Nghiên cứu thiết kế thiết bị phát hiện khuyết tật và ăn mòn đường ống bằng đầu dò siêu âm

LÝ LỊCH KHOA HỌC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT

SUMMARY

1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

1.4.1. Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài

1.4.2. Phạm vi nghiên cứu

1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu

1.5.1. Cơ sở phƣơng pháp luận

1.5.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể

1.5.2.1. Phƣơng pháp lý thuyết

1.5.2.2. Phƣơng pháp thực nghiệm

2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

2.1. Phân loại ống thép theo công nghệ

2.1.1. Khái quát về quy trình công nghệ

2.1.2. Phân loại ống đúc dựa vào mục đích sử dụng

2.2. Ống thép hàn

2.2.1. Mối hàn dọc ống (mối hàn dọc trục)

2.2.2. Mối hàn ngang ống (mối hàn hƣớng kính)

2.2.3. Mối hàn xoắn ống

2.2.4. Khuyết tật mối hàn

2.3. Phân loại khuyết tật mối hàn

2.4. Lẹm chân và chảy loang

2.5. Khuyết tật về hình dạng

2.6. Khuyết tật ăn mòn kim loại

2.6.1. Cấu tạo của kim loại và ảnh hƣởng của nó đến quá trình ăn mòn

2.6.2. Sự ăn mòn kim loại

2.6.2.1. Quá trình ăn mòn

2.6.3. Các dạng ăn mòn bề mặt

2.7. Kiểm tra không phá hủy (NDT)

2.8. Các nghiên liên quan đến đề tài

2.8.1. Các nghiên cứu trong nƣớc

2.8.2. Các nghiên ngoài nƣớc

2.9. Thiết bị kiểm tra khuyết tật hiện tại

2.9.1. Máy quét bằng tay MODEL 4020 của hãng WesDyne NDE

2.9.2. HydroFORM của hãng Olympus

2.9.3. Manual One-Axis Scanner của hãng Olympus (HSMT- Compact Weld Inspection)

3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1. Các phƣơng pháp kiểm tra

3.1.1. Kiểm tra bằng thị giác và quang học (VT)

3.1.2. Kiểm tra siêu âm (Ultrasonic test)

3.1.3. Kiểm tra bằng chất lỏng thẩm thấu (PT)

3.1.4. Kiểm tra bằng bột từ (MT)

3.1.5. Kiểm tra bằng truyền âm (AE)

3.1.6. Kiểm tra rò rỉ (LT)

3.1.7. Siêu âm tổ hợp pha (UT - PA)

3.2. Lựa chọn phƣơng pháp kiểm tra

3.3. Hình ảnh thu đƣợc

3.3.1. Hiển thị dạng A-Scan

3.3.2. Hiển thị dạng B-Scan

3.3.3. Hiển thị dạng C-Scan

3.3.4. Hiển thị dạng S-Scan

4. CHƯƠNG 4: YÊU CẦU VÀ PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ

4.1. Phân tích đối tƣợng thiết kế

4.2. Phƣơng án chọn lựa thiết kế

4.2.1. Phƣơng án chuyển động tròn quanh ống

4.2.1.1. Phƣớng án 1: Bánh xe từ

4.2.1.2. Phƣơng án 2: dùng cùm cố định quanh ống

4.2.2. Phƣơng án chuyển động dọc ống

4.2.2.1. Phƣớng án 1: Xi lanh khí nén

4.2.2.2. Phƣơng án 2: vít me kết hợp với bộ truyền đai

4.2.2.3. Phƣơng án 3: Bộ truyền trục vít me kết hợp thanh trƣợt

4.3. So sánh các phƣơng án và lựa chọn

4.3.1. Phƣơng án 1: Dùng loadcell cảm biến lực ép đầu đò vào ống

4.3.2. Phƣơng án 2: Dùng lò xo

4.4. So sánh các phƣơng án và lựa chọn

4.5. Xác định sai lệch của đầu dò so với mối hàn

4.5.1. Phƣơng án 1: Sử dụng cảm biến nhận diện mép ngoài mối hàn

4.5.2. Phƣơng án 2: Dùng đèn laser đƣờng

4.5.3. Phƣơng án 3: Dùng Camera

4.6. So sánh các phƣơng án và lựa chọn

4.6.1. Phƣơng án 1: Dùng Encoder

4.6.2. Phƣơng án 2: Dùng thƣớc quang

4.7. So sánh các phƣơng án và lựa chọn

4.7.1. Phƣơng án 1: Dùng 3 kẹp hình tam giác

4.7.2. Phƣơng án 2: Dùng 4 kẹp hình chữ nhật

4.8. So sánh các phƣơng án và lựa chọn

4.9. Chất tiếp âm

4.10. Lựa chọn bộ điều khiển

4.11. Lựa chọn phƣơng án thiết kế

5. CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CƠ CẤU

5.1. Tính toán, thiết kế cơ cấu

5.1.1. Tính toán cơ khí

5.1.1.1. Tính toán bộ truyền đai

5.1.1.2. Tính toán bộ truyền xích

5.1.1.3. Tính toán lò xo

5.1.1.4. Tính toán, kiểm nghiệm bền trục

5.1.2. Thiết kế phần mạch

5.1.2.1. Khối mạch điều khiển và nút nhấn

5.1.2.2. Khối công suất điều khiển động cơ

5.1.2.3. Sơ đồ kết nối các bộ phận

5.2. Quá trình chế tạo

5.2.1. Chế tạo các bộ phận cơ khí:

5.2.2. Chế tạo các mạch điều khiển:

6. CHƯƠNG 6: QUI TRÌNH KIỂM TRA, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ

6.1. Qui trình kiểm tra

6.1.1. Phạm vi áp dụng

6.1.2. Định nghĩa và viết tắt thuật ngữ

6.1.3. Tham chiếu tiêu chuẩn

6.1.4. Thời gian kiểm tra

6.1.5. Chuẩn bị thiết bị đo

6.1.6. Chuẩn bị bề mặt đo

6.1.7. Kiểm tra và vận hành thiết bị

6.1.8. Sửa chữa và kiểm tra lại

6.1.9. Xuất hình ảnh báo cáo

6.2. Thực nghiệm xác định lực của lò xo

6.3. Thực nghiệm xác định sai số vòng của đầu dò

6.4. Thực nghiệm xác định sai số dọc trục

6.5. Thực nghiệm đo với Omni Scan và đầu dò

6.5.1. Thử nghiệm với mối hàn vòng ống

6.5.1.1. Các thông số lựa chọn thí nghiệm

6.5.1.2. Các bƣớc tiến hành thí nghiệm

6.5.2. Các thông số lựa chọn thí nghiệm

6.5.3. Các bƣớc tiến hành thí nghiệm

7. CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DANH SÁCH CÁC HÌNH

DANH SÁCH CÁC BẢNG

I. Giới thiệu

Nhu cầu năng lượng ngày càng gia tăng trong bối cảnh phát triển kinh tế và xã hội. Đường ống dẫn đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển năng lượng, đặc biệt là dầu khí. Tuy nhiên, các đường ống này thường gặp phải các vấn đề như khuyết tật và ăn mòn. Việc phát hiện sớm các vấn đề này là rất cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình vận chuyển. Phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) như kiểm tra siêu âm đang được áp dụng rộng rãi, nhưng vẫn còn nhiều hạn chế trong việc phát hiện và đánh giá tình trạng của đường ống. Đề tài này tập trung vào việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị phát hiện khuyết tật và ăn mòn đường ống sử dụng đầu dò siêu âm tổ hợp pha.

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Đường ống dẫn là một phần không thể thiếu trong hệ thống năng lượng. Việc phát hiện khuyết tật và ăn mòn kịp thời giúp ngăn ngừa các sự cố nghiêm trọng. Các phương pháp kiểm tra hiện tại chủ yếu nhập khẩu, dẫn đến chi phí cao. Do đó, việc phát triển thiết bị kiểm tra trong nước là cần thiết. Công nghệ siêu âm tổ hợp pha (UT-PA) có khả năng cung cấp hình ảnh 3D chính xác, nhanh chóng, nhưng chưa được ứng dụng rộng rãi tại Việt Nam. Đề tài này sẽ nghiên cứu và phát triển thiết bị kiểm tra nhằm nâng cao hiệu quả và giảm chi phí cho ngành công nghiệp năng lượng.

II. Tổng quan

Tổng quan về các loại đường ống và các phương pháp kiểm tra hiện có là rất quan trọng. Đường ống được phân loại theo nhiều tiêu chí như công nghệ sản xuất, mục đích sử dụng và loại mối hàn. Các khuyết tật thường gặp bao gồm khuyết tật mối hàn và khuyết tật ăn mòn. Việc phân tích các dạng khuyết tật này giúp xác định phương pháp kiểm tra phù hợp. Các phương pháp kiểm tra không phá hủy như kiểm tra siêu âm và kiểm tra bằng bột từ được sử dụng phổ biến. Tuy nhiên, việc áp dụng công nghệ mới như siêu âm tổ hợp pha vẫn còn hạn chế. Đề tài sẽ tập trung vào việc phát triển thiết bị kiểm tra khuyết tật và ăn mòn đường ống bằng đầu dò siêu âm tổ hợp pha.

2.1 Phân loại ống thép

Ống thép được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau. Các loại ống như ống hàn, ống đúc và ống không gỉ đều có những đặc điểm riêng. Mỗi loại ống sẽ có những yêu cầu khác nhau về chất lượng và độ bền. Việc hiểu rõ về các loại ống sẽ giúp trong việc lựa chọn phương pháp kiểm tra phù hợp. Khuyết tật mối hàn là một trong những vấn đề nghiêm trọng nhất, có thể dẫn đến sự cố lớn nếu không được phát hiện kịp thời. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển thiết bị kiểm tra là rất cần thiết.

III. Cơ sở lý thuyết

Cơ sở lý thuyết về các phương pháp kiểm tra là rất quan trọng trong việc phát triển thiết bị. Kiểm tra siêu âm là một trong những phương pháp không phá hủy hiệu quả nhất. Phương pháp này sử dụng sóng siêu âm để phát hiện các khuyết tật bên trong vật liệu. Siêu âm tổ hợp pha (UT-PA) là một công nghệ mới, cho phép tạo ra hình ảnh 3D của các khuyết tật. Việc áp dụng công nghệ này trong kiểm tra đường ống sẽ giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả. Đề tài sẽ nghiên cứu sâu về nguyên lý hoạt động của đầu dò siêu âm tổ hợp pha và cách thức ứng dụng trong kiểm tra khuyết tật và ăn mòn.

3.1 Các phương pháp kiểm tra

Các phương pháp kiểm tra không phá hủy hiện nay bao gồm kiểm tra bằng thị giác, kiểm tra siêu âm, kiểm tra bằng chất lỏng thẩm thấu và kiểm tra bằng bột từ. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Kiểm tra siêu âm được ưa chuộng vì khả năng phát hiện khuyết tật bên trong mà không làm hư hại đến vật liệu. Siêu âm tổ hợp pha (UT-PA) là một bước tiến mới trong công nghệ kiểm tra, cho phép thu thập dữ liệu chính xác và nhanh chóng. Việc nghiên cứu và phát triển thiết bị kiểm tra dựa trên công nghệ này sẽ mang lại nhiều lợi ích cho ngành công nghiệp.

IV. Yêu cầu và phương án thiết kế

Yêu cầu thiết kế thiết bị kiểm tra khuyết tật và ăn mòn đường ống là rất cao. Thiết bị cần phải đảm bảo độ chính xác, độ bền và khả năng hoạt động trong môi trường khắc nghiệt. Phương án thiết kế sẽ được xây dựng dựa trên các tiêu chí này. Việc lựa chọn đầu dò siêu âm và các bộ phận khác của thiết bị sẽ được thực hiện cẩn thận để đảm bảo hiệu quả kiểm tra. Các phương án thiết kế sẽ được so sánh và đánh giá để chọn ra phương án tối ưu nhất. Đề tài sẽ trình bày chi tiết về các phương án thiết kế và lý do lựa chọn.

4.1 Phân tích đối tượng thiết kế

Phân tích đối tượng thiết kế là bước quan trọng trong quá trình phát triển thiết bị. Đối tượng thiết kế bao gồm các yếu tố như kích thước, hình dạng và vật liệu của đường ống. Việc hiểu rõ về đối tượng sẽ giúp trong việc lựa chọn công nghệ và phương pháp kiểm tra phù hợp. Khuyết tật và ăn mòn là hai yếu tố chính cần được xem xét trong thiết kế. Thiết bị cần phải có khả năng phát hiện các khuyết tật này một cách chính xác và nhanh chóng.

Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Thiết kế thiết bị phát hiện khuyết tật và ăn mòn đường ống dẫn sử dụng đầu dò siêu âm