(Luận văn thạc sĩ hcmute) xây dựng quy trình và thiết bị phục vụ kiểm định bồn chứa khí hóa lỏng lpg

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 HĨA LỎNG LPG S K C 0 9 NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 605204 S KC 0 2 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2014 Luan van 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 HĨA LỎNG LPG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 6052074 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS LÊ CHÍ CƯƠNG Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2014 Luan van 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 Khoa học Công nghệ trực thuộc Sở Khoa học Công nghệ tỉnh Đồng Nai Chỗ riêng địa liên lạc: 30 tổ 1, Ấp Nông Doanh, xã Xuân Định, huyện Xuân Lộc, tỉnh Đồng Nai Điện thoại quan: 0613.822297 Fax: 0613.540090 Điện thoại riêng: 0919 956743 E-mail: thanhtamtkm2000@gmail.com II Q 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 môn thi tốt nghiệp: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy bóc vỏ cà phê Nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: TS Đặng Thanh Tân III Q TRÌNH CƠNG TÁC KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Từ 02/2005 đến 04/2009 Từ 04/2009 đến Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Công ty cổ phần lắp máy Lilama Việt Nam Sở Khoa học Công nghệ tỉnh Đồng Nai Ngày tháng Kỹ sư kỹ thuật Kiểm định viên năm 2014 Ngƣời khai ký tên i Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, cơng trình nghiên cứu tơi Cơng trình thực sở nghiên cứu lý thuyết, kinh nghiệm thực tiễn thân, tư vấn ý kiến khoa học chuyên gia, thợ có kinh nghiệm lâu năm lĩnh vực hàn – cắt kim loại, kỹ thuật viên có kinh nghiệm lâu năm lĩnh vực kiểm tra khuyết tật hàn, kiểm định viên nhiều kinh nghiệm lĩnh vực kiểm định thiết bị an toàn lao động thông qua hướng dẫn khoa học PGS TS Lê Chí Cƣơng Các số liệu, kết cơng bố luận văn hoàn toàn trung thực chưa được cơng bố cơng trình nghiên cứu khoa học khác Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 (Ký tên ghi rõ họ tên) Nguyễn Thanh Tâm ii Luan van LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực luận văn “Xây dựng quy trình thiết bị phục vụ kiểm định bồn chứa khí hóa lỏng LPG”, tơi nhận nhiều giúp đỡ quý Thầy, Cô, chuyên gia, Cơ quan, bạn bè gia đình Vì thế: Điều trước tiên, tơi xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc PGS TS Lê Chí Cƣơng, người Thầy tận tình trực tiếp hướng dẫn, cung cấp tài liệu vơ q giá dìu dắt tơi thực hoàn thành luận văn tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn ơng Huỳnh Minh Hậu Phó Giám đốc Sở Khoa học Công nghệ tỉnh Đồng tạo điều kiện thuận lợi mặt thời gian trang thiết bị siêu âm đại để tơi thực hồn thành luận văn tốt nghiệp Xin cảm ơn Ban Lãnh đạo Trung tâm Ứng dụng Tiến Khoa học Công nghệ tỉnh Đồng Nai động viên, tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ cho tơi nhiều q trình học tập, công tác suốt thời gian thực luận văn Xin chân thành cảm ơn đến tất Q Thầy, Cơ giảng dạy, trang bị cho tơi kiến thức bổ ích quí báu suốt trình học tập trường nghiên cứu sau Xin cảm ơn Gia đình tạo điều kiện tốt để yên tâm học tập tốt suốt thời gian vừa qua Xin chân thành cảm ơn ! Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng HỌC VIÊN iii Luan van năm 2014 TÓM TẮT Trong năm gần nhu cầu sử dụng gas làm chất đốt công nghiệp gia dụng ngày cao Điều đòi hỏi cần sử dụng lượng lớn loại bồn LPG để vận chuyển gas hóa lỏng từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ Để đảm bảo an toàn cho sống người dân an toàn cho thiết bị, bồn chứa LPG sau đưa vào sử dụng cần kiểm định định kỳ với yêu cầu nghiêm ngặt Hiện nay, công việc kiểm định thường tiến hành theo kinh nghiệm tay dẫn đến độ tin cậy kiểm định không cao, thời gian kiểm định lâu, chi phí cao khó có khả lưu trữ liệu dạng số để sử dụng lại kết cho lần kiểm định sau Đề tài giới thiệu số kết nghiên cứu việc chuẩn hố, xây dựng quy trình kiểm định bồn chứa LPG theo qui phạm pháp luật hành, đề xuất thiết bị phụ trợ cho việc tiến hành kiểm định bồn LPG mang tính cơng nghiệp Một số thiết bị phụ trợ cho việc kiểm định triển khai chế tạo đưa vào sử dụng cho kết tốt Một số thiết bị khác thiết kế chi tiết thời gian có hạn giới hạn kinh phí nên chưa 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 Luan van MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Xác nhận cán hướng dẫn Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục v Danh sách chữ viết tắt x Danh sách hình ảnh xi Danh sách bảng xiii Chƣơng 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.3.1 Mục tiêu tổng quát 1.3.2 Mục tiêu cụ thể 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Kết cấu luận văn Chƣơng 2: TỔNG QUAN 2.1 Khí hóa lỏng LPG bồn chứa khí hóa lỏng LPG 2.2 Thành phần LPG 2.3 Một số tính chất hóa lý đặc trưng LPG 2.3.1 Hệ số giãn nở 2.3.2 Tỷ trọng 2.3.3 Giới hạn cháy nổ 2.3.4 Nhiệt độ cháy 2.3.5 Nhiệt độ tự bắt cháy 2.4 Các ứng dụng quan trọng LPG 10 2.4.1 Ảnh hưởng tính chất đến việc tàng chứa vận chuyển LPG 11 v Luan van 2.4.2 Công nghệ sản xuất LPG 11 2.5 Cấu tạo bồn chứa LPG 12 2.5.1 Các phận 12 2.5.2 Chế tạo bồn chứa LPG 15 2.6 Các khuyết tật, hư hỏng 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 cố thường gặp bồn chứa LPG 19 2.7.1 Van an tồn khơng 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 tồn 21 Chƣơng 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Kiểm tra thiết bị áp suất bồn chứa LPG 22 3.2 Kiểm tra khả chịu áp lực bồn chứa LPG 22 3.3 Kiểm tra mối hàn bồn chứa LPG 22 3.4 Lý thuyết 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 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 đầu dò siêu âm tổ hợp pha 27 Chƣơng 4: XÂY DỰNG QUY TRÌNH KIỂM ĐỊNH BỒN CHỨA KHÍ HĨA LỎNG LPG 4.1 Các u cầu bồn chứa LPG 28 4.2 Các yêu cầu kiểm định bồn chứa LPG 28 4.3 Xây dựng quy trình kiểm định 28 4.3.1 Phạm vi áp dụng 28 vi Luan van 4.3.2 Đối tượng kiểm định 28 4.3.3 Các tiêu chuẩn áp dụng 30 4.3.4 Các để xây dựng quy trình 30 4.4 Tiến hành xây dựng quy trình kiểm định 30 4.4.1 Các lưu ý trước tiến hành kiểm định 31 4.4.2 Nội dung chi tiết 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 32 4.4.2.3 Đo lường dung tích bồn chứa, tiếp địa thiết bị liên quan 40 4.4.2.4 Kiểm tra khả 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 kiểm định 45 4.4.2.9 Chu kỳ kiểm định 46 4.4.2.10 Những trường hợp phải khám nghiệm bất thường 46 4.4.2.11 Biên 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 Cơng việc kiểm định vai trò thiết bị phụ trợ 48 5.2 Thiết bị phụ trợ kiểm tra thiết bị áp suất 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 bàn thử áp 50 5.2.1.3 Chọn vật liệu 51 5.2.1.4 Kết cấu 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 bồn chứa LPG 52 5.2.3 Thiết bị đo nồng độ oxy bồn 53 5.3 Thiết bị phụ trợ kiểm tra khả chịu áp lực bồn chứa 53 5.4 Thiết bị phụ trợ kiểm tra mối hàn, kiểm tra độ dày 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 Luan van 5.4.1.2 Đề xuất quy trình kiểm tra 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 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 bồn 58 5.4.2.1 Phương án 59 5.4.2.2 Phương án 60 5.4.2.3 So sánh lựa chọn 61 5.4.3 Phương án chuyển động vòng quanh bồn 61 5.4.3.1 Phương án 61 5.4.3.2 Phương án 62 5.4.3.3 So sánh lựa chọn 63 5.4.4 Phân tích vị trí đặt đầu dị 63 5.4.4.1 Phương án 64 5.4.4.2 Phương án 65 5.4.4.3 So sánh lựa chọn 66 5.4.5 Phương án chọn thiết bị giám sát trình kiểm tra 66 5.4.5.1 Phương án 66 5.4.5.2 Phương án 67 5.4.5.3 So sánh lựa chọn 67 5.4.6 Phân tích lựa chọn thiết bị phản hồi vị trí 68 5.4.6.1 Phương án 68 5.4.6.2 Phương án 69 5.4.6.3 So sánh phương án lựa chọn 69 5.4.7 Chất tiếp âm 70 5.4.8 Lựa chọn điều khiển 70 5.4.9 Kết cấu tổng thể 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 74 5.4.10.3 Sơ đồ kết nối phận 75 viii Luan van PHỤ LỤC Bản vẽ thiết kế bàn thử áp dùng khí 86 Luan van PHỤ LỤC Bản vẽ 3D bàn thử áp dùng khí 87 Luan van PHỤ LỤC Cách tính bền bồn LPG A/ Bề dày thân: Bề dày tối thiểu tính theo cơng thức S= p.Dt 2.[δ].φh - p Dt : Đường kính bồn p: Áp suất tính tốn bồn chứa nhiên liệu P= pm + g.ρ.h Trong : pm áp suất thiết kế g gia tốc trọng trường ρ trọng lượng riêng chất lỏng h chiều cao chất lỏng ta lấy đường kính thiết bị tức h = Dt [δ] Ứng suất cho phép tiêu chuẩn thép φh : Hệ số liên kết hàn Ví dụ: Bồn chứa 420 m3(tương đương 200T LPG), đường kính 4,2m, áp suất thiết kế 18 kG/cm2, vật liệu chế tạo thép CT3, nhiên liệu cần chứa 100% Propane Trọng lượng riêng Propane 0,56 T/m3, kiểu hàn đường hàn hàn đối đầu Chiều dày tối thiểu bao nhiêu? Giải : - Kiểu hàn đường hàn hàn đối đầu nên hệ số liên kết hàn : φh=1 - Ứng suất cho phép tiêu chuẩn thép CT3 : [δ]= 140 N/mm2 = 1400kg/cm2(tra bảng) Tính áp suất tính tốn bồn chứa nhiên liệu Theo CT: P= pm + g.ρ.h - Trong : pm áp suất thiết kế g gia tốc trọng trường ρ trọng lượng riêng chất lỏng - Chiều cao chất lỏng ta lấy đường kính thiết bị tức h = 4,2m - =>P = 18.23 kG/cm2 88 Luan van Từ công thức: S = p.Dt 2.[δ].φh - p = 18.23.420 = 2,75 cm 2.1400 - 18.23 Vậy chiều dày tối thiểu cần có cho bồn 2,75 cm B/ Bề dày phần đầu: Thông thường người ta chọn loại đầu bể Elip 2:1 Công thức: S’ = p.Rt [δ].φh Trong đó: D(t)2 Rt bán kính cong bên tính theo cơng thức Rt = ht ht chiều sâu phần Elip, đường kính trục lớn lần đường kính trục nhỏ nên: ht = Dt /4 = 4200/4 = 1050 mm 42002 Vậy Rt = =4200 mm 4.1050 Mà bề dày đáy tính theo cơng thức: S’ = p.Rt 18.23*4200 = = 2,73 cm [δ].φh 1400.1 Nên chiều dày tối thiểu nắp 2,73 cm 89 Luan van PHỤ LỤC Bản vẽ thiết kế bồn chứa khí hóa lỏngLPG 90 Luan van 91 Luan van PHỤ LỤC Bản vẽ thiết kế trƣợt vòng 92 Luan van 93 Luan van 94 Luan van 95 Luan van PHỤ LỤC Bản vẽ 3D kết nối thiết bị mang đầu dò siêu âm vào bồn LPG 96 Luan van PHỤ LỤC 10 Bảng kê vật liệu cho khối mạch điều khiển 97 Luan van 98 Luan van PHỤ LỤC 11 Kết cấu tổng thể thiết bị 99 Luan van Luan van ... Chƣơng 4: XÂY DỰNG QUY TRÌNH KIỂM ĐỊNH BỒN CHỨA KHÍ HĨA LỎNG LPG 4.1 Các yêu cầu bồn chứa LPG 28 4.2 Các yêu cầu kiểm định bồn chứa LPG 28 4.3 Xây dựng quy trình kiểm định ... đủ tiêu chí cần phải kiểm tra cho bồn chứa khí hóa lỏng LPG - Để góp phần giải phần vấn đề trên, đề tài ? ?Xây dựng quy trình thiết bị phục vụ kiểm định bồn chứa khí hóa lỏng LPG? ??’ lựa chọn thực... cứu quy trình kiểm định bồn chứa khí hóa lỏng LPG khả thi cho đơn vị có chức kiểm định sở chế tạo thiết bị Việt Nam 1.3.2 Mục tiêu cụ thể - Khảo sát trạng Việt Nam kiểm định bồn chứa khí hóa lỏng