Nghiên cứu đề xuất giải pháp kiểm tra độ mòn bồn chứa xăng dầu bằng kỹ thuật siêu âm

HCM Ngành học: Kỹ thuật Cơ khí Tên luận văn: Nghiên cứu đề xuất giải pháp kiểm tra độ mòn bồn chứa xăng dầu bằng kỹ thuật siêu âm... LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện luận văn “Nghiên

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC

Họ & tên: Vũ Hải Linh Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 06/06/1990 Nơi sinh: Bình Phước

Địa chỉ liên lạc: Trường Cao đẳng Công nghệ Quốc tế Lilama 2 Điện thoại: 0902 600 407

E-mail: linhhai90@gmail.com

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO

1 Cao đẳng chuyên nghiệp

Hệ đào tạo: Cao đẳng Thời gian đào tạo từ 09/2008 đến 06/2011 Nơi học (trường, thành phố): Trường Cao đẳng Kỹ thuật Cao Thắng

Ngành học: Công nghệ kỹ thuật cơ khí

2 Đại học

Hệ đào tạo: Chính quy (CT) Thời gian đào tạo từ 09/2012 đến 01/2014 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM Ngành học: Công nghệ chế tạo máy

Tên đồ án tốt nghiệp: Tính toán thiết kế chế tạo thiết bị cắt, sấy dây

Ngày & nơi bảo vệ đồ án: 12/2013 & Trường ĐH SPKT TPHCM

Người hướng dẫn: ThS Hoàng Trí

3 Thạc sĩ:

Hệ đào tạo: Sau Đại học Thời gian đào tạo từ /2016 đến 06/2017 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Tp HCM Ngành học: Kỹ thuật Cơ khí

Tên luận văn: Nghiên cứu đề xuất giải pháp kiểm tra độ mòn bồn chứa xăng dầu bằng kỹ thuật siêu âm

Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 28/10/2017 & Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Tp HCM

Người hướng dẫn: PGS.TS Đặng Thiện Ngôn

4 Tiến sĩ: Không

5 Trình độ ngoại ngữ: Anh Văn Bậc 3 Khung Châu Âu

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

4/2014 – 12/2014 Công ty TNHH Điện tử Sunching Kỹ sư

01/2015 đến nay Trường Cao đẳng Công nghệ Quốc

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 08 năm 2017

Vũ Hải Linh

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện luận văn “Nghiên cứu đề xuất giải pháp kiểm tra

độ mòn bồn chứa xăng dầu bằng kỹ thuật siêu âm”, tôi đã nhận được rất nhiều sự

quan tâm và giúp đỡ của quý thầy cô, công ty, nhà trường, bạn bè và gia đình Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:

- Thầy PGS TS Đặng Thiện Ngôn, đã dành nhiều thời gian, tâm huyết truyền đạt những kiến thức khoa học quý báu, hướng dẫn, định hướng, động viên tôi trong quá trình thực hiện luận văn

- Anh Nguyễn Trọng Quốc Khánh - Giám đốc công ty TNHH Giải pháp kiểm định Việt (Visco) - đã nhiệt tình giúp đỡ và hướng dẫn tôi về kỹ thuật siêu âm trong suốt quá trình làm luận văn

- Anh Hoàng Văn Dũng - Chuyên gia của Hiệp hội hàn Hoa Kỳ - đã hướng dẫn tôi về cách thức lập quy trình siêu âm

- Anh Tô Thanh Tuần - Trưởng Khoa Hàn - đã nhiệt tình giúp đỡ, hướng dẫn

và chỉ cho tôi những kiến thức về siêu âm

- Quý thầy, cô Trường ĐHSPKT TP HCM đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức nền tảng, chuyên môn cho tôi trong thời gian tôi học tập tại trường

- Ban Giám Hiệu trường Cao Đẳng Công Nghệ Quốc Tế Lilama 2 đã tạo điều kiện, giúp đỡ, động viên giúp tôi hoàn thành khóa học của mình

- Gia đình, anh em, bạn bè và đồng nghiệp đã tạo điều kiện và giúp đỡ để tôi yên tâm học tập

Một lần nữa xin chân thành cảm ơn!

VŨ HẢI LINH

TÓM TẮT

Bồn chứa xăng dầu theo qui định cần được kiểm tra đánh giá định kỳ để phát hiện các khuyết tật, đặc biệt là độ mòn khi đưa vào hoạt động Tuy nhiên, hiện nay công việc kiểm tra đánh giá bồn chứa xăng dầu hiện nay hầu như do các công ty dịch

vụ NDT nước ngoài đảm nhiệm Các công ty dịch vụ NDT trong nước vừa thiếu thiết

bị, thiếu các giải pháp đo kiểm đã được chứng thực nên thường vẫn thực hiện bằng tay mất nhiều thời gian, nguy hiểm cho kỹ thuật viên đo kiểm và kết quả phụ thuộc nhiều vào trình độ tay nghề của kỹ thuật viên đo kiểm

Để góp phần vào việc xây dựng các giải pháp đo kiểm được chứng thực có tính khả thi cao để phục vụ công việc đánh giá chính xác độ ăn mòn của bồn chứa xăng dầu bằng kỹ thuật siêu âm PA, đề tài tập trung nghiên cứu các nội dung sau:

- Khảo sát về bồn và các khuyết tật mòn xuất hiện trên bồn chứa xăng dầu

- Lựa chọn đầu đo (đầu dò), thiết bị siêu âm, dạng dữ liệu của siêu âm PA

- Đề xuất giải pháp đo kiểm (chiến lược đo) đánh giá độ ăn mòn của bồn chứa xăng dầu: phương án đo, thiết bị mang đầu đo (robot), cách xử lý dữ liệu

- Đánh giá các giải pháp đo nhằm xây dựng bản đồ ăn mòn của bồn chứa xăng dầu

Kết quả đạt được:

- Đề xuất quy trình kỹ thuật siêu âm đánh giá độ mòn bồn chứa xăng dầu;

- Đề xuất được giải pháp đo kiểm đánh giá độ mòn bồn chứa xăng dầu có tính khả thi (phương án di chuyển, phương thức xử lý dữ liệu thành lập bản đồ mòn)

- Đề xuất giải thuật và cách thức đánh giá độ mòn của bồn chứa xăng dầu qua bản đồ mòn (dạng hình ảnh)

ABSTRACT

Tank that contains the fuel such as gasoline needs periodical inspection to recognize the defects especially the corrosion level when we use it However, nowaday the inspection and evaluation are conducted by almost of foreign NDT service companies The natinonal NDT service companies are lack of equipements and measurment solution that are approved, so the inspection and evaluation are conducted

by hand that wastes much time and makes technician to become dangerous The result depends on the quality of the technician

Inorder to provide the building up the measurement solution that is approved and realisable in supporting the inspecting and evaluating the corrosion level of fuel tank exactly by PA supersonic technic The thesis focus on the main contain below:

- Survey the tanks and corrosion defects that appear on the tank wall

- Choose the homing devices, supersonic devices, data forms of PA technic

- Propose the solution for measuring, evaluating the corrosion level of tanks

of fuel such as: measuring methods, homing devices (robot) and data process

- Evaluate the measuring methods to build the corrosion diagram for tank of fuel

The results are achieved as below:

- Propose the process of supersonic technic of evaluating the corrosion level

of the fuel tank

- Propose the realisable measurment solution of fuel tank corrosion level (movement solution, data process method to set up the diagram)

- Propose the algorithm and method of evaluating the fuel tank by corrosion level diagram (figure form)

MỤC LỤC

Quyết định giao đề tài

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

1.6.2 Phương pháp thu thập thông tin

2.1.1.1 Theo hình dáng của bồn 5

2.1.2 Tình hình chế tạo, xây dựng bồn chứa ở nước ta 6

2.2.1.1 Theo cơ chế của quá trình ăn mòn 8 2.2.1.2 Theo điều kiện của quá trình ăn mòn 8

2.4 Các tồn tại khi kiểm tra mòn bằng siêu âm 13 2.5 Hiện trạng kiểm tra mòn bồn chứa xăng dầu ở Việt Nam 13 2.6 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 15

2.7 Ý kiến thảo luận và đề xuất nhiệm vụ của đề tài 17

3.3.1.1 Thu thập dữ liệu theo 1 trục 22

5.1 Nghiên cứu xác lập quy trình kiểm tra siêu âm 47

5.2.1 Robot chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên 56 5.2.2 Robot chuyển động theo phương ngang 58 5.2.3 Robot chuyển động theo thẳng đứng từ dưới lên ,từ trên xuống 59 5.3 Đánh giá hiệu quả của giải pháp đo kiểm 62

6.2 Kiến nghị 68

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

NDT – NonDestructive Testing

3D – 3 Dimensional

PA – Phased Array

API – American Petroleum Institute

TOF – Time of Flight

ASME – American Society of Mechnical Engineers

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Mức độ chịu ăn mòn của vật liệu 9

Bảng 3.1: Thành phần hóa học thép ASTM A516 Guide 70 20

Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật ENC1-2.5-LM 22

Bảng 3.4: Tiêu chí đánh giá độ mòn qua hình ảnh dựa trên dữ liệu PA 27

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.3: Bồn chứa cầu chứa xăng dầu tại nhà máy lọc dầu Dung Quất 6

Hình 2.5: Dự án mở rộng kho cảng xăng dầu Chân Mây- Thừa Thiên Huế 7

Hình 2.6: Khuyết tật ăn mòn khí quyển của thân bồn chứa 10

Hình 2.7: Khuyết tật ăn mòn không đều trên bồn chứa 10

Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của siêu âm thông thường 11

Hình 2.9: Nguyên lý hoạt động của phương pháp siêu âm PA 12

Hình 2.10: Kiểm tra chất lượng bồn thủ công ở Việt Nam 15

Hình 2.11: Kiểm tra chất lượng bồn bằng robot ở nước ngoài 15

Hình 3.1: Mô hình bồn chứa xăng dầu 19

Hình 3.2: Robot mang đầu dò siêu âm PA 20

Hình 3.6: Dữ liệu thu thập từ 1 trục 23

Hình 3.7: Dữ liệu thu thập từ 2 trục 23

Hình 3.8: Các dữ liệu thu được theo 1 trục 24

Hình 3.9: Insert các file hình ảnh vào của sổ làm việc của Paint 24

Hình 3.10: Ghép dữ liệu hình ảnh trong Paint 25

Hình 3.11: Dữ liệu thu thập theo 2 trục 26

Hình 3.12: Bản đồ mòn hiển thị trong OmniPC 26

Hình 4.6: Khoảng cách lớn nhất cho phép cho một nêm phẳng trên bề mặt

Hình 4.7: Nêm của đầu dò trên bề mặt cong 34 Hình 4.8: Điều khiển các chùm tia siêu âm 35

Hình 4.10: Các dạng hiển thị hình ảnh siêu âm 36

Hình 4.11: Miêu tả A-Scan tín hiệu RF (bên trái); tín hiệu chỉnh lưu

Hình 4.12: Mã hóa biên độ tín hiệu RF trong các mức thang xám 37

Hình 4.13: Vị trí và độ sâu tương đối của lỗ (hiển thị B-Scan) 37

Hình 4.14: Xác định vị trí lỗ qua hiển thị C-Scan 38

Hình 4.15: Kích thước khuyết tật ở dạng hiển thị dạng D-Scan 39

Hình 4.16: Xác định sự tồn tại của khuyết tật qua hiển thị S-Scan 39

Hình 4.17: Quét hai hướng (bên trái) và quét một hướng nhất định (bên phải) 40

Hình 4.18: Quét bề mặt đinh ốc trong các chi tiết hình trụ 41

Hình 4.19: Mẫu quét bề mặt hình xoắn ốc 42

Hình 4.20: Chọn 1 encoder ở chế độ quét 1 trục 43

Hình 4.21: Cài đặt thông số cho encoder 1 43

Hình 4.22: Thu thập dữ liệu mã hóa 1 trục 44

Hình 4.23: Cài đặt thông số cho 2 encoder 45

Hình 4.24: Thu thập dữ liệu mã hóa 2 trục 45

Hình 5.1: Máy siêu âm OmniScan MX2 47

Hình 5.2: Đặc điểm kỹ thuật của đầu dò 5L32-A31 48

Hình 5.3: Đặc điểm kỹ thuật của nêm SA4-0L 49

Hình 5.4: Khoảng cách từ nêm đến bề mặt bồn chứa 49

Hình 5.5: Hình ảnh dạng C-Scan khi đo độ ăn mòn của tấm kim loại 50

Hình 5.6: Hình ảnh và đặc điểm kỹ thuật của robot 51

Hình 5.9: Màn hình khởi động máy OminiScan MX2 54

Hình 5.10: Cài đặt thông số kiểm tra vật liệu 55

Hình 5.11: Cài đặt máy siêu âm OminiScan MX2 55

Hình 5.12: Sơ đồ robot chuyển động theo phương thẳng đứng 56

Hình 5.13: Dữ liệu thu được theo phương án 1 58

Hình 5.14: Sơ đồ robot chuyển động theo phương ngang 58

Hình 5.15: Dữ liệu thu được theo phương án 2 59

Hình 5.16: Sơ đồ chuyển động theo thẳng đứng từ dưới lên, từ trên xuống 60

Hình 5.17: Dữ liệu thu được theo phương án 3 61

Hình 5.18: Quá trình robot di chuyển theo phương xác định 63

Hình 5.22: Vị trí khi robot di chuyển 65

Hình 5.23: Quá trình chuyển động của robot 65

Hình 5.24: Quá trình thu thập dữ liệu qua từng giai đoạn 66

Hình 5.25: Đánh giá độ ăn mòn vật liệu trong OmniPC 66

Hình 5.26: Kết quả quá trình siêu âm 67

Hiện nay, phương pháp siêu âm được sử dụng phổ biến trong đánh giá kiểm tra chất lượng bồn chứa là siêu âm thông thường và siêu âm 3D (Phased Array) tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật đặt ra

Thực tế hiện nay việc kiểm tra đánh giá chất lượng bồn chứa xăng dầu bằng

kỹ thuật siêu âm đều được các công ty nước ngoài thực hiện với các giải pháp độc quyền với chi phí cao Các doanh nghiệp trong nước hoạt động trong lĩnh vực này

mặc dù có trang bị thiết bị đo kiểm siêu âm đắt tiền nhưng không có được các giải pháp đã được nghiên cứu và kiểm chứng nên không thể tham gia cạnh tranh Do vậy, việc nghiên cứu các giải pháp đo kiểm đánh giá chất lượng bồn chứa bằng kỹ thuật siêu âm có tính khả thi sẽ giúp chủ động trong việc thi công chế tạo bồn chứa cũng như cung cấp các giải pháp cạnh tranh cho các doanh nghiệp đo kiểm trong nước

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Trong ngành công nghiệp dầu khí bồn chứa có vai trò quan trọng và có ý nghĩa chiến lược trong việc trữ và cung ứng nguồn nhiên liệu xăng dầu Trong quá trình vận hành do những yếu tố về vật lý, hóa học sẽ làm cho bồn chứa xăng dầu bị ăn mòn và gây hư hỏng nên yêu cầu việc triển khai kiểm tra đánh giá chất lượng bồn chứa định kỳ Việc lựa chọn phương pháp cũng như giải pháp kiểm tra và đánh giá ảnh hưởng lớn đến thời gian dừng vận hành bồn chưa, thời gian kiểm tra đánh giá

và chi phí Trong thực tế hiện nay, bồn chứa xăng dầu thường được kiểm tra đánh giá chất lượng bằng phương pháp siêu âm thủ công Tuy nhiên phương pháp này vẫn còn nhiều hạn chế sau:

- Khi kiểm tra bồn ở vị trí cao có thể gây nguy hiểm cho nhân viên kiểm tra;

- Khó ứng dụng các chiến lược đo kiểm, không tự động hoá được công việc

đo kiểm;

- Đòi hỏi phải có chuyên viên NDT siêu âm bậc cao, nhiều năm kinh nghiệm;

- Tốn nhiều thời gian, chi phí cao;

- Việc kiểm tra thủ công này không thể cạnh tranh được với các công ty nước ngoài vì thời gian dài, kết quả cần phải xử lý qua nhiều bước,…

Vì những lý do trên và thực tế là các doanh nghiệp đo kiểm trong nước đều không thể cạnh tranh và phải thuê mướn hoàn toàn các công ty đo kiểm nước ngoài

để kiểm tra đánh giá chất lượng bồn chứa của các dự án đang được triển khai Để góp phần chủ động và tránh phụ thuộc vào các doanh nghiệp nước ngoài, việc đầy mạnh nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật siêu âm vào kiểm tra đánh giá bồn chứa xăng

dầu là cần thiết Đề tài: "Nghiên cứu đề xuất giải pháp kiểm tra độ mòn bồn chứa

xăng dầu bằng kỹ thuật siêu âm" đã được triển khai thực hiện góp phần vào định

hướng này cũng như mong muốn đề xuất được các giải pháp đo kiểm có tính khả thi giúp các doanh nghiệp trong nước tăng khả năng cạnh tranh

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.3.1 Ý nghĩa khoa học

Đề tài nghiên cứu, tìm hiểu về bồn chứa xăng dầu, độ ăn mòn và kỹ thuật siêu

âm trong việc nghiên cứu đề xuất, giải pháp đo kiểm đánh giá chất lượng bồn chứa xăng dầu bằng kỹ thuật siêu âm và có một số ý nghĩa khoa học sau:

- Đề xuất được các phương án siêu âm trong kiểm tra đánh giá độ ăn mòn của bồn chứa xăng dầu

- Đề xuất giải pháp đo và kiểm tra chất lượng bồn chứa xăng dầu

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

- Xác định chính xác chất lượng bồn chứa xăng dầu để có kế hoạch sửa chữa

và bảo dưỡng phù hợp

- Tiết kiệm thời gian và giảm chi phí kiểm tra đánh giá chất lượng bồn

- Giảm rủi ro và đảm bảo an toàn lao động người lao động

- Các doanh nghiệp trong nước có khả năng cạnh tranh với các công ty nước ngoài với các giải pháp đo kiểm có tính khả thi, chi phí phù hợp

1.4 Mục tiêu nghiên cứu đề tài

- Đề xuất được phương án siêu âm (chiến lược đo kiểm) trong kiểm tra đánh giá độ ăn mòn của bồn chứa xăng dầu

- Đề xuất giải pháp đo kiểm hiệu quả, cho kết quả tin cậy, có thể tự động hoá quá trình đo kiểm

1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.5.1 Đối tượng nghiên cứu

Với các mục tiêu trên, các đối tượng nghiên cứu của đề tài có thể được xác định, bao gồm:

- Bồn chứa xăng dầu dung tích lớn

- Các dạng khuyết tật ăn mòn

- Thiết bị siêu âm kiểm tra độ ăn mòn

1.5.2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Do phạm vi nghiên cứu của đề tài khá rộng nên trong khuôn khổ một luận văn cao học, nội dung nghiên cứu được giới hạn như sau:

- Mô hình bồn chứa xăng dầu dung tích lớn nghiên cứu có đường kính 30 m, dung tích khoảng 10.000 m3, cao khoảng 14 m

- Giải pháp và kỹ thuật kiểm tra đánh giá sử dụng kỹ thuật siêu âm

- Chỉ kiểm tra độ mòn ở phần thân trụ của bồn

1.6 Phương pháp nghiên cứu

1.6.1 Phương pháp kế thừa

Nghiên cứu tài liệu để tìm hiểu các công trình đã công bố liên quan đến đề tài trong và ngoài nước, từ đó xác định những nội dung cần thiết mà đề tài cần giải quyết

1.6.2 Phương pháp thu thập thông tin

Nghiên cứu nguyên lý các phương pháp siêu âm hiện nay, các thiết bị dùng trong siêu âm Các phương án cụ thể, cách đánh giá và kết luận của phương pháp siêu âm

Thu thập tài liệu từ các bài báo khoa học, tạp chí, sách, giáo trình, nguồn từ internet trong và ngoài nước có liên quan đến nội dung nghiên cứu Tìm hiểu và phân tích nguyên lý hoạt động của thiết bị kiểm tra siêu âm

1.7 Kết cấu của luận văn

Kêt cấu luận văn "Nghiên cứu đề xuất giải pháp kiểm tra độ mòn bồn chứa

xăng dầu bằng kỹ thuật siêu âm" gồm các chương sau:

- Chương 1: Mở đầu

- Chương 2: Tổng quan

- Chương 3: Nội dung và phương pháp nghiên cứu

- Chương 4: Cơ sở lý thuyết

- Chương 5: Kết quả nghiên cứu

- Chương 6: Kết luận và kiến nghị

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Bồn chứa xăng dầu

Nền kinh tế nước ta hiện nay, ngành dầu khí đang gánh vác một sứ mệnh vô cùng to lớn với nhiệm vụ khai thác, chế biến và xuất khẩu dầu để mang lại nguồn ngoại tệ và cung ứng xăng dầu cho sự phát triển của nền kinh tế nước nhà

Bồn chứa có vai trò rất quan trọng trong hoạt động kinh doanh, sản xuất của ngành dầu khí với nhiệm vụ: bảo quản, tồn trữ nhiên liệu, chế phẩm từ dầu,… Bồn chứa được chế tạo chủ yếu từ kỹ thuật hàn từ các tấm thép có dung tích lớn để phục

vụ cho các nhu cầu tồn trữ nguyên nhiên liệu khác nhau Bồn chứa khá đa dạng về chủng loại nhưng chủ yếu được phân loại theo các tiêu chí như: theo hình dáng của bồn, theo chiều cao xây dựng

2.1.1 Phân loại bồn chứa

Hình 2.3: Bồn chứa cầu chứa xăng dầu tại nhà máy lọc dầu Dung Quất

2.1.1.2 Theo chiều cao xây dựng

- Bồn ngầm: được đặt bên dưới mặt đất, thường dùng cho các cửa hàng bán

lẻ

- Bồn nổi: được xây dựng trên mặt đất, thường bố trí ở các kho lớn

- Bồn nửa ngầm: loại bồn có 1/2 chiều cao bồn nhô lên mặt đất

- Bồn ngoài khơi: được thiết kế nổi trên mặt nước, có thể di chuyển từ nơi này đến nơi khác một cách dễ dàng

2.1.2 Tình hình chế tạo, xây dựng bồn chứa ở nước ta

Ở nước ta, bồn chứa xuất hiện từ cuối thế kỉ XIX và đầu thế kỉ XX, chủ yếu

phục vụ cho công cuộc khai thác thuộc địa của Pháp Hiện nay, đất nước ngày càng phát triển, kéo theo hàng loạt nhà máy dầu khí ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu về xăng, dầu, khí tăng cao

Nhà máy lọc dầu Dung Quất với khu bồn chứa dầu thô có 6 bồn chứa khổng

lồ đường kính 69 m, chiều cao 22 m, tổng dung tích 390.000 m3 Khu bồn chứa sản phẩm có 23 bồn chiếm dung tích là 393.000 m3 Khu bồn chứa trung gian có 25 bồn với tổng thể tích hơn 400.000 m3 [1]

Năm 2012 công ty cổ phần Kết cấu kim loại và Lắp máy dầu khí thuộc tổng công ty cổ phần Xây lắp Dầu khí Việt Nam thực hiện mở rộng tổng kho xăng dầu Nhà Bè (sức chứa giai đoạn 1 và 2 là 100.000 m3, giai đoạn 3 thi công thêm 3 bồn

có tổng sức chứa 70.000 m3) [2]

Hình 2.4: Tổng kho xăng dầu Nhà Bè [2]

Công trình mở rộng kho cảng xăng dầu Chân Mây - Thừa Thiên - Huế (3 bồn chứa xăng dầu với tổng dung tích 15.000 m3, 1 bồn cứu hỏa 1.000 m3) [3]

Hình 2.5: Dự án mở rộng kho cảng xăng dầu Chân Mây- Thừa Thiên Huế [3]

2.2 Ăn mòn kim loại

Sự ăn mòn kim loại là quá trình làm giảm chất lượng và tính chất của kim loại

do sự tương tác của chúng với môi trường xâm thực gây ra

2.2.1 Phân loại

2.2.1.1 Theo cơ chế của quá trình ăn mòn

- Ăn mòn hoá học: là quá trình ăn mòn do tác dụng hoá học giữa kim loại với môi trường

- Ăn mòn điện hoá: là quá trình ăn mòn do tác dụng điện hoá học giữa kim loại với môi trường; phản ứng điện hóa xảy ra trên 2 vùng khác nhau của bề mặt kim loại: vùng anốt và vùng catốt Tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào điện thế điện cực của kim loại, môi trường ăn mòn, nhiệt độ,…

2.2.1.2 Theo điều kiện của quá trình ăn mòn

- Ăn mòn khí: ăn mòn kim loại trong khí thường xảy ra ở nhiệt độ cao

- Ăn mòn khí quyển: ăn mòn kim loại trong khí quyển tự nhiên

- Ăn mòn do ứng suất: là dạng ăn mòn do tác dụng đồng thời của môi trường

ăn mòn và ứng suất cơ học

2.2.1.3 Theo đặc trưng của dạng ăn mòn

Ăn mòn toàn bộ: là hiện tượng ăn mòn trên toàn bộ bề mặt kim loại Gồm:

- Ăn mòn đều: tốc độ ăn mòn trên bề mặt kim loại như nhau

- Ăn mòn không đều: tốc độ ăn mòn không đều nhau trên bề mặt kim loại

- Ăn mòn chọn lựa: chỉ phá huỷ một pha nào đó trong cấu trúc hợp kim hay một cấu tử nào đó của hợp kim

Ăn mòn cục bộ: chỉ một vài phần trên bề mặt kim loại bị ăn mòn Có các dạng:

- Ăn mòn vết: tạo thành những vết dài trên bề mặt kim loại

- Ăn mòn hố: ăn mòn tạo thành hố có chỗ sâu, chỗ nông

- Ăn mòn điểm: ăn mòn ở dạng điểm khác nhau đường kính là 0,1 – 1,2 mm

- Ăn mòn dưới bề mặt: ăn mòn ban đầu trên bề mặt nhưng dần dần ưu tiên dưới bề mặt

- Ăn mòn giữa các tinh thể: ăn mòn này rất nguy hiểm vì không thay đổi dạng

bề mặt bên ngoài, nhưng làm giảm nhanh độ bền và độ dẻo của kim loại

- Ăn mòn nứt: khi tác động đồng thời hai nhân tố là ăn mòn và cơ học Kim loại không những nứt ở giữa các giới hạn hạt mà còn xuyên qua tinh thể [4]

2.2.2 Mức độ ăn mòn của vật liệu

Đa số kim loại đều bị ăn mòn khi tiếp xúc với môi trường Khả năng phát sinh

ăn mòn phụ thuộc nhiều yếu tố: loại kim loại, tính chất môi trường, nhiệt độ, thời gian, áp lực Mức độ chịu ăn mòn của vật liệu được trình bày trong bảng 1.1

Bảng 2.1: Mức độ chịu ăn mòn của vật liệu [5]

Nhóm chịu ăn mòn Chỉ số ăn mòn sâu (mm/năm) Thang

Hình 2.6: Khuyết tật ăn mòn khí quyển của thân bồn chứa

Hình 2.7: Khuyết tật ăn mòn không đều trên bồn chứa

2.3 Kiểm tra đánh giá mòn bằng siêu âm

Dựa vào tình hình thực tế của các khuyết tật mòn trên bồn chứa xăng dầu, và cũng do bồn chứa xăng dầu không thể di chuyển vào phòng thí nghiệm hoặc đưa các thiết bị đo kiểm khác đến hiện trường để thực hiện đo kiểm (ví dụ như thiết bị chụp ảnh phóng xạ) nên phương pháp kiểm tra mòn bằng siêu âm đã được lựa chọn áp dụng Hiện nay có 2 loại siêu âm chính: siêu âm thông thường và siêu âm tổ hợp pha (Phased Array)

2.3.1 Siêu âm thông thường

Cơ sở lý thuyết của phương pháp này là sử dụng sóng siêu âm có tần số cao được truyền vào vật liệu cần kiểm tra Hầu hết các phương pháp kiểm tra siêu âm được thực hiện ở vùng có tần số 0,5 MHz đến 20 MHz Nguyên lý đo kiểm là sóng

âm được phát ra từ đầu dò (đầu siêu âm), khi đến mặt phân giới giữa hai môi trường

thì chủ yếu sẽ phản xạ trở lại và một phần sẽ khúc xạ (phần khúc xạ rất nhỏ) Mức

độ phản xạ phụ thuộc nhiều vào trạng thái vật lý của vật liệu

Khi chùm siêu âm gặp chỗ không đồng nhất sẽ xảy ra các hiện tượng phản xạ, thẩm thấu và sự biến đổi sóng Đo đạc âm thanh thu lại sau khi truyền sẽ biết được các khuyết tật trong vật đo Kiểm tra vật liệu bằng siêu âm có độ xuyên sâu lớn hơn hẳn phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ, có thể phát hiện được những vết nứt nằm sâu bên trong vật thể Sơ đồ nguyên lý cơ bản của phương pháp kiểm tra bằng siêu âm được trình bày ở hình 2.8 [6]

Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của siêu âm thông thường [6]

Ưu điểm của kiểm tra khuyết tật vật liệu bằng phương pháp siêu âm [6]:

- Độ nhạy cao nên phát hiện được các khuyết tật nhỏ;

- Cho phép kiểm tra các chi tiết dày;

- Xác định vị trí, kích thước và hình dạng khuyết tật với độ chính xác cao;

- Chỉ cần tiếp xúc một bên của vật liệu;

- Cho đáp ứng nhanh vì thế có thể cho phép kiểm tra nhanh và tự động Khuyết điểm:

- Hình dạng của vật thể kiểm tra có ảnh hưởng đến việc kiểm tra;

- Khó kiểm tra các vật liệu có cấu tạo bên trong phức tạp;

- Cần phải sử dụng chất tiếp âm để thúc đẩy sự truyền năng lượng âm vào vật cần kiểm tra;

- Đầu dò phải tiếp xúc phù hợp với bề mặt mẫu trong quá trình kiểm tra;

- Phương có khuyết tật ảnh hưởng đến khả năng phát hiện khuyết tật;

- Nhân viên kiểm tra phải được đào tạo, có nhiều kinh nghiệm;

- Chi phí thiết bị cao

2.3.2 Siêu âm tổ hợp pha

Kiểm tra siêu âm tổ hợp pha (Phased Array, PA) là một kỹ thuật mới, tiên tiến của nhóm các phương pháp kiểm tra không phá hủy sử dụng sóng siêu âm Trong phương pháp kiểm tra PA, các đầu dò gồm nhiều biến tử độc lập, cách âm với nhau

và có bộ biến đổi số - tương tự riêng Các biến tử này được kích thích bằng xung điện có độ trễ theo chương trình cho trước Sóng âm từ các biến tử này sẽ giao thoa

và tạo nên chùm siêu âm có góc phát, điểm hội tụ theo ý muốn Như vậy chùm siêu

âm PA được điều khiển bằng điện tử [7]

Hình 2.9: Nguyên lý hoạt động của phương pháp siêu âm PA

Ưu điểm của kiểm tra PA:

- So với phương pháp siêu âm thông thường thì kiểm tra PA có khả năng sử dụng nhiều biến tử điều khiển, hội tụ và quét chùm tia với hệ thống đầu dò đơn

- Điều khiển được chùm tia, thông thường có dạng quét hình quạt, có thể được dùng để phản xạ từ chi tiết với các góc thích hợp

- Kiểm tra các chi tiết với hình dạng phức tạp sẽ đơn giản hơn

- Kích thước đầu dò nhỏ và khả năng quét chùm tia mà không cần dịch chuyển đầu dò còn giúp cho việc thực hiện kiểm tra được cả những chi tiết ở trong tình trạng khó tiếp cận để quét bằng máy

Ứng dụng:

- Siêu âm PA dùng để kiểm tra và phát hiện vết nứt của mối hàn ở các ngành

công nghiệp như hàng không, năng lượng, dầu khí, các nhà cung cấp phôi kim loại thanh và ống, xây dựng và bảo dưỡng đường ống

- Công nghệ siêu âm tổ hợp pha còn được sử dụng hiệu quả trong việc xác định hình dạng chiều dày còn lại trong các ứng dụng kiểm tra sự ăn mòn

Một số hạn chế:

- Các hệ thống PA đòi hỏi chi phí đầu tư thiết bị cao

- Người vận hành phải qua đào tạo bài bản, cần có kinh nghiệm nhiều năm

2.4 Các tồn tại khi kiểm tra mòn bằng siêu âm

Trong các ứng dụng đo bằng siêu âm, sự lựa chọn thiết bị và đầu dò sẽ phụ thuộc vào vật liệu đo, chiều dày, kích thước hình học, nhiệt độ, một số yêu cầu về

độ chính xác và những điều kiện đặc biệt khác Các yếu tố chính cần được quan tâm khi triển khai kiểm tra vật liệu bằng siêu âm [8]:

- Vật liệu: loại vật liệu và chiều dày đo là những yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn thiết bị và đầu dò Nói chung, vật liệu mỏng nên đo ở tần số cao và vật liệu dày hoặc vật liệu suy giảm âm nhiều cần đo ở tần số thấp

- Kích thước và hình dáng: khi độ cong của bề mặt càng lớn, hiệu quả truyền

âm giữa đầu dò và chi tiết kiểm tra càng giảm Nên khi độ cong tăng lên thì kích thước của đầu dò cần phải giảm đi

- Nhiệt độ: đầu dò tiếp xúc thông thường có thể sử dụng trên bề mặt có nhiệt

độ tới 50oC

- Độ chính xác: có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo bao gồm việc chuẩn bị thiết bị, tính đồng nhất của vận tốc âm trong vật liệu, độ thô ráp của bề mặt, độ cong bề mặt, sự tiếp xúc và sự không song song của hai mặt phân cách Tất cả những yếu tố này cần được xem xét khi lựa chọn thiết bị và đầu dò Với phép hiệu chuẩn đúng, phép đo có thể đạt độ chính xác 0,001 mm

2.5 Hiện trạng kiểm tra mòn bồn chứa xăng dầu ở Việt Nam

Quy trình kiểm định bồn, thiết bị chứa xăng dầu theo tiêu chuẩn API 653 [9] được tiến hành như sau:

- Xem xét tài liệu, thu thập thông tin chung của bồn chứa: bản vẽ thiết kế,

thông số kỹ thuật, hiện trạng, hoạt động bảo trì và sửa chữa bồn

- Kiểm tra tình trạng bằng phương pháp trực quan: thân bồn, mái, các đường hàn, sơn phủ, móng bồn

- Kiểm tra chiều dày tấm thép đáy, thân bồn và mái bồn bằng máy siêu âm

- Đánh giá độ dày tối thiểu được chấp nhận của toàn bộ thành bồn chứa xăng dầu theo tiêu chuẩn API 653, chiều dày nhỏ nhất tmin được tính theo công thức sau:

𝑡𝑚𝑖𝑛 =2,6(𝐻 − 1)𝐷𝐺

Trong đó:

+ tmin: chiều dày tối thiểu được chấp nhận

+ D: đường kính danh nghĩa của bồn

+ H: chiều cao của thành bồn chứa xăng dầu

+ G: trọng lực

+ S: ứng suất cho phép lớn nhất

+ E: hiệu quả liên kết ban đầu của bồn chứa

Dịch vụ kiểm định bồn, thiết bị chứa theo tiêu chuẩn API 653 hiện nay được thực hiện thủ công bởi công ty cổ phần kiểm định đo lường và huấn luyện an toàn Việt Nam (STIM)

Việc kiểm tra đánh giá chất lượng bồn bằng kỹ thuật siêu âm thủ công có nhiều khó khăn và bất lợi: kỹ thuật viên phải sử dụng các thiết bị phụ trợ như giàn giáo, dây cáp,… tiềm ẩn nguy cơ về an toàn lao động và đòi hỏi mất nhiều thời gian để dựng giàn Đặc biệt, do kỹ thuật viên di chuyển đầu dò bằng tay nên quá trình kiểm tra sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến kết quả đo cũng như quá trình lập ra bản đồ mòn trong bồn chứa

Hình 2.10: Kiểm tra chất lượng bồn thủ công ở Việt Nam Quá trình kiểm tra siêu âm tại nước ngoài có nhiều bước phát triển hơn Người

ta đã áp dụng robot vào quá trình kiểm tra siêu âm bồn chứa xăng dầu Nhưng mỗi robot lại hoạt động không giống nhau Chưa đưa ra được chiến lược đo kiểm để giảm thiểu tối đa thời gian, kinh tế Bên cạnh đó, do robot chỉ hoạt động trong một phạm vi nhỏ Vì vậy, việc lập được bản đồ ăn mòn của bồn chứa xăng dầu rất khó khăn Từ đó gây ra vấn đề phức tạp cho quá trình đánh giá

Hình 2.11: Kiểm tra chất lượng bồn bằng robot ở nước ngoài

2.6 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

2.6.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Luận văn thạc sĩ của Trịnh Văn Thuyết trường ĐH SPKT Tp Hồ Chí Minh (2013) [12] đã tiến hành nghiên cứu xây dựng quy trình kiểm tra mối hàn giáp mối