CSDL Ngành điện

Các giải pháp cải thiện hiệu suất bơm và kiểm soát lưu lượng trong nhà máy điện

20/10/2025 10:02 Số lượt xem: 9

Hệ thống bơm và van điều khiển giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể, giảm phát thải và nâng cao độ tin cậy vận hành (Ảnh st)

Các hệ thống bơm hiện đại và các van điều khiển chính xác đang cách mạng hóa cách các công trình phát điện quản lý các hệ thống chất lỏng quan trọng, giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể, giảm phát thải và nâng cao độ tin cậy vận hành.

Các hệ thống bơm và đường ống tạo thành mạng lưới tuần hoàn quan trọng của mọi công trình phát điện, âm thầm cho phép chuyển đổi các nguồn năng lượng khác nhau thành điện năng cấp điện cho thế giới hiện đại của chúng ta. Từ các hệ thống nước làm mát duy trì nhiệt độ vận hành tối ưu đến các máy bơm nước cấp cung cấp nước được xử lý chính xác cho các lò hơi và lò sinh hơi, các thành phần này đóng vai trò căn bản đối với hiệu suất, độ tin cậy và an toàn của nhà máy.

Mặc dù bảo trì phòng ngừa đóng vai trò nền tảng cho hoạt động bơm nước đáng tin cậy, các công trình phát điện có tư duy tiến bộ ngày càng tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất như một chiến lược song hành. Tùy thuộc vào loại công trình điện, các hệ thống bơm nhiều khi chiếm 25% hoặc nhiều hơn mức tiêu thụ điện tự dùng của một nhà máy điển hình. Do đó, ngay cả những cải thiện hiệu suất nhỏ cũng có thể mang lại các khoản tiết kiệm năng lượng đáng kể và cắt giảm chi phí vận hành theo thời gian.

Sự tập trung kép này vào độ tin cậy và hiệu suất đã châm ngòi cho sự cải tiến trong các công nghệ chẩn đoán và tối ưu hóa. Trong số những tiến bộ này, các công cụ nâng cao hiệu suất bơm chuyên dụng đã nổi lên như những tài sản mạnh mẽ cho các nhóm kỹ thuật. Các công cụ này kết hợp theo dõi tính năng theo thời gian thực với năng lực phân tích tối tân để nhận dạng những điểm hiệu suất thấp, tiên đoán các vấn đề tiềm ẩn và khuyến cáo các biện pháp tối ưu hóa chính xác.

Dịch vụ tối ưu hóa năng lượng máy bơm

Công ty Sulzer Services (Thụy Sĩ), nhà cung cấp các linh kiện cũng như các giải pháp bảo trì và sửa chữa máy bơm và các thiết bị khác trong nhà máy điện, gần đây đã ra mắt một giải pháp tối ưu hóa năng lượng máy bơm mới. Sulzer giới thiệu Dịch vụ Tối ưu hóa Năng lượng, một giải pháp tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải cacbon, hướng tới thiết lập tiêu chuẩn mới trong vận hành máy bơm ly tâm suốt vòng đời thiết bị. Dự kiến, dịch vụ này sẽ mang lại lợi ích thiết thực cho các ngành công nghiệp tiêu thụ nhiều năng lượng, trong đó có sản xuất điện.

Sulzer ra mắt dịch vụ này nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về hiệu suất năng lượng công nghiệp. Dịch vụ này kết hợp phân tích kỹ thuật số, học máy và theo dõi liên tục với nhiều thập kỷ kinh nghiệm kỹ thuật của công ty để "giảm phát thải cacbon, nâng cao độ tin cậy và cắt giảm chi phí năng lượng." Sulzer tuyên bố rằng hiệu suất của một số máy bơm có thể tăng tới 30% nhờ dịch vụ này.

Có bốn bước thực sự liên quan đến quy trình này. Trước tiên, cần tiến hành một cuộc kiểm toán năng lượng bơm ban đầu (Hình 1). Cuộc kiểm toán này cho phép nhận dạng các lĩnh vực kém hiệu quả. Máy tính độc quyền PumpWise của Sulzer phân tích năng lượng, cacbon và các khoản tiết kiệm tiền có thể đạt được.

Hình 1. Kiểm toán năng lượng máy bơm giúp các nhà quản lý nhà máy hiểu được tại sao các tài sản bơm của một công trình hiện vẫn đang hoạt động và nguyên nhân gốc rễ 1 của hiệu suất kém. (Ảnh st).

Sau đó nhóm kiểm toán soạn thảo đề xuất đã chỉnh sửa, trình bày một đề xuất phù hợp và một loạt các tùy chọn có thể triển khai. Mục tiêu của bước này là cung cấp các ý tưởng sẽ đảm bảo các máy bơm hoạt động ở các điểm hiệu suất cao nhất. Một số giải pháp cải tạo, nâng cấp kỹ thuật có thể áp dụng gồm xác định lại các thông số thủy lực, bổ sung lớp phủ chuyên dụng, hiệu chỉnh khe hở mài mòn và các biện pháp khác.

Mỗi tùy chọn đều cân nhắc chi phí vận hành, đầu tư, thời gian ngừng hoạt động, hoàn vốn và đảm bảo hiệu suất. Sau đó, nhóm cải tạo nâng cấp của Sulzer sẽ hỗ trợ triển khai các nâng cấp, công ty cho biết nhóm này đã thực hiện hơn 4.000 dự án cải tạo trên toàn cầu kể từ khi thành lập vào năm 2010. Theo báo cáo, một mạng lưới hơn 120 địa điểm dịch vụ trên toàn cầu đã hỗ trợ nhóm này.

Sau khi cải tạo nâng cấp, Sulzer đưa ra một thỏa thuận về tính năng để duy trì độ tin cậy và hiệu suất đã tối ưu hóa. Thỏa thuận này bao gồm quyền truy cập vào Blue Box, công nghệ học máy độc quyền của công ty được cho là biến dữ liệu tính năng máy bơm thành thông tin chi tiết có thể hành động.

Thiết kế van điều khiển sáng tạo

Mặc dù các công cụ tối ưu hóa hiệu suất máy bơm cung cấp thông tin chi tiết quan trọng đối với tính năng hệ thống, nhưng việc chuyển những thông tin chi tiết này thành thực tế vận hành đòi hỏi các cơ chế kiểm soát chính xác. Tại giao điểm của các hệ thống bơm và kiểm soát quy trình có một trong những thành phần quan trọng nhất trong bất kỳ công trình phát điện nào: Van điều khiển.

Van điều khiển đóng vai trò các phần tử điều khiển cuối cùng điều tiết các lưu lượng, áp suất và phân phối chất lưu trong toàn bộ nhà máy. Về bản chất, chúng là cánh tay điều hành của hệ thống điều khiển, chuyển đổi các tín hiệu điện thành các chuyển động cơ học chính xác tác động trực tiếp đến các biến quy trình. Ngay cả các hệ thống theo dõi tối tân nhất và các thuật toán hiệu quả nhất cũng không thể khắc phục được những hạn chế của tính năng van không tương xứng.

Sự phụ thuộc quan trọng này vào độ chính xác của van đã thúc đẩy cải tiến đáng kể trong thiết kế van điều khiển. Trong số những tiến bộ này, van điều khiển nối tiếp v-port là sự tiến hóa đáng kể trong công nghệ kiểm soát lưu lượng. Các van thế hệ mới khắc phục những hạn chế của thiết kế van truyền thống như điều tiết thiếu chính xác, nguy cơ xâm thực hay tính năng không ổn định trong các điều kiện vận hành khác nhau. Nhờ đó, chúng đạt được độ chính xác điều khiển cần thiết để khai thác trọn vẹn tiềm năng hiệu suất mà các công cụ chẩn đoán hiện đại chỉ ra.

Các hệ thống đường ống tích hợp Aalberts gần đây đã đưa vào áp dụng thêm một sản phẩm mới: van điều khiển dòng Apollo v-port (Hình 2). Van điều khiển dòng Apollo v-port có thiết kế để kiểm soát chính xác lưu lượng, độ bền lâu, độ tin cậy và tính linh hoạt trong một dải các ứng dụng và ngành công nghiệp, bao gồm cả sản xuất điện và năng lượng tái tạo. Các đặc tính chính của van dòng Apollo v-port bao gồm cấu trúc ba mảnh với các chốt kín để dễ bảo trì và sửa chữa, các tùy chọn cổng tiêu chuẩn và cổng đầy đủ để tạo sự linh hoạt và phần viền và phần cứng bằng thép không gỉ để chống ăn mòn.

Hình 2. Van bi Apollo v-port cho phép xử lý tốc độ chất lỏng cao và độ sụt áp lớn khi mở một phần. Việc lựa chọn một van bi v-port cho các hoạt động điều khiển có thể cho phép người dùng lựa chọn một van tiết kiệm chi phí hơn và có đường kính nhỏ hơn khi so sánh với việc sử dụng các van điều khiển truyền thống hơn (Ảnh st)

Bi đặc cân bằng áp suất làm giảm mô men xoắn vận hành và đảm bảo hoạt động trơn tru hơn, trong khi các gioăng xoắn ốc điều khiển nén nâng cao khả năng bịt kín và giảm rò rỉ. Trục van một mảnh vào từ đáy, có cơ cấu chống bung ra khi vận hành dưới áp suất cao tăng cường an toàn bằng cách ngăn ngừa van bị đẩy ra khi chịu áp suất, bi, trục và thân van được nối đất tĩnh giúp giảm rủi ro tích tụ tĩnh điện.

Hình 3. Đồ họa này hiển thị các biên dạng đường cong hệ số lưu lượng (Cv) cho các van điều khiển dòng Apollo 84B (thép cacbon) và 85B (thép không gỉ) trên toàn bộ phổ độ mở (Ảnh st)

Các kỹ sư phát triển hình dạng cổng chữ V của van Apollo dựa trên nghiên cứu động lực học chất lưu tính toán (CFD). Sau đó, chúng được xác thực bằng thử nghiệm để tạo ra các đường cong hệ số lưu lượng dòng chảy van (Cv) của từng kích cỡ và biên dạng van (Hình 3). Các biên dạng này đạt được một dải kiểm soát lưu lượng mong muốn và khả năng điều chỉnh vốn có. Các van này chia sẻ cùng một nền tảng với các van cổng đầy đủ và cổng tiêu chuẩn Apollo ban đầu, nhưng được cung cấp ở dạng Vs 30, 60 và 90 độ để kiểm soát lưu lượng theo tỷ lệ phần trăm bằng nhau và một phiên bản có khe để kiểm soát lưu lượng tuyến tính băng hẹp (Hình 4).

Hình 4. Có bốn tùy chọn bi cho van điều khiển: tùy chọn cổng 90 độ (-V9), cổng 60 độ (-V6) và cổng 30 độ (-V3), hoặc một khe 1/16 inch (-SX).

Theo Aalberts IPS, đối với lĩnh vực phát điện, dòng v-port được cho là vượt trội trong các ứng dụng như lọc tinh nước khử ion, nước cấp lò hơi và xử lý ngưng tụ. Các van này nâng cao hiệu suất của hệ thống và giảm các yêu cầu bảo trì, đảm bảo hoạt động lâu dài không bị gián đoạn.

Bảo trì vẫn là ưu tiên hàng đầu

Mặc dù có vai trò thiết yếu, người ta thường chỉ chú ý đến các máy bơm, van và hệ thống đường ống khi có vấn đề phát sinh. Tuy nhiên, hậu quả của sự cố ở các thành phần này có thể nghiêm trọng - từ giảm công suất phát điện và tổn thất hiệu suất đến hư hỏng thiết bị thảm khốc và mất điện ngoài kế hoạch gây tốn kém hàng triệu USD cho việc sửa chữa và mất doanh thu. Trong các thị trường năng lượng cạnh tranh, những gián đoạn như vậy có thể ảnh hưởng đáng kể đến kinh tế hoạt động cũng như khả năng đáp ứng nhu cầu lưới điện của một cơ sở.

Các chiến lược bảo trì phòng ngừa dùng cho các hệ thống sống còn này không chỉ là sự cần thiết trong hoạt động mà còn là khoản đầu tư chiến lược.

Khi các nhà máy điện phải đối mặt với áp lực ngày càng tăng để kéo dài tuổi thọ dịch vụ, trong khi vẫn duy trì độ tin cậy, các chương trình quản lý bơm, van và đường ống hiệu quả trở thành các yếu tố khác biệt trong vận hành xuất sắc. Các cơ sở thành công nhất đã nhận ra rằng các phương pháp tiếp cận bảo trì toàn diện - kết hợp theo dõi tình trạng, phân tích tiên đoán và nâng cấp thành phần chiến lược, mang lại lợi nhuận đáng kể thông qua việc nâng cao hiệu quả, kéo dài tuổi thọ thiết bị và giảm đáng kể thời gian ngừng hoạt động.