Điều gì xảy ra khi nhu cầu hơi công nghệ thay đổi trên tua-bin hơi trích hơi

Sự thay đổi nhu cầu hơi công nghệ không chỉ giới hạn tại điểm trích hơi. Trên một tuabin hơi trích hơi, nó làm thay đổi sự cân bằng giữa lượng hơi cấp cho công nghệ, lượng hơi giãn nở qua các tầng tuabin áp suất thấp hơn, và công suất điện hoặc cơ năng do trục cung cấp. Nhu cầu công nghệ tăng đột ngột có thể làm giảm lượng hơi sẵn có để tiếp tục giãn nở, trong khi việc giảm nhanh có thể làm tăng áp suất trích hơi nếu hệ thống điều khiển không đáp ứng đúng.

Đối với người vận hành, ưu tiên trước mắt không chỉ là đáp ứng lưu lượng công nghệ được yêu cầu. Tuabin phải duy trì áp suất trích hơi trong phạm vi yêu cầu của công nghệ, tránh hoạt động điều tốc không ổn định, duy trì điều kiện bình ngưng chấp nhận được và giữ máy trong giới hạn vận hành đã phê duyệt. Biện pháp đáp ứng phù hợp phụ thuộc vào việc tuabin đang vận hành ở chế độ điều khiển áp suất trích hơi, điều khiển tải, điều khiển áp suất đầu vào hay chế độ phối hợp.

Cân bằng lưu lượng cơ bản thay đổi theo nhu cầu công nghệ

Tuabin trích hơi nhận hơi áp suất cao tại đầu vào, cho một phần hơi giãn nở qua các tầng đầu tiên và lấy ra một lượng được kiểm soát tại áp suất trung gian để sử dụng cho công nghệ. Lượng hơi còn lại tiếp tục đi qua các tầng sau về phía cửa xả hoặc bình ngưng. Khi nhu cầu hơi công nghệ thay đổi, tỷ lệ phân chia giữa hơi trích và hơi xả cũng thay đổi.

Khi nhu cầu công nghệ tăng, van điều khiển trích hơi thường mở thêm để cấp nhiều hơi hơn. Nếu lưu lượng hơi đầu vào không đổi, sẽ có ít hơi hơn tiếp tục đi qua các tầng áp suất thấp. Do đó, công suất trục có thể giảm, đặc biệt ở tổ máy trích hơi ngưng tụ, nơi lượng hơi còn lại lẽ ra sẽ tạo thêm công trong quá trình giãn nở. Nếu tuabin được yêu cầu duy trì công suất máy phát, bộ điều tốc có thể tăng lưu lượng hơi đầu vào để bù lại.

Khi nhu cầu công nghệ giảm, van trích hơi đóng lại để hạn chế lưu lượng công nghệ. Khi đó, nhiều hơi hơn có xu hướng tiếp tục đi đến các tầng tuabin phía hạ lưu. Tùy thuộc vào phương án điều tốc, điều này có thể làm tăng công suất đầu ra, giảm áp suất trích hơi hoặc cả hai. Việc loại bỏ tải công nghệ nhanh có thể đặc biệt khắt khe vì phía công nghệ ngừng nhận hơi trước khi tuabin và bộ điều tốc ổn định hoàn toàn.

Những gì người vận hành có thể quan sát khi nhu cầu tăng

Việc tăng dần mức sử dụng hơi công nghệ thường có thể kiểm soát được khi bộ điều khiển áp suất trích hơi, bộ điều tốc đầu vào và hệ thống điều khiển áp suất công nghệ đều được hiệu chỉnh đúng. Mô hình vận hành thường gặp là van trích hơi mở ra, lưu lượng trích tăng, vị trí van đầu vào thay đổi và tải tuabin dịch chuyển.

Kết quả chính xác phụ thuộc vào triết lý điều khiển của tuabin:

• Duy trì áp suất trích hơi, cho phép tải tuabin thay đổi: tuabin cấp thêm hơi công nghệ và công suất trục có thể giảm do ít hơi đi tới các tầng sau hơn.
• Duy trì tải máy phát, duy trì áp suất trích hơi: lưu lượng hơi đầu vào thường phải tăng để đáp ứng cả nhu cầu công nghệ và nhu cầu công suất.
• Lưu lượng hơi đầu vào bị giới hạn: nhu cầu hơi công nghệ có thể không được đáp ứng đầy đủ. Áp suất trích hơi có thể giảm, và đường ống góp công nghệ có thể cần được hỗ trợ từ trạm giảm áp hoặc một nguồn hơi khác.

Áp suất trích hơi thấp thường là dấu hiệu dễ nhận thấy đầu tiên khi nhu cầu công nghệ tăng nhanh hơn khả năng nhận và phân phối thêm hơi của tuabin. Không nên cho rằng chỉ riêng van trích hơi là nguyên nhân. Van có thể đã gần đạt giới hạn hành trình, các van điều tốc đầu vào có thể bị hạn chế, áp suất lò hơi có thể đang giảm hoặc đường ống góp công nghệ có thể tiêu thụ hơi nhanh hơn so với chỉ thị của phép đo lưu lượng trích hơi.

Vì sao công suất đầu ra thường giảm

Hơi được trích tại áp suất trung gian chưa hoàn tất quá trình giãn nở khả dụng qua tuabin. Tỷ lệ hơi rời đi tại điểm trích càng lớn thì lưu lượng khối lượng qua cánh động phía hạ lưu càng ít. Sự giảm lưu lượng qua tầng áp suất thấp làm giảm công sinh ra tại các tầng đó. Đây là hiệu ứng nhiệt động lực học bình thường, không tự động là dấu hiệu cho thấy hiệu suất tuabin kém.

Vấn đề phát sinh khi đội ngũ vận hành coi mọi sự giảm công suất là lỗi bộ điều tốc và ép tăng lưu lượng đầu vào mà không kiểm tra điều kiện hơi và các giới hạn vận hành. Lưu lượng đầu vào lớn hơn có thể khôi phục tải, nhưng cũng có thể đẩy lưu lượng trích hơi, lưu lượng xả, hành trình van hoặc nhu cầu lò hơi vượt quá phạm vi dự kiến. Tuabin nên được vận hành theo biểu đồ trích hơi và tải đã phê duyệt thay vì chỉ dựa trên một thông số đơn lẻ.

Giảm nhu cầu công nghệ có thể tạo ra nhiễu động áp suất nhanh hơn

Khi một hộ tiêu thụ công nghệ đột ngột đóng một thiết bị tiêu thụ hơi lớn, áp suất đường ống góp trích hơi có thể tăng nhanh. Van trích hơi phải đóng để đáp ứng, trong khi bộ điều tốc điều chỉnh lưu lượng hơi đầu vào theo yêu cầu của chế độ điều khiển tải hoặc áp suất đã chọn. Trước khi phản ứng đó hoàn tất, tuabin có thể gặp sự phân phối lại lưu lượng tạm thời về phía đầu xả.

Trên máy trích hơi ngưng tụ, lưu lượng hơi xả cao hơn có thể ảnh hưởng đến áp suất bình ngưng và điều kiện giếng nóng. Độ chân không suy giảm làm giảm tỷ số giãn nở của tuabin và có thể kích hoạt giới hạn tải hoặc tác động bảo vệ. Với bố trí áp suất ngược, áp suất hệ thống hơi phía hạ lưu có thể tăng thay vào đó, vì vậy đường ống góp nhận hơi và các van điều khiển liên quan cũng quan trọng không kém bản thân tuabin.

Theo dõi sự kết hợp giữa áp suất trích hơi tăng nhanh, vị trí van thay đổi, tải máy phát dịch chuyển, áp suất xả thay đổi và áp suất đường ống góp công nghệ dao động. Các biến số này cung cấp nhiều thông tin hơn bất kỳ cảnh báo đơn lẻ nào. Ví dụ, áp suất trích hơi tăng trong khi van trích hơi gần đóng hoàn toàn có thể cho thấy vấn đề cô lập ở phía công nghệ hoặc van điều khiển áp suất bị rò qua. Áp suất tăng khi van trích hơi vẫn mở có thể cho thấy sự cố tín hiệu điều khiển, đáp ứng van kém hoặc phản hồi áp suất không chính xác.

Phân biệt mất cân bằng hơi thực tế với sự cố thiết bị đo

Không phải mọi thay đổi nhu cầu biểu kiến đều là một sự kiện công nghệ thực sự. Bộ truyền áp suất trích hơi, phần tử đo lưu lượng, phản hồi vị trí van và tín hiệu tải đều có thể đưa ra thông tin gây hiểu lầm. Trước khi thực hiện điều chỉnh thủ công lớn, hãy so sánh xu hướng trên phòng điều khiển với các chỉ thị độc lập nếu có.

Hiện tượng kẹt van cần được chú ý vì nó có thể trông giống như một quá trình không ổn định. Bộ điều khiển gửi các hiệu chỉnh nhỏ, nhưng van trích hơi không di chuyển cho đến khi lực đủ lớn để thắng ma sát. Khi đó áp suất vượt quá giá trị đặt, bộ điều khiển đảo chiều và chu kỳ lặp lại. Xu hướng cho thấy lệnh van trơn tru nhưng phản hồi vị trí theo bậc hoặc bị trễ là một dấu hiệu cảnh báo hữu ích.

Tương tác điều khiển có thể khiến một thay đổi nhỏ trở nên không ổn định

Tuabin trích hơi thường có nhiều vòng điều khiển tác động lên các biến liên quan. Bộ điều khiển áp suất trích hơi có thể điều tiết van trích hơi, trong khi bộ điều tốc điều khiển tốc độ hoặc tải máy phát thông qua các van đầu vào. Bộ điều khiển chính lò hơi, bộ điều khiển áp suất đường ống góp, trạm bypass hoặc van hơi cấp từ bên ngoài cũng có thể phản ứng với cùng một nhiễu động áp suất. Phối hợp kém có thể dẫn đến các tác động đối nghịch.

Ví dụ, áp suất đường ống góp công nghệ giảm có thể khiến tuabin trích hơi tăng lưu lượng trích trong khi một trạm giảm áp cũng mở cùng lúc. Nếu cả hai hệ thống phản ứng quá mức, áp suất đường ống góp có thể vượt quá giá trị đặt. Sau đó tuabin giảm lưu lượng trích, trạm giảm áp đóng lại và áp suất có thể giảm trở lại. Vấn đề không phải lúc nào cũng là một bộ phận bị hỏng; vùng chết, tốc độ đáp ứng, giá trị đặt áp suất và hiệu chỉnh bộ điều khiển có thể đơn giản là không phù hợp với nhau.

Trong quá trình vận hành ổn định, theo dõi xu hướng áp suất đường ống góp công nghệ, áp suất trích hơi, lệnh và phản hồi van trích hơi, vị trí bộ điều tốc đầu vào, áp suất và nhiệt độ hơi chính, tải tuabin, áp suất xả và độ chân không bình ngưng nếu có áp dụng. Một biểu đồ xu hướng ngắn, được ghi nhận đúng thời điểm quanh nhiễu động sẽ hữu ích hơn việc xem xét các giá trị riêng lẻ sau khi hệ thống đã phục hồi.

Phản ứng của người vận hành khi nhu cầu hơi thay đổi

Các thao tác van thủ công lớn có thể tạo ra nhiễu động thứ hai trong khi các điều khiển tự động đang phản ứng. Trừ khi quy trình tại nhà máy yêu cầu can thiệp thủ công, trước tiên hãy để chế độ điều khiển được chỉ định hoạt động và xác minh rằng phản ứng đang diễn ra theo hướng dự kiến. Sau đó xác định xem máy đã đạt giới hạn hay các điều khiển không theo kịp nhu cầu.

1. Xác nhận liệu áp suất đường ống góp công nghệ có thực sự thay đổi hay không và thay đổi nhu cầu là từ từ hay đột ngột.
2. Kiểm tra chế độ điều khiển và các giá trị đặt đang hoạt động. Tuabin ở chế độ điều khiển tải sẽ phản ứng khác với tuabin ở chế độ điều khiển áp suất trích hơi.
3. So sánh yêu cầu van trích hơi với vị trí thực tế. Sự không khớp có thể cho thấy vấn đề về bộ chấp hành, bộ định vị, nguồn khí hoặc hành trình cơ khí.
4. Kiểm tra áp suất và nhiệt độ hơi đầu vào sẵn có. Điều kiện đầu vào không đủ có thể ngăn tuabin duy trì đồng thời lưu lượng công nghệ và công suất.
5. Xem xét điều kiện xả hoặc bình ngưng trước khi tăng đáng kể lượng hơi đầu vào. Sự hạn chế phía hạ lưu có thể giới hạn vận hành an toàn.
6. Xác minh thiết bị hỗ trợ của hệ thống hơi, bao gồm van bypass và trạm giảm áp, để nhiều bộ điều khiển không điều khiển đường ống góp theo các hướng đối nghịch.

Trong các bố trí nhà máy có dẫn động máy nén, thay đổi công suất tuabin cũng có thể ảnh hưởng đến thiết bị quay được kết nối. Một cụm máy nén có thể có các hệ thống điều khiển chống surge, giới hạn tải hoặc ràng buộc công nghệ riêng. Sự phối hợp giữa thay đổi tải tuabin và hệ thống điều khiển của máy được dẫn động giúp tránh xem nhiễu động phía hơi và phản ứng phía nén là các sự kiện không liên quan. Đối với các ứng dụng máy động lực tích hợp, một tổ máy Máy nén và giao diện điều khiển được phối hợp phù hợp có thể giúp quản lý các tương tác vận hành này dễ dàng hơn, nhưng cân bằng hơi và logic bảo vệ vẫn cần được xác nhận cho lắp đặt thực tế.

Giới hạn vận hành cần định hướng quyết định cuối cùng

Một tuabin hơi trích hơi không thể cấp lượng hơi công nghệ không giới hạn ở mọi mức tải điện. Phạm vi vận hành cho phép của nó được xác định bởi điều kiện hơi đầu vào, áp suất trích hơi, áp suất xả, yêu cầu lưu lượng qua đường dẫn cánh, công suất van, nhu cầu của máy phát hoặc thiết bị được dẫn động và các cài đặt bảo vệ cơ khí. Vận hành lưu lượng thấp qua một số phần tuabin, áp suất xả quá cao, điều kiện độ ẩm cao hoặc giãn nở chênh lệch bất thường có thể hạn chế khả năng đáp ứng ngay cả khi công nghệ yêu cầu nhiều hơi hơn.

Khi không thể duy trì áp suất trích hơi, biện pháp phù hợp có thể là giảm nhu cầu công nghệ, đưa nguồn hơi phụ vào vận hành, điều chỉnh bố trí bypass hoặc sửa đổi mục tiêu tải tuabin trong giới hạn đã phê duyệt. Khi áp suất tăng sau khi nhu cầu giảm, hãy xác nhận rằng lượng hơi dư có đường đi được kiểm soát và tuabin không bị ép vào điều kiện tải thấp hoặc lưu lượng xả cao không ổn định.

Thói quen vận hành then chốt là xem áp suất trích hơi, lưu lượng đầu vào, tải trục và điều kiện xả như một hệ thống liên kết. Một thay đổi nhu cầu chỉ được xử lý thành công khi công nghệ nhận được hơi ổn định và tuabin ổn định tại một điểm an toàn, có thể điều khiển được, thay vì chỉ đạt áp suất yêu cầu trong vài thời điểm.