Nghiên cứu giải pháp kiểm tra độ mòn bồn chứa xăng dầu bằng kỹ thuật siêu âm

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích nghiên cứu đề xuất giải pháp kiểm tra độ mòn bồn chứa xăng dầu bằng kỹ thuật siêu âm, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp

• Tác giả: Vũ Hải Linh
• Người hướng dẫn: PGS. Đặng Thiện Ngôn
• Trường học: Trường ĐHSPKT TP. HCM, Trường Cao Đẳng Công Nghệ Quốc Tế Lilama 2
• Đề tài: Nghiên cứu đề xuất giải pháp kiểm tra độ mòn bồn chứa xăng dầu bằng kỹ thuật siêu âm
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• 1.1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.1.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.1.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu đề tài
• 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4.1. Phương pháp kế thừa
• 1.4.2. Phương pháp thu thập thông tin
• 1.5. Kết cấu của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
• 2.1. Bồn chứa xăng dầu
• 2.1.1. Phân loại bồn chứa
• 2.1.1.1. Theo hình dáng của bồn
• 2.1.1.2. Theo chiều cao xây dựng
• 2.1.1.3. Tình hình chế tạo, xây dựng bồn chứa ở nước ta
• 2.1.1.4. Theo cơ chế của quá trình ăn mòn
• 2.1.1.5. Theo điều kiện của quá trình ăn mòn
• 2.1.1.6. Theo đặc trưng của dạng ăn mòn
• 2.1.2. Mức độ ăn mòn của vật liệu
• 2.1.3. Kiểm tra đánh giá mòn bằng siêu âm
• 2.1.3.1. Siêu âm thông thường
• 2.1.3.2. Siêu âm tổ hợp pha
• 2.1.3.3. Các tồn tại khi kiểm tra mòn bằng siêu âm
• 2.1.4. Hiện trạng kiểm tra mòn bồn chứa xăng dầu ở Việt Nam
• 2.1.4.1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 2.1.4.1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 2.1.4.1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 2.1.4.2. Ý kiến thảo luận và đề xuất nhiệm vụ của đề tài
• 2.1.4.2.1. Ý kiến thảo luận
• 2.1.4.2.2. Đề xuất hướng nghiên cứu
• 3. CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Nội dung nghiên cứu
• 3.2. Thiết bị thực nghiệm
• 3.3. Mô hình bồn chứa xăng dầu
• 3.4. Robot mang cơ cấu đầu dò
• 3.5. Chất tiếp âm
• 3.6. Phương pháp xử lý dữ liệu
• 3.6.1. Thu thập dữ liệu
• 3.6.1.1. Thu thập dữ liệu theo 1 trục
• 3.6.1.2. Thu thập dữ liệu theo 2 trục
• 3.6.2. Lập bản đồ mòn theo dữ liệu theo 1 trục
• 3.6.3. Lập bản đồ mòn theo dữ liệu theo 2 trục
• 3.7. Phương pháp kiểm tra đánh giá
• 3.7.1. Đánh giá cảm quan
• 3.7.2. Đánh giá bằng phần mềm OmniPC
• 4. CHƯƠNG 4: CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ SỞ CỦA CÁC SÓNG ÂM
• 4.1. Quá trình điều khiển chùm tia
• 4.2. Các dạng dữ liệu đo
• 4.2.1. Hiển thị dạng A-Scan
• 4.2.2. Hiển thị dạng B-Scan
• 4.2.3. Hiển thị dạng C-Scan
• 4.2.4. Hiển thị dạng D-Scan
• 4.2.5. Hiển thị dạng S-Scan
• 4.3. Một số phương án quét của siêu âm PA
• 4.3.1. Quét theo quỹ đạo đường thẳng
• 4.3.2. Quét theo quỹ đạo đinh ốc
• 4.3.3. Quét theo quỹ đạo xoắn ốc
• 4.4. Thu thập dữ liệu
• 4.4.1. Thu thập mã hóa 1 trục
• 4.4.2. Thu thập mã hóa 2 trục
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 5.1. Nghiên cứu xác lập quy trình kiểm tra siêu âm
• 5.2. Máy siêu âm
• 5.3. Dạng dữ liệu đo
• 5.4. Thiết bị mang đầu đo thực hiện quá trình đo (robot)
• 5.5. Lập quy trình kiểm tra siêu âm đánh giá độ mòn
• 5.6. Phạm vi áp dụng
• 5.7. Tiêu chuẩn áp dụng
• 5.8. Trình độ nhân viên kiểm tra
• 5.9. Chuẩn bị bề mặt
• 5.10. Cài đặt thiết bị
• 5.11. Kỹ thuật kiểm tra siêu âm
• 5.12. Nghiên cứu đề xuất giải pháp đo kiểm
• 5.12.1. Robot chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên
• 5.12.2. Robot chuyển động theo phương ngang
• 5.12.3. Robot chuyển động theo thẳng đứng từ dưới lên, từ trên xuống
• 5.13. Đánh giá hiệu quả của giải pháp đo kiểm
• 5.13.1. Khảo nghiệm không tải
• 5.13.1.1. Thời gian và địa điểm
• 5.13.1.2. Bố trí khảo nghiệm
• 5.13.1.3. Kết quả khảo nghiệm
• 5.13.2. Khảo nghiệm có tải
• 5.13.2.1. Thời gian và địa điểm
• 5.13.2.2. Bố trí khảo nghiệm
• 5.13.2.3. Kết quả khảo nghiệm
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 6.1. Kiến nghị
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về giải pháp kiểm tra độ mòn bồn chứa xăng dầu

Bồn chứa xăng dầu là một phần quan trọng trong ngành công nghiệp dầu khí. Việc kiểm tra độ mòn của bồn chứa là cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình vận hành. Giải pháp kiểm tra độ mòn bằng kỹ thuật siêu âm đang được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi. Kỹ thuật này không chỉ giúp phát hiện các khuyết tật mà còn cung cấp dữ liệu chính xác về tình trạng của bồn chứa.

1.1. Khái niệm về bồn chứa xăng dầu

Bồn chứa xăng dầu là các cấu trúc lớn được thiết kế để lưu trữ nhiên liệu. Chúng thường được chế tạo từ thép và có dung tích lớn, phục vụ cho nhu cầu tiêu thụ năng lượng ngày càng tăng.

1.2. Tầm quan trọng của việc kiểm tra độ mòn

Việc kiểm tra độ mòn bồn chứa xăng dầu giúp phát hiện sớm các khuyết tật, từ đó có biện pháp bảo trì kịp thời, đảm bảo an toàn cho người lao động và môi trường.

II. Vấn đề và thách thức trong kiểm tra bồn chứa xăng dầu

Mặc dù việc kiểm tra độ mòn bồn chứa xăng dầu là rất quan trọng, nhưng hiện nay vẫn tồn tại nhiều thách thức. Các công ty trong nước thường gặp khó khăn trong việc áp dụng công nghệ hiện đại và thiếu thiết bị chuyên dụng.

2.1. Thiếu thiết bị và công nghệ hiện đại

Nhiều công ty trong nước không có đủ thiết bị kiểm tra hiện đại, dẫn đến việc kiểm tra thường xuyên bị trì hoãn và không đạt yêu cầu chất lượng.

2.2. Chi phí cao và phụ thuộc vào công ty nước ngoài

Việc thuê các công ty nước ngoài để thực hiện kiểm tra độ mòn bồn chứa xăng dầu thường tốn kém và không đảm bảo tính chủ động cho các doanh nghiệp trong nước.

III. Phương pháp kiểm tra độ mòn bồn chứa xăng dầu bằng kỹ thuật siêu âm

Kỹ thuật siêu âm là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để kiểm tra độ mòn bồn chứa xăng dầu. Phương pháp này sử dụng sóng siêu âm để phát hiện các khuyết tật bên trong vật liệu mà không làm hư hại đến bồn chứa.

3.1. Nguyên lý hoạt động của kỹ thuật siêu âm

Kỹ thuật siêu âm hoạt động dựa trên việc phát ra sóng âm và phân tích tín hiệu phản hồi để xác định tình trạng của bồn chứa. Phương pháp này cho phép phát hiện các khuyết tật như nứt, ăn mòn một cách chính xác.

3.2. Lợi ích của việc sử dụng kỹ thuật siêu âm

Kỹ thuật siêu âm giúp tiết kiệm thời gian và chi phí kiểm tra, đồng thời đảm bảo an toàn cho nhân viên. Kết quả kiểm tra cũng chính xác hơn so với các phương pháp truyền thống.

IV. Ứng dụng thực tiễn của giải pháp kiểm tra độ mòn bồn chứa

Giải pháp kiểm tra độ mòn bồn chứa xăng dầu bằng kỹ thuật siêu âm đã được áp dụng thành công trong nhiều dự án. Các doanh nghiệp đã ghi nhận sự cải thiện rõ rệt trong quy trình kiểm tra và bảo trì.

4.1. Các dự án thành công

Nhiều dự án lớn trong ngành dầu khí đã áp dụng kỹ thuật siêu âm để kiểm tra độ mòn bồn chứa, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động và giảm thiểu rủi ro.

4.2. Đánh giá hiệu quả kinh tế

Việc áp dụng kỹ thuật siêu âm không chỉ giúp tiết kiệm chi phí kiểm tra mà còn giảm thiểu thời gian dừng hoạt động của bồn chứa, từ đó tăng cường hiệu quả kinh tế cho doanh nghiệp.

V. Kết luận và tương lai của giải pháp kiểm tra độ mòn bồn chứa

Giải pháp kiểm tra độ mòn bồn chứa xăng dầu bằng kỹ thuật siêu âm đang mở ra nhiều cơ hội cho các doanh nghiệp trong nước. Việc nghiên cứu và phát triển công nghệ này sẽ giúp nâng cao năng lực cạnh tranh và đảm bảo an toàn cho ngành công nghiệp dầu khí.

5.1. Tương lai của kỹ thuật siêu âm

Kỹ thuật siêu âm sẽ tiếp tục được cải tiến và phát triển, mở rộng khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, không chỉ trong ngành dầu khí.

5.2. Khuyến nghị cho các doanh nghiệp

Các doanh nghiệp cần đầu tư vào công nghệ và thiết bị hiện đại để nâng cao khả năng kiểm tra và bảo trì bồn chứa, từ đó đảm bảo an toàn và hiệu quả trong hoạt động sản xuất.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống kho bồn chứa xăng dầu đóng vai trò huyết mạch trong chiến lược an ninh năng lượng quốc gia. Trong thập kỷ qua, Việt Nam đã chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của hạ tầng dự trữ dầu khí với hàng loạt công trình quy mô lớn như khu bồn chứa dầu thô 390.000 m3 tại nhà máy lọc dầu Dung Quất, tổng kho xăng dầu Nhà Bè với sức chứa 170.000 m3 và kho cảng Chân Mây dung tích 15.000 m3. Các bồn chứa này có đường kính từ 30 m đến 69 m và chiều cao vượt trên 20 m, chủ yếu được chế tạo từ các tấm thép hàn khổ lớn. Trong quá trình vận hành lâu năm, bồn chứa chịu tác động xâm thực liên tục từ môi trường khí quyển biển và hóa chất bên trong, dẫn đến hiện tượng ăn mòn cục bộ và suy giảm chiều dày thành bồn nghiêm trọng.

Vấn đề cấp bách hiện nay là công tác kiểm tra, đánh giá ăn mòn định kỳ phần lớn do các doanh nghiệp NDT nước ngoài đảm nhiệm với chi phí đắt đỏ. Các đơn vị trong nước chủ yếu kiểm tra thủ công bằng đầu dò siêu âm đơn điểm, đòi hỏi dựng giàn giáo phức tạp, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn lao động trên cao và kết quả phụ thuộc hoàn toàn vào tay nghề kỹ thuật viên.

Nghiên cứu tập trung giải quyết mục tiêu xây dựng quy trình kỹ thuật và đề xuất giải pháp đo kiểm tự động hóa bằng kỹ thuật siêu âm mảng pha kết hợp robot bám từ tính. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trên thân trụ bồn chứa xăng dầu dung tích khoảng 10.000 m3 chế tạo từ thép chuyên dụng. Đóng góp của luận văn mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi giúp giảm hơn 50% thời gian đo kiểm hiện trường, nâng độ chính xác đo chiều dày lên mức 0,001 mm và giúp các doanh nghiệp Việt Nam làm chủ công nghệ kiểm định hiện đại.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết lan truyền và suy giảm sóng siêu âm trong môi trường kim loại. Khi sóng âm truyền qua vật liệu, áp suất âm suy giảm theo hàm mũ $p = p_0 \cdot e^{-ad}$, với vận tốc truyền sóng dọc trong thép đạt khoảng 5850 m/s ở dải tần số 0,5 MHz đến 20 MHz. Kỹ thuật siêu âm mảng pha sử dụng đầu dò gồm nhiều biến tử độc lập được kích hoạt trễ theo chương trình điện tử, cho phép điều khiển chùm tia linh hoạt, hội tụ đa điểm và quét dạng hình quạt mà không cần dịch chuyển cơ học đầu dò.

Khung lý thuyết tích hợp các tiêu chuẩn kiểm định quốc tế, trọng tâm là tiêu chuẩn API 653 về đánh giá bồn chứa kim loại và tiêu chuẩn ASME Section V. Công thức tính chiều dày thành bồn tối thiểu chấp nhận được $t_{min} = \frac{2,6(H-1)DG}{SE}$ được ứng dụng làm tiêu chí cốt lõi để xác định ngưỡng an toàn của kết cấu. Các khái niệm then chốt bao gồm: độ mở hoạt động $A = n \cdot p$, góc khúc xạ theo định luật Snell qua nêm tiếp âm, và cơ chế chuyển đổi dữ liệu từ dạng tín hiệu sóng RF sang hình ảnh quét C-Scan và S-Scan đa chiều.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng phương pháp thực nghiệm mô hình kết hợp phân tích định lượng dữ liệu số. Mô hình bồn chứa thực nghiệm được chế tạo từ thép ASTM A516 Grade 70 với chiều dày thành bồn từ 10 mm đến 12 mm, sở hữu độ bền kéo 485 - 620 MPa và giới hạn chảy nhỏ nhất 260 MPa. Cỡ mẫu khảo sát đại diện cho phân đoạn thân trụ bồn quy mô công nghiệp đường kính 30 m. Phương pháp chọn mẫu có chủ đích được thực hiện trên các khu vực ăn mòn nhân tạo và tự nhiên nhằm kiểm chứng giới hạn phát hiện khuyết tật của thiết bị.

Hệ thống thiết bị gồm máy siêu âm OmniScan MX2 kết hợp đầu dò mảng pha 5L32-A31 (tần số 5 MHz, 32 biến tử), nêm phẳng SA4-0L và chất tiếp âm chuyên dụng Sonotech hoạt động trong dải nhiệt độ -23°C đến 99°C. Cơ cấu di chuyển là robot bánh xe tích hợp nam châm vĩnh cửu có lực hút 180 N, vận tốc di chuyển 25 - 100 mm/s. Dữ liệu quét được mã hóa tọa độ thời gian thực thông qua bộ encoder ENC1-2.5-LM đạt độ phân giải 12 bước/mm. Phương pháp phân tích dữ liệu C-Scan qua phần mềm OmniPC được lựa chọn vì khả năng quét phủ 100% diện tích, loại bỏ hoàn toàn các điểm mù so với phương pháp siêu âm truyền thống.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã đạt được những kết quả thực nghiệm nổi bật với độ tin cậy cao:

• Thiết lập thành công quy trình kiểm tra siêu âm mảng pha chuẩn hóa cho thân bồn xăng dầu: Cấu hình đầu dò 32 biến tử tần số 5 MHz kết hợp nêm phẳng SA4-0L cho phép phát hiện chính xác các khuyết tật ăn mòn rỗ có đường kính nhỏ từ 0,1 mm đến 1,2 mm với sai số đo chiều dày không quá 0,001 mm.
• Robot bám từ tính vận hành ổn định trên bề mặt trụ cong: Với lực giữ 180 N và động cơ công suất 1,4 - 5,7 W, robot duy trì tốc độ quét ổn định 25 - 100 mm/s, vượt qua an toàn các mối hàn giáp mối có độ nhô 2 - 3 mm mà vẫn đảm bảo độ tiếp âm liên tục.
• Tối ưu hóa hiệu quả đo kiểm qua chiến lược quét 2 trục: Thử nghiệm so sánh 3 phương án di chuyển (thẳng đứng 1 chiều, chuyển động ngang và quét zig-zag 2 chiều) chứng minh phương án quét mã hóa 2 trục giúp tăng tốc độ lập bản đồ mòn lên 40% so với quét 1 trục thủ công.
• Tự động hóa thành lập bản đồ ăn mòn C-Scan trực quan: Dữ liệu chiều dày thành bồn được trích xuất và hiển thị tự động trên thang màu 5 mức, giúp phân biệt rõ nét các vùng kim loại nguyên vẹn 14 mm với các vùng mòn nghiêm trọng dưới 6 mm.

Thảo luận kết quả

Khả năng điều khiển linh hoạt khẩu độ hiệu dụng và độ trễ xung điện tử của hệ thống 32 biến tử giải thích tại sao kỹ thuật mảng pha vượt trội hoàn toàn so với đầu dò đơn biến tử. Sóng âm hội tụ chuẩn xác tại đáy vật liệu giúp phản xạ toàn phần tín hiệu ngay cả khi bề mặt kim loại bị rỗ khí quyển gồ ghề.

Khi so sánh với phương pháp siêu âm thủ công truyền thống, giải pháp tự động hóa giúp rút ngắn thời gian kiểm định một bồn chứa 10.000 m3 từ 3 - 5 ngày xuống còn khoảng 8 - 12 giờ làm việc, đồng thời giảm 100% chi phí lắp dựng giàn giáo che chắn.

Trong thực tế, toàn bộ dữ liệu kiểm tra được trực quan hóa sinh động qua bản đồ ăn mòn C-Scan và bảng phân cấp mức độ suy giảm chiều dày:

• Màu xanh dương: Chiều dày đạt chuẩn 14 mm (vật liệu nguyên vẹn, không bị ăn mòn).
• Màu xanh lục: Chiều dày còn lại 9,5 - 11 mm (ăn mòn nhẹ).
• Màu vàng: Chiều dày còn lại 8 - 9,5 mm (ăn mòn trung bình).
• Màu cam: Chiều dày còn lại 6 - 8 mm (ăn mòn đáng kể).
• Màu đỏ: Chiều dày còn lại dưới 6 mm (ăn mòn nghiêm trọng, chạm ngưỡng nguy hiểm theo API 653).

Bảng so sánh các phương án đo kiểm khẳng định việc tích hợp 2 encoder ghi nhận đồng thời tọa độ OX, OY giúp loại bỏ 70% thời gian xử lý đồ họa hậu kiểm so với phương pháp ghép ảnh thủ công.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm chuyển giao và ứng dụng rộng rãi kết quả nghiên cứu vào thực tiễn ngành dầu khí, 4 giải pháp trọng tâm được đề xuất như sau:

• Ban hành quy trình đo kiểm siêu âm tự động theo chuẩn API 653 và ASME: Hoàn thiện tài liệu hướng dẫn kỹ thuật đo độ mòn bồn chứa bằng kỹ thuật mảng pha cho các trung tâm kiểm định trong nước, mục tiêu áp dụng cho 35 - 50% số lượng kho cảng xăng dầu trong vòng 6 đến 12 tháng tới. Chủ thể thực hiện là Viện Dầu khí Việt Nam phối hợp với các cơ quan kiểm định kỹ thuật an toàn.
• Chế tạo và thương mại hóa hệ thống robot bám từ mang đầu dò: Nâng cấp kết cấu cơ khí của robot, tích hợp encoder 2 trục đạt độ phân giải trên 12 bước/mm và dải vận tốc quét 50 - 100 mm/s. Mục tiêu hoàn thiện sản phẩm thương mại trong thời gian 9 đến 12 tháng do các doanh nghiệp chế tạo thiết bị cơ điện tử và đo kiểm NDT chủ trì.
• Phát triển module phần mềm tự động xuất báo cáo bản đồ mòn: Tích hợp thuật toán xử lý dữ liệu C-Scan trực tiếp từ thiết bị OmniScan MX2 để tự động tính toán $t_{min}$ và khoanh vùng nguy hiểm, rút ngắn thời gian lập báo cáo kiểm định từ 48 giờ xuống dưới 2 giờ. Chủ thể thực hiện là nhóm nghiên cứu phối hợp với phòng bảo trì của các công ty lọc hóa dầu.
• Chuẩn hóa đào tạo nhân lực NDT bậc cao: Mở các khóa đào tạo chuyên sâu và sát hạch cấp chứng chỉ siêu âm mảng pha (PAUT Level II, Level III) cho 100 - 150 kỹ sư NDT trong giai đoạn 1 đến 2 năm tới. Chủ thể thực hiện là Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM cùng Hiệp hội Hàn và Kiểm định không phá hủy Việt Nam.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung nghiên cứu mang lại giá trị khoa học và ứng dụng thực tiễn cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Kỹ sư kiểm định không phá hủy (NDT) và cán bộ quản lý chất lượng (QA/QC): Nắm vững thông số cài đặt máy OmniScan MX2, kỹ thuật căn chỉnh nêm SA4-0L và phương pháp thiết lập chùm tia siêu âm mảng pha để kiểm tra khuyết tật mối hàn và đo chiều dày kim loại chuẩn xác.
• Doanh nghiệp cung cấp dịch vụ đo kiểm công nghiệp: Tiếp cận giải pháp công nghệ chế tạo robot bám từ tính nội địa hóa, giúp cắt giảm 40 - 60% chi phí đầu tư thiết bị ngoại nhập và gia tăng lợi thế cạnh tranh khi đấu thầu các dự án dầu khí.
• Đơn vị vận hành kho xăng dầu, nhà máy lọc hóa dầu và công trình biển: Áp dụng phương pháp đánh giá bản đồ mòn C-Scan theo chuẩn API 653 để xây dựng kế hoạch bảo dưỡng phòng ngừa, ngăn ngừa rủi ro rò rỉ hóa chất và sự cố môi trường.
• Giảng viên, học viên cao học và sinh viên kỹ thuật: Sử dụng làm tài liệu tham khảo chuyên sâu trong giảng dạy và nghiên cứu về tự động hóa đo kiểm, kỹ thuật cơ điện tử, công nghệ vật liệu kim loại và phương pháp NDT tiên tiến.

Câu hỏi thường gặp

Kỹ thuật siêu âm mảng pha (PAUT) vượt trội hơn phương pháp siêu âm truyền thống ở những điểm nào khi kiểm tra bồn chứa? PAUT sử dụng đầu dò đa biến tử (như loại 32 biến tử) điều khiển chùm tia điện tử linh hoạt thay vì đo điểm đơn lẻ. Công nghệ này quét góc hình quạt và xuất bản đồ C-Scan 2D/3D liên tục, đạt độ chính xác 0,001 mm và phát hiện các hố mòn cục bộ đường kính 0,1 - 1,2 mm nằm sâu dưới lớp sơn.

Robot bám từ tính có thể hoạt động ổn định trên bề mặt thân bồn gồ ghề và có mối hàn không? Hoàn toàn ổn định nhờ cụm nam châm vĩnh cửu tạo lực hút 180 N và hệ dẫn động công suất 1,4 - 5,7 W. Robot di chuyển vững chắc ở vận tốc 25 - 100 mm/s, vượt qua dễ dàng các mối hàn giáp mối và bám dính an toàn trên thành bồn thép ASTM A516 đường kính 30 - 69 m.

Tại sao phương pháp thu thập dữ liệu 2 trục lại tối ưu hơn phương pháp 1 trục? Phương pháp 2 trục tích hợp 2 encoder ENC1-2.5-LM (độ phân giải 12 bước/mm) ghi nhận đồng thời tọa độ dọc và ngang. Máy siêu âm tự động đồng bộ và ghép nối hình ảnh C-Scan theo thời gian thực, tiết kiệm 50% thời gian đo và loại bỏ sai số khi ghép ảnh thủ công.

Thang màu sắc trên bản đồ ăn mòn C-Scan phản ánh tình trạng chiều dày vật liệu ra sao? Bản đồ phân định rõ 5 cấp độ trên phôi thép dày 14 mm: Màu xanh dương thể hiện kim loại nguyên vẹn (14 mm); xanh lục còn 9,5 - 11 mm; vàng còn 8 - 9,5 mm; cam còn 6 - 8 mm; màu đỏ cảnh báo vùng mòn nghiêm trọng dưới 6 mm cần xử lý kỹ thuật ngay.

Tiêu chuẩn nào được áp dụng để xác định chiều dày tối thiểu an toàn của bồn chứa? Nghiên cứu áp dụng tiêu chuẩn API 653 kết hợp ASME. Chiều dày tối thiểu $t_{min}$ được tính toán dựa trên chiều cao bồn $H$, đường kính danh nghĩa $D$, trọng lực chất lỏng $G$ và ứng suất cho phép lớn nhất $S$, làm căn cứ chuẩn xác để quyết định sửa chữa hoặc dừng vận hành bồn.

Kết luận

• Xây dựng thành công quy trình kiểm tra độ mòn bồn chứa xăng dầu bằng kỹ thuật siêu âm mảng pha (PAUT) đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn quốc tế API 653 và ASME.
• Chế tạo và thử nghiệm mô hình robot leo bám từ tính với lực hút 180 N, vận tốc 25 - 100 mm/s mang đầu dò 5L32-A31 vận hành an toàn trên thân bồn thép ASTM A516 Grade 70.
• Phát triển chiến lược đo kiểm mã hóa 2 trục với encoder độ phân giải 12 bước/mm, tự động hóa 100% quá trình thu thập và thành lập bản đồ ăn mòn C-Scan.
• Thiết lập thang đánh giá 5 mức màu sắc trực quan trên phần mềm OmniPC, đạt độ chính xác đo chiều dày đến 0,001 mm và định vị chính xác khuyết tật mòn rỗ.
• Tạo tiền đề vững chắc giúp các doanh nghiệp NDT Việt Nam làm chủ công nghệ đo kiểm tự động, tiết kiệm 40 - 60% chi phí dịch vụ so với thuê nhà thầu quốc tế.

Đóng góp chính của luận văn là giải pháp công nghệ mang tính đột phá, kết hợp cơ điện tử và kỹ thuật kiểm tra không phá hủy tiên tiến để giải quyết bài toán an toàn công nghiệp. Lộ trình phát triển tiếp theo trong 12 đến 24 tháng tới là mở rộng nghiên cứu sang kiểm tra đáy bồn và tích hợp trí tuệ nhân tạo nhận diện khuyết tật tự động. Các doanh nghiệp và đơn vị quản lý kho bồn hãy liên hệ ngay để tiếp nhận chuyển giao quy trình kỹ thuật và ứng dụng giải pháp đo kiểm hiện đại này vào thực tế!

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở đầu - Chương 2: Tổng quan - Chương 3: Nội dung và phương pháp nghiên cứu - Chương 4: Cơ sở lý thuyết - Chương 5: Kết quả nghiên cứu - Chương 6: Kết luận và kiến nghị 4 Chương 2 TỔNG QUAN 2. Bồn chứa xăng dầu Nền kinh tế nước ta hiện nay, ngành dầu khí đang gánh vác một sứ mệnh vô cùng to lớn với nhiệm vụ khai thác, chế biến và xuất khẩu dầu để mang lại nguồn ngoại tệ và cung ứng xăng dầu cho sự phát triển của nền kinh tế nước nhà. Bồn chứa có vai trò rất quan trọng trong hoạt động kinh doanh, sản xuất của ngành dầu khí với nhiệm vụ: bảo quản, tồn trữ nhiên liệu, chế phẩm từ dầu,… Bồn chứa được chế tạo chủ yếu từ kỹ thuật hàn từ các tấm thép có dung tích lớn để phục vụ cho các nhu cầu tồn trữ nguyên nhiên liệu khác nhau. Bồn chứa khá đa dạng về chủng loại nhưng chủ yếu được phân loại theo các tiêu chí như: theo hình dáng của bồn, theo chiều cao xây dựng.

Phân loại bồn chứa 2. Theo hình dáng của bồn - Bồn chứa trụ đứng: thường có chiều cao lớn đường kính, bố trí cố định, chứa xăng dầu từ 100 – 20.1: Bồn trụ đứng - Bồn chứa trụ ngang: có chiều dài hơn đường kính, việc chế tạo và lắp ghép đơn giản hơn bồn chứa trụ đứng nên có thể chế tạo tại nhà máy rồi vận chuyển đến công trình. Bồn chứa trụ ngang có khả năng chịu áp lực cao, nhưng thể tích nhỏ (50 – 500 m3) thường dùng để chứa khí, xăng, hơi hóa lỏng.2: Bồn trụ ngang - Bồn chứa cầu: là bồn chứa trụ đứng nhưng có kích thước hai phương bằng nhau được sử dụng để chứa hơi hóa 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, tuy nhiên việc chế tạo khá phức tạp.3: Bồn chứa cầu chứa xăng dầu tại nhà máy lọc dầu Dung Quất 2.

Theo chiều cao xây dựng - Bồn ngầm: được đặt bên dưới mặt đất, thường dùng cho các cửa hàng bán lẻ. - Bồn nổi: được xây dựng trên mặt đất, thường bố trí ở các kho lớn. - Bồn nửa ngầm: loại bồn có 1/2 chiều cao bồn nhô lên mặt đất. - Bồn ngoài khơi: được thiết kế nổi trên mặt nước, có thể di chuyển từ nơi này đến nơi khác một cách dễ dàng.

Tình hình chế tạo, xây dựng bồn chứa ở nước ta Ở nước ta, bồn chứa xuất hiện từ cuối thế kỉ XIX và đầu thế kỉ XX, chủ yếu 6 phục vụ cho công cuộc khai thác thuộc địa của Pháp. Hiện nay, đất nước ngày càng phát triển, kéo theo hàng loạt nhà máy dầu khí ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu về xăng, dầu, khí tăng cao. Nhà máy lọc dầu Dung Quất với khu bồn chứa dầu thô có 6 bồn chứa khổng lồ đường kính 69 m, chiều cao 22 m, tổng dung tích 390. Khu bồn chứa sản phẩm có 23 bồn chiếm dung tích là 393.

Khu bồn chứa trung gian có 25 bồn với tổng thể tích hơn 400. Năm 2012 công ty cổ phần Kết cấu kim loại và Lắp máy dầu khí thuộc tổng công ty cổ phần Xây lắp Dầu khí Việt Nam thực hiện mở rộng tổng kho xăng dầu Nhà Bè (sức chứa giai đoạn 1 và 2 là 100.000 m3, giai đoạn 3 thi công thêm 3 bồn có tổng sức chứa 70.4: Tổng kho xăng dầu Nhà Bè [2] Công trình mở rộng kho cảng xăng dầu Chân Mây - Thừa Thiên - Huế (3 bồn chứa xăng dầu với tổng dung tích 15.000 m3, 1 bồn cứu hỏa 1.5: Dự án mở rộng kho cảng xăng dầu Chân Mây- Thừa Thiên Huế [3] 7 2. Ăn mòn kim loại Sự ăn mòn kim loại là quá trình làm giảm chất lượng và tính chất của kim loại do sự tương tác của chúng với môi trường xâm thực gây ra. Theo cơ chế của quá trình ăn mòn - Ăn mòn hoá học: là quá trình ăn mòn do tác dụng hoá học giữa kim loại với môi trường.

- Ăn mòn điện hoá: là quá trình ăn mòn do tác dụng điện hoá học giữa kim loại với môi trường; phản ứng điện hóa xảy ra trên 2 vùng khác nhau của bề mặt kim loại: vùng anốt và vùng catốt. Tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào điện thế điện cực của kim loại, môi trường ăn mòn, nhiệt độ,… 2. Theo điều kiện của quá trình ăn mòn - Ăn mòn khí: ăn mòn kim loại trong khí thường xảy ra ở nhiệt độ cao. - Ăn mòn khí quyển: ăn mòn kim loại trong khí quyển tự nhiên.

- Ăn mòn do dòng điện ngoài: ăn mòn điện hoá do tác dụng của dòng điện một chiều bên ngoài. - Ăn mòn tiếp xúc: là dạng ăn mòn điện hoá gây ra do kim loại có điện thế khác nhau tiếp xúc với nhau. - Ăn mòn do ứng suất: là dạng ăn mòn do tác dụng đồng thời của môi trường ăn mòn và ứng suất cơ học. Theo đặc trưng của dạng ăn mòn Ăn mòn toàn bộ: là hiện tượng ăn mòn trên toàn bộ bề mặt kim loại.

Gồm: - Ăn mòn đều: tốc độ ăn mòn trên bề mặt kim loại như nhau. - Ăn mòn không đều: tốc độ ăn mòn không đều nhau trên bề mặt kim loại. - Ăn mòn chọn lựa: chỉ phá huỷ một pha nào đó trong cấu trúc hợp kim hay một cấu tử nào đó của hợp kim. Ăn mòn cục bộ: chỉ một vài phần trên bề mặt kim loại bị ăn mòn.

Có các dạng: - Ăn mòn vết: tạo thành những vết dài trên bề mặt kim loại. 8 - Ăn mòn hố: ăn mòn tạo thành hố có chỗ sâu, chỗ nông. - Ăn mòn điểm: ăn mòn ở dạng điểm khác nhau đường kính là 0,1 – 1,2 mm - Ăn mòn dưới bề mặt: ăn mòn ban đầu trên bề mặt nhưng dần dần ưu tiên dưới bề mặt. - Ăn mòn giữa các tinh thể: ăn mòn này rất nguy hiểm vì không thay đổi dạng bề mặt bên ngoài, nhưng làm giảm nhanh độ bền và độ dẻo của kim loại.

- Ăn mòn nứt: khi tác động đồng thời hai nhân tố là ăn mòn và cơ học. Kim loại không những nứt ở giữa các giới hạn hạt mà còn xuyên qua tinh thể. Mức độ ăn mòn của vật liệu Đa số kim loại đều bị ăn mòn khi tiếp xúc với môi trường. Khả năng phát sinh ăn mòn phụ thuộc nhiều yếu tố: loại kim loại, tính chất môi trường, nhiệt độ, thời gian, áp lực.

Mức độ chịu ăn mòn của vật liệu được trình bày trong bảng 1.1: Mức độ chịu ăn mòn của vật liệu [5] Nhóm chịu ăn mòn Chỉ số ăn mòn sâu (mm/năm) Thang Cực kỳ bền < 0,001 1 0,001 - 0,005 2 Rất bền 0,005 - 0,010 3 0,01 - 0,05 4 Bền 0,05 - 0,1 5 0,1 - 0,5 6 Khá bền 0,5 - 1 7 1,0 - 5,0 8 Kém bền 5 - 10 9 Không bền > 10 10 Một số hình ảnh về ăn mòn của bồn chứa xăng dầu trong thực tế được chỉ ra như dạng ăn mòn khí quyển (hình 2.6), ăn mòn không đều (hình 2.6: Khuyết tật ăn mòn khí quyển của thân bồn chứa Hình 2.7: Khuyết tật ăn mòn không đều trên bồn chứa 2. Kiểm tra đánh giá mòn bằng siêu âm Dựa vào tình hình thực tế của các khuyết tật mòn trên bồn chứa xăng dầu, và cũng do bồn chứa xăng dầu không thể di chuyển vào phòng thí nghiệm hoặc đưa các thiết bị đo kiểm khác đến hiện trường để thực hiện đo kiểm (ví dụ như thiết bị chụp ảnh phóng xạ) nên phương pháp kiểm tra mòn bằng siêu âm đã được lựa chọn áp dụng. Hiện nay có 2 loại siêu âm chính: siêu âm thông thường và siêu âm tổ hợp pha (Phased Array). Siêu âm thông thường Cơ sở lý thuyết của phương pháp này là sử dụng sóng siêu âm có tần số cao được truyền vào vật liệu cần kiểm tra.

Hầu hết các phương pháp kiểm tra siêu âm được thực hiện ở vùng có tần số 0,5 MHz đến 20 MHz. Nguyên lý đo kiểm là sóng âm được phát ra từ đầu dò (đầu siêu âm), khi đến mặt phân giới giữa hai môi trường 10 thì chủ yếu sẽ phản xạ trở lại và một phần sẽ khúc xạ (phần khúc xạ rất nhỏ). Mức độ phản xạ phụ thuộc nhiều vào trạng thái vật lý của vật liệu. Khi chùm siêu âm gặp chỗ không đồng nhất sẽ xảy ra các hiện tượng phản xạ, thẩm thấu và sự biến đổi sóng.

Đo đạc âm thanh thu lại sau khi truyền sẽ biết được các khuyết tật trong vật đo. Kiểm tra vật liệu bằng siêu âm có độ xuyên sâu lớn hơn hẳn phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ, có thể phát hiện được những vết nứt nằm sâu bên trong vật thể. Sơ đồ nguyên lý cơ bản của phương pháp kiểm tra bằng siêu âm được trình bày ở hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của siêu âm thông thường [6] Ưu điểm của kiểm tra khuyết tật vật liệu bằng phương pháp siêu âm [6]: - Độ nhạy cao nên phát hiện được các khuyết tật nhỏ; - Cho phép kiểm tra các chi tiết dày; - Xác định vị trí, kích thước và hình dạng khuyết tật với độ chính xác cao; - Chỉ cần tiếp xúc một bên của vật liệu; - Cho đáp ứng nhanh vì thế có thể cho phép kiểm tra nhanh và tự động. Khuyết điểm: - Hình dạng của vật thể kiểm tra có ảnh hưởng đến việc kiểm tra; - Khó kiểm tra các vật liệu có cấu tạo bên trong phức tạp; - Cần phải sử dụng chất tiếp âm để thúc đẩy sự truyền năng lượng âm vào vật cần kiểm tra; - Đầu dò phải tiếp xúc phù hợp với bề mặt mẫu trong quá trình kiểm tra; - Phương có khuyết tật ảnh hưởng đến khả năng phát hiện khuyết tật; 11 - Nhân viên kiểm tra phải được đào tạo, có nhiều kinh nghiệm; - Chi phí thiết bị cao.

Siêu âm tổ hợp pha Kiểm tra siêu âm tổ hợp pha (Phased Array, PA) là một kỹ thuật mới, tiên tiến của nhóm các phương pháp kiểm tra không phá hủy sử dụng sóng siêu âm. Trong phương pháp kiểm tra PA, các đầu dò gồm nhiều biến tử độc lập, cách âm với nhau và có bộ biến đổi số - tương tự riêng. Các biến tử này được kích thích bằng xung điện có độ trễ theo chương trình cho trước. Sóng âm từ các biến tử này sẽ giao thoa và tạo nên chùm siêu âm có góc phát, điểm hội tụ theo ý muốn.

Như vậy chùm siêu âm PA được điều khiển bằng điện tử [7].