Công nghệ tua bin khí hỗn hợp và vấn đề bảo dưỡng - sửa chữa

Các bộ phận bên trong của tua bin khí làm việc trực tiếp với khí nóng ở nhiệt độ rất cao. Nhiệt độ đầu vào tua bin khí (hiện có của EVN) cao nhất là tua bin 701 F2 (1.373 độ C), của các tua bin khí khác từ 1.100 tới 1.200 độ C. Nhiệt độ ra khỏi tầng cánh cuối cùng của các tua bin khí từ 450 tới 550 độ C. Do nhiệt độ môi chất làm việc cao như vậy nên bề mặt kim loại của các buồng đốt, các ống dẫn lửa, các tầng cánh đầu và chèn nhiệt thường được phun phủ một lớp vật liệu bảo vệ nhiệt (như gốm hoặc hợp kim chịu nhiệt hàng nghìn độ mà còn phải bảo đảm khả năng chịu bền, lâu bị rạn nứt, bong tróc do các ứng suất nhiệt khi khởi động và ngừng tua bin. Các bề mặt chịu nhiệt độ cao được làm mát bằng không khí nén trích ra từ máy nén khi của tua bin khí. Công nghệ chế tạo các lỗ dẫn môi chất làm mát nhỏ xíu trong các chi tiết tua bin khí cũng là công nghệ cao.

Tuy được thiết kế bảo vệ nhiệt cao như vậy nhưng các chi tiết phần nóng của tua bin khí vẫn bị nứt rạn, hư hỏng nặng nề sau một thời gian làm việc (thường từ 24.000 tới 33.000 giờ vận hành tương đương EOH). Sau khoảng thời gian đó, các chi tiết này được tháo ra, tiến hành sửa chữa phục hồi để tiếp tục sử dụng cho một chu kỳ vận hành mới. Các công đoạn sửa chữa phục hồi thường bao gồm:

- Kiểm tra đánh giá bằng mắt, lấy mẫu kiểm tra kim tương bằng máy cắt điện cực hoặc laze, kính hiển vi điện tử, bằng thí nghiệm không phá mẫu và thí nghiệm có phá mẫu xác suất (1 mẫu);

- Làm sạch bề mặt công nghệ phun cát kim loại bảo vệ chống han gỉ và công nghệ bốc hơi dầu mỡ;

- Hàn các vết nứt tế vi bằng công nghệ hàn đặc biệt dưới lớp khí bảo vệ, hàn áp lực hoặc thẩm thấu thiêu kết;

- Phục hồi cấu trúc và tuổi thọ kim loại bằng công nghệ tôi ủ trong lò chân không, kiểm tra bằng kính hiển vi điện tử và thí nghiệm không phá mẫu.

- Tiến hành phun phủ chịu nhiệt (TBC) đối với các chi tiết chịu nhiệt độ cao;

- Kiểm tra chất lượng, thử nghiệm xuất xưởng.

Hiện tại các tua bin khí của EVN chạy bằng nhiên liệu dầu DO, khí đồng hành và khi không đủ khí, một số tua bin (F6, V94.2) được vận hành bằng hỗn hợp nhiên liệu khí – DO. Theo kế hoạch, các năm sắp tới các tua bin khí sẽ được cấp khí thiên nhiên khai thác từ các vùng biển của Việt Nam .

Việc sử dụng dầu đốt (DO) thường có nhiệt độ khí nóng cao hơn khi chạy bằng khí đốt. Hơn nữa trong thành phần đầu DO mặc dù đòi hỏi chất lượng cao vẫn có thành phần kim loại vanadi và lưu huỳnh cao hơn nhiều so với trong khí đốt, do đó tác động ăn mòn kim loại ở nhiệt độ cao nhanh hơn. Chính vì vậy việc đốt dầu thường hại thiết bị hơn đốt khí, nhất là việc chóng làm bong tróc vật liệu phun phủ do ứng suất nhiệt và sau đó sẽ tác động gây ra các vết nứt tinh thể kim loại, xuất phát điểm của các vết nứt lớn hơn. Ngoài ra, thành phần tro trong dầu DO cũng lớn hơn nhiều trong khí đốt do đó mức độ bám bẩn bề mặt các chi tiết đường khói nóng, lò hơi tận dụng nhiệt khi đốt dầu cũng nhiều hơn. Điều đó cũng ảnh hưởng trực tiếp tới chế độ làm mát, trao đổi nhiệt, độ bền và tuổi thọ thiết bị.

Đối với một số loại tua bin khí bắt buộc phải phun nước nhằm ổn định chế độ cháy, giảm xung động gây bất ổn định buồng đốt, phun rửa vòi phun khi chuyển đổi nhiên liệu hoặc để giảm khí thải NOx thì càng hại hơn cho các chi tiết chịu nhiệt, nhất là khi phải đốt dầu DO.

Để nâng cao hiệu suất, giảm tổn thất nhiệt, công nghệ tua bin khí thường áp dụng kỹ thuật đốt có ngọn lửa ngắn, nhanh chóng chuyển tiếp từ buồng đốt tới tầng cánh sinh công thứ nhất của tua bin và tăng nhiệt độ khí cháy đầu vào tua bin. Công nghệ ngày càng đòi hỏi vật liệu cánh, công nghệ làm mát và công nghệ vật liệu phun phủ có chất lượng cao hơn. Nếu không đáp ứng thì tuổi thọ chi tiết giảm và chi phí sửa chữa bảo dưỡng sẽ cao.

Bên cạnh các ưu điểm cơ bản của tua bin khí chu trình hỗn hợp là có hiệu suất cao, phát thải độc hại ít, đầu tư ban đầu tương đối thấp hơn so với các nguồn phát điện công nghệ truyền thống thì các vấn đề trong thực hiện dự án, vận hành và bảo dưỡng đối với EVN đang có nhiều bất cập.

Trong quá trình phát triển và thực hiện các dự án, EVN còn chưa có đủ kinh nghiệm cần thiết do đó phải thuê các nhà tư vấn quốc tế. Tuy vậy vẫn có những trục trặc đối với các nhà thầu về hợp đồng cung cấp phụ tùng và bảo hành thiết bị, cũng như tiến độ thực hiện. Vấn đề tư vấn cũng còn nhiều điều phải nghiên cứu, đúc rút kinh nghiệm.

Trong vận hành chúng ta thường gặp phải các vấn đề về chất lượng nhiên liệu, việc tăng nhanh số giờ vận hành tương đương (EOH), sự hư hỏng các bộ phận thiết bị phần nóng (các tầng cánh và chèn nhiệt, gối đỡ...) cũng như một số thiết bị phụ (bơm dầu nâng trục, bơm dầu đốt, vòi phun EV, tấm lót và bảo ôn ống khói...) trước thời hạn tuổi thọ công bố của nhà chế tạo.

Vấn đề nổi cộm nhất đối với các tua bin khí là chi phí bảo dưỡng rất cao (ước tính đến năm 2010, chi phí bảo dưỡng sửa chữa cho các cụm tua bin khí tại khu vực Phú Mỹ sẽ lên tới gần 100 triệu USD/năm). Việc cung cấp các phụ tùng thay thế chính và việc phục hồi sửa chữa các chi tiết hiện nay hầu như phụ thuộc hoàn toàn vào các nhà cung cấp thiết bị và có thể coi đây là sự độc quyền. Người sử dụng hầu như không có thể kiểm soát được giá cả và chất lượng của các dịch vụ đó.

Để khắc phục tình trạng nói trên, vừa qua Tổng công ty Điện lực Việt Nam đã có Dự án thành lập Trung tâm sửa chữa dịch vụ tua bin khí hỗn hợp Phú Mỹ, tổng dự toán khoảng 186 tỷ đồng (đã phê duyệt xong thiết kế kỹ thuật, đang hoàn thiện hồ sơ chào thầu cung cấp thiết bị). Trung tâm này có nhiệm vụ:

- Bảo dưỡng, sửa chữa và thực hiện các dịch vụ đối với các nhà máy nhiệt điện, như phục hồi các chi tiết máy, gia công chế tạo cơ khí...

- Đào tạo cán bộ công nhân vận hành và vận hành thuê cho các nhà máy nhiệt điện.

- Nhập khẩu, cung cấp thiết bị, vật tư chuyên ngành;

- Liên doanh liên kết với các đối tác nước ngoài để thực hiện dịch vụ sửa chữa các thiết bị của nhà máy nhiệt điện và các công việc nêu ở trên.

Dự kiến đến năm 2003 Trung tâm sẽ hoàn thành giai đoạn 1 và có thể bắt đầu gia công phục hồi một số các phần nóng của tua bin khí và tiến hành phun phủ gốm chịu nhiệt cho các phần tương ứng của tua bin.

Sự ra đời của Trung tâm sửa chữa dịch vụ tua bin khí hỗn hợp Phú Mỹ sẽ tạo điều kiện cho Tổng công ty Điện lực Việt Nam làm chủ các công nghệ cao, phục vụ cho việc sản xuất điện được an toàn và tiết kiệm.