Xây dựng quy trình và thiết bị phục vụ bồn chứa khí hóa lỏng LPG

Nội dung text: Xây dựng quy trình và thiết bị phục vụ bồn chứa khí hóa lỏng LPG

1. XÂY DỰNG QUY TRÌNH VÀ THIẾT BỊ PHỤC VỤ BỒN CHỨA KHÍ HÓA LỎNG LPG BUILDING THE TESTING PROCEDURES AND EQUIPMENT FOR LPG TANKS 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. 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. 1
2. 1. GIỚI THIỆU - 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. - 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. 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Kiểm tra thiết bị áp suất trên bồn chứa LPG Các bồn chứa (bồn cố định, xitec, chai chứa) và hệ thống ống phải được thiết kế, lắp đặt, định kỳ thử nghiệm để đảm bảo chịu được áp suất môi chất với hệ số an toàn lớn nhất có thể.[2] 2
3. 2.2 Kiểm tra thiết bị áp suất trên bồn chứa LPG Khi sử dụng, bồn chứa LPG thường xuyên chịu tác động của các điều kiện ngoại cảnh như điều kiện vận chuyển, quy trình bảo dưỡng làm cho khả năng chịu áp lực của bồn giảm theo thời gian, do đó phải có chu kỳ xác định lại khả năng chịu áp lực của thiết bị.[3] 2.3 Kiểm tra mối hàn trên bồn chứa LPG Sử dụng phương pháp siêu âm tổ hợp pha. Kỹ thuật siêu âm tổ hợp pha là kỹ thuật siêu âm dùng đầu dò gồm một dãy tổ hợp pha từ 16 đến 256 biến tử nhỏ riêng biệt, hệ thống dãy tổ hợp pha này có thể quét chùm tia dưới cả dải góc khúc xạ hoặc theo dọc theo đường thẳng, hoặc hội tụ ở những độ sâu khác nhau, do đó tăng tính linh hoạt và khả năng trong thiết lập kiểm tra.[1] Hình 2.1 Hình ảnh dạng quét đầu dò siêu âm thông thường và đầu dò tổ hợp pha 3. QUY TRÌNH KIỂM ĐỊNH 3.1 Lưu đồ tổng thể 3
4. 3.1 Tính toán độ dày bồn chứa - Theo đó độ dày tính toán được tính theo công thức [4]: P.Dn S1 C 200. . cp P Công thức này áp dụng cho tính chiều dày thân bồn chứa LPG. Nếu bồn là hình trụ, phải tính thêm chiều dày của nắp bồn: Hình 4.6 Bồn LPG dạng trụ P.D D S t x t C Chiều dày phần nắp theo công thức: 2 400.Z. cp . P 2.ht Trong đó: ht: Chiều cao nắp bồn (mm) 2 Ptt: Áp suất tính toán của của bồn (kG/cm ) Dn: Đường kính ngoài của bồn (mm) Dt: Đường kính trong của bồn (mm) 4
5. 2 σcp: Ứng suất cho phép của vật liệu (N/mm ) φ: Hệ số bền mối hàn. C: Trị số bổ sung bề dày ăn mòn, thường lấy C = 2 hoặc C = 1. Z: Hệ số nắp khoét lổ được làm chắc, thường lấy Z = 1. S1, S2: Chiều dày nhỏ nhất của thân bồn và nắp bồn khi tính toán. Bảng 3.1 Các thông số áp suất và độ dày tương ứng Thân bồn Nắp bồn 2 2 Ptt (kG/cm ) S1 (mm) Ptt (kG/cm ) S2 (mm) 0,5 2,05 đến 2,08 0,5 2,04 ÷ 2,08 1 2,09 ÷ 2,13 1 2,09 ÷ 2,10 1,5 2,14 ÷ 2,17 1,5 2,13 ÷ 2,17 2 2,18 ÷ 2,22 2 2,18 ÷ 2,21 2,5 2,23 ÷ 2,17 2,5 2,22 ÷ 2,25 3 2,28 ÷ 2,31 3 2,26 ÷ 2,30 3,5 2,32 ÷ 2,36 3,5 2,31 ÷ 2,34 4 2,37 ÷ 2,40 4 2,35 ÷ 2,39 4,5 2,41 ÷ 2,45 4,5 2,40 ÷ 2,43 5 2,46 ÷ 2,50 5 2,44 ÷ 2,47 5,5 2,51 ÷ 2,54 5,5 2,48 ÷ 2,52 6 2,55 ÷ 2,60 6 2,53 ÷ 2,60 5
6. Theo đó, khi kiểm tra độ dày của bồn phải đảm bảo sao cho không nhỏ hơn chiều dày tối thiểu khi tính toán. Trường hợp bồn đã bị ăn mòn và một lý do nào đó thì phải hạ áp suất làm việc (chính là hạ áp suất Ptt) xuống một giá trị nào đó, sao cho đảm bảo chiều dày S1, S2 khi đo không nhỏ hơn chiều dày S1, S2 khi tính toán. 4. Thiết bị phụ trợ 4.1 Bàn thử áp dùng để kiểm định van an toàn a/ Kết cấu của bàn thử áp dùng khí 5. 1-Bình cấp khí (Argon); 2-Ống áp lực; 3-Ống nối thẳng; 4-Van đóng mở; 6. 5-Ống nối T; 6-Van an toàn; 7-Đồng hồ áp suất; 8-Ống đồng dẫn khí 7. Hình 5.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bàn thử áp dùng khí b/ Kết cấu của bàn thử áp dùng khí 6
7. 1- Đồng hồ áp suất chuẩn; 2- Ống nối dùng để lắp van an toàn khi kiểm định;3- Van xả khí; 4- Van nối; 5- Chân đế; 6- Ống đồng dẫn khí; 7- Van nối đầu vào; 8- Đế bàn Hình 5.5 Mô hình 3D bàn thử áp van an toàn dùng khí c/ Ưu, nhược điểm + Ưu điểm: Bàn thử áp dùng khí để kiểm định van an toàn trên bồn chứa khí hóa lỏng LPG có thể kiểm được các loại van có mức áp suất thấp (0,5 ÷ 01 kG/cm2) với độ chính xác cao, bàn được chế tạo với chi phí thấp (khoảng 5,000,000 VNĐ/01 bàn), tiết kiệm được thời gian kiểm định (khoảng 05 phút/01 van), có thể dùng bàn thử này để tiến hành thử khí cho bồn chứa khí hóa lỏng LPG. + Nhược điểm: Quá trình chế tạo còn mang tính thủ công, sản phẩm chưa được công nhận bởi Cục An toàn lao động. 4.2 Thiết bị mang đầu dò siêu âm a/ Yêu cầu: - Thiết bị kiểm tra mòn (bề dày bồn), mối hàn phải có hai chuyển động tròn và chuyển động dọc quanh bồn LPG. - Chuyển động tròn của thiết bị hành trình 0 ÷ 1350 mm. - Chuyển động dọc của thiết bị hành trình 0 ÷ 1100 mm. - Tốc độ di chuyển của thiết bị khoảng 5 ÷ 150mm/s. - Sử dụng kỹ thuật siêu âm tổ hợp pha đối với kiểm tra mối hàn và kiểm tra bề dày (tối thiểu 01 đầu dò) - Có thể thực hiện với các bồn LPG khác nhau. 7
8. 1. Đầu dò; 2. Con chạy dọc; 3. Thanh trượt dọc; 4. Động cơ trượt dọc; 5. Thanh trượt vòng; 6. Đế kẹp nam châm; 7. Thanh răng vòng ; 8. Bánh răng trượt vòng; 9. Động cơ trượt vòng; 10. Encoder; 11. Camera; 12. Vòng kẹp định vị; 13. Bồn LPG Hình 5.27 Kết cấu tổng thể thiết bị kiểm tra bồn LPG 5. Kết luận - Khảo sát nhu cầu kiểm định bồn chứa LPG. - Thiết lập được quy trình kiểm định bồn chứa khí hóa lỏng LPG. - Nghiên cứu, đề xuất thiết kế thiết bị hỗ trợ kiểm định thử áp và kiểm tra mòn, kiểm tra khuyết tật hàn cho bồn chứa LPG Nghiên cứu, chế tạo được thiết bị thử áp van an toàn hoàn chỉnh hoạt động ổn định. Lập bộ hồ sơ đề xuất nghiên cứu ban hành chính thức chuẩn kiểm định bồn chứa LPG. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Luận văn Thạc sỹ của Trịnh Văn Thuyết “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật kiểm tra siêu âm phased array trong kiểm tra chất lượng mối hàn như một giải pháp thay thế phương pháp chụp ảnh phóng xạ”. [2] API 2510: Design and Construction of LPG Installations. [3] ASME Boiler & Pressure Vessel Code 2007 (Section VIII - Division 1). [4] ASME 2010 Section V Boiler & Pressure Vessel Code. [5] Luận văn Thạc sỹ của Tô Thanh Tuần “Nghiên cứu so sánh phương pháp kiểm tra siêu âm sử dụng đầu dò đa biến tử với phương pháp chụp ảnh phóng xạ trong kiểm tra đánh giá chất lượng mối hàn”, trường Cao đẳng nghề Lilama Việt Nam. [6] Nguyễn Nhật Quang, “Phương pháp kiểm tra siêu âm vật liệu”, Trung tâm hạt nhân TP. Hồ Chí Minh, 2002. [7] TCVN 8366:2010: Bình chịu áp lực. Yêu cầu về thiết kế và chế tạo. [8] Lê Trọng Hùng, “Tìm hiểu và tính toán thiết kế bồn chứa LPG dung tích 420 m3”, Đại học Mỏ - Địa chất. [9] TCVN 8356:2010 (ASTM D 1267-02) Khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) – Xác định áp suất hơi (Phương pháp LPG) [10] Standard codes ASME IX 2010, ASME B31.8-2010, ASME Section V-Edition 2010, ASME Code for Pressure Piping, B31.3-2010, ASME Code Case 2235-9. 8
9. [11] Trung tâm đào tạo, Tổng cục đo lường chất lượng, “Kỹ thuật kiểm tra không pháp hủy bằng phương pháp siêu âm”, 1998. [12] Tiêu chuẩn quốc gia, TCVN – 1548:1987, “Kiểm tra không phá hủy mối hàn – Phương pháp siêu âm”, 2008. [13] TCVN 4394 năm 2008: Kiểm tra không phá hủy – Phân loại và đánh giá khuyết tật mối hàn bằng phim rơnghen. [14] Trần Văn Niên, Trần Thế San.Thực hành kỹ thuật Hàn – Gò. NXB Đà Nẵng, 2001 [15] International Atomic Energy Agency. Guidebook for the Fabrication of Non- Destructive Testing (NDT) Test Specimens - Training Course Series No. 13. IAEA, 2001. 9
10. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.