Kiểm tra hiện tượng mỏi kim loại do ăn mòn

Image

Ảnh 1. Sự cố mỏi do ăn mòn ở nóc lò tại vách phân cách trong lần thanh tra lò năm 2005.

[bkeps.com]Những sự cố tai hại  xảy ra gần đây ở nhiều nơi trên thế giới buộc chúng ta phải xem xét lại vấn đề dụng cụ  kiểm tra và các phương pháp giảm nhẹ hiện tượng mỏi do ăn mòn. Cách cho lò hơi làm việc theo chu kỳ khởi động và dừng lò, xử lý hoá học nước đúng cách là những vấn đề tối quan trọng trong việc kéo dài tuổi thọ và độ tin cậy của lò hơi. Không kiểm soát các quá trình trên có thể dẫn tới làm nứt lớp vảy manhêtit bảo vệ bên trong ống lò hơi, tạo ra trên mặt các bề mặt không được bảo vệ các vị trí khởi đầu ăn mòn. Từ đó có thể dẫn tới hư hại hoặc nứt vỡ kim loại do ăn mòn kết hợp với các ứng suất mỏi mà người ta thường gọi là hiện tượng mỏi do ăn mòn.

Đa số các sự cố mỏi do ăn mòn thường ở dạng “châm kim”, tuy nhiên cũng có một số trường hợp sự cố tai hại, gây thương tích cho nhân viên vận hành. Những sự cố thảm hoạ xảy ra gần đây ở nhiều nơi trên thế giới buộc chúng ta phải xem xét lại vấn đề dụng cụ kiểm tra và các phương pháp giảm nhẹ hiện tượng mỏi do ăn mòn.

Bản nghiên cứu này minh hoạ và khẳng định hiệu quả của công cụ kiểm tra ống lò hơi sử dụng công nghệ đầu dò video và phương pháp sử dụng để giảm nhẹ hiện tượng mỏi do ăn mòn trong một lò hơi đã vận hành được 49 năm.

Đây là loại lò hơi đốt than bột kiểu bức xạ, buồng đốt hút cân bằng. Năng suất hơi dòng liên tục tối đa theo thiết kế là 825.000 pao/giờ (374,2 t/h) hơi mới ở áp lực đầu ra sấy quá nhiệt thứ cấp là 1.770 psig (12.200 kPa) và năng suất hơi gia nhiệt lại là 730.000 pao/giờ (331,1 t/h) ở áp lực đầu ra sấy quá nhiệt lại. Nhiệt độ hơi mới và hơi gia nhiệt lại được khống chế bằng không khí dư và điều chỉnh nhiệt về 1.005 F (540oC). Nhiệt độ hơi thiết kế dựa trên nhiệt độ nước cấp tiêu chuẩn là 470 F (243oC). Đến nay, lò hơi đã vận hành khoảng 340.000 giờ và đã qua tổng cộng là 762 lần khởi động. Lò được đưa vào vận hành từ năm 1959.

Lò đã có tiền sử vận hành với bình ngưng bị rò rỉ nghiêm trọng. Đối với thiết bị này hồi cách đây 30 đến 40 năm, người ta vẫn thường xử lý lò hơi bằng hệ thống xử lý phốtphát kết hợp, nồng độ phốt phát sử dụng tới 20 ppm, để hiệu chỉnh bù độ pH do rò rỉ bình ngưng. Trong hệ thống này người ta sử dụng mônôphốtphát, điphốtphát và triphốtphát. Đầu những năm 1990, người ta bỏ hệ thống phốtphát kết hợp và chuyển sang hệ thống phốtphát đồng dạng để phù hợp với các hướng dẫn của EPRI (Viện nghiên cứu Kỹ thuật Điện Mỹ). Năm 1997, nhà máy chuyển sang hệ thống phốtphát thấp điển hình của các hệ thống lò hơi châu Âu hiện nay. Phốtphát giờ đây được khống chế ở nồng độ 0,5 ppm. Lò hơi cũng có tiền sử hư hại hyđrô quanh vùng vòi đốt.

Một lý do khác để phải thanh tra lò này là sự cố xảy ra tại nóc lò hồi năm 2005. Đã xác định vị trí sự cố là ở chèn hơi vòng vành khăn phía trên, chỗ thanh bằng hàn với vành khăn của dàn ống vách nước phân cách (Ảnh 1). Sau khi thử nghiệm X quang (radiographic testing – RT), người ta đã tháo ra 23 tấm kê khỏi các vách phân cách và vách cạnh. Kết quả phân tích kim tương cho thấy mỏi ăn mòn là nguyên nhân gây sự cố.

Trong đợt ngừng hoạt động lò hơi trong bốn tuần, việc thanh tra lò hơi được thực hiện theo ba giai đoạn. Giai đoạn 1: thanh tra tất cả các đường ống bên ngoài buồng lửa, đặc biệt là các ống đi xuống, ống cung cấp, và ống đi lên. Giai đoạn 2: thanh tra tất cả các ống bên trong buồng lửa, đặc biệt là xung quanh các cột chống, buồng gió và liên kết cứng vững. Giai đoạn 3: thanh tra các vị trí vách dày, ví dụ như bao hơi và ống góp. Khi thanh tra lò hơi, người ta căn cứ chủ yếu vào các sự cố đã được ghi nhận trước đây, dựa vào các kết quả phân tích kim tương. Ở tất cả các giai đoạn này, việc thanh tra đều thực hiện bằng cách xem xét, 84% phần lò hơi tiếp xúc với nước đã được quan sát. Những phần lò hơi không được thanh tra là những nơi không thuộc phạm vi của nhân viên hoặc mới được thay thế.

A2- Hinh anh ve moi.JPG

Ảnh 2. Hình ảnh về mỏi do ăn mòn bên trong đoạn ống chạy thẳng trên vách phía sau, quan sát qua đầu dò video.

Để đánh giá các biểu hiện về mỏi do ăn mòn, người ta sử dụng ba tiêu chí. Ưu tiên 1 là các trường hợp mỏi do ăn mòn mà kích thước khuyết tật bằng hoặc lớn hơn mức cho phép đối với cỡ ống lò hơi được kiểm tra và dự kiến sẽ phải loại trong thời gian ngừng lò hơi lần này. Ưu tiên 2 có nghĩa là đã có hiện tượng mỏi do ăn mòn, tuy nhiên chưa đến mức phải loại bỏ như đối với Ưu tiên 1, và sẽ được thanh tra lại hoặc xử lý trong thời gian ngừng lò hơi tiếp theo sau hai năm. Ưu tiên 3 dành cho trường hợp được sử dụng để ghi lại những vùng có cơ chế hư hại khác, đã lộ rõ hoặc còn ở giai đoạn tiềm tàng. Người ta đã xác định trong lò hơi này có tới 335 biểu hiện Ưu tiên 3.

Trong lần thanh tra và sửa chữa lò hơi này, nhà chế tạo thiết bị nguyên thuỷ (OEM) đã được mời tham gia. Được tham khảo các bản vẽ lắp và có sự trợ giúp chuyên môn của OEM trong việc tháo rời và lắp trở lại chính là những lợi thế cần thiết trong khi tiến hành xử lý ăn mòn do mỏi trong thời gian được giao. Hợp tác với OEM cũng rất có ích trong việc xác định công nghệ thanh tra tối ưu cần sử dụng thông qua báo cáo nghiên cứu kỹ thuật. Đầu dò video được sử dụng để thanh tra 84% phần bên trong lò hơi tiếp xúc với nước. Sử dụng công nghệ đầu dò video trong các ống đường kính 2-31/32’’ (75,4 mm) cho phép giảm xuống mức thấp nhất chi phí làm giàn giáo lò hơi. Ảnh 2 cho thấy hình ảnh quan sát bên trong ống vách nước, đường kính 2-31/32’’, qua đầu dò video. Vết nứt mỏi do ăn mòn ở vị trí 10 giờ trên Ảnh 2 là ở ống số 32 từ vách phía sau.

Bao hơi

Sau khi phát hiện và xác định kích thước các biểu hiện này, người ta sử dụng các biểu đồ khuyết tật cho phép đối với ống đường kính 3” (76,2 mm) để xác định chiều dài khuyết tật nguy hiểm. Đường kính ống này gần nhất với dàn ống sử dụng cho thế hệ lò hơi này. Loại ống sử dụng cho các vách nước trong lò hơi này là vật liệu SA-178-C 2-31/32” x 0,203 min (chiều dày thành ống tối thiểu là 5,16 mm). Chiều dài khuyết tật nguy hiểm được xác định là 3” (76,2 mm). Một số ma trận được lắp ghép để tạo nên bản đồ 3-D của lò hơi và vị trí có biểu hiện mỏi do ăn mòn. 21 ống đáp ứng tiêu chí phải loại bỏ. Nhiều ống khác được phát hiện có những vết nứt nhỏ hơn. Những ống có vết nứt nhỏ hơn này sẽ được thanh tra lại sau 2 năm để xác định mức độ phát triển hoặc sẽ được loại bỏ. Tổng cộng có 58 ống bị loại bỏ hoặc cưa bớt. Nhiều ống bị loại bỏ đáp ứng tiêu chí Ưu tiên 2. Bởi vì đã có thiết bị sửa chữa nên các ống cũng được rút ra. Các ống này đã được sử dụng trong một nghiên cứu để xác định hiệu lực của phương pháp phân tích bằng đầu dò video. Công trình nghiên cứu này cho thấy người có kỹ năng cao có thể sử dụng đầu dò video để đánh giá chính xác chiều dài vết nứt. Điều quan trọng hơn là hiện tượng mỏi do ăn mòn đã được giảm nhẹ ở những vùng có nhiều người qua lại, như có thể thấy trong ống ở Ảnh 3. Ống vách nước phía sau này bị nứt khi bị kẹp với lực tối thiểu vào lưỡi cưa nằm ngang để cắt khi phân tích kim tương. Các phép đo sau đó xác nhận rằng tại chỗ nứt, chiều dày thành ống chỗ mỏng nhất chỉ là 0,036” (0,91 mm).

 

A3- Ong vach nuoc phia sau.JPG

 

Ảnh 3. Ống vách nước phía sau trước đây được nối vào cột chống bên trên đoạn dốc dưới tại cao độ nền chính bị nứt toác ra trong khi cắt để phân tích kim tương. Chiều dài vết nứt mỏi do ăn mòn đo được là 3,25” (82,6 mm). Chiều dày còn lại của thành sau khi quá tải là 0.036” (0,91 mm).

Các vị trí khác đã được nhận diện

Nhiều vị trí khác cũng đã được nhận diện. Đã phát hiện một số trường hợp mỏi do ăn mòn tại các ống vách nơi vòng chèn hơi phía trên và vỏ vách cạnh cách nhau không quá 5 ft (1,5 m). Ảnh 4 minh hoạ trường hợp khôi phục vách mà trước đó xác định rằng chưa hề bị thủng. Tuy nhiên, do các ứng suất dư tạo ra khi hàn sửa chữa, cộng với hậu quả xử lý hoá học lò hơi trước đây, đã hình thành một vị trí mỏi do ăn mòn. Cửa xả ống góp vách phía dưới cũng đã được nhận diện do dãn nở nhiệt khác nhau giữa các ống góp. Ngoài ra, các ống chịu tải trọng, ví dụ các ống treo làm mát bằng nước, đã được thanh tra và phát hiện thấy có hiện tượng mỏi do ăn mòn tại các vòng liên kết treo ở nóc lò.

Kế hoạch phục hồi lò hơi đề ra là thay thế tất cả các ống cung cấp và ống đi lên có biểu hiện mỏi do ăn mòn bởi vì chúng thuộc đối tượng ưu tiên an toàn cao nhất trong báo cáo kỹ thuật của OEM. Tất cả các ống thuộc diện Ưu tiên 1 có hư hại mỏi do ăn mòn ở tất cả các vách đều được thay thế vì chúng có xác suất sự cố cao. Các vị trí sửa chữa cũng phụ thuộc rất nhiều vào hướng có nhân viên qua lại. Các biểu hiện Ưu tiên 2 của vách phải và trái đã được xử lý đầy đủ do tiến hành sớm công tác sửa chữa theo dự án. Các ống làm mát bằng nước trên nóc lò đã được xử lý để hoàn thành mọi công việc sửa chữa trên nóc lò. Vách trước tại các góc hộp gió dưới, gần sàn chính cũng được xử lý do có nhiều người qua lại.

Từ góc độ an toàn, nhiều cơ chế hư hại này được phát hiện tại những vị trí tại các khu vực có nhiều người qua lại. Đã phát hiện các biểu hiện mỏi do ăn mòn Ưu tiên 1 phải loại bỏ tại các góc của hộp gió ở độ cao sàn chính nơi có nhân viên đi qua hằng ngày. Góc phía tây của hộp gió cách thang máy được sử dụng nhiều nhất trong nhà máy khoảng 15 ft (4,5 m). Chỗ chuyển tiếp từ đoạn dốc dưới tới vách sau cũng có những biểu hiện cần loại bỏ đã được khắc phục. Đây cũng là khu vực có nhiều người qua lại trên sàn chính.

Tóm lại, người có chuyên môn có thể sử dụng công nghệ đầu dò video hiện nay để xác định một cách chính xác và hiệu quả các vị trí mỏi do ăn mòn trong các lò hơi thế hệ cũ trên bề mặt ống. Hơn nữa, các lò hơi kiểu thiết kế và thuộc thế hệ này rất có khả năng sẽ bị mỏi nhanh do ăn mòn tại những chỗ cố định cứng thường có ở kết cấu lò hơi thời đó. Khi có hai vị trí cố định trở lên ở gần nhau (từ 5 ft trở xuống), khả năng bị mỏi do ăn mòn tăng lên nhiều. Ống chịu tải, ví dụ như ống treo làm mát bằng nước, có khả năng bị mỏi do ăn mòn cao hơn so với các ống không chịu tải. Qua đợt thanh tra và sửa chữa lò hơi, hiện tượng mỏi do ăn mòn đã được giảm nhẹ, độ an toàn và tin cậy của lò hơi cũng được nâng cao.

 

A4- phuc hoi ong vach.JPG

 

Ảnh 4. Phục hồi ống của vách nước gây ra ứng suất dư tăng cao dẫn đến mỏi do ăn mòn.; Các vết nứt trên bề mặt vách ống nước lò hơi

Theo KHCN Điện số 1/2009

Leave a Reply

Thư điện tử của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *