NGHIÊN cứu, THIẾT kế và CHẾ tạo THỬ NGHIỆM ROBOT KIỂM TRA độ mòn bồn CHỨA XĂNG dầu

M CăL C
Quy tăđịnhăgiaoăđ tài
Lý lịch khoa học .................................................................................................................... i
L iăcamăđoan .................................................................................................................... iii
L i c măơn......... .................................................................................................................. iv
Tóm tắt.............. .................................................................................................................... v
Mục lục.................. .............................................................................................................vii
Danh sách các chữ vi t tắt ..................................................................................................xii
Danh mục hình.................................................................................................................. xiii
Danh mục b ng ............................................................................................................... xviii
Ch

ngă1. M

Đ U ........................................................................................................... 1

1.1.

Đặt v năđ ................................................................................................................ 1

1.2.

Tính c p thi t c aăđ tài .......................................................................................... 1

1.3.

Ýănghĩaăkhoaăhọc và thực tiễn c aăđ tài ................................................................ 2

1.3.1.

Ýănghĩaăkhoaăhọc c a đ tài .................................................................................... 2

1.3.2.

Tính thực tiễn c aăđ tài .......................................................................................... 2

1.4.

Mục tiêu nghiên c uăđ tài ...................................................................................... 2

1.5.

Đốiătượng và ph m vi nghiên c u ........................................................................... 2

1.5.1.

Đốiătượng nghiên c u c aăđ tài ............................................................................. 2

1.5.2.

Ph m vi nghiên c u c a đ tài................................................................................. 3

1.6.

Phươngăphápănghiênăc u ......................................................................................... 3

1.6.1.

Cơăs phươngăphápăluận.......................................................................................... 3

1.6.2.

Cácăphươngăphápănghiênăc u cụ th ....................................................................... 3

1.6.2.1.ăPhươngăphápăphânătíchălýăthuy t ............................................................................. 3
1.6.2.2. Phươngăphápăthực nghiệm ....................................................................................... 3
1.7.

K t c u c a luậnăvĕn ............................................................................................... 4

Ch

ngă2. T NG QUAN ................................................................................................... 5

2.1.

Bồn ch aăxĕngădầu .................................................................................................. 5

2.1.1.

Phân lo i bồn ch a .................................................................................................. 5

vii


2.1.1.1. Theo hình dáng c a b ............................................................................................. 5
2.1.1.2 Theo áp su t làm việc [21] ...................................................................................... 7
2.1.1.3. Theo vật liệu xây dựng [21] ................................................................................... 7
2.1.1.4. Theo chi u cao xây dựng [21] ................................................................................. 7
2.1.2.

K t c u c a bồn ....................................................................................................... 7

2.1.2.1. Thân bồn ch a ......................................................................................................... 8
2.1.2.2.ăĐáyăbồn ch a ........................................................................................................... 9
2.1.2.3. Mái bồn ch a ........................................................................................................... 9
2.1.2.4. Các thi t bị phụ trợ ................................................................................................ 10
2.1.3.

Thi công lắpăđặt bồn ch aăxĕngădầu...................................................................... 11

2.1.3.1. Lắpăđặt bồn thép d ng t m phẳng.......................................................................... 11
2.1.3.2. Lắpăđặt bồn thép t m mặt bích .............................................................................. 11
nước ta .................................................................. 12

2.1.4.

Tình hình xây dựng b ch a

2.2.

Khuy t tậtăĕnămòn ................................................................................................. 15

2.2.1.

Địnhănghĩaăĕnămòn. ............................................................................................... 15

2.2.2.

Phân lo iăĕnămòn ................................................................................................... 15

2.2.3.

Phân lo i m căđộ chịuăĕnămònăc a vật liệu ........................................................... 15

2.2.4.

Các d ngăĕnămòn ................................................................................................... 16

2.2.4.1.ăĔnămònăđ u ........................................................................................................... 16
2.2.4.2.ăĔnămònăcục bộ....................................................................................................... 16
2.2.4.3.ăĔnămònălỗ (ĕnămònăđi m - Pitting Corrosion) ...................................................... 17
2.2.4.4. Một số d ngăĕnămònăkhác ...................................................................................... 17
2.3.

Ki m tra mòn ......................................................................................................... 19

2.4.

Khuy t tật hàn ....................................................................................................... 21

2.4.1

Địnhănghĩa ............................................................................................................. 21

2.4.2.

Các lo i khuy t tật hàn .......................................................................................... 21

2.4.2.1. N t

.................................................................................................................... 21

2.4.2.2. Rỗ khí .................................................................................................................... 23
2.4.2.3. Ngậm xỉ ................................................................................................................. 24

viii


2.4.2.4. Không ng u ........................................................................................................... 24
2.4.2.5. Ch y lo ng ............................................................................................................. 25
2.5.

Các nghiên c uăliênăquanăđ năđ tài...................................................................... 25

2.5.1.

Các nghiên c uăngoàiănước ................................................................................... 25

2.5.1.1. Robot MINI Climber c a IMC (International Climbing Machines) ..................... 25
2.5.1.2.ăRobotăleoătư ng c aăđaiăhọc Dalhouse .................................................................. 26
2.5.1.3. Robot ScoRpion B-Scan ........................................................................................ 27
2.5.1.4. Robot RMS2 .......................................................................................................... 28
2.5.1.5. TriPod c a công ty Jireh ........................................................................................ 29
2.5.2.

Các nghiên c uătrongănước ................................................................................... 30

2.6.

Các v năđ còn tồn t iăvàăđịnhăhướng nghiên c u ................................................ 31

Ch

ngă3. C ăS

LÝ THUY T .................................................................................... 32

3.1.

Cácăphươngăphápăki m tra không phá h y............................................................ 32

3.1.1.

Ki m tra bằng thị giác và quang học ..................................................................... 32

3.1.2.

Ki m tra bằng ch t lỏng thẩm th u (Penetrant Testing - PT) ............................... 33

3.1.3.

Phươngăphápăki m tra bằng chụp nh b c x ....................................................... 34

3.1.4.

Ki m tra bằng bột từ .............................................................................................. 36

3.1.5.

Ki m tra bằng truy n âm ....................................................................................... 37

3.1.6.

Phươngăphápăki m tra bằngădòngăđiện xoáy ......................................................... 38

3.1.7.

Ki m tra bằng siêu âm ........................................................................................... 39

3.1.8.

Siêu âm Phased Array (PA)................................................................................... 41

3.1.8.1. Thành phầnăcơăb n c a hệ thống phased array...................................................... 42
3.1.8.2.ăĐầu dò.................................................................................................................... 43
3.1.8.3.ăNêmăđầu dò Phased array ...................................................................................... 45
3.1.8.4. Sự hìnhăthànhăvàăđi u khi n chùm tia ................................................................... 47
3.1.8.5. Quét chùm tia ........................................................................................................ 48
3.1.8.6.ăCơăs hình nh phased array ................................................................................. 50
3.1.8.7. Một số thi t bị siêu âm phased array ki mătraăđộ mòn.......................................... 53
Ch

ngă4. YÊU C UăVÀăPH

NGăÁNăTHI T K .................................................. 59

ix


4.1.

Phân tíchăđốiătượng thi t k ................................................................................... 59

4.1.1.

Thông số thi t k ................................................................................................... 59

4.1.2.

Quỹ đ o chuy năđộng ki m tra mòn c a robot ..................................................... 61

4.2.

Phươngăánăthi t k ................................................................................................. 65

4.2.1.

Đ xu tăphươngăánăbámădính ................................................................................ 65

4.2.1.1.ăPhươngăán 1 - Giác hút chân không ...................................................................... 65
4.2.1.2.ăPhươngăánă2ă- Namăchâmăvĩnhăcửu ....................................................................... 66
4.2.1.3.ăăPhươngăánă3ă- Namăchâmăđiện ............................................................................. 67
4.2.1.4.ăSoăsánhăcácăphươngăánăvàălựa chọn ...................................................................... 68
4.2.2.

Đ xu t k t c uăcơăc uămangăđầu dò ..................................................................... 69

4.2.3.

Đ xu t k t c u tổng th robot ki m tra mòn ........................................................ 70

4.2.3.

Trình tự thực hiện công việc ................................................................................. 71

Ch

ngă5. TÍNH TOÁN VÀ THI T K ROBOT........................................................ 73

5.1.

Tínhătoánăcơăkhí..................................................................................................... 73

5.1.1.

Tính toán lực hút nam châm .................................................................................. 73

5.1.2.

Chọnănamăchâmăđiện ............................................................................................. 76

5.2.

Tính toán chọnăđộngăcơ ......................................................................................... 77

5.2.1.

Tính công su tăđộngăcơ ......................................................................................... 77

5.2.2.

Tính số vòng quay và momen xoắnăchoăđộngăcơ .................................................. 77

5.2.3.

Tính momen xoắn c a trụcăđộngăcơ ...................................................................... 77

5.3.

Phươngătrìnhăđộng học c a robot .......................................................................... 78

5.4.

Thi t k k t c uăcơăkhí .......................................................................................... 82

5.5.

Thi t k bộ đi u khi n robot.................................................................................. 83

5.5.1.

Sơăđồ khối hệ thống và thuậtătoánăđi u khi n robot .............................................. 83

5.5.2.

Giới thiệu một số thành phần hệ thống ................................................................. 85

5.5.2.1. KIT thí nghiệm STM32F4 Discovery ................................................................... 85
5.5.2.2. Module RF SI4463 ................................................................................................ 85
5.5.2.3. Driver motor .......................................................................................................... 86

5.5.2.4.ăSơăđồ nguyên lý m chăđi u khi n ......................................................................... 86

x


5.6.
Ch

Tổng hợp các thông số tính toán ........................................................................... 88
ngă6. CH T O, TH

NGHI MăVÀăĐÁNHăGIÁ ............................................. 89

6.1.

Ch t o và lắp ráp chi ti t ...................................................................................... 89

6.1.1.

Thi t k và ch t o mô hình bồn ch a................................................................... 89

6.1.1.1. Thi t k mô hình bồn ch a .................................................................................... 89
6.1.1.2. Thi công lắpăđặt một phần nhỏ bồn ch a .............................................................. 90
6.1.2.

Quá trình ch t o và lắpărápăđối vớiăphươngăánănamăchâmăvĩnhăcữu ................... 93

6.1.2.1. Quá trình ch t o ................................................................................................... 93
6.1.2.2. Quá trình lắp ráp .................................................................................................... 96
6.1.3.

Quá trình ch t o và lắpărápăđối vớiăphươngăánănamăchâmăđiện........................... 98

6.2.

Giao diệnăđi u khi n............................................................................................ 101

6.3.

Thử nghiệm ......................................................................................................... 104

6.3.1.

Thử nghiệm thi t bị ............................................................................................. 104

Ch

ngă7. K T LU N VÀ KI N NGH ..................................................................... 106

7.1.

K t luận. .............................................................................................................. 106

7.2.

Ki n nghị ............................................................................................................. 106

xi

DANH SÁCH CÁC CH

VI T T T

Non-Destructive Testing

Ki mătraăkhôngăpháăh y

PA

Phased Array

Siêuăâmătổăhợpăpha

UT

Ultrasonic testing

Ki mătraăsiêuăâm

VT

Visual Testing

Ki mătraăbằngăthịăgiácăvàăquangăhọc

RT

Radiographic testing

Ki mătraăchụpă nhăb căx

ET

Eddy Current Testing

Ki mătraăbằngădòngăđiệnăxoáyă

PT

Penetrant Testing

Ki mătraăbằngăch tălỏngăthẩmăth u

MT

Magnetic Particle Testing

Ki mătraăbằngăbộtătừ

AE

Acoustic Emission Testing

Ki mătraăbằngătruy năâm

LT

Leak Testing

Ki mătraăròărỉ

NDT

xii


DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: B trụ đ ng ........................................................................................................ 5
Hình 2.2: B trụ ngang ...................................................................................................... 6
Hình 2.3: B ch aăxĕngădầu t i Nhà máy Lọc dầu số 1 Dung Qu t ................................. 6
Hình 2.4: K t c u c a bồn ch aăxĕngădầu [11] ................................................................. 7
Hình 2.5: Chi ti t v thân bồn ch aăxĕngădầu ................................................................... 8
Hình 2.6: Côngănhânăđangăhànăđáyăbồn ch a [12] ............................................................ 9
Hình 2.7: Mái bồn ch a .................................................................................................... 9
Hình 2.8: Các thi t bị phụ trợ c a bồn ch a [18] ............................................................ 10
Hình 2.9: Lắpăđặt bồn thép d ng t m phẳng [13] ............................................................ 11
Hình 2.10: Lắpăđặt bồn thép t m mặt bích [13] ................................................................ 12
Hình 2.11: Ba bồn hình cầu thuộc nhà máy lọc dầu Dung Qu t [14] ............................... 12
Hình 2.12: Tổngăkhoăxĕngădầu Nhà Bè ............................................................................. 13
Hình 2.13: DựăánăM ărộng Kho c ngăxĕngădầu Chân Mây- Thừa Thiên Hu ................. 13
Hình 2.14: Cụm kho c ngăxĕngădầu - Tổng Công ty xĕngădầuăQuânăĐội [15] ................ 14
Hình 2.15: Ĕnămònăđ u [1] ............................................................................................... 16
Hình 2.16: Hưăhỏngăđư ng hàn và mài mòn bên trong c a thân bồn ch a ...................... 18
Hình 2.17: Mài mòn n n bồn ch a và lớp ph đư ng hàn bị bóc ra ................................. 18
Hình 2.18: Ĕnămònămáiăche .............................................................................................. 19
Hình 2.19: Các khuy t tậtăđư ng hàn ............................................................................... 21
Hình 2.20: Vị trí xu t hiện v t n t dọc.............................................................................. 22
Hình 2.21: Vị trí xu t hiện v t n t ngang.......................................................................... 23

Hình 2.22: Khuy t tật rổ khí [17] ..................................................................................... 23
Hình 2.23: Khuy t tật ngậm xỉ .......................................................................................... 24
Hình 2.24: Các khuy t tật hàn không th u ....................................................................... 25
Hình 2.25: Robot MINI Climber ....................................................................................... 25
Hình 2.26: Robot ki m tra bồn ch aăxĕngădầu [6] ............................................................ 26
xiii


Hình 2.27: ScoRpion B-Scan [19] ..................................................................................... 27
Hình 2.28: RobotăRMS2ăđangăki m tra khuy t tật bồn ch a [22] ................................... 28
Hình 2.29: TriPod c a công ty Jireh [20] .......................................................................... 29
Hình 2.30: Robotăleoătư ng c aăsinhăviênăĐ i họcăBáchăKhoaăĐàăNẳng [23] ................. 30
Hình 2.31: Robotăleoăbámătư ng c a Học viện Kỹ Thuật Quân Sự [24]. ......................... 30
Hình 3.1: Sử dụng borescopes ki m tra [5] ..................................................................... 33
Hình 3.2: Ki m tra bằng ch t lỏng thẩm th u ................................................................. 34
Hình 3.3: Chụpăphimăđư ng hàn ..................................................................................... 35
Hình 3.4: Trục khuỷu với v t n t gần lỗ tra dầu sử dụng h t huỳnhăquangăướt ............. 36
Hình 3.5: Các v t n t c a trục truy năđộng sử dụng h t huỳnhăquangăướt..................... 36
Hình 3.6: Thi t bị ki m tra bột từ .................................................................................... 37
Hình 3.7: Ki m tra bằngădòngăđiện xoáy ........................................................................ 39
Hình 3.8: Nguyên lý c aăphươngăphápăsiêuăâmăki m tra khuy t tật vật liệu [3] ............ 40
Hình 3.9: Các lo i và máy siêu âm khuy t tật TOKIMEC [3] ........................................ 40
Hình 3.10: Thi t bị siêu âm Phased Array ........................................................................ 42
Hình 3.11: Thành phầnăcơăb n c a hệ thống Phased Array [8] ........................................ 42
Hình 3.12: Đầu dò Phased array [7] .................................................................................. 43
Hình 3.13: Mặt cắtăđầu dò Phased array [7] ...................................................................... 43
Hình 3.14: Các d ngăđầu dò Phased array c a hãng olumpus NDT [8] .......................... 45
Hình 3.15: Các lo iănêmăđầu dò Phased array [7] ............................................................. 45
Hình 3.16: Sự t o thành chùm tia và th i gian trễ cho sự phát và nhận chùm tia [8] ....... 47
Hình 3.17: Đi u khi n các chùm tia siêu âm [7] ............................................................... 48

Hình 3.18: Khẩuăđộ hiệu dụng [7] ..................................................................................... 48
Hình 3.19: Quét tuy n tính với chùm tia thẳng và hình nhăAăscanăthuăđược [7] ............ 49
Hình 3.20: Quét tuy n tính với chùm góc và hình nhăAăScanăthuăđược [7] .................... 49
Hình 3.21: Hình nh sóng thẳng A-scan [16] ................................................................... 50
Hình 3.22: Hình nh A- scan c a chùm tia góc [16] ......................................................... 50
Hình 3.23: Hi n thị d ng B-Scan ...................................................................................... 51
Hình 3.24: Mặt cắt B scan [7] ........................................................................................... 51
xiv


Hình 3.25: Hình nh C-scanăthôngăthư ng hi n thị vị trí lỗ [15, 16] .............................. 52
Hình 3.26: Hình nh C-scan tổ hợp pha hi n thị vị trí lỗ [7] ............................................ 52
Hình 3.27: Hình nh hi n thị C Scan ki mătraăđư ng hàn [7] .......................................... 52
Hình 3.28: Hình nh S scan

góc quét -300ăđ n 300 [16] ............................................. 53

Hình 3.29: Thi t bị Model Phasor CV/DM c a h ng Krautkramer .................................. 55
Hình 4.1: Hình vẽ mô t kíchăthướcăcơăb n c a bồn ....................................................... 60
Hình 4.2: Cơăc uămangăđầu dò siêu âm........................................................................... 60
Hình 4.3: Sơăđồ ki m tra theo chi u ................................................................................ 61
Hình 4.4: Sơăđồ ki m tra theo ......................................................................................... 61
Hình 4.5: Sơăđồ chi nălượcăđoăki m ................................................................................ 62
Hình 4.6: Chuy năđộng thẳngătheoăphươngăđ ng ........................................................... 62
Hình 4.7: Robot chuy năđộng quay sang ph i ................................................................ 63
Hình 4.8: Chuy năđộng thẳngătheoăphươngăngang.......................................................... 63
Hình 4.9: Chuy năđộng xoay sang ph i .......................................................................... 63
Hình 4.10: Chuy năđộng thẳngătheoăphươngăđ ng ........................................................... 64
Hình 4.11: Chuy năđộng xoay sang trái ............................................................................ 64
Hình 4.12: Chuy năđộng thẳngătheoăphươngăngang.......................................................... 64

Hình 4.13: Chuy năđộng xoay sang trái ............................................................................ 65
Hình 4.14: Chuy năđộng thẳng theoăphươngăđ ng ........................................................... 65
Hình 4.15: Giác hút chân không ........................................................................................ 66
Hình 4.16: Bánh xe có gắn nam châm............................................................................... 67
Hình 4.17: Namăchâmăđiện................................................................................................ 68
Hình 4.18: Cơăc uămangăđầu dò ........................................................................................ 70
Hình 4.19: Mô hình k t c u tổng th c aărobotăă(namăchâmăvĩnhăcữu) ............................ 70
Hình 4.20: K t c u tổng th c aărobotă(namăchâmăđiện) .................................................. 71
Hình 5.1: Mô hình phân tích lực c a robot ..................................................................... 73
Hình 5.2: Thử nghiệm lực hút nam châm........................................................................ 76
Hình 5.3: Namăchâmăđiện HCNE1-P34 .......................................................................... 76
Hình 5.4: ĐộngăcơăGB37Y3530 ...................................................................................... 78
xv


Hình 5.5: Phânătíchăđộng học trên Robot ........................................................................ 79
Hình 5.6: Vận tốc bên trái và bên ph i ............................................................................ 80
Hình 5.7: Kíchăthướcăcơăb năcơăc uămangăđầu dò .......................................................... 82
Hình 5.8: Kíchăthướcăcơăb n hộpăđi u khi n và bánh xe nam châm .............................. 83
Hình 5.9: Sơăđồ tổng quát mô hình hệ thốngăđi u khi n................................................. 83
Hình 5.10: Thuậtătoánăđi u khi n tổng quan c a robot ................................................. 84
Hình 5.11: Thuậtătoánăđi u khi n chuy năđộng c a robot ............................................ 84
Hình 5.12: KIT STM32F4 Discovery ............................................................................... 85
Hình 5.13: Module RF SI4463 .......................................................................................... 86
Hình 5.14: Driver Motor ................................................................................................... 86
Hình 5.15: Sơăđồ nguyên lý m chăđi u khi n ................................................................... 87
Hình 6.1: Mô hình thi t k 2D một phần nhỏ bồn ch a .................................................. 89
Hình 6.2: Mô hình thi t k 3D mô hình bồn ch a .......................................................... 90
Hình 6.3: Thi công n n móng bồn ch a .......................................................................... 90
Hình 6.4: Hàn t m thép th nh t vớiăđáyăbồn ................................................................. 91

Hình 6.5: Hàn nối t m thép th hai với t m thép th nh t.............................................. 91
Hình 6.6: Sơnăchống rỉ b mặt thân bồn ch a ................................................................. 92
Hình 6.7: Hoàn thiện mô hình bồn ch a ......................................................................... 92
Hình 6.8: Mô hình thi t k banăđầu ................................................................................. 93
Hình 6.9: Hộp robot ......................................................................................................... 93
Hình 6.10: Cốt bánh xe lắp nam châm .............................................................................. 94
Hình 6.11: Nắp bánh xe ..................................................................................................... 94
Hình 6.12: Thanh liên k t .................................................................................................. 94
Hình 6.13: Thanh ngang .................................................................................................... 95
Hình 6.14: Càng trái .......................................................................................................... 95
Hình 6.15: Càng ph i ......................................................................................................... 95
Hình 6.16: Khungămangăđầu dò ........................................................................................ 96
Hình 6.17: Nắp hộpăđi u khi n ......................................................................................... 96
Hình 6.18: Cụm hộpărobotăđi u khi n ............................................................................... 96
xvi


Hình 6.19: Cụm bánh xe nam châm .................................................................................. 97
Hình 6.20: Lắpărápăcơăc u cụmăđầu dò ............................................................................. 97
Hình 6.21: Robot ho tăđộng thử nghiệm ........................................................................... 97
Hình 6.22: T m trên c a khung robot ............................................................................... 98
Hình 6.23: T mătrước c a khung robot ............................................................................. 98
Hình 6.24: T m sau c a khung robot ................................................................................ 99
Hình 6.25: T m bên hong c a khung robot ....................................................................... 99
Hình 6.26: Trụ lắpănamăchâmăđiện .................................................................................... 99
Hình 6.27: Bánh xe .......................................................................................................... 100
Hình 6.28 : Lắp ráp robot hoàn chỉnh .............................................................................. 100
Hình 6.29: Giao diệnăđi u khi n ..................................................................................... 101
Hình 6.30: Chọn cổng COM k t nối ............................................................................... 102
Hình 6.31: Thông báo k t nối thành công ....................................................................... 102

Hình 6.32: Nhập lệnh ...................................................................................................... 103
Hình 6.33: Lỗi khi không nhập giá trị vận tốc ................................................................ 103
Hình 6.34: Robot di chuy n trên bồn ch aă(namăchâmăvĩnhăcửu) .................................. 104
Hình 6.35: Robot di chuy n trên bồn ch aă(namăchâmăđiện) ......................................... 105

xvi


DANHăSÁCHăB NG

B ng 2.1: M căđộ chịuăĕnămònăc a vật liệu [15] .............................................................. 15
B ng 3.1: Thông số nêmăđầu dò ........................................................................................ 46
B ng 3.2: Thông số kỹ thuật c a máy chính Omniscan ................................................... 54
B ng 3.3: Thông số kỹ thuật Module Phased Array (áp dụng cho Module 16:128) ......... 54
B ng 3.4: Thông số kỹ thuật

ch độ phasor CV ............................................................ 56

B ng 3.5: Thông số kỹ thuật

ch độ phasor DM ............................................................ 57

B ng 4.1: Soăsánhăcácăphươngăán ...................................................................................... 62
B ng 4.2: Soăsánhăcácăphươngăán ...................................................................................... 69

xviii


Ch

ngă1

M ăĐ U

1.1. Đặtăv năđ
Nướcătaăhiệnănay,ăcácăcôngătrìnhăxâyădựngănhàămáyălọcădầuăngàyăcàngătĕng,ăcácă
dựăánăxâyădựngăbồnăb ăch aăngàyăcàngănhi u.ăĐ ăđápă ngăviệcătồnătrữăvàăvậnăchuy nă
nghiênă liệuă đ mă b oă ană toànă thìă việcă ki mă traă ch tă lượngă c aă cácă côngă trìnhă bồnă b ,ă
ốngălàăcầnăthi t.ăTuy nhiên,ătrongăquáătrìnhăki mătraăch tălượngăc aăbồnăb ,ăđaăsốăsửă
dụngăs căngư iăvớiăcácăthi tăbịăcầmătayănênăchỉăki mătraăđượcă ănhữngăvịătríădướiăđáyă
bồnăvàăphầnăthânăk ăđáyăbồn.ăĐốiăvớiăphầnătrênăcaoăc aăthânăbồnăthìăviệcăki mătraăsẽă
khóăkhĕnăvàănguyăhi m.ăVìăvậy,ăcầnăph iăsửădụngămáyămócăđ ăđ mănhậnăviệcăki mătraă
đốiăvớiănhữngăvịătríătrênăcaoăc aăthânăbồnătr ănênăcầnăthi tăvàăquanătrọng.ă
Vìănhữngălýădoătrên đ ătài:ă" Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thử nghiệm robot
kiểm tra độ mòn bồn chứa xăng dầu" là mộtăv năđ ăc păbách.
1.2. Tínhăc păthi tăc aăđ ătƠi
Bồnăb ăch aăcóăvai trò quanătrọngătrong ngànhăcôngănghiệpădầuăkhí.ăViệcăki mă
traăđánhăgiáăđịnhăkỳ ch tălượngăbồnăb đ ăkịpăth iăsửaăchửa làăđi uăcầnăthi t.ăĐ ăđ mă
b o việcăki mătra,ăki măđịnhăch tălượngăcác công trình bồnăb đ tăđộăchínhăxácăvàăhiệuă
qu ăcao thìălựaăchọn phươngăpháp ki mătraăsiêuăâmălàăsựălựaăchọnăphùăhợpănh t.
ănướcătaăhiệnănay,ăviệcăki mătraăbồnăb ăch aăvẫnăcònănhi uăkhóăkhĕnăvìănhữngă
lý do sau:
- Việc ki m tra còn mang tính th công hoặc bán tự động.
- Chi phí đầuătưăthi t bị ki m tra cao.
- Chưaălàmăch được công nghệ trên th giới.
- Chưaăcóăthi t bị ki m tra thân bồn ch a .

1

Chínhăvìăvậyăđ ătài:ă" Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thử nghiệm robot kiểm tra
độ mòn bồn chứa xăng dầu"ădoăhọcăviênălựaăchọnăcóătínhăc păthi tăvàăkh ănĕngă ngă
dụngă ăViệtăNam.
1.3. ụănghĩaăkhoaăh căvƠăthựcăti năc aăđ ătƠi
1.3.1. ụănghĩaăkhoaăh căc aăđ ătƠi
Đ tài nghiên c u v lĩnhăvực robot và có một số ýănghĩaăkhoaăhọc sau:
- Đ xu tăđược nguyên lý ho tăđộng c a robot ki m tra mòn.
- Đ xu tăđượcăphươngăánăbámădínhăc a robot trên b mặt bồn ch a.
ngădụngăphươngăphápăvàăkỹăthuậtăsiêuăâmătổăhợpăphaăđ ăki mătraăđộămòn.

-

- Giới thiệu một số thi t bị đoăsiêu âm tổ hợp pha.
1.3.2. Tính thựcăti năc aăđ ătƠi
Robotămangăđầu dò siêu âm tổ hợp pha có th được ng dụng trong ngành dầu
khí và th y lợi nhằm phát hiện khuy t tậtăĕnămònătrongăquáătrìnhăsử dụngăđ kịp th i
sửa chữa và b oă dưỡng. Ngoài ra, robot giúp cho quá trình ki mă traă đánhă giáă ch t
lượng bồn ch aănhanhăchóngăvàăđ t hiệu qu kinh t cao.
1.4. M cătiêuănghiênăc uăđ ătƠi
- Đ tài nghiên c uăđánhăgiáăđộ ĕnămònăbồn ch aăxĕngădầu dung tích lớn.
- Thử nghiệm, phát tri n các phươngăánăbámădínhătrênăb mặt bồn ch a.
- Thi t k , ch t o thử nghiệm robot mangăđầu dò siêu âm ki m tra và đánh giá
độ ĕnămònăbồn ch a.
- Thi t lập qui trình sử dụng và vận hành c a thi t bị.
1.5.ăĐ iăt
1.5.1.ăĐ iăt

ngăvƠăph măviănghiênăc u
ngănghiênăc uăc aăđ ătƠi

Vớiăcácămụcătiêuătrên,ăcácăđốiătượngănghiênăc uăc aăđ ătàiăcóăth ăđượcăxácăđịnh,ă
baoăgồm:
- Bồnăch aăxĕngădầu dungătíchălớn.
- Cácăd ngăkhuy tătậtăhànăvàăĕnămòn.

2


- Thi tăbịăhổătrợăki m traăđộăĕnămòn.
1.5.2. Ph măviănghiênăc uăc aăđ ătƠi
Doă ph mă viă nghiênă c uă c aă đ ă tàiă kháă rộngă nênă trongă khuônă khổă mộtă luậnă vĕnă
caoăhọcăcácăgiớiăh nănghiênăc uăđượcăxácăđịnhănhư sau:
- Bồnăch aăxĕngădầu dungătíchălớn (đư ngăkínhă30ăm,ădungătíchăkho ngă10.000
m3,ăcaoăkho ngă14ăm).
- Thi tăk ăvàăch ăt oăthửănghiệmărobotămangăthi tăbịăsiêuăâmătổăhợpăpha đ ăki mă
traăđộămònăc aăbồn.
- Chỉăki mătraăđộămònăc aăbồnăch aăxĕngădầuăvàăchỉăki mătraăphầnăthânătrụăc aă
bồnă(phầnănócăvàăđáyăbồnăkhôngănằmătrongăph măviăc aăđ ătài).
1.6.ăPh

ngăphápănghiênăc u

1.6.1.ăC ăs ăph

ngăphápălu n

- Nghiênăc uăđiătừăphânătíchălýăthuy t,ănguyênălýărồiăđưaăraăyêuăcầuăthi tăk .
- Dựaăvàoăyêuăcầuăthi t k ădùngăphầnăm m môăphỏngăđưaăraăcácăphươngăánărồiă
chọnămộtăphươngăánăhợpălýăănh t.
- Ti năhànhăch ăt oăthửănghiệmăvàăđánhăgiáăquáătrìnhăho tăđộng.

1.6.2.ăCácăph
1.6.2.1.ăPh

ngăphápănghiênăc uăc ăth
ngăphápăphơnătíchălỦăthuy t

- Thuăthậpătàiăliệuătừăcácăbàiăbáoăkhoaăhọc,ăt păchí,ăsáchăgiáoătrìnhăvàănguồnătừă
internet trongăvàăngoàiănướcăcóăliênăquanăđ nănộiădungănghiênăc u.ăTìm hi uă
vàăphânătíchăcácăcơăc uăt oăthànhărobotăleoătư ng,ăcácănguyênălýăho tăđộngăc aă
thi tăbịăki mătraăđộămònărồiătừăđóăđưaăraăphươngăánăthi tăk ăvàătính toán.
- Thửănghiệmămôăphỏngădựaăvàoăphầnăm măthi tăk ă3Dăđ ătrựcăquan.
1.6.2.2.ăPh

ngăphápăthựcănghi m

- Dùngăphươngăphápăthửăvàăsaiăđ ăcóăcácăsốăliệuăhoànăchỉnhătrongăphầnăthi tăk ă
vàăk tăc u.

3


- Dựaăvàoăthi tăk ăhoànăchỉnh vàăch ăt oăthửănghiệmărobot mang đầuădòăsiêuăâmă
tổăhợpăphaărồiătừăđóăđưaăraăquyătrìnhăvậnăhànhăvàăsửădụng.
1.7. K tăc uăc aălu năvĕn
Kêtăc uăluậnăvĕnăgồmă7ăchươngăvớiăcácănộiădungăsau:
- Chươngă1:ăM ăđầu
- Chươngă2:ăTổngăquan
 Giới thiệu về bồn chứa, các khuyết tật hàn, ăn mòn của bồn; Các phương
pháp kiểm tra. Các nghiên cứu trong và ngoài nước cũng như định hướng
nghiên cứu của đề tài.

- Chươngă3:ăCơăs ălýăthuy t
 Trình bày nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm các phương pháp kiểm tra
không phá hủy; Trình bày kỹ thuật siêu âm Phased Array.
- Chươngă4:ăYêuăcầuăvàăphươngăánăthi tăk
 Phân tích các đối tượng thiết kế, phương án thiết kế cũng như xây dựng kết
cấu tổng thể robot mang đầu dò siêu âm Phased Array.
- Chươngă5:ăTínhătoán,ăthi tăk ăcơăc u
 Tính toán lực hút của nam châm, trên cơ sở đó tính toán và chọn công suất
động cơ.
- Chươngă6:ăCh ăt o,ăthửănghiệmăvàăđánhăgiáă
 Thực hiện chế tạo các chi tiết dựa trên bản vẽ thiết kế rồi lắp ráp và đánh
giá quá trình hoạt động.
- Chươngă7:ăK tăluậnăvàăki nănghị
 Trình bày kết luận và kiến nghị.

4


Ch

ngă2

T NG QUAN
2.1.ăB năch aăxĕngăd u
N n kinh t nước ta hiện nay, ngành dầu khí đangăgánhăvácămột s mệnh vô cùng
to lớn. Nó có nhiệm vụ khai thác, ch bi n và xu t khẩu dầu đ mang l i nguồn vốn lớn
góp phần cho sự phát tri n kinh t xã hộiăđ tănước.
Bồn ch a có vai trò r t quan trọng đối với ngành dầu khí, nó có nhiệm vụ: b o
qu n, tồn trữ nguyên liệu và s n phẩm nhằm phục vụ nhu cầu s n xu t và kinh doanh.
T iăđâyăcácăho tăđộng ki m tra ch tălượng, số lượng và phân tích các chỉ tiêuătrước khi

xu tăhàngăđược thực hiện.
2.1.1.ăPhơnălo iăb năch a
2.1.1.1.ăTheoăhìnhădángăc aăb
- B ăch aăhìnhătrụ
 B ăch aătrụăđ ng:ă
B trụ đ ng ch a từ 100 – 20.000m3 (ch aăxĕng),ăb dùng mái có cột chống hay
không có cột chống,ă cóă ưuă đi m là khi ch t o và lắp ghép và dung tích ch a lớn.
Nhưngăthư ng chỉ ch aăđược các ch t lỏng hay khí có áp su t không cao [10].

Hình 2.1: B ătrụăđ ng

5


 B ăch aătrụăngang:ă
Cóăưuăđi mănhưăb ch a trụ đ ngănhưăđơnăgi n khi ch t o và lắpăghép,ăđặc biệt
có th ch t o t i nhà máy rồi vận chuy năđ n công trình, kh nĕngăchịu áp lực cao,
nhưngăth tích nhỏ (50 - 500 m3), ch aăgas,ăxĕng,ăhơiăhóaăhỏng [10].

Hình 2.2: B ătrụăngang
- B ăch aăcầu:
Dùngăđ ăch aăhơiăhóaălỏngăvớiăápăsu tădưăPd = 0,25 - 1,8 MPa. Chúng cóăưuăđi mă
làă chịuă đượcă ápă su tă cao,ă gi mă tổnă th tă m tă mátă doă bayă hơi,ă ngă su tă đ uă theoă cácă
phương,ătuy nhiênăr tăkhóăkhĕnăkhiăch ăt oă[10].

Hình 2.3: B ăch aăxĕngădầuăt iăNhàămáyăLọcădầuăsốă1ăDungăQu t

6

2.1.1.2ăăTheoăápăsu tălƠmăvi c [21]
- B ăcaoăáp:ăăÁpăsu tăchịuăđựngătrongăb ă>ă200ămmHg.
- B ăápălựcătrung bình: Ápăsu tătừă20ămmHgă- 200 mmHg.
- B ăápăthư ng:ăÁpăsu tă=ă20ămmHg.ăÁpădụngăchoăb ădầuănh n.
2.1.1.3.ăăTheoăv tăli uăxơyădựng [21]
- B ăkimălo i:ăLàmăbằngăthép. Áp dụngăchoăhầuăh tăcácăb ălớnăhiệnănay.
- B ăphiăkim:ăLàmăbằngăvậtăliệuănhư:ăgỗ,ăcomposite. Áp dụngăchoăcácăb ănhỏ.
2.1.1.4.ăTheoăchi uăcaoăxơyădựng [21]
- B ăngầm: Đượcăđặtăbênădướiămặtăđ t,ăthư ngădùngătrongăcácăcửaăhàngăbánălẻ.
- B ănổi: Đượcăxâyădựngătrênămặtăđ tăsửădụngă ăcácăkhoălớn.
- B ănửaăngầm:ăLo iăb ăcóă1/2ăchi uăcaoăb ănhôălênămặtăđ t.
- B ăngoàiăkhơi:ăĐượcăthi tăk ănổiătrênămặtănước,ăcóăth ădiăchuy nătừănơiănàyă
đ nănơiăkhácămộtăcáchădễădàng.
2.1.2.ăK tăc uăc aăb n
K tăc uăc aămộtăbồnăch aăsửădụngătrongăcôngănghiệpădầuăkhíănóiăchungăthư ngă
gồmăbaăbộăphậnăchínhălàăthân,ăđáyăvàămáiă(hìnhă2.4).

Hình 2.4: K tăc uăc aăbồn ch aăxĕngădầu [11]

7


2.1.2.1. Thân b năch a
Thână thư ngă làă hìnhă trụă hoặcă hìnhă cầu.ă Chúngă đượcăch ă t oă bằngă phươngăphápă
cuốn,ădập,ăvêăvàăhànănhi uăt măthépăl iăvớiănhau.ăĐộădàyăc aăt măthépăcóăth ăthayăđổiă
hoặcăkhôngăđổiătùyăthuộcăvàoădungătíchăc aăbồn.ăDungătíchăc aăbồnăch aătùyăthuộcăvàoă
đốiătượngăsửădụng.ăThânăbồnăch aăhìnhătrụăthư ngăđượcăsửădụngănhi uăhơnăthânăbồnă
ch aăd ngăhìnhăcầuădoădễăch ăt o,ălắpăđặtăcácăthi tăbịăphụătrợ.ăTuyănhiên,ăđốiăvớiăcácă
d ngăch tălỏngăhoặcăkhíăđòiăhỏiăbồnăch aăchịuăápălựcăcaoăvàătínhăthẩmămỹăthìăthư ngă
sửădụngăbồnăhìnhăcầuădoă ngăsu tăđượcăphânăbốăđ uătrongăthànhăbồn.

Thânăbồnălàăbộăphậnăchịuălựcăchính,ăgồm nhi u khoang thép t m hàn l i, chi u
dày các thép t m có th thayăđổi hoặc không dọc theo thành bồn. Liên k tăgiữaăcácăthépă
t mătrongăcùngămộtăđo năthânălàăđư ngăhànăgiápămí,ăliênăk tăgiữaăcácăđo năthânădùngă
đư ngăhànăvòngăhoặcăgiápămí.ăNốiăthânăbồnăvàăđáyăbồnădùngăđư ngăhànăgóc.

Hình 2.5: Chiăti tăv ăthân bồnăch aăxĕngădầu

8


Quy cách thép t măthânăbồn:ă
- Từ lớp 1 - lớp 2: 14mm x 2000 mm x 6000 mm.
- Từ lớp 3 - lớp 5: 12mm x 2000 mm x 6000 mm.
- Từ lớp 6 - lớp 7: 10mm x 2000 mm x 6000 mm.
2.1.2.2.ăĐáyăb năch a
Đáyăbồnăch a đượcăđặtătrênăn năcátăđầmăchặtăvàăchịuăápălựcăch tălỏng.ăĐáyăbồnă
gồmăcácăthépăt măcóăkíchăthướcăl yătheoăđịnhăhìnhăs năxu tăvàăđượcăliênăk tăvớiănhauă
bằngăđư ngăhàn.
đáyăbồn ch a

Hình 2.6:ăCôngănhânăđangăhàn đáyăbồnăch a [12]
2.1.2.3. Mái b năch a
Máiăbồn đượcătổăhợpătừăcácăt măthépăhànăl iăvớiăcácăd ngăchínhănhưăsau:ămáiănón,ă
mái treo, máiăcầu,ămáiătrụăcầu.
Mái bồn ch a

Hình 2.7: Mái bồn ch a

9

2.1.2.4.ăCácăthi tăb ăph ătr
Nhằmăđ măb oăchoăcôngăviệcăxu tănhậpăt iăbồnăch aăxĕngădầuăđượcăthuậnălợiăvàă
đ măb oăanătoànătrongăviệcăch aăxĕngădầuătrongăb .ăCácăthi tăbịăphụătrợăthư ngăđượcă
sửădụngătrongăcácăbồnăch aăxĕngădầu:
- Van x hơiă(1).
- Vòi phun (2).
- Cửaă(3,7).
- Vỏăbọcădầuă(4).
- Mángăthoátănướcă(5).
- Cầuăthangă(6).
- Thi tăbịădùngăđ ăđoălư ngăm căđộăc aăch tălỏngătrongăb ă(8).
- Đầuăti pănhiênăliệuăphụă(9).
- Ápăk ă(10).
- Van x (11).
- Váchăb oăvệă(12).
- Đầuăti p nhiênăliệuăchínhă(13).
- Rãnhălàmăbằngăbêătông: dùngăđ dẫnănước (14).

Hình 2.8: Cácăthi tăbịăphụătrợăc aăbồnăch a [18]

10


2.1.3.ăăThiăcôngăl păđặtăb năch aăxĕngăd u
2.1.3.1.ăL păđặtăb năthépăd ngăt măphẳng
- Cácăt măthépă ăvòngăđầuătiênăvàămáiăcheăđượcălắpăvớiănhauăanătoànătrênăn nă
đ t.
- Thànhăbồnăvàămáiăđượcănângălênăbằngăhệăthốngănângăchuyênădụngăvàăvòngăk ă
ti păđượcălắpărápăti păvàoăphíaădưới.

- Sauă khiă vòngă cuốiă cùngă đượcă lắpă ráp,ă bồnă ch aă đượcă h ă xuốngă đ ă thiă côngă
phầnăliênăk tăvớiăn nămóng.

Hình 2.9: Lắpăđặtăbồnăthépăd ng t măphẳngă[13]
2.1.3.2.ăL păđặtăb năthépăt mămặtăbích
- Cácă t mă thépă ă vòngă đầuă tiênă đượcă lắpă đặtă chínhă xácă vàoă n nă móng đãă thiă
côngătrước.
- Cácăvòngăk ăti păđượcălắpărápăvớiăvòngăphíaădướiăbằngăcầnăcẩu. Quáătrìnhălắpă
rápănhưăvậyăchoăđ năh t chi uăcaoăthânăbồn.
- Máiăcheăđượcălắpăđặtăhoànăchỉnhătrênămặtăđ tăvàădùngăcầnăcẩuăvàoăđúngăvịătríă
liênăk tăvớiăthànhăbồn.

11


Hình 2.10: Lắpăđặtăbồnăthép t mămặtăbíchă[13]
2.1.4.ăTìnhăhìnhăxơyădựngăb ăch aă ăn

căta

ănướcăta,ăb ăch aăxu tăhiệnătừăcuốiăth ăkỉăXIXăvàăđầuăth ăkỉăXX,ăch ăy uăphụcă
vụă choă côngă cuộcă khiaă thácă thuộcă địaă c aă Pháp.ă Hiệnă nay,ă đ tă nướcă ngàyă càngă phátă
tri n,ăkéoătheoăhàngălo tănhàămáy dầuăkhíăraăđ iănhằmăđápă ngăănhuăcầuăv ăxĕngădầu,
gasătĕngăcao.ă
Nhà máyă lọcă dầuă Dungă Qu tă vớiă khuă b ă ch aă dầuă thôă cóă 6ă b ă ch aă khổngă lồă
đư ngăkínhă69m,ăchi uăcaoă22m,ătổngădungătíchă390.000m3.ăKhuăb ăch aăs năphẩmăcóă
23ăb ăchi mădungătíchălàă393.000m3.ăKhuăb ăch aătrungăgianăcóă25ăb ăvớiătổngăth ătíchă
hơnă400.000m3.

Hình 2.11: BaăbồnăhìnhăcầuăthuộcănhàămáyălọcădầuăDungăQu tă[14]

12


Nĕmă 2012ă Công ty cổă phần K tă c uă kimă lo iă vàă Lắpă máyă dầuă khíă thuộcă Tổngă
Công ty cổăăphần xây lắpăDầuăkhíăViệtăNamăthựcăhiện m ărộngătổngăkhoăxĕngădầuăNhàă
Bèă(s căch aăgiaiăđo nă1ăvàă2ălàă100.000m3.ăGiaiăđo nă3ăthiăcôngăthêmă3ăbồnăcóătổngă
s căch aă70.000m3).

Hình 2.12: Tổngăkho xĕng dầuăNhàăBè
M ărộngăKhoăc ngăxĕngădầuăChânăMâyă- ThừaăThiênă- Hu ă(3ăbồnăch aăxĕngădầuă
vớiătổngădungătíchă15.000m3,ă1ăbồnăc uăhỏaă1.000m3.

Hình 2.13:ăDựăánăM ărộng Kho c ng xĕngădầuăChânăMây- ThừaăThiênăHu
Hệăthốngăkhoăc ngăc aătổngăcôngătyăxĕngădầuăquânăđộiă[15]:
- KhoătrựcăthuộcăTổngăCôngătyăqu nălý:

70.000m3

 Kho K99 - H iăPhòng:ă

Trữălượngă25.000m3

 Kho 662 - Nha Trang:

Trữălượngă12.000m3

13