CSDL Ngành điện

Mẹo cải thiện tính năng van nhà máy điện

06/12/2024 16:00 Số lượt xem: 2057

Các nhà quản lý biết rằng van rất quan trọng đối với hoạt động của nhà máy điện. Đó là lý do tại sao việc giữ chúng ở tình trạng tốt nhất là ưu tiên hàng đầu. Nâng cấp lên các thiết kế van tiên tiến và giảm ứng suất trên vật liệu van chỉ là một vài bước có thể nâng cao kết quả.

Mỗi van đều có mục đích rất quan trọng trong việc đảm bảo nhà máy điện hoạt động hiệu quả và an toàn (Ảnh st)

Sẽ không ngoa khi nói rằng có hàng trăm, nếu không muốn nói là hàng nghìn van lắp đặt trong mỗi nhà máy điện quy mô điện lực trên thế giới. Tất nhiên, số lượng van trong mỗi nhà máy sẽ khác nhau, tùy thuộc vào quy mô của nhà máy điện và độ phức tạp của các hệ thống trong nhà máy, nhưng mỗi van đều có mục đích và hoạt động đúng của nó rất quan trọng trong việc đảm bảo nhà máy điện hoạt động hiệu quả và an toàn nhất có thể.

Tuy nhiên, có rất nhiều van ở hầu hết mọi nhà máy điện không hoạt động như kỳ vọng. Thường thì van không đóng kín như thiết kế. Thực vậy, các mặt tựa van và đĩa van có thể bị hư hại trong những giờ đầu hoạt động và không bao giờ hoạt động bình thường trở lại.

Hơi ẩm

Hơi ẩm là một thách thức đặc biệt đối với các nhà quản lý nhà máy điện (Ảnh st)

Hơi ẩm là một thách thức đặc biệt đối với các nhà quản lý nhà máy điện và quản lý quy trình. Hơi ẩm hình thành khi hơi nước bão hòa và các phân tử nước ngưng tụ kết hợp lại, có thể là do nhiều yếu tố như logic vận hành nhà máy không chính xác hoặc hệ thống thoát nước kém. Không kiểm soát được hơi ẩm có thể dẫn đến xói mòn các thành phần kiểm soát van quan trọng, gây ra các mối nguy hiểm về an toàn và tình trạng hoạt động kém hiệu quả đáng kể, cuối cùng có thể dẫn đến thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch tốn kém.

Ví dụ về các ứng dụng van hơi nước quan trọng dễ bị xói mòn ngưng tụ là các van nối tắt áp suất cao, áp suất trung bình và áp suất thấp. Các ứng dụng khác phải đối mặt với xói mòn ngưng tụ bao gồm van thông hơi, van xả hơi nước và van hơi nước phụ. Kỹ sư vận hành nhà máy điện có thể giảm thiểu hoặc thậm chí ngăn ngừa xói mòn bằng cách chỉ cho hơi bão hòa khô vào các van điều khiển, nhưng thường thì không thể tránh khỏi sự hiện diện của hơi ẩm. Điều này dẫn đến xói mòn do ngưng tụ trên các bề mặt bịt kín (Hình 1).

Hình 1. Một thành phần van bị hư hại do hơi ẩm (Ảnh st).

Xói mòn bề mặt bịt kín dẫn đến rò rỉ và tăng nhiệt độ phía hạ lưu. Trong một số thiết kế, điều này dẫn đến việc mở và đóng thường xuyên các van phun nước, dẫn đến hư hại thành phần kiểm soát van phun nước, mất khả năng kiểm soát, hư hại các tầng giảm áp và có khả năng gây nứt ở các đường ống phía hạ lưu. Nó cũng có thể dẫn đến hiện tượng thủy kích và thậm chí là hư hại hệ thống nghiêm trọng hơn.

Giải pháp EroSolve

Để khắc phục vấn đề hơi ẩm, Công ty IMI Process Automation (Vương quốc Anh) đã giới thiệu giải pháp EroSolve Wet Steam vào năm 2019. Kể từ đó, công ty này đã lắp đặt nhiều thành phần cải tiến tại các nhà máy điện và nhà máy gia công trên toàn thế giới.

Giải pháp EroSolve giúp loại bỏ các rắc rối về xói mòn thông qua sự kết hợp giữa thiết kế sáng tạo giữ chất lưu không chảy vào bề mặt bịt kín và vật liệu đặc biệt chống lại sự xói mòn của các giọt nước nhỏ. Giải pháp này được nâng cấp thành phần kiểm soát và có thể triển khai trong cả van của IMI Process Automation và các nhà chế tạo khác.

Tại một nhà máy ở Ấn Độ, giải pháp EroSolve Wet Steam đã giúp tiết kiệm chi phí hàng năm là 340.000 USD và cắt giảm 10.000 tấn phát thải CO₂ tương đương cho mỗi van mỗi năm (Hình 2). Trong khi đó theo báo cáo, tại một cơ sở điện lớn của Mỹ, việc sử dụng EroSolve Wet Steam đã cho phép cải thiện đáng kể tuổi thọ của van. Trước khi nâng cấp, van này sẽ bị rò rỉ sau khoảng ba đến sáu tháng sau khi lắp đặt. Tuy nhiên theo IMI Process Automation, sau khi triển khai EroSolve Wet Steam, nhà máy này đã không còn bị rò rỉ trong hơn ba năm.

Hình 2. Ví dụ về kiểm soát EroSolve Wet Steam (Ảnh st)

Các nhà quản lý tại một nhà máy chu trình kết hợp công suất 1.200MW ở Mỹ cho biết họ hài lòng với tính năng của giải pháp và có ý định nâng cấp thêm hai van. Tại một nhà máy nhiệt điện than công suất 420MW ở Ấn Độ, các nhà quản lý cho biết IMI Process Automation là đối tác tốt có khả năng phân tích toàn bộ hệ thống và cung cấp giải pháp phù hợp để loại bỏ vấn đề xói mòn.

Hiện tượng mỏi và nứt kim loại

Các van nối quan trọng dễ bị nứt và gây ra thảm họa nếu không xử lý (Ảnh st)

Ngoài các vấn đề do hơi ẩm gây ra, các van nối tắt quan trọng cũng dễ bị mỏi kim loại (hiện tượng các vết nứt cực nhỏ phát triển trong kim loại chịu ứng suất lặp đi lặp lại) và nứt. Sự kết hợp giữa độ rung cao, tăng giảm nhiệt thường xuyên theo chu kỳ và sụt giảm áp suất cực đoan có thể dẫn đến mỏi kim loại trong thân van, các kết nối nước và đường ống bao quanh, dẫn đến nứt và hỏng hóc có khả năng gây thảm họa nếu không xử lý.

Thanh tra thường xuyên và thử nghiệm không phá hủy rất quan trọng đối với các van này. Thanh tra thường xuyên thân van, các mối hàn, các kết nối nước và đường ống bao quanh bằng các kỹ thuật kiểm tra không phá hủy giúp phát hiện các vấn đề về mỏi kim loại đang phát triển trước khi chúng trở nên nghiêm trọng.

Hãy cân nhắc nâng cấp lên thiết kế van dòng chảy lên, có thể giảm hao mòn và kéo dài tuổi thọ so với thiết kế dòng chảy xuống truyền thống. Nếu các van dòng chảy xuống là lựa chọn thực tế duy nhất, lắp bộ truyền động theo chiều dọc có thể giúp giảm hao mòn và đồng đều hơn.

Sử dụng vật liệu tiên tiến cũng có thể giúp ích. Sử dụng vật liệu chống chịu xói mòn hơn, bề mặt cứng hơn cho các thành phần van như cụm thân van, vòng cách và vòng tựa. Cân nhắc các hợp kim chịu nhiệt độ cao dùng cho các ứng dụng trong các nhà máy siêu tới hạn và trên siêu tới hạn.

DMW (Hàn các kim loại khác nhau)

Việc ghép nối hai hệ thống hợp kim hoặc kim loại khác nhau cũng có thể là nguồn gây rắc rối (Ảnh st)

Hàn các kim loại khác nhau (DMW) cũng có thể là nguồn gây rắc rối. DMW liên quan đến việc ghép nối hai hệ thống hợp kim hoặc kim loại khác nhau lại với nhau, thay vì hàn các vật liệu tương đồng. Các ví dụ phổ biến về DMW của nhà máy điện bao gồm hàn thép cacbon với thép không gỉ hoặc ghép nối các loại thép không gỉ phẩm cấp khác nhau. DMW phức tạp hơn hàn các kim loại tương tự do sự khác biệt về tính chất vật lý, hóa học và cơ học giữa các vật liệu ghép nối. Những thách thức chính là do sự khác biệt về điểm nóng chảy, tốc độ giãn nở nhiệt và sự hình thành các hợp chất liên kim giòn tại giao diện mối hàn.

Khi lắp đặt các van bằng các DMW, điều quan trọng là phải định vị mối nối ở những vùng có ứng suất thấp hơn, nếu có thể. Thường thì tốt nhất là sử dụng các chi tiết để chuyển tiếp vật liệu thay vì hàn trực tiếp vào thân van. Chìa khóa để hàn nối thành công kim loại không giống nhau là hiểu được tính tương thích về mặt luyện kim của vật liệu và lựa chọn các tham số hàn và kim loại lấp đầy phù hợp để tạo ra mối nối chắc chắn.

Những mẹo giảm ứng suất khác

Để giảm ứng suất lên các thành phần van trong quá trình thao tác, hãy triển khai các thuật toán điều khiển tiên tiến và công nghệ thao tác chính xác. Các thân van và bộ phận phụ phải có thiết kế để chịu được sốc nhiệt nghiêm trọng, chẳng hạn như có thể do thay đổi nhiệt độ từ 200^oC trở lên, trong khi vẫn đảm bảo thao tác đáng tin cậy. Độ rung cũng phải hạn chế càng nhiều càng tốt, vì điều này cũng góp phần gây ra mỏi kim loại. Việc kết hợp công nghệ giảm tiếng ồn có thể giúp ích.

Về tầm quan trọng của việc bảo trì đúng cách thì dù có nhấn mạnh đến đâu cũng là chưa đủ. Thay thế đồ vải và phun nước thường xuyên để tránh làm hư hại các thành phần quan trọng hơn. Rất đáng để lắp van chặn thủ công ở thượng nguồn và cuối nguồn của van nối tắt để có thể sửa chữa trực tuyến khi cần thiết.

Để hiểu rõ hơn về cách một van có thể hoạt động trong một hệ thống, các mô hình phân tích phần tử hữu hạn (FEA) có thể hữu ích. FEA là một phương pháp vi tính hóa để tiên đoán cách một sản phẩm hoặc cấu trúc sẽ phản ứng ra sao với các lực, rung động, nhiệt, dòng chất lưu và các hiệu ứng vật lý khác trong thế giới thực. FEA chia nhỏ một vật thể phức tạp thành hàng nghìn hoặc thậm chí hàng triệu phần tử nhỏ hơn (ví dụ như các hình lập phương hoặc các khối tứ diện) và sử dụng các phương trình toán học để tiên đoán hành vi của từng phần tử. Sau đó, máy tính kết hợp tất cả các hành vi riêng lẻ để tiên đoán hành vi tổng thể của đối tượng. Các mô hình FEA nâng cao có thể dùng để phân tích hình học phức tạp trong thiết kế van điều khiển, xác định các vị trí tập trung ứng suất và kết hợp các sửa đổi thiết kế để giảm thiểu ứng suất.