Ứng dụng Công nghệ 3D Laser Scanning trong việc đánh giá hiện trạng các bồn chứa xăng dầu

Tại Việt Nam, hiện nay có rất nhiều tổ hợp nhà máy lọc dầu như Long Sơn, Dung Quốc,…với rất nhiều bồn chứa xăng, dầu, việc kiểm định an toàn của các bồn chứa này thường diễn ra thường xuyên để đảm bảo những quy định khắc khe về độ an toàn. Trong quá trình thi công cũng như trong quá trình sử dụng, bồn có thể bị nghiêng, lún, vỏ bồn bị lồi, lõm, méo… có thể cản trở hoạt động đối với mái nổi của bồn hoặc phá vỡ kết cấu của bồn dẫn tới làm hỏng bồn. Do đó, bồn chứa xăng dầu cần được quan trắc và đánh giá hiện trạng thường xuyên để cảnh báo sớm các rủi ro có thể xảy ra.

Các công việc kiểm tra cơ bản có thể kể đến như:

Kiểm tra bằng mắt các khuyết tật kim loại bên trong và bên ngoài bồn chứa.
Kiểm tra các đường hàn chu vi, đường hàn dọc thân, đường hàn đáy bồn và mái bồn chứa.
Xem xét các biến dạng bệ đỡ bồn, cầu thang, sàn thao tác.
Kiểm tra độ lún, kiểm tra hiện trạng nghiêng, tọa độ tâm và các kích thước hình học của bồn chứa.

Phương pháp truyền thống đánh giá hiện trạng bồn chứa xăng dầu:

Việc đo kiểm tra các thông số của bồn chứa như độ lún, độ nghiêng, độ lồi, lõm của vỏ bồn và các tham số tọa độ tâm, bán kính của bồn chứa được thực hiện theo phương pháp truyền thống phổ biến hiện nay là sử dụng máy toàn đạc điện tử với chế độ đo không gương.

Do đặc điểm kết cấu kín của bồn chứa là hình trụ đứng nên đa số các trường hợp đều không có điều kiện tiếp cận hoặc thông hướng ngắm đến tâm bồn, khi đó áp dụng phương pháp truyền thống sử dụng máy toàn đạc điện tử để đo tọa độ các điểm đơn lẻ trên thân bồn để tính toán gián tiếp tọa độ tâm, bán kính của bồn.

Hình 1. Xác định độ nghiêng công trình hình trụ tròn bằng phương pháp đo tọa độ bên ngoài công trình.

Nhược điểm của phương pháp là việc các điểm đơn lẻ này nằm ở vị trí rất khó khăn để đo do đó rất khó khăn trong việc xác định độ lồi, lõm của vỏ bồn. Kết quả báo cáo không trực quan và chính xác.

Hình 2. Các bồn chứa xăng, dầu luôn cần được quan trắc và kiểm tra định kỳ để đảm bảo độ an toàn.

Công nghệ 3D Laser Scanning đánh giá hiện trạng bồn chứa xăng dầu:

Ngày nay, với sự phát triển và yêu cầu ngày càng cao của công nghệ khoa học kỹ thuật chính xác, công nghệ 3D Laser Scanning đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như xây dựng công trình, quan trắc, kiểm tra, cơ sở hạ tầng, quy hoạch, năng lượng, di sản văn hóa…

Công nghệ 3D Laser Scanning là một quá trình ghi nhận lại hình dạng bề mặt vật thể bằng công nghệ đo không tiếp xúc LiDAR viết tắt từ cụm từ Light Detection and Ranging. Nguyên tắc hoạt động của LiDAR có thể được miêu tả bằng các quá trình dưới đây:

Cảm biến sẽ phát ra một xung laser tới bề mặt
Một cảm biến sẽ thu nhận thông tín hiệu phản xạ trở lại nguồn xung
Sau đó cảm biến sẽ đo khoảng thời gian laser phản xạ lại
Cách tính toán khoảng cách với công thức: R=(c × t)/2

Trong đó:

R= khoảng cách từ nguồn phát laser tới bề mặt cần đo.
c=Tốc độ phát đi.
t= Quảng thời gian đi được.

Quá trình này sẽ được lặp lại hàng triệu lần bởi cảm biến LiDAR, thu được dữ liệu lên đến hàng triệu điểm. Khi kết hợp lại với nhau, các điểm này tạo thành một đám mây điểm trong không gian 3 chiều 3D – Point Cloud, một tập hợp các dữ liệu điểm trong không gian thể hiện hình dạng đối tượng một cách chi tiết và chính xác.

Hình 3. Mô phỏng quá trình đo bằng công nghệ LiDAR để thu được dữ liệu đám mây điểm.

Có thể nói, dữ liệu đám mây điểm Point Cloud là bản sao số, đại diện kỹ thuật số của các đối tượng thế giới thực dưới dạng tập dữ liệu điểm. Công nghệ quét LiDAR (Laser Imaging, Detection, and Ranging) hay quét Laser 3D có nhiều dạng ở nhiều nền tảng khác nhau như Quét LiDAR hàng không (Airborne Laser Scanning hay UAV LiDAR), Quét LiDAR mặt đất (Terrestrial Laser Scanners), Quét LiDAR di động (Mobile Laser Scanning hay Mobile Mapping).

Đối với các công trình yêu cầu đòi hỏi độ chính xác cao, an toàn, nhanh chóng như các công trình bồn chứa, công nghệ quét LiDAR mặt đất hay Terrestrial Laser Scanners thường được lựa chọn và ứng dụng tại nhiều nơi trên thế giới vì các máy quét này ứng dụng các nguyên lý đo thời gian dịch chuyển xung laser phát đi (TOF- Time of Flight) hoặc nguyên lý đo dịch chuyển pha (Phase shift) để đo khoảng cách từ máy tới đối tượng vật thể.

Thời gian thực hiện mỗi lần quét tại một vị trí thường từ 1 phút đến 15 phút tùy vào việc thiết lập độ phân giải mật độ điểm quét.

Hình 4. Các dòng máy quét laser 3D mặt đất mới nhất của hãng Trimble.

Quy trình ứng dụng công nghệ quét laser 3D mặt đất Trimble trong việc quan trắc, kiểm định bồn chứa được minh họa qua các bước như sau:

Hình 5. Quy trình ứng dụng công nghệ quét laser 3D mặt đất Trimble trong việc quan trắc, kiểm định bồn chứa xăng dầu.

Quá trình thu thập dữ liệu quét Point Cloud bằng các thiết bị như Trimble X7, Trimble X12 hay Trimble SX12.

Hình 6. Thực hiện quét thu thập dữ liệu Point cloud bằng thiết bị Trimble SX12 và Trimble X7.

Dữ liệu đám mây điểm Point cloud thu thập từ thiết bị quét sẽ được xử lý bằng phần mềm chuyên dụng Trimble RealWorks. Trên Trimble RealWork, người dùng có thể dễ dàng sử dụng các công cụ để ghép các dữ liệu quét lại với nhau, kiểm tra độ chính xác ghép, nắn chỉnh tọa độ, tự động phân lớp dữ liệu đám mây điểm và thao tác phân vùng dữ liệu đám mây điểm.

Hình 7. Dữ liệu đám mây điểm Point Cloud thu từ thiết bị quét được xử lý trên phần mềm Trimble RealWorks.

Sau khi xử lý dữ liệu đám mây điểm, người dùng có thể sử dụng module chuyên dụng Storage Tank trên Trimble RealWork để phân tích, quan trắc chuyên sâu bồn chứa như tự động phân lớp dữ liệu point cloud bồn chứa, thân bồn, vỏ bồn, phân tích độ thẳng đứng, độ tròn, độ lún, hư hại vỏ bồn, tính toán khối lượng, tính toán đường kính, chu vi, góc nghiêng, hướng nghiêng, chiều cao bồn, xuất báo cáo trực quan theo tiêu chuẩn API 653 của Viện dầu khí Mỹ (API)…

Hình 8. Tự động nhận dạng các dữ liệu Point Cloud thành phần đối tượng của bồn chứa trên Trimble RealWorks.

Hình 9. Xuất báo cáo kiểm tra theo phương thẳng đứng thân bồn và dung sai cho phép.

Hình 10. Kết quả phân tích dữ liệu đám mây điểm bồn chứa được hiển thị một cách trực quan.

Việc ứng dụng công nghệ 3D Laser Scanning trong công tác đánh giá hiện trạng các bồn chứa xăng dầu không những cho biết độ nghiêng và hướng nghiêng tổng thể của bồn mà còn cho phép theo dõi biến dạngtoàn bộ vỏ bồn về sau một cách chi tiết và trực quan.

>>> Xem thêm: CÔNG NGHỆ 3D LASER SCANNING GIÚP SỐ HÓA DỮ LIỆU XÂY DỰNG HIỆU QUẢ

Mọi thông tin xin vui lòng liên hệ: