Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu thiết kế thiết bị phát hiện khuyết tật và ăn mòn đường ống dẫn sử dụng đầu dò siêu âm tổ hợp pha

• Tác giả: Lê Duy Tuấn
• Người hướng dẫn: TS. Lê Chí Cƣơng
• Trường học: Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP. HCM
• Chuyên ngành: Cơ Điện Tử, Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị phát hiện khuyết tật và ăn mòn đường ống dẫn sử dụng đầu dò siêu âm tổ hợp pha
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

• 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
• 2.6.2.2. 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)
• 3.1.8. Lựa chọn phƣơng pháp kiểm tra
• 3.2. Hình ảnh thu đƣợc
• 3.2.1. Hiển thị dạng A-Scan
• 3.2.2. Hiển thị dạng B-Scan
• 3.2.3. Hiển thị dạng C-Scan
• 3.2.4. 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. Phƣơng án1: 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. Tổng quan về thiết kế thiết bị phát hiện khuyết tật đường ống

Thiết bị phát hiện khuyết tật đường ống bằng siêu âm tổ hợp pha (UT-PA) đang trở thành một giải pháp quan trọng trong ngành công nghiệp. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, việc kiểm tra và phát hiện khuyết tật trong các đường ống dẫn dầu khí, nước, và các chất lỏng khác là rất cần thiết. Thiết bị này không chỉ giúp phát hiện các khuyết tật mà còn đảm bảo an toàn cho hệ thống đường ống.

1.1. Khái niệm về siêu âm tổ hợp pha trong kiểm tra

Siêu âm tổ hợp pha là một phương pháp kiểm tra không phá hủy, sử dụng sóng siêu âm để phát hiện các khuyết tật trong vật liệu. Phương pháp này cho phép tạo ra hình ảnh 3D của các khuyết tật, giúp người sử dụng dễ dàng nhận diện và đánh giá tình trạng của đường ống.

1.2. Lợi ích của thiết bị phát hiện khuyết tật

Việc sử dụng thiết bị phát hiện khuyết tật bằng siêu âm tổ hợp pha mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng phát hiện chính xác các khuyết tật, giảm thiểu thời gian kiểm tra và chi phí bảo trì, đồng thời nâng cao độ an toàn cho hệ thống đường ống.

II. Vấn đề và thách thức trong kiểm tra đường ống

Mặc dù công nghệ siêu âm tổ hợp pha đã được áp dụng rộng rãi, nhưng vẫn còn nhiều thách thức trong việc kiểm tra đường ống. Các vấn đề như độ chính xác của thiết bị, khả năng phát hiện các khuyết tật nhỏ, và chi phí đầu tư cho thiết bị vẫn là những yếu tố cần được giải quyết.

2.1. Các loại khuyết tật thường gặp trong đường ống

Khuyết tật trong đường ống có thể bao gồm nứt, rỗ khí, ăn mòn, và các vấn đề liên quan đến mối hàn. Những khuyết tật này có thể gây ra sự cố nghiêm trọng nếu không được phát hiện kịp thời.

2.2. Chi phí và hiệu quả của thiết bị kiểm tra

Chi phí đầu tư cho thiết bị kiểm tra siêu âm tổ hợp pha có thể cao, nhưng hiệu quả mà nó mang lại trong việc phát hiện khuyết tật và bảo trì đường ống là rất lớn. Việc cân nhắc giữa chi phí và lợi ích là điều cần thiết.

III. Phương pháp thiết kế thiết bị phát hiện khuyết tật

Thiết kế thiết bị phát hiện khuyết tật đường ống bằng siêu âm tổ hợp pha cần phải tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật và yêu cầu cụ thể. Các bước thiết kế bao gồm phân tích yêu cầu, lựa chọn công nghệ, và thử nghiệm thiết bị.

3.1. Phân tích yêu cầu kỹ thuật

Để thiết kế một thiết bị hiệu quả, cần phải phân tích các yêu cầu kỹ thuật như kích thước ống, loại khuyết tật cần phát hiện, và môi trường làm việc. Điều này giúp đảm bảo thiết bị hoạt động hiệu quả trong thực tế.

3.2. Lựa chọn công nghệ và vật liệu

Việc lựa chọn công nghệ siêu âm tổ hợp pha và vật liệu chế tạo thiết bị là rất quan trọng. Các vật liệu cần có độ bền cao và khả năng chống ăn mòn để đảm bảo tuổi thọ của thiết bị.

IV. Ứng dụng thực tiễn của thiết bị phát hiện khuyết tật

Thiết bị phát hiện khuyết tật đường ống bằng siêu âm tổ hợp pha đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như dầu khí, hóa chất, và xây dựng. Việc ứng dụng này không chỉ giúp phát hiện khuyết tật mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất.

4.1. Ứng dụng trong ngành dầu khí

Trong ngành dầu khí, thiết bị này giúp kiểm tra các đường ống dẫn dầu và khí, đảm bảo an toàn cho quá trình khai thác và vận chuyển. Việc phát hiện sớm các khuyết tật giúp giảm thiểu rủi ro và tổn thất kinh tế.

4.2. Ứng dụng trong ngành xây dựng

Trong ngành xây dựng, thiết bị phát hiện khuyết tật giúp kiểm tra các kết cấu thép, đảm bảo chất lượng và an toàn cho các công trình. Việc sử dụng công nghệ siêu âm tổ hợp pha giúp nâng cao độ chính xác trong kiểm tra.

V. Kết luận và tương lai của thiết bị phát hiện khuyết tật

Thiết bị phát hiện khuyết tật đường ống bằng siêu âm tổ hợp pha đang mở ra nhiều cơ hội mới trong việc kiểm tra và bảo trì đường ống. Tương lai của công nghệ này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến và ứng dụng mới.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ

Công nghệ siêu âm tổ hợp pha đang được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ. Các cải tiến về độ chính xác, tốc độ kiểm tra và khả năng phát hiện khuyết tật sẽ là xu hướng trong tương lai.

5.2. Tầm quan trọng của việc đầu tư vào công nghệ

Đầu tư vào công nghệ kiểm tra không phá hủy như siêu âm tổ hợp pha là rất cần thiết để nâng cao chất lượng và an toàn cho các hệ thống đường ống. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn bảo vệ môi trường.