Luận văn Xây dựng quy trình và thiết bị phục vụ kiểm định bồn chứa khí hóa lỏng LPG (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Xây dựng quy trình và thiết bị phục vụ kiểm định bồn chứa khí hóa lỏng LPG (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 NGUYỄN THANH TÂM XÂY DỰNG QUY TRÌNH VÀ THIẾT BỊ PHỤC VỤ KIỂM ĐỊNH BỒN CHỨA KHÍ HÓA LỎNGS K C 0 0 3 9 5 9 LPG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 605204 S KC 0 0 4 2 2 3 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 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 NGUYỄN THANH TÂM XÂY DỰNG QUY TRÌNH VÀ THIẾT BỊ PHỤC VỤ KIỂM ĐỊNH BỒN CHỨA KHÍ HÓA LỎNG LPG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 6052074 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS LÊ CHÍ CƯƠNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2014
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: NGUYỄN THANH TÂM Giới tính: Nam Sinh ngày: 19/09/1982 Nơi sinh: Đồng Nai Quê quán: Ấp Nông Doanh, xã Xuân Định, huyện Xuân Lộc, tỉnh Đồng Nai. Dân tộc: Kinh Đơn vị công tác: Trung tâm Ứng dụng Tiến bộ Khoa học và Công nghệ trực thuộc Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Đồng Nai. Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 30 tổ 1, Ấp Nông Doanh, xã Xuân Định, huyện Xuân Lộc, tỉnh Đồng Nai. Điện thoại cơ quan: 0613.822297 Fax: 0613.540090 Điện thoại riêng: 0919 956743 E-mail: thanhtamtkm2000@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2000 đến 02/2005 Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. Ngành học: Thiết kế máy. Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy bóc vỏ cà phê. Nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh. Người hướng dẫn: TS. Đặng Thanh Tân. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Công ty cổ phần lắp máy Lilama Từ 02/2005 đến 04/2009 Kỹ sư kỹ thuật Việt Nam Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Từ 04/2009 đến nay Kiểm định viên Đồng Nai Ngày tháng năm 2014 Ngƣời khai ký tên i
4. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, trên đây là công trình nghiên cứu của tôi. Công trình được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, kinh nghiệm thực tiễn của bản thân, tư vấn ý kiến khoa học của các chuyên gia, các thợ có kinh nghiệm lâu năm trong lĩnh vực hàn – cắt kim loại, các kỹ thuật viên có kinh nghiệm lâu năm trong lĩnh vực kiểm tra khuyết tật hàn, các kiểm định viên nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực kiểm định thiết bị an toàn lao động và thông qua sự hướng dẫn khoa học của PGS. TS. Lê Chí Cƣơng. Các số liệu, kết quả được công bố trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa được được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu khoa học nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Nguyễn Thanh Tâm ii
5. LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện luận văn “Xây dựng quy trình và thiết bị phục vụ kiểm định bồn chứa khí hóa lỏng LPG”, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của quý Thầy, Cô, các chuyên gia, các Cơ quan, bạn bè và gia đình. Vì thế: Điều trước tiên, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc PGS. TS. Lê Chí Cƣơng, người Thầy đã tận tình trực tiếp hướng dẫn, cung cấp những tài liệu vô cùng quí giá và dìu dắt tôi thực hiện hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Xin chân thành cảm ơn ông Huỳnh Minh Hậu Phó Giám đốc Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Đồng đã tạo mọi điều kiện thuận lợi về mặt thời gian cũng như trang thiết bị siêu âm hiện đại nhất để tôi thực hiện hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Xin cảm ơn Ban Lãnh đạo Trung tâm Ứng dụng Tiến bộ Khoa học và Công nghệ tỉnh Đồng Nai đã động viên, tạo điều kiện thuận lợi và hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong quá trình học tập, công tác cũng như trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Xin chân thành cảm ơn đến tất cả Quí Thầy, Cô đã giảng dạy, trang bị cho tôi những kiến thức rất bổ ích và quí báu trong suốt quá trình học tập tại trường cũng như nghiên cứu sau này. Xin cảm ơn Gia đình đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi yên tâm học tập tốt trong suốt thời gian vừa qua. Xin chân thành cảm ơn ! Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 HỌC VIÊN iii
6. TÓM TẮT Trong những năm gần đây nhu cầu sử dụng gas làm chất đốt trong công nghiệp và trong gia dụng ngày càng cao. Điều này đòi hỏi cần sử dụng một lượng lớn các loại bồn LPG để vận chuyển gas hóa lỏng từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ. Để đảm bảo an toàn cho cuộc sống người dân cũng như an toàn cho thiết bị, các bồn chứa LPG sau khi đưa vào sử dụng cần được kiểm định định kỳ với các yêu cầu nghiêm ngặt. Hiện nay, công việc kiểm định thường được tiến hành theo kinh nghiệm và bằng tay dẫn đến độ tin cậy kiểm định không cao, thời gian kiểm định lâu, chi phí cao và khó có khả năng lưu trữ dữ liệu dưới dạng số để có thể sử dụng lại kết quả cho lần kiểm định sau. Đề tài giới thiệu một số kết quả nghiên cứu về việc chuẩn hoá, xây dựng quy trình kiểm định bồn chứa LPG theo các qui phạm pháp luật hiện hành, đề xuất các thiết bị phụ trợ cho việc tiến hành kiểm định bồn LPG mang tính công nghiệp. Một số thiết bị phụ trợ cho việc kiểm định đã được triển khai chế tạo và đưa vào sử dụng cho kết quả tốt. Một số thiết bị khác đã được thiết kế chi tiết nhưng do thời gian có hạn và giới hạn về kinh phí nên chưa được chế tạo thử nghiệm. ABSTRACT In recent years, there has been a growing demand for gas in industrial and domestic use as a fuel. This requires a great number of types of LPG tanks for transporting liquefied petroleum gas from production sites to the places where they are used. In order to ensure the safety of people and equipments, LPG tanks should be periodically tested after they are put into use, with stringent requirements. The testing is often conducted with tester’s experience, and manually, leading to low reliability of the testing results, a time-consuming, expensive process and making it difficult storing data digitally for use in the future testing. My theme introduces some research findings on standardizing and building the testing procedures for LPG tanks under the current laws; suggesting auxiliary equipments for LPG tanks testing process industrially. Some of those equipments have been manufactured and used, and showed positive results. Other equipments have been blueprinted but they have not experimentally made due to time limit and funding. iv
7. 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 ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục v Danh sách các chữ viết tắt x Danh sách các hình ảnh xi Danh sách các bảng xiii Chƣơng 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2 1.3.1 Mục tiêu tổng quát 2 1.3.2 Mục tiêu cụ thể 2 1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 3 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 3 1.5 Phương pháp nghiên cứu 3 1.6 Kết cấu luận văn 4 Chƣơng 2: TỔNG QUAN 2.1 Khí hóa lỏng LPG và bồn chứa khí hóa lỏng LPG 5 2.2 Thành phần của LPG 6 2.3 Một số tính chất hóa lý đặc trưng của LPG 7 2.3.1 Hệ số giãn nở 8 2.3.2 Tỷ trọng 8 2.3.3 Giới hạn cháy nổ 8 2.3.4 Nhiệt độ cháy 9 2.3.5 Nhiệt độ tự bắt cháy 9 2.4 Các ứng dụng quan trọng của LPG 10 2.4.1 Ảnh hưởng của các tính chất đến việc tàng chứa và vận chuyển LPG 11 v
8. 2.4.2 Công nghệ sản xuất LPG 11 2.5 Cấu tạo của bồn chứa LPG 12 2.5.1 Các bộ phận chính 12 2.5.2 Chế tạo bồn chứa LPG 15 2.6 Các khuyết tật, hư hỏng của bồn chứa LPG 15 2.6.1 Sự cố nổ, vỡ 15 2.6.2 Sự cố rò rỉ 16 2.6.3 Các khuyết tật hàn 16 2.7 Các sự cố thường gặp ở bồn chứa LPG 19 2.7.1 Van an toàn không hoạt động 19 2.7.2 Hệ thống gối đỡ bồn không đảm bảo 19 2.7.3 Mục đáy bồn 20 2.8 Các vấn đề kiểm định bồn LPG 20 2.9 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 20 2.9.1 Ngoài nước 20 2.9.2 Trong nước 20 2.10 Các vấn đề còn tồn tại 21 Chƣơng 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Kiểm tra thiết bị áp suất trên bồn chứa LPG 22 3.2 Kiểm tra khả năng chịu áp lực của bồn chứa LPG 22 3.3 Kiểm tra mối hàn trên bồn chứa LPG 22 3.4 Lý thuyết về siêu âm tổ hợp pha 23 3.4.1 Khái niệm 23 3.4.2 Cơ sở nguyên lý 23 3.4.3 Phương pháp kiểm tra siêu âm tổ hợp pha 24 3.4.4 Ưu điểm của siêu âm tổ hợp pha so với siêu âm thông thường 25 3.4.5 Thiết bị siêu âm tổ hợp pha 25 3.4.6 Nguyên lý hoạt động của đầu dò siêu âm tổ hợp pha 27 Chƣơng 4: XÂY DỰNG QUY TRÌNH KIỂM ĐỊNH BỒN CHỨA KHÍ HÓA LỎNG LPG 4.1 Các yêu cầu về bồn chứa LPG 28 4.2 Các yêu cầu về kiểm định bồn chứa LPG 28 4.3 Xây dựng quy trình kiểm định 28 4.3.1 Phạm vi áp dụng 28 vi
9. 4.3.2 Đối tượng kiểm định 28 4.3.3 Các tiêu chuẩn áp dụng 30 4.3.4 Các căn cứ để xây dựng quy trình 30 4.4 Tiến hành xây dựng quy trình kiểm định 30 4.4.1 Các lưu ý trước khi tiến hành kiểm định 31 4.4.2 Nội dung chi tiết các bước kiểm định bồn chứa LPG 31 4.4.2.1 Kiểm tra hồ sơ 31 4.4.2.2 Kiểm tra bên trong, bên ngoài 32 4.4.2.3 Đo lường dung tích bồn chứa, tiếp địa các thiết bị liên quan 40 4.4.2.4 Kiểm tra khả năng chịu áp lực (Thử thuỷ lực) 40 4.4.2.5 Kiểm tra độ kín (Thử kín) 43 4.4.2.6 Kiểm tra vận hành (Thử vận hành) 44 4.4.2.7 Kiểm định van an toàn 44 4.4.2.8 Xử lý kết quả kiểm định 45 4.4.2.9 Chu kỳ kiểm định 46 4.4.2.10 Những trường hợp phải được khám nghiệm bất thường 46 4.4.2.11 Biên bản kiểm định 46 4.4.3 Lưu đồ tổng thể 47 Chƣơng 5: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ PHỤC VỤ CHO QUÁ TRÌNH KIỂM ĐỊNH 5.1 Công việc kiểm định và vai trò của thiết bị phụ trợ 48 5.2 Thiết bị phụ trợ kiểm tra thiết bị áp suất trên bồn chứa LPG 48 5.2.1 Bàn thử áp dùng để kiểm định van an toàn 48 5.2.1.1 Đặt vấn đề 48 5.2.1.2 Đề xuất nguyên lý của bàn thử áp 50 5.2.1.3 Chọn vật liệu 51 5.2.1.4 Kết cấu của bàn thử áp 51 5.2.1.5 Ưu, nhược điểm 52 5.2.2 Đồng hồ chuẩn để kiểm định đồng hồ áp suất trên bồn chứa LPG 52 5.2.3 Thiết bị đo nồng độ oxy trong bồn 53 5.3 Thiết bị phụ trợ kiểm tra khả năng chịu áp lực của bồn chứa 53 5.4 Thiết bị phụ trợ kiểm tra mối hàn, kiểm tra độ dày trên bồn chứa LPG 53 5.4.1 Phân tích đối tượng thiết kế 54 5.4.1.1 Yêu cầu thiết kế thiết bị kiểm tra 54 vii
10. 5.4.1.2 Đề xuất quy trình kiểm tra bằng phương pháp siêu âm tổ hợp pha . 55 5.4.1.3 Đề xuất quy trình kiểm tra với thiết bị phụ trợ 55 5.4.1.4 Bồn chứa LPG và phân chia lưới kiểm tra 55 5.4.1.5 Phân tích hướng quét thiết bị kiểm tra bồn LPG 57 5.4.1.6 Ý tưởng thiết kế thiết bị kiểm tra 58 5.4.2 Phương án thiết kế thiết bị kẹp chặt trên bồn 58 5.4.2.1 Phương án 1 59 5.4.2.2 Phương án 2 60 5.4.2.3 So sánh và lựa chọn 61 5.4.3 Phương án chuyển động vòng quanh bồn 61 5.4.3.1 Phương án 1 61 5.4.3.2 Phương án 2 62 5.4.3.3 So sánh và lựa chọn 63 5.4.4 Phân tích vị trí đặt đầu dò 63 5.4.4.1 Phương án 1 64 5.4.4.2 Phương án 2 65 5.4.4.3 So sánh và lựa chọn 66 5.4.5 Phương án chọn thiết bị giám sát trong quá trình kiểm tra 66 5.4.5.1 Phương án 1 66 5.4.5.2 Phương án 2 67 5.4.5.3 So sánh và lựa chọn 67 5.4.6 Phân tích lựa chọn thiết bị phản hồi vị trí 68 5.4.6.1 Phương án 1 68 5.4.6.2 Phương án 2 69 5.4.6.3 So sánh các phương án và lựa chọn 69 5.4.7 Chất tiếp âm 70 5.4.8 Lựa chọn bộ điều khiển 70 5.4.9 Kết cấu tổng thể của thiết bị 71 5.4.10 Thiết kế phần mạch 72 5.4.10.1 Khối mạch điều khiển 73 5.4.10.2 Khối công suất điều khiển động cơ 74 5.4.10.3 Sơ đồ kết nối các bộ phận 75 viii
11. Chƣơng 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận 77 6.2 Kiến nghị 78 6.2.1 Về quy trình 78 6.2.2 Về các thiết bị phụ trợ 78 6.3 Định hướng phát triển của đề tài 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 PHỤ LỤC 81 PHỤ LỤC 1: Danh mục các loại, thiết bị, vật tư có yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn lao động 81 PHỤ LỤC 2: Chứng chỉ NDT bậc 2 83 PHỤ LỤC 3: Biên bản kiểm định bồn chứa khí hóa lỏng LPG 84 PHỤ LỤC 4: Bản vẽ thiết kế bàn thử áp dùng khí 86 PHỤ LỤC 5: Bản vẽ 3D của bàn thử áp dùng khí 87 PHỤ LỤC 6: Cách tính bền bồn LPG 88 PHỤ LỤC 7: Bản vẽ thiết kế bồn chứa khí hóa lỏng LPG 90 PHỤ LỤC 8: Bản vẽ thiết kế bộ trượt vòng 92 PHỤ LỤC 9: Bản vẽ 3D kết nối đầu dò siêu âm vào bồn chứa LPG 96 PHỤ LỤC 10: Bảng kê vật liệu cho khối mạch điều 97 PHỤ LỤC 11: Kết cấu tổng thể của thiết bị 99 ix
12. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT Tiếng Việt BLĐTB&XH Bộ Lao Động Thương Binh và Xã Hội BCT Bộ Công Thương TCVN Tiêu Chuẩn Việt Nam TT Thông Tư Tiếng Anh LPG Liquified Petrolium Gas PA Phased Array UT Utrasonic Testing RT Radio Testing NDT Non Destructive Testing API American Petroleum Institute AWS American Weld Society PAUT Phased Array Utrasonic Testing ASME American Society of Mechanical Engineers ASTM American Society for Testing and Materials IAEA International Atomic Energy Agency BINDT The British Institute of Non Destructive Testing x
13. DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Bồn chứa khí hóa lỏng LPG 5 Hình 2.2 Cấu tạo bồn chứa khí hóa lỏng 13 Hình 2.3 Các kiểu nứt trong mối hàn 17 Hình 2.4 Vị trí khuyết tật rỗ khí 18 Hình 2.5 Khuyết tật lẫn xỉ 18 Hình 2.6 Khuyết tật hàn không ngấu 19 Hình 3.1 Hình ảnh dạng quét đầu dò siêu âm thông thường và đầu dò tổ hợp pha 23 Hình 3.2 Hình ảnh phương pháp phản xạ - xung dội trong siêu âm tổ hợp pha 24 Hình 3.3 Máy siêu âm Phasor XS 021-002-362 rev.7 25 Hình 4.1 Bồn tĩnh lắp đặt trên xe 28 Hình 4.2 Bồn tĩnh chôn ngầm 29 Hình 4.3 Bồn tĩnh hình cầu lắp đặt trên mặt đất 29 Hình 4.4 Bồn tĩnh hình trụ lắp đặt trên mặt đất 29 Hình 4.5 Máy đo độ dày kim loại 35 Hình 4.6 Bồn LPG dạng trụ 36 Hình 4.7 Hệ thống đường ống kết nối vào bồn chứa khí hóa lỏng LPG 41 Hình 4.8 Van an toàn 44 Hình 5.1 Vị trí kết nối van an toàn trên bồn chứa LPG 49 Hình 5.2 Bàn thử áp bằng thủy lực 49 Hình 5.3 Bàn thử áp dùng khí 50 Hình 5.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bàn thử áp dùng khí 50 Hình 5.5 Mô hình 3D bàn thử áp van an toàn dùng khí 51 Hình 5.6 Bản vẽ thiết kế bàn thử áp van an toàn dùng khí 52 Hình 5.7 Chai chứa khí nito 53 Hình 5.8 Ống dây chịu áp lực 53 Hình 5.9 Khối quét WeldROVER, Cobra Scanner của hãng Olympus 54 Hình 5.10 Phân bố các vị trí kiểm tra của bồn 56 Hình 5.11 Chia lưới khu vực khiểm tra 57 Hình 5.12 Hướng quét kiểm tra của thiết bị 58 Hình 5.13 Sơ đồ động thiết bị quét 59 Hình 5.14 Thiết bị kẹp chặt bằng từ tính 59 xi
14. Hình 5.15 Cùm cố định trên ống 60 Hình 5.16 Thanh trượt bán kính R và bộ truyền đai 61 Hình 5.17 Bộ trục vít và trục trượt dẫn hướng 62 Hình 5.18 Đặt đầu dò so với mối hàn 63 Hình 5.19 Khoảng cách lớn nhất của nêm so với mặt cong 0,5mm 63 Hình 5.20 Hướng đặt đầu dò siêu âm tổ hợp pha 64 Hình 5.21 Cảm biến lực Loadcell của Futek 64 Hình 5.22 Bộ kẹp dùng thanh trượt với lò xo 65 Hình 5.23 Đèn laser đường 66 Hình 5.24 Camera giám sát quá trình hoạt động 67 Hình 5.25 Encoder xác định vị trí khuyết tật 68 Hình 5.26 Thước quang đo vị trí 69 Hình 5.27 Kết cấu tổng thể thiết bị kiểm tra bồn LPG 71 Hình 5.28 Sơ đồ khối mạch điều khiển 72 Hình 5.29 Sơ đồ chân với chip loại cắm 40 chân 72 Hình 5.30 Sơ đồ chức năng của chip Pic 73 Hình 5.31 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn và khối điều khiển 73 Hình 5.32 Sơ đồ mạch in khối nguồn và khối điều khiển 74 Hình 5.33 Sơ đồ nguyên lý khối công suất động cơ 74 Hình 5.34 Sơ đồ mạch in khối công suất động cơ cầu H 75 Hình 5.35 Sơ đồ kết nối các các bộ phận 75 Hình 5.36 Sơ đồ nối encoder, đầu dò với Phasor XS 76 xii
15. DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1 Tính chất của LPG 7 Bảng 2.2 Giới hạn cháy nổ 9 Bảng 2.3 Nhiệt cháy và nhiệt trị của LPG 9 Bảng 2.4 Nhiệt độ tự bắt cháy của một số loại nhiên liệu tại áp suất khí quyển 10 Bảng 4.1 Các hiện tượng và nguyên nhân thường gặp 34 Bảng 4.2 Các thông số áp suất và độ dày tương ứng 37 Bảng 4.2A Các thông số thử nghiệm thử thủy lực 41 Bảng 5.1 So sánh các phương án thiết kế thiết bị kẹp chặt trên bồn 61 Bảng 5.2 So sánh các phương án chuyển động vòng quanh bồn 63 Bảng 5.3 So sánh các phương án lựa chọn kẹp, lực áp đầu dò vào bồn 66 Bảng 5.4 So sánh lựa chọn thiết bị giám sát hỗ trợ khi kiểm tra 67 Bảng 5.5 So sánh phương án lựa chọn thiết bị đo 69 Bảng 5.6 So sánh các bộ điều khiển 70 Bảng 5.7 Sơ đồ chân đấu nối Encoder với Phasor XS 76 xiii
16. Chƣơng 1 GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài - Hầu hết các loại bồn chứa khí hóa lỏng LPG trong ngành công nghiệp dầu khí, hóa dầu từ lúc sản xuất đến cả vòng đời sử dụng phải được kiểm định và theo dõi thường xuyên bởi vì các loại bồn chứa LPG này phải chịu áp suất cao và chứa nhiều hóa chất độc hại, chất dễ cháy nổ, khi xảy ra sự cố như rò rỉ khí ga, nổ bồn thì hậu quả là khôn lường và sẽ gây ra nhiều tổn thất về con người và tài sản. Bộ Công thương đã ban hành thông tư số 41/2011/TT-BCT ngày 16 tháng 12 năm 2011 “Quy định về quản lý an toàn trong lĩnh vực khí dầu mỏ hoá lỏng”. Theo đó các loại bồn chứa LPG phải được đăng ký và kiểm định trước khi đưa vào sử dụng. Vì vậy việc kiểm định, kiểm soát chất lượng các loại bồn này luôn là yêu cầu cấp bách của đơn vị sử dụng và của toàn xã hội, cũng là nỗi trăn trở của các Cơ quan chức năng là làm thế nào để đánh giá đúng và đủ chất lượng của các loại bồn LPG đã hoặc chưa sử dụng. Mặt khác khi dùng các loại thiết bị này chuyên chở các sản phẩm dầu khí phục vụ xuất khẩu nếu được kiểm tra về chất lượng một cách đầy đủ và khoa học, sẽ tạo sự an tâm cho khách hàng từ đó mang lại uy tín cho ngành công nghiệp dầu khí nước ta. Để kiểm tra đánh giá chất lượng bồn chứa LPG, chúng ta phải áp dụng nhiều bước và nhiều phương pháp khác nhau, đó là quy trình kiểm định, tuy nhiên hiện nay chưa có quy trình kiểm định nào thể hiện đầy đủ các tiêu chí cần phải kiểm tra cho bồn chứa khí hóa lỏng LPG. - Để góp phần giải quyết phần nào vấn đề trên, đề tài “Xây dựng quy trình và thiết bị phục vụ kiểm định bồn chứa khí hóa lỏng LPG’’ đã được lựa chọn và thực hiện để đáp ứng nhu cầu của công tác kiểm định và phục vụ sự phát triển của nền kinh tế nước nhà. 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Hiện nay ở nước ta, ngành công nghiệp dầu khí đang ngày càng phát triển vượt bậc, kèm theo đó là rất nhiều sản phẩm mà nó mang lại phục vụ trực tiếp cho đời sống con người và phục vụ xuất khẩu mang lại nhiều ngoại tệ cho đất nước. Do đó các thiết bị phục vụ việc chứa và chuyên chở các sản phẩm dầu khí cũng đang gia tăng đáng kể về số lượng thông qua con đường nhập khẩu hoặc chế tạo trong nước. 1
17. Về ý nghĩa thực tiễn: Đề tài có một ý nghĩa thực tiễn to lớn, đó là lập ra quy trình có đầy đủ các bước, công đoạn nhằm kiểm định bồn chứa LPG với chất lượng tối ưu nhất, nghiên cứu và chế tạo được một số thiết bị phụ trợ có thể ứng dụng ngay vào thực tiễn, ngoài ra đề tài còn giải quyết bài toán nghiên cứu, đào tạo kiểm định viên về kiểm định bồn chứa khí hóa lỏng LPG. Về ý nghĩa khoa học: Trong quy trình kiểm định, có các hạng mục phải sử dụng các phương pháp kiểm tra không phá hủy NDT hiện đại, ví dụ như sử dụng phương pháp siêu âm tổ hợp pha để kiểm tra mối hàn, do đó nó có một ý nghĩa khoa học hết sức quan trọng và cần thiết để nâng cao khả năng của các kiểm định viên (các kiểm định viên phải được đào tạo NDT bậc 2 mới được kiểm tra mối hàn bồn chứa LPG bằng các phương pháp NDT), đề tài còn hàm chứa những nội dung có tính học thuật cao, giúp đội ngũ kỹ sư kỹ thuật thực hiện chế tạo thiết bị có thể nắm bắt để nâng cao trình độ, từ đó ngày càng nâng chất lượng của sản phẩm của mình phục vụ nhu cầu xã hội. Mặt khác đề tài còn nghiên cứu xây dựng quy trình kiểm tra dựa theo theo tiêu chuẩn ASME, API là các tiêu chuẩn chế tạo thiết bị áp lực nói chung và bồn chứa LPG nói riêng đang được sử dụng khá phổ biến trên thế giới mà phần nhiều các thiết bị chứa khí hóa lỏng LPG hiện nay ở nước ta là nhập khẩu. Ngoài ra đề tài cũng nghiên cứu các nguyên nhân tạo ra các khiếm khuyết của bồn chứa LPG (trong trường hợp kết quả kiểm định không đạt yêu cầu), giúp các kỹ sư, người vận hành, sử dụng thiết bị có thể thiết kế, hoàn thiện quy trình vận hành, quy trình sử dụng từ đó có thể phòng tránh các khiếm khuyết đó nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng bồn chứa khí hóa lỏng LPG. Các mẫu khiếm khuyết được lưu lại, có thể được phục vụ trong lĩnh vực nghiên cứu và phát triển các kỹ thuật chế tạo sau này nhằm hạn chế đến mức thấp nhất các khuyết tật của bồn chứa LPG. 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 1.3.1 Mục tiêu tổng quát - Nghiên cứu quy trình kiểm định bồn chứa khí hóa lỏng LPG khả thi cho các đơn vị có chức năng kiểm định và các cơ sở chế tạo thiết bị tại Việt Nam. 1.3.2 Mục tiêu cụ thể - Khảo sát hiện trạng tại Việt Nam về kiểm định bồn chứa khí hóa lỏng LPG. - Nghiên cứu xác định các khuyết tật, các hư hỏng thường gặp phải trong thực tiễn chế tạo và sử dụng bồn chứa khí hóa lỏng LPG. 2
18. - Nghiên cứu, đề xuất quy trình khả thi kiểm định bồn chứa LPG dựa vào các tiêu chuẩn của các nước trên thế giới và thực tế sử dụng khí hóa lỏng LPG tại Việt Nam. - Nghiên cứu, thiết kế các thiết bị phụ trợ sử dụng trong quy trình kiểm định đã đề xuất. 1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu - Bồn chứa khí hóa lỏng LPG. - Các phương pháp kiểm tra không phá hủy NDT. 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu xây dựng quy trình kiểm định bồn chứa khí hóa lỏng LPG dung tích từ 20 ÷ 600 m3. - Nghiên cứu thiết kế thử nghiệm một số thiết bị phụ trợ nhằm hỗ trợ cho quá trình kiểm định bồn chứa khí hóa lỏng LPG dung tích từ 20 ÷ 600 m3. - Chỉ thực hiện nghiên cứu một phương pháp kiểm tra NDT là phương pháp siêu âm để kiểm định các khuyết tật: Nứt, rỗ khí, lẫn xỉ, không ngấu. 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu là sự kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu bằng thực nghiệm. - Về mặt lý thuyết, tiến hành nghiên cứu các cơ sở khoa học, nguyên lý hoạt động bồn chứa khí hóa lỏng LPG, các phạm vi áp dụng, các tiêu chuẩn liên quan, các báo cáo khoa học đã công bố trên các tạp chí trong nước và quốc tế về lĩnh vực kiểm định bồn chứa khí hóa lỏng LPG. - Tiến hành kiểm định thực tế bồn chứa khí hóa lỏng LPG để thấy được những vấn đề chưa phù hợp, từ đó khắc phục, hoàn thiện quy trình. Cũng thông qua phương pháp nghiên cứu bằng thực nghiệm, ta tính toán, thiết kế một số thiết bị phụ trợ như: Bàn thử áp dùng khí để kiểm định van an toàn trên bồn chứa LPG, thiết bị mang đầu dò siêu âm tổ hợp pha để kiểm định mối hàn trên vỏ bồn chứa LPG kết hợp kiểm tra độ dày kim loại cho bồn chứa. 1.6 Kết cấu của luận văn: Kết cấu luận văn tốt nghiệp gồm 6 chương, gồm có: - Chương 1: Giới thiệu - Chương 2: Tổng quan - Chương 3: Cơ sở lý thuyết 3
19. - Chương 4: Xây dựng quy trình kiểm định bồn chứa khí hóa lỏng LPG. - Chương 5: Nghiên cứu thiết kế các thiết bị phụ trợ phục vụ cho quá trình kiểm định. - Chương 6: Kết luận và kiến nghị 4
20. Chƣơng 2 TỔNG QUAN 2.1 Khí hóa lỏng LPG và bồn chứa khí hóa lỏng LPG: - LPG là tên viết tắt của khí dầu mỏ hóa lỏng (Liquified Petrolium Gas). LPG là sản phẩm thu được từ quá trình khai thác dầu mỏ (khí đồng hành), hoặc từ các mỏ khí thiên nhiên bao gồm các loại hydrocacbon khác nhau, thành phần chủ yếu là propan, butan hoặc hỗn hợp của chúng. - Hiện nay trên thế giới LPG được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành như: Giao thông vận tải, công nghiệp, nông nghiệp, chế biến thực phẩm và trở thành loại nhiên liệu không thể thiếu được đối với mỗi quốc gia, đặc biệt với các nước có nền công nghiệp đang phát triển. LPG được sản xuất mạnh ở những nước có tiềm lực lớn về dầu mỏ như: Mỹ, Nga, Canada, Mexico, Venezuela, Indonexia, Angieri, Ả rập Xê Út, Nauy, Iran [9] - LPG tồn chứa trong các loại bình, bồn áp lực khác nhau và ở trạng thái bão hoà tức là tồn tại ở dạng hơi nên với thành phần không đổi, áp suất bão hoà trong bồn chứa không phụ thuộc vào lượng LPG bên trong mà hoàn toàn phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài. Chất lỏng nằm dưới phần đáy và hơi nước nằm trên cùng của bồn chứa, nghĩa là khoảng trên mức chất lỏng. Thông thường các loại bồn chứa chỉ chứa khí lỏng tối đa khoảng 80 ÷ 95 % thể tích bồn, thể tích còn lại dành cho phần hơi có thể giãn nở khi nhiệt độ tăng. [9] Hình 2.1 Bồn chứa khí hóa lỏng LPG 5
21. 2.2 Thành phần của LPG - Thành phần hóa học chủ yếu của LPG là các hydrocacbon dạng parafin có công thức chung là CnH2n+2. LPG là hỗn hợp nhất định của các hydrocacbon như: Propan (C3H8), Propylen (C3H6), Butan (C4H10), Butylen(C4H8). Tuy nhiên vẫn có khả năng xuất hiện vết của etan, etylen hoặc pentan trong LPG thương mại. Butadien 1,3 có thể xuất hiện nhưng không đạt tới tỷ lệ đo được. Ngoài ra còn có chất tạo mùi Etyl mecaptan ( R – SH ) với tỷ lệ pha trộn nhất định để khi khí rò rỉ có thể nhận biết được bằng khứu giác. [22] - Sản phẩm LPG cũng có thể có hydrocacbon dạng olefin hay không có olefin phụ thuộc vào phương pháp chế biến. 6