Luận văn Nghiên cứu, phát triển thiết bị tự hành kiểm tra và đánh giá chất lượng đường ống ngầm sử dụng kỹ thuật siêu âm (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu, phát triển thiết bị tự hành kiểm tra và đánh giá chất lượng đường ống ngầm sử dụng kỹ thuật siêu âm (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG ĐÌNH SĨ NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ TỰ HÀNH KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐƯỜNG ỐNG NGẦM SỬ DỤNG KỸ THUẬT SIÊU ÂM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 S K C0 0 4 4 4 0 Tp. Hồ Chí Minh, năm 2014
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG ĐÌNH SĨ NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ TỰ HÀNH KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐƯỜNG ỐNG NGẦM SỬ DỤNG KỸ THUẬT SIÊU ÂM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Tp. Hồ Chí Minh, năm 2014
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG ĐÌNH SĨ NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ TỰ HÀNH KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐƯỜNG ỐNG NGẦM SỬ DỤNG KỸ THUẬT SIÊU ÂM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Hướng dẫn khoa học: PGS. TS ĐẶNG THIỆN NGÔN Tp. Hồ Chí Minh, năm 2014
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: TRƢƠNG ĐÌNH SĨ Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 1981 Nơi sinh: Bình Định Quê quán: Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác trƣớc khi học tập, nghiên cứu: Địa chỉ liên lạc: 68, Đƣờng 79, Tổ 8, KV 3, F. Phƣớc Long B, Quận 9, TP.HCM. Điện thoại riêng: 093 7202 686 E-mail: sicattuong@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Cao đẳng chính quy: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 2000 - 2003 Nơi học: Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Ngành học: Cơ khí Chế Tạo Máy 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 2004 - 2007 Nơi học: Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Ngành học: Cơ khí Chế Tạo Máy Tốt nghiệp: Năm 2007 Ngƣời hƣớng dẫn: 3. Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2012 đến 10/2014 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Ngành học: Kỹ thuật Cơ khí Tên luận văn: “Nghiên cứu, phát triển thiết bị tự hành kiểm tra và đánh giá chất lượng đường ống ngầm sử dụng kỹ thuật siêu âm”. Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 11/10/2014. Trƣờng ĐHSPKT.TpHCM Ngƣời hƣớng dẫn: PGS. TS. Đặng Thiện Ngôn i
5. 4. Tiến sĩ: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Tại (trƣờng, viện, nƣớc): Tên luận án: Ngƣời hƣớng dẫn: 5. Trình độ ngoại ngữ: Tiếng Anh, B1 (khung Châu Âu) 6. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm IV. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ: Ngày 10 tháng 10 năm 2014 XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CỬ ĐI HỌC Ngƣời khai ký tên Trƣơng Đình Sĩ ii
6. 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 chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày . tháng 10 năm 2014 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Trƣơng Đình Sĩ iii
7. LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện luận văn “Nghiên cứu, phát triển thiết bị tự hành kiểm tra và đánh giá chất lượng đường ống ngầm sử dụng kỹ thuật siêu âm”, tôi đã nhận đƣợc rất nhiều sự giúp đỡ của quý thầy, cô các chuyên gia, các công ty, 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, hƣớng dẫn, định hƣớng, động viên tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Anh Trƣơng Văn Túy - Giám đốc công ty TNHH Cơ Khí Minh Thảo đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Quý thầy, cô Trƣờng 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 trƣờng. Xin cảm ơn gia đình đã luôn ở bên tôi. Xin chân thành cảm ơn! iv
8. TÓM TẮT Đƣờng ống đƣợc dùng rất nhiều trong hệ thống dẫn khí, dẫn dầu, đóng vai trò quan trọng trong vận chuyển, truyền tải, lƣu trữ nên yêu cầu về chất lƣợng rất khắt khe. Khuyết tật ảnh hƣởng đến đƣờng ống chủ yếu là khuyết tật hàn khi hàn ghép nối giữa các đƣờng ống và khuyết tật ăn mòn do môi trƣờng với tác nhân bên trong và bên ngoài. Hiện tại có rất nhiều phƣơng pháp kiểm tra nhƣ kiểm tra mối hàn giáp mối, kiểm tra dọc ống bằng tay hoặc tự động, kiểm tra ăn mòn, kiểm tra bồn chứa xăng dầu. Tuy nhiên tất cả các thiết bị kiểm tra chủ yếu là kiểm tra cho đƣờng ống lộ thiên, kiểm tra bên ngoài và đƣợc nhập từ nƣớc ngoài nên chi phí rất cao. Do vậy, việc nghiên cứu, phát triển thiết bị tự hành mang thiết bị, kiểm tra và đánh giá chất lƣợng đƣờng ống ngầm có ý nghĩa trong việc làm chủ công nghệ, phục vụ kịp thời sự phát triển kỹ thuật đo kiểm trong nƣớc. Đề tài đã tiến hành khảo sát các loại robot, thiết bị tự hành, tiến hành nghiên cứu, đề xuất thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị tự hành kiểm tra đánh giá chất lƣợng đƣờng ống ngầm nhỏ. SUMMARY Pipelines are used a lot in these system, play an important role in the transportation, transmission, storage should be required high quality. Defects mainly affect pipelines are weld between the pipes and corrosion due to environmental factors inside and outside to the thickness of pipes. Currently there are many testing methods such as testing weld joint, testing along the pipe by hand or automatic, testing corrosion, testing gasoline tank. However, all of testing equipments are imported so the cost is very high. From the practical problem and difficulties due to the corrosion inspection process in reality, this research will focus to studying the self – propelled device that it’s capability can walk in the pipe with diameter varies from 8 inch ÷ 10 inch. Over the period of research and learning from the other resources about the self – propelled or handicraft on around the world and Vietnam market. This subject will go into research and manufacture the device itself with the simplest structures but bringing high efficiency. v
9. MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i MỤC LỤC vi DANH MỤC HÌNH ix DANH MỤC BẢNG xiii Chƣơng 1 GIỚI THIỆU 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Tính cấp thiết của đề tài 2 1.3 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài 4 1.3.1 Tính thực tiễn của đề tài 4 1.3.2 Ý nghĩa khoa học của đề tài 4 1.4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 4 1.5 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 5 1.5.1 Đối tƣợng nghiên cứu 5 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu 5 1.6 Phƣơng pháp nghiên cứu 5 1.7 Nội dung của đề tài 5 Chƣơng 2 TỔNG QUAN 6 2.1 Các dạng ống thƣờng dùng trong công nghiệp 6 2.1.1 Ống inox (ống thép không gỉ) 6 2.1.2 Ống thép tròn đen 6 2.1.3 Ống thép mạ kẽm 8 2.1.4 Quy trình chế tạo các ống thép 9 2.2 Các dạng khuyết tật và hƣ hỏng của ống thép 12 2.2.1 Khuyết tật hình thành trong quá trình chế tạo ống 12 2.3 Khuyết tật ăn mòn 20 2.3.1 Ảnh hƣởng của cấu tạo kim loại đến quá trình ăn mòn 20 2.3.2 Quá trình ăn mòn kim loại 21 2.4 Phƣơng pháp kiểm tra đánh giá chất lƣợng ống 24 2.4.1 Nguyên lý siêu âm 24 2.4.2 Kỹ thuật kiểm tra bằng siêu âm 25 2.4.3 Nguyên tắc kiểm tra 25 2.5 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 28 2.5.1 Các nghiên cứu ngoài nƣớc 28 vi
10. 2.5.2 Các nghiên cứu trong nƣớc 32 2.5.3 Các tồn tại 34 Chƣơng 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 35 3.1 Các phƣơng pháp kiểm tra không phá hủy 35 3.1.1 Kiểm tra bằng thị giác và quang học 35 3.1.2 Kiểm tra bằng chất lỏng thẩm thấu 35 3.1.3 Phƣơng pháp chụp ảnh phóng xạ (Radiographic Testing - RT) 38 3.1.4 Kiểm tra bằng bột từ (MT) 39 3.1.5 Kiểm tra bằng truyền âm (AE) 40 3.1.6 Kiểm tra bằng phƣơng pháp siêu âm (Ultrasonic Testing - UT) 40 3.2 Kỹ thuật phased array 42 3.2.1 Nguyên tắc hoạt động 42 3.2.2 Kỹ thuật siêu âm phased array 43 3.3 Các loại đầu dò sử dụng trong siêu âm dọc trục 44 3.3.1 Đầu dò thông thƣờng 45 3.3.2 Cấu tạo của các đầu dò thông thƣờng 46 3.3.3 Cấu tạo của đầu dò tổ hợp pha (phased array) 46 Chƣơng 4 YÊU CẦU VÀ PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ 48 4.1 Phân tích đối tƣợng thiết kế 48 4.1.1 Thông số thiết kế 48 4.2 Phƣơng án thiết kế 48 4.2.1 Phƣơng án 1 48 4.2.2 Phƣơng án 2 49 4.2.3 So sánh các phƣơng án và lựa chọn 50 4.2.4 Kết cấu tổng thể của robot 50 4.2.5 Trình tự công việc cần thực hiện 51 Chƣơng 5 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ TỰ HÀNH 52 5.1 Công việc tính toán thiết kế 52 5.1.1 Mô hình thiết kế tổng quát 52 5.1.2 Nội dung tính toán, thiết kế 53 5.2 Tính toán kích thƣớc robot 53 5.3 Tính toán modul dẫn động 56 5.3.1 Tính toán bộ truyền bánh vít – trục vít 57 5.3.2 Tính toán chọn công suất động cơ 61 5.3.3 Tính toán sơ bộ cho bộ bánh răng 62 vii
11. 5.3.4 Tính toán sơ bộ cụm lò xo trục chính 65 5.3.5 Tính toán cụm điều khiển, kiểm tra 67 Chƣơng 6 CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 69 6.1 Chế tạo và lắp ráp các chi tiết cơ khí 69 6.1.1 Quá trình chế tạo 69 6.1.2 Quá trình lắp ráp 71 6.2 Thiết kế bộ điều khiển thiết bị 74 6.2.1 Chức năng 74 6.2.2 Sơ đồ khối bộ điều khiển 74 6.2.3 Sơ đồ mạch điều khiển 75 6.2.4 Chế tạo board mạch điều khiển 75 6.3 Thử nghiệm 77 6.3.1 Thử nghiệm thiết bị 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80 viii
12. DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Những sự cố quan trọng trong đường ống dẫn chất lỏng [13] 1 Hình 1.2: i m tra đ dày ống ng si u m [13] 3 Hình 1.3: Thiết ị ki m tra ng đầu do si u m [13] 3 Hình 1.4: Ro ot ki m tra đ mòn n ngoài ống [13] 3 Hình 1.5: Thiết ị tra ki m tra đ dày ống [13] 3 Hình 1.6: Thiết ị tự hành ki m tra ống cáp quang dưới đáy i n [13] 4 Hình 2.1: Ống thép không gỉ [8] 6 Hình 2.2: Ống thép tròn đen [8] 6 Hình 2.3: Ống thép mạ kẽm [8] 9 Hình 2.4: Hệ thống cán và hàn ống inox [8] 10 Hình 2.5: Quy trình công nghệ hàn ống thép [8] 12 Hình 2.6: Tổng hợp các khuyết tật của mối hàn 12 Hình 2.7: Phân loại khuyết tật nứt theo TCVN 6115-1:2005 13 Hình 2.8: Vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) 13 Hình 2.9: Các vị trí thường xuất hiện vết nứt dọc 14 Hình 2.10: Vị trí thường xuất hiện các vết nứt dọc 14 Hình 2.11: Các vị trí thường xuất hiện vết nứt ngang 14 Hình 2.12: Vị trí các vết nứt ngang 15 Hình 2.13: Nứt cắt lớp ở ch n mối hàn [10] 15 Hình 2. 14: Ph n loại khuyết tật rỗ khí theo BS EN [10] 16 Hình 2.15: Các dạng khuyết tật rổ khí [10] 16 Hình 2.16: Rỗ khí n trong mối hàn [10] 17 Hình 2.17: Ngậm xỉ n trong, n ngoài đường hàn 18 Hình 2.18: Sơ đồ ph n loại các khuyết tật ngậm xỉ [10] 18 Hình 2.19: Ph n loại khuyết tật không thấu [10] 18 Hình 2.20: huyết tật không thấu chân [10] 19 Hình 2.21: huyết tật không thấu chân [10] 19 Hình 2.22: huyết tật cháy thủng [10, 12] 20 Hình 2.23: Ph n loại khuyết tật cháy chân theo theo BS EN [10] 20 Hình 2.24: huyết tật cháy chân [10, 12] 20 Hình 2.25: Dạng mòn các kim loại theo thời gian 21 ix
13. Hình 2.26: Dạng ăn mòn đều 22 Hình 2.27: Dạng ăn mòn không đều 23 Hình 2.28: Dạng ăn mòn không đều 23 Hình 2.29: Dạng ăn mòn không đều 23 Hình 2.30: i m tra khuyết tật ng si u m với chùm tia thẳng góc 25 Hình 2.31: Nguy n lý ki m tra chiều dày, khuyết tật ng si u m 25 Hình 2.32: Sơ đồ li n kết mối hàn 26 Hình 2.33: Sơ đồ dò li n kết giáp hàn mối 26 Hình 2.34: Các dạng sơ đồ quét đ ki m tra khuyết tật mối hàn [14] 27 Hình 2.35: Mô phỏng quá trình si u m [14] 28 Hình 2.36: i m tra mối hàn ống ng tay 29 Hình 2.37: Thiết ị si u m mối hàn OmniScan [9] 29 Hình 2.38: Thiết ị ki m tra mối hàn nối 29 Hình 2.39: Ro ot ki m tra đ mòn ống [9] 30 Hình 2.40: Ro ot ki m tra đ mòn n ngoài ống [9] 30 Hình 2.41: Ro ot tự hành đo đ mòn trong đường ống dẫn 31 Hình 2.42: Nguy n lý hoạt đ ng 31 Hình 2.43: Ro ot tự hành trong đường ống dẫn IRDO 203 32 Hình 2.44: Nguy n lý hoạt đ ng của cánh tay ro ot IRDO 203 32 Hình 2.45: Robot Triton 33 Hình 2.46: Ro ot vệ sinh và giám sát đường ống [13] 33 Hình 2.47: Ro ot thông cống [13] 34 Hình 3.1: Borescopes có gắn máy ảnh [15] 35 Hình 3.2: Sử dụng s orescope ki m tra 35 Hình 3.3: Quá trình ki m tra thẩm thấu của chi tiết [15] 36 Hình 3.4: Các ước chuẩn ị trước khi ki m tra 36 Hình 3.5: Ống phát tia X 38 Hình 3.6: B kit ki m tra ng t từ [15] 40 Hình 3.7: Nguy n lý phát hiện khuyết tật ng phương pháp si u m 41 Hình 3.8: Thiết ị si u m 41 Hình 3.9: Các phương pháp ki m tra si u m [13] 42 Hình 3.10: Sơ đồ của thiết ị ki m tra khuyết tật tự đ ng [13] 44 x
14. Hình 3. 11: Đầu dò thẳng 45 Hình 3.12: Đầu dò góc 45 Hình 3.13: Đầu dò kép 45 Hình 3.14: Đầu dò phased array (OLYMPUS) 45 Hình 3.15: Đầu dò đơn tinh th và đầu dò tinh th kép 46 Hình 3.16: Cấu tạo của các đầu dò thông thường 46 Hình 3.17: Cấu tạo Đầu dò si u m phased array 46 Hình 3.18: Cấu tạo của đầu dò đa tinh th Phased Array 47 Hình 4.1: Nguy n lý hoạt đ ng của thiết ị 49 Hình 4.2: Nguy n lý sử dụng 3 đ ng cơ cho 3 cụm ánh xe 49 Hình 4.3: Mô hình tổng th của ro ot 50 Hình 5.1: Mô hình tổng quát của thiết ị tự hành 52 Hình 5.2: Hệ thống ro ot trong đường ống 53 Hình 5.3: Tính toán ro ot trong đường ống 54 Hình 5.4: Ro ot trong đường ống 55 Hình 5.5: Mô hình ph n rã cụm dẫn đ ng 56 Hình 5.6: Mô hình ph n rã modul cụm dẫn đ ng 56 Hình 5.7: Mô hình ánh răng truyền đ ng 62 Hình 5.8: Mô tả phần mềm eMachine 63 Hình 5.9: Mô tả phần mềm Gear Template Generator 64 Hình 5.10: Mô hình lắp ráp cụm trục chính 65 Hình 5.11: Sơ đồ tính cơ cấu ung 65 Hình 5.12: Cấu tạo cụm điều khi n, ki m tra 67 Hình 5.13: Mô hình ph n rã cụm mặt đầu 68 Hình 6.1: Mô hình thiết ị tự hành thiết kế an đầu 69 Hình 6.2: Mô hình 3D và chi tiết trục chính 69 Hình 6.3: Chi tiết con trượt 70 Hình 6.4: B ánh vít trục vít 70 Hình 6.5: H p giảm tốc 71 Hình 6.6: Mặt ích 71 Hình 6.7: Lắp ráp cụm trục chính 71 Hình 6.8: Lắp ráp modul dẫn đ ng 72 xi
15. Hình 6.9: Lắp ráp hệ thống dẫn đ ng 72 Hình 6.10: Lắp ráp cum điều khi n, ki m tra 73 Hình 6.11: Lắp ráp thiết ị hoàn chỉnh 73 Hình 6.12: Sơ đồ khối mạch điều khi n 74 Hình 6.13: Sơ đồ nguy n lý mạch điều khi n 75 Hình 6.14: Pin cấp nguồn 75 Hình 6.15: B phát tín hiệu 76 Hình 6.16: Thiết ị thu tín hiệu 76 Hình 6.17: Cụm dẫn đ ng vào trong ống 77 Hình 6.18:Cụm điều khi n, ki m tra vào trong ống 78 Hình 6.19: Modul kéo được đưa vào ống 78 Hình 6.20: Ro ot chuy n đ ng n trong ống 79 xii
16. DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: ích thước ti u chuẩn của ống thép đen tròn [8] 7 Bảng 2.2: ích thước ống thép mạ kẽm [8] 8 Bảng 2.3: Bảng quy chuẩn trọng lượng ống thép mạ kẽm [8] 9 Bảng 2.4: ích thước ống thép không gỉ, ống hàn [8] 10 Bảng 2.5: ích thước ống thép chế tạo ng phương pháp hàn [8] 11 Bảng 2.6: Góc vào trong từng vật liệu 26 Bảng 4.1: So sánh các phương án 50 Bảng 5.1: Các chi tiết của cơ cấu dẫn đ ng 57 Bảng 5.2: Bảng thông số hình học của trục vít ánh vít 60 Bảng 5.3: Bảng thông số hình học của ánh răng. 64 Bảng 5.4: Bảng mô tả cấu tạo cụm đi u khi n, ki m tra 67 Bảng 5.5: Bảng mô tả cấu tạo cụm mặt đầu 68 xiii
17. Chƣơng 1 GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Trong các ngành công nghiệp dầu khí, điện lực, giao thông, thủy lợi hiện nay có rất nhiều đƣờng ống thép có đƣờng kính khác nhau, đƣợc sử dụng để dẫn chất lỏng, chất khí và các loại khí đốt Các đƣờng ống này từ lúc sản xuất ra đến suốt cả thời gian sử dụng ống đều phải trải qua quá trình kiểm tra đánh giá chất lƣợng để đi đến quyết định về khả năng có tiếp tục sử dụng hay bị thay thế. Theo khảo sát của tổ chức PHMSA về đƣờng ống trong vòng 20 năm qua thì những tổn thất về độ mòn đƣờng ống xảy ra nhiều nhất. Hình 1.1: Những sự cố quan trọng trong đường ống dẫn chất lỏng [13] Qua đó ta thấy nguy hại về ăn mòn ống dẫn chiếm tỷ lệ cao (689 trong 2925 số nguy hại), điều đó có nghĩa là việc kiểm tra đánh giá độ mòn của ống dẫn là vấn đề rất quan trọng Với vai trò quan trọng đó, việc nâng cao năng suất, chất lƣợng mối hàn, chất lƣợng bề mặt ống, độ mòn của ống sau một thời gian sử dụng cũng nhƣ phƣơng pháp đo kiểm đánh giá chất lƣợng ống khi sản xuất và trong quá trình sử dụng luôn là vấn đề cấp bách đƣợc quan tâm nghiên cứu. Ngày nay, đã có nhiều công trình ứng dụng thành công các công nghệ tiên tiến để chế tạo ra các thiết bị kiểm tra tự động giúp tăng năng suất lao động gấp nhiều lần và có độ tin cậy cao. 1
18. Vì những lý do trên, nên việc nghiên cứu thiết kế một thiết bị tự hành mang thiết bị siêu âm để đo kiểm, đánh giá chất lƣợng, độ mòn ống là một vấn đề cần thiết và cấp bách. 1.2 Tính cấp thiết của đề tài Tất cả các vật làm bằng cấu trúc kim loại thông thƣờng đều có thể bị ăn mòn. Vấn đề đặc biệt quan trọng mà nhiều ngành công nghiệp phải đối mặt là đo chiều dày còn lại của thành các đƣờng ống, bể chứa bị ăn mòn ở mặt trong. Sự ăn mòn nhƣ vậy thƣờng không thể phát hiện bằng phƣơng pháp quan sát nếu không cắt hoặc tháo dời chúng. Trong các nhà máy dầu khí, hoá chất các ống dẫn bằng thép rất dễ bị ăn mòn. Ăn mòn làm giảm chiều dày nguyên bản của kim loại. Nếu không đƣợc phát hiện trong thời gian dài, ăn mòn sẽ làm yếu thành và có thể dẫn đến cấu trúc bị hỏng và nguy hiểm. Kiểm tra siêu âm là phƣơng pháp kiểm tra không phá hủy đƣợc chấp nhận rộng rãi để thực hiện công việc kiểm tra đánh giá độ mòn của ống và kiểm tra siêu âm ống kim loại bị ăn mòn thƣờng đƣợc thực hiện bằng kỹ thuật siêu âm 3D cho kết quả tốt, cho phép dựng đƣợc bản đồ độ mòn ống. Hiện nay trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam vẫn đang áp dụng nhiều phƣơng pháp kiểm tra chất lƣợng cũng nhƣ độ mòn của đƣờng ống. Tuy nhiên việc kiểm tra này chủ yếu ở bên ngoài ống ngoài ra nó còn mang tính thủ công hoặc bán tự động, vì vậy dẫn đến việc kiểm tra, đánh giá vẫn còn có một số nhƣợc điểm sau: - Thời gian đo kiểm lớn. - Công tác vận hành kiểm tra tƣơng đối phức tạp. - Đội ngũ cán kiểm tra đánh giá đòi hỏi phải có kinh nghiệm. - Tốc độ di chuyển của thiết bị kiểm tra bằng tay không ổn định gây ảnh hƣởng lớn đến chất lƣợng hình ảnh cũng nhƣ kết quả kiểm tra. - Ở một số đƣờng ống dài việc kiểm tra bằng thủ công sẽ không hiệu quả về mặt thời gian, nhân lực, - Thiết bị kiểm tra bằng tay tƣơng đối cồng kềnh, đòi hỏi phải có thiết bị dẫn hƣớng do đó chi phí mua sắm thiết bị tƣơng đối cao. Một số hình ảnh về công việc kiểm tra và thiết bị kiểm tra chất lƣợng mối hàn, độ dày cũng nhƣ độ mòn ống sử dụng kỹ thuật siêu âm. 2
19. Hình 1.2: i m tra đ dày ống ng siêu âm [13] Hình 1.3: Thiết ị ki m tra ng đầu do si u m [13] Hình 1.4: Ro ot ki m tra đ mòn bên ngoài ống [13] Hình 1.5: Thiết ị tra ki m tra đ dày ống [13] 3
20. Hình 1.6: Thiết ị tự hành ki m tra ống cáp quang dưới đáy i n [13] 1.3 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài 1.3.1 Tính thực tiễn của đề tài Thiết bị tự hành mang đầu dò siêu âm đo kiểm đánh giá chất lƣợng độ mòn ống có thể ứng dụng trong các lĩnh vực nhƣ: trong các ngành dầu khí, thủy lợi, và các đƣờng ống chứa chất lỏng nhằm phát hiện các khuyết tật cũng nhƣ độ mòn của ống qua một thời gian sử dụng để loại bỏ với những ống bị mòn và hƣ hỏng. Ngoài ra cũng có thể ứng dụng tốt trong các nhà máy sản xuất chế tạo ống để kiểm tra độ dày ống trƣớc khi đƣa ra ngoài thị trƣờng tiêu thụ. Với việc kiểm tra các đƣờng ống dẫn dài thì thiết bị tự hành này hoạt động sẽ có hiệu quả hơn các thiết bị kiểm tra bằng tay hoặc bán tự động. 1.3.2 Ý nghĩa khoa học của đề tài Hƣớng nghiên cứu của đề tài là hƣớng nghiên cứu thiên về lĩnh vực robot. Kết quả của đề tài là thiết bị tự hành mang đầu dò siêu âm để đo kiểm, đánh giá chất lƣợng và độ mòn bên trong ống. Đề tài có một số ý nghĩa khoa học sau: - Nêu ra đƣợc nguyên lý hoạt động của thiết bị tự hành chạy trong lòng ống dẫn dùng cơ cấu bung tự định vị. - Giới thiệu một thiết bị đo với nguyên lý hoạt động tự hành thay thế cho các thiết bị vận hành thủ công. 1.4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Đề tài nghiên cứu về kỹ thuật đo, nghiên cứu phƣơng pháp kiểm tra sử dụng kỹ thuật siêu âm 3D. Qua đó đề xuất kết cấu thiết bị tự hành mang đầu dò siêu âm để đánh giá chất lƣợng đƣờng ống nhỏ ngầm. 4
21. - Thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị tự hành mang đầu dò siêu âm kiểm tra, đánh giá chất lƣợng, độ mòn bên trong ống. 1.5 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 1.5.1 Đối tƣợng nghiên cứu - Các đƣờng ống sử dụng trong ngành dầu khí có đƣờng kính từ 8 inch đến 10 inch - Công nghệ siêu âm 3D sử dụng để kiểm tra, đánh giá độ mòn. - Các thiết bị tự hành đo kiểm, đánh giá chất lƣợng ống. 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu Do khối lƣợng của đề tài lớn nên phạm vi nghiên cứu của đề tài tập trung vào việc đề xuất kết cấu, thiết kế và chế tạo thử nghiệm thiết bị tự hành mang đầu dò siêu âm phục vụ đo kiểm, đánh giá chất lƣợng và độ mòn bên trong ống nhỏ từ 8 – 10”. 1.6 Phƣơng pháp nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu bao gồm hai phần chính là: - Nghiên cứu phân tích lý thuyết: Thu thập tài liệu từ các nguồn báo chí, tạp chí, sách, từ internet có liên quan đến nội dung nghiên cứu. - Phƣơng pháp thực nghiệm: Tiến hành thiết kế chế tạo thử nghiệm thiết bị tự hành mang thiết bị siêu âm để kiểm tra đánh giá độ mòn ống, thử nghiệm hoạt động và hoàn chỉnh thiết kế. 1.7 Nội dung của đề tài - Chƣơng 1: Giới thiệu - Chƣơng 2: Tổng quan - Chƣơng 3: Cơ sở lý thuyết - Chƣơng 4: Yêu cầu và phƣơng án thiết kế - Chƣơng 5: Tính toán thiết kế thiết bị tự hành - Chƣơng 6: Chế tạo, thử nghiệm và đánh giá - Chƣơng 7: Kết luận và kiến nghị 5
22. S K L 0 0 2 1 5 4