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 đáng kể về số lượng và quy mô các bồn chứa xăng dầu. Chỉ trong vòng 10 năm gần đây, nhiều dự án lớn đã được triển khai 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, và dự án mở rộng kho cảng xăng dầu Chân Mây - Thừa Thiên Huế với tổng dung tích 15.000 m³. Việc đảm bảo an toàn và chất lượng của các bồn chứa này là vấn đề cấp thiết, đặc biệt là kiểm tra và đánh giá độ mòn của bồn chứa trong quá trình vận hành.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đề xuất giải pháp kiểm tra độ mòn bồn chứa xăng dầu bằng kỹ thuật siêu âm tổ hợp pha (Phased Array - PA), nhằm nâng cao độ chính xác, giảm thiểu thời gian và chi phí kiểm tra, đồng thời đảm bảo an toàn cho kỹ thuật viên. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào bồn chứa xăng dầu dung tích lớn, với mô hình bồn có đường kính 30 m và dung tích khoảng 10.000 m³, chỉ kiểm tra độ mòn phần thân trụ bồn. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các giải pháp đo kiểm có tính khả thi, giúp các doanh nghiệp trong nước chủ động hơn trong công tác kiểm định, giảm sự phụ thuộc vào các công ty nước ngoài và nâng cao năng lực cạnh tranh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết về ăn mòn kim loại và kỹ thuật siêu âm tổ hợp pha (Phased Array - PA).

  • Ăn mòn kim loại: Quá trình ăn mòn được phân loại theo cơ chế (ăn mòn hóa học, ăn mòn điện hóa), điều kiện môi trường (ăn mòn khí quyển, ăn mòn do dòng điện ngoài, ăn mòn do ứng suất), và đặc trưng dạng ăn mòn (ăn mòn đều, ăn mòn không đều, ăn mòn cục bộ như ăn mòn vết, ăn mòn hố, ăn mòn nứt). 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 tổ hợp pha (PA): Là phương pháp kiểm tra không phá hủy sử dụng đầu dò gồm nhiều biến tử độc lập, cho phép điều khiển chùm siêu âm với góc phát và điểm hội tụ theo ý muốn. PA có ưu điểm vượt trội so với siêu âm thông thường như khả năng quét chùm tia đa hướng, phát hiện khuyết tật nhỏ, kiểm tra các chi tiết phức tạp, và tạo bản đồ mòn chính xác.

Các khái niệm chính bao gồm: bản đồ mòn (corrosion mapping), đầu dò siêu âm PA, chất tiếp âm, và robot mang đầu dò.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu sử dụng mô hình bồn chứa xăng dầu tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, chế tạo từ thép ASTM A516 Guide 70 với độ dày thành bồn 10-12 mm. Dữ liệu thu thập từ thiết bị siêu âm OmniScan MX2 và robot mang đầu dò siêu âm PA.

  • Phương pháp phân tích: Thu thập dữ liệu siêu âm theo hai phương thức: thu thập dữ liệu theo một trục và theo hai trục, sử dụng encoder để xác định vị trí đầu dò. Dữ liệu hình ảnh dạng C-Scan được xử lý và ghép nối bằng phần mềm chuyên dụng để lập bản đồ mòn. Phân tích đánh giá độ mòn dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật và phần mềm OmniPC.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2017, bao gồm khảo sát thực nghiệm, thu thập và xử lý dữ liệu, đánh giá hiệu quả giải pháp đo kiểm, và đề xuất quy trình kỹ thuật.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Quy trình kiểm tra siêu âm đánh giá độ mòn bồn chứa xăng dầu: Đã đề xuất quy trình kỹ thuật sử dụng thiết bị siêu âm OmniScan MX2 với đầu dò PA 5L32-A31, kết hợp robot mang đầu dò có lực hút nam châm 180 N, vận tốc di chuyển 25-100 mm/s. Quy trình bao gồm chuẩn bị bề mặt, cài đặt thiết bị, thu thập dữ liệu theo phương thẳng đứng và ngang, xử lý dữ liệu và lập bản đồ mòn.

  2. Giải pháp đo kiểm tự động hóa: Robot mang đầu dò siêu âm có khả năng vượt qua các đường hàn, giữ khoảng cách không đổi giữa đầu dò và bề mặt bồn, giúp thu thập dữ liệu chính xác và an toàn hơn so với phương pháp thủ công. Thời gian kiểm tra giảm khoảng 30-40% so với phương pháp truyền thống.

  3. Hiệu quả đo kiểm và bản đồ mòn: Dữ liệu thu thập theo hai trục cho phép lập bản đồ mòn chi tiết, thể hiện rõ các vùng ăn mòn không đều trên bề mặt bồn. So sánh với phương pháp siêu âm thủ công, phương pháp PA kết hợp robot cho kết quả chính xác hơn khoảng 15-20% về vị trí và mức độ ăn mòn.

  4. Đánh giá độ tin cậy: Phần mềm OmniPC hỗ trợ phân tích dữ liệu siêu âm, xác định chính xác chiều dày còn lại của thành bồn với độ chính xác đến 0,001 mm, giúp đưa ra các quyết định sửa chữa và bảo dưỡng kịp thời.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các phát hiện trên xuất phát từ việc ứng dụng kỹ thuật siêu âm PA hiện đại, kết hợp với robot mang đầu dò giúp tự động hóa quá trình kiểm tra, giảm thiểu sai số do thao tác thủ công và tăng độ an toàn cho kỹ thuật viên. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về ứng dụng siêu âm PA trong kiểm tra mối hàn và độ mòn thiết bị dầu khí. Việc lập bản đồ mòn chi tiết giúp quản lý bảo trì hiệu quả, giảm thiểu rủi ro sự cố do ăn mòn. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ C-Scan và bản đồ mòn 2D, giúp trực quan hóa mức độ ăn mòn theo vị trí trên bồn chứa.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai áp dụng quy trình siêu âm PA kết hợp robot trong kiểm tra bồn chứa xăng dầu: Động tác này nhằm nâng cao độ chính xác và an toàn, giảm thời gian kiểm tra xuống còn khoảng 60% so với phương pháp thủ công. Chủ thể thực hiện là các doanh nghiệp đo kiểm trong nước, thời gian áp dụng trong vòng 1 năm.

  2. Đào tạo chuyên viên NDT siêu âm PA và vận hành robot: Tăng cường năng lực nhân sự với các khóa đào tạo chuyên sâu, đảm bảo kỹ thuật viên có trình độ cao, giảm thiểu sai sót trong quá trình kiểm tra. Thời gian đào tạo dự kiến 6 tháng, do các trường đại học và trung tâm đào tạo chuyên ngành thực hiện.

  3. Đầu tư trang thiết bị siêu âm PA và robot mang đầu dò: Khuyến khích các doanh nghiệp đầu tư thiết bị hiện đại, đồng thời nghiên cứu phát triển robot phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam để giảm chi phí và tăng tính khả thi. Thời gian đầu tư và nghiên cứu phát triển khoảng 2 năm.

  4. Xây dựng phần mềm xử lý và phân tích dữ liệu siêu âm chuyên biệt: Phát triển phần mềm hỗ trợ tự động ghép nối dữ liệu, lập bản đồ mòn và đánh giá chính xác, giúp rút ngắn thời gian xử lý và nâng cao hiệu quả kiểm tra. Chủ thể thực hiện là các viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ, thời gian phát triển 1-2 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Doanh nghiệp đo kiểm và bảo trì thiết bị dầu khí: Nghiên cứu cung cấp giải pháp đo kiểm hiện đại, giúp nâng cao năng lực cạnh tranh và giảm chi phí vận hành.

  2. Các cơ sở đào tạo kỹ thuật NDT và siêu âm: Tài liệu tham khảo hữu ích cho việc xây dựng chương trình đào tạo chuyên sâu về kỹ thuật siêu âm PA và ứng dụng robot trong kiểm tra không phá hủy.

  3. Các nhà quản lý và kỹ sư vận hành kho chứa xăng dầu: Giúp hiểu rõ về quy trình kiểm tra, đánh giá độ mòn và lập kế hoạch bảo dưỡng hiệu quả, đảm bảo an toàn vận hành.

  4. Các nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ đo kiểm không phá hủy: Cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm để phát triển các giải pháp đo kiểm tự động, chính xác và an toàn hơn.

Câu hỏi thường gặp

  1. Kỹ thuật siêu âm PA khác gì so với siêu âm thông thường?
    Siêu âm PA sử dụng nhiều biến tử độc lập điều khiển chùm tia siêu âm đa hướng, cho phép quét và hội tụ chùm tia chính xác hơn, phát hiện khuyết tật nhỏ và phức tạp hơn so với siêu âm thông thường chỉ dùng một đầu dò đơn.

  2. Tại sao cần sử dụng robot trong kiểm tra bồn chứa xăng dầu?
    Robot giúp tự động hóa quá trình kiểm tra, giảm thiểu rủi ro an toàn cho kỹ thuật viên khi làm việc ở vị trí cao hoặc khó tiếp cận, đồng thời tăng độ chính xác và giảm thời gian kiểm tra.

  3. Phương pháp thu thập dữ liệu theo hai trục có ưu điểm gì?
    Thu thập dữ liệu theo hai trục cho phép lập bản đồ mòn chi tiết và liên tục trên bề mặt bồn, giúp phát hiện chính xác vị trí và mức độ ăn mòn không đều, cải thiện hiệu quả đánh giá.

  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 đến 0,001 mm trong việc xác định chiều dày còn lại của vật liệu, vượt trội so với nhiều phương pháp khác.

  5. Làm thế nào để các doanh nghiệp trong nước áp dụng được giải pháp này?
    Cần đầu tư thiết bị siêu âm PA và robot, đào tạo nhân lực chuyên môn cao, đồng thời xây dựng quy trình kiểm tra chuẩn và phần mềm xử lý dữ liệu phù hợp với điều kiện thực tế trong nước.

Kết luận

  • Đã đề xuất 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 an toàn.
  • Giải pháp đo kiểm tự động hóa giúp giảm thời gian kiểm tra khoảng 30-40% so với phương pháp thủ công.
  • Lập bản đồ mòn chi tiết theo dữ liệu thu thập hai trục, hỗ trợ đánh giá chính xác mức độ ăn mòn và lập kế hoạch bảo dưỡng.
  • Đề xuất các giải pháp đào tạo, đầu tư thiết bị và phát triển phần mềm xử lý dữ liệu để nâng cao năng lực đo kiểm trong nước.
  • Khuyến nghị các doanh nghiệp và cơ sở đào tạo áp dụng và phát triển công nghệ nhằm tăng cường khả năng cạnh tranh và đảm bảo an toàn vận hành bồn chứa xăng dầu.

Tiếp theo, cần triển khai áp dụng quy trình và giải pháp đã đề xuất trong thực tế, đồng thời mở rộng nghiên cứu để hoàn thiện công nghệ và nâng cao hiệu quả kiểm tra. Đề nghị các đơn vị liên quan phối hợp thực hiện để đạt được kết quả tốt nhất.