Thông tin kết quả nhiệm vụ KH&CN

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thiết bị phun cát ướt làm sạch vỏ tàu trong sửa chữa tàu thủy phù hợp với điều kiện thực tế (26/09/2024)

Trong ngành công nghiệp đóng tàu hiện nay, việc làm sạch vỏ tàu thủy trong đóng mới và sửa chữa hầu hết đang áp dụng công nghệ phun cát, hạt mài, Sbol hoặc bi thép bằng khí nén khô. Công nghệ khi thực hiện ngoài trời sẽ phát thải một lượng lớn bụi đáng kể ra môi trường, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người lao động hoặc nhân dân địa phương xung quanh các nhà máy. Công ty TNHH MTV Đóng tàu Phà Rừng là đơn vị chuyên đóng mới tàu biển, phương tiện thủy. Mỗi năm, Công ty đón nhận trên 60 lượt tàu sửa chữa với diện tích vỏ tàu cần làm sạch ≈ 220.000m². Với định hướng phát triển là đơn vị đóng tàu tiên tiến và hiện đại, thân thiện môi trường. Năm 2016, Công ty đã được thành phố phê duyệt triển khai thực hiện nhiệm vụ khoa học và công nghệ: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thiết bị phun cát ướt làm sạch vỏ tàu trong sửa chữa tàu thủy phù hợp với điều kiện thực tế. Mục tiêu của đề tài nhằmnghiên cứu thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thiết bị phun cát ướt làm sạch vỏ tàu thủy phù hợp với thực tế Công ty, đạt được yêu cầu về chất lượng làm sạch bề mặt theo tiêu chuẩn ISO 8503-1:2012, ISO 8502-6:2006, ISO 8502-4:2006 và thỏa mãn tiêu chuẩn cho phép nồng độ bụi theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng không khí xung quanh.

Triển khai nghiên cứu, nhóm thực hiện đã tiến hành khảo sát thực tế tại một số đơn vị đóng tàu trong nước như Công ty Đóng tàu và Công nghiệp Hàng hải Sài Gòn, Nhà máy đóng tàu Ba Son, Công ty dịch vụ sửa chữa giàn khoan…trên cơ sở đó nhóm nghiên cứu đã đưa ra các phương án để thiết kế hệ thống đảm bảo mục tiêu về năng suất làm sạch, tình hình tài chính, giảm lượng bụi vào môi trường làm việc và môi trường xung quanh Công ty. Phương pháp mà nhóm tác giả Công ty lựa chọn là phun cát ướt - PR, đây là phương pháp mang đầy đủ “công năng” của phương pháp phun cát ướt và phù hợp với điều kiện thực tế của Công ty. Với phương pháp này, Công ty có thể hoàn toàn chủ động trong nghiên cứu thiết kế, chế tạo cũng như vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa và mở rộng nếu cần.

Cấu tạo của thiết bị phun cát ướt - PR gồm 3 phần: Phần 1 là hệ thống sàng phân ly cát. Mục đích của sàng phân ly là xử lý nguyên liệu đầu vào bằng cách phân loại (bụi, cát, sỏi) để có sản phẩm là cát theo tiêu chuẩn làm sạch được quy định. Phần 2 là hệ thống thiết bị làm sạch gồm máy phun cát COMET MRCPR, hệ thống ống dẫn hỗn hợp cát khí, dây cấp khí nén cho máy và bơm áp lực cao. Đầu phun được thiết kế một đầu nối với đầu phun cát, tiếp đến là khoang chứa nước có cửa nhận nước từ bơm áp lực cao và đầu ra thiết kế có 3 lỗ phun. Phần 3 là hệ thống giàn phun sương dập bụi. Mục đích của dàn phun sương là trong quá trình làm sạch bằng hệ thống thiết bị phun cát ướt sẽ sinh gỉ cấp tính, để đảm bảo bề mặt trước khi sơn cần roa lại bề mặt vỏ tàu bằng cát khô. Lúc này, hệ thống giàn phun sương sẽ hoạt động chắn lượng bụi phát tán vào không khí.  Nguyên lý vận hành của thiết bị phun cát ướt là vận hành bơm nước áp lực cao, sau đó mở van cấp khí nén vào máy phun cát, lúc này đầu phun sẽ bắn ra gồm cả cát và nước. Người sử dụng sẽ điều khiển để làm sao lượng nước và cát phun ra vừa đủ làm sạch bề mặt lẫn ướt hạt cát. Sau khi làm sạch vỏ tàu bằng phun cát ướt, bề mặt vỏ tàu sẽ xuất hiện hiện tượng rò rỉ cấp tính, nhóm nghiên cứu tiếp tục tiến hành phun cát khô để đảm bảo độ nhám trước khi sơn. Hệ thống giàn phun sương được vận hành trong giai đoạn này để ngăn bụi thải vào môi trường.

Nghiên cứu cho thấy, quy trình xử lý làm sạch bề mặt vỏ tàu được tiến hành qua 3 bước:

(1) Bước 1: Sử dụng phương pháp phun cát ướt để thực hiện làm sạch vỏ tàu đạt tiêu chuẩn Sa 2.0 hoặc Sa 2.5.

(2) Bước 2: Sau khi làm sạch bằng phương pháp phun cát ướt, sẽ xuất hiện hiện tượng gỉ cấp tính trên bề mặt bỏ tàu (hiện tượng này xuất hiện khi áp dụng phương pháp làm sạch bằng phun cát ướt hoặc phương pháp làm sạch bằng phun nước siêu cao áp). Để đảm bảo độ nhám trước khi sơn, tiến hành roa cát khô trên bề mặt. Tuy nhiên, lúc này bề mặt vỏ tàu đã đạt tiêu chuẩn Sa 2.0 hoặc Sa 2.5 nên năng suất phun cát khô sẽ đạt ≈ 180m²/giờ/vòi cao hơn rất nhiều so với phương pháp phun cát khô cũ (năng suất ≈ 8m²/h) và hệ thống giàn phun sương được vận hành để ngăn bụi thải vào môi trường.

(3) Bước 3: Kết thúc quá trình làm sạch vỏ tàu, các chất thải rắn rơi trên đáy ụ sẽ được nhà thầu phụ gom, xử lý.

Nhóm nghiên cứu đã hoàn thành việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thiết bị phun cát ướt làm sạch vỏ tàu trong sửa chữa tàu thủy phù hợp với điều kiện thực tế. Nhóm tác giả đã tính toán cụ thể và chi tiết cấu tạo của các thiết bị, đó là:

- Máy sàng cát có năng suất sàng 8-10 m³/giờ;

- Máy phun cát dung tích bình chứa 0,2 m³;

- Máy bơm nước áp lực 170 bar;

- Đầu phun có 3 lỗ, kích thước lỗ là 0,5 mm;

- Áp suất khí nén vào thiết bị 6,5 kg/cm³;

- Áp suất nước áp lực 120 kg/cm³.

 Phụ kiện kèm theo là hệ thống ống mềm khi dẫn khí, nước, cát, khớp nối chính là ống khí nén. Hệ thống phun sương dập bụi đầu phun có kích thước lỗ 0,35mm. Khi thực hiện làm sạch theo đúng quy trình, kết quả làm sạch đạt ±7,9m²/giờ/vòi (đạt 112% so với mục tiêu đề ra). Chất lượng bề mặt hoàn toàn thỏa mãn tiêu chuẩn ISO trước khi sơn. Lượng bụi bay vào không khí nằm trong giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn môi trường TCVN5067:1995 thuộc QCVN05:2013/BTNMT.

Quy trình lắp đặt thiết bị phun cát ướt bao gồm:

(1) Bước 1: Lắp ráp máy phun cát

- Dùng đoạn ống cao sU D48 áp lực làm việc 10 kG/cm² hai đầu có hai nửa của khớp nối chuyên dùng, một đầu lắp vào khớp nối trên outlets, một đầu nối với cửa khí nén vào máy phun cát.

- Lắp ống cao su D32 áp lực làm việc 10 kG/ cm² (ống dẫn hỗn hợp khí nén và cát). Một đầu ống lắp vào cửa ra của đầu phun (khoang nước), đầu còn lại nối với đầu phun.

(2) Bước 2: Lắp ráp máy bơm nước áp lực cao:

- Lắp ống dẫn nước D20 vào máy: Một đầu ống này nối với họng cấp nước kỹ thuật trên outlets đầu còn lại nối với cửa nước vào đầu bơm.

- Lắp ống dẫn nước áp lực vao D6. Một đầu của ống này lắp với cửa nước ra của đầu bơm, đầu còn lại nối với khớp nối để đưa nước vào đầu phun (khoang nước).

- Đấu điện cho máy bơm nước. Trên máy đã có sẵn dây và phích cắm 32A bốn dây ta chỉ cần cắm phích này vào ổ điện 32A 4 dây trên bảng outlets.

(3) Bước 3: Kiểm tra chất lượng sau lắp đặt:

- Chạy bơm nước áp lực và nâng dân áp lực lên (nằm trong khoảng từ 100 kG/ cm² đến 130 kG/ cm²);

- Mở van cấp khí nén vào máy phun cát (khi cấp khí nén vào máy phun cát thì van nạp cát của bình chứa sẽ tự động đóng lại) và thổi ra khỏi đầu phun;

- Mở van hỗn hợp từ từ để lượng cát phun ra ngoài qua đầu phun theo tín hiệu của người làm trực tiếp đến khi cát nước ra đều và không có hiện tượng khác thường là được.

Để đảm bảo an toàn cho thiết bị và người lao động, nhóm nghiên cứu đã xây dựng hoàn tất và ban hành thei ISO các quy trình hướng dẫn: Hướng dẫn vận hành máy sàng cát; Hướng dẫn vận hành hệ thống phun cát ướt. Ngoài ra, nhóm thực hiện đã xây dựng chương trình đào tạo và kế hoạch đào tạo cho toàn bộ công nhân vận hành tại phân xưởng Bài Trí với tổng số 87 lao động, 100% đạt yêu cầu sau đào tạo.

Theo đánh giá, thiết bị phun cát ướt được nhóm tác giả Công ty nghiên cứu thiết kế, chế tạo và thử nghiệm đảm bảo sức khỏe cho người lao động. Lượng phát thải bụi giảm 90% so với phương pháp truyền thống. Với kết quả nghiên cứu này, việc sử dụng thiết bị phun cát ướt làm sạch vỏ tàu có khả năng nhân rộng trong thực tế. Kết quả nghiên cứu mở ra một hướng đi mới cho không chỉ riêng Phà Rừng mà thúc đẩy hơn nữa các đơn vị trong ngành đóng tàu cần cải thiện trong việc phát triển doanh nghiệp song song với bảo vệ môi trường. Mặc dù năng suất làm sạch của phương pháp phun cát ướt chỉ bằng 80% phương pháp phun cát khô, nhưng ưu điểm lớn nhất mà phương pháp này mang lại là đảm bảo được môi trường làm việc cho người lao động. Đây là tiêu chí quan trọng để đưa phương pháp phun cát ướt vào sử dụng và thay thế hoàn toàn phương pháp phun cát khô để làm sạch vỏ tàu trong thực tế. 

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài tại Trung tâm Thông tin, Thống kê KH&CN Hải Phòng./.