Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp dầu khí tại Việt Nam đóng góp khoảng 16-18% GDP trong giai đoạn 2008-2015, với Petrovietnam là đầu tàu kinh tế trọng điểm, thu hút vốn và công nghệ hiện đại. Trung bình mỗi năm, các công ty liên kết với Petrovietnam sử dụng khoảng 10.000 tấn ống chống và ống khai thác, được ghép nối bằng các mối ren đạt độ chính xác cao, không trầy xước và phải được bảo vệ kỹ lưỡng. Nắp bảo vệ ren ống dầu khí giữ vai trò quan trọng trong việc bảo vệ ren ống khỏi bụi bẩn, mỡ bảo vệ và các tác nhân gây hại trong quá trình vận chuyển và lưu kho.

Hiện nay, công việc rửa 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. Kỹ thuật rửa siêu âm đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp để làm sạch các chi tiết phức tạp, tiết kiệm thời gian và nâng cao hiệu quả làm sạch. Do đó, 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 công đoạn này là cần thiết.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào việc khảo sát đặc tính nắp bảo vệ ren ống, đề xuất công nghệ rửa siêu âm phù hợp với quy mô công nghiệp của Vietubes, thiết kế và chế tạo thiết bị rửa công suất nhỏ cho nắp bảo vệ cỡ 9-5/8 inch với năng suất khoảng 120 chiếc/ca, đồng thời xác định chế độ hoạt động tối ưu để đạt hiệu quả làm sạch trên 95% mỡ bảo vệ ren. Nghiên cứu có ý nghĩa lớn trong việc nâng cao năng suất, giảm chi phí và bảo vệ sức khỏe người lao động trong ngành cơ khí dầu khí.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết sóng siêu âm và nguyên lý làm sạch bằng sóng siêu âm. Sóng siêu âm là sóng cơ học có tần số trên 20 kHz, khi truyền qua dung dịch rửa tạo ra hiện tượng xâm thực, hình thành và phá vỡ các bọt khí li ti, sinh ra các xung lực mạnh giúp bóc tách và loại bỏ các lớp bẩn bám trên bề mặt chi tiết. Các yếu tố ảnh hưởng chính đến hiệu suất làm sạch gồm tần số sóng siêu âm, công suất phát, loại dung dịch rửa và thời gian rửa.

Ngoài ra, nghiên cứu áp dụng các mô hình thiết kế kỹ thuật cơ khí để tính toán kích thước bể rửa, bố trí chấn tử phát sóng siêu âm, đảm bảo sóng siêu âm lan tỏa đều và tác động hiệu quả lên bề mặt nắp bảo vệ ren. Các khái niệm chính bao gồm: nắp bảo vệ ren ống dầu khí, sóng siêu âm, hiện tượng xâm thực, công suất và tần số sóng siêu âm, dung dịch rửa, và chế độ vận hành thiết bị.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ thực tế sản xuất tại Công ty Vietubes, tài liệu chuyên ngành, các nghiên cứu trong và ngoài nước về công nghệ rửa siêu âm và thiết bị làm sạch chi tiết cơ khí. Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Phương pháp kế thừa: tổng hợp và phân tích các công trình nghiên cứu liên quan để làm cơ sở lý thuyết và kỹ thuật.
  • Phương pháp thu thập thông tin: khảo sát thực trạng nắp bảo vệ ren ống, đặc tính vật liệu, kích thước, và các phương pháp rửa hiện tại.
  • Phương pháp tính toán thiết kế: xác định thông số kỹ thuật, bố trí chấn tử siêu âm, thiết kế bể rửa và cấu trúc thiết bị.
  • Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: chế tạo mô hình thiết bị rửa siêu âm công suất 600 W, tần số 40 kHz, thực hiện thí nghiệm làm sạch nắp bảo vệ ren 9-5/8 inch tại phòng thí nghiệm REME Lab, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

Cỡ mẫu thực nghiệm gồm các nắp bảo vệ ren ống dính mỡ bảo vệ với kích thước đường kính 280 mm, chiều dài 190 mm. Phương pháp chọn mẫu dựa trên đặc điểm phổ biến và giá trị kinh tế của nắp bảo vệ cỡ 9-5/8 inch. Thời gian nghiên cứu từ tháng 10/2015 đến tháng 05/2018.

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 bể rửa siêu âm có kích thước phù hợp cho nắp bảo vệ ren 9-5/8 inch, bố trí chấn tử phát sóng siêu âm công suất 60 W, tần số 40 kHz, nguồn phát 600 W, điện áp 220 V. Năng suất đạt khoảng 120 chiếc/ca, đáp ứng yêu cầu sản xuất của Vietubes.

  2. Hiệu quả làm sạch: Thí nghiệm cho thấy tỉ lệ loại bỏ mỡ bảo vệ ren trên nắp bảo vệ đạt trên 95%, vượt trội so với phương pháp rửa thủ công. Độ sạch được đánh giá bằng cảm quan và kiểm tra kỹ thuật, đảm bảo không còn mỡ bám trên bề mặt ren.

  3. Ảnh hưởng của các yếu tố đến hiệu suất rửa: Công suất sóng siêu âm và thời gian rửa là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến độ sạch. Khi tăng công suất từ 300 W lên 600 W và thời gian rửa từ 5 đến 15 phút, độ sạch tăng đáng kể, đạt tối ưu ở 600 W và 10 phút. Dung dịch rửa pha nước và xà phòng cho hiệu quả tốt hơn so với nước tinh khiết.

  4. So sánh với phương pháp thủ công: Thiết bị rửa siêu âm giảm thời gian rửa xuống còn khoảng 1/3 so với rửa thủ công, giảm nhân công và loại bỏ hoàn toàn việc tiếp xúc trực tiếp với dầu hỏa, góp phần bảo vệ sức khỏe người lao động.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu khẳng định tính khả thi và hiệu quả của công nghệ rửa siêu âm trong việc làm sạch nắp bảo vệ ren ống dầu khí. Sóng siêu âm tạo ra hiện tượng xâm thực giúp loại bỏ mỡ bảo vệ và bụi bẩn hiệu quả mà không làm hư hại vật liệu nhựa và thép của nắp bảo vệ. Các biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa công suất, thời gian và độ sạch cho thấy điểm tối ưu rõ ràng, giúp xác định chế độ vận hành phù hợp.

So với các nghiên cứu trước đây về máy rửa siêu âm công nghiệp, thiết bị này được thiết kế đặc thù cho nắp bảo vệ ren ống dầu khí với kích thước lớn hơn và yêu cầu làm sạch cao hơn. Việc ứng dụng công nghệ này không chỉ nâng cao năng suất mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường do giảm sử dụng dung môi dầu hỏa.

Các kết quả cũng phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về hiệu quả làm sạch bằng sóng siêu âm trong công nghiệp cơ khí, đồng thời đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật và yêu cầu sản xuất của ngành dầu khí Việt Nam.

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 nắp cỡ 9-5/8 inch, nhằm nâng cao năng suất lên 120 chiếc/ca, giảm thời gian rửa xuống còn 10 phút, thực hiện trong vòng 6 tháng.

  2. Mở rộng nghiên cứu và phát triển thiết bị cho các cỡ 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 khác như 3-1/2 inch, 7 inch, nhằm đa dạng hóa sản phẩm và đáp ứng nhu cầu sản xuất đa dạng, dự kiến hoàn thành trong 12 tháng.

  3. Đào tạo và nâng cao nhận thức cho công nhân vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo về vận hành, bảo trì thiết bị rửa siêu âm, đồng thời tuyên truyền về lợi ích sức khỏe và môi trường, giảm thiểu tiếp xúc với dung môi độc hại, thực hiện trong 3 tháng đầu sau khi thiết bị được đưa vào sử dụng.

  4. Xây dựng quy trình vận hành và kiểm soát chất lượng: Thiết lập quy trình chuẩn vận hành thiết bị, kiểm soát chất lượng độ sạch nắp bảo vệ ren ống sau rửa, đảm bảo đạt tiêu chuẩn kỹ thuật, giảm thiểu sai sót và tăng hiệu quả sản xuất, áp dụng ngay khi thiết bị hoạt động.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư và chuyên viên kỹ thuật trong ngành cơ khí dầu khí: Nghiên cứu cung cấp giải pháp công nghệ làm sạch nắp bảo vệ ren ống, giúp cải tiến quy trình sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí vận hành.

  2. Nhà quản lý và lãnh đạo doanh nghiệp sản xuất ống dầu khí: Tham khảo để đánh giá hiệu quả đầu tư thiết bị rửa siêu âm, tối ưu hóa nguồn lực, nâng cao năng suất và bảo vệ sức khỏe người lao động.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí: Tài liệu tham khảo về ứng dụng sóng siêu âm trong công nghiệp, phương pháp thiết kế và thực nghiệm thiết bị cơ khí, hỗ trợ phát triển các đề tài nghiên cứu liên quan.

  4. Cơ quan quản lý và các tổ chức kiểm định chất lượng sản phẩm dầu khí: Hiểu rõ quy trình làm sạch nắp bảo vệ ren ống, đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật và an toàn trong sản xuất, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm đầu ra.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần rửa sạch nắp bảo vệ ren ống dầu khí?
    Nắp bảo vệ ren ống thường dính mỡ bảo vệ và bụi bẩn, nếu không làm sạch sẽ gây trầy xước, han gỉ ren ống, ảnh hưởng đến chất lượng mối nối và an toàn khai thác. Việc rửa sạch đảm bảo ren ống đạt tiêu chuẩn kỹ thuật và kéo dài tuổi thọ sản phẩm.

  2. Công nghệ rửa siêu âm có ưu điểm gì so với rửa thủ công?
    Rửa siêu âm làm sạch nhanh, hiệu quả cao, loại bỏ trên 95% mỡ bảo vệ, giảm thời gian và nhân công, không gây hại sức khỏe do không tiếp xúc trực tiếp với dung môi dầu hỏa, đồng thời dễ dàng cơ khí hóa và tự động hóa.

  3. Thiết bị rửa siêu âm được thiết kế cho loại nắp bảo vệ nào?
    Thiết bị nghiên cứu và chế tạo chủ yếu cho nắp bảo vệ ren ống dầu khí cỡ 9-5/8 inch, loại nắp có giá trị kinh tế cao và phổ biến tại Công ty Vietubes, với năng suất khoảng 120 chiếc/ca.

  4. Các yếu tố nào ảnh hưởng đến hiệu quả làm sạch bằng sóng siêu âm?
    Công suất sóng siêu âm, tần số, thời gian rửa và loại dung dịch rửa là các yếu tố chính. Công suất và thời gian tăng sẽ nâng cao độ sạch, dung dịch pha nước và xà phòng giúp tăng hiệu quả làm sạch so với nước tinh khiết.

  5. Có thể áp dụng công nghệ này cho các loại nắp bảo vệ khác không?
    Có thể, tuy nhiên cần nghiên cứu thiết kế bể rửa và bố trí chấn tử phù hợp với kích thước và hình dạng từng loại nắp bảo vệ để đảm bảo hiệu quả làm sạch tối ưu.

Kết luận

  • Đã thiết kế và chế tạo thành công thiết bị rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí bằng sóng siêu âm công suất 600 W, tần số 40 kHz, phù hợp cho nắp cỡ 9-5/8 inch.
  • Thiết bị đạt năng suất khoảng 120 chiếc/ca, làm sạch trên 95% mỡ bảo vệ ren, vượt trội so với phương pháp thủ công.
  • Xác định được chế độ vận hành tối ưu gồm công suất 600 W, thời gian rửa 10 phút và dung dịch pha nước-xà phòng.
  • Giải pháp giúp giảm thiểu tác động xấu đến sức khỏe người lao động, tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả sản xuất tại Công ty Vietubes.
  • Đề xuất mở rộng nghiên cứu cho các loại nắp bảo vệ khác và triển khai áp dụng trong thực tế sản xuất, đồng thời đào tạo nhân lực vận hành thiết bị.

Hành động tiếp theo: Đầu tư thiết bị rửa siêu âm, hoàn thiện quy trình vận hành và đào tạo nhân viên để đưa công nghệ vào ứng dụng thực tế, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm ngành cơ khí dầu khí.