Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu phát triển thiết bị và xác định chế độ hoạt động khi rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí bằng sóng siêu âm

Chia sẻ: Mucnang555 Mucnang555 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:104

Thêm vào BST

Báo xấu

5
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu luận văn nhằm nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật siêu âm để rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí theo cơ chế cơ học, bán tự động thay cho hoạt động rửa thủ công. Qua đó giúp giảm thời gian, nâng cao năng suất, hiệu quả công việc rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí phục vụ sản xuất.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu phát triển thiết bị và xác định chế độ hoạt động khi rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí bằng sóng siêu âm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG HOÀI PHI NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ VÀ XÁC ÐỊNH CHẾ ÐỘ HOẠT ÐỘNG KHI RỬA NẮP BẢO VỆ REN ỐNG DẦU KHÍ BẰNG SÓNG SIÊU ÂM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 1520419 S K C0 0 5 8 6 5 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2018
` BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG HOÀI PHI NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ VÀ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG KHI RỬA NẮP BẢO VỆ REN ỐNG DẦU KHÍ BẰNG SÓNG SIÊU ÂM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 1520419 Hướng dẫn khoa học: PGS. TS. ĐẶNG THIỆN NGÔN Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG HOÀI PHI NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ VÀ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG KHI RỬA NẮP BẢO VỆ REN ỐNG DẦU KHÍ BẰNG SÓNG SIÊU ÂM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 1520419 Hướng dẫn khoa học: PGS. TS. ĐẶNG THIỆN NGÔN Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2018 i
ii
iii
iv
v
vi
vii
LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC Họ & tên: TRƯƠNG HOÀI PHI Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 16/06/1986 Nơi sinh: Tp. Vũng Tàu Quê quán: Bà Rịa – Vũng Tàu Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 195/34 Ba Cu , phường 4, Tp. Vũng Tàu, Tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu. Điện thoại cơ quan: 0254 3834 664/12 Điện thoại di động: 0902 922 7726 Fax: 0254 3834 663 E-mail: thphi@vietubes.com.vn II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 1. Đại học: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo : 2004 đến 2009 Nơi học (trường, thành phố): ĐH Công Nghiệp Tp. HCM Ngành học: Chế tạo máy Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt ngiệp : Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt ngiệp : Người hướng dẫn : 2. Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ 10/2015 đến 05/2018 Nơi học (trường, thành phố): Đại Hoc Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM Ngành học: Kỹ thuật Cơ khí Tên luận văn: “Nghiên cứu phát triển thiết bị và xác định chế độ hoạt động khi rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí bằng sóng siêu âm” Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 05/05/2018 – Khoa Cơ khí máy, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM Người hướng dẫn: PGS.TS ĐẶNG THIỆN NGÔN III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2009 - 2012 Công ty TNHH KT Gas Phúc Sang Minh Kỹ sư dự án 2012 - Nay Công ty TNHH Vietubes Chuyên viên Logistics viii
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 chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 04 năm 2018 TRƯƠNG HOÀI PHI ix
CẢM TẠ Sau một thời gian thực hiện thì luận văn “Nghiên cứu phát triển thiết bị và xác định chế độ hoạt động khi rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí bằng sóng siêu âm” của tôi đã hoàn thành. Ngoài sự cố gắng, nỗ lực của bản thân còn có sự hướng dẫn giúp đỡ tận tình của quý thầy cô, bạn bè, gia đình tôi trong suốt thời gian làm luận văn của mình. Để tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn:  Thầy hướng dẫn khoa học PGS. TS. Đặng Thiện Ngôn đã dành nhiều thời gian, tâm huyết và nhiệt tình hướng dẫn, định hướng, góp ý, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.  Ban Giám hiệu, phòng Sau đại học và quý thầy cô Khoa Cơ khí đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành tốt luận văn.  Các anh, chị, bạn bè, trong và ngoài lớp đã động viên, giúp đỡ tôi tận tình trong suốt thời gian thực hiện luận văn.  Gia đình, người thân đã ủng hộ về tinh thần, vật chất, và tạo điều kiện cho tôi trong suốt những năm học vừa qua. Chân thành cảm ơn! TRƯƠNG HOÀI PHI x
TÓM TẮT Hơn 20 năm hoạt động trong lĩnh vực khoan và khai thác dầu khí, Công ty Vietubes đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể trong nước và nước ngoài, đã được chứng nhận từ các tổ chức hàng đầu thế giới như API, VAM, JFE, TMK, .... Mối nối đạt yêu cầu, khi được kiểm soát tốt các thông số, không bị xước và tuân theo những yêu cầu nghiêm ngặt về cách sản xuất, cách bảo quản của các nhà cấp phép. Vì vậy, công việc làm sạch nắp bảo vệ ren dầu khí là vô cùng cân thiết trong quá trình chế tạo mối nối. Kỹ thuật rửa hay làm sạch nắp bảo vệ ren ống dầu khí hiện nay tại công ty là thủ công với các dụng cụ thô sơ, năng suất thấp và gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của người lao động. Luận văn “Nghiên cứu phát triển thiết bị và xác định chế độ hoạt động khi rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí bằng sóng siêu âm” trình bày các kết quả nghiên cứu theo hướng phát triển một thiết bị rửa nắp bảo vệ ren ống nhằm cơ khí hóa, bán tự động hóa công việc rửa nắp bảo vệ ren. Quá trình nghiên cứu đã định hướng các nội dung: - Khảo sát chung về nắp bảo vệ ren ống dầu khí; - Đề xuất nguyên lý và công nghệ rửa nắp bảo vệ có thể ứng dụng ở qui mô công nghiệp, phù hợp với quy mô của Công ty Vietubes. - Thiết kế, chế tạo mô hình thiết bị rửa nắp bảo vệ ren công nghiệp công suất nhỏ với năng suất cho loại nắp bảo vệ cỡ 9-5/8” khoảng 120 chiếc/ca. Kết quả khảo nghiệm sơ bộ đánh giá khả năng hoạt động của thiết bị rửa nắp bảo vệ cho thấy thiết bị có thể thực hiện: - Cỡ nắp bảo vệ phù hợp với bể rửa là 9-5/8” - Năng suất đạt cho loại nắp bảo vệ cỡ 9-5/8” là 120 chiếc/ca - Tỉ lệ các loại mỡ bảo vệ ren không còn bám trên nắp lên đến 95%. xi
ABSTRACT Over 20 years working in drilling and exploitation of oil and gas field. Vietubes had many achievement in Vietnam and overseas, has been certified by the world’s oganizations such as API, VAM, JFE, TNK, …. Good connection is all dimension in tolerance, not scratched and have to follow many request of Licensers for manufacture and storage. Hence cleaning protector is very important for our manufacture processing. But cleaning protector at our company is being made by handle, so it may be expensive and not good for employee. Thesis: “Research for improving and proposed technology of ultrasonic cleaning equipment, using for protectors of tubular goods” presents the research results in the developing a semi-automatic device, which can clean the protectors. The research results have been achieved: - General survey of petroleum pipe thread protectors; - Proposed the principles and technology of protector cleaning machine, can be applied in the Vietubes company. - Design and manufacture a small protector cleaning machine, that can cleaned about 120 pieces/ shift for size 9-5/8". The assessment results of the performance after used the protector cleaning machine: - The ultrasonic machine can clean the protector size is 9-5/8”; - Productivity for the 9-5/8 "protector is 120 pcs/ shift; - Can remove more than 95% grease on the protectors. xii
MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC ................................................................................... viii LỜI CAM ĐOAN.............................................................................................. ix CẢM TẠ ............................................................................................................ x TÓM TẮT ......................................................................................................... xi MỤC LỤC ...................................................................................................... xiii DANH SÁCH CÁC BẢNG............................................................................ xvii DANH SÁCH CÁC HÌNH ............................................................................ xviii MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 1. Đặt vấn đề ...................................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu đề tài ............................................................................. 3 2.1 Mục tiêu chung ............................................................................................. 3 2.2 Mục tiêu cụ thể ............................................................................................. 3 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................... 3 3.1 Đối tượng nghiên cứu ................................................................................... 3 3.2 Phạm vi nghiên cứu ...................................................................................... 3 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài......................................................... 3 4.1 Ý nghĩa khoa học .......................................................................................... 3 4.2 Ý nghĩa thực tiễn .......................................................................................... 4 5. Kết cấu của đề tài ........................................................................................... 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ............................................................................... 5 1.1 Giới thiệu giếng khoan, ống dầu khí ............................................................. 5 1.1.1 Giếng khoan .............................................................................................. 5 1.1.2 Ống chống và ống khai dầu khí.................................................................. 6 1.1.2.1 Khái quát ................................................................................................ 6 1.1.2.2 Ren ống dầu khí ...................................................................................... 7 1.2 Nắp bảo vệ ren ống 9-5/8” .......................................................................... 14 1.2.1 Kích thước và thông số kỹ thuật nắp bảo vệ ren ngoài ............................. 14 1.2.2 Kích thước và thông số kỹ thuật nắp bảo vệ ren trong.............................. 15 1.2.3 Nắp bảo vệ ren ống bẩn ........................................................................... 16 xiii
1.3 Các nguyên lý tẩy rửa làm sạch................................................................... 17 1.3.1 Nguyên lý phun rửa ................................................................................. 17 1.3.2 Nguyên lý ngâm phun .............................................................................. 18 1.4 Thực trạng việc rửa nắp bảo vệ ren ............................................................. 19 1.5 Các nghiên cứu trong và ngoài nước ........................................................... 21 1.5.1 Nghiên cứu trong nước ............................................................................ 21 1.5.2 Nghiên cứu ngoài nước ............................................................................ 23 1.6 Các vấn đề còn tồn tại ................................................................................. 26 1.7 Ý kiến thảo luận và đề xuất nhiệm vụ của đề tài ......................................... 26 CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................... 28 2.1 Nội dung nghiên cứu .................................................................................. 28 2.2 Phương pháp nghiên cứu............................................................................. 28 2.2.1 Phương pháp kế thừa ............................................................................... 28 2.2.2 Phương pháp thu thập thông tin ............................................................... 28 2.2.3 Phương pháp tính toán thiết kế ................................................................. 28 2.2.4 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ..................................................... 29 CHƯƠNG 3 CỞ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................. 33 3.1 Cơ sở lý thuyết làm sạch dùng sóng siêu âm ............................................... 33 3.1.1 Sóng siêu âm ........................................................................................... 33 3.1.2 Bản chất sóng siêu âm ............................................................................. 33 3.1.3 Phân loại sóng siêu âm ............................................................................. 34 3.1.3.1 Theo phương dao động ......................................................................... 34 3.1.3.2 Theo tần số ........................................................................................... 34 3.1.3.3 Các đại lượng đặc trưng ........................................................................ 35 3.2 Lý thuyết làm sạch bằng sóng siêu âm ........................................................ 35 3.2.1 Giới thiệu ................................................................................................ 35 3.2.2 Nguyên lý rửa dùng sóng siêu âm ............................................................ 35 3.2.3 Các yêu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất rửa ......................................... 37 3.2.3.1 Sóng siêu âm ........................................................................................ 37 3.2.3.2 Nhiệt độ ................................................................................................ 37 3.2.3.3 Dung dịch rửa ....................................................................................... 37 xiv
3.2.3.4 Thời gian rửa ........................................................................................ 37 3.2.4 Các thành phần trong máy rửa dúng sóng siêu âm ................................... 38 3.2.4.1 Bồn chứa dung dịch .............................................................................. 38 3.2.4.2 Chất tử phát siêu âm ............................................................................. 38 3.2.4.3 Máy phát sóng cao tần .......................................................................... 39 3.3 Bước sóng và khoảng cách tác động ........................................................... 39 3.3.1 Xác định bước sóng và cơ sở giao thoa sóng ............................................ 39 3.3.2 Xác định khoảng cách tác động ............................................................... 41 CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ QUẢ NGHIÊN CỨU ................................................. 43 4.1 Nghiên cứu đề xuất thông số thiết kế máy .................................................. 43 4.1.1 Tình hình sản xuất thực tế ........................................................................ 43 4.1.2 Đề xuất thông số thiết kế máy .................................................................. 44 4.2 Thiết kế, chế tạo máy rửa nắp bảo vệ bằng sóng siêu âm ............................ 44 4.2.1 Khung đỡ bể rửa siêu âm ......................................................................... 44 4.2.2 Bể rửa siêu âm ......................................................................................... 45 4.2.2.1 Yêu cầu ................................................................................................ 45 4.2.2.2 Xác định khoảng cách tác động............................................................. 45 4.2.2.3 Thiết kế bể rửa siêu âm ......................................................................... 46 4.2.3 Chấn tử phát sóng siêu âm ....................................................................... 48 4.2.4 Nguồn phát siêu âm ................................................................................. 49 4.2.5 Giá đỡ nắp bảo vệ .................................................................................... 49 4.2.6 Chế tạo máy rửa nắp bảo vệ ren ống sử dụng sóng siêu âm ...................... 50 4.3 Khảo nghiệm thực nghiệm máy rửa nắp bảo vệ ren ống .............................. 51 4.3.1 Tiêu chí đánh giá độ sạch của nắp bảo vệ ren ống sau rửa........................ 51 4.3.2 Khảo nghiệm không tải máy rửa nắp bảo vệ ren ống................................ 52 4.3.3 Khảo nghiệm xác định dung dịch tẩy rửa ................................................. 53 4.3.3.1 Nước..................................................................................................... 53 4.3.3.2 Nước và xà phòng ................................................................................. 54 4.3.3.3 Dầu KO ................................................................................................ 55 4.3.4 Khảo nghiệm xác định cách sắp xếp nắp bảo vệ ren đặt vào bể ................ 57 4.3.5 Kết luận ................................................................................................... 58 xv
4.4 Xác định chế độ hoạt động phù hợp ............................................................ 58 4.4.1 Xác định miền thực nghiệm ..................................................................... 58 4.4.2 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố công suất ................................................. 59 4.4.3 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố thời gian .................................................. 63 4.4.4 Kết quả thí nghiệm đa yếu tố ................................................................... 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 75 1. Kết luận ........................................................................................................ 75 2. Kiến nghị ...................................................................................................... 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 76 PHỤ LỤC ........................................................................................................ 78 xvi
DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1: Đóng góp của Petrovietnam trong GDP [1] ................................................... 1 Bảng 1.1: Thông số các nắp bảo vệ ren thông dụng tại Vietubes ............................... 10 Bảng 1.2: Thông số chi tiết nắp bảo vệ ren ống lắp ngoài ......................................... 12 Bảng 1.3: Thông số chi tiết nắp bảo vệ ren ống lắp trong .......................................... 12 Bảng 1.4: Giá trị nắp bảo vệ ren ống được làm sạch ................................................. 13 Bảng 1.5: Giá trị nắp bảo vệ ren ống mua mới .......................................................... 13 Bảng 4.1: Chi phí thực hiện công việc rửa nắp bảo vệ ren cỡ 9-5/8” ......................... 43 Bảng 4.2: Chi phí thực hiện công việc rửa nắp bảo vệ ren cỡ 3-1/2” ......................... 44 Bảng 4.3: Thông số chấn tử siêu âm ......................................................................... 48 Bảng 4.4: Thông số nguồn phát sóng siêu âm ........................................................... 49 Bảng 4.5: Độ sạch của các nắp bảo vệ ren dầu khí sau rửa ........................................ 51 Bảng 4.6: Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố đối với mỡ bảo quản ................................. 59 Bảng 4.7: Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố đối với vặn ống ........................................ 60 Bảng 4.8: Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố theo công suất phát sóng cho mỡ vặn ống . 63 Bảng 4.9: Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố theo công suất phát sóng cho mỡ bảo quản 63 Bảng 4.10: Miền thực nghiệm................................................................................... 66 Bảng 4.11: Bảng ma trận thí nghiệm với mỡ vặn ống ............................................... 67 Bảng 4.12: Bảng ma trận thí nghiệm với mỡ bảo vệ ................................................. 67 xvii
DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc giếng khoan [2] .............................................................................. 5 Hình 1.2: Choòng khoan ............................................................................................. 6 Hình 1.3: Ống chống dầu khí ...................................................................................... 6 Hình 1.4: Ống khai thác .............................................................................................. 6 Hình 1.5: Ống chống dầu khí ...................................................................................... 7 Hình 1.6: Vặn ống chống tại khu vực khoan ............................................................... 7 Hình 1.7: Mối nối thông dụng ..................................................................................... 7 Hình 1.8: Hình các mối nối kín ................................................................................... 7 Hình 1.9: Nắp bảo vệ ren ống ..................................................................................... 8 Hình 1. 10: Đầu pin và nắp bảo vệ đầu pin của ống .................................................... 8 Hình 1.11: Nắp bảo vệ đầu box và đầu box của ống.................................................... 9 Hình 1. 12: Nắp bảo vệ CEL ....................................................................................... 9 Hình 1. 13: Nắp bảo vệ ren CENL .............................................................................. 9 Hình 1.14: Nắp bảo vệ OE ........................................................................................ 10 Hình 1.15: Các kiểu lắp nắp bảo vệ ren ống .............................................................. 11 Hình 1. 16: Cỡ nắp bảo vệ thường dùng tại Vietubes ................................................ 11 Hình 1.17: Tỉ lệ giá trị các loại nắp bảo vệ ren ống được làm sạch............................ 13 Hình 1.18: Tỉ lệ giá trị các loại nắp bảo vệ ren ống mua mới .................................... 14 Hình 1.19: Bản vẽ nắp bảo vệ ren ngoài.................................................................... 15 Hình 1.20: Bản vẽ nắp bảo vệ ren trong .................................................................... 16 Hình 1.21: Nắp bảo vệ dính mỡ lưu kho ................................................................... 16 Hình 1.22: Nắp bảo vệ ren dính mỡ vặn ống ............................................................. 17 Hình 1.23: Các thành phần của một máy rửa bát theo nguyên lý phun rửa [ .............. 17 Hình 1.24: Các thành phần của một máy rửa bát theo nguyên lý ngâm phun [16] ..... 18 Hình 1.25: Sơ đồ nguyên lý rửa siêu âm [11] ............................................................ 19 Hình 1.26: Các bước tiến hành rửa nắp bảo vệ .......................................................... 20 Hình 1.27: Dây chuyền rửa thanh long tại vựa thanh long Khải Hoàn (Tiền Giang) [13] ........................................................................................................................... 21 Hình 1.28: Máy rửa bát công nghiệp Công ty Viễn Đông [14] .................................. 22 Hình 1.29: Máy rửa sử dụng sóng siêu âm dùng trong công nghiệp [3] ..................... 23 xviii