Giới hạn tuổi thọ thiết kế và tần suất kiểm tra rotor tuabin khí Ge (Rotor teardown inspection)

Viết bài: Nguyễn Thanh Sơn, bản quyền thuộc về baoduongcokhi.com

Việc kiểm tra tháo rời rotor (Rotor teardown inspection) là một phần của kế hoạch bảo dưỡng tiêu chuẩn cho các tuabin khí và cần được thực hiện theo các khoảng thời gian cụ thể do GE khuyến nghị. Mục đích bì này là xác định giới hạn tuổi thọ thiết kế (design life limits) và tần suất kiểm tra tháo rời cho rotor (teardown inspection intervals) của các model tuabin khí được liệt kê trong bài này.

Ảnh tháo vỏ máy tuabin khí GE FRAME 6B

Rotor là các bộ phận có năng lượng cao nhất trong tuabin khí, được thiết kế để hoạt động lâu dài trong môi trường ứng suất cao và nhiệt độ cao.

Tất cả rotor tuabin khí đều có tuổi thọ hữu hạn do hao mòn thông thường (normal wear and tear) của các bộ phận trong hệ thống. Tính toàn vẹn cấu trúc của vật liệu rotor giảm dần khi chịu các điều kiện khắc nghiệt hơn như nhiệt độ cao, áp lực cơ học, và chu kỳ khởi động/tắt máy. Các đĩa cánh tuabin (turbine wheels) là một trong những bộ phận quan trọng nhất vì hỏng hóc của chúng có thể gây thiệt hại nghiêm trọng cho tuabin khí, tài sản xung quanh và/hoặc nhân viên.

Yêu cầu bảo dưỡng và tân trang rotor bị ảnh hưởng bởi điều kiện vận hành như tải đỉnh (nhiệt độ đốt), điều kiện nhiệt rotor khi khởi động (khởi động lạnh hoặc khởi động nóng), nhiệt độ không gian bánh xe (wheel-space temperatures), và ngắt tải đột ngột (trip from load).

Dựa trên các tính toán phân tích, tuổi thọ thiết kế và khoảng thời gian kiểm tra tháo rời đầu tiên cho rotor của tuabin khí dùng trong ứng dụng Oil & Gas đã được xác định bằng Giờ vận hành quy đổi hoặc Giờ đốt quy đổi (Factored Fired Hours - FFH) hoặc Số lần khởi động quy đổi (Factored Fired Starts - FFS) như trong bảng sau:

Bảng 1: "Tóm tắt tuổi thọ thiết kế rotor"

Model GT	HP Rotor Design Life		LP Rotor Design Life
		FFS	FFH	FFS
PGT5-1	100,000	3,000	Not Applicable	Not Applicable
PGT5-2 / MS1002D	100,000	3,000	100,000	3,000
PGT10 (3)	100,000	3,000	100,000	3,000
PGT16 (1)	(1)	(1)	100,000	3,000
PGT20 (1)	(1)	(1)	100,000	5,000
PGT21S (1)	(1)	(1)	100,000	5,000
PGT25 (1)	(1)	(1)	100,000	5,000
PGT25+ (1)	(1)	(1)	100,000	5,000
PGT25+G4 (1)	(1)	(1)	100,000	5,000
GE5-1	100,000	3,600	Not Applicable	Not Applicable
GE10-1	100,000	3,000	Not Applicable	Not Applicable
GE10-2	100,000	3,000	100,000	3,000
MS1002B	100,000	3,000	100,000	3,000
MS3002J, K (2)	200,000	5,000	200,000	5,000
MS5001N, P, PA (6)	200,000	5,000	Not Applicable	Not Applicable
MS5002B, C (2)	200,000	5,000	200,000	5,000
MS5002C Power Crystal	200,000	5,000	200,000	5,000
MS5002D (4)	100,000	5,000	200,000	5,000
MS5002D Power Crystal	200,000	5,000	200,000	5,000
MS5002E (5)	150,000	5,000	150,000	5,000
MS6001B (2)	200,000	5,000	Not Applicable	Not Applicable
MS7001EA (2)	200,000	5,000	Not Applicable	Not Applicable
MS9001E (2)	200,000	5,000	Not Applicable	Not Applicable

Ghi chú bảng 1:

1.      Rotor áp suất cao (HP Rotor) là một phần của máy phát khí dẫn động hàng không (aero-derivative gas generator); khoảng thời gian bảo dưỡng của chúng không được đề cập trong bảng này, mà được quy định trong các tài liệu O&M liên quan.

2.      Đối với các mẫu tuabin khí này, vui lòng tham khảo thêm GER3620 và TIL1576.

3.      Đối với mẫu tuabin khí này, vui lòng tham khảo thêm NIC 13.10.

4.      Đối với mẫu tuabin khí này, vui lòng tham khảo thêm NIC 12.07 và TEC 15.23.

5.      Đối với mẫu tuabin khí này, tuân theo kế hoạch kiểm tra theo NIC 16.01.

6.      Đối với các mẫu tuabin khí này, vui lòng tham khảo thêm GER3620, TIL1576 và NIC 13.26.

Cần biết thêm:

FFH thường được tính như sau:

FFH = Giờ Đốt Thực Tế × Hệ Số (Factor)

Hệ số này được xác định bởi nhà sản xuất dựa trên dữ liệu vận hành, chẳng hạn như:

• Nhiệt độ đốt (Firing Temperature): Vận hành ở nhiệt độ cao hơn (peak load) làm tăng hệ số.
• Chu kỳ khởi động/tắt máy: Khởi động nóng, nguội hoặc ngắt tải đột ngột (trip) có thể tăng mức độ căng thẳng.
• Tải trọng: Chạy ở mức tải cao hơn baseload sẽ có hệ số lớn hơn.

Ví dụ: Nếu tuabin chạy 1,000 giờ ở điều kiện cơ bản (hệ số = 1), FFH = 1,000. Nhưng nếu chạy ở điều kiện tải đỉnh với nhiệt độ cao (hệ số = 1.5), FFH = 1,500, dù thời gian thực tế vẫn là 1,000 giờ.

FFS thường được tính như sau:

FFS = Số Lần Khởi Động Thực Tế × Hệ Số (Factor)

Hệ số được xác định bởi nhà sản xuất dựa trên các điều kiện cụ thể, bao gồm:

• Loại khởi động:
• Khởi động nguội (Cold Start): Sau khi tuabin ngừng hoạt động lâu (thường >48 giờ), nhiệt độ rotor giảm xuống gần nhiệt độ môi trường. Hệ số cao hơn (ví dụ: 2-3) do sự thay đổi nhiệt độ lớn.
• Khởi động ấm (Warm Start): Sau vài giờ ngừng hoạt động (8-48 giờ), nhiệt độ rotor vẫn còn ấm. Hệ số trung bình (ví dụ: 1.5).
• Khởi động nóng (Hot Start): Dưới 8 giờ sau khi dừng, nhiệt độ rotor còn cao. Hệ số thấp hơn (ví dụ: 1).
• Ngắt tải đột ngột (Trip): Khi tuabin dừng khẩn cấp từ trạng thái tải cao, gây căng thẳng lớn, hệ số có thể rất cao (ví dụ: 5-10).
• Tải trọng và tốc độ: Khởi động ở điều kiện tải đỉnh hoặc tốc độ cao có thể tăng hệ số.

Ví dụ: Nếu tuabin có 1,000 lần khởi động, trong đó 500 lần là khởi động lạnh (hệ số 2) và 500 lần là khởi động nóng (hệ số 1), thì:

• FFS = (500 × 2) + (500 × 1) = 1,000 + 500 = 1,500 FFS.

 Khuyến nghị của GE Oil & Gas

GE Oil & Gas nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tuân thủ giới hạn tuổi thọ thiết kế và khoảng thời gian kiểm tra tháo rời, bảo dưỡng theo Bảng 1: "Tóm tắt tuổi thọ thiết kế rotor". Việc không đáp ứng các yêu cầu này có thể khiến tuabin khí gặp nguy cơ hỏng hóc. Vượt quá tuổi thọ sử dụng của hệ thống rotor có thể dẫn đến hỏng các bộ phận, gây thiệt hại nghiêm trọng cho tuabin khí, tài sản xung quanh và/hoặc nhân viên.

Tuổi thọ thiết kế tối đa và/hoặc khoảng thời gian cho phép kiểm tra tháo rời và bảo dưỡng rotor của các tuabin khí liệt kê trên được xác định bằng Giờ vận hành quy đổi (FFH) hoặc Số lần khởi động quy đổi (FFS), tùy theo cái nào đến trước. Khi đạt đến khoảng thời gian kiểm tra tháo rời được khuyến nghị, tuabin khí cần được dừng lại và rotor phải được rút khỏi vận hành.

Đối với rotor sắp hoặc đã vượt quá giới hạn về giờ vận hành hoặc lần khởi động, GE Oil & Gas khuyến nghị liên hệ với GE để được tư vấn kỹ thuật và hướng dẫn thêm.

Chủ sở hữu/Người vận hành rotor vượt quá giới hạn tuổi thọ thiết kế mà quyết định không dừng đơn vị nên áp dụng các biện pháp sau:

• Nhân viên không được đứng gần khu vực tuabin khi đang vận hành.
• Trong trường hợp cần hoạt động khẩn cấp, nhân viên chỉ nên ở gần tuabin đang hoạt động trong thời gian ngắn nhất có thể.
• Các biện pháp khác cần được xác định qua đánh giá tình huống tại chỗ với sự hỗ trợ của GE.

GE Oil & Gas đã xác định các chương trình kiểm tra cho rotor khi đạt khoảng thời gian kiểm tra tháo rời trong "Bảng Tóm tắt Tuổi Thọ Thiết Kế Rotor". Nhiều kỹ thuật được sử dụng để kiểm tra toàn diện rotor tuabin khí về các khuyết tật bề mặt và dưới bề mặt, bao gồm thẩm thấu, dòng xoáy và siêu âm, nên được thực hiện tại trung tâm dịch vụ GE Oil & Gas. Đội kiểm tra sử dụng thuật toán và dữ liệu vật liệu để phát hiện khuyết tật tiềm ẩn phát triển trong quá trình vận hành. Đánh giá tuổi thọ rotor được thực hiện dựa trên tình trạng thực tế của rotor, cấu hình đơn vị cụ thể, lịch sử vận hành và lịch sử bảo dưỡng trước đó tại khoảng thời gian kiểm tra.

Để lập kế hoạch và đảm bảo vận hành liên tục, GE Oil & Gas khuyến nghị giữ rotor dự phòng tại hiện trường.

Dịch vụ Kiểm tra và sửa chữa Teardown Inspection

Dịch vụ Quản lý Tuổi Thọ Rotor (Rotor Life Management - RLM) của Ge, tập trung vào đánh giá kỹ thuật, kiểm tra và sửa chữa tiên tiến để kéo dài tuổi thọ rotor vượt quá thiết kế ban đầu. Quy trình bao gồm kiểm tra không phá hủy, phân tích kỹ thuật dựa trên tình trạng rotor, và sửa chữa tại các trung tâm dịch vụ được chỉ định. Dịch vụ áp dụng cho một số mẫu tuabin khí Frame cụ thể và mang lại lợi ích như giảm chi phí, tránh thay thế rotor sớm, và kéo dài chu kỳ kiểm tra.

GE sẽ thực hiện kiểm tra rotor, bao gồm tháo rời và tháo hoàn toàn rotor, tại một Workshop dịch vụ được ủy quyền. Điều này cho phép phân tích kỹ lưỡng tất cả các bộ phận rotor trong cả phần máy nén và tuabin. Phân tích được thực hiện bởi một đội kiểm tra có kinh nghiệm, sử dụng các thuật toán tiên tiến và dữ liệu vật liệu để phát hiện các khuyết tật tiềm ẩn dưới bề mặt có thể đã phát triển trong quá trình vận hành.

Các bộ phận kiểm tra, sẽ bao gồm:

• Đĩa cánh/Bánh tuabin (Turbine wheels)
• Trục (Shafts)
• Đĩa trục máy nén (Compressor disks)

Cánh máy nén (compressor blades) thường được tháo ra để cho phép phân tích toàn diện các đĩa. Các cánh tuabin (turbine buckets), tấm che (cover plates) và các bộ phận tiêu hao (ốc vít, đai ốc, thanh liên kết, chốt giảm chấn) sẽ được bảo dưỡng hoặc thay thế theo đánh giá của Ge.

Tháo rời và kiểm tra không phá hủy

• Kiểm tra kích thước (Dimensional inspection)
• Thẩm thấu huỳnh quang (Fluorescent penetration - PT)
• Kiểm tra độ cứng của đĩa tuabin và máy nén (Hardness test)
• Kiểm tra hạt từ tính (MT)
• Kiểm tra siêu âm (UT)
• Kiểm tra siêu âm lỗ đĩa(Boresonic testing of disk bores)
• Kiểm tra dòng xoáy (ECT)
• Kiểm tra dòng xoáy mảng (Array eddy current testing - AECT)
• Phân tích kim loại học/replica của đĩa tuabin và máy nén (Metallography/replication)

Sửa chữa và lắp ráp

• Bảo dưỡng (lớp phủ - coating)
• Sản xuất các bộ phận thay thế
• Lắp ráp trở lại (Restacking)
• Cân bằng (Balancing)

 ---

 Xin chào bạn! 

Nếu bạn đang thích trang web của chúng tôi và thấy các bài viết của chúng tôi hữu ích, chúng tôi rất mong nhận được sự ủng hộ của bạn. Với sự giúp đỡ của bạn, chúng tôi có thể tiếp tục phát triển tài nguyên và cung cấp cho bạn nội dung có giá trị hơn nữa. 

Cảm ơn bạn đã ủng hộ chúng tôi. 

Nguyễn Thanh Sơn

Related Posts by Categories