Cách đánh giá khả năng quá tải của tua-bin hơi 50 MW

Cách đánh giá khả năng quá tải của tua-bin hơi nước 50 MW

Đánh giá khả năng quá tải của một tua-bin hơi nước 50 MW không đơn giản chỉ là xem máy phát có thể cung cấp công suất lớn hơn 50 MW hay không. Tua-bin có thể tạo ra công suất bổ sung trong thời gian ngắn dưới các điều kiện thuận lợi, nhưng điều đó không có nghĩa là nó có thể duy trì công suất đó một cách an toàn, lặp lại thường xuyên hoặc thực hiện khi vẫn cấp hơi cho quá trình. Đối với đội ngũ vận hành, nhiệm vụ thực sự là xác định phạm vi tải cho phép: có thể cung cấp thêm bao nhiêu tải, trong bao lâu, dưới những điều kiện hơi và bình ngưng nào, và với những hạn chế vận hành nào.

Sự khác biệt này rất quan trọng trong các thời điểm nhu cầu lưới điện đạt đỉnh, thay đổi nhiệt độ môi trường theo mùa, sự cố quá trình, ngừng thiết bị và các đề xuất nâng công suất nhà máy. Quyết định chỉ dựa trên công suất định mức có thể tạo ra các vấn đề tiềm ẩn trong hệ thống điều tốc, phần xả, ổ trục, bình ngưng, lò hơi hoặc máy phát điện kết nối. Một đánh giá đáng tin cậy kết hợp tài liệu thiết kế ban đầu với dữ liệu vận hành hiện tại và việc rà soát có hệ thống các bộ phận giới hạn.

Bắt đầu bằng việc xác định “quá tải” có nghĩa gì tại nhà máy

Trước khi xem xét các giới hạn, hãy xác định chế độ vận hành được yêu cầu. Có sự khác biệt đáng kể giữa một sự kiện tải đỉnh ngắn hạn, yêu cầu điều độ trong một giờ và việc nâng công suất liên tục. Mục tiêu vận hành cần nêu rõ công suất điện mục tiêu, thời gian dự kiến, tần suất xảy ra, nguồn hơi, yêu cầu về trích hơi hoặc áp suất đối áp, và điều kiện bình ngưng. Nếu tổ máy dẫn động máy nén hoặc bơm thay vì máy phát, cũng phải bao gồm đường đặc tính công suất của thiết bị được dẫn động.

Một tua-bin hơi nước 50 MW trong nhà máy điện ngưng hơi có thể linh hoạt hơn một tua-bin cấp cho đường ống góp hơi công nghiệp được kiểm soát chặt chẽ. Ngược lại, tua-bin có khả năng trích hơi có thể bị giới hạn không phải bởi các tầng đầu tiên mà bởi nhu cầu của quá trình, điều khiển áp suất trích hơi hoặc lưu lượng hơi sẵn có đi qua các phần hạ lưu. Cấu hình thiết bị cũng quan trọng không kém công suất định mức.

Các tài liệu đầu tiên cần xem xét là cân bằng nhiệt của tua-bin, đường cong hiệu suất, bản vẽ bố trí tổng thể, thuyết minh hệ thống điều khiển, bản đồ vận hành cho phép, bảng dữ liệu máy phát và mọi giới hạn của nhà sản xuất ban đầu. Nếu các hồ sơ này không đầy đủ, việc rà soát kỹ thuật nên tái lập chế độ vận hành từ các điều kiện hơi đo được và lịch sử kiểm tra hiện tại, thay vì dựa vào các giả định được đưa ra trong quá trình chạy thử.

Xác nhận đường dẫn hơi có đủ biên độ dự phòng

Công suất megawatt bổ sung đòi hỏi độ giảm entanpi hữu ích lớn hơn và trong hầu hết trường hợp là lưu lượng hơi cao hơn. Vì vậy, người vận hành cần so sánh điểm quá tải dự kiến với áp suất đầu vào định mức, nhiệt độ đầu vào, lưu lượng hơi chính, điều kiện tái nhiệt khi áp dụng và áp suất xả. Một tổ máy có thể đạt công suất cao hơn vào ngày lạnh khi áp suất đối áp bình ngưng thấp, trong khi yêu cầu tương tự có thể không phù hợp khi thời tiết nóng hoặc khi hiệu suất nước làm mát suy giảm.

Không nên coi áp suất đầu vào thuận lợi là nguồn dự phòng miễn phí. Lưu lượng hơi cao hơn làm thay đổi phân bố áp suất qua các tầng tua-bin và có thể làm tăng tải lên vòi phun, màng ngăn, cánh, phớt và các bộ phận chịu lực dọc trục. Đối với thiết kế phản lực, sự phân bố lại lưu lượng và ảnh hưởng của rò rỉ bên trong cũng cần được chú ý. Đối với thiết kế xung lực, điều tốc bằng vòi phun và kiểu cấp hơi có thể trở thành giới hạn thực tế. Giới hạn áp dụng được xác định bởi đường dẫn dòng chảy cụ thể, không chỉ bởi loại tua-bin.

Điều kiện xả thường bị đánh giá thấp. Trong vận hành ngưng hơi, áp suất đối áp quá cao làm giảm công suất và có thể tăng rủi ro liên quan đến độ ẩm tại phần áp suất thấp. Trong vận hành đối áp hoặc trích hơi-đối áp, hệ thống hơi tiếp nhận có thể đặt ra giới hạn cố định. Việc tăng tải tua-bin không được đẩy áp suất quá trình ra ngoài phạm vi cho phép hoặc làm ảnh hưởng đến các hộ dùng hơi hạ lưu.

Kiểm tra các giới hạn cơ khí, không chỉ hiệu suất nhiệt

Một tua-bin có thể có vẻ đủ khả năng nhiệt động để tạo thêm công suất trong khi biên độ cơ khí đã rất hẹp. Đánh giá cần xem xét nhiệt độ kim loại ổ trục, nhiệt độ dầu xả ổ trục, áp suất và nhiệt độ cấp dầu bôi trơn, độ lệch tâm trục, vị trí dọc trục, độ giãn nở chênh lệch giữa vỏ và rô-to, cũng như độ rung tại từng vị trí ổ trục được giám sát. Xu hướng có ích hơn các số đọc riêng lẻ. Mức rung vẫn chấp nhận được ở tải định mức nhưng tăng mạnh chỉ với một mức tăng tải nhỏ là dấu hiệu cảnh báo rằng điểm vận hành cần được điều tra.

Lực đẩy dọc trục đặc biệt quan trọng. Lưu lượng hơi cao hơn và sự thay đổi phân bố áp suất có thể làm thay đổi cân bằng lực đẩy trên rô-to. Ổ chặn có thể được bảo vệ bằng cảnh báo và ngắt, nhưng vận hành gần điểm cài đặt bảo vệ không phải là chiến lược quá tải đáng tin cậy. Nguyên tắc tương tự cũng áp dụng cho độ đồng tâm khớp nối, hiệu suất ổ trục máy phát và ứng xử của móng. Cần rà soát toàn bộ hệ trục đối với tổ máy tua-bin-máy phát.

Giãn nở nhiệt cần được chú ý tương đương khi quá tải diễn ra sau khi tăng tải nhanh. Nhiệt độ rô-to và vỏ không thay đổi với cùng tốc độ. Một tốc độ tăng tải có vẻ chấp nhận được về mặt điện có thể gây giãn nở chênh lệch hoặc nguy cơ cọ xát, đặc biệt sau khi khởi động, một giai đoạn tải thấp kéo dài hoặc thay đổi nhiệt độ hơi lớn. Vì vậy, tốc độ tăng tải cho phép trong quy trình vận hành cần được xem là một phần của khả năng quá tải.

Xác nhận đáp ứng của hệ thống điều tốc và bảo vệ

Khả năng quá tải chỉ hữu ích nếu hệ thống điều khiển có thể đạt và duy trì điểm yêu cầu mà không có chuyển động van không ổn định hoặc dao động áp suất quá mức. Hãy rà soát vị trí van điều tốc, hành trình van điều khiển, tình trạng hệ thống thủy lực hoặc điện-thủy lực, độ ổn định điều khiển tải, trạng thái bảo vệ quá tốc và mối quan hệ giữa điều khiển tua-bin với điều khiển lò hơi hoặc lò hơi thu hồi nhiệt.

Nếu các van điều khiển gần như đã mở hoàn toàn ở tải đỉnh bình thường, công suất tăng thêm có thể phụ thuộc vào điều kiện hơi thay vì thẩm quyền điều khiển. Hiện tượng van săn lùng lặp lại cũng có thể tạo ra tải nhiệt và cơ theo chu kỳ, ngay cả khi công suất megawatt trung bình có vẻ chấp nhận được. Đối với tổ máy trích hơi, hãy xác minh điều khiển áp suất trích hơi vẫn ổn định tại lưu lượng cao hơn được đề xuất. Mức tăng công suất điện tạm thời không đáng giá nếu nó làm mất ổn định cân bằng hơi của nhà máy.

Sử dụng thử nghiệm có kiểm soát thay vì một bước tăng lớn duy nhất

Khi tài liệu thiết kế cho thấy có thể có biên độ dự phòng, thử nghiệm theo từng giai đoạn thường cung cấp nhiều thông tin hơn so với việc tăng ngay lập tức vượt định mức. Thiết lập đường cơ sở ổn định tại tải bình thường tối đa hiện tại, sau đó tăng tải theo các mức có kiểm soát trong khi ghi lại các thông số liên quan về hơi, cơ khí, điện và bình ngưng. Duy trì từng mức đủ lâu để nhận biết các xu hướng nhiệt độ hoặc rung động đang phát triển. Kế hoạch thử nghiệm cần xác định trước các tiêu chí dừng, bao gồm rung động bất thường, dịch chuyển vị trí dọc trục, tăng nhiệt độ ổ trục, suy giảm áp suất xả, sai lệch đường ống góp quá trình hoặc mất ổn định điều khiển.

Mục đích không phải là chứng minh con số cao nhất có thể vào một ngày thuận lợi. Mục đích là thiết lập một giới hạn vận hành có thể lặp lại và có cơ sở xác đáng. Kết quả cuối cùng có thể được thể hiện dưới dạng giới hạn đỉnh trong thời gian ngắn, giới hạn theo mùa, giới hạn liên kết với áp suất bình ngưng hoặc giới hạn chỉ áp dụng khi nhu cầu trích hơi thấp hơn một mức xác định. Những nội dung này hữu ích hơn nhiều cho người vận hành so với một tuyên bố chung rằng máy “có khả năng quá tải”.

Không bỏ qua các hệ thống phụ trợ của nhà máy

Tua-bin hiếm khi là giới hạn duy nhất. Công suất đốt lò hơi, điều khiển nhiệt độ bộ quá nhiệt, lưu lượng nước cấp, độ sạch bình ngưng, nhiệt độ nước tuần hoàn, hiệu suất hệ thống chân không, công suất máy biến áp, làm mát máy phát, cài đặt thiết bị đóng cắt và các hạn chế vận hành liên quan đến phát thải đều có thể quyết định việc tăng công suất có thực tế hay không. Đối với các cơ sở sinh khối, đốt rác phát điện, nhiệt thải, chu trình hỗn hợp và sưởi ấm khu vực, lượng hơi sẵn có có thể thay đổi đáng kể theo chất lượng nhiên liệu, điều kiện quá trình hoặc nhu cầu nhiệt.

Khả năng của máy phát phải được kiểm tra độc lập. Công suất tác dụng tăng thêm có thể ảnh hưởng đến dòng điện stato, dòng điện rô-to, biên độ làm mát, điện áp đầu cực và nghĩa vụ công suất phản kháng. Tua-bin có thể tiếp nhận thêm hơi trong khi máy phát không thể mang tải điện tương ứng một cách an toàn dưới điều kiện môi trường tại nhà máy.

Khi nào rà soát kỹ thuật là bước tiếp theo phù hợp

Nên thực hiện rà soát chính thức khi nhà máy dự định vận hành quá tải thường xuyên, kéo dài thời gian vận hành, thay đổi điều kiện hơi, điều chỉnh chế độ trích hơi hoặc vận hành sau các sửa chữa lớn. Điều này cũng phù hợp khi dữ liệu lịch sử cho thấy độ rung tăng, độ chân không suy giảm, nhiệt độ ổ trục cao hơn hoặc có chênh lệch không giải thích được giữa công suất dự kiến và công suất thực tế.

Việc rà soát cần kết nối dữ liệu hiện trường hiện tại với thiết kế tua-bin ban đầu và tình trạng bảo dưỡng. Điều này đặc biệt có giá trị đối với các tổ máy cũ có chế độ vận hành đã thay đổi theo thời gian. SINO-QNP hỗ trợ các dự án máy tuabin thông qua thiết kế, sản xuất, điều phối EPC, cung cấp phụ tùng và hỗ trợ dịch vụ; dòngTua-bin hơi nước của hãng đáp ứng các nhiệm vụ dẫn động công nghiệp và phát điện trên dải công suất rộng, bao gồm các cấu hình ngưng hơi, trích hơi và đối áp. Tuy nhiên, đối với một tổ máy hiện có, câu hỏi liên quan vẫn rất cụ thể: máy này, trong hệ thống lắp đặt này, có thể vận hành an toàn ở mức nào vào hôm nay?

Một quyết định quá tải đáng tin cậy cần kết thúc bằng các giới hạn vận hành được lập thành văn bản, các điểm giám sát cần thiết, hành động ứng phó cảnh báo, thời gian cho phép và các điều kiện rõ ràng để hủy bỏ mức tải cao hơn. Cách tiếp cận đó bảo vệ tính sẵn sàng cũng như tuổi thọ thiết bị—và cung cấp cho người vận hành cơ sở thực tế để ứng phó khi yêu cầu tải đỉnh tiếp theo xuất hiện.