Hiện tượng thủy kích ở tuabin hơi: Nguyên nhân và cách khắc phục

Bài và ảnh Thanh Sơn sưu tầm và chỉnh sửa

Tác giả đã mô tả rất chi tiết về hiện tượng thủy kích (water hammer hay hydraulic shock), cho thấy tác giả rất có kinh nghiệm về sự cố ở tuốc bin hơi (tuabin hơi - Steam turbine), nguyên nhân, diễn tiến và hậu quả của nó. 

Ngày nay, các nhà máy công nghiệp, các lò hơi và tuốc bin hơi được thiết kế và trang bị cảm biến/ thiết bị đo lường để theo dõi và kiểm soát/điều chỉnh tự động cao hơn nên rất hiếm khi xảy ra thủy kích và khi xảy ra đã có các thiết bị cảm biến theo dõi/ bảo vệ, như theo dõi rung động, nhiệt độ ổ trục, lượng di trục và hệ thống sẽ tự động cảnh báo sự gia tăng và ngắt máy ngay lập tức khi giá trị kiểm soát vượt ngưỡng cài đặt .

Sự sai sót của quá trình vận hành lò hơi, là nguyên nhân của hiện tượng thủy kích. Hiện tượng thủy kích xảy ra khi một lượng nước bị cuốn theo hơi (wet steam) vào tuốc bin và làm hư hỏng nghiêm trọng tuốc bin.

Như vậy, sự cố này hoàn toàn có thể xuất phát từ lỗi của quá trình vận hành lò hơi. Việc tống nước từ gian lò vào ống dẫn hơi mới có thể xảy ra do những nguyên nhân sau đây:

1) Lò hơi bị quá tải đột ngột

 Việc tăng đột ngột lưu lượng hơi, sẽ làm tụt áp suất trong lò hơi ; đồng thời nhiệt độ nước trong lò cao hơn nhiệt độ tương ứng với áp suất đã giảm, do đó một phần nước tức thời chuyển hóa thành hơi, tức là xảy ra hiện tượng sinh hơi mạnh mẽ trong toàn thể tích nước. Do tăng khối lượng bọt hơi trong nước, mà mức nước trong lò tăng quá cao, làm cho nước bị tống vào bộ quá nhiệt, và từ đó vào ống dẫn hơi.

2) Cấp nước vào lò quá mức

Tức là mức nước trong lò cao hơn bình thường, do người vận hành không giám sát cẩn thận, hay là do bộ phận tự động điểu chỉnh cấp nước bị trục trặc.

3) Nước trong lò sủi bọt

Hiện tượng này xảy ra là do chất lượng nước cấp, và nước lò không tốt (chứa nhiều dung dịch muối và các tạp chất khác, nhất là dầu hoặc dầu mỏ).

4) Bộ quá nhiệt chứa đầy nước ngưng (condensate)

Trong thời gian ngừng lò và khi khởi động lò, nước ngưng bị đi vào ống dẫn hơi. Thủy kích có thể xảy ra cả trong thời gian khởi động tuốc bin, nếu các ống dẫn hơi và hộp hơi không được sấy và thổi cẩn thận, cũng như khi nước ngưng tràn đầy bể chứa nước và thiết bị tách nước.

Cuối cùng, khi trong ống dẫn hơi có “túi nước”, tức là các chỗ thấp, nước ngưng tích tụ lại, do bố trí điểm xả không đủ, hoặc không đúng, thủy kích có thể xảy ra, khi tăng phụ tải đột ngột: tốc độ hơi đột ngột tăng lên, cuốn theo khối lượng nước ngưng tích tụ, tạo thành “pittông nước” trong ống dẫn hơi và với lực khá lớn sẽ va đập vào tuốc bin, kể cả khi đã có bộ phận phân ly nước. Hơn nữa, thông thường tuốc bin bị nguy hiểm nhất là nó được nối với đầu ống dẫn hơi nằm xa gian lò nhất, đặc biệt là khi nó lại làm việc không liên tục.

Những dấu hiệu cho ta biết có nước vào tuốc bin là :

1. Nhiệt độ hơi mới giảm đột ngột. Đây là dấu hiệu đáng tin cậy nhất. Nước và hơi ẩm rò ra từ các thiết bị đặt trên đường hơi mới và từ các mặt bích nối thân cao áp.

2. Số vòng quay tuốc bin giảm (hay là sa thải phụ tải khi làm việc song song) và xuất hiện rung, tiếng gầm và va đập bên trong tuốc bin.

3. Tăng áp suất trong bình ngưng (chân không tụt).

4. Tăng nhiệt độ dầu bôi trơn ra khỏi ổ chặn:Khi có thủy kích, trước hết là tầng cánh thứ nhất phải gánh chịu. Trong thực tế, cũng có những tầng giữa, thậm chí cả tầng cuối cùng bị hư hỏng.

Điều đó có thể giải thích như sau:

Nước do hơi cuốn vào, có động năng rất lớn và có thể phá hủy bất kỳ chi tiết nào không đủ độ bền nằm trên đường đi của nó. Nhưng, trước khi rơi vào tuốc bin, nước phải đi qua bộ phận tách nước (chịu cú va đầu tiên), sau đó qua các van, và các rãnh cong, trong đó động năng của nó giảm dần. Cho nên nói rằng, động năng của nước là nguyên nhân chủ yếu làm phá hủy các bộ phận bên trong của tuốc bin chưa hẳn đã đúng hoàn toàn và ít khi xảy ra.

Nên quá trình xảy ra bên trong tuốc bin có thể như sau :

Với lượng nước lớn rơi vào tuốc bin và không thoát ra được, bộ phận cánh tuốc bin một phần bị ngập trong nước. Nước văng ra khi rôto đang quay, sẽ tạo thành vòng nước quay.
Do có vòng nước ấy, có độ ẩm chung lớn và do tầng làm việc khác xa với chế độ tính toán, tổn thất trong tuốc bin tăng lên, nhiệt giáng sử dụng bị giảm, vì thế làm giảm đột ngột số vòng quay (hay là sa thải phụ tải).

Khi số vòng quay giảm, bộ điều chỉnh hơi mở hoàn toàn các van cấp và thêm một lượng hơi vào tuốc bin.

Sự va đập của áp lực (được thân máy tiếp nhận), lực ly tâm bổ sung của nước, sự nguội lạnh không đều của các mặt bích nối ghép của vỏ/ thân máy, khi có nước tống vào tuốc bin, sẽ làm mất độ kín của các mặt bích nối ghép than và làm cho hơi và nước xì ra ngoài tuốc bin.

Sự dao động trong lưu lượng hơi và sự thay đổi độ phản lực trong các tầng tuốc bin sẽ làm cho ổ chặn bị quá tải (do lực di trục tăng). Tải trọng có thê’ đặc biệt tăng mạnh, nếu vòng nước quay trong tuốc bin điền đẩy rãnh cánh của tầng này hay tầng khác.

Lúc ấy áp suất phía trước tầng cánh sẽ tăng và áp suất sau tầng cánh đó sẽ giảm, làm giảm lưu lượng hơi đi qua tầng cánh, còn lượng hơi cấp vào tuốc bin vẫn giữ không đổi.

Hiệu số áp suất từ hai phía tầng cánh có thể rất lớn, và nó sẽ duy trì chừng nào nước (chuyển động chậm hơn hơi nhiều) chưa chảy thoát khỏi các rãnh cánh.

Quá trình này rất ngắn ngủi, áp lực dọc trục có tính chất đột biến.
Tuy nhiên, lúc này ổ chặn có thể quá nhiệt làm chảy babit, và nếu không đóng ngay van cấp hơi lại, tức là không ngắt được áp lực dọc trục (bằng mức bình thường hay tăng lên khi có nước trong tuốc bin) thì sẽ làm hỏng những phần khác của ổ chặn (khi lớp babit bị phá hỏng).

Khi ổ chặn bị hỏng, dẫn đến Rôto bị dịch chuyển về phía hạ áp, gây nên cọ xát giữa stato (phần tĩnh) và rôto (phần động), cả ở trong hộp chèn/ hay làm kín khuất khúc cũng như bên trong tuốc bin giữa cánh động và cánh tĩnh. Trong đó đĩa cánh động bị cọ từ phía hơi ra, còn cánh tĩnh ở phía hơi vào.

Ở những nơi cọ xát, ma sát giữa đĩa cánh quay với cánh tĩnh sẽ bị sinh nhiệt cao đến mức mép vành đĩa bị mềm ra, thậm chí bị tróc ra, cánh quạt bay đi, có khi cả một cụm với đai băng cánh. Trong trường hợp đó, tất nhiên, những tầng có khe hở theo phương dọc trục bé nhất là phải hứng chịu trước tiên (bị cọ xát trước).

Hư hỏng tầng cánh tuốc bin hơi

Nước khi lọt vào tuốc bin với khối lượng lớn, có thể gây nên dạng sự cố khác.
Nước có thể tràn đầy tiết diện các ống phun (steam nozzle) trong cánh tĩnh của một tầng nào đó. Lúc đó, áp suất hơi trước cánh tĩnh sẽ tăng nhanh, còn sau cánh tĩnh sẽ giảm. Hiệu số áp suất có thể đạt tới giá trị làm cho cánh tĩnh bị uốn cong đến mức quá khe hở sau cánh tĩnh. Cánh tĩnh và đĩa cánh động sẽ cọ xát với nhau, trong đó cánh tĩnh bị cọ ở phía hơi ra, còn đĩa cánh động ở phía hơi vào. Sự cọ xát có thể xảy ra ở bất kỳ chỗ nào của cánh tĩnh, tùy thuộc vào phần cánh tĩnh nào yếu hơn và nơi có khe hở bé hơn.

Từ những điều đã trình bày ở trên, thấy rằng, để đề phòng tuốc bin bị phá hủy nặng khi có một lượng lớn nước vào, cần phải ngắt ngay hơi vào tuốc bin, thường thì tiếng va đập của nước vào Bộ phận tách nước rất to; khi nghe tiếng va đập hay là để ý đến các dấu hiệu thủy kích đã nêu trên, người vận hành máy phải đập chốt an toàn ngay và mở xả hơi trực tiếp.

Khi tuốc bin đang quay theo đà, trước khi mở bơm dầu hơi phụ, cần thổi ống dẫn hơi cẩn thận, tránh để nước bọt làm hỏng bơm hơi.

Chú ý rằng, nếu thời gian chạy theo đà của tuốc bin mà bé hơn bình thường thì phải mở và kiểm tra ổ chặn và nếu còn có tiếng kêu đáng ngờ thì phải mở bên trong cả tuốc bin nữa.

Ngoài việc vận hành đúng, một biện pháp phòng ngừa thủy kích là bố trí xả nước ngưng đọng các đường ống dẫn hơi hợp lý.

Trước khi khởi động tuốc bin đã dừng lâu, tất cả các đường xả đều phải mở.
Khi khởi động phải tiến hành rất cẩn thận, bằng cách mở từ từ van khởi động.
Khi cho lò hơi làm việc và chuyển từ ống hơi chính này. sang ống hơi chính khác, người giám sát điều khiển lò phải thông báo cho người vận hành máy tại field biết, vì lúc này là lúc nguy hiểm nhất mà có thể xảy ra hiện tượng thủy kích gây ra.

Related Posts by Categories