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].