN BỂ TRỤ ĐỨNG”
• 4.1.30. Viết Callback cho Push Botton “THỰC HIỆN TÍNH TOÁN”
• 4.1.31. Viết Callback cho Push Botton “Quay Về”
• 4.1.32. Viết Callback cho Push Botton “Tiếp Theo”
• 4.1.33. Viết Callback cho Push Botton “Tham Khảo”
• 4.1.34. Thiết kế giao diện “TÍNH TOÁN THÂN BỂ TRỤ NGANG”
• 4.1.35. Viết Callback cho Push Botton “THỰC HIỆN TÍNH TOÁN”
• 4.1.36. Viết Callback cho Push Botton “Quay Về”
• 4.1.37. Viết Callback cho Push Botton “Tiếp Theo”
• 4.1.38. Viết Callback cho Push Botton “Tham Khảo”
• 4.1.39. Thiết kế giao diện “TÍNH TOÁN THÂN BỂ CHỨA HÌNH CẦU”
• 4.1.40. Viết Callback cho Push Botton “THỰC HIỆN TÍNH TOÁN”
• 4.1.41. Viết Callback cho Push Botton “Quay Về”
• 4.1.42. Viết Callback cho Push Botton “Tiếp Theo”
• 4.1.43. Viết Callback cho Push Botton “Tham Khảo”
• 4.1.44. Thiết kế giao diện “TÍNH TOÁN ĐÁY (NẮP) ELIP”
• 4.1.45. Viết Callback cho Push Botton “THỰC HIỆN TÍNH TOÁN”
• 4.1.46. Viết Callback cho Push Botton “Quay Về”
• 4.1.47. Viết Callback cho Push Botton “Tiếp Theo”
• 4.1.48. Thiết kế giao diện “TÍNH TOÁN ĐÁY (NẮP) BÁN CẦU”
• 4.1.49. Viết Callback cho Push Botton “THỰC HIỆN TÍNH TOÁN”
• 4.1.50. Viết Callback cho Push Botton “Quay Về”
• 4.1.51. Viết Callback cho Push Botton “Tiếp Theo”
• 4.1.52. Thiết kế giao diện “CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ BỂ CHỨA”
• 4.1.53. Viết Callback cho Push Botton “THỰC HIỆN TÍNH TOÁN”
• 4.1.54. Viết Callback cho Push Botton “Quay Về”
• 4.1.55. Viết Callback cho Push Botton “Tiếp Theo”
• 4.2. Chạy thử nghiệm
• 4.3. Thông số tính toán
• 4.4. Bảng so sánh kết quả
• 5. CHƯƠNG V: TỔNG KẾT
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về mô phỏng thiết kế bể chứa bằng Matlab

Mô phỏng thiết kế bể chứa bằng phần mềm Matlab đang trở thành một giải pháp tối ưu cho ngành công nghiệp. Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ, việc ứng dụng phần mềm này giúp giảm thiểu thời gian và chi phí trong quá trình thiết kế. Matlab không chỉ cung cấp công cụ tính toán mạnh mẽ mà còn cho phép người dùng tạo ra các mô hình trực quan, dễ dàng điều chỉnh và tối ưu hóa thiết kế bể chứa.

1.1. Lợi ích của việc sử dụng Matlab trong thiết kế bể chứa

Việc sử dụng Matlab trong thiết kế bể chứa mang lại nhiều lợi ích. Đầu tiên, phần mềm này giúp tăng độ chính xác trong tính toán. Thứ hai, nó cho phép mô phỏng các điều kiện thực tế, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu hơn cho thiết kế. Cuối cùng, giao diện thân thiện giúp người dùng dễ dàng thao tác và điều chỉnh thông số.

1.2. Các ứng dụng thực tiễn của mô phỏng bể chứa

Mô phỏng bể chứa bằng Matlab có nhiều ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp. Các nhà máy chế biến dầu khí, hóa chất và thực phẩm đều có thể áp dụng công nghệ này để tối ưu hóa quy trình sản xuất. Ngoài ra, việc mô phỏng còn giúp đánh giá hiệu suất và an toàn của bể chứa trong các điều kiện khác nhau.

II. Vấn đề và thách thức trong thiết kế bể chứa

Thiết kế bể chứa không chỉ đơn thuần là việc tính toán kích thước mà còn phải đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình vận hành. Các thách thức như áp suất, nhiệt độ và tính chất của chất lỏng chứa trong bể đều cần được xem xét kỹ lưỡng. Việc thiếu sót trong thiết kế có thể dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế bể chứa

Các yếu tố như áp suất làm việc, nhiệt độ và tính chất hóa học của chất lỏng đều ảnh hưởng đến thiết kế bể chứa. Việc không tính toán chính xác các yếu tố này có thể dẫn đến sự cố trong quá trình vận hành. Do đó, việc mô phỏng giúp đánh giá và điều chỉnh các thông số này một cách hiệu quả.

2.2. Rủi ro và sự cố trong thiết kế bể chứa

Rủi ro trong thiết kế bể chứa có thể đến từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm sai sót trong tính toán, vật liệu không đạt tiêu chuẩn hoặc điều kiện môi trường không ổn định. Những sự cố này không chỉ gây thiệt hại về kinh tế mà còn ảnh hưởng đến an toàn lao động và môi trường.

III. Phương pháp tối ưu hóa thiết kế bể chứa bằng Matlab

Phương pháp tối ưu hóa thiết kế bể chứa bằng Matlab bao gồm việc sử dụng các thuật toán tính toán để tìm ra giải pháp tối ưu nhất. Các mô hình mô phỏng cho phép người dùng điều chỉnh các thông số đầu vào và quan sát kết quả ngay lập tức, từ đó đưa ra quyết định chính xác hơn.

3.1. Các thuật toán tối ưu hóa trong Matlab

Matlab cung cấp nhiều thuật toán tối ưu hóa như Genetic Algorithm, Particle Swarm Optimization và Simulated Annealing. Những thuật toán này giúp tìm ra các giải pháp tối ưu cho thiết kế bể chứa, từ đó nâng cao hiệu suất và giảm thiểu chi phí sản xuất.

3.2. Quy trình mô phỏng thiết kế bể chứa

Quy trình mô phỏng thiết kế bể chứa bao gồm các bước như xác định thông số đầu vào, chạy mô phỏng và phân tích kết quả. Việc thực hiện quy trình này một cách chính xác sẽ giúp đảm bảo rằng thiết kế bể chứa đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật và an toàn.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc mô phỏng thiết kế bể chứa bằng Matlab không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao độ chính xác trong tính toán. Nhiều nhà máy đã áp dụng thành công phương pháp này, từ đó cải thiện hiệu suất sản xuất và giảm thiểu rủi ro trong vận hành.

4.1. Các dự án thành công trong ngành công nghiệp

Nhiều dự án trong ngành công nghiệp dầu khí và hóa chất đã áp dụng mô phỏng thiết kế bể chứa bằng Matlab. Các dự án này không chỉ đạt được hiệu quả cao mà còn giảm thiểu chi phí đầu tư ban đầu. Kết quả cho thấy sự cần thiết của việc ứng dụng công nghệ trong thiết kế.

4.2. Đánh giá hiệu quả của mô phỏng thiết kế

Đánh giá hiệu quả của mô phỏng thiết kế bể chứa cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong quy trình sản xuất. Các nhà máy đã ghi nhận sự giảm thiểu đáng kể về thời gian và chi phí, đồng thời nâng cao độ an toàn trong vận hành. Điều này chứng tỏ rằng mô phỏng là một giải pháp tối ưu cho ngành công nghiệp.

V. Kết luận và tương lai của mô phỏng thiết kế bể chứa

Mô phỏng thiết kế bể chứa bằng Matlab đang mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, việc ứng dụng mô phỏng sẽ ngày càng trở nên phổ biến và cần thiết. Tương lai của ngành công nghiệp sẽ phụ thuộc vào khả năng áp dụng các công nghệ mới để tối ưu hóa quy trình sản xuất.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ mô phỏng

Xu hướng phát triển công nghệ mô phỏng trong thiết kế bể chứa đang diễn ra mạnh mẽ. Các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và học máy sẽ được tích hợp vào phần mềm mô phỏng, giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong thiết kế.

5.2. Tầm quan trọng của việc đào tạo nhân lực

Đào tạo nhân lực có vai trò quan trọng trong việc áp dụng công nghệ mô phỏng. Các kỹ sư và chuyên gia cần được trang bị kiến thức và kỹ năng cần thiết để sử dụng hiệu quả phần mềm Matlab trong thiết kế bể chứa. Điều này sẽ giúp nâng cao năng lực cạnh tranh của ngành công nghiệp.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế và các ngành công nghiệp chế biến, hóa chất, năng lượng tại Việt Nam kéo theo nhu cầu lưu trữ nguyên vật liệu dạng lỏng và khí ngày càng gia tăng. Trong đó, hệ thống các công trình bể chứa đóng vai trò huyết mạch tại hầu hết các nhà máy, xí nghiệp thuộc các quy mô từ nhỏ, vừa đến lớn. Đặc biệt, đối với ngành công nghiệp dầu mỏ và khí đốt – ngành kinh tế mũi nhọn cung cấp nguyên liệu và nhiên liệu cho sản xuất điện, đạm, giao thông vận tải và dân dụng – việc lưu trữ an toàn khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) cùng các sản phẩm dầu mỏ đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt. Việc tự chủ tính toán thiết kế bồn bể trong nước giúp tiết kiệm chi phí lớn so với phương án nhập khẩu từ nước ngoài.

Tuy nhiên, trong thực tiễn kỹ thuật ngành Công nghệ Hóa học và Máy – Thiết bị, quy trình tính toán thiết kế cơ khí cho các loại bồn bể chịu áp lực theo phương pháp thủ công bằng tay thường bộc lộ nhiều hạn chế: khối lượng phương trình và phép tính lớn, quy trình tra cứu bảng biểu phức tạp, tốn kém thời gian, đồng thời dễ phát sinh sai sót, nhầm lẫn gây ảnh hưởng đến độ chính xác và tính an toàn của công trình. Để khắc phục triệt để khó khăn này, việc ứng dụng công cụ tin học hóa như phần mềm Matlab nhằm xây dựng chương trình tính toán tự động qua giao diện người dùng trực quan là giải pháp kỹ thuật cần thiết.

Khóa luận xác định rõ ràng mục tiêu và các nội dung nhiệm vụ nghiên cứu:

• Mục tiêu tổng quát:
  1. Thiết lập trình tự tính toán thiết kế bể chứa theo đúng các tiêu chuẩn và công thức kỹ thuật.
  2. Mô phỏng tính toán thiết kế bể chứa bằng phần mềm Matlab thông qua xây dựng giao diện tương tác người dùng.
• Nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể (được đánh số theo văn bản): 4.1. Nghiên cứu tổng quan về ngành công nghiệp dầu khí, thị trường dầu khí tại Việt Nam, đặc tính của LPG và các công trình bể chứa tại Việt Nam. 4.2. Xây dựng quy trình tính toán thiết kế: tiếp nhận thông số công nghệ đầu vào, tính áp suất và nhiệt độ tính toán, tính đường kính $D$, tính chiều cao $H$ (hoặc chiều dài $L$), tính toán độ bền thân bể, tính toán đáy và nắp bể chịu áp suất trong có xét đến tiêu chuẩn Việt Nam và tác nhân môi trường ngoài. 4.3. Quá trình mô phỏng trên Matlab: nghiên cứu tổng quan về Matlab và kỹ thuật lập trình giao diện GUI; thiết kế các giao diện mô phỏng tính toán cho từng loại thiết bị. 4.4. Chạy thử nghiệm và đánh giá: thực hiện kiểm thử chương trình trên Matlab, đối chiếu so sánh kết quả tính toán mô phỏng với kết quả tính toán thủ công và đưa ra nhận xét.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các dạng bể chứa công nghiệp chuyên dụng, bao gồm: bể trụ đứng, bể trụ ngang và bể hình cầu dùng để chứa xăng dầu, LPG và các hóa chất lỏng/khí khác. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc tính toán cơ khí thiết bị hóa chất (xác định kích thước hình học, bề dày thân bể, bề dày đáy và nắp chịu áp lực trong) và xây dựng bộ công cụ tự động hóa tính toán trên nền tảng Matlab GUIDE, áp dụng trong bối cảnh kỹ thuật tại Việt Nam (thực hiện vào tháng 03/2022 tại Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP. HCM).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng trên nền tảng lý thuyết chuyên ngành Máy và Thiết bị Hóa chất, Nhiệt động lực học và Cơ học vật liệu ứng dụng cho thiết bị vỏ mỏng chịu áp lực. Các cơ sở lý thuyết và văn bản quy chuẩn chính bao gồm:

• Lý thuyết về bồn bể chứa chất lỏng và chất khí công nghiệp: Phân loại bồn chứa theo hình học (trụ đứng mái tĩnh, mái phao, mái cầu; trụ ngang; hình cầu), phân loại theo áp suất làm việc (áp suất khí quyển, áp suất thường, áp suất thấp, áp suất cao) và vật liệu chế tạo.
• Cơ sở tính toán cơ khí thiết bị hóa chất: Các công thức xác định thể tích làm việc, đường kính trong tiêu chuẩn ($D_t$), chiều cao hoặc chiều dài thiết bị; xác định áp suất tính toán ($P$) và nhiệt độ tính toán ($T$) cho thiết bị làm việc trong môi trường cháy nổ; các công thức tính bề dày bền của vỏ hình trụ hàn, vỏ hình trụ rèn, vỏ hình cầu và các dạng đáy/nắp elip, đáy/nắp bán cầu chịu áp suất trong.
• Hệ thống hệ số an toàn và tiêu chuẩn kỹ thuật: Hệ số bền mối hàn ($\varphi_h$) của các chi tiết kim loại, ứng suất cho phép của vật liệu thép ([$\sigma$]), hệ số hiệu chỉnh, hệ số bổ sung ăn mòn hóa học bề dày ($C$), thang độ bền ăn mòn của kim loại, và tải trọng gió tác động lên công trình bồn bể.
• Lý thuyết lập trình giao diện đồ họa người dùng (GUI - Graphical User Interface) trên môi trường phần mềm kỹ thuật Matlab: Cơ chế xử lý tập lệnh M-file, Function file, cửa sổ soạn thảo GUIDE (GUIDE Quick Start), bảng thuộc tính Inspector và cơ chế hàm phản hồi (Callback) điều khiển các nút bấm (Push Button), ô nhập/xuất dữ liệu.

Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm:

• Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: Hệ thống hóa tài liệu về tính chất hóa lý, nhiệt động học của hydrocarbon, khí tự nhiên và LPG; tổng hợp các tiêu chuẩn thiết kế cơ khí thiết bị hóa dầu.
• Phương pháp tính toán giải tích kỹ thuật: Sử dụng hệ thống công thức giải tích chuẩn ngành cơ khí hóa chất để tính toán kích thước, tải trọng, ứng suất và chiều dày thành bồn.
• Phương pháp mô hình hóa và tin học hóa thuật toán: Cấu trúc hóa chu trình tính toán thành các sơ đồ khối logic, chuyển đổi công thức toán học thành mã lệnh xử lý trong Matlab GUI, xây dựng giao diện phân lớp theo từng bước công nghệ.
• Phương pháp thực nghiệm đối chứng: Chạy thử nghiệm mô phỏng trên phần mềm với bộ thông số công nghệ đầu vào giả định, thu thập kết quả và so sánh trực tiếp với phương pháp tính tay truyền thống nhằm đánh giá độ tin cậy và sai số của công cụ.

Nguồn dữ liệu sử dụng trong nghiên cứu:

• Dữ liệu quy hoạch và trữ lượng ngành dầu khí từ Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (PetroVietnam).
• Các số liệu thực nghiệm về tính chất cơ bản của LPG, giới hạn cháy nổ, áp suất bão hòa và nhiệt trị từ các tiêu chuẩn công nghiệp (như tiêu chuẩn ASTM D 1835-03 áp dụng tại Nhà máy xử lý khí Dinh Cố).
• Hệ thống bảng tra cứu cơ khí thiết bị hóa chất: bảng đường kính trong tiêu chuẩn của thân trụ, áp suất tính toán thiết bị môi trường cháy nổ, hệ số mối hàn, hệ số bền ăn mòn, bề dày tối thiểu thép tấm.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

Chương I cung cấp bức tranh toàn diện về nguyên liệu, thị trường và các dạng công trình tồn chứa:

• Công nghiệp dầu khí và khí tự nhiên: Phân tích nguồn gốc sinh học - hóa học của dầu khí qua ba giai đoạn (biến đổi sinh học bởi vi sinh vật, biến đổi hóa học qua phản ứng cracking/ngưng tụ địa chất, và quá trình di cư tích tụ thành mỏ). Khí tự nhiên bao gồm các hợp chất hydrocarbon (chủ yếu là $CH_4$ chiếm 70–98% trong khí thiên nhiên, 48–80% trong khí đồng hành; cùng $C_2H_6, C_3H_8, C_4H_{10}$) và các hợp chất phi hydrocarbon ($CO_2, N_2, H_2S$, khí trơ $He, Ar, Ne$). Tác giả phân loại chi tiết khí tự nhiên theo nguồn gốc (khí thiên nhiên, khí đồng hành, khí ngưng tụ), theo hàm lượng khí axit (khí chua: $H_2S > 1%, CO_2 > 2%$; khí ngọt: $H_2S < 1%, CO_2 < 2%$), theo hàm lượng $C_3^+$ (khí béo: $> 150 \text{ g/m}^3$; khí gầy: $< 50 \text{ g/m}^3$), và theo hàm lượng $C_2^+$ (khí ẩm: $> 10%$; khí khô: $< 10%$).
• Tiềm năng và thị trường dầu khí Việt Nam: Trữ lượng tiềm năng khí đạt khoảng 3–4,5 tỉ $\text{m}^3$ quy dầu, tập trung ở các bể trầm tích Sông Hồng, Phú Khánh, Cửu Long, Nam Côn Sơn, Malay – Thổ Chu, Vũng Mây. Khóa luận tổng hợp các số liệu trữ lượng và tiêu thụ qua các bảng thống kê:

Bể trầm tích	Khí đồng hành (tỉ $\text{m}^3$)	Khí không đồng hành (tỉ $\text{m}^3$)
Nam Côn Sơn	4	158
Cửu Long	40	-
Malay – Thổ Chu	13	-
Sông Hồng	-	200
Các bể khác	-	2
Tổng cộng	57	360

Bên cạnh đó, nhu cầu khí thiên nhiên giai đoạn 1995–2010 tăng trưởng vượt bậc, trong đó lĩnh vực điện năng tiêu thụ từ 500 triệu $\text{m}^3$ (năm 1995) tăng lên 7.000 triệu $\text{m}^3$ (năm 2010); công nghiệp đạt 1.200 triệu $\text{m}^3$ và sản xuất phân bón đạt 1.000 triệu $\text{m}^3$ vào năm 2010.

• Tổng quan về LPG: Trình bày khái niệm khí dầu mỏ hóa lỏng, thành phần gồm Propan ($C_3H_8$), Propylen ($C_3H_6$), Butan ($C_4H_{10}$), Butylen ($C_4H_8$) và vết chất tạo mùi Etyl mecaptan. Các đặc tính nhiệt động nổi bật bao gồm hệ số giãn nở thể tích rất lớn (gấp 15–20 lần so với nước), do đó quy định kỹ thuật chỉ cho phép bồn chứa nạp tối đa 80–85% (hoặc 80–95%) dung tích toàn phần. Khóa luận tổng hợp tính chất hóa lý cơ bản của LPG qua bảng so sánh:

Chỉ tiêu tính chất	Propan	Butan
Điểm sôi tại 760 mmHg ($^\circ\text{C}$)	-42 đến -45	-0,5 đến -0,2
Nhiệt độ tự bốc cháy ($^\circ\text{C}$)	520	500
Tỷ trọng hơi so với không khí	1,4 đến 1,52	1,9 đến 2,01
Khối lượng riêng ($\text{kg/m}^3$)	1,83	2,46
Nhiệt dung riêng ($\text{kJ/kg}^\circ\text{C}$)	2,512	2,386
Ẩn nhiệt bay hơi ($\text{kJ/kg}$)	358,2	372,2
Áp suất hơi tại $15^\circ\text{C}$ (bar)	6,5	0,8
Áp suất hơi tại $20^\circ\text{C}$ (bar)	9,0	2,75
Áp suất hơi tại $25^\circ\text{C}$ (bar)	19,6	7,0
Nhiệt trị toàn phần ($\text{kcal/kg}$)	12.000	11.800
Giới hạn cháy nổ dưới trong không khí ($%\text{V}$)	2,0	1,8
Giới hạn cháy nổ trên trong không khí ($%\text{V}$)	10,0	9,0

• Công trình bể chứa và phương pháp thi công: Phân tích cấu tạo các dạng bể chứa công nghiệp (bể trụ đứng mái tĩnh dung tích 100–20.000 $\text{m}^3$ chứa xăng hoặc tới 50.000 $\text{m}^3$ chứa mazut; bể trụ đứng mái phao; bể trụ đứng mái cầu chịu áp lực dư; bể trụ ngang có vành gia cường; bể hình cầu chịu áp lực cao dung tích 600–4.000 $\text{m}^3$). Trình bày 4 phương pháp thi công thực tế: phương pháp hàn hoàn thiện và ghép dần, phương pháp hàn gián đoạn và lắp ghép tổng thể, phương pháp nâng kích bồn (Jacking-up Method), và phương pháp nổi (Floating Method). Về tình hình xây dựng, Việt Nam đã thi công các bồn dung tích lớn 25.000 $\text{m}^3$ (tại Cát Lái – TP. HCM) và đang hướng tới các cụm kho quy mô 10.000–50.000 $\text{m}^3$ nhằm giảm thiểu tổn thất bay hơi.

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỂ CHỨA

Chương II thiết lập cơ sở toán học và chuỗi thuật toán thiết kế cơ khí chi tiết cho bồn bể:

• Trình tự thiết kế: Xuất phát từ việc lựa chọn thông số ban đầu (loại môi chất, thể tích yêu cầu, nhiệt độ, áp suất làm việc).
• Xác định kích thước hình học: Thiết lập thuật toán tính toán đường kính trong ($D_t$) và chiều cao ($H$) đối với bể trụ đứng; đường kính ($D$) và chiều dài ($L$) đối với bể trụ ngang; và đường kính danh định đối với bể hình cầu dựa trên thể tích hình học và các tỷ lệ kết cấu tối ưu.
• Xác định tải trọng và ứng suất: Thiết lập phương pháp tính áp suất tính toán ($P$) và nhiệt độ tính toán ($T$) cho thiết bị làm việc trong môi trường bắt cháy/nổ; lựa chọn mác thép chế tạo, tính toán ứng suất cho phép danh định có nhân hệ số hiệu chỉnh điều kiện làm việc; xác định hệ số bền mối hàn ($\varphi_h$) theo phương pháp hàn và dạng mối nối; tính bề dày bổ sung ăn mòn hóa học ($C$) theo thời gian phục vụ dự kiến; và tính toán kiểm tra tải trọng gió tác động lên thành bể.
• Thiết kế độ bền thân bồn: Thiết lập các phương trình giải tích xác định bề dày thành vỏ mỏng chịu áp suất trong cho thân trụ hàn, thân trụ rèn và thân cầu.
• Thiết kế đáy và nắp: Thiết lập phương trình tính bề dày cho nắp/đáy elip dập có gờ và nắp/đáy bán cầu, kết hợp tra hệ số hình dáng $y$ và quy định bề dày tối thiểu theo tiêu chuẩn kỹ thuật.

CHƯƠNG III: PHẦN MỀM MATLAB VÀ LẬP TRÌNH GIAO DIỆN GUI TRÊN MATLAB

Chương III giới thiệu nền tảng công nghệ sử dụng để tin học hóa quá trình thiết kế:

• Tổng quan hệ thống phần mềm Matlab: Đánh giá khả năng xử lý ma trận, thư viện hàm toán học chuyên sâu, ưu điểm xử lý số liệu chính xác và nhược điểm về tốc độ thực thi so với các ngôn ngữ biên dịch cấp thấp.
• Cấu trúc giao diện và môi trường làm việc: Phân tích các thành phần Command Window, Workspace, M-file chứa kịch bản dòng lệnh và Function file định nghĩa hàm thuật toán.
• Kỹ thuật lập trình GUIDE (GUI Quick Start): Hướng dẫn phương thức khởi tạo giao diện đồ họa, sắp xếp các điều khiển giao diện (UI controls) trên bản vẽ, sử dụng công cụ Inspector để thiết lập các thuộc tính đối tượng (Tag, String, Font, Position).
• Cơ chế hàm xử lý sự kiện (Callback): Trình bày nguyên lý truyền dữ liệu giữa các thành phần giao diện thông qua cấu trúc dữ liệu handles, tiếp nhận giá trị chuỗi từ ô nhập dữ liệu, chuyển đổi kiểu số thực, giải thuật toán cơ khí và xuất kết quả lên bảng hiển thị.

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỂ CHỨA BẰNG PHẦN MỀM MATLAB

Chương IV là phần thực nghiệm xây dựng phần mềm và kiểm chứng thuật toán:

• Xây dựng hệ thống giao diện: Thiết kế module hóa các màn hình tương tác theo từng bước tính toán nối tiếp nhau, bao gồm:
  • Giao diện "THÔNG SỐ THIẾT KẾ BỂ CHỨA" (nhập thể tích, loại nguyên liệu).
  • Giao diện xác định kích thước: "ĐƯỜNG KÍNH VÀ CHIỀU CAO CỦA BỂ TRỤ ĐỨNG", "ĐƯỜNG KÍNH VÀ CHIỀU DÀI CỦA BỂ TRỤ NGANG", "ĐƯỜNG KÍNH CỦA BỂ HÌNH CẦU".
  • Giao diện xác định thông số làm việc: "NHIỆT ĐỘ VÀ ÁP SUẤT TÍNH TOÁN CỦA BỂ CHỨA" được phân nhánh chi tiết cho ba nhóm môi chất chứa: Xăng – Dầu, LPG, và nhóm môi chất/nguyên liệu khác.
  • Giao diện tính toán độ bền kết cấu: "TÍNH TOÁN THÂN BỂ TRỤ ĐỨNG", "TÍNH TOÁN THÂN BỂ TRỤ NGANG", "TÍNH TOÁN THÂN BỂ CHỨA HÌNH CẦU", "TÍNH TOÁN ĐÁY (NẮP) ELIP", "TÍNH TOÁN ĐÁY (NẮP) BÁN CẦU".
  • Giao diện tổng hợp: "CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ BỂ CHỨA".
• Lập trình mã lệnh điều khiển: Viết các đoạn mã hàm Callback cho từng nút bấm chức năng trên giao diện: Push Button "THỰC HIỆN TÍNH TOÁN", "Tiếp Theo", "Quay Về", "Xóa Dữ Liệu" và nút "Tham Khảo" (tra cứu bảng biểu tiêu chuẩn).
• Kiểm nghiệm và đối chứng kết quả: Chạy mô phỏng chương trình với một bộ thông số công nghệ cụ thể, xuất các kết quả hình học, bề dày thân bể, bề dày đáy nắp, lập bảng đối chiếu chi tiết với kết quả tính toán thủ công bằng tay.

CHƯƠNG V: TỔNG KẾT

Tổng kết toàn bộ các kết quả đạt được của khóa luận: hoàn thiện trình tự lý thuyết tính toán thiết kế cho ba dạng bồn bể cơ bản; lập trình thành công hệ thống phần mềm giao diện GUI trên Matlab chạy ổn định; đánh giá mức độ tương thích giữa tính toán tự động và tính toán thủ công truyền thống.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống tính toán mô phỏng được phát triển dưới dạng một ứng dụng phần mềm kỹ thuật tương tác trên nền tảng công cụ Matlab GUIDE:

Kiến trúc module phần mềm

Chương trình được thiết kế theo cấu trúc phân cấp tuần tự mô phỏng đúng quy trình nghiệp vụ tính toán của kỹ sư thiết kế thiết bị hóa dầu:

• Module nhập liệu và tiền xử lý: Tiếp nhận thông số dung tích bể chứa, nhiệt độ môi trường, áp suất vận hành và tính chất lưu chất.
• Module phân loại môi chất và xác định tải trọng: Xử lý chuyên biệt cho ba kịch bản lưu chất (Xăng – Dầu, LPG, nguyên liệu khác), tính toán áp suất hơi bão hòa, nhiệt độ thiết kế và áp suất tính toán lớn nhất.
• Module xác định kích thước hình học: Chuyển đổi dung tích thành đường kính trong $D_t$, chiều cao $H$ hoặc chiều dài $L$ tương ứng với loại bể trụ đứng, trụ ngang hay hình cầu.
• Module tính toán cơ khí vỏ mỏng: Nhúng các công thức tính bề dày chịu lực của thân vỏ và nắp/đáy, cộng bổ sung lượng mòn kim loại $C$, kiểm tra điều kiện bền theo giới hạn đàn hồi của thép tấm.
• Module kết xuất và tra cứu dữ liệu: Hiển thị thông số tổng hợp trên màn hình kết quả và cung cấp cửa sổ tra cứu các thông số phụ trợ (hệ số hàn $\varphi_h$, hệ số ăn mòn, hệ số thành trụ $\beta$, hệ số hình dáng $y$).

Cơ chế điều khiển và chuyển luồng dữ liệu

Mỗi màn hình giao diện liên kết chặt chẽ với một file giao diện đồ họa (.fig) và một file mã nguồn kịch bản (.m). Hoạt động của hệ thống được điều khiển bởi hệ thống các Push Button thông qua hàm phản hồi:

• Callback "THỰC HIỆN TÍNH TOÁN": Đọc dữ liệu dạng chuỗi từ các ô Edit Text, ép kiểu sang số thực, áp dụng chuỗi phương trình toán học cơ khí và gán kết quả đầu ra lên các ô hiển thị Static Text.
• Callback "Tiếp Theo" và "Quay Về": Thực hiện đóng mở linh hoạt giữa các giao diện theo thứ tự tính toán, đồng thời truyền cấu trúc dữ liệu handles để bảo toàn thông số đã tính ở bước trước sang bước tiếp theo.
• Callback "Xóa Dữ Liệu": Reset toàn bộ giá trị trên màn hình về trạng thái mặc định ban đầu để thực hiện phiên tính toán mới.
• Callback "Tham Khảo": Mở bảng chỉ dẫn tra cứu các hệ số tiêu chuẩn giúp người dùng đưa ra quyết định nhập liệu chính xác.

Kiểm thử và đối chiếu kết quả

Tác giả đã triển khai chạy thử nghiệm phần mềm bằng việc đưa vào một bộ thông số đầu vào cụ thể, sau đó so sánh các đại lượng đầu ra (đường kính, chiều cao/chiều dài, bề dày thân bể, bề dày đáy/nắp) giữa tính toán tự động bằng Matlab và tính toán giải tích thủ công. Bảng so sánh kết quả khẳng định tính tương thích cao, loại bỏ hoàn toàn các sai số làm tròn số học thường gặp trong thao tác bấm máy tính cầm tay, đồng thời giảm thời gian thực hiện từ nhiều giờ tính toán thủ công xuống còn vài thao tác nhập liệu trên phần mềm.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đạt được các kết quả kỹ thuật và đóng góp thực tiễn cụ thể:

• Chuẩn hóa quy trình tính toán thiết kế: Xây dựng hoàn chỉnh sơ đồ khối và trình tự các bước xác định kích thước, tải trọng, ứng suất và độ bền kết cấu cho ba loại hình bể chứa công nghiệp thông dụng (trụ đứng, trụ ngang, hình cầu) chứa xăng dầu và khí hóa lỏng LPG.
• Xây dựng phần mềm ứng dụng chuyên ngành: Thiết kế thành công bộ giao diện người dùng GUI trên phần mềm Matlab gồm hơn 13 màn hình giao diện chuyên biệt, kết nối các hàm Callback thực thi tính toán logic, chính xác và có chức năng liên kết dữ liệu mượt mà giữa các bước.
• Độ tin cậy tính toán: Kết quả đối chiếu tại Bảng so sánh kết quả trong Chương IV chứng minh chương trình mô phỏng trên Matlab cho ra các kích thước hình học và bề dày thành bể, đáy/nắp hoàn toàn trùng khớp với lý thuyết giải tích, hạn chế tối đa nhầm lẫn và sai sót số liệu.
• Đóng góp so với phương pháp truyền thống: Tự động hóa quá trình tính toán cơ khí hóa chất vốn nặng nề về tra bảng và giải phương trình vi tích phân/vỏ mỏng; rút ngắn đáng kể thời gian thiết kế công trình bể chứa; tạo tiền đề cho các kỹ sư và sinh viên nhanh chóng khảo sát, thay đổi các thông số đầu vào để tìm ra phương án kích thước tối ưu nhất mà không phải tính lại thủ công từ đầu.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận chỉ ra một số điểm hạn chế dựa trên phạm vi nghiên cứu và điều kiện thực hiện:

• Hạn chế: Khóa luận được thực hiện trong bối cảnh điều kiện dịch bệnh gặp nhiều khó khăn; phạm vi tính toán của chương trình chủ yếu giới hạn trong bài toán chịu áp suất trong ở trạng thái làm việc tĩnh của các hình dạng cơ bản (thân trụ, thân cầu, đáy bán cầu, đáy elip), chưa xét sâu đến các trường hợp chịu áp suất ngoài (áp suất chân không), tính toán ứng suất cục bộ tại các vị trí lỗ khoét (cửa người, cổ ống công nghệ) và bài toán dao động tải trọng động đất phức tạp.
• Hướng mở rộng nghiên cứu: Tiếp tục mở rộng cơ sở dữ liệu vật liệu chế tạo bồn bể trong phần mềm; bổ sung các module tính toán thiết kế chi tiết phụ trợ (cửa bồn, ống dẫn nhập/xuất, chân đỡ, tai treo, vành gia cường chịu lực); nâng cấp giao diện mô phỏng 3D trực quan kết cấu bồn bể sau khi xuất thông số thiết kế.

Giá trị tham khảo

Công trình khóa luận có giá trị thực tiễn và học thuật phục vụ cho:

• Sinh viên chuyên ngành Công nghệ Hóa học, Kỹ thuật Hóa dầu, Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất: Sử dụng làm tài liệu tham khảo chi tiết cho các đồ án môn học "Thiết kế Máy và Thiết bị Hóa chất", đồ án "Quá trình và Thiết bị" hoặc khóa luận tốt nghiệp có liên quan đến tính toán cơ khí bồn bể.
• Giảng viên và người hướng dẫn nghiên cứu: Tham khảo phương pháp tích hợp lập trình giao diện Matlab GUI vào việc giải quyết các bài toán kỹ thuật công nghệ truyền thống, đổi mới phương pháp giảng dạy và thực hành tính toán.
• Kỹ sư thiết kế cơ khí thiết bị hóa dầu: Khai thác quy trình chuẩn hóa và mã lệnh mẫu trong việc xây dựng các công cụ tính nhanh, tự động hóa quy trình lập hồ sơ thiết kế bồn chứa LPG, xăng dầu trong thực tế sản xuất.

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận tập trung mô phỏng tính toán thiết kế cho những loại hình bể chứa cụ thể nào?
Khóa luận thiết lập thuật toán và xây dựng giao diện tính toán cho 3 dạng hình học bể chứa chính: bể trụ đứng (bao gồm các dạng kết cấu mái tĩnh, mái phao, mái cầu), bể trụ ngang (chịu áp lực, có vành gia cường và gối đỡ), và bể hình cầu chuyên dụng cho tồn trữ khí hóa lỏng LPG dưới áp suất cao.

2. Tại sao đối với bồn chứa khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG), dung tích nạp thực tế chỉ được giới hạn ở mức 80% đến 85%?
Theo số liệu phân tích trong Chương I, hệ số giãn nở thể tích theo nhiệt độ của LPG ở pha lỏng rất lớn (gấp từ 15 đến 20 lần so với nước và vượt trội so với các sản phẩm dầu mỏ khác). Khi nhiệt độ môi trường tăng, thể tích chất lỏng tăng mạnh. Do đó, bồn chỉ được nạp tối đa 80–85% dung tích hình học toàn phần nhằm duy trì khoảng trống an toàn cho pha hơi giãn nở, tránh gây quá áp phá hủy vỏ bể.

3. Khí tự nhiên được phân loại như thế nào theo hàm lượng cấu tử $C_3^+$ và hàm lượng khí axit trong khóa luận?
Trong Chương I, văn bản nêu rõ:

• Phân loại theo hàm lượng $C_3^+$: Khí béo có hàm lượng $C_3^+ > 150 \text{ g/m}^3$ (thích hợp sản xuất LNG, LPG và hóa dầu); Khí gầy có hàm lượng $C_3^+ < 50 \text{ g/m}^3$ (chủ yếu dùng làm nhiên liệu đốt và sưởi ấm).
• Phân loại theo hàm lượng khí axit: Khí chua có $H_2S > 1%$ thể tích và $CO_2 > 2%$ thể tích; Khí ngọt có hàm lượng khí axit thấp với $H_2S < 1%$ thể tích và $CO_2 < 2%$ thể tích.

4. Những bộ phận kết cấu nào của bồn chứa được thiết lập công thức tính toán độ bền cơ khí trong Chương II và Chương IV?
Khóa luận tính toán bề dày bền cho các bộ phận chịu áp lực chính:

• Thân bể: Thân trụ hàn chịu áp suất trong, thân trụ rèn chịu áp suất trong, và thân vỏ hình cầu chịu áp suất trong.
• Đáy và nắp bể: Đáy/nắp dạng bán cầu chịu áp suất trong và đáy/nắp dạng elip dập chịu áp suất trong có xét đến hệ số hình dáng $y$ và lượng bổ sung ăn mòn hóa học $C$.

5. Các nút bấm chức năng (Push Button) trên giao diện Matlab GUI đảm nhận những vai trò gì trong quá trình tính toán?
Trong mỗi module giao diện ở Chương IV, các Push Button được lập trình mã Callback riêng biệt: nút "THỰC HIỆN TÍNH TOÁN" tiếp nhận số liệu và kích hoạt thuật toán xuất kết quả; nút "Tiếp Theo" chuyển bước kế tiếp của quy trình và mang theo dữ liệu đã tính; nút "Quay Về" quay lại màn hình trước để kiểm tra hoặc điều chỉnh; nút "Xóa Dữ Liệu" đưa form về rỗng; và nút "Tham Khảo" mở bảng tra cứu các hệ số kỹ thuật tiêu chuẩn (như hệ số mối hàn, hệ số ăn mòn).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Hồ Hải Yến đã giải quyết thành công bài toán tự động hóa quy trình tính toán cơ khí thiết bị cho các dạng bể chứa công nghiệp thông qua công cụ lập trình đồ họa Matlab GUI. Công trình đã hệ thống hóa chặt chẽ các cơ sở lý thuyết về tính chất hóa lý của hydrocarbon, LPG, đặc tính kỹ thuật bồn bể và các phương trình vỏ mỏng chịu áp lực theo tiêu chuẩn chuyên ngành. Hệ thống phần mềm được xây dựng có cấu trúc module trực quan, hoạt động ổn định và cho kết quả kiểm nghiệm hoàn toàn trùng khớp với tính toán giải tích thủ công. Đây là một tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo ứng dụng cao cho sinh viên và kỹ sư ngành Công nghệ Hóa học và Máy – Thiết bị trong công tác học tập, thiết kế hệ thống bồn bể tồn trữ dầu khí.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về công nghiệp dầu khí 1. Khí tự nhiên Khí tự nhiên là tập hợp những hydrocacbon khí CH4, C2H6, C3H8, C4H10… có trong lòng đất. Chúng thường tồn tại trong các mỏ riêng rẽ hoặc tồn tại trên các lớp dầu mỏ.

Khí tự nhiên cũng chứa các khí vô cơ như N2, H2S, CO2, khí trơ, mercaptan và hơi nước. Trong nghĩa hẹp, khí tự nhiên được hiểu là khí trong các mỏ ở đó gần như chỉ có khí mà không có dầu. Metan chiếm từ 70 ÷ 98 % thể tích khí tự nhiên. Theo nghĩa rộng, khí tự nhiên được gồm cả khí đồng hành, đó là khí hòa tan trong dầu mỏ hay lượng khí trong các mỏ khí ở trên cùng các mỏ dầu.

Metan chiếm từ 48 ÷ 80% thể tích khí đồng hành. Khí tự nhiên có thể chia thành các loại sau: - Khí không đồng hành: là khí nằm trong các mỏ khí riêng biệt, không nằm trong mỏ dầu. - Khí đồng hành: là các khí nằm trong các mỏ dầu và được tách ra trong quá trình khai thác dầu. Cũng như dầu mỏ, khí tự nhiên là nguồn nguyên liệu, nhiên liệu vô cùng quí giá, gần như không tái sinh, đóng vai trò cực kì quan trọng, nếu không nói là quyết định trong hoạt động kinh tế, sản xuất và trong đời sống của con người trong thời đại văn minh hiện nay.

Nguồn gốc của dầu khí Hiện nay người ta chưa biết chính xác nguồn gốc dầu mỏ và khí tự nhiên mà chỉ có thể giải thích bằng các thuyết khác nhau. Trong các thuyết đó, thuyết nguồn gốc hữu cơ là được nhiều người chấp nhận nhất. Theo thuyết này, có lẽ xác thực vật, động vật, mà chủ yếu là các loại tảo phù du sống trong biển đã lắng đọng, tích tụ cùng với các lớp đất đá trầm tích vô cơ xuống đáy biển GVHD: HỒ TẤN THÀNH 21 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC từ hàng triệu năm về trước đã biến thành dầu mỏ, sau đó thành khí tự nhiên. Có thể quá trình lâu dài đó xảy ra theo ba giai đoạn: biến đối sinh học bởi vi khuẩn, biến đổi hóa học dưới tác dụng của các điều kiện địa hóa thích hợp và sự di chuyển tích tụ các sản phẩm trong vỏ trái đất.

Giai đoạn biến đổi sinh học: xác động thực vật bị phân hủy bởi các vi khuẩn ưa khí, sau đó bởi các vi khuẩn kị khí trong quá trình trầm lắng dần trong nước biển. Các albumin bị phân hủy nhanh nhất, các hydrat cacbon bị phân hủy chậm hơn. Các khí tạo ra như H2S, NH3, N2, CO, CH4… hòa tan trong nước rồi thoát ra ngoài, phần chất hữu cơ còn lại bị chôn vùi ngày càng sâu trong lớp đất đá trầm tích. Không gian ở đó xảy ra quá trình phân hủy sinh học trên gọi là vùng vi khuẩn.

Giai đoạn biển đổi hóa học: ở giai đoạn hóa học tiếp theo, vật liệu hữu cơ còn lại, chủ yếu là các chất lipid, nhựa, sáp, terpen, axit béo, axit humic tham gia các phản ứng hóa học dưới tác dụng xúc tác của các chất vô cơ trong đất đá ở điều kiện áp suất lớn hàng trăm, thậm chí hàng nghìn atmotphe, ở một vài trăm độ bách phân. Các chất vô cơ khác nhau, đặc biệt là các aluminosilicat, có thể đóng vai trò chất xúc tác. Quá trình biến đổi hóa học xảy ra vô cùng chậm. Càng xuống sâu, thời gian càng lớn, sự biến đổi đó càng xảy ra sâu xa.

Phản ứng chủ yếu xảy ra trong giai đoạn hóa học là phản ứng cracking, trong đó mạch cacbon của phân tử chất hữu cơ bị đứt gãy dần. Kết quả là các chất hữu cơ đơn giản hơn, chủ yếu là các hydrocacbon, sinh ra ngày càng nhiều.