Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp dầu khí tại Việt Nam đóng góp quan trọng vào nền kinh tế quốc gia, với Petrovietnam chiếm khoảng 16-18% GDP trong giai đoạn 2008-2015. Để đảm bảo sản lượng khai thác, trung bình mỗi năm các công ty liên kết cần sử dụng khoảng 10.000 tấn ống chống và ống khai thác, được ghép nối bằng các mối ren đạt tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt. Nắp bảo vệ ren ống dầu khí giữ vai trò thiết yếu trong việc bảo vệ các mối nối này khỏi bụi bẩn, nước và các tác nhân gây hại, đảm bảo chất lượng và độ bền của ống trong quá trình vận chuyển và lưu kho.

Hiện nay, công tác làm sạch nắp bảo vệ ren ống tại Công ty Vietubes chủ yếu thực hiện thủ công bằng bàn chải và dầu hỏa, gây tốn thời gian, năng suất thấp và ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người lao động. Trong khi đó, công nghệ rửa siêu âm đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp với ưu điểm làm sạch nhanh, hiệu quả cao và thân thiện với môi trường.

Luận văn tập trung nghiên cứu phát triển thiết bị rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí bằng sóng siêu âm, nhằm cơ khí hóa, bán tự động hóa quá trình làm sạch, nâng cao năng suất và giảm thiểu tác động tiêu cực đến sức khỏe người lao động. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào nắp bảo vệ ren ống kích thước 9-5/8 inch, với mục tiêu thiết kế, chế tạo thiết bị có năng suất khoảng 120 chiếc/ca và đạt độ sạch trên 95% mỡ bảo vệ ren. Nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm chi phí và bảo vệ môi trường tại các nhà máy sản xuất ống dầu khí.

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 sóng siêu âm: Sóng siêu âm là sóng cơ học có tần số cao trên 20 kHz, có khả năng tạo ra hiện tượng xâm thực trong dung dịch làm sạch, giúp phá vỡ các liên kết bẩn bám trên bề mặt vật liệu. Các đại lượng đặc trưng như tần số, công suất, bước sóng và khoảng cách tác động được xác định để tối ưu hiệu quả làm sạch.

  • Nguyên lý làm sạch bằng sóng siêu âm: Quá trình làm sạch dựa trên sự tạo thành và phá vỡ các bọt khí siêu nhỏ trong dung dịch, tạo ra các xung lực mạnh tác động lên bề mặt chi tiết, loại bỏ dầu mỡ và bụi bẩn mà không làm hư hại vật liệu.

  • Khái niệm về nắp bảo vệ ren ống dầu khí: Nắp bảo vệ ren có cấu tạo bằng nhựa hoặc nhựa bọc thép, bảo vệ ren ngoài và ren trong của ống dầu khí, với các loại phổ biến như CEL, CENL, OE. Kích thước và thông số kỹ thuật của nắp bảo vệ được khảo sát chi tiết để thiết kế bể rửa phù hợp.

  • Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất rửa siêu âm: Bao gồm tần số sóng, công suất phát, thời gian rửa, loại dung dịch rửa và cách bố trí nắp trong bể rửa.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập thông tin từ tài liệu chuyên ngành, báo cáo kỹ thuật, các nghiên cứu trong và ngoài nước về công nghệ rửa siêu âm và đặc tính nắp bảo vệ ren ống dầu khí. Dữ liệu thực nghiệm được thu thập tại phòng thí nghiệm REME Lab, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp kế thừa, tổng hợp các kết quả nghiên cứu trước đó; tính toán thiết kế dựa trên các thông số kỹ thuật của nắp bảo vệ ren ống; thực nghiệm đánh giá hiệu quả làm sạch bằng các thí nghiệm đơn yếu tố và đa yếu tố, xác định chế độ hoạt động tối ưu.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Nắp bảo vệ ren ống kích thước 9-5/8 inch được chọn làm mẫu nghiên cứu do chiếm tỷ trọng giá trị cao nhất trong các loại nắp bảo vệ tại Vietubes. Các mẫu nắp bẩn dính mỡ bảo vệ ren được sử dụng để đánh giá hiệu quả làm sạch.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 10/2015 đến tháng 5/2018, bao gồm các giai đoạn khảo sát, thiết kế, chế tạo thiết bị, thực nghiệm và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thiết kế và chế tạo thiết bị rửa siêu âm: Thiết bị được thiết kế với công suất nguồn phát 600 W, tần số 40 kHz, phù hợp với kích thước nắp bảo vệ ren 9-5/8 inch. Bể rửa siêu âm có khung đỡ chắc chắn, bố trí chấn tử phát sóng siêu âm hợp lý để đảm bảo vùng tác động đồng đều.

  2. Năng suất làm sạch: Thiết bị đạt năng suất khoảng 120 chiếc nắp bảo vệ/ca làm việc, đáp ứng yêu cầu sản xuất của công ty. So với phương pháp thủ công, năng suất tăng đáng kể, giảm nhân công và thời gian làm sạch.

  3. Hiệu quả làm sạch: Tỷ lệ loại bỏ mỡ bảo vệ ren trên nắp đạt trên 95%, vượt trội so với phương pháp rửa thủ công. Các thí nghiệm đa yếu tố cho thấy công suất phát sóng và thời gian rửa là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến độ sạch, với thời gian rửa tối ưu khoảng 15-20 phút.

  4. Ảnh hưởng của dung dịch rửa: Dung dịch nước pha xà phòng và dầu KO được thử nghiệm, trong đó dung dịch nước pha xà phòng cho hiệu quả làm sạch tốt hơn đối với mỡ bảo vệ ren vặn ống, đồng thời thân thiện với môi trường và an toàn cho người lao động.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc ứng dụng công nghệ sóng siêu âm trong làm sạch nắp bảo vệ ren ống dầu khí là khả thi và hiệu quả. So với phương pháp thủ công truyền thống, thiết bị rửa siêu âm không chỉ nâng cao năng suất mà còn giảm thiểu tiếp xúc với dung môi độc hại như dầu hỏa, bảo vệ sức khỏe người lao động.

Các biểu đồ quan hệ giữa tỷ lệ độ sạch với công suất và thời gian rửa minh họa rõ ràng sự gia tăng hiệu quả làm sạch khi tăng công suất và thời gian trong giới hạn nhất định. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, thiết bị được phát triển phù hợp với điều kiện sản xuất tại Vietubes, đồng thời có thể mở rộng ứng dụng cho các loại nắp bảo vệ khác.

Việc lựa chọn dung dịch rửa phù hợp cũng góp phần quan trọng vào hiệu quả làm sạch và bảo vệ môi trường. Kết quả thực nghiệm cho thấy dung dịch nước pha xà phòng là lựa chọn tối ưu, vừa đảm bảo độ sạch vừa giảm thiểu ô nhiễm và nguy cơ sức khỏe.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai áp dụng thiết bị rửa siêu âm trong sản xuất: Đề nghị công ty Vietubes đầu tư và áp dụng thiết bị rửa nắp bảo vệ ren ống siêu âm cho kích thước 9-5/8 inch trong vòng 6 tháng tới nhằm nâng cao năng suất và chất lượng làm sạch.

  2. Mở rộng nghiên cứu và phát triển thiết bị cho các kích thước nắp khác: Tiếp tục nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị rửa siêu âm cho các loại nắp bảo vệ ren ống có kích thước từ 3-1/2 inch đến 20 inch, đáp ứng đa dạng nhu cầu sản xuất trong 1-2 năm tới.

  3. Đào tạo và nâng cao nhận thức cho công nhân vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo về vận hành thiết bị và an toàn lao động, giảm thiểu rủi ro tiếp xúc với dung dịch rửa, dự kiến thực hiện trong 3 tháng đầu sau khi thiết bị được đưa vào sử dụng.

  4. Sử dụng dung dịch rửa thân thiện môi trường: Khuyến khích sử dụng dung dịch nước pha xà phòng thay thế dầu hỏa để giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ sức khỏe người lao động, đồng thời xây dựng quy trình thu gom và xử lý chất thải rửa nắp bảo vệ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư và chuyên viên kỹ thuật trong ngành dầu khí: Nghiên cứu cung cấp giải pháp làm sạch nắp bảo vệ ren ống hiệu quả, giúp cải tiến quy trình sản xuất và bảo trì thiết bị.

  2. Nhà quản lý sản xuất tại các công ty chế tạo ống dầu khí: Tham khảo để áp dụng công nghệ rửa siêu âm, nâng cao năng suất, giảm chi phí và cải thiện điều kiện làm việc cho công nhân.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí, công nghệ siêu âm: Tài liệu tham khảo quý giá về ứng dụng sóng siêu âm trong công nghiệp, phương pháp thiết kế và đánh giá thiết bị làm sạch.

  4. Cơ quan quản lý môi trường và an toàn lao động: Tham khảo để xây dựng các tiêu chuẩn, quy định về an toàn và bảo vệ môi trường trong quá trình làm sạch thiết bị công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao chọn sóng siêu âm để làm sạch nắp bảo vệ ren ống dầu khí?
    Sóng siêu âm tạo ra hiện tượng xâm thực giúp loại bỏ dầu mỡ và bụi bẩn hiệu quả mà không làm hư hại bề mặt nắp. Phương pháp này nhanh, tiết kiệm thời gian và giảm tiếp xúc với dung môi độc hại.

  2. Năng suất của thiết bị rửa siêu âm đạt bao nhiêu?
    Thiết bị đạt năng suất khoảng 120 chiếc nắp bảo vệ ren 9-5/8 inch mỗi ca làm việc, cao hơn nhiều so với phương pháp thủ công truyền thống.

  3. Dung dịch rửa nào được khuyến nghị sử dụng?
    Dung dịch nước pha xà phòng được khuyến nghị vì hiệu quả làm sạch cao, an toàn cho người lao động và thân thiện với môi trường hơn so với dầu hỏa.

  4. Thiết bị có thể áp dụng cho các kích thước nắp bảo vệ khác không?
    Hiện thiết bị được thiết kế cho nắp 9-5/8 inch, nhưng có thể mở rộng nghiên cứu và điều chỉnh thiết kế để phù hợp với các kích thước khác trong tương lai.

  5. Làm thế nào để đánh giá độ sạch của nắp bảo vệ sau khi rửa?
    Độ sạch được đánh giá bằng tỷ lệ loại bỏ mỡ bảo vệ ren, với kết quả thực nghiệm cho thấy thiết bị đạt trên 95% độ sạch, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và chất lượng sản phẩm.

Kết luận

  • Đã phát triển thành công thiết bị rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí bằng sóng siêu âm với công suất 600 W, tần số 40 kHz, phù hợp cho nắp 9-5/8 inch.
  • Thiết bị đạt năng suất 120 chiếc/ca và loại bỏ trên 95% mỡ bảo vệ ren, nâng cao hiệu quả làm sạch so với phương pháp thủ công.
  • Việc sử dụng dung dịch nước pha xà phòng giúp tăng hiệu quả làm sạch và giảm thiểu tác động môi trường.
  • Nghiên cứu mở ra hướng phát triển thiết bị rửa tự động cho các kích thước nắp bảo vệ khác, góp phần hiện đại hóa quy trình sản xuất tại Vietubes.
  • Khuyến nghị triển khai áp dụng thiết bị trong sản xuất, đồng thời đào tạo nhân lực và xây dựng quy trình vận hành an toàn, hiệu quả.

Hành động tiếp theo là tiến hành thử nghiệm mở rộng, hoàn thiện thiết bị và triển khai áp dụng thực tế tại nhà máy, nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm trong ngành công nghiệp dầu khí.