Từ đo rung động máy đến hệ thống tối ưu hoá quản lý thiết bị

I/ Tại sao phải đo rung động của máy ?

Trong các nhà máy , các dây chuyền sản xuất , các thiết bi trọng yếu là các thiết bị mà khi có sự cố sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến hoạt động và lợi nhuận của cả doanh nghiệp. Một tổ máy phát điện 300 MW nếu phải dừng 1 ngày vì sự cố sẽ gây thiệt hại về doanh số là 250.000 USD.

Trong các nhà máy điện, các thiết bị trọng yếu là các tổ máy tua bin – máy phát , lò hơi , bơm nước cấp – nói chung các các máy quay lớn , các thiết bị mà khi có sự cố sẽ mất rất nhiều thời gian và kinh phí cho việc sửa chữa để đưa thiết bị hoạt động trở lại.

Trong các nhà máy hoá chất , hoá dầu các thiết bị trọng yếu là các thiết bị quay lớn như tua bin , máy nén , máy bơm ,…. Với tính chất dây chuyền trong công nghệ xử lý việc dừng một máy có thể ảnh hưởng đến toàn bộ hoạt động của nhà máy.

Do vậy việc bảo vệ các thiết bị trọng yếu khỏi các sự cố là rất cần thiết.

Đa số các thiết bị trọng yếu là các máy quay hoặc có chuyển động tịnh tiến . Về mặt động lực học độ rung là thông số quan trọng nhất cho ta biết tình trạng của máy.

Thực tế ở Việt nam tất cả các tổ máy tua bin – máy phát của các nhà máy nhiệt điện đều được trang bị hệ thống đo rung. Ở một số nhà máy mới hệ thống đo rung còn được trang bị cho các bơm nước cấp , bơm nước tuần hoàn , quạt gió ,….

II/ Tiến trình phát triển từ hệ thống đo rung đến hệ thống quản lý thiết bị.

Từ những năm 60 người ta đã dùng các thiết bị đo rung để kiểm tra tình trạng của máy. Lúc đó thiết bị đo rung là các thiết bị cầm tay đơn giản và việc kiểm tra tình trạng các thiết bị trong yếu được tiến hành đinh kỳ.

Sang đến thập kỷ 70 ,với sự phát triển của công nghệ đo lường và điều khiển , các thiết bị trọng yếu đã được trang bị hệ thống giám sát rung trực tuyến . Hệ thống này được lắp cố định để theo dõi thường xuyên , liên tục các thông số về tình trạng máy quay như độ rung tại các gối trục , nhiệt độ dầu bôi trơn tại các ổ đỡ ,….Khi các thông số như biên độ rung, nhiệt độ dầu bôi trơn vượt quá mức báo động hệ thống sẽ cảnh báo bằng còi , đèn ….để người vận hành biết . Khi các thông số này vượt quá mức nguy hiểm hệ thống sẽ đưa ra tín hiệu để dừng các thiết bị để có thể bảo vệ các thiết bị trọng yếu khỏi các sự cố lớn. Hệ thống như vậy có tên gọi là hệ thống bảo vệ thiết bị ( Machine Protection System ).

Như vậy các hệ thống như mô tả ở trên mới chỉ dừng ở mức bảo vệ , phòng ngừa sự cố lớn chứ không cho biết cụ thể tình trạng của thiết bị cũng như nguyên nhân của sự cố.

Đến thập kỷ 80 việc ứng dụng công nghệ thông tin tạo nên một bước ngoặt lớn trong mọi lĩnh vực , đặc biệt là lĩnh vực đo lường , điều khiển , thu thập dữ liệu. Các phần mềm phân tích rung bắt đầu xuất hiện. Từ các thông số đo được như độ rung , độ đảo trục , vị trí trục so với ổ đỡ , các phần mềm này cho phép đưa ra các đồ thị như phổ ( spectrum ) , quĩ đạo tâm trục (Orbit ) ,….. trên cơ sở đó có thể phân tích để tìm ra nguyên nhân sự cố như mất cân bằng , sát cổ trục , không thẳng tâm , rối loạn ổ thuỷ động , cong trục…Lợi ích lớn nhất của việc ứng dụng các phần mềm này là biết rõ được tình trạng ( động lực học ) của thiết bị ở bất cứ thời điểm nào trên cơ sở đó có thể phát hiện ra các sự cố từ rất sớm , sớm hơn thời điểm báo động mà hệ thống bảo vệ đưa ra rất nhiều . Cũng chính vì vậy mà hệ thông như vừa mô tả có tên gọi là hệ thống giám sát tình trạng thiết bị ( Machine condition monitoring system ).

Một bước tiến quan trong nữa , bắt đàu từ thập kỷ 90 , là việc ứng dụng hệ chuyên gia trong việc phân tích nguyên nhân sự cố của thiết bị . Xuất phát từ một thực tế là để đọc được các đồ thị mà hệ thống giám sát tình trạng thiết bị đưa ra trên cơ sở đó phân tích được nguyên nhân của sự cố cần có chuyên gia được đào tạo bài bản , hơn nữa việc phân tích cũng mất nhiều thời gian có thể gây thiệt hại cho nhà máy do vậy mà các nhà sản xuất ta đã đưa ra các module phần mềm hệ chuyên gia ( knowledge-base , decision support ) giúp người vận hành , quản lý thiết bị biết được nguyên nhân của sự cố ngay tức thì mà không cần phải đọc các đồ thị phức tap. Đồng thời phần mềm cũng có thể đưa ra các phương án khắc phục sự cố tuỳ theo tính chất của sự cố đó. Thực chất hệ chuyên gia là 1 module phần mềm trong đó có các thuật toán về chẩn đoán trên cơ sở các thông tin , kinh nghiệm về động lực học , nhiệt động học về một số thiết bị quay trọng yếu. Cũng chính vì vậy mà chỉ có 1 số ít các nhà sản xuất có kinh nghiệm trong lĩnh vực này mới đưa ra được các giải pháp như vừa mô tả.

Có thể dễ dàng nhận thấy hệ thống giám sát tình trạng thiết bị mang lại lợi ích vô cùng to lớn như sau ( các ví dụ cụ thể về lợi ích của hệ thống sẽ được trình bày ở phần cuối của tài liệu này ) :

- Vì biết được tình trạng thiết bị nên có thể hoàn toàn tránh được các sự cố lớn xảy ra.

- Tăng độ sẵn sàng và độ tin cậy của thiết bị trên cơ sở đó tăng sản lượng, năng suất , tối ưu hoá việc sử dụng thiết bị.

- Giảm thời gian dừng máy , giảm chi phí bảo dưỡng thiết bị.

- Tối ưu hoá công tác bảo dưỡng. Giảm tỷ lệ bảo dưỡng thụ động , định kỳ và phòng ngừa , tăng tỷ lệ bảo dưỡng theo tình trạng và chủ động. Giảm phụ tùng thay thế.

- Tăng tuổi thọ của thiết bị.

Với sự phát triển như vũ bão của công nghệ thông tin , công nghệ mạng , truyền dữ liệu,…sau hơn bốn thập kỷ phát triển từ một dụng cụ đo rung cầm tay để kiểm tra và bảo vệ thiết bị đã phát triển thành một hệ thống mà tên gọi của nó - hệ thống quản lý thiết bị ( Plant Asset Management System ) đã bao hàm rất nhiều ý nghĩa . Mục tiêu của quản lý thiết bị là tăng độ sẵn sàng , độ tin cậy của thiết bị mà vẫn giảm được chi phí cho công tác bảo trì , bảo dưỡng trên cở sở đó khai thác việc sử dụng thiết bị một cách tối ưu và hiệu quả nhất.

Trong một vài năm gần đây , ngày càng có nhiều hãng trên thế giới đã và đang đưa ra những hệ thống quản lý thiết bị hoàn thiện hơn , mang lại nhiều lợi ích hơn với mục đích là giúp các doanh nghiệp sản xuất tối ưu hoá việc sử dụng thiết bị , trên cơ sở đó giảm giá thành sản xuất , tăng sản lượng ,…. để đạt được mục tiêu hang đầu là tăng lợi nhuận cho các doanh nghiệp. Điều đó lại càng có ý nghĩa hơn trong nền kinh tế thị trường canh tranh gay gắt ngày nay.

Có thể liệt kê các xu hướng chính hiện nay trong tiến trình phát triển các hệ thống quản lý thiết bị như sau :

- Phát huy hơn nữa lợi ích của hệ thống giám sát tình trạng thiết bị . Ví dụ như có thể kết nối với các hệ thống quản lý bảo dưỡng với sự trợ giúp của máy tính ( CMMS ). Việc kết nối này tăng hiệu quả của việc sử dụng CMMS lên rất nhiều . Ví dụ như có thể tự động lập kế hoạch bảo dưỡng , chuẩn bị phụ tùng thay thế trên cơ sở tình trạng máy , thậm chí có thể tự động lập phiếu giao việc khi hệ thống phát hiện có sự cố ,…..

- Mở rộng phạm vi quản lý . Không chỉ dừng ở các thiết bị quay trọng yếu mà tiến tới quản lý tất cả các thiết bị trong nhà máy như lò hơi , thiết bị điện như biến áp , động cơ , các thiết bị quay nhỏ , các thiết bị đo lường ,…..

- Khả năng mở để có thể tích hợp với các modul phần mềm ứng dụng chuyên sâu như tối ưu hoá quá trình đốt trong lò hơi , tối ưu hoá quá trình trộn than , giám sát tình trạng nhiệt động học , cân bằng nhiệt , hiệu suất , phân bố phụ tải tối ưu ,….. Ngoài ra có thể cho phép người sử dụng bổ xung các kinh nghiệm của mình vào hệ chuyên gia.

- Khả năng trao đổi dữ liệu với các hệ thống khác như DCS , SCADA , CMMS , ….

III/ Chọn một hệ thống quản lý thiết bị nào cho phù hợp ?

Có thể thấy từ một hệ thống đo rung đơn giản để bảo vệ các thiết bị trọng yếu thế giới đã tiến một bước dài trong việc phát triển thành môt hệ thống quản lý toàn bộ các thiết bị trong nhà máy mang lại hiệu quả to lớn cho kinh doanh. Mặc dù giá thành của hệ thống không đáng kể so với lợi ích mà nó mang lại tuy nhiên không phải doanh nghiệp nào cũng có điều kiện kinh phí để đầu tư toàn bộ hệ thống với tính năng mạnh nhất ngay từ đầu . Do vậy một câu hỏi lớn được đặt ra là chọn một hệ thống quản lý thiết bị , hoặc hệ thống đo rung của nhà sản xuất nào cho hợp lý ?. Rõ ràng là phải chọn một hệ thống mà có thể phát triển nâng cấp được trong nhiều giai đoạn. Sau đây là một số khuyến cáo đối với các nhà đầu tư :

• Thiết bị phần cứng mà chức năng chính của nó là đo lường , thu thập dữ liệu và bảo vệ phải an toàn , tin cậy . Nên chọn các thiết bị , hệ thống đạt các tiêu chuẩn quốc tế như API 670 , SIL 1 , SIL 3 , TUV , CE mark , có chức năng dự phòng ,…. Bộ nhớ phải đảm bảo lớn để không bị thiếu dữ liệu để phân tích khi có sự cố về máy tính. Khả năng giao diện phải dễ dàng và phổ biến như các chuẩn DDE , MODBUS , ETHERNET, OPC……

• Phần mềm phải có tính năng mở để phát triển . Ví dụ như khả năng kết nối với CMMS , DCS , SCADA ,tích hợp với các thiết bị thu thập dữ liệu cầm tay ,…

• Phần mềm phải có tính năng mở để phát triển các modul ứng dụng như : hệ chuyên gia hỗ trợ quyết định , tính toán dặc tính vận hành , hiệu suất , suất hao nhiệt , cân bằng nhiệt , quản lý dầu bôi trơn , tính toán phân bố phụ tải tối ưu ,…

• Phần mềm phải có chức năng chẩn đoán phân tích chuyên sâu như : phổ đầy đủ ( full spectrum ) , quĩ đạo tâm trục (Orbit ) ,……

• Phải chọn nhà sản xuất nào có kinh nghiệm trong lĩnh vực động lực học máy , nhiệt động lực học và chẩn đoán tình trạng máy.

IV/ Các ví dụ về lợi ích của hệ thống quản lý thiết bị:

Để thấy rõ được lợi ích của việc ứng dụng hệ thống quản lý thiết bị chúng ta hãy nghiên cứu một số trường hợp cụ thể sau đây .

1/ Sự cố tại nhà máy nhiệt điện Kolaghat ( Ấn độ ) :

- Ngày 17/7/2004 hệ thống giám sát tình trạng thiết bị cảnh báo mức rung cao tại ổ đỡ của tua bin thấp áp , tổ máy 1 ( 300 MW ).

- Qua các đồ thị chẩn đoán có thể phân tích được nguyên nhân do gãy cánh tua bin. Nguyên nhân này có thể thấy rất rõ qua sự tăng đột biến của biên độ rung ở đồ thị biên độ - thời gian . Ngoài ra 1 số đồ thị khác như quĩ đạo tâm trục cũng khẳng định điều này.

- Sau khi tham khảo ý kiến tư vấn của nhà SX tua bin nhà máy quyết định tiếp tục chạy máy ở chế độ 175 MW và theo dõi chặt chẽ tình trạng máy qua hệ thống giám sát tình trạng. Đồng thời tiến hành đặt mua bộ cánh tua bin. Vấn đề là ở chỗ nếu không biết được tình trạng như trên bắt buộc phải dừng máy. Khi đó , trong quá trình dừng máy toàn bộ cánh sẽ bị phá huỷ bởi máy phải chạy qua chế độ cộng hưởng . Do vậy sau đó không thể khởi động máy lại được nũă vì máy đã hỏng nặng.

- Đến ngày 12/1/2005 sau khi nhận được cánh tua bin từ nhà SX tiến hành dừng máy để sửa chữa.

- Như vậy có thể thấy quyết định trên đã mang lại doanh số 112.000 USD / ngày cho 175 ngày vận hành thay vì phải dừng máy và chờ cánh tua bin mới.

2/ Lợi ích của hệ chuyên gia tại nhà máy hoá dầu Valero (USA ) :

- Ngày 13/6/1997 hệ thống giám sát tình trạng thiết bị cảnh báo mức rung cao ở máy nén chính.

- Hệ chuyên gia thông báo nguyên nhân sự cố là do rối loạn ổ đỡ thuỷ động , mức độ nguy hiểm cấp 4 và đưa ra 1 loạt hướng dẫn sử lý như giảm tốc độ quay của máy nén 20 % , sau đó hiêu chỉnh lưu lượng dầu bôi trơn ,……

- Sự cố đã được giải quyết trong vòng 30 phút . máy nén hoạt động 100 % công suất trở lại.

- So sánh hai trường hợp sau đây để thấy lợi ích của hệ chuyên gia :

Nếu không có hệ chuyên gia việc đầu tiên là phải giảm tốc tộ máy nén để đảm bảo an toàn . Sau đó có thể phải mất 12 giờ phân tích để tìm ra sự cố và đưa ra biện pháp sử lý. Thiệt hại do giảm năng suất máy ( 20 % ) trong 12 giờ , theo như tính toán của công ty hoá dầu Valero lên tới 125.000 USD.

Trong khi đó , có hệ chuyên gia , thiệt hại do giảm năng suất trong 30 phút chỉ là là 5.000 USD.

iavietnam.net theo Ge VietNam

Related Posts by Categories