Theo dõi tình trạng thiết bị bằng siêu âm - Nhiều công dụng hơn chỉ là thiết bị phát hiện rò rỉ đơn thuần

Nếu bạn đang sử dụng một cảm biến siêu âm để phát hiện rò rỉ và chưa đạt được kết quả mong đợi thì chúng tôi vẫn còn những lựa chọn khác tốt hơn cho bạn.

Kiểm tra siêu âm để phát hiện rò rỉ của đường ống

Nếu cảm biến siêu âm của bạn chỉ dùng cho mục đích phát hiện rò rỉ, vậy thì bạn đã không tận dung hết những lợi ích mà công nghệ này có thể mang lại. Việc phát hiện rò rỉ được nhiều tổ chức, cơ quan ban ngành, chẳng hạn Cục Năng Lượng Hoa Kỳ, khuyến nghị là phương pháp tốt nhất để dò tìm các khu vực có rò rỉ nhằm tối thiểu năng lượng lãng phí và tăng hiệu quả trong các nhà máy.

Cảm biến siêu âm được thiết kế bằng công nghệ phù hợp có khả năng tích hợp với phần mềm, có thể được sử dụng để theo dõi tình trạng thiết bị và phục vụ bảo trì dự đoán. Điều này, sẽ giúp tối thiểu thời gian ngưng trệ sản xuất, tăng cường kiểm soát chất lượng và an toàn, và tăng số giờ công lao động nhờ việc cải thiện khả năng xử lý sự cố.

Xem thêm:

Bảo trì dự đoán (Predictive Maintenance) là gì?

Bảo trì dựa trên tình trạng CBM (Condition-Based Mainienance)

Bảo trì tập trung vào độ tin cậy RCM: 9 nguyên tắc của chương trình bảo dưỡng phòng ngừa hiện đại (Full).

Xem xét bản tóm tắt đánh giá của bên thứ ba là bên đã tích hợp công nghệ siêu âm cho một tổ chức trong hơn 500 tình huống:

- Hơn 100 ứng dụng được sử dụng cho các thiết bị khác nhau trong các tình huống khác nhau như nồi hơi, thiết bị chuyển đổi nhiệt, máy nén, động cơ, bơm, van và các bẫy hơi.
- Con số tiết kiệm được cho tổ chức xấp xỉ 3.7 triệu đô la Mỹ mỗi năm.
- Tỷ lệ hoàn vốn cho việc tích hợp công nghệ siêu âm nhờ việc giảm các chi phí không đáng có xấp xỉ 15:1.
- Số năm lao động tiết kiệm được nhờ giảm thời gian chuẩn đoán và xử lý sự cố xấp xỉ 45 năm.

Tích hợp công nghệ siêu âm phù hợp theo quy trình thực hiện đã đưa ra cho tổ chức này và những tổ chức khác tương tự cho thấy nhiều lợi ích ước tính được và còn hơn nữa. Tuy nhiên, nhiều công ty dù có tầm nhìn tốt về việc thực thi các chương trình bảo trì dự đoán làm giảm chi phí sản xuất và vận hành, nhưng lại thiếu các công cụ và thời gian để xây dựng một kế hoạch hiệu quả. Bài viết này sẽ bàn về những cách thức để sử dụng công nghệ siêu âm sao cho việc hoàn vốn trở nên nhanh và hiệu quả.

Theo dõi tình trạng thiết bị

Theo dõi tình trạng thiết bị và bảo trì dự đoán thường được thực hiện nhờ vào các phân tích độ rung, tia hồng ngoại và những kỹ thuật khác. Công nghệ siêu âm lại thường bị bỏ qua, tuy nhiên lại là một giải pháp xuất sắc, đặc biệt là dành cho các tổ chức có ngân sách thấp dành cho bảo trì. Các thiết bị dò siêu âm cho phép người dùng hiểu được chính xác những tiếng động tạo ra do hệ thống chưa được bôi trơn đầy đủ (quá nhiều hoặc quá ít), và các dấu hiệu mài mòn từ sớm. Công nghệ siêu âm phù hợp là công cụ nhanh và hiệu quả để xác định tình trạng đang diễn ra với thiết bị, các bộ phận như ổ bi, hộp số, động cơ, máy nén, v.v...

Sóng siêu âm được tạo ra do ma sát, va chạm và phóng điện. Ma sát và va chạm là những hiện tượng đồng hành của thiết bị cơ khí. Chẳng hạn, một ổ bi đang hoạt động sẽ tạo ra ma sát tại trục và các bi quay quanh tâm. Tuy nhiên, nếu có quá nhiều sự ma sát thì sẽ có sự cố xảy ra với dây chuyền sản xuất do sự thiếu cân bằng, hoặc ổ bi có thể đã bị kẹt, từ đó làm cho dây chuyền sản xuất ngừng hoạt động.

Bôi trơn đầy đủ cho ổ bi đang hoạt động luôn luôn rất quan trọng. Một ổ bi được bôi trơn đầy đủ sẽ tạo ra âm thanh rất mượt khi hoạt động, với micro của thiết bị thu nhận siêu âm có thể phát hiện được khi nó được đặt vào gối đỡ của vòng bi. (Xem hình dưới)

Nếu ổ bi được bôi trơn nhiều hơn mức cần thiết, sẽ có rất ít sóng siêu âm có thể được nghe thấy bằng tai nghe. Nếu được bôi trơn không đủ, tiếng ồn do ổ bi tạo ra sẽ càng lúc càng tăng đáng kể và những tiếng ồn khác cũng có thể được tạo ra như tiếng sột soạt, lọc cọc trong ổ bi. Những dấu hiện chỉ thị ổ bi không được bôi trơn đủ sẽ xuất hiện trong sóng siêu âm trước cả khi ảnh nhiệt hồng ngoại có thể phát hiện được do nhiệt tăng lên và dĩ nhiên trước cả khi có thể tiến hành các phân tích độ rung của nó.

Xem thêm:

Phân tích hệ thống cơ khí bằng máy ảnh hồng ngoại (Infrared Thermography).

 

Thêm vào đó, một khi ổ bi bắt đầu bị mài mòn, sóng siêu âm sẽ gây ra những tín hiệu sắc đinh tai khi đi qua những điểm bị mài phẳng hay những vết xước. Những tiếng ồn này được truyền vào tai nghe khi có những tiếng pop hay crack. Một khi sóng siêu âm được tạo ra tức là ổ bi bắt đầu cho thấy những dấu hiệu, khi đó việc thay thế có thể được xem xét trong khi dây chuyền sản xuất ngừng hoạt động (trong thời gian nghỉ). Mài mòn có thể được phát hiện ngay tức khắc mà không cần phải xem xét các kết quả mô tả thu được của ổ bi đó và phân tích chúng.

Xem thêm:

Nghe vòng bi chẩn đoán hư hỏng.

Với một cảm biến siêu âm được dùng cho theo dõi tình trạng thiết bị, kỹ thuật viên chỉ cần đưa đầu dò vào từng vị trí, điều chỉnh độ nhạy của thiết bị giúp tối thiểu sóng siêu âm ở xung quanh gây ra bởi những bộ phận hay thiết bị khác. Sóng siêu âm yếu đi hay thất thoát năng lượng, nhanh hơn so với tiếng ồn mà các cảm biến độ rung có thể phát hiện ra, tuy vậy nếu độ nhạy của thiết bị được điều chỉnh ở mức cao thì các rung động siêu âm trong thép vẫn có thể gây nhiễu các thiết bị đang được kiểm tra.

Người dùng có thể ghi lại các thiết lập của cảm biến và tình trạng vận hành của các thiết bị như tốc độ, khả năng tải,... Mỗi lần theo dõi một bộ phận thiết bị, người dùng nên duy trì các tình trạng vận hành tương đương để dễ phát hiện những thay đổi trong sóng siêu âm là do thiết bị bị mài mòn hay do bôi trơn không đầy đủ chứ không phải do tăng vận tốc vận hành.

Không có dấu hiệu đơn lẻ hay xem xét chỉ một yếu tố nào có thể giúp xác định tình trạng thiết bị đang được kiểm tra. Các tín hiệu kỹ thuật số do các phương pháp đo tương quan chỉ ra như deciben hay RMS không nên được dùng đơn lẻ để dự báo xu hướng. Một bản mô tả deciben chẳng hạn, thường dùng hàm logarit để mô tả tỷ lệ mà trong đó có thể bao gồm cả công suất, áp lực tiếng ồn, điện thế, cường độ và một số các yếu tố khác.

Song, sử dụng công nghệ siêu âm để theo dõi tình trạng thiết bị không phức tạp. Phần mềm có thể được sử dụng để ghi lại các kết quả đầu ra của cảm biến siêu âm. Khi đã có được chuẩn chung hoặc tín hiệu chuẩn (benchmark signal), các bản ghi sau này có thể được đem ra so sánh để xác định được độ mòn hoặc bôi trơn của bộ phận thiết bị qua thời gian.

Phần mềm phân tích tín hiệu cũng dễ sử dụng nhờ tính đơn giản trong việc sử dụng cảm biến siêu âm. Nếu độ nhạy của cảm biến được điều chỉnh phù hợp với mỗi lần thực hiện thu bản ghi, các tiếng ồn (spikes & cracks) sẽ dễ được nhận dạng khi các ổ bi bắt đầu mòn.

Nếu thiết lập cho mỗi lần sử dụng của cảm biến là như nhau, người dùng có thể dựa trên đó để so sánh biên độ tổng quát hoặc giá trị RMS (giá trị bình phương trung bình, công suất trung bình) của thiết bị với giá trị RMS chuẩn của nó. Việc xác minh biên độ tăng cũng không giúp đưa ra kết luận cho những yếu tố khác như sự thay đổi tốc độ, khả năng tải, hay áp suất của vị trí đang được kiểm tra do bản ghi tín hiệu sau khi được bôi trơn thêm sẽ làm giảm biên độ tổng quát của tín hiệu thu được.

Phát hiện rò rỉ

Khi các phân tử khí thoát ra khỏi các lỗ hở hay vết nứt/ rạn từ một hệ thống áp suất cao sang hệ thống áp suất thấp, chúng sẽ tạo ra dòng vật chất va đập hỗn loạn với nhau gây ra sóng siêu âm. Các cảm biến siêu âm được sử dụng để phát hiện ra sóng siêu âm này khi chúng truyền đi. Một microphone áp điện được sử dụng để thu nhận các sóng áp lực tiếng ồn ứng với một tần số siêu âm cụ thể. Hầu hết microphone di động có tần số nằm xung quanh mức 40kHz. Tai người chỉ có thể nghe được trong khoảng tần số tối đa là 20kHz. Khi microphone của thiết bị thu nhận phát hiện được sóng siêu âm, thiết bị sẽ chuyển đổi tín hiệu đầu vào sang tần số sóng âm mà tai người có thể nghe được. Tín hiệu mới dẫn xuất ra tai nghe trong bộ công cụ.

Khi có rò rỉ, dòng vật chất va đập gây ra do các sóng áp suất tiếng ồn nằm trong khoảng âm từ 0Hz đến 100 kHz và cao hơn nữa. Tần số sóng âm thấp hơn đi xa hơn và gây nhiễu ở xung quanh như tiếng máy móc chạy. Đồng thời, những tiếng ồn này có năng lượng lớn hơn và có thể dễ dàng vượt qua các bề mặt, tối thiểu khả năng của một microphone tần số thấp để có có định vị chính xác điểm rò rỉ. Sóng âm tần số quá cao (trên 40 kHz) không có đủ năng lượng để có thể được phát hiện từ khoảng cách hợp lý. 

Một cảm biến siêu âm được sử dụng để phát hiện và định vị các rò rỉ, nên:

- Có dải âm tần quanh khoảng 40 kHz.
- Có phạm vi/hướng tiếp cận hẹp.
- Có chức năng điều khiến để điều chỉnh độ nhạy của thiết bị thu nhận nhờ đó chỉ ra vị trí cần thiết.
- Sử dụng phương pháp chuỗi tín hiệu tương tự cho phép hiện thị nhanh chóng những biến đổi dù là nhỏ của tín hiệu đầu vào.
- Có tỉ lệ tín hiệu - độ ồn tốt giúp sử dụng hiệu quả trong những trường hợp chức năng phát hiện rò rỉ của cảm biến bị tối thiểu hóa do tiếng ồn.
- Có vòng đời pin dài.

 Thiết bị phát hiện rò rỉ hiệu quả rất quan trọng trong việc phát hiện và định vị rò rỉ trong toàn bộ cơ sở sản xuất, nhưng chúng không có khả năng xác định con số chi phí tiết kiệm cũng như lượng khí có thể đã bị thất thoát. Các cảm biến siêu âm không thể xác định được tỷ lệ rò rỉ hay thất thoát trên CFM. Có nhiều yếu tố có thể tác động đến cường độ va chạm trong đường ống như độ dày, kích cỡ, hình dáng của chỗ hở; độ cứng/ thô ở các mép, phương hướng; khoảng cách từ thiết bị thu nhận ; độ ẩm; nhiệt độ; áp suất không khí,…

Cùng một áp suất và mức độ khác biệt như nhau ở trong và ngoài hệ thống, tỷ lệ dòng rò rỉ qua một vết nứt với những mép sắc thô sẽ tạo ra sóng siêu âm gấp hàng chục, thậm chí hàng trăm lần cường độ cũng dòng rò rỉ qua một vết nứt tròn và mép nhẵn. Do đó, để xác định chính xác chi phí tiết kiệm được, cần phải theo dõi lượng tiêu thụ điện năng, sản lượng sản xuất bằng những phương tiện khác. Việc này có thể làm được nhờ sử dụng những thiết bị đắt tiền và phức tạp để có được con số đo lường chính xác, nhưng điều này là không cần thiết. Kiểm soát định kỳ đối với khí và hơi nước sẽ giúp tiết kiệm chi phí, mặc dù kể cả người sử dụng cũng không chắc được con số đó là bao nhiêu. Nếu bạn không sử dụng công nghệ siêu âm, bạn đang bỏ lỡ phương tiện nhanh nhất và dễ dàng nhất để có thể phát hiện rò rỉ.

Kiểm tra siêu âm phát hiện rò khí qua van

Tích hợp công nghệ thông qua thực hiện chìa khóa trao tay

Kể cả khi đã quyết định ứng dụng công nghệ mới, nhiều tổ chức vẫn thất bại trong việc đạt được những lợi ích mong muốn. Có một số nguyên nhân giải thích cho điều này trong đó thiếu sót hàng đầu là sự am hiểu về công nghệ, huấn luyện đào tạo không phù hơp, không có đủ thời gian và nguồn lực thích hợp, không xác định đúng những khu vực cần xem xét và ứng dụng công nghệ mới,... Rất nhiều tổ chức chỉ bận rộn cho việc khắc phục sự cố, hơn là dành thời gian đó để lập ra một kế hoạch ngăn chặn trước khi sự cố xảy ra, họ tập trung việc khắc phục tạm thời/giảm thiệt hại sự cố đã phát sinh.

Nỗ lực là cần thiết để đạt được những lợi ích mong muốn từ bất cứ công nghệ hay chương trình mới nào. Khi ứng dụng công nghệ siêu âm, bước đầu tiên để có thể hoàn vốn nhanh chóng đó là phải đám bảo đúng người đúng việc. Chẳng hạn, trên thị trường có nhiều loaị cảm biến siêu âm không thể theo dõi một cách chính xác tình trạng thiết bị và tỷ lệ không phát hiện được rò rỉ cao. Do đó, một chương trình chìa khóa trao tay nên được đưa vào thực hiện giúp bao quát tất cả các khía cạnh của việc tích hợp công nghệ mới.

Bạn có thể cân nhắc những chương trình chìa khóa trao tay dưới đây cho việc tích hợp công nghệ siêu âm của mình:

- Chương trình giúp xác định các bộ phận thiết bị và các hệ thống thuộc diện cần xem xét kiểm tra.
- Chương trình giúp xác định những sản phẩm phù hợp cho công tác bảo trì của tổ chức như các cảm biến, phần mềm, và các phụ kiện.
- Chương trình giúp xác định những nơi cần kiểm tra, giúp lập những bản mô tả ban đầu để làm tiêu chuẩn.
- Chương trình giúp lưu giữ những tài liệu về những nơi đã kiểm tra, các bản mô tả, các bộ phận thiết bị và các sản phẩm.
- Chương trình giúp đào tạo nhân lực để vận hành tốt các cảm biến siêu âm và phần mềm phù hợp với tài liệu hướng dẫn.
- Chương trình giúp thiết lâp những cột mốc quan trọng có thể đạt được trong công tác tích hợp công nghệ.
- Chương trình giúp duy trì sự ổn định, mở rộng các sản phẩm được tích hợp, và tiếp tục đánh giá những khu vực quan trọng đã và đang được tích hợp thông qua theo dõi tình trạng thiết bị và phát hiện rò rỉ.

Kết luận

Nếu được ứng dụng hợp lý và thường xuyên, công nghệ siêu âm có thể là công cụ nhanh và hiệu quả về mặt chi phí dành cho việc theo dõi kiểm soát các bộ phận thiết bị trong diện xem xét.

Để ứng dụng công nghệ này, các doanh nghiệp nên tiếp cận đúng sản phẩm, đào tạo nhân lực, xác định các bộ phận thiết bị cần xem xét, xây dựng chuẩn cho thiết bị, và quyết tâm theo đuổi những dự định tốt.

Thiếu sự đào tạo huấn luyện và sự am hiểu về công nghệ, theo dõi kiểm tra thiếu thường xuyên, và thiếu sự kiên quyết đối với chương trình bảo trì dự đoán sẽ đưa đến những kết quả rất tệ hại. Tuy nhiên, nếu ứng dụng hợp lý công nghệ siêu âm, sẽ cải thiện sản xuất, làm giảm thời gian khắc phục sự cố, cũng như giảm thời gian lãng phí của dây chuyền sản xuất và đội ngũ bảo trì trang thiết bị. Ứng dụng công nghệ siêu âm thích hợp, có thể làm được nhiều việc, hơn chỉ là một thiết bị phát hiện rò rỉ đơn thuần.

Theo HIENDAIHOA, ảnh baoduongcokhi.com

Related Posts by Categories