CSDL Ngành điện

Hướng dẫn của các chuyên gia về bảo trì, sửa chữa và đại tu tuabin

14/09/2025 10:34 Số lượt xem: 41

Các thực hành bảo trì, sửa chữa và đại tu (MRO) hiệu quả là rất quan trọng đối với hoạt động tin cậy của tuabin. Các công nghệ tiên tiến như trí tuệ nhân tạo (AI) và quét 3D đang biến đổi các quy trình MRO. Việc lập kế hoạch chủ động và sử dụng các phương pháp giải quyết các rắc rối một cách có hệ thống cũng có thể giúp cắt giảm thời gian ngừng hoạt động và đảm bảo tính năng đáng tin cậy.

Các hoạt động MRO tuabin bao gồm các quy trình bảo trì toàn diện các tuabin khí và hơi nước, cũng như các máy phát điện liên quan, thường thấy trong các nhà máy điện và các ứng dụng công nghiệp. Triển khai các thực hành MRO hợp lý là rất quan trọng để tối đa hóa độ tin cậy và tính năng của tuabin-máy phát đồng thời giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động.

MRO tuabin bao gồm các cuộc thanh tra và chẩn đoán thường xuyên để đánh giá các hạng mục như độ mòn và hư hại cánh tuabin, tình trạng ổ trục, tính toàn vẹn của hệ thống đốt, chức năng của hệ thống điều khiển và các chỉ số về độ thẳng hàng và độ rung. Trong số các hoạt động bảo trì chính liên quan đến quy trình này là các cuộc thanh tra đường dẫn khí nóng, tháo và tân trang rotor, thay thế hoặc sửa chữa cánh quạt, sửa chữa thành phần tĩnh tại, bảo trì ổ trục, cập nhật hệ thống điều khiển và cân chỉnh các bộ phận quay. Các thực hành MRO hiện đại kết hợp bảo trì tiên đoán thông qua các cảm biến và phân tích dữ liệu, công nghệ bản sao số để lập mô hình tính năng, các kỹ thuật thử nghiệm không phá hủy tiên tiến và các hệ thống thanh tra tự động.

Quản lý một chương trình MRO tuabin mạnh mẽ đòi hỏi phải lập kế hoạch kỹ càng. Phải tuân thủ một lịch trình bảo trì nghiêm ngặt dựa trên số giờ vận hành và số lần khởi động, trong đó dữ liệu lịch sử tốt là sống còn để thành công. Chương trình này không chỉ yêu cầu dữ liệu vận hành đáng tin cậy mà còn phải có tài liệu chi tiết về tất cả các hoạt động bảo trì trước đó và các phát hiện thanh tra. Trong khi đó, một hệ thống quản lý kho phụ tùng toàn diện cũng rất quan trọng trong quá trình này.

Phân tích độ rung: Một công cụ chẩn đoán quan trọng

Khi nói đến các công cụ chẩn đoán tiên tiến, ít có công cụ nào có giá trị hơn phân tích độ rung. Ở cấp độ cao, phân tích độ rung liên quan đến việc đo mức độ và tần số rung động trong máy móc và sử dụng thông tin này để đánh giá tình trạng của các bộ phận. Trước đây, việc phân tích độ rung chủ yếu để nhận dạng các sự cố cơ học trong thiết bị quay và đo mức độ nghiêm trọng của chúng, cho phép sửa chữa theo cách có kế hoạch và theo lịch trình, do đó giảm thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch. Ngày nay, theo dõi trực tuyến và không dây đang giúp nhận dạng các rắc rối trước khi chúng dẫn đến sự cố, cho phép các kỹ sư chủ động thay vì bị động.

Nhiều nhà cung cấp hiện nay kết hợp AI và học máy (ML) vào quy trình này. Thay vì chờ nhận dạng một sự cố thông qua phương pháp luận dựa trên tuyến bằng máy phân tích cầm tay, các cảm biến lắp cố định có thể cung cấp dữ liệu cho các chương trình có thuật toán AI và ML, liên tục tìm kiếm các bất thường. Giá trị lớn nhất đến từ việc nhận dạng những thời điểm trong quá trình vận hành khi thiết bị vận hành bên ngoài các tham số trạng thái ổn định của nó, chẳng hạn như trong quá trình khởi động hoặc một số điều kiện bất thường khác và sửa đổi các quy trình để giảm thiểu các giai đoạn làm việc cường độ cao.

Công ty MD&A (Mỹ) sử dụng chẩn đoán rung động như một trong những công cụ để hiểu rõ tình trạng thiết bị trong các cơ sở điện. Đội ngũ kỹ sư chẩn đoán/cân chỉnh của công ty có thể phân tích toàn diện tình trạng cơ học của các tài sản thiết bị quay và sau đó đưa ra các giải pháp tốt nhất và tiết kiệm chi phí nhất để duy trì tính toàn vẹn của máy móc.

Ngoài ra, MD&A còn có Cơ sở cân chỉnh tốc độ cao tại Thành phố St. Louis, bang Missouri (Mỹ). Cơ sở này giúp MD&A đảm bảo giữ độ rung ở mức tối thiểu trong các thiết bị mà công ty đã sửa chữa. Cơ sở này có thiết kế để thực hiện các quá trình xử lý nhiệt và có khả năng kích thích các rotor máy phát điện ở tốc độ cao, cho phép thử nghiệm và cân chỉnh tuabin hơi cũng như các rotor máy phát điện (Hình 1). Cân chỉnh tốc độ cao chứng minh tính hiệu quả trong việc xác nhận các sửa chữa, đảm bảo hoạt động hiệu quả khi đưa vào dịch vụ trở lại.

Hình 1. Hình ảnh này thể hiện một rotor máy phát điện trong Cơ sở cân chỉnh tốc độ cao của Mechanical Dynamics & Analysis (MD&A) tại thành phố St. Louis, bang Missouri (Ảnh st)

Nhiều công nghệ thay đổi cuộc chơi hơn

Ngoài phân tích độ rung, MD&A cho biết quét 3D đã cách mạng hóa việc sửa chữa và thay thế các linh kiện và các công cụ thanh tra cải tiến khác cũng đang gia tăng giá trị.

Cuối cùng, MD&A cho biết những tiến bộ trong công nghệ robot đã đơn giản hóa các nhiệm vụ bảo trì ở những khu vực khó tiếp cận. Công ty này cho biết robot thanh tra tại chỗ máy phát điện của họ có thể thực hiện thanh tra toàn bộ máy phát điện mà không cần phải tháo rời roto.

MD&A đã sử dụng một robot thanh tra máy phát điện GenEX (generator explorer) cải tiến do Công ty Nova Technology Inc. (East Hanover, bang New Jersey, Mỹ) cung cấp. Theo Nova Technology, đây là robot thanh tra máy phát điện nhẹ nhất (Hình 2) và có độ phân giải cao nhất hiện có trên thị trường. Bản thân robot này nặng chưa đến 2,25kg và có thể đi vào máy phát điện với khe hở hẹp tới 22,86amm. Nó có hai camera video màu full-HD (độ nét cao) bao gồm một camera hướng về phía trước và một camera ở góc vuông có thể xoay và có tiêu cự thay đổi được. Đèn LED chiếu sáng giúp cung cấp hình ảnh tĩnh 5megapixel rõ nét và sắc nét về các khu vực thanh tra, có thể hiển thị trên màn hình di động hoặc máy tính xách tay.

Hình 2. Robot thanh tra GenEX cung cấp khả năng đánh giá nhanh chóng các máy phát điện mà không cần tháo rotor, đáp ứng các yêu cầu thanh tra truyền thống với chi phí chỉ bằng một phần nhỏ (Ảnh st)

Máy thanh tra GenEX có thể dùng để đánh giá độ chặt của nêm stato và thanh tra phát hiện các khiếm khuyết lõi điện từ (El-Cid) và nhiều mục đích khác. GenEX đã chứng minh được giá trị vô cùng lớn đối với người dùng. Nó đã tìm ra các chạm chập, ngắn mạch, hư hại vật liệu, v.v., đồng thời rút ngắn thời gian ngừng hoạt động nhờ việc tránh phải tháo cực từ tốn kém. GenEX có khả năng luồn lách cao hơn so với robot từ tính và có thể chui vào những không gian mà một số máy thanh tra video khác không thể.

Hussien Sadek, cựu Chủ tịch và hiện là thành viên của Hiệp hội Thử nghiệm Không phá hủy Mỹ (ASNT) và là Chủ tịch kiêm Giám đốc điều hành Công ty Technologies Consulting International (Mỹ), đã lưu ý rằng kiểm tra bằng dàn mạng dòng điện xoáy (ECA) có thể là một công nghệ thanh tra quan trọng trong các cơ sở phát điện. ECA quét nhanh chóng các bộ phận thiết bị lớn bằng cách sử dụng các dàn cuộn dây thiết kế riêng, tạo ra hình ảnh quét hình chữ C. Những hình ảnh này giúp thanh tra trực quan và nhận dạng vị trí, kích cỡ và hướng của các khiếm khuyết trong thiết bị bao gồm cả ở các cánh tuabin. Ngày nay, công nghệ ECA sử dụng phân tích và phần mềm dữ liệu tiên tiến để ghi lại kết quả thử nghiệm, giảm thiểu phân tích của người vận hành và cho phép phân tích trong tương lai bằng cách diễn giải, mô tả và lập báo cáo cuối cùng của bên thứ ba.

Dựa vào các chuyên gia

Tuy nhiên, khi các cuộc thanh tra thường xuyên không đưa ra câu trả lời rõ ràng và các tình huống phức tạp hơn phát sinh, thì việc tham khảo ý kiến của các kỹ sư giàu kinh nghiệm – những người chuyên thực hiện các dự án bảo trì, sửa chữa và đại tu (MRO) tuabin – có thể trở nên rất quan trọng. Đó là vì họ thường có cách tiếp cận có hệ thống, đa ngành để chẩn đoán các vấn đề phức tạp hoặc có thể đã gặp phải vấn đề tương tự tại một cơ sở khác.

Eldridge cho biết nhóm liên chức năng gồm các kỹ sư và kỹ thuật viên của MD&A phối hợp chặt chẽ với nhau trong suốt quá trình chẩn đoán.

Thiết bị lão hóa

Tuổi thọ ngày càng tăng của các tuabin đã lắp đặt đã cơ bản định hình lại các chiến lược bảo trì, thúc đẩy sự chuyển đổi từ sửa chữa thụ động sang các phương pháp chủ động và tiên đoán. Các tuabin cũ hơn đặt ra những thách thức riêng, chẳng hạn như vật liệu bị mỏi, thiết kế lỗi thời và tính sẵn có hạn chế của các linh kiện của nhà chế tạo thiết bị gốc (OEM), dẫn đến yêu cầu có các giải pháp sáng tạo và phù hợp.

Eldridge lưu ý rằng các thiết bị lão hóa thường gặp phải tình trạng thiếu các bộ phận thay thế tương thích do thiết kế lỗi thời.

Kéo dài tuổi thọ của linh kiện

Nhiệt độ tăng cao ảnh hưởng lớn đến các linh kiện của tuabin khí, dẫn đến nguy cơ nứt, ăn mòn, dày vách và tình trạng vật liệu. Những cải tiến trong việc sửa chữa có thể kéo dài một phần tuổi thọ bằng cách làm chậm quá trình xuống cấp và kéo dài tuổi thọ sử dụng của linh kiện. Người vận hành có thể tiết kiệm đáng kể bằng cách lựa chọn phụ tùng sửa chữa có chi phí thấp hơn thay vì mua phụ tùng mới.

Ví dụ, Cơ sở dịch vụ phụ tùng tuabin khí của MD&A tại thành phố San Antonio, bang Texas đã đánh giá hai bộ cánh quạt 7FA tầng hai để xác định liệu chúng có khả năng hoạt động trong khoảng thời gian bảo dưỡng thứ ba hay không. Các cánh tuabin này đã hoạt động qua hai khoảng thời gian dịch vụ và trải qua một lần sửa chữa.

Nhóm này đã tiến hành thanh tra bằng tia X trên các linh kiện ở tình trạng như khi nhận được, đã không phát hiện ra bất kỳ khu vực nào đáng lo ngại, cũng không có tắc nghẽn nào trên các lỗ làm mát. Nhóm tiến hành cuộc thanh tra bằng chất thấm huỳnh quang (FPI, Hình 3) để tìm các vết nứt lớn, chú ý kỹ đến mặt bên của bệ do số lượng lớn các lần khởi động được báo cáo. Nhóm cũng đánh giá khu vực xung quanh bán kính vỏ bọc về các vết nứt. Trong quá trình thanh tra sơ bộ bằng FPI, nhóm không phát hiện khu vực nào đáng lo ngại nhưng vẫn tiến hành thanh tra kỹ lưỡng hơn sau khi loại bỏ lớp phủ kim loại bằng hóa chất.

Hình 3. Thanh tra thẩm thấu huỳnh quang (FPI) sử dụng công nghệ ánh sáng đen để nhận dạng chính xác bất kỳ vết nứt nào (Ảnh st)

Cơ sở MD&A tại thành phố San Antonio cho rằng tình trạng lớp phủ bên trong là chấp nhận được và ở tình trạng tốt để vận hành thêm một khoảng thời gian dịch vụ nữa. Lớp phủ bên ngoài bảo vệ các bề mặt bên ngoài và các chuyên gia khuyến nghị loại bỏ lớp phủ để thanh tra FPI tốt các bề mặt đường dẫn khí nóng.

Nhóm thực hiện các phép đo độ cứng vi mô tại một số vị trí của cánh cho thấy độ cứng của vật liệu cơ bản giảm đáng kể tại những nơi các bộ phận tiếp xúc với nhiệt độ cao hơn. Những khu vực này cũng cho thấy sự xuống cấp đáng kể của cấu trúc gamma prime khi nhóm thanh tra bằng kính hiển vi điện tử quét. Các giá trị độ cứng sau khi xử lý nhiệt chứng minh rằng GTD 111, một siêu hợp kim gốc niken do Công ty GE (Mỹ) phát triển vật liệu sử dụng trong các cánh tuabin khí nhờ có độ bền nhiệt độ cao và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, phản ứng tốt với quy trình này và nâng cao các giá trị độ cứng tổng thể của cánh.

Đối với xử lý nhiệt, các chuyên gia MD&A sử dụng lò xử lý nhiệt chân không, trong đó họ kiểm soát quá trình gia nhiệt và làm mát kim loại để thay đổi các tính chất vật lý và cơ học của chúng. Ngoài ra còn có các giải pháp khác như: Giải pháp xử lý nhiệt trước khi hàn, xử lý nhiệt sau khi hàn và giải pháp xử lý nhiệt khuếch tán hoặc lão hóa.

Nhóm chuyên gia lấy các mẫu từ cánh tuabin để thử nghiệm đứt gãy ứng suất. Tình trạng ban đầu không đáp ứng các yêu cầu về độ bền kỳ vọng tối thiểu đối với GTD 111. Tuy nhiên, sau khi xử lý nhiệt, các mẫu vượt các yêu cầu tối thiểu.

Sau khi xử lý nhiệt sửa chữa, nhóm chuyên gia đã nâng cao độ bền đứt gãy. Điều này chứng tỏ rằng xử lý nhiệt sửa chữa có thể trẻ hóa các bộ phận đủ để hoạt động trong một khoảng thời gian dịch vụ nữa.

Cuối cùng, các chuyên gia MD&A đã đánh giá từng thành phần trong tình trạng như khi nhận được và trong tình trạng đã xử lý nhiệt sau khi sửa chữa. Nhóm chuyên gia đánh giá những cải thiện về các đặc tính cơ học của hợp kim để xác định xem hai bộ này có thể là ứng viên cho việc sửa chữa kéo dài tuổi thọ hay không. Sau khi xác nhận hai bộ này là các ứng viên, nhóm sử dụng các thực hành sửa chữa để kéo dài tuổi thọ hữu ích của các thành phần.

Vượt qua những thách thức bảo trì

Thách thức nhất của sửa chữa tuabin là việc xử lý các sự cố tiềm ẩn nguy cơ gây thảm họa như rotor bị nứt hoặc hư hỏng (Ảnh st)

MD&A đã nói với tạp chí POWER rằng một trong những loại sửa chữa tuabin thách thức nhất mà họ gặp phải liên quan đến việc giải quyết các sự cố có tiềm năng gây thảm họa, chẳng hạn như rotor bị nứt hoặc hư hỏng nặng ở cánh quạt do ứng suất vận hành hoặc va đập với vật lạ. Những loại sửa chữa này không chỉ đòi hỏi chuyên môn kỹ thuật mà còn đòi hỏi độ chính xác và sự sáng tạo để khôi phục tính toàn vẹn và hiệu quả của tuabin. Eldridge cho biết MD&A tiếp cận những thách thức này bằng một phương pháp có cấu trúc và cộng tác bao gồm:

Đánh giá kỹ lưỡng. Quy trình của MD&A bắt đầu bằng các cuộc thanh tra chi tiết sử dụng các kỹ thuật thanh tra không phá hủy (NDT) tiên tiến và công nghệ quét 3D. Điều này cho phép các chuyên gia của công ty hiểu được toàn bộ phạm vi hư hại và nhận dạng các nguyên nhân gốc rễ.
Chuyên môn về kỹ thuật đảo ngược. Đối với các thành phần mà các bộ phận OEM không có sẵn hoặc đã lỗi thời, MD&A phát huy lợi thế khả năng kỹ thuật đảo ngược nội bộ của mình để chế tạo các sản phẩm thay thế chất lượng cao đáp ứng hoặc vượt quá các tiêu chuẩn của ngành.
Giải pháp tùy chỉnh. MD&A cho biết họ nhận ra rằng mỗi lần sửa chữa đều là duy nhất. Cho dù liên quan đến hàn phức tạp, xử lý nhiệt chuyên dụng hay các giải pháp thay thế cho thiết kế OEM, công ty đều điều chỉnh các giải pháp của mình để giải quyết những thách thức cụ thể của từng trường hợp.
Thử nghiệm và xác nhận. Sau khi hoàn tất việc sửa chữa, MD&A thử nghiệm nghiêm ngặt các thành phần để xác minh tính năng, bao gồm thử nghiệm tốc độ toàn phần tại Cơ sở cân chỉnh tốc độ cao, nhằm đảm bảo độ tin cậy và thành công lâu dài.

Bí quyết thành công

Chủ sở hữu và người vận hành tuabin phải cân bằng giữa nhu cầu thanh tra và bảo dưỡng kỹ lưỡng với lịch trình vận hành (Ảnh st)

Cuối cùng, chủ sở hữu và người vận hành tuabin phải cân bằng giữa nhu cầu thanh tra và bảo dưỡng kỹ lưỡng với lịch trình vận hành. Thành công nhiều khi đòi hỏi một cách tiếp cận chiến lược ưu tiên hiệu quả, tính linh hoạt và sự cộng tác. Trong số các khía cạnh quan trọng nhất dẫn đến kết quả tích cực là:

Lập kế hoạch và Lên lịch. Chủ sở hữu và người vận hành phải làm việc chặt chẽ với các nhà thầu để phát triển một kế hoạch bảo trì tùy chỉnh phù hợp với mục tiêu hoạt động của thiết bị.
Truyền thông. Việc truyền thông rõ ràng và liên tục giữa chủ sở hữu, người vận hành, nhà thầu và nhà cung cấp là thiết yếu.
Thực thi dự án. Các nhà quản lý dự án phải quản lý mẫn cán mọi khía cạnh của công việc MRO tuabin để đạt được mục tiêu về tiến độ và ngân sách, cũng như hoàn thành việc ngừng hoạt động thành công.