Chất lượng hơi, biến động tải và độ tin cậy trong vận hành tua-bin nhà máy lọc dầu

Trong quá trình vận hành hằng ngày tại nhà máy lọc dầu, sự cố của tuabin hơi hiếm khi chỉ xuất phát từ một nguyên nhân. Những gì người vận hành thường quan sát được là cả một chuỗi vấn đề: chất lượng hơi suy giảm, tải bắt đầu dao động, độ rung tăng dần, hiệu suất giảm và cuối cùng độ tin cậy bị ảnh hưởng. Nếu bạn đang vận hành một tuabin hơi tại nhà máy lọc dầu, nhiệm vụ thực tế là phát hiện sớm các mối liên hệ này, trước khi chúng dẫn đến việc dừng máy hoặc một đợt sửa chữa ngoài kế hoạch.

Hãy bắt đầu từ hơi, không phải từ máy

Khi người vận hành nói rằng tuabin đang “hoạt động bất thường”, câu hỏi đầu tiên nên rất đơn giản: chính xác thì thứ gì đang đi vào thân tuabin? Hơi ẩm, nước cuốn theo, chất rắn hoặc áp suất không ổn định đều có thể biểu hiện như một vấn đề của tuabin, ngay cả khi phần cứng vẫn còn ở trạng thái tốt.

• Kiểm tra các dấu hiệu nước ẩm cuốn theo sau những bất ổn của lò hơi, các giai đoạn chuyển tiếp khi khởi động hoặc những thay đổi đột ngột của quy trình. Nếu hiệu suất giảm và cặn bám trên đường đi của dòng hơi xuất hiện nhanh hơn bình thường, không nên mặc định rằng nguyên nhân chỉ là hao mòn bên trong.
• Theo dõi đồng thời độ ổn định của áp suất và nhiệt độ đầu vào. Một giá trị áp suất có vẻ chấp nhận được khi xem riêng lẻ vẫn có thể gây vấn đề nếu nhiệt độ đang dao động hoặc hệ thống điều khiển giảm quá nhiệt không ổn định.
• Xem xét thói quen xả nước trên đường ống hơi. Nước đọng tại các điểm thấp rồi di chuyển về phía hạ lưu trong quá trình thay đổi tải là nguyên nhân điển hình gây sốc nhiệt và ứng suất cơ học.
• Quan sát hoạt động của van trong những lần thay đổi tải nhỏ. Chuyển động bất thường của van điều khiển thường bắt nguồn từ điều kiện hơi hoặc sự mất ổn định của hệ thống điều khiển phía thượng lưu, chứ không chỉ do việc hiệu chỉnh bộ điều tốc.

Một thói quen hữu ích tại hiện trường là so sánh các triệu chứng của tuabin với những thay đổi đã xảy ra ở phía thượng lưu trong vài giờ trước đó. Trong các phân xưởng lọc dầu, những nhiễu loạn về hơi thường xuất hiện từ phía quy trình trước khi trở nên rõ ràng qua các cảnh báo của tuabin.

Hãy xem dao động tải vừa là nguyên nhân vừa là triệu chứng

Khi máy vẫn duy trì hoạt động, dao động tải rất dễ bị xem nhẹ. Đây là một sai lầm. Những dao động nhỏ lặp đi lặp lại có thể làm giảm tuổi thọ linh kiện từ lâu trước khi khiến tổ máy bị tác động dừng. Chúng cũng che giấu nguồn gốc thực sự của sự mất ổn định nếu người vận hành chỉ tập trung vào giá trị megawatt cuối cùng.

Cách kiểm tra tốt hơn là tách thành ba câu hỏi:

1. Tải thay đổi vì nhu cầu của quy trình đang thay đổi?
2. Tuabin không duy trì được mục tiêu ổn định trong điều kiện nhu cầu bình thường?
3. Hệ thống điều khiển đang tạo ra những chuyển động không cần thiết?

Đó là những vấn đề khác nhau và không thể được khắc phục theo cùng một cách. Nếu quy trình đang tạo ra sự biến động, mục tiêu vận hành có thể cần được xem xét lại. Nếu tuabin không thể duy trì ổn định khi nhu cầu ổn định, cần kiểm tra kỹ hơn phản ứng của bộ điều tốc, khả năng lặp lại vị trí van, tình trạng cơ cấu chấp hành và độ ổn định của hơi đầu vào.

Không nên tách độ tin cậy khỏi kỷ luật vận hành

Độ tin cậy dài hạn không chỉ phụ thuộc vào các đợt kiểm tra lớn và linh kiện thay thế. Trong điều kiện vận hành tại nhà máy lọc dầu, độ tin cậy được hình thành từ những lựa chọn vận hành lặp đi lặp lại: gia nhiệt tổ máy như thế nào, xử lý các đường xả ra sao, thay đổi tải mạnh đến mức nào và cảnh báo được xem là xu hướng hay chỉ là tiếng ồn nền.

Một số điểm kiểm tra quan trọng hơn nhiều so với điều mà mọi người thường thừa nhận:

• Tính nhất quán khi khởi động: nếu mỗi ca gia nhiệt tuabin theo một cách khác nhau, dữ liệu độ tin cậy sẽ khó được tin cậy. Cùng một loại máy, hành vi khởi động khác nhau, mức tiêu hao tuổi thọ cũng khác nhau.
• Diễn giải cảnh báo: một sai lệch nhiệt độ đơn lẻ có thể không đáng ngại; nhưng cùng sai lệch đó xuất hiện sau mỗi lần tăng tải lại là một xu hướng.
• Quản lý đường xả và hơi chèn: việc quản lý kém ở khu vực này có thể tạo ra những điều kiện sau đó bị nhầm là khuyết tật cơ khí.
• Đánh giá sau khi dừng máy: sau bất kỳ lần dừng cưỡng bức hoặc dừng bảo vệ nào, hãy so sánh bản ghi tác động dừng với các điều kiện của quy trình. Khởi động lại nhanh mà không thực hiện đánh giá này thường khiến cùng một sự kiện lặp lại.

Đây cũng là lúc thiết bị phụ trợ trở nên quan trọng. Trong các tổ máy tuabin-máy phát, người vận hành đôi khi chỉ tập trung vào động lực chính và quên mất phần điện cho đến khi nhiệt, ứng suất cách điện hoặc các vấn đề làm mát bắt đầu hạn chế khả năng sẵn sàng. Khi tổ máy có thiết bị Generator, việc kiểm tra thực tế là đối chiếu đặc tính phụ tải với cấu hình, phương pháp làm mát và dải công suất định mức của tổ máy, thay vì xem máy phát như một bộ phận gắn kèm thụ động. Trong các hệ thống phát điện chu trình hỗn hợp hoặc phát điện sạch hiệu suất cao, sự phù hợp này càng trở nên quan trọng trong quá trình dao động tải.

Nhận biết những lỗi thường gặp của người vận hành

Phần lớn các vấn đề lặp lại ở tuabin hơi của nhà máy lọc dầu không hề bí ẩn. Đó là những vấn đề quen thuộc nhưng đã bị chấp nhận quá lâu vì tổ máy vẫn tiếp tục hoạt động.

• Cho rằng công suất đầu ra ổn định đồng nghĩa với điều kiện hơi tốt. Điều đó không đúng. Máy vẫn có thể duy trì công suất trong khi hư hỏng bên trong đang phát triển.
• Chỉ xử lý độ rung mà không kiểm tra các sự kiện về hơi gần đây. Cặn bám, hơi ẩm và các điều kiện nhiệt không đồng đều có thể khiến nhóm xử lý sự cố tiến hành cân bằng quá sớm.
• Thực hiện nhiều lần điều chỉnh điều khiển mà không ghi lại bối cảnh vận hành. Nếu không ai ghi nhận điều kiện đầu vào, nhu cầu hơi trích và vị trí van tại thời điểm điều chỉnh, ca tiếp theo lại bắt đầu dựa trên phỏng đoán.
• Bỏ qua tình trạng van mất ổn định nhẹ vì sản lượng vẫn được đáp ứng. Hiện tượng dao động nhỏ thường là cảnh báo dễ nhận thấy đầu tiên về một vấn đề lớn hơn ở hệ thống điều khiển hoặc đường ống góp hơi.

Những gì cần xem xét khi độ tin cậy bắt đầu suy giảm

Nếu tuabin vẫn đang hoạt động nhưng hiệu suất có vẻ kém ổn định hơn so với sáu tháng trước, hãy xem xét hồ sơ vận hành theo thứ tự sau:

1. Thay đổi nguồn hơi: tình trạng lò hơi, cân bằng hơi của quy trình, hoạt động giảm quá nhiệt, nguy cơ nhiễm bẩn.
2. Thay đổi đặc tính tải: chu kỳ vận hành nhiều hơn, giảm tải sâu hơn, tăng giảm tải nhanh hơn, nhu cầu hơi trích mới.
3. Khả năng lặp lại của hệ thống điều khiển: phản ứng của van, độ trôi của cơ cấu chấp hành, nhiễu tín hiệu, can thiệp thủ công không rõ nguyên nhân.
4. Bằng chứng cơ khí: xu hướng độ rung, dạng biến thiên nhiệt độ kim loại ổ trục, tình trạng phớt, phát hiện cặn bám trong các đợt dừng máy.
5. Mức độ phù hợp của thiết bị phụ trợ: tình trạng dầu bôi trơn, hiệu suất làm mát và, khi áp dụng, công suất định mức cùng phương án làm mát phía máy phát. Đối với các tổ máy được lựa chọn trong dải rộng như 1.5 MW đến 400MW, với thiết kế hai cực hoặc bốn cực và các phương án làm mát từ làm mát bằng không khí đến làm mát bằng nước-hydro-hydro, việc kiểm tra vận hành phải tuân theo tài liệu thiết bị thực tế và dữ liệu trên nhãn máy, không dựa trên một danh mục kiểm tra tuabin chung chung.

Khi thiết bị hỗ trợ tuân theo các tiêu chuẩn như IEC60034-3 hoặc GB/T7064 của Trung Quốc, người vận hành nên sử dụng các tài liệu tham chiếu này cùng với hồ sơ kỹ thuật của nhà sản xuất khi kiểm tra giới hạn vận hành cho phép, ảnh hưởng của cấp cách điện và các yêu cầu của hệ thống làm mát. Điều đó quan trọng hơn nhiều so với việc chỉ dựa vào thói quen.

Trình tự hành động khả thi trong ca vận hành

Khi một tuabin hơi tại nhà máy lọc dầu bắt đầu có biểu hiện hoạt động không ổn định, trình tự hữu ích nhất khá rõ ràng: xác minh điều kiện hơi đầu vào, so sánh đặc tính tải với nhu cầu của quy trình, kiểm tra phản ứng của van điều khiển, sau đó xem xét các chỉ báo cơ khí. Trình tự này giúp tiết kiệm thời gian vì không để đội ngũ vội hình dung việc mở máy trước khi xác nhận rằng hơi và hệ thống điều khiển đang hoạt động đúng.

Nếu cần ghi nhớ một quy tắc vận hành, hãy sử dụng quy tắc này: không đánh giá tình trạng tuabin chỉ dựa trên công suất đầu ra. Hãy đánh giá dựa trên mối quan hệ giữa chất lượng hơi, phản ứng của tải và xu hướng của các tín hiệu độ tin cậy. Đó là nơi các hư hỏng ban đầu thường phát ra cảnh báo.