Việc theo dõi và đánh giá ăn mòn nhằm đưa ra kế hoạch sửa chữa, bảo dưỡng thích hợp cho phép tăng tuổi thọ của trang thiết bị, đường ống, giảm thiểu rủi ro và tăng hiệu quả kinh tế. Trong đó, lập bản đồ ăn mòn cho một phần hoặc toàn bộ thiết bị, đường ống để theo dõi và đánh giá quá trình ăn mòn kim loại theo thời gian, nhằm tối ưu hóa trong quản lý bảo trì, bảo dưỡng thiết bị. Bài báo trình bày nguyên tắc áp dụng công nghệ Phased Array và ứng dụng để lập bản đồ ăn mòn cho các thiết bị trong ngành công nghiệp dầu khí.
PETROVIETNAM ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ PHASED ARRAY LẬP BẢN ĐỒ ĂN MỊN CHO CÁC THIẾT BỊ TRONG NGÀNH CƠNG NGHIỆP DẦU KHÍ ThS Phan Cơng Thành, ThS Đặng Thế Tụng ThS Nguyễn Đình Dũng, ThS Trương Quang Trường KS Lê Thị Hồng Giang, PGS.TS Nguyễn Thị Lê Hiền Viện Dầu khí Việt Nam Email: thanhpc@vpi.pvn.vn Tóm tắt Việc theo dõi đánh giá ăn mòn nhằm đưa kế hoạch sửa chữa, bảo dưỡng thích hợp cho phép tăng tuổi thọ trang thiết bị, đường ống, giảm thiểu rủi ro tăng hiệu kinh tế Trong đó, lập đồ ăn mòn cho phần tồn thiết bị, đường ống để theo dõi đánh giá q trình ăn mòn kim loại theo thời gian, nhằm tối ưu hóa quản lý bảo trì, bảo dưỡng thiết bị Bài báo trình bày nguyên tắc áp dụng công nghệ Phased Array ứng dụng để lập đồ ăn mòn cho thiết bị ngành cơng nghiệp dầu khí Từ khóa: Bản đồ ăn mòn, siêu âm Phased Array, kiểm tra không phá huỷ Giới thiệu Trong cơng nghiệp dầu khí, hệ thống thiết bị, đường ống thường làm việc điều kiện nhiệt độ áp suất cao, tiếp xúc với mơi chất chứa tác nhân gây ăn mòn kim loại Tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào điều kiện làm việc, tác nhân ăn mòn, chất kim loại cấu trúc không gian đường ống, thiết bị Tại vị trí xung yếu, tốc độ ăn mòn cao gấp nhiều lần so với tốc độ ăn mòn trung bình Do đó, việc lập đồ ăn mòn kim loại cho phần tồn thiết bị, đường ống cho phép theo dõi đánh giá q trình ăn mòn kim loại theo thời gian, nhằm tối ưu hóa quản lý bảo trì, bảo dưỡng thiết bị Xây dựng đồ ăn mòn cơng nghệ Phased Array cách biểu đồ hóa độ dày lại vật liệu kim loại xác định phương pháp siêu âm Phased Array theo màu sắc Đây kỹ thuật đánh giá không phá hủy đại, cho kết có độ xác tin cậy cao Kiểm tra siêu âm Phased Array (siêu âm tổ hợp pha) kỹ thuật mới, tiên tiến phương pháp kiểm tra không phá hủy (Non-destructive testing - NDT) sử dụng sóng siêu âm Đầu dò siêu âm thơng thường sử dụng cho kiểm tra không phá hủy thường bao gồm biến tử vừa tạo ra, vừa thu sóng âm tần số cao, cặp biến tử, cho phát cho thu Trong đó, đầu dò dãy tổ hợp pha Phased Array thường bao gồm từ 16 - 256 biến tử nhỏ riêng biệt, cách âm với biến tử tạo xung riêng rẽ Chúng đặt theo dải, vòng tròn, có hình dạng phức tạp Các biến tử kích thích xung điện có độ trễ theo chương trình đặt trước Sóng âm từ biến tử giao thoa tạo nên chùm siêu âm có góc phát, điểm hội tụ theo ý muốn Giống đầu dò thơng thường, đầu dò dãy tổ hợp pha thiết kế cho sử dụng tiếp xúc trực tiếp, kết nối với phần nêm để tạo đầu dò góc, sử dụng cho kỹ thuật nhúng với sóng âm truyền qua nước tới chi tiết kiểm tra Tần số đầu dò thường nằm dải từ - 10MHz Hệ thống dãy tổ hợp pha bao gồm thiết bị máy tính có khả điều khiển đầu dò đa biến tử, thu nhận số hóa xung phản hồi biểu diễn thông tin xung khổ tiêu chuẩn khác Không giống thiết bị dò khuyết tật siêu âm thơng thường, hệ thống dãy tổ hợp pha quét chùm tia dải góc khúc xạ dọc theo đường thẳng, hội tụ độ sâu khác nhau, tăng tính linh hoạt khả phát khuyết tật q trình kiểm tra Với tính vượt trội, siêu âm Phased Array cho phép kiểm tra nhận diện xác hình ảnh vị trí khuyết tật chiều dày lại vật liệu vùng khảo sát Dữ liệu thu từ q trình siêu âm tính tốn mã hóa màu sắc để rõ khác biệt độ dày vật liệu mô lại dạng hình Hình Nguyên tắc siêu âm DẦU KHÍ - SỐ 5/2015 61 CƠNG NGHỆ - CƠNG TRÌNH DẦU KHÍ ảnh (bản đồ) hệ quy chiếu 1D, 2D, 3D mơ tả Hình Mỗi cấp độ dày mã màu suy giảm chiều dày ăn mòn xói mòn dễ dàng quan sát Với độ xác cao (độ nhạy 0,3mm chiều dày) cho phép giám sát tính tốn tốc độ ăn mòn xác Kỹ thuật sử dụng rộng rãi công nghiệp dầu khí nhằm phát mơ q trình ăn mòn đường ống thiết bị/bể chứa Tuy nhiên, để mơ q trình ăn mòn thiết bị, đường ống bể chứa, kiến thức siêu âm vật liệu kết đáng tin cậy, cần có đội ngũ kỹ thuật trang bị kiến thức ăn mòn vật liệu Hình Hình ảnh 3D cho bề mặt đoạn đường ống Xây dựng đồ ăn mòn kỹ thuật Phased Array 2.1 Hệ thiết bị siêu âm sử dụng - Thiết bị Omniscan MX2 với phần mềm MXU Thiết bị Omniscan MX2 Bộ qt đầu dò Hydro FORM Hình Bộ thiết bị lập đồ ăn mòn sử dụng Phased Array - Module Siêu âm Phased Array tự động 16:128 - Bộ qt đầu dò HydroFORM: Bộ qt mã hóa theo trục chế độ thủ cơng trục chế độ bán tự động, giúp lập đồ ăn mòn cho vùng có kích thước lớn Hình Mẫu chuẩn V1, V2 - Phần mềm xử lý Tomoview: Các công cụ đồ họa giúp cho tối ưu hóa hình ảnh lấy lại thông tin liệu 2.2 Mẫu chuẩn mẫu so sánh Các mẫu chuẩn mẫu so sánh đối chứng sử dụng để chuẩn thiết bị siêu âm thiết lập chế độ đo tối ưu cho phép xây dựng đồ ăn mòn - Mẫu chuẩn: Sử dụng mẫu chuẩn V1 V2 hãng để hiệu chuẩn thiết bị - Mẫu so sánh: Để thiết lập thơng số tối ưu cho phép xây dựng đồ ăn mòn thép, mẫu so sánh chế tạo theo thiết kế mơ tả Hình 62 DẦU KHÍ - SỐ 5/2015 Hình Các dạng ăn mòn tạo mẫu so sánh PETROVIETNAM 2.3 Các kết kiểm tra siêu âm Phased Array mẫu so sánh đối chứng Trên sở vị trí kích thước khuyết tật tự tạo mô dạng ăn mòn thường gặp thực tế, thay đổi thơng số thiết bị Phased Array cho phép xác định chế độ kiểm tra tối ưu cho kết xác với độ tin cậy cao Ăn mòn Hình giới thiệu số kết siêu âm Phased Array mẫu so sánh Các kết thu cho hình ảnh dạng ăn mòn phù hợp với dạng ăn mòn thiết kế mẫu so sánh đối chứng Trên sở kết khảo sát, chế độ siêu âm lựa chọn (Bảng 1) cho phép phát dạng ăn mòn khác mẫu so sánh Ăn mòn lỗ Kết áp dụng thực tế Trên sở chế độ tối ưu khảo sát phòng thí nghiệm mẫu chuẩn mẫu đối chứng so sánh, kỹ thuật Phased Array áp dụng thực tế nhằm xây dựng đồ ăn mòn cho đoạn đường ống thép carbon có đường kính Φ 20 inch (508mm), dài 12cm, dày 10,5mm Lưu chất: nước thải xả biển Nhiệt độ bề mặt: 26oC Tình trạng bề mặt bên ngồi: phủ sơn, khơng bong tróc Ăn mòn khơng Cài đặt thơng số cho thiết bị: Chuẩn Encoder quãng đường tốc độ qt 3.829mm Ăn mòn hố DẦU KHÍ - SỐ 5/2015 63 CƠNG NGHỆ - CƠNG TRÌNH DẦU KHÍ Ăn mòn vết Các dạng ăn mòn khác Ăn mòn nứt Hình Các kết siêu âm Phased Array mẫu so sánh đối chứng Bảng Bảng thông số siêu âm tối ưu Lưu chất vận chuyển đường ống Thông số thiết bị Dạng đường ống Thẳng Dầu, khí T, khuỷu Thẳng Nước có chứa Cl T, khuỷu Vật liệu Độ khuếch đại (Gain) (dB) Vận tốc sóng Độ sâu hội âm (Sound tụ (Focal Velocity) Depth) (m/s) (mm) Bảng màu (Color Palette) (mm) Bộ mã hoá (Encoder) (step/mm) Độ phân giải quét (Scan resolution) (mm) Thép carbon thấp 20 5.889,3 0,3 - 0,4 Thép không gỉ 20 5.665,7 0,2 Thép carbon thấp 27 5.889,3 Thép không gỉ 27 5.665,7 0,3 - 0,4 Phụ thuộc Phụ thuộc độ dày ban độ dày ban đầu đầu 79,19 0,2 Thép carbon thấp 27 5889,3 Thép không gỉ 27 5.665,7 0,3 - 0,4 0,2 Thép carbon thấp 42 5.889,3 0,3 - 0,4 Thép không gỉ 42 5.665,7 0,2 - Dựa vào bảng thông số tối ưu cài đặt thơng số: Độ khuếch đại (gain): 27dB; Vận tốc sóng âm (sound velocity): 5889,3m/s; Chiều dày (thickness): 10,5mm; Độ sâu hội tụ (focal depth): 10,5mm; Bảng màu thị (display color pallete): - 12mm; Bộ mã hóa (encoder): 79,19 step/mm; Độ phân giải quét (scan resolution): 0,3mm Hình Đoạn đường ống khảo sát thực tế 64 DẦU KHÍ - SỐ 5/2015 PETROVIETNAM đồ) Phương pháp lập đồ ăn mòn sử dụng kỹ thuật siêu âm Phased Array đánh giá xác điều kiện thực tế phần toàn thiết bị, cung cấp đầy đủ liệu để lập kế hoạch tối ưu cho bảo trì, bảo dưỡng Hình Hình ảnh đồ ăn mòn Phân tích liệu kết qt thu thiết bị Phased Array công cụ phần mềm Tomoview hỗ trợ cho thấy, phát vị trí bất thường điểm khác màu xanh nước biển Chiều dày đường ống lại điểm màu vàng 8,4mm, điểm màu xanh ngọc 9,4mm Vậy khuyết tật màu vàng sâu 2,1mm, màu xanh ngọc 1,1mm Phát dạng ăn mòn: Bản đồ Hình cho thấy xảy dạng ăn mòn ăn mòn hố tròn bên đường ống Do đó, cần tiến hành xác định xác lại vị trí điểm bất thường, quét lại để kiểm tra có phải ăn mòn điểm (pitting) hay nứt không (hai dạng nguy hiểm nhất); theo dõi định kỳ vị trí đưa phương án hợp lý để giảm thiểu q trình ăn mòn, tránh nguy khơng mong muốn xảy Kết luận Công nghệ Phased Array với khả sử dụng nhiều biến tử để hướng, hội tụ quét chùm tia đầu dò đơn tiện lợi so với siêu âm truyền thống Lập đồ ăn mòn siêu âm Phased Array kỹ thuật khơng phá hủy biểu đồ hóa độ dày vật liệu Độ dày khác vật liệu q trình ăn mòn xác định sau mơ lại dạng hình ảnh (bản Lập đồ ăn mòn áp dụng tàu, hệ thống đường ống (uốn cong), thành bồn bể…, cho liệu xác vùng bị ăn mòn, cho phép phát dạng ăn mòn khuyết tật bề mặt kim loại Phương pháp áp dụng cơng trình, đường ống có nhiệt độ làm việc đến 250°C Đây cơng cụ hữu hiệu cho phép theo dõi tốc độ ăn mòn thực theo thời gian chấp nhận kiểm tra trực quan bên thiết bị Tài liệu tham khảo Olympus Introduction to phased array ultrasonic technology and applications www olympus-ims.com 2007 Milton Keynes Pipeline corrosion mapping at speed - Where there’s a wheel there’s a way 2010 Olympus Introduces a semi-automated corrosion mapping solution utilizing the hydroform phased array probe immersion box www.olympusims.com 2010 Application of phased array technology on corrosion mapping for petroleum facilities Phan Cong Thanh, Dang The Tung, Nguyen Dinh Dzung Truong Quang Truong, Le Thi Hong Giang, Nguyen Thi Le Hien Vietnam Petroleum Institute Summary Corrosion mapping is an effective way of finding, revealing and measuring corrosion, erosion, pitting, doubling, and delamination or of mapping the whole wall thickness Using the Phased-Array technique, the effectiveness of corrosion mapping is significantly enhanced This paper presents the principles of the Phased Array technology and the application of the innovation for corrosion mapping for equipment used in the petroleum industry Key words: Corrosion mapping, Phased Array, non-destructive testing DẦU KHÍ - SỐ 5/2015 65 ... tróc Ăn mòn khơng Cài đặt thông số cho thiết bị: Chuẩn Encoder quãng đường tốc độ quét 3.829mm Ăn mòn hố DẦU KHÍ - SỐ 5/2015 63 CƠNG NGHỆ - CƠNG TRÌNH DẦU KHÍ Ăn mòn vết Các dạng ăn mòn khác Ăn mòn. .. trang bị kiến thức ăn mòn vật liệu Hình Hình ảnh 3D cho bề mặt đoạn đường ống Xây dựng đồ ăn mòn kỹ thuật Phased Array 2.1 Hệ thiết bị siêu âm sử dụng - Thiết bị Omniscan MX2 với phần mềm MXU Thiết. .. sát tính tốn tốc độ ăn mòn xác Kỹ thuật sử dụng rộng rãi cơng nghiệp dầu khí nhằm phát mơ q trình ăn mòn đường ống thiết bị/ bể chứa Tuy nhiên, để mơ q trình ăn mòn thiết bị, đường ống bể chứa,