Cập nhập mới đây của EUCG nghiên cứu về các sự cố trong ống/ đường ống có thể giúp bạn đưa ra câu trả lời cho câu hỏi nêu ra trên đây. Báo cáo đầy đủ của nghiên cứu này chỉ cung cấp cho thành viên, tuy nhiên bài viết này cũng thể hiện nhiều kết quả quan trọng có thể giúp bạn cải thiện hệ thống vận hành trong nhà máy của mình.

Các cuộc gọi vào ngày nghỉ cuối tuần hay lúc nửa đêm thường là những thứ đại loại như:” Xin chào, tôi là Giám sát ca vận hành hệ thống của nhà máy. Tôi ghét phải nói thế này, nhưng tôi nghĩ chúng ta đang có rò rỉ trong ống hơi… Phải, nó xì ra nhiều lắm…Không, tôi không cho là chúng ta có thể ráng đến cuối tuần đâu, thậm chí là ngày mai còn chẳng được; chúng ta phải bắt đầu cho ngừng máy từ bây giờ thôi…Được rồi, gặp anh sau.”

Những ai đã và đang làm việc trong các nhà máy điện đều hiểu rằng các rò rỉ ống hơi lúc nào cũng có thể phá hỏng dịp cuối tuần hay kỳ nghỉ của các nhân viên nhà máy. Hệ thống của bạn có thể vận hành đủ tải, có vẻ chẳng có vấn đề gì xảy ra, và rồi một giám sát vận hành làm một vòng quanh hệ thống và nghe thấy những tiếng ồn ro ro kia đang báo hiệu một điều gì đó, hay thấy nước đọng trên phễu economizer hopper.

Một khi quyết định bắt buộc phải dừng máy được thông qua, hệ thống được chuyển sang trạng thái ngưng và người ta phải đợi cho lò nguội để các công nhân có thể vào được trong đó. Thông thường, điều tiếp theo sẽ là các công nhân phải tìm kiếm các rò rỉ, dựng giàn giáo để khắc phục sự cố, cuối cùng là xịt nước lên trước khi ống hơi có thể quay trở lại sử dụng sau đó vài ngày. Đôi khi, người ta còn phải có thêm công đoạn vệ sinh lò đốt trong khi hệ thống đang ngừng hoạt động. Chi phí vận hành và bảo trì (O&M) cùng với chi phí điện năng bị thất thoát có thể dễ dàng lên đến cả triệu $ một ngày.

Tin xấu vẫn còn đó: Sự cố trong ống hơi vẫn còn là một trong những nguyên nhân hàng đầu buộc các nồi hơi đốt than phải ngừng hoạt động. Viện Nghiên Cứu Điện Năng (EPRI) cũng ủng hộ đánh giá này trong mô tả về chương trình cải tiến Giảm thiểu sự cố trong ống hơi/ Cycle Chemistry:” Các sự cố trong ống hơi là vấn đề số một đối với các ứng dụng trong các nhà máy sử dụng năng lượng hóa thạch theo các số liệu đáng tin cậy còn được lưu lại ở các nhà máy điện độc lập và quốc gia.”

Tuy nhiên, vẫn còn có tin tốt, các sự cố trong ống hơi nhìn chung xảy ra không phụ thuộc nhiều vào tuổi thọ của nồi hơi., và đối với một số loại nồi hơi, sự cố thực tế còn giảm tần suất trong những năm gần đây. Những bài học rút ra từ các nghiên cứu để lập tiêu chuẩn của EUCG cũng có thể được xem là đã đóng góp phần nào cho sự tiến bộ này.

Đánh giá các rò rỉ của bạn

Trong serie 2 phần năm 2005, POWER đã dựa trên khảo sát lập tiêu chuẩn ngành của EUCG thực hiện năm 2004 về các sự cố trong ống hơi (xem khung bên dưới). Bài báo khái quát tần suất và và thời gian ngừng máy do rò rỉ ống hơi trong một loạt các kiểu lò đốt với kích cỡ khác nhau.

EUCG: Thúc đẩy nền công nghiệp

EUCG là một hiệp hội các chuyên gia ngành điện nhằm cung cấp một diễn đàn trong đó các nhà máy có thể  cải tiến các hoạt động vận hành và bảo trì, cả hoạt động thi công. Giờ đây, sau 24 năm hoạt động, EUCG đã tổ chức các hội thảo về kỹ thuật và lớp học thực tế nhằm mục đích trao đổi thông tin. Cơ quan này (tên chính thức là  Electric Utility Cost Group) được tổ chức dưới dạng các ủy ban và nhóm làm việc theo các lĩnh vực mà họ quan tâm, như  nhà máy điện nhiệt địa, nhà máy điện hạt nhân, nhà máy nhiệt điện; truyền tải và phân phối; quản lý tài chính; đảm bảo an toàn; và IT-công nghệ thông tin ứng dụng trong ngành điện.

Một trong những hoạt động then chốt của EUCG là phát triển các chuẩn mực đánh giá về quy trình và thị trường, các chiến lược nhắm đến hoạt động ổn định của hệ thống; các ứng dụng thực tiễn nhất nhằm khuyến khích tính ưu việt về hiệu quả và chi phí trong khuôn khổ ứng dụng công nghiệp và các thị trường cạnh tranh.

Ủy Ban nghiên cứu về Năng suất trong nhà máy nhiệt địa của EUCGcó 32 thành viên trong ngành điên tại Hoa Kỳ, báo cáo số liệu vận hành của hơn 300 hệ thống nồi hơi đốt than riêng lẻ. Con số này đại diện cho hơn 30% nhà máy vận hành bằng than tại Hoa Kỳ. Ủy ban cũng bao gồm cả những thành viên ở sáu quốc gia khác.

Để biết thêm thông tin chi tiết về EUCG, vui lòng lien hệ Pat kovalesky- giám đốc điều hành, theo số 623-572-4140 hoặc ghé thăm website: www.eucg.org

Tại hội nghị thực tế mùa xuân 2009 của Ủy ban nghiên cứu về Năng suất tại nhà máy nhiệt địa thuộc EUCG, kết quả thăm dò trên đã được cập nhật thêm bởi các tác giả Daryl Von Behren đến từ Kansas City Power & Light and Dave Cook của Constellation và các dữ liệu của Joyce Cook Jackson thuộc Cook-Jackson Inc. Cuộc thăm dò gần đây nhất này tập trung chủ yếu vào các dữ liệu được cung cấp từ năm 2006 cho đến 2008.

17 nhà máy tham gia khảo sát với 167 tổ máy. Những nồi hơi này có kích thước từ rất nhỏ (8MW) cho đến rất lớn (1,264 MW), kích thước bình quân là 205 MW; tuổi thọ từ 2 đến 68, tuổi thọ bình quân là 48 năm. Các nồi hơi thuộc nhóm điều tra này hầu như được thiết kế dạng tường đốt (wall-fired) (46%) hoặc dạng đốt tiếp xúc (tangential-fired) (41%); 10% có lò đốt xoáy (cyclone); và 3% có lò tạo tầng sôi hoặc dạng khác. Các nhà sản xuất lò hơi được đề cập đến trong cuộc thăm dò này chủ yếu là Babcock & Wilcox và Alstom/CE. Chỉ 12% số lò hơi là vượt yêu cầu; số còn lại là những thiết kế thông thường chưa đạt.

Bất kể tuổi thọ, khả năng hoạt động của các nồi hơi này vẫn duy trì ở mức cao. Đối với các lò hơi nhỏ hơn, loại 300 MW hoặc nhỏ hơn, số liệu năm 2008 cho thấy rằng 66% có năng suất đạt tới 70% hay cao hơn. Đối với lò hơi lớn hơn 300MW (53 đơn vị), 79% cho kết quả năng suất 70% trở lên. Kết quả thăm dò năm 2003 cho thấy 71% số lò hơi trên 300MW có yếu tố năng suất đạt trên 70% và chỉ 56% số lò hơi dưới 300MW có yếu tố năng suất vượt 70%. Nghiên cứu đánh giá hiệu quả gần đây nhất có vẻ đã phản ánh một điều là các nhà máy đốt than nhỏ hơn có xu hướng vận hành thường xuyên hơn ngày nay và các nhà máy lớn hơn tiếp tục nâng cao mức độ tin cậy của mình, bất kể tuổi thọ của nồi hơi đang sử dụng.

Một nhân tố có vẻ cũng không đổi qua thời gian đó là thiết kế của nồi hơi đóng vai trò hết sức quan trọng đối với số lượng rò rỉ xảy ra ( Xem bảng 1). Thiết kế dạng tường đốt có chi phí tốt nhất, với bình quân 7.1 rò rỉ ống hơi mỗi năm. Thiết kế dạng đốt tiếp xúc có kết quả kém hơn chút ít trong khung thời gian nghiên cứu với kết quả bình quân là 7.8 rò rỉ ống hơi mỗi năm; tuy nhiên kết quả bình quân của nhóm này là 8.7 rò rỉ, tăng do 24% số nồi hơi có số lượng rò rỉ ống hơi cao hơn- trên 10 rò rỉ ống hơi mỗi năm. Các nồi hơi dạng xoáy có kết quả khác biệt với bình quân 18.5 rò rỉ ống hơi, 24% trong số đó có hơn 30 rò rỉ mỗi năm.

Bảng 1. Kết quả thăm dò bình quân rò rỉ ống hơi theo loại thiết kế của nồi hơi. Các số liệu được tính bình quân trong thời kỳ từ 2006 đến 2008. Nguồn : EUCG.

Rò rỉ ở bộ phận nào nhiều nhất, và ở đâu

Các nhà máy nhiệt điện chạy than ở Bắc Mỹ đã rất lâu đờu, và với những năm tới các vấn đề bảo trì đã được đặt ra với nhiều thách thức. Do đó, thật ngạc nhiên khi số liệu của nghiên cứu này dường như lại chỉ ra rằng những thiết bị cũ nhất, với hơn 54 năm sử dụng, có sự khác biệt không đáng kể so với những thiết bị tương tự sau này- những thiết bị có dưới 34 năm sử dụng- khi so sánh dựa trên các rò rỉ ống hơi. (Hình 1).

1. Các tổ máy mới và các áp lực: Các số liệu kiểm tra cụ thể từ những tổ máy cũ nhất và mới nhất trong mẫu thăm dò thể hiện một kết quá bất ngờ: Mặc dù các tổ máy cả cũ và mới đều có số lượng rò rỉ tương đối tương đương khi xem xét các số rò rỉ thấp (ít hơn 6 mỗi năm), tuy nhiên khi xem xét các thiết bị hoạt động kém nhất- những tổ máy có số lượng rò rỉ cao nhất (nhiều hơn 6)- các nhà máy lâu hơn có kết quả tốt hơn đáng kể, đặc biệt là trong thăm dò gần nhất. Kích cỡ tổng mẫu thăm dò là 164 nồi hơi; trong đó 39 dưới 34 năm sử dụng (25th percentile) và 35 trên 54 năm sử dụng (75th percentail). Nguồn: EUCG.

Xem xét những nồi hơi có kết quả tốt nhất- với 4 hay ít hơn 4 rò rỉ ống hơi mỗi năm trong thời gian nghiên cứu- 83% số nồi hơi cũ nhất đạt được tiêu chí này, trong khi chỉ 64% số nồi hơi mới hơn đạt được. Kết quả này có thể được giải thích là do các nồi hơi cũ hơn vẫn đang vận hành có thể đã có các đoạn ống thay thế hoặc gia cố ở những khu vực của nồi hơi có tỷ lệ sự cố cao, tuy nhiên các nồi hơi mới hơn chưa đến thời gian cần phải thay thế hay gia cố. Có lẽ tiêu chuẩn an tòan trong thiết kế nồi hơi trước khi ứng dụng các công cụ vi tính hóa thiết kế hiện đại, được lưu ý nhiều hơn.

Các nồi hơi cũ hơn dường như cũng xảy ra ít rò rỉ hơn trong những năm gần đây, có lẽ là do việc cải tiến các hoạt động giảm thiểu sự cố trong ống hơi (BTFR). Năm 2006, 77% số nồi hơi có 4 hoặc ít hơn 4 rò rỉ một năm; con số này nâng lên 89% năm 2008.

Mặc dù có nhiều tổ máy công suất 300 MW và nhỏ hơn báo cáo  không có rò rỉ so với số nồi hơi công suất lớn hơn 300 MW, thì cần phải biết rằng số tổ máy có công suất nhỏ hơn tham gia vào cuộc khảo sát lớn gần gấp đôi số tổ máylớn (Hình 2). Các báo cáo về công suất thấp hơn của các tổ máy nhỏ hơn có thể chỉ ra rằng nhóm tổ máy cỡ này có chu kì làm việc ngắn hơn các tổ máy lớn. 


2. Số lượng rò rỉ: Mặc dù biểu đồ này cho thấy có nhiều rò rỉ ở các nồi hơi nhỏ hơn các nồi hơi lớn, cần phải hiểu rằng số lượng nồi hơi nhỏ được thăm dò nhiều hơn. Kích cỡ tổng mẫu là 164 đơn vị; trong đó 62 nồi hơi có công suất lớn hơn 300 MW. Nguồn: EUCG.

Khu vực được phát hiện rò rỉ nhiều nhất của nồi hơn vẫn là phần vách nước trao đổi nhiệt, tiếp đến là khu vực đối lưu và tầng sôi cao (Hình 3). Thêm vào đó, số liệu còn được nghiên cứu để xác định cơ cấu gây rò rỉ nhiều nhất. Câu trả lời là: tro bay và ăn mòn do muội than thổi ra là hai nguyên nhân gây sự cố nhiều nhất. Các sự cố mỏi và những chỗ mối hàn cũng là những điểm bị sự cố đáng kể. (Hình 4)

3. Vị trí: Kết quả thăm dò cho thấy những vị trí xảy ra nhiều rò rỉ ống hơi nhất. Các số liệu chỉ ra số lượng nồi hơi mà sự cố cụ thể được đánh giá thứ tự từ 1 đến 4- dẫn đến nguyên nhân gây rò rỉ. Chẳng hạn, với hơn 70 nồi hơi, rò rỉ từ vách trao đổi nhiệt là nguyên nhân đứng đầu của rò rỉ, và chỉ đối với ít hơn 40 nồi hơi, rò rỉ vách trao đổi nhiệt là nguyên nhân đứng thứ 2 gây rò rỉ. Nguồn: EUCG.

4. Tại sao ống hơi bị rò rỉ: Biểu đồ trên phản ánh số liệu lấy từ kết quả điều tra 164 nồi hơi. Người tham gia thăm dò được hỏi để xác định 4 cơ chế gây sự cố cho mỗi nồi hơi, theo đó số 1 thể hiện cơ chế gây sự cố với con số sự cố lớn nhất. Theo biểu đồ, các cột chỉ ra số nồi hơi có sự cố rò rỉ  được xác định cơ chế sự cố từ 1 đến 4 về tần suất rò rỉ. Chẳng hạn, 22 đơn bị cho thấy rằng hầu hết các rò rỉ ống hơi xảy ra do tro bay ăn mòn vào ống hơi; 20 đơn vị cho thấy tro bay gây nên số rò rỉ cao thứ 2; và cứ như thế. Nguồn: EUCG.

Hệ thống vận hành và bảo trì O&M tốt giúp làm giảm số lượng rò rỉ

Hầu hết các các các nhóm thiết bị của các tổ máy đều cho thấy hoạt động ổn định hay cải thiện trong việc giảm thiểu các rò rỉ ống hơi trong suốt 3 năm nghiên cứu. Lý do của nó có thể được suy ra từ một số hoạt động mà nhóm nhà máy điện trong cuộc khảo sát này đã sử dụng để ngăn ngừa các sự cố trong ống hơi.

Có tới 79% số nồi hơi có sử dụng chương trình BTFR (giảm thiểu sự cố trong ống hơi), và đến 67% phản hồi về việc họ vẫn sử dụng một số loại công cụ khác để theo dõi và lên kế hoạch ngăn ngừa các sự cố nồi hơi. Các công cụ được đề cập bao gồm Aware (ATI), UDC Tracker, và EPRI Boiler Workstation.

Kiểm soát hóa chất xử lý nước nồi hơi nước luôn đóng vai trò quan trọng trong việc giảm rò rỉ ống hơi, với 90% số nồi hơi được thăm dò ghi nhận là quá trình xử lý nước lò hơi của họ hoặc là tốt hoặc hầu hết các câu trả lời có sự khác biệt không quá lớn. (Các báo cáo chi tiết của các nhà máy điện bao gồm các dữ liệu về các nồi hơi cụ thể và chương trình xử lý nước cấp cho nồi hơi cũng như các tiêu chí làm sạch bằng hóa chất.)

Cùng với vấn đề ngăn ngừa các sự cố trong nồi hơi, việc thắt chặt kiếm soát đối với các hóa chất xử lý nước cũng có thể cải thiện sự truyền nhiệt và do đó cả tỷ lệ tạo nhiệt của nồi hơi.Tuy nhiên, kể cả khi hiểm soát tốt các yếu tố trên, việc làm sạch bên trong nồi hơi đôi khi cũng cần thiết trong việc kéo dài tuổi thọ nồi hơi. Theo tính toán sơ bộ cho thấy khoảng 2/3 nhà máy điện - 62% xác định thời điểm cần thiết phải làm sạch nồi hơi bằng cách lấy mẫu ống và  đo khối lượng chất cặn đóng trên bề mặt bên trong của ống hơi đó, 23% nhà máy làm sạch nồi hơi sau những khoảng thời gian cố định, số còn lại phụ thuộc vào cả 2 yếu tố kể trên hoặc phụ thuộc vào ngân sách. Với những nồi hơi được làm sạch định kỳ thì khoảng thời gian định kỳ được xác định thông thường là từ 3 đến 5 năm, hầu như cũng gần với thời gian ngừng máy do sự cố nồi hơi có thể xảy ra.

Các nhà quản lý đều biết rằng việc làm sạch nồi hơi bằng hóa chất gây tốn kém và còn có những rủi ro khác. Tuy nhiên, bằng việc loại bỏ những chất bám trên bề mặt ống hơi giúp làm giảm tác động xấu gây ra do ống bị quá nhiệt hay bị ăn mòn bên dưới lớp cặn bám, nhờ đó làm sạch bên trong ống hơi bằng hóa chất sẽ giúp giảm thiểu được các sự cố trong tương lai về rò rỉ ống hơi.

Các phương án khắc phục khi gặp sự cố về ống hơi

Khi xảy ra sự cố rò rỉ ống hơi, việc dùng một đoạn ống mới còn được gọi là “dutchman” để thay thế cho đoạn ống bị hư thường được xem là một phương án khắc phục để lựa chọn, mặc dù nó có thể tốn nhiều thời gian hơn những phương thức khác và tiếp cận khu vực có sự cố bằng phương pháp này đôi khi cũng là cả một vấn đề. Một số vị trí trong ống hơi chỉ có thể tiếp cận qua một khe hẹp mà chỉ có môt số rất ít thợ hàn với hình thể nhỏ/gầy mới có thể làm được. Ở những vị trí khác, các thợ hàn phải xắt xuyên qua những đoạn ống không bị sự cố để tiếp cận được với vị trí bị hư hỏng, sau đó lần lượt khắc phục ở cả hai vị trí nói trên.

Ngay cả khi có thể tiếp cận được vị trí có sự cố, việc khắc phục thường phải thực hiện ở những vị trí rất bất tiện đòi hỏi phải có kỹ năng và độ tập trung cao để có thể hoàn thành việc hàn. Hàn cửa sổ đôi khi cũng cho phép tiếp cận rò rỉ ống hơi từ bên ngoài nối hơi, giúp giảm thiểu chi phí và thời gian dựng dàn giáo, nhưng chúng đòi hỏi những kỹ thuật hàn cao và khó thực hiện hơn, đồng thời nguy cơ thất bại cũng cao. Vì những lý do nói trên, các nhà máy điện được thăm dò gần như tách thành hai nhóm tương đối đồng đều khi trả lời câu hỏi họ sẽ cho phép phương pháp hàn cửa sổ để khắc phục sự cố ở đó hay không: 51% trả lời có; 49% trả lời không.

Hàn đệm, tuy nhiên, thường giúp khắc phục nhanh hơn cả “dutchman” lẫn hàn cửa sổ, nhưng nguy cơ thất bại vẫn cao và thường chỉ được xem là giải pháp ngắn hạn/ tạm thời cho đến khi ứng dụng được thay thế khi có ngừng máy sau đó. 90% phản hồi từ cuộc thăm dò chấp nhận hàn đệm là một phần của chương trình khắc phục sự cố của họ, trong khi chỉ 10% không cho phép điều này.

Ngừng máy theo kế hoạch

Có lẽ quyết định khó nhất là lựa chọn ra thời gian hợp lý nhất để thực hiện công tác khắc phục sự cố/ bảo trì nồi hơi. Quyết định này phải có sự cân nhắc giữa tầm quan trọng của việc thực hiện sửa chữa chóng vánh với chi phí thực hiện ngừng máy trong vài ngày.

Hình 5 cho thấy, trong đa số các trường hợp, người đứng đầu nhà máy sẽ chờ cho đến cuối tuần kế tiếp để khắc phục trong hệ thống có rò rỉ ống hơi do chi phí điện năng vào dịp cuối tuần thường sẽ thấp hơn các ngày trong tuần. Mặc dù cách này cho phép giảm thiểu chi phí năng lượng của việc thay thế, chờ đợi có thể làm tăng khả năng hư hỏng ở ống thứ cấp, vì vậy một số nhà máy ngừng máy khi rò rỉ ống hơi làm tăng lưu lượng lên; số khác lựa chọn cho hệ thống ngừng máy ngay lập tức.

5. Chờ đến thời điểm hợp lý. Các nhà máy được thăm dò ửng hộ việc chờ đến tuần kế tiếp để tháo nồi hơi đang hoạt động và khắc phục rò rỉ ống hơi. Nguồn: EUCG

Cuối cùng là thăm dò tần suất và khoảng thời gian các nhà máy thực hiện ngừng máy theo kế hoạch. Số liệu thu được từ cuộc thăm dò được phân tích kỹ lưỡng dựa trên các ngừng máy nồi hơi có quy mô lớn và các ngừng máy trong thời gian ngắn. Đối với các ngừng máy quy mô lớn, khoảng được lựa chọn thường xuyên nhất là cứ mỗi 2 năm (37% phản hồi), cứ mỗi 3 năm (24%) và khoảng cách 4 năm hay hơn (21%). Đối với các ngừng máy trong thời gian ngắn, đa số (59%) thực hiện ngừng máy mỗi năm (hình 6).

6. Ngừng để khắc phục. Phản hồi từ cuộc thăm dò chỉ ra tần suất theo đó các nhà máy thực hiện ngừng máy theo kế hoạch trong khoảng thời gian lâu hơn hay ngắn hơn. Nguồn: EUCG

Khoảng thời gian thực hiện ngừng máy thường được quyết định bởi một số nhân tố, bao gồm quy mô phục hồi, quy mô này thường bị ảnh hưởng bởi khoảng cách thời gian giữa các đợt ngừng máy. Khi các ngừng máy quy mô lớn thường được thực hiện cứ mỗi 2 hay 3 năm, khoảng thời gian thường được dành cho ngừng máy là 30 đến 39 ngày.

Các đợt ngừng máy được lên kế hoạch và thực hiên tốt cũng chỉ là một nhân tố đóng góp để làm giảm số lượng ngừng máy không nằm trong kế hoạch gây ra do rò rỉ ống hơi.  Những nhân tố khác được nêu ra trong nghiên cứu này bao gồm cách thức tổ chức chương trình BTFR (giảm sự cố trong ống hơi), các chương trình cải tiến chu kỳ sử dụng hóa chất, và mức độ chú trọng đối với chất lượng mối hàn trong sửa chữa.

Bằng cách ứng dụng các chương trình và phương pháp này, một số ứng dụng nồi hơi đã giảm được tần suất những cuộc gọi đáng sợ từ quản lý vận hành của các nhà máy để báo cáo về việc có rò rỉ ống hơi, cũng như giảm được chi phí bảo trì bảo dưỡng các nồi hơi này.

Chúng tôi đặc biệt gửi lời cảm ơn đến Jim Patrick, nguyên chủ tịch Ủy ban nghiên cứu năng suất nhà máy nhiệt địa của EUCG

-Sharon pfeuffer(pfeuffer@dteenergy.com) là giám đốc nàh máy của DTE Energy’s River Rough, Trenton Channel, và Conners Creek Power Plants, Peakers Fleet, và các cửa hàng cũng như là một thành viên tham gia và đóng góp cho EUCG Fossil Productivity Committee workshops.