Van điều khiển của tuabin hơi trích ảnh hưởng đến độ ổn định vận hành như thế nào

Một tuabin hơi trích có thể vẫn ở tình trạng cơ khí tốt nhưng vận hành không ổn định khi các van điều khiển không quản lý lưu lượng hơi đủ chính xác. Lý do rất đơn giản: các van điều chỉnh hai yêu cầu có thể xung đột với nhau. Tuabin cần lượng hơi cấp ổn định để duy trì tốc độ hoặc tải điện, trong khi hệ thống trích phải duy trì áp suất và lưu lượng có thể sử dụng cho thiết bị công nghệ. Vì vậy, một sai số nhỏ của van có thể trở thành dao động áp suất, nhiễu loạn tải hoặc sự cố tác động bảo vệ.

Đối với kiểm soát chất lượng và an toàn, vấn đề thực tế không phải là van có mở và đóng hay không. Vấn đề là toàn bộ vòng điều khiển van có phản hồi một cách dự đoán được trong các thay đổi tải bình thường, thay đổi nhu cầu hơi trích, khởi động và các điều kiện bất thường hay không. Hành trình van, lực truyền động, phản hồi vị trí, rò rỉ hơi, logic điều khiển và điều kiện đường ống phía hạ lưu đều ảnh hưởng đến kết quả đó.

Tại sao đặc tính vận hành của van lại ảnh hưởng mạnh đến độ ổn định

Trong tuabin hơi trích, các van cấp hơi chính kiểm soát năng lượng đi vào tuabin. Các van điều khiển trích, hoặc các cụm điều chỉnh trích, ảnh hưởng đến lượng hơi còn sẵn có tại một tầng trung gian để sử dụng cho công nghệ. Các thay đổi ở bất kỳ bên nào đều ảnh hưởng đến phân bố áp suất trong tuabin.

Nếu một phụ tải công nghệ đột ngột sử dụng nhiều hơi trích hơn, áp suất trích có xu hướng giảm. Hệ thống điều khiển phải nhận biết thay đổi này và điều chỉnh van liên quan một cách có kiểm soát. Nếu phản hồi quá chậm, áp suất ống góp công nghệ có thể giảm xuống dưới dải vận hành chấp nhận được. Nếu van phản ứng quá mạnh, van có thể vượt quá điểm đặt, gây dao động áp suất và các chuyển động hiệu chỉnh lặp lại. Dao động đó có thể lan truyền đến tải tuabin, điều kiện bình ngưng, điều khiển lò hơi hoặc thiết bị công nghệ được kết nối.

Tình huống ngược lại cũng quan trọng không kém. Sự giảm mạnh nhu cầu hơi công nghệ có thể làm tăng áp suất trích. Nếu van điều khiển không thể giảm lưu lượng hoặc chuyển hướng hơi theo yêu cầu, tuabin có thể gặp điều kiện bất thường tại các tầng hoặc làm áp suất ống góp công nghệ tiến đến mức báo động áp suất cao. Do đó, độ ổn định là kết quả của toàn hệ thống, không phải chỉ là đặc tính của riêng van.

Ba tình trạng van gây ra phần lớn các vấn đề vận hành

1. Vùng chết, hiện tượng kẹt dính và khả năng điều khiển kém ở hành trình nhỏ

Van có ma sát quá lớn có thể không dịch chuyển khi bộ điều khiển yêu cầu hiệu chỉnh nhỏ. Tín hiệu đầu ra thay đổi, nhưng ty van vẫn đứng yên cho đến khi lực truyền động thắng được ma sát. Sau đó van dịch chuyển quá xa trong một lần. Hiện tượng trượt-kẹt này tạo ra một dạng dễ nhận biết: áp suất trích dao động trong khi vị trí van thay đổi theo từng nấc thay vì trơn tru.

Điều này đặc biệt rủi ro khi nhu cầu hơi công nghệ thay đổi dần dần. Người vận hành có thể bù trừ bằng cách chuyển vòng điều khiển sang chế độ thủ công hoặc giảm độ nhạy của bộ điều khiển. Những biện pháp đó có thể che giấu triệu chứng, nhưng không loại bỏ nguyên nhân cơ khí. Cần kiểm tra ma sát bộ chèn kín, kích thước bộ truyền động không phù hợp, bề mặt ty van bị hư hỏng, tình trạng liên kết kém và hiệu chỉnh bộ định vị không phù hợp.

2. Rò rỉ bên trong và khả năng đóng kín không đầy đủ

Rò rỉ qua van điều khiển làm thay đổi cân bằng hơi ngay cả khi van được lệnh đóng hoặc gần đóng. Trong ứng dụng trích hơi, điều này có thể gây khó khăn trong việc ổn định áp suất ống góp khi nhu cầu thấp. Nó cũng có thể tạo ra một đường hơi không mong muốn trong quá trình khởi động, dừng máy hoặc công việc cô lập.

Rò rỉ không chỉ là vấn đề hiệu suất. Đối với các nhà quản lý an toàn, nó ảnh hưởng đến các giả định về cô lập. Chỉ báo vị trí van hiển thị “đóng” không chứng minh rằng đường hơi đã được cô lập. Tình trạng ghế van, độ mòn của trim, cặn bám, biến dạng nhiệt và chênh áp thực tế qua van quyết định liệu hiệu suất đóng kín có còn đáp ứng yêu cầu vận hành hay không.

3. Phản hồi vị trí không chính xác hoặc chế độ hỏng của bộ truyền động

Bộ điều khiển chỉ có thể điều chỉnh những gì nó đo được. Nếu bộ truyền tín hiệu vị trí bị hiệu chuẩn sai, mất tín hiệu gián đoạn hoặc không phản ánh hành trình thực tế của ty van, vòng điều khiển có thể trông vẫn bình thường trong khi van không tuân theo lệnh. So sánh giữa đầu ra bộ điều khiển, vị trí van được chỉ thị và phản hồi quá trình cung cấp nhiều thông tin hơn việc xem xét riêng lẻ bất kỳ tín hiệu nào.

Tác động của bộ truyền động cũng phải phù hợp với mối nguy của quá trình. Việc van nên hỏng ở trạng thái mở, hỏng ở trạng thái đóng hay giữ nguyên vị trí phụ thuộc vào thiết kế tuabin, bố trí ống góp trích, công suất bypass và hậu quả của việc mất khí nén dụng cụ hoặc nguồn điện. Coi “hỏng đóng” là tự động an toàn hơn là một sai lầm phổ biến. Trong một số bố trí, việc ngắt hơi trích đột ngột có thể làm mất ổn định quá trình phía hạ lưu; trong các bố trí khác, việc tiếp tục cấp hơi có thể tạo ra nguy cơ quá áp. Trạng thái an toàn cần thiết phải được xác định dựa trên cân bằng hơi và năng lượng tổng thể.

Kích thước van không đồng nghĩa với khả năng điều khiển ổn định

Một van có thể có đủ công suất lưu lượng tối đa nhưng vẫn hoạt động kém trong vận hành bình thường. Các van quá cỡ thường vận hành thường xuyên ở vùng hành trình thấp, nơi các chuyển động nhỏ của ty van tạo ra thay đổi lưu lượng lớn không tương xứng hoặc nơi khả năng điều khiển yếu. Van thiếu kích thước có thể gần như mở hoàn toàn trong thời điểm nhu cầu hơi trích cực đại, chỉ còn rất ít khả năng để hiệu chỉnh một nhiễu loạn.

Vì vậy, việc đánh giá chất lượng cần xem xét dải điều kiện vận hành dự kiến, không chỉ mức thiết kế tối đa. Đặc tính van, độ giảm áp khả dụng, điều kiện hơi, nhu cầu trích tối thiểu và tối đa, cũng như tốc độ thay đổi nhu cầu dự kiến cần được đánh giá cùng nhau. Trim đặc tính tỷ lệ bằng nhau thường được lựa chọn khi quá trình có dải tải rộng, nhưng lựa chọn đúng vẫn phụ thuộc vào đặc tính giảm áp khi lắp đặt và mục tiêu điều khiển.

Đánh giá toàn bộ vòng điều khiển, không cô lập riêng van

Chỉ bảo dưỡng van không thể giải quyết một sơ đồ điều khiển tuabin và quá trình được phối hợp kém. Điều khiển áp suất trích có thể tương tác với điều khiển tốc độ/tải tuabin, điều khiển áp suất đầu vào, điều khiển đốt lò hơi, các trạm giảm áp và các đường bypass ống góp công nghệ. Khi hai bộ điều khiển cố hiệu chỉnh cùng một nhiễu loạn áp suất qua các đường hơi khác nhau, hiện tượng dao động có thể xảy ra ngay cả khi mỗi vòng điều khiển có vẻ được hiệu chỉnh đúng khi xét riêng lẻ.

Một trình tự điều tra hữu ích bắt đầu bằng các xu hướng vận hành. Xem xét áp suất trích, tải tuabin, yêu cầu van, vị trí van thực tế, áp suất thượng lưu và hạ lưu, cũng như trạng thái của thiết bị bypass hoặc giảm áp trong thời gian xảy ra nhiễu loạn. Thời điểm là yếu tố quan trọng. Nếu lệnh van thay đổi trước khi áp suất thay đổi nhưng vị trí được chỉ thị không tuân theo, vấn đề có khả năng nằm ở van, bộ truyền động hoặc bộ định vị. Nếu vị trí tuân theo đúng nhưng áp suất phản hồi bất thường, hãy xem xét nhu cầu hơi, các hạn chế đường ống, đường bypass, hiện tượng cuốn theo hơi ẩm hoặc tương tác với các vòng điều khiển khác.

Việc chạy thử và các cải tạo lớn cũng đòi hỏi góc nhìn tích hợp tương tự. Trong hệ thống phát điện và hơi công nghiệp, xác định phạm vi công việc cần bao gồm tuabin, ống góp hơi, hệ thống điều khiển, logic bảo vệ, hệ thống phụ trợ, thử nghiệm chạy thử và đào tạo người vận hành. Đối với các dự án cần sự phối hợp rộng hơn này, phương phápEPC có thể tích hợp kỹ thuật, giao diện thiết bị, đánh giá an toàn, lắp đặt và chạy thử vào một kế hoạch triển khai thay vì coi van trích là một hạng mục mua sắm độc lập.

Những nội dung cần xác minh trong quá trình kiểm tra và nghiệm thu

Đối với một tuabin hơi trích ổn định, kiểm tra cần tập trung vào bằng chứng về khả năng điều khiển trong các điều kiện thực tế. Thử hành trình tĩnh là cần thiết nhưng chưa đủ. Các kiểm tra sau cung cấp cơ sở có ý nghĩa hơn cho việc nghiệm thu và kiểm soát chất lượng liên tục:

• Xác nhận hành trình theo lệnh và hành trình ty van thực tế thống nhất trên toàn bộ dải vận hành, bao gồm cả các vị trí hành trình thấp.
• Kiểm tra chuyển động hai chiều trơn tru, đảo chiều bất thường, sự chần chừ và độ trễ phản hồi quá mức.
• Xác minh hiệu chuẩn phản hồi vị trí một cách độc lập với lệnh điều khiển.
• Đánh giá khả năng đóng kín và rò rỉ bên trong theo yêu cầu cô lập và nhiệm vụ điều khiển quá trình của nhà máy.
• Xác nhận chất lượng nguồn khí cấp cho bộ truyền động, độ ổn định áp suất, tình trạng ống dẫn và phản hồi khi mất nguồn tiện ích.
• Rà soát tác động của van, bypass, ngắt bảo vệ và cảnh báo theo triết lý vận hành đã lập thành văn bản cho khởi động, vận hành bình thường và điều kiện khẩn cấp.
• Theo dõi xu hướng hành trình van và đặc tính áp suất theo thời gian; hoạt động hành trình tăng lên đối với cùng một nhu cầu quá trình có thể cho thấy ma sát hoặc sự suy giảm trim đang phát sinh.

Cũng cần phân biệt van điều chỉnh với thiết bị cô lập bảo vệ. Van được chọn để điều khiển tinh có thể không cung cấp độ kín cô lập cần thiết cho các ranh giới bảo dưỡng, và van đóng kín có thể không có độ phân giải cần thiết để tiết lưu ổn định. Khi cần cả hai chức năng, thiết kế nên nêu rõ cách thực hiện từng chức năng thay vì giả định một van có thể thực hiện đáng tin cậy cả hai.

Bước tiếp theo hữu ích nhất sau một sự kiện mất ổn định

Không nên bắt đầu bằng việc hiệu chỉnh lại bộ điều khiển. Trước hết, hãy xác định van có thực sự tuân theo lệnh về mặt cơ học hay không và liệu vị trí đo được có đáng tin cậy hay không. Hiệu chỉnh lại khi còn hiện tượng kẹt dính, rò rỉ hoặc tác động van không chính xác có thể tạm thời giảm dao động nhìn thấy được nhưng vẫn để lỗi cơ bản trở nên nghiêm trọng hơn.

Sau khi xác nhận tình trạng cơ khí và tính toàn vẹn tín hiệu, hãy đánh giá sự kiện theo trạng thái vận hành đầy đủ: tải tuabin, nhu cầu lưu lượng trích, điều kiện hơi đầu vào, áp suất ống góp, trạng thái bypass và các tác động bảo vệ. Cách tiếp cận này giúp các nhóm chất lượng và an toàn phân biệt lỗi van với tương tác điều khiển hoặc nhiễu loạn từ phía quá trình, đồng thời tạo ra hành động khắc phục giúp cải thiện độ ổn định vận hành thay vì chỉ đặt lại cảnh báo.