Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp Việt Nam, nhu cầu về năng lượng, đặc biệt là xăng dầu, ngày càng tăng cao, kéo theo sự gia tăng nhanh chóng về số lượng và quy mô các bồn chứa xăng dầu. Chỉ trong vòng 10 năm gần đây, nhiều dự án lớn như khu bồn chứa dầu thô tại nhà máy lọc dầu Dung Quất với tổng dung tích lên đến 390.000 m³, mở rộng tổng kho xăng dầu Nhà Bè với sức chứa 170.000 m³, hay dự án mở rộng kho cảng xăng dầu Chân Mây - Thừa Thiên Huế với tổng dung tích 15.000 m³ đã được triển khai. Việc đảm bảo an toàn và chất lượng hoạt động của các bồn chứa này là vấn đề cấp thiết, trong đó kiểm tra và đánh giá độ mòn bồn chứa đóng vai trò then chốt.

Hiện nay, công tác kiểm tra độ mòn bồn chứa xăng dầu chủ yếu được thực hiện bằng kỹ thuật siêu âm, đặc biệt là siêu âm tổ hợp pha (Phased Array - PA), nhờ ưu điểm về độ chính xác, tốc độ và an toàn. Tuy nhiên, phần lớn các giải pháp kiểm tra hiện nay do các công ty nước ngoài cung cấp với chi phí cao và phụ thuộc vào trình độ kỹ thuật viên. Các doanh nghiệp trong nước còn thiếu thiết bị và giải pháp đo kiểm đã được chứng thực, dẫn đến việc kiểm tra thủ công mất nhiều thời gian, tiềm ẩn nguy cơ an toàn và kết quả không ổn định.

Luận văn tập trung nghiên cứu đề xuất giải pháp kiểm tra độ mòn bồn chứa xăng dầu bằng kỹ thuật siêu âm PA, nhằm xây dựng quy trình đo kiểm có tính khả thi, tự động hóa, giảm thiểu thời gian và chi phí, đồng thời nâng cao năng lực cạnh tranh cho các doanh nghiệp trong nước. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào bồn chứa xăng dầu dung tích lớn, với mô hình thử nghiệm có đường kính 30 m và dung tích khoảng 10.000 m³, chủ yếu kiểm tra độ mòn phần thân trụ bồn. Mục tiêu chính là đề xuất chiến lược đo kiểm, lựa chọn thiết bị và phương pháp xử lý dữ liệu để xây dựng bản đồ ăn mòn chính xác, phục vụ công tác bảo trì và sửa chữa hiệu quả.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết ăn mòn kim loại: Phân loại các dạng ăn mòn như ăn mòn hoá học, điện hoá, ăn mòn khí quyển, ăn mòn không đều, ăn mòn cục bộ (vết, hố, điểm, dưới bề mặt), ăn mòn nứt, và ảnh hưởng của các yếu tố môi trường, vật liệu đến tốc độ ăn mòn. Mức độ ăn mòn được đánh giá theo chỉ số ăn mòn sâu (mm/năm), từ cực kỳ bền (<0,001 mm/năm) đến không bền (>10 mm/năm).

  • Kỹ thuật siêu âm không phá hủy (NDT): Bao gồm siêu âm thông thường và siêu âm tổ hợp pha (Phased Array - PA). Siêu âm PA sử dụng đầu dò nhiều biến tử độc lập, điều khiển chùm tia điện tử để quét và hội tụ sóng siêu âm, cho phép phát hiện khuyết tật và đo độ dày vật liệu với độ chính xác cao, đặc biệt phù hợp với các bồn chứa có hình dạng phức tạp.

  • Mô hình lập bản đồ ăn mòn: Sử dụng dữ liệu thu thập từ siêu âm PA theo hai trục (OX, OY) để tạo bản đồ mòn dạng hình ảnh (C-Scan), giúp đánh giá phân bố và mức độ ăn mòn trên bề mặt bồn chứa.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập dữ liệu thực nghiệm từ mô hình bồn chứa xăng dầu tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, sử dụng vật liệu thép ASTM A516 Guide 70 với độ dày thành bồn từ 10-12 mm. Dữ liệu siêu âm được thu thập bằng thiết bị siêu âm OmniScan MX2 và đầu dò PA 5L32-A31.

  • Phương pháp chọn mẫu: Mô hình bồn chứa được thiết kế với kích thước và vật liệu tương tự bồn chứa thực tế, đảm bảo tính đại diện cho nghiên cứu. Robot mang đầu dò siêu âm được sử dụng để di chuyển trên bề mặt mô hình, thu thập dữ liệu theo 1 hoặc 2 trục với độ phân giải cao nhờ encoder gắn trên bánh xe.

  • Phương pháp phân tích: Dữ liệu siêu âm thu thập được xử lý bằng phần mềm OmniPC để lập bản đồ mòn, đánh giá độ dày còn lại và phân bố ăn mòn. So sánh các phương án di chuyển robot (theo phương thẳng đứng, phương ngang, kết hợp) để tối ưu hóa chiến lược đo kiểm. Đánh giá hiệu quả giải pháp dựa trên thời gian khảo nghiệm, độ chính xác và khả năng tự động hóa.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2017, bao gồm khảo sát tài liệu, thiết kế mô hình và robot, thu thập và xử lý dữ liệu, đánh giá kết quả và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Quy trình kiểm tra siêu âm đánh giá độ mòn: Đã thiết lập quy trình kỹ thuật sử dụng thiết bị siêu âm PA với đầu dò 5L32-A31, kết hợp robot mang đầu dò di chuyển trên bề mặt bồn chứa. Quy trình bao gồm chuẩn bị bề mặt, cài đặt thiết bị, thu thập dữ liệu theo 1 hoặc 2 trục, xử lý dữ liệu và lập bản đồ mòn. Độ chính xác phép đo đạt tới 0,001 mm, phù hợp với tiêu chuẩn API 653.

  2. Giải pháp đo kiểm tự động hóa: Robot mang đầu dò siêu âm có khả năng bám dính chắc chắn nhờ nam châm, vượt qua các đường hàn và gờ nổi, giữ khoảng cách đầu dò ổn định với bề mặt. Ba phương án di chuyển robot được khảo nghiệm: di chuyển theo phương thẳng đứng từ dưới lên, theo phương ngang, và kết hợp di chuyển thẳng đứng từ dưới lên và từ trên xuống. Phương án kết hợp cho kết quả thu thập dữ liệu toàn diện nhất, giảm thời gian đo kiểm khoảng 30% so với phương pháp thủ công.

  3. Bản đồ ăn mòn chính xác: Dữ liệu thu thập theo 2 trục được xử lý tự động bằng phần mềm OmniPC, tạo bản đồ mòn dạng hình ảnh C-Scan rõ ràng, thể hiện phân bố độ dày còn lại và các vùng ăn mòn không đều trên bề mặt bồn chứa. So sánh với phương pháp thu thập dữ liệu 1 trục, phương pháp 2 trục cho độ phân giải và độ tin cậy cao hơn khoảng 25%.

  4. Hiệu quả và an toàn: Giải pháp đo kiểm bằng robot và siêu âm PA giảm thiểu rủi ro an toàn cho kỹ thuật viên khi làm việc ở vị trí cao, đồng thời tiết kiệm thời gian khảo nghiệm từ vài ngày xuống còn khoảng 1-2 ngày cho một bồn chứa có đường kính 30 m.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc ứng dụng kỹ thuật siêu âm tổ hợp pha kết hợp robot mang đầu dò là giải pháp khả thi và hiệu quả trong kiểm tra độ mòn bồn chứa xăng dầu dung tích lớn. Việc tự động hóa quá trình đo kiểm không chỉ nâng cao độ chính xác mà còn giảm thiểu rủi ro an toàn và chi phí vận hành so với phương pháp thủ công truyền thống.

So với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, luận văn đã phát triển thêm về chiến lược di chuyển robot và xử lý dữ liệu theo 2 trục, giúp lập bản đồ mòn toàn diện hơn. Kết quả cũng phù hợp với các báo cáo quốc tế về ưu điểm của siêu âm PA trong phát hiện khuyết tật và đo độ dày vật liệu phức tạp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh thời gian đo kiểm giữa các phương án robot, bảng thống kê độ chính xác đo độ dày, và hình ảnh bản đồ mòn C-Scan minh họa phân bố ăn mòn trên bề mặt bồn chứa. Những biểu đồ này giúp trực quan hóa hiệu quả và tính ưu việt của giải pháp đề xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai ứng dụng robot mang đầu dò siêu âm PA trong kiểm tra bồn chứa: Các doanh nghiệp đo kiểm trong nước nên đầu tư và áp dụng robot di chuyển theo phương án kết hợp (thẳng đứng và ngang) để nâng cao hiệu quả kiểm tra, giảm thời gian khảo nghiệm ít nhất 30%, trong vòng 1-2 năm tới.

  2. Đào tạo chuyên sâu kỹ thuật viên NDT siêu âm PA: Tổ chức các khóa đào tạo bài bản cho kỹ thuật viên nhằm nâng cao trình độ vận hành thiết bị và phân tích dữ liệu, đảm bảo kết quả đo kiểm chính xác và ổn định. Mục tiêu đạt trình độ chuyên gia trong vòng 12 tháng.

  3. Phát triển phần mềm xử lý dữ liệu tự động: Nghiên cứu và hoàn thiện phần mềm lập bản đồ mòn tự động, tích hợp các thuật toán xử lý dữ liệu siêu âm PA, giúp giảm thiểu thao tác thủ công và tăng độ tin cậy kết quả. Thời gian phát triển dự kiến 18 tháng.

  4. Xây dựng tiêu chuẩn và quy trình kiểm tra nội bộ: Các doanh nghiệp cần xây dựng và áp dụng tiêu chuẩn kỹ thuật kiểm tra bồn chứa theo API 653 kết hợp với quy trình đo kiểm siêu âm PA, nhằm đảm bảo đồng bộ và nâng cao chất lượng dịch vụ. Thực hiện trong vòng 6 tháng.

  5. Khuyến khích hợp tác nghiên cứu và chuyển giao công nghệ: Tăng cường hợp tác giữa các trường đại học, viện nghiên cứu và doanh nghiệp để cập nhật công nghệ mới, chia sẻ kinh nghiệm và phát triển giải pháp đo kiểm phù hợp với điều kiện Việt Nam. Kế hoạch dài hạn từ 2-3 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Doanh nghiệp đo kiểm và bảo trì bồn chứa xăng dầu: Luận văn cung cấp giải pháp kỹ thuật và quy trình đo kiểm hiện đại, giúp nâng cao năng lực cạnh tranh, giảm chi phí và thời gian kiểm tra.

  2. Các kỹ thuật viên và chuyên gia NDT: Tài liệu chi tiết về kỹ thuật siêu âm PA, phương pháp thu thập và xử lý dữ liệu, hỗ trợ nâng cao trình độ chuyên môn và ứng dụng thực tế.

  3. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách trong ngành dầu khí: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng tiêu chuẩn, quy trình kiểm tra và chính sách phát triển công nghệ đo kiểm trong nước.

  4. Các viện nghiên cứu và trường đại học chuyên ngành kỹ thuật cơ khí, dầu khí: Là nguồn tham khảo quý giá cho các đề tài nghiên cứu tiếp theo về kiểm tra không phá hủy, tự động hóa trong công nghiệp dầu khí.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao chọn kỹ thuật siêu âm tổ hợp pha (PA) để kiểm tra độ mòn bồn chứa?
    Siêu âm PA cho phép điều khiển chùm tia điện tử, quét nhanh và chính xác trên bề mặt phức tạp, phát hiện khuyết tật nhỏ và đo độ dày vật liệu với độ chính xác cao, phù hợp với yêu cầu kiểm tra bồn chứa xăng dầu dung tích lớn.

  2. Giải pháp robot mang đầu dò siêu âm có ưu điểm gì so với kiểm tra thủ công?
    Robot giúp tự động hóa quá trình đo kiểm, giảm thiểu rủi ro an toàn cho kỹ thuật viên khi làm việc ở vị trí cao, tăng tốc độ thu thập dữ liệu, đồng thời đảm bảo khoảng cách đầu dò ổn định, nâng cao độ chính xác kết quả.

  3. Phương pháp thu thập dữ liệu theo 2 trục có lợi ích gì?
    Thu thập dữ liệu theo 2 trục cho phép tạo bản đồ mòn toàn diện, liên tục và chính xác hơn so với thu thập 1 trục, giúp phát hiện các vùng ăn mòn không đều và hỗ trợ đánh giá chính xác hơn về tình trạng bồn chứa.

  4. Độ chính xác của phương pháp siêu âm PA trong đo độ mòn là bao nhiêu?
    Với hiệu chuẩn đúng, phương pháp siêu âm PA có thể đạt độ chính xác đo độ dày còn lại đến 0,001 mm, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt trong kiểm tra bồn chứa xăng dầu.

  5. Làm thế nào để doanh nghiệp trong nước áp dụng giải pháp này hiệu quả?
    Doanh nghiệp cần đầu tư thiết bị siêu âm PA và robot, đào tạo kỹ thuật viên chuyên sâu, xây dựng quy trình kiểm tra chuẩn và hợp tác nghiên cứu để phát triển phần mềm xử lý dữ liệu tự động, từ đó nâng cao năng lực cạnh tranh và giảm chi phí vận hành.

Kết luận

  • Đề tài đã xây dựng thành công quy trình kiểm tra độ mòn bồn chứa xăng dầu bằng kỹ thuật siêu âm tổ hợp pha kết hợp robot mang đầu dò, nâng cao độ chính xác và hiệu quả đo kiểm.
  • Giải pháp đo kiểm tự động hóa giúp giảm thiểu rủi ro an toàn, tiết kiệm thời gian khảo nghiệm khoảng 30% so với phương pháp thủ công.
  • Phương pháp thu thập dữ liệu theo 2 trục và xử lý bằng phần mềm chuyên dụng tạo bản đồ mòn chính xác, hỗ trợ đánh giá và bảo trì bồn chứa hiệu quả.
  • Luận văn góp phần nâng cao năng lực công nghệ đo kiểm trong nước, giảm sự phụ thuộc vào các công ty nước ngoài, đồng thời mở ra hướng nghiên cứu và ứng dụng mới trong ngành dầu khí.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai ứng dụng thực tế, đào tạo nhân lực, phát triển phần mềm xử lý dữ liệu và xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật nội bộ nhằm hoàn thiện giải pháp đo kiểm toàn diện.

Quý độc giả và doanh nghiệp quan tâm có thể liên hệ để nhận tư vấn chi tiết và hỗ trợ chuyển giao công nghệ nhằm ứng dụng hiệu quả giải pháp kiểm tra độ mòn bồn chứa xăng dầu bằng kỹ thuật siêu âm PA.