(Luận văn thạc sĩ hcmute) nghiên cứu đề xuất giải pháp kiểm tra độ mòn bồn chứa xăng dầu bằng kỹ thuật siêu âm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
VŨ HẢI LINH

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KIỂM TRA ĐỘ MÒN
BỒN CHỨA XĂNG DẦU BẰNG KỸ THUẬT SIÊU ÂM

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103

SKC007531

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2017

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
VŨ HẢI LINH

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP
KIỂM TRA ĐỘ MÒN BỒN CHỨA XĂNG DẦU
BẰNG KỸ THUẬT SIÊU ÂM

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103

Hướng dẫn khoa học:

PGS. TS. ĐẶNG THIỆN NGƠN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2017

Luan van


Luan van


Luan van


Luan van


Luan van


Luan van


Luan van


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC
Vũ Hải Linh

Họ & tên:

Ngày, tháng, năm sinh: 06/06/1990

Giới tính: Nam
Nơi sinh: Bình Phước

Quê quán:

Hải Dương

Địa chỉ liên lạc:

Trường Cao đẳng Công nghệ Quốc tế Lilama 2

Điện thoại:

0902 600 407

E-mail:



Dân tộc: Kinh

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 tốn thiết kế chế tạo thiết bị cắt, sấy dây
chè dây tiết kiệm năng lượng

Ngày & nơi bảo vệ đồ án:

12/2013 & Trường ĐH SPKT TPHCM

Người hướng dẫn:

ThS. Hồng 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.

i

Luan van


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 Ngơn.
4. Tiến sĩ: Khơng
5. Trình độ ngoại ngữ: Anh Văn Bậc 3 Khung Châu Âu.
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC
Thời gian

Nơi công tác

4/2014 – 12/2014 Công ty TNHH Điện tử Sunching
01/2015 đến nay

Trường Cao đẳng Công nghệ Quốc
tế Lilama 2

ii

Luan van

Công việc đảm nhiệm
Kỹ sư
Giảng viên


LỜI CAM ĐOAN

Tơi cam đoan đây là cơng 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 cơng trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 08 năm 2017

Vũ Hải Linh

iii

Luan van

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. Tơi
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
tơi trong q 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 tơi 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 Tơ Thanh Tuần - Trưởng Khoa Hàn - đã nhiệt tình giúp đỡ, hướng dẫn
và chỉ cho tôi những kiến thức về siêu âm.
- Q thầy, cơ 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 tơi hồn 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

iv

Luan van

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 cơng ty dịch
vụ NDT nước ngồi đảm nhiệm. Các cơng 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 cơng 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 mịn bồn chứa xăng dầu;
- Đề xuất được giải pháp đo kiểm đánh giá độ mịn 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 mịn (dạng hình ảnh).

v

Luan van


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).

vi

Luan van

MỤC LỤC
Trang tựa

TRANG

Quyết định giao đề tài
Xác nhận của cán bộ hướng dẫn
Lý lịch khoa học

i

Lời cam đoan

iii

Lời cảm ơn

iv

Tóm tắt

v

Mục lục

vii

Danh sách các chữ viết tắt

xii

Danh sách các bảng

xiii

Danh sách các hình

xiv

Chương 1. MỞ ĐẦU

1

1.1. Đặt vấn đề

1

1.2. Tính cấp thiết của đề tài

2

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

3

1.3.1. Ý nghĩa khoa học

3

1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn

3

1.4. Mục tiêu nghiên cứu đề tài

3

1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3

1.5.1. Đối tượng nghiên cứu

3

1.5.2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài

4

1.6. Phương pháp nghiên cứu

4

1.6.1. Phương pháp kế thừa

4

1.6.2. Phương pháp thu thập thông tin
1.7. Kết cấu của luận văn

4

Chương 2. TỔNG QUAN

5

2.1. Bồn chứa xăng dầu

5

2.1.1. Phân loại bồn chứa

5

vii

Luan van


2.1.1.1. Theo hình dáng của bồn

5

2.1.1.2. Theo chiều cao xây dựng

6

2.1.2. Tình hình chế tạo, xây dựng bồn chứa ở nước ta
2.2. Ăn mòn kim loại

6
8

2.2.1. Phân loại

8

2.2.1.1. Theo cơ chế của q trình ăn mịn

8

2.2.1.2. Theo điều kiện của q trình ăn mịn

8

2.2.1.3. Theo đặc trưng của dạng ăn mòn

8

2.2.2. Mức độ ăn mòn của vật liệu

9

2.3. Kiểm tra đánh giá mịn bằng siêu âm

10

2.3.1. Siêu âm thơng thường

10

2.3.2. Siêu âm tổ hợp pha

12

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 ngồi nước

15

2.6.1. Tình hình nghiên cứu trong nước

15

2.6.2. Tình hình nghiên cứu ngồi nước

16

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

17

2.7.1. Ý kiến thảo luận

17

2.7.2. Đề xuất hướng nghiên cứu

17

Chương 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

19

3.1. Nội dung nghiên cứu

19

3.2. Thiết bị thực nghiệm

19

3.2.1. Mơ hình bồn chứa xăng dầu

19

3.2.2. Robot mang cơ cấu đầu dò

20

3.2.3. Encoder ENC1-2.5-LM

21

3.2.4. Chất tiếp âm

22

3.3. Phương pháp xử lý dữ liệu

22

3.3.1. Thu thập dữ liệu

22

viii

Luan van


3.3.1.1. Thu thập dữ liệu theo 1 trục

22

3.3.1.2. Thu thập dữ liệu theo 2 trục

23

3.3.2. Lập bản đồ mòn

23

3.3.2.1. Lập bản đồ mòn theo dữ liệu theo 1 trục

23

3.3.2.2. Lập bản đồ mòn theo dữ liệu theo 2 trục

25

3.4. Phương pháp kiểm tra đánh giá

26

3.4.1. Đánh giá cảm quan

26

3.4.2. Đánh giá bằng phần mềm OmniPC

27

Chương 4. CƠ SƠ LÝ THUYẾT

29

4.1. Các đặc trưng cơ sở của các sóng âm

29

4.2. Đầu dị

31

4.3. Nêm

33

4.4. Q trình điều khiển chùm tia

34

4.5. Các dạng dữ liệu đo

35

4.5.1. Hiển thị dạng A-Scan

36

4.5.2. Hiển thị dạng B-Scan

37

4.5.3. Hiển thị dạng C-Scan

37

4.5.4. Hiển thị dạng D-Scan

38

4.5.5. Hiển thị dạng S-Scan

39

4.6. Một số phương án quét của siêu âm PA

40

4.6.1. Quét theo quỹ đạo đường thẳng

40

4.6.2. Quét theo quỹ đạo đinh ốc

40

4.6.3. Quét theo quỹ đạo xoắn ốc

41

4.7. Thu thập dữ liệu

42

4.7.1. Thu thập mã hóa 1 trục

42

4.7.2. Thu thập mã hóa 2 trục

44

Chương 5. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

47

5.1. Nghiên cứu xác lập quy trình kiểm tra siêu âm
5.1.1. Máy siêu âm

47
47

ix

Luan van


5.1.2. Đầu dò

47

5.1.3. Nêm đầu dò

49

5.1.4. Dạng dữ liệu đo

50

5.1.5. Thiết bị mang đầu đo thực hiện quá trình đo (robot)

50

5.1.6. Lập quy trình kiểm tra siêu âm đánh giá độ mòn

51

5.1.6.1. Phạm vi áp dụng

52

5.1.6.2. Tiêu chuẩn áp dụng

52

5.1.6.3. Trình độ nhân viên kiểm tra

52

5.1.6.4. Chuẩn bị bề mặt

52

5.1.6.5. Thiết bị

53

5.1.6.6. Cài đặt thiết bị

53

5.1.6.7. Kỹ thuật kiểm tra siêu âm

55

5.2. Nghiên cứu đề xuất giải pháp đo kiểm

56

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
5.3.1. Khảo nghiệm không tải

62
62

5.3.1.1. Mục đích

62

5.3.1.2. Thời gian và địa điểm

62

5.3.1.3. Bố trí khảo nghiệm

62

5.3.1.4. Kết quả khảo nghiệm

63

5.3.2. Khảo nghiệm có tải

63

5.3.2.1. Mục đích

63

5.3.2.2. Thời gian và địa điểm

64

5.3.2.3. Bố trí khảo nghiệm

64

5.3.2.4. Kết quả khảo nghiệm

66

Chương 6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

68

6.1.

Kết luận

68

x

Luan van


6.2.

Kiến nghị

68

TÀI LIỆU THAM KHẢO

69

xi

Luan van


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

EN

–

European Standard/Normal

ASTM

–

American Society Testing Material

2D

–

2 Dimensional

RF

–

Radio Frequency

HF

–

High Frequency

TOFD

–

Time of Flight Diffraction

UT

–

Ultrasonic

xii

Luan van


DANH SÁCH CÁC BẢNG

BẢNG

TRANG

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 3.2: Đặc tính kỹ thuật

20

Bảng 3.3: Thơng số kỹ thuật ENC1-2.5-LM

22

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

27

Bảng 5.1: So sánh các phương án

62

xiii

Luan van


DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH

TRANG

Hình 2.1: Bồn trụ đứng

5

Hình 2.2: Bồn trụ ngang

6

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

6

Hình 2.4: Tổng kho xăng dầu Nhà Bè

7

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

7

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

10

Hình 2.7: Khuyết tật ăn mịn khơng đều trên bồn chứa

10

Hình 2.8: Sơ đồ ngun lý hoạt động của siêu âm thơng 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 cơng ở Việt Nam

15

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

15

Hình 3.1: Mơ hình bồn chứa xăng dầu

19

Hình 3.2: Robot mang đầu dị siêu âm PA

20

Hình 3.3: Cơ cấu mang đầu đo

21

Hình 3.4: Encoder ENC1-2.5-LM

21

Hình 3.5: Chất tiếp âm Sonotech

22

Hình 3.6: Dữ liệu thu thập từ 1 trục

23

Hình 3.7: Dữ liệu thu thập từ 2 trục

23

xiv

Luan van


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 mịn hiển thị trong OmniPC

26

Hình 3.13: Xác định độ mịn bằng phần mềm OmniPC

28

Hình 4.1: Độ mở rộng chùm âm của trường âm đầu dò chùm âm thẳng thơng
thường

29

Hình 4.2: Độ mở rộng chùm âm với đường kính khác nhau

30

Hình 4.3: Thơng số đầu dị

31

Hình 4.4: Ảnh hưởng của độ mở

32

Hình 4.5: Khảo sát nêm của đầu dị

33

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

34

Hình 4.7: Nêm của đầu dị trên bề mặt cong

34

Hình 4.8: Điều khiển các chùm tia siêu âm

35

Hình 4.9: Khẩu độ hiệu dụng

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
(bên phải)

36

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

xv

Luan van


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 thơng số cho encoder 1

43

Hình 4.22: Thu thập dữ liệu mã hóa 1 trục

44

Hình 4.23: Cài đặt thơng 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 dị 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 mịn của tấm kim loại

50

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

51

Hình 5.7: Bánh xe có gắn nam châm

51

Hình 5.8: Bộ kết nối đầu dị

54

Hình 5.9: Màn hình khởi động máy OminiScan MX2

54

Hình 5.10: Cài đặt thơng 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

xvi

Luan van


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 5.19: Cơ cấu mang đầu dị

63

Hình 5.20: Chuẩn bị thiết bị

64

Hình 5.21: Hiệu chuẩn máy siêu âm

64

Hình 5.22: Vị trí khi robot di chuyển

65

Hình 5.23: Q 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 mịn vật liệu trong OmniPC

66

Hình 5.26: Kết quả quá trình siêu âm

67

xvii

Luan van