Tại sao hiệu suất tua-bin hơi giảm: Nguyên nhân phổ biến và giải pháp thực tế

Khi hiệu suất bắt đầu giảm, đội ngũ bảo trì nên kiểm tra điều gì trước tiên?

Khi tua-bin hơi nước bị giảm hiệu suất, vấn đề hiếm khi chỉ xảy ra riêng lẻ. Tải có thể vẫn được duy trì trong một thời gian, nhưng suất tiêu hao nhiệt, mức tiêu thụ hơi nước, nguy cơ rung động và chi phí bảo trì thường bắt đầu đồng thời diễn biến theo chiều hướng xấu. Đối với các đội ngũ bảo trì sau bán hàng, cách nhanh nhất để thu hẹp nguyên nhân là so sánh dữ liệu vận hành hiện tại với đường cơ sở bình thường của thiết bị, thay vì lần lượt xử lý từng cảnh báo.

Hãy bắt đầu từ những yếu tố cơ bản: áp suất và nhiệt độ hơi vào, áp suất xả, công suất đầu ra, các điều kiện trích hơi nếu có sử dụng, tình trạng làm kín của gland, nhiệt độ ổ trục, xu hướng rung động và vị trí van. Hiệu suất giảm thường bắt nguồn từ sự không phù hợp giữa điều kiện hơi nước và điểm thiết kế của tua-bin, rò rỉ bên trong, cáu bẩn hoặc hao mòn cơ khí. Nếu các giá trị này thay đổi từ từ, hãy nghĩ đến quá trình suy giảm. Nếu chúng thay đổi đột ngột, hãy nghĩ đến sự cố bất thường, rò rỉ hoặc lỗi thiết bị đo.

Chất lượng hơi nước kém có thực sự gây ra mức suy giảm hiệu suất đáng kể không?

Có, và đây là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất. Hơi ẩm, tổn thất quá nhiệt hoặc tạp chất làm giảm năng lượng thực sự có thể cung cấp cho các cánh tua-bin. Chúng cũng gây ra các hư hỏng thứ cấp. Độ ẩm thúc đẩy hiện tượng xói mòn ở các tầng cuối, trong khi chất rắn bị cuốn theo hơi nước có thể lắng đọng trên vòi phun và cánh tua-bin, làm thay đổi tiết diện dòng chảy và giảm hiệu suất ngay cả trước khi xuất hiện hư hỏng rõ ràng.

Đối với các đội ngũ bảo trì, việc kiểm tra thực tế không chỉ là “Hơi nước có đạt thông số không?” mà còn là “Điều kiện hơi nước có lệch khỏi điều kiện mà máy được hiệu chỉnh để vận hành hay không?”. Tua-bin có thể tiếp tục vận hành với hơi nước ngoài thiết kế, nhưng sẽ hoạt động kém hiệu quả hơn và chịu ứng suất bên trong lớn hơn. Nếu thiết bị phục vụ phát điện sinh khối, tận dụng nhiệt thải hoặc cung cấp nhiệt, chất lượng hơi nước có thể biến động nhiều hơn so với dự đoán của người vận hành, vì vậy việc xem xét xu hướng là rất quan trọng.

Cặn bám và xói mòn cánh tua-bin biểu hiện như thế nào trong vận hành thực tế?

Thông thường, chúng biểu hiện qua việc công suất giảm từ từ hoặc cần nhiều hơi nước hơn để duy trì cùng một mức tải. Cặn bám làm thu hẹp các đường passage và cản trở quá trình giãn nở của hơi nước. Xói mòn gây ra tác động ngược lại theo một cơ chế khác: làm hỏng biên dạng cánh, giảm hiệu suất khí động học và có thể làm mất cân bằng giữa các tầng. Cả hai vấn đề không phải lúc nào cũng tạo ra tình trạng phải dừng máy ngay lập tức, đó là lý do chúng thường bị bỏ sót ở giai đoạn đầu.

Các dấu hiệu điển hình tại hiện trường bao gồm:

• Suất tiêu thụ hơi nước cao hơn ở cùng công suất đầu ra
• Mô hình áp suất giữa các tầng lệch khỏi các giá trị lịch sử
• Độ rung tăng dần sau thời gian vận hành dài
• Khả năng đáp ứng giảm trong quá trình thay đổi tải

Nếu có cửa sổ kiểm tra, hãy tìm dấu hiệu cáu cặn, mép cánh bị nhám hoặc vết xói mòn do nước ở phần hạ áp. Chờ đến kỳ đại tu mới xác nhận những gì dữ liệu xu hướng đã chỉ ra thường khiến tổn thất hiệu suất do việc kiểm tra chậm trễ cao hơn chi phí của chính việc kiểm tra.

Còn phớt và khe hở thì sao? Chúng có thực sự quan trọng đến vậy không?

Rất quan trọng. Rò rỉ bên trong qua phớt gland, phớt labyrinth và khe hở giữa các tầng tăng lên có thể âm thầm làm giảm hiệu suất của một thiết bị có vẻ vẫn hoạt động tốt. Tua-bin vẫn có thể vận hành êm, nhưng lượng hơi nước hữu ích đang đi tắt qua đường dòng cánh thay vì sinh công.

Điều này đặc biệt đáng lưu ý đối với các thiết bị đã trải qua nhiều lần khởi động, chu kỳ nhiệt hoặc hiện tượng biến dạng rô-to và vỏ máy. Khe hở tăng không phải lúc nào cũng nghiêm trọng đến mức kích hoạt cảnh báo cơ khí. Dấu hiệu đầu tiên thường là suất tiêu hao nhiệt kém hơn hoặc biên độ công suất thấp hơn. Nếu điều kiện xả, điều kiện hơi vào và nhu cầu tải đều có vẻ bình thường nhưng hiệu suất vẫn tiếp tục giảm, cần đưa khả năng rò rỉ lên nhóm nguyên nhân ưu tiên hàng đầu.

Bình ngưng hoặc phía áp suất ngược có thể mới là nguyên nhân thực sự không?

Hoàn toàn có thể. Nhiều đội ngũ thường tập trung trước tiên vào các bộ phận bên trong tua-bin, nhưng chân không kém hoặc áp suất ngược tăng có thể nhanh chóng làm giảm hiệu suất, đặc biệt ở các thiết bị ngưng hơi. Nếu bình ngưng bị cáu bẩn, không khí lọt vào nhiều hơn hoặc hiệu suất làm mát giảm, phần xả của tua-bin sẽ mất đi lợi thế giãn nở. Khi đó, máy cần nhiều hơi nước hơn để tạo ra cùng một công suất.

Hãy kiểm tra xu hướng chân không của bình ngưng, mức tăng nhiệt độ nước làm mát, hiệu suất loại bỏ không khí và bất kỳ dấu hiệu rò rỉ nào ở phía chân không. Đối với dịch vụ áp suất ngược hoặc trích hơi - áp suất ngược, hãy xem xét liệu nhu cầu quy trình phía sau có làm thay đổi điểm vận hành hay không. Một tua-bin có thể hoàn toàn ổn định về cơ khí nhưng vẫn có vẻ kém hiệu quả vì hệ thống xung quanh không còn cung cấp các điều kiện giống như trước.

Làm thế nào để phân biệt vấn đề thiết bị đo với tình trạng hiệu suất thực sự giảm?

Hãy tìm sự không nhất quán giữa các phép đo có liên quan. Hiệu suất thực sự giảm thường để lại một mô hình rõ ràng: mức tiêu thụ hơi nước cao hơn, điều kiện giữa các tầng thay đổi, hiệu suất phía xả biến đổi hoặc nhu cầu van thay đổi. Một bộ truyền tín hiệu bị lỗi thường tạo ra một giá trị bất thường đơn lẻ, không phù hợp với diễn biến của quy trình xung quanh.

Kiểm tra nhanh tính hợp lý của dữ liệu giúp tiết kiệm thời gian. Các đội ngũ bảo trì mất rất nhiều giờ khi tháo mở phần cứng trước khi xác nhận rằng các phép đo có đáng tin cậy hay không.

Những biện pháp khắc phục nào thường mang lại hiệu quả nhanh nhất mà không cần chờ đại tu lớn?

Hiệu quả cải thiện trong ngắn hạn thường đến từ việc điều chỉnh vận hành và làm sạch hệ thống. Các biện pháp có thể bao gồm khôi phục điều kiện hơi nước, sửa chữa van bị rò rỉ, cải thiện độ kín của gland, vệ sinh bề mặt bình ngưng, khắc phục vấn đề chân không và xác minh các cài đặt trích hơi. Nếu máy vận hành lệch thiết kế vì lý do quy trình, chỉ một điều chỉnh nhỏ tại điểm tải cũng có thể khôi phục hiệu suất đáng kể.

Đối với tổn thất liên quan đến phần cứng, biện pháp khắc phục thực tế phụ thuộc vào những gì được xác nhận trong quá trình kiểm tra: vệ sinh cánh, thay phớt, khôi phục khe hở, sửa chữa van hoặc bảo trì đường dòng rô-to. Điều quan trọng là phải lựa chọn biện pháp phù hợp với cơ chế gây tổn thất. Vệ sinh không thể giải quyết rò rỉ, và công việc liên quan đến phớt không thể khôi phục công suất bị mất do xói mòn nghiêm trọng.

Khi nào nên xem xét lại loại hoặc cấu hình tua-bin thay vì chỉ sửa chữa các bộ phận?

Nếu thiết bị thường xuyên vận hành cách xa chế độ làm việc ban đầu, vấn đề có thể là sự không phù hợp với ứng dụng thay vì chỉ do hao mòn. Tình trạng này thường xuất hiện tại các nhà máy có cân bằng nhiệt thay đổi, nhu cầu trích hơi biến động hoặc chế độ vận hành theo mùa. Trong những trường hợp đó, dữ liệu bảo trì có thể giúp xác định liệu cấu hình hiện tại còn phù hợp với quy trình hay không.

Đó là lúc cần đánh giá thiết bị ở phạm vi rộng hơn. SINO-QNP cung cấp các giải pháp Steam Turbine cho truyền động công nghiệp, chu trình hỗn hợp, phát điện nhiệt, tận dụng nhiệt thải và cung cấp nhiệt, bao gồm các thiết kế kiểu xung lực và kiểu phản lực. Tùy theo nhu cầu của quy trình, các cấu hình ngưng hơi, trích hơi - ngưng hơi, áp suất ngược hoặc trích hơi - áp suất ngược có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của thiết bị trong điều kiện vận hành thực tế, chứ không chỉ trên giấy tờ.

Những sai lầm nào khiến vấn đề hiệu suất trở nên nghiêm trọng hơn trong quá trình xử lý sự cố?

Có ba sai lầm thường gặp. Một là chỉ tập trung vào tua-bin mà bỏ qua nguồn hơi hoặc bình ngưng. Hai là so sánh các chỉ số hiện tại với dữ liệu thiết kế mà không kiểm tra xem máy có đang vận hành tại cùng điểm làm việc hay không. Ba là coi mọi tổn thất hiệu suất đều là vấn đề bảo trì trong khi điều kiện quy trình mới thực sự là nguyên nhân.

Cách tiếp cận đáng tin cậy hơn là thực hiện theo trình tự: xác nhận thiết bị đo, kiểm tra điều kiện hơi vào và hơi xả, so sánh dữ liệu xu hướng với một giai đoạn được xác định là vận hành tốt, sau đó kiểm tra rò rỉ, cặn bám, xói mòn hoặc thay đổi cơ khí. Đối với các thiết bị lớn, đặc biệt trong dải công suất từ 3 MW đến 300 MW hoặc dải rộng hơn từ 0.5 MW đến 400 MW được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, trình tự này giúp giảm việc tháo dỡ không cần thiết và hỗ trợ đội ngũ xác định đúng phạm vi khắc phục.

Nếu cần một nguyên tắc để giữ cho quá trình chẩn đoán đi đúng hướng, hãy ghi nhớ điều này: không đánh giá tua-bin hơi nước chỉ dựa trên công suất đầu ra. Hãy đánh giá dựa trên công suất đầu ra, điều kiện hơi nước, hiệu suất phía xả và mức độ điểm vận hành hiện tại đã lệch khỏi mô hình bình thường của máy. Đây thường là nơi câu trả lời thực sự xuất hiện đầu tiên.