CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Tác giả nghiên cứu trình bày các một cách tổng quan về đề tài bao gồm các nội dung liên quan cơ bản đến đề tài nhằm giúp người đọc có cái nhìn tổng quát về vấn đề, nội dung, mục tiêu và phạm vi của nghiên cứu bao gồm : Mục 1.1 Giới thiệu sơ lược tổng quan về đề tài, dựa trên các đối tượng cụ thể để xây dựng robot và tổng quan về robot leo bên ngoài đường ống Mục 1.2 Giới thiệu về các loại robot leo đường ống tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước Mục 1.3 Mục tiêu của nghiên cứu Mục 1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đối tượng ống lò xúc tác reformer tại Nhà máy Đạm Cà Mau Reforming sử dụng hơi nước để tạo ra metan là một phương pháp sản xuất khí tổng hợp bằng phản ứng của hydrocacbon với nước. Thông thường khí tự nhiên là nguyên liệu. Mục đích chính của công nghệ này là sản xuất hydro (Hình 1.
Phản ứng được biểu diễn bằng cân bằng này: CH₄ + H₂O ⇌ CO + 3H₂. Quá trình phản ứng này là một phản ứng tỏa nhiệt mạnh.1 Sơ đồ nguyên lý tổng quát quá trình Reformer khí tự nhiên [1] HVTH: QUÁCH KÍA MSHV: 1870228 1 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS NGUYỄN QUỐC CHÍ Chức năng của lò Reformer trong quá trình sản xuất Đạm tại Nhà máy Đạm Cà Mau là dùng cho việc chuyển hóa khí Natural Gas, Steam và không khí thành nguyên liệu đầu vào cho phản ứng tổng hợp. Trong đó, sơ đồ nguyên lý quy trình về công nghệ cho quá trình Reforming khí tự nhiên đầu vào diễn ra tại lò Reformer sơ cấp và thứ cấp được mô tả như trong Hình 1.2, kèm theo đó hình ảnh thực tế của quá trình này này ở Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Reformer sơ cấp và thứ cấp tại Nhà máy Đạm Cà Mau Hình 1.3 Hình ảnh thực tế Reformer sơ cấp và thứ cấp tại Nhà máy Đạm Cà Mau HVTH: QUÁCH KÍA MSHV: 1870228 2 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS NGUYỄN QUỐC CHÍ Về cấu trúc của lò, một bản vẽ kết cấu của lò Reformer sơ cấp được trình bày chi tiết trong Hình 1. Cơ bản, lò có 02 buồng đốt vận hành song song (nằm giữa 02 tường lò AB và CD (Hình 1.4), mỗi tường có 90 đầu đốt, hay còn được gọi là bunner (6 hàng x 15 đầu đốt).
Tổng cộng với 150 ống xúc tác dài 13 m.4 Bản vẽ chi tiết kết cấu lò Reformer sơ cấp tại Nhà máy Đạm Cà Mau Các đường ống xúc tác trong lò Reformer tại Nhà máy đạm Cà Mau với kết cấu thẳng đứng và dài 13m đường kính là 152mm, được thiết kế cạnh nhau với khoảng cách là 100mm (Hình 1.5 Hình ảnh thực tế đường ống xúc tác trong lò Reformer Sơ cấp (nhìn từ ngoài vào) HVTH: QUÁCH KÍA MSHV: 1870228 3 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS NGUYỄN QUỐC CHÍ Hình 1.6 Hình ảnh các ống xúc tại trong lò Reformer Sơ cấp (nhìn từ trên xuống) 1.2 Robot leo đường ống Các lò Reformer là rất quan trọng đối với nhiều quy trình trong các nhà máy lọc dầu và hóa chất, được sử dụng trong sản xuất khí tổng hợp, amoniac, metanol, axit axetic và các hóa chất khác. Bởi vì mức độ phức tạp của các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ của ống cải cách, các mô hình dự báo tuổi thọ hiện tại là rất hạn chế và cung cấp các ước tính thận trọng [2]. Hơn thế nữa, thiết kế vận hành cho đường ống là đảm bảo để tình trạng hoạt động đạt được tuổi thọ thiết kế. Tuy nhiên, trong thực tế, kinh nghiệm cho thấy tuổi thọ thực tế ngắn hơn nhiều so với thiết kế một và sự không thể đoán trước của việc vỡ ống cải cách tạo ra tổn thất kinh tế cao [3].
Tương tự, các hệ thống kiểm tra hiện tại không có thể phát hiện và định lượng một cách đáng tin cậy các hiện trạng hư hỏng có trong ống. Do đó, một số công cụ có được phát triển để tạo ra các cuộc kiểm tra đáng tin cậy và dự đoán cuộc sống thực tế. Những sự phát triển mới dựa trên hệ thống kiểm tra, mô hình phân tích và hệ thống dựa trên kinh nghiệm, hiểu biết về bản chất của lò HVTH: QUÁCH KÍA MSHV: 1870228 4 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS NGUYỄN QUỐC CHÍ luôn cần thiết kế. Thông thường, các phương pháp để thực hiện kiểm tra và đánh giá các hiện tượng lão hóa của đường ống xúc tác này này như chất thấm thuốc nhuộm, chụp X quang, laser, siêu âm và dòng điện xoáy [4].
Một mô hình với hệ thống các phương pháp để phân tích đã được phát triển dựa trên các mối quan hệ giữa đặc tính/trạng thái của ống và biểu hiệu có được từ các quan sát và đo đạc đã được liên kết, để tính toán mức độ biến dạng, hư hỏng và lão hóa. Cùng với đó, hệ thống phân tích này cũng được xây dựng kết hợp dựa trên kinh nghiệm phân tích hàng loạt các số liệu từ tập cơ sở dữ liệu chính bao gồm các thuộc tính vật liệu, dữ liệu lịch sử, tiêu chuẩn liên quan, kết quả kiểm tra, báo cáo tình trạng trong quá trình vận hành nhà máy và các đánh giá trước đó [5]. Do vậy, để đáp ứng độ chính xác cho các kết quả kết luận đánh giá đầu ra trong quá trình đo đạc phân tích hiện trạng của đường ống xúc tác trong lò đóng vai trò hết sức quan trọng và cần thiết [6].7 (a) Robot HSI GROUP, INC Canada [5], (b) Robot for automatic reformer tube inspection (Air Liquide, Estarreja-Portugal) [7] Thực tế, ta có thể thấy được trong quá trình bảo dưỡng, việc tu bổ sửa chữa tường/thành lò và kiểm tra, đánh giá tình trạng lão hóa, suy hao của đường ống xúc tác trong lò tại Nhà máy Đạm Cà Mau (Hình 1.6), thông thường cần đến việc lắp đặt các giàn giáo để người thao tác trèo lên kiểm tra và đo đạc với các thiết bị cầm tay, hoặc cũng có thể áp dụng các thiết bị robot để leo bám trên đường ống để HVTH: QUÁCH KÍA MSHV: 1870228 5 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS NGUYỄN QUỐC CHÍ kiểm tra (Hình 1.7b), tuy nhiên thông thường các dịch vụ kiểm tra này được cung cấp bởi Châu Âu (các công ty dịch vụ như Hscan, LEO,…) với chi phí rất cao, đồng thời cũng như mất rất nhiều thời gian để thực hiện, do quá trình vận chuyển thiết bị và kỹ sư vận hành về Nhà máy.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước Trong thời gian gần đây, các đề tài liên quan đến việc điều khiển robot để kiểm tra thiết bị dạng dây cáp, cột trụ, đường ống, mà trong đó đề tài robot leo cột, trụ hay đường ống tại Việt Nam cũng được quan tâm và nghiên cứu. Trong đó, hai nghiên cứu nổi bật cho chủ đề nghiên cứu này là đề tài nghiên cứu “Thiết kế robot leo trụ và điều khiển” của tác giả Nguyễn Văn Mến trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, thực hiện năm 2015 trong tài liệu [8] và đề tài luận văn Thạc sĩ “Nghiên cứu, thiết kế robot leo trụ” của tác giả Nguyễn Thành Trung thực hiện năm 2015 tại tài liệu [9].
Kết quả nghiên cứu cho thấy, robot sử dụng ba bánh xe để di chuyển trên trụ được thiết kế và chế tạo như tại Hình 1.8 [8] bởi tác giả Nguyễn Văn Mến, robot này với khả năng leo bám được trên trụ và di chuyển lên/xuống; và đồng thời ba động cơ này, cũng phải được điều khiển đồng bộ về tốc độ cũng, theo giải thuật được đề xuất có sơ đồ cấu trúc điều khiển Electronic Lineshaft như tại Hình 1.9, đó chính là là mục tiêu trong nghiên cứu này.8 Mô hình robot leo trụ đèn của tác giả N.Mến [8] HVTH: QUÁCH KÍA MSHV: 1870228 6 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS NGUYỄN QUỐC CHÍ Hình 1.9 Sơ đồ cấu trúc điều khiển Electronic Lineshaft [8] Bên cạnh đó, một đề tài của tác giả Nguyễn Thành Trung trường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh, đã thực hiện thiết kế robot bằng 2 hệ thống độc lập. Một hệ thống tạo lực nén với nhiệm vụ giữ robot di chuyển trên trụ và một hệ thống truyền động bằng bánh xe để robot di chuyển trên trụ. Cơ cấu cơ khí được thiết kế bằng 1 khung với ba bộ nén đặt lệch nhau một góc 1200C, tạo ra một mặt phẳng vuông góc với trục và việc phân tích tính toán lực sẽ đơn giản hơn. Bộ điều khiển PID thứ 1 sẽ được xây dựng để điều khiển lực nén bằng cách điều khiển khoảng cách của lò xo, giúp ổn định lực nén và giữ robot ổn định trên trụ.
Bộ điều khiển PID thứ 2 sẽ điều khiển, ổn định tốc độ robot di chuyển trên trụ. Các kết quả thực nghiệm trong việc thiết kế, chế tạo cơ khí và mạch điều khiển của robot đã cho thấy robot leo được trên các trụ tròn, trụ côn (xem Hình 1. Thông qua quá trình tìm hiểu và khảo lược tài liệu về các nghiên cứu trong nước cho thấy, phần lớn các đề tài robot có dạng leo trụ đứng được thiết kế và xây dựng cho việc leo các cột trụ đèn trong không gian rộng. Tuy nhiên, đối với giới hạn kích thước trong lò Reformer tại nhà máy, một robot có thể đáp ứng được khả năng vận hành trong điều kiện môi trường này là hoàn toàn chưa có trong nước.
HVTH: QUÁCH KÍA MSHV: 1870228 7 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS NGUYỄN QUỐC CHÍ (a) (b) Hình 1.10 Mô hình robot leo cột của tác giả N.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước Các loại mobile Robot Các robot là một trong những yếu tố quan trọng cho sự phát triển kinh tế và xã hội của con người. Hiện nay, hình dạng của robot bao gồm rất nhiều hình thức, trong đó mobile robot bao gồm có nền tảng bánh xe, robot tay máy, robot cơ thể có chân, robot sinh học giống động vật, v. Tất cả những robot này đều đóng góp theo nhiều khía cạnh trong việc cải thiện đời sống con người, công nghiệp, nông nghiệp, kỹ thuật và xã hội. Lợi ích của việc sử dụng robot di động tự động và thông minh (có bánh xe hoặc có chân) trong các ứng dụng trong công nghiệp, quân sự, y tế, hỗ trợ và dịch vụ là rất nhiều, và tác động tích cực của chúng trong xã hội hiện đại đang không ngừng gia tăng [10].
Một số loại robot sau đây có với các bức ảnh có liên quan được bao gồm: HVTH: QUÁCH KÍA MSHV: 1870228 8 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.