Phân tích Silica và Phosphate trực tuyến trong các nhà máy nhiệt điện

Kết nối trong chuyển đổi số các nhà máy điện Khai thác và sử dụng dữ liệu vận hành thiết bị bằng cách áp dụng các giải pháp và ứng dụng trong chuyển đổi số các nhà máy điện có thể giúp nâng cao hiệu quả các quá trình sản xuất. Một phương pháp khác các nhà sản xuất thiết bị cũng đang tích cực phát triển là bảo dưỡng sửa chữa trên cơ sở kiểm soát thông số vận hành (Predictive Maitenance-PdM). Phương pháp này thực hiện trên cơ sở khai thác hiệu quả dữ liệu vận hành thiết bị của các hệ thống điều khiển DCS, SCADA, PLC. Dữ liệu vận hành được các hệ thống điều khiển (HTĐK) thu thập sẽ kết nối và xử lý trên một nền tảng công nghệ gọi là IIoT (Industrial Internet of Things). Thiết bị IoT điển hình là đồng hồ thông minh thu thập các thông số của cơ thể hoặc CCTV thông minh phát hiện các chuyển động. Nếu kết hợp với các HTĐK sẽ tạo ra PLC+IIoT hoặc SCADA+IIoT, DCS+IIoT mà các hãng sản xuất đang bắt tay vào thương mại hóa như WAGO, Emerson, UniCloud, CODESYS… Đây có thể là một giải pháp tốt giúp nâng cao độ sẵn sàng làm việc của các hệ thống thiết bị quan trọng trong nhà máy điện.

Giải pháp và ứng dụng trong chuyển đổi số các nhà máy điện Bài viết tập trung vào việc phân tích xu thế và mục tiêu của chuyển đổi số đối với các nhà máy điện. Các nhà máy điện là cơ sở sản xuất có mức độ hiện đại và tự động hóa cao, do đó các hạn chế, khó khăn và lợi ích của việc chuyển đổi số và ứng dụng các giải pháp số hóa cần được xem xét và đánh giá một cách có hệ thống. Một bộ các ứng dụng và giải pháp số hóa được tổng hợp từ kinh nghiệm và chiến lược số hóa của các hãng công nghệ lớn bao gồm: Đào tạo và phát triển đội ngũ kỹ thuật, tối ưu hóa công tác bảo dưỡng sửa chữa và nâng cao hiệu quả vận hành. Gần 240 phiếu khảo sát đã được thực hiện tại 10 nhà máy điện để đánh giá mức độ ưu tiên và quan tâm đến bộ các ứng dụng và giải pháp số hóa. Qua đó có thể thấy cần bắt đầu ngay với các chương trình chuyển đổi số mà không cần chờ đợi các hãng công nghệ hoàn thiện phương pháp đánh giá, tiêu chuẩn sản xuất hay các dòng sản phẩm công nghệ.

Tầm quan trọng của phân tích trực tuyến:

Các công ty phát điện đối mặt với vô số thách thức từ thắt chặt ngân sách đến tăng cường vận hành linh hoạt, việc đơn giản hóa chu trình nước/hơi nước của nhà máy là điều quan trọng hàng đầu. Việc giám sát và kiểm soát thích hợp trong suốt chu trình nước/hơi nước cho phép các nhà máy tối đa hóa độ tin cậy, an toàn và lợi nhuận. Bắt đầu bằng việc thiết lập các chỉ tiêu cần giám sát đúng vị trí, đúng thời điểm và phù hợp với ngân sách (ví dụ như hình 1), vị trí cần phân tích hai chỉ tiêu Silica và Phosphate. Điều này đã dẫn đến tầm quan trọng của các thiết bị phân tích, để cung cấp các phép đo trực tuyến, tự động, đáng tin cậy.

Silica trong chu trình nước của nhà máy điện:

Silica có khả năng ảnh hưởng đến hiệu suất và kế hoạch bảo trì các thiết bị trong chu trình nước. Tất cả nhà sản xuất thiết bị đều yêu cầu cần loại bỏ Silica ra khỏi nước bằng màng lọc hoặc phương pháp trao đổi ion. Với trao đổi ion, Silica là chất gây ô nhiễm anion được giữ lỏng lẻo nhất, do đó Silica là chất đầu tiên tách ra khỏi các hạt trao đổi anion hoặc hạt trao đổi hỗn hợp (Mixed bed).

Giám sát Silica trong hệ thống xử lý nước khử khoáng ngay sau khi trao đổi anion, cung cấp thông tin quan trọng để bắt đầu hoàn nguyên hạt trao đổi anion. Việc nhận biết được sự phân tách của Silica ngay từ đầu và dừng chạy làm giảm chi phí vận hành của các hệ trao đổi ion Mixed bed ở phía sau, do làm giảm tần suất hoàn nguyên của Mixed Bed với chi phí đắt hơn và tốn thời gian hơn so với các thiết bị trao đổi ion anion hoặc cation.

Hình 1: Các điểm đo Silica và Phosphate trong chu trinh nước của nhà máy nhiệt điện.

Chất lượng nước khử khoáng sau khi khử ion ở Mixed bed cũng có thể được giám sát thông qua nồng độ Silica ở nồng độ ppb thấp, để đảm bảo nước khử khoáng chất lượng cao được đưa đến lò hơi. Silica có độ dẫn điện không đáng kể và do đó không thể phát hiện được bằng cách sử dụng các phép đo độ dẫn điện đã có sẵn trên đầu ra của Mixed bed. Ngoài ra do Silica hiện diện liên tục trong nước làm mát thúc đẩy các phép đo silica ở mức ppb trở thành chỉ báo về sự rò rỉ nhỏ của bình ngưng và sự suy giảm hiệu năng của Polisher nước ngưng.

Trong chu trình nước/hơi, Silica bay theo hơi nước và lắng đọng thường xuyên nhất ở khu vực áp suất trung bình và áp suất thấp của Tuabin, Silica tồn tại ở dạng chỉ có thể được loại bỏ hiệu quả thông qua các phương pháp cơ học, đòi hỏi thời gian ngừng hoạt động đáng kể. Trong tua bin, ngay cả một lượng Silica dày vừa phải cũng làm giảm công suất, giảm hiệu suất và có thể gây mất cân bằng. Trong trường hợp xấu nhất, Silica tích tụ có thể gây ra sự rung lắc của tua bin, có thể dẫn đến việc dừng hoạt động ngoài kế hoạch. Các cặn Silica có thể tích tụ trong thời gian rất ngắn khi chất lượng hơi nước kém, do đó, việc theo dõi Silica liên tục là rất quan trọng để phát hiện sớm.

Xử lý nước nồi hơi bằng Phosphate:

Nồi hơi thường sử dụng hàng trăm đường ống để tăng diện tích bề mặt truyền nhiệt giúp tối đa hóa hiệu quả. Có nhiều loại nồi hơi khác nhau và chạy trong các điều kiện áp suất khác nhau, từ thấp đến siêu cao áp.

Trong các nhà máy nhiệt điện, khoảng 50% các nồi hơi được sử dụng hiện nay là loại có bao hơi. Việc xử lý Phosphate đóng hai vai trò quan trọng. Đầu tiên, duy trì độ kiềm thích hợp trong nước lò hơi. Thứ hai, Phosphate kiểm soát sự tích tụ cặn để xả đáy hiệu quả và bảo vệ chống lại sự ăn mòn.

Phát triển từ thế kỷ trước với nhiều phương pháp xử lý Phosphate khác nhau, Natri phosphat (TSP) hiện được khuyến nghị là hiệu quả, an toàn trong xử lý nước nồi hơi. Nồng độ TSP và mục tiêu xử lý sẽ khác nhau dựa trên thiết kế/điều kiện của nhà máy, thường từ 0,3 - 8 ppm, theo hướng dẫn của IAPWS (International Association for the Properties of Water and Steam).

Hiểu được mức Phosphate, bao gồm cả trường hợp nồng độ Phosphate ẩn khi độ hòa tan thay đổi xuống thấp như một hàm của nhiệt độ (xem hình 2), cho phép kiểm soát đáng tin cậy việc bổ sung Phosphate vào nồi hơi, đảm bảo không xảy ra nồng độ quá mức và thường có hại. Ngoài ra, nó cho phép giải thích chính xác độ dẫn của cation liên quan với các chất gây ô nhiễm khác.

Hình 2: Độ hòa tan của Natri phosphate (TSP) theo nhiệt độ.

Phép đo Silica và Phosphate - Tương tự nhưng khác biệt:

Mặc dù phục vụ các mục đích khác nhau, việc giám sát chính xác cả Silica và Phosphate đòi hỏi sự cẩn thận để đạt được kết quả nhất quán và phù hợp với những thay đổi trong cả mẫu đến và độ rõ quang học của thiết bị phân tích. Phương pháp đo trực tuyến sử dụng tác nhân Molybdate tạo ra phản ứng thay đổi màu sắc với Silica được phát hiện bằng trắc quang (hình 3). Để đạt được độ nhạy cả khi nồng độ thấp, sự thay đổi màu sắc được tăng cường bằng cách sử dụng thêm tác nhân khử.

Trước đây, phép đo Phosphate trực tuyến cũng sử dụng kỹ thuật đo màu tương tự như để đo Silica, nhưng sử dụng các thuốc thử khác để tạo ra phản ứng chuyển màu. Do đó, nhiều nhà máy lấy mẫu định kỳ và đo Phosphate trong phòng thí nghiệm, hơn là sử dụng thêm một máy phân tích riêng biệt khác. Các nhà máy đã chấp nhận quy trình thủ công, tốn nhiều thời gian hơn, bất chấp rủi ro khi lấy và xử lý mẫu có thể dẫn đến phép đo sai.

Cập nhật những tiến bộ trong đo lường Silica và Phosphate:

Công nghệ đo Silica bằng phương pháp đo màu dựa trên ASTM D7126, đã tồn tại và được tin cậy nhiều năm. Tuy nhiên việc tiêu hao hóa chất cũng như bảo trì thiết bị phân tích Silica, luôn được người sủ dụng quan tâm. Gần đây hãng sản xuất chuyên về thiết bị phân tích nước tinh khiết và siêu tinh khiết, METTLER TOLEDO đã ra cho ra mắt thiết bị 2850Si, với một loạt các tiến bộ giúp tối ưu hóa công nghệ đo màu trước đây, cụ thể, với mỗi chu kỳ đo, thiết bị tự động hiệu chỉnh "điểm không" trên mẫu để thích ứng với bất kỳ thay đổi nào về độ trong của mẫu hoặc quang học của thiết bị phân tích. Ngoài ra, thiết bị 2850Si được xem là thiết bị có mức tiêu thụ tác nhân ít nhất trên thị trường.

Một nâng cấp đáng chú ý và chưa từng có, người sử dụng có thêm tùy chọn đo lường cùng lúc Silica và Phosphate trên duy nhất một thiết bị phân tích 2850Si. Với 2850Si, nhân viên nhà máy không còn bị buộc phải lựa chọn giữa chi phí vận hành thiết bị phân tích riêng biệt cao hay quy trình lấy mẫu thủ công, tốn nhiều thời gian.

Hình 3: Cấu tạo của một thiết bị phân tích Silica và Phosphate 2850Si.

Công nghệ Quản lý cảm biến thông minh (ISM^®) nổi tiếng của METTLER TOLEDO cũng lần đầu tiên được đem lên thiết bị phân tích Silica 2850Si, giúp liên tục xác minh “tình trạng” của thiết bị. ISM được phát triển dựa trên nhiều thập kỷ nghiên cứu và thu thập dữ liệu của METTLER TOLEDO về hiệu suất của thiết bị/cảm biến trong các môi trường hoạt động từ thông thường đến khắc nghiệt và tác động của các điều kiện đó đến “tình trạng” và tần số bảo trì thiết bị.

Với những công nghệ mới trong máy phân tích Silica hiện nay ngày càng đáp ứng được đòi hỏi từ thực tế về những công nghệ đột phá giúp việc phân tích dễ dàng mà mang lại nhiều giá trị hơn cho người dùng./.

BUECHER KIRK (BIÊN DỊCH: MERLIN TRAN)