بررسی علت خرابی توربين بخار با توجه به هزينه بالايی که برای خريد، نصب و راه اندازی و تعمير و نگهداری به خود اختصاص می دهد،
برای کاربران . بهره برداران توربین بخار امری ضروری می باشد.
متاسفانه در اکثر نيروگاه، اغلب فعاليت های تعميراتی بر اساس استراتژی نت دوره اي انجام می گيرد
که دراغلب موارد انجام اين تعميرات ضروری هم نيست.
از طرفی به علت عدم اجرای پايش وضعيت، تاکنون حوادث زيادی برای توربين هاي بخار اتفاق افتاده است.
حوادثی که هر کدام خسارت های هنگفتی اعم از مالی و اعتباری به شرکت ها وارد کرده اند.
در شکل های زیر نمونه هايی از پتانسيل شدت خرابی توربين بخار مشاهده می شود.
مراحل اجرای پایش وضعيت (CM) به منظور تشخصی خرابی توربين بخار به قرار زیر است:
1- شناسایی موقعیت خرابی توربين بخار
2- شناخت پتانسيل های خرابی توربين بخار
3- انتخاب تکنيک مناسب
4- برنامه ريزی جهت زمان داده برداری
در ادامه هر يک از بخش های فوق به صورت مختصر مورد برسی قرار گرفته است.
1- شناسايي موقعیت خرابی توربين بخار
اجرای يک پايش وضعيت موفق، بدون شناخت کافی نسبت به تجهيز و پتانسيل های خرابی آن تجهيز امکان پذير نمی باشد
و بر اساس شناخت تجهيز می توان يک برنامه پايش وضعيت مناسب تدوين کرد.
در اجرای پايش وضعيت در توربين بخار نيز کار به همين روند می باشد.
لذا در ابتدا به شناسايي نقاط و نواحی بحرانی توربين پرداخته می شود.
در نمودار زیر ناحيه های در معرض خرابی و شدت خرابی برای يک توربين بخار نشان داده شده است.
پره ها (Rotor blades)
همانطور که در شکل بالا مشاهده می کنید؛ پره های ثابت و متحرک جزء آسيب پذيرترين بخش توربين می باشد
که پتانسيل بروز خرابی زيادی دارد. به طور معمول خرابی در پره ها به دو صورت به وجود می آيد:
1- برخورد ذرات در پره های اوليه توربين
برخورد قطرات آب در انتهای توربين فشار پايين (LP) سايش تدريجی پره های توربین را به همراه دارد.
اين فرسايش تدريجی باعث از بين رفتن پر هها می شود که با توجه به نوع ارتعاشات ايجاد شده و نيز کاهش راندمان،
به کمک آناليز ارتعاشات وآناليز کارايي قابل تشخيص می باشد.
شکل زیر پديده برخورد ذرات به ورودی يک توربين فشار متوسط (IP) را نشان می دهد.
2-شکستگی پره ها
عيب ديگری که در پره ها ايجاد می گردد و پتانسيل خرابی بسيار بالايي دارد شکستگی در پره ها مي باشد.
اين عيب معلول عوامل متعددی نظير بارهای ديناميکی، شوک های حرارتي و … است.
شکستگی پره ها و گيرکردن آنها در بين قطعات ثابت ومتحرک، خود می تواند بروز حوادث وخيمي برای شافت توربين را باعث شود.
شکستگی پره، از بابت اينکه قبل از شکست نهايي به آسانی قابل پايش نمی باشد نيز عيب خطرناکی در توربين محسوب می شود.
بيرينگ ها (Bearing)
بيرينگ ها به عنوان تکيه گاه شافت و همچنين محل تماس بخش دوار با بخش ثابت، پتانسيل بروز خرابی زيادي دارند.
از دلايل عمده خرابی بيرينگ ها، وارد شدن ناخالصی به روغن، ورود رطوبت وآلودگی به روغن،
ناهم محوری، مونتاژ نامناسب، خستگی و سايش مفصل وکم شدن لايه بابيت می باشد.
بعضی از عيوب بيرينگ ها به کمک آناليز ارتعاشات و برخی ديگر به کمک آناليز روغن قابل شناسايي می باشند
روتور (Rotor)
بررسی شرايط روتور به عنوان حساس ترين بخش يک توربين بخار و قسمتی از توربين که غير قابل تعويض بوده
و در صورت بروز عيب هزينه بسيار بالايي دارد، از اهميت فوق العاده ای برخوردار است.
از بارزترين عيوب روتور مي توان به خمش موقت و دايمی، ايجاد ترک در روتور و ناميزاني روتور اشاره کرد
که به کمک ابزارهای مختلف آناليز ارتعاشات قابل شناسايي می باشند.
پوسته و فونداسيون (Casing base plates)
پوسته و فونداسيون به تدريج دچار فرسودگی و نشست می شوند. در صورتی که مقدار نشست در تکيه گاه ها متفاوت باشد،
بر هم خوردن توازن در بخش های مختلف توربين را باعث می گردد .
ناهم محوری در ياتاقان ها ، عدم هم محوری کوپلينگ ها تغيير در فاصله پره های ثابت و متحرک از عمده عيوب ناشی از نشست فونداسيون می باشند.
صافی ها و فيلترها (Strainers)
عملکرد مناسب فيلترها نقشی مهمی در سلامت توربين دارد. خرابی و از بين رفتن صافی باعث ورود ذرات ناخالص به توربين مي شود.
این مسئله در دراز مدت فرسايش شديد پره ها و خرابی توربین را به همراه دارد.
همچنين گرفتگی صافی باعث عدم تامين فلوی مناسب و بر هم خوردن بالانس هيدروليکی توربين مي شود، که می تواند ايجاد ارتعاش کند.
2- شناخت پتانسيل های خرابی توربين بخار
پس از شناسايي و بررسی نواحی تحت خرابی توربین بخار، شناخت کافی نسبت به پتانسيل های خرابی توربين نیز ضروری می باشد.
شکل زیر پتانسيل خرابی توربين بخار را نشان می دهد.
سايش (Rubbing)
تماس و سايش، برخورد ناخواسته بين قسمت های ثابت و چرخان است که معمولا متاثر از ساير عيوب مانند
ناميزانی، ناهم محوری، انبساط دمايي، خود تحريکی ارتعاشی و … می باشد.
پديده سايش به دو شکل تماس موقت و تماس دايمی رخ م یدهد که به کمک آناليز ارتعاشات قابل بررسی خواهد بود.
شکست خستگی و خزش (Fatigue & creep failure)
وجود نيروهای ديناميکی است که به پره ها وارد می شود
از دلايل عمده ايجاد خستگی در بخش های مختلف و به خصوص پره ها می باشد.
خستگی به تدريج اتفاق افتاده و معمولا تا زمان شکست نشانه هايي از خود بروز نمی دهد.
لذا امکان پايش وضعيت خستگی بسيار مشکل و در برخی موارد غيرممکن است.
ترک حاصل از شوک های حرارتی (Thermal stress cracking)
بالا بودن دمای بخار در توربين و نيز افزايش يا کاهش ناگهانی دما در حين راه اندازی و خروج واحد، باعث ايجاد شوک های
حرارتی و احيانا ترک در پرهای ثابت و متحرک می گردد.
ترک در ديسک ها نيز به واسطه شوک های حرارتی و معمولا در حين راه اندازی يا خروج توربين ايجاد می گردند.
3- تکنيک مناسب پیش بینی خرابی توربین بخار
در اجرای پايش وضعيت خرابی توربين بخار، باید تکنيک های مختلف در کنار هم قرار گيرند،
تا بتوان گستره عيوب بيشتری را با دقت بالاتر ارزيابی نمود.
تکنيک هايي که می توان در اجرای پایش وضعیت و تعیین خرابی توربين بخار استفاده نمود عبارتند از؛
- آناليز ارتعاشات
- آناليز روغن
- آناليز تصوير برداری حرارتی
- آناليز کارايي
- آناليز صوت و آلتراسونيک
از اين بين، آناليز ارتعاشات سهم بيشتری نسبت به ساير تکنيکها دارد.
چرا که آناليز ارتعاشات خود دارای ابزارهای متنوعی می باشد.
به کمک اين ابزارها می توان تا حدود ٨٠ درصد عيوب و خرابی های احتمالی توربين را شناسايی و پايش نمود.
برخی از خرابی های توربین که به کمک آنالایز ارتعاشات شناسایی میشوند به قرار زیر است:
- ناميزانی
- تشخیص ترک شفت
- ناهم محوری کوپلينگها
- شناسایی دورهای بحرانی
- خرابی پره ها
- پايش تغيير شکل پوسته و روتور
- بررسی وضعيت بيرينگها
4- روش داده برداری توربین بخار
زمان تناوب داده برداری بستگي به شرايط تجهيز و اهميت تجهيز دارد.
در توربين بخار با توجه به حساسيت و اهميت بالا، سيستم Online Monitoring مناسب ترين روش داده برداری می باشد.
در سيستم Online Monitoring کلیه اطلاعات ارتعاشی لحظه به لحظه توربين ذخيره می شود.
اما در واحدهاي بخاری که سيستم Online Monitoring برای توربين وجود ندارد،
پايش وضعيت توربين اولا با مشقات زيادی همراه است و ثانيا تنها از روی ترند داده های مربوط به چند ثانيه در يک بازه زمانی مثلا يک ماهه صورت می گيرد.
ضمنا تقريبا کليه اطلاعات مربوط به شرايط گذرا و يا حوادث پيش آمده غير قابل استخراج و بررسی است. این مسئله لزوم برپاسازی سيستم Online Monitoring در توربین های بخار را نشان میدهد.
منبع: محمد فضلی، محمد صالح غلامی دیلمی،” کاربرد آنالیز ارتعاشات در پایش وضعیت توربین بخار در نیروگاه ها-مطالعه موردی در نیروگاه شازند”، چهارمین کنفرانس تخصصی پایش وضعیت و عیبیابی، تهران، دانشگاه صنعتی شریف اسفند 1388
