Các nguyên nhân phá hủy lò hơi và cách khắc phục
Chi phí để chế tạo lò hơi, nồi hơi (boiler) là rất lớn. Việc vận hành, bảo trì lò hơi không đúng cách là nguyên nhân dẫn đến lò hơi bị phá hủy một cách nhanh chóng. Lò hơi bị phá hủy không chỉ ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất mà còn ảnh hưởng đến an toàn người vận hành.
Các nguyên nhân chính gây ra phá hủy lò hơi được nêu ra trong bài viết này chỉ tập trung đến từ công tác vận hành và bảo trì, sửa chữa lò hơi. Các nguyên nhân đó là:
Nổ nhiên liệu trong buồng đốt
Cạn nước
Xử lý nước kém
Gia nhiệt không đúng cách
Các va đập lên thành ống
Vận hành quá công suất
Nước cấp bị nhiểm bẩn
Xả đáy không đúng
Chế độ chờ (stand by) không đúng
Nổ nhiên liệu
Nổ nhiên liệu trong buồng đốt là một trong những nguyên nhân gây phá hủy lò hơi nhiều nhất. Nguyên nhân của hiện tượng này là:
Giàu nhiên liệu (chất cháy): Nhiên liệu cháy không hoàn toàn sẽ tích tụ dần trong buồng đốt. Nếu đột ngột gia tăng oxy sẽ phát sinh cháy làm áp suất trong buồng đốt tăng lên đột ngột gây ra phá hủy lò hơi.
Cách duy nhất để khắc phục hiện tượng này là đợi nhiệt độ buồng đốt giảm xuống rồi tiến hành vệ sinh nhiên liệu dư thừa trong buồng đốt.
Tán sương dầu không đảm bảo: Dầu được phun vào buồng đốt dưới dạng sương. Quá trình tán sương không hiệu quả sẽ có một lượng nhiên liệu cháy không hoàn toàn được tích tụ ở thành buồng đốt.
Khắc phục hiện tượng này bằng cách thường xuyên vệ sinh đầu phun dầu, điều chỉnh áp suất bơm dầu cũng như lựa chọn nhiệt độ và độ nhớt phù hợp.
Tắc ống dẫn dầu: Khi đường ống dẫn dầu bị tắc làm ngọn lửa không ổn định và bị tắt. Người vận hành liên tục khởi động để châm lại lửa mà không tìm hiểu nguyên nhân, dẫn đến dầu vẫn được liên tục đưa vào buồng đốt. Khi bộ đánh lửa hoạt động trở lại là nguy cơ làm ngọn lửa bùng cháy dữ dội gây ra nổ buồng đốt.
Biện pháp khắc phục sự cố này là tìm hiểu nguyên nhân gây tắc nguồn nhiêu liệu, vệ sinh lại buồng đốt mới vận hành lò hơi trở lại
Phá hủy lò hơi do cạn nước
Nước trong các ống tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa phải đầy đủ. Khi nước cạn, nhiệt độ thành tăng cao làm cho độ bền của thép giảm xuống rất nhanh. Lò hơi sẽ bị phá hủy rất nhanh và có thể phát nổ.
Nguyên nhân:
Bơm cấp nước không hoạt động
Van điều khiển bị hỏng
Mất nước cấp cho máy khử khí hay hệ thống lọc nước
Thiết bị kiểm soát mức nước bị hỏng
Thiết bị kiểm soát mức nước từ tự động chuyển sang bằng tay do người vận hành sơ suất
Hệ thống van dẫn động điều khiển bằng khí nén không hoạt động
Van an toàn mở
Phụ tải hơi thay đổi nhiều và đột ngột
Khắc phục:
Thường xuyên kiểm tra tác động của bộ cảm biến cạn nước. Vệ sinh cáu cặn bám trên các cảm biến.
Thường xuyên vệ sinh và kiểm tra các ống thủy tránh phụ thuộc hoàn toàn vào hệ thống tự động.
Lắp đặt thêm bơm cấp nước nếu công suất không đảm bảo
Xử lý nước kém làm phá hủy lò hơi nhanh chóng
Nước cấp cho lò hơi phải được xử lý nhằm hạn chế sự tích tụ cáu cặn và ăn mòn trên bề mặt kim loại. Xử lý nước trước khi cung cấp làm giảm cáu cặn bám ở thành lò hơi. Với những lò hơi làm việc ở nhiệt độ và áp suất càng cao thì việc xử lý nước càng nghiêm ngặt.
Bảng 1: Hàm lượng các tạp chất trong nước cấp ở mức cho phép theo áp suất lò hơi.
Ngăn ngừa ăn mòn: Việc loại bỏ hàm lược oxy trong nước cấp sẽ giảm đáng kể quá trình ăn mòn gây phá hủy lò hơi. Người ta thường dùng máy khử khí hoặc gia nhiệt bằng hơi nước nóng tuần hoàn để giảm hàm lượng oxy, carbon dioxide cũng như các khí có hại khác trong nước cấp. Ngoài ra có thể đưa các phụ gia vào nước cấp để hấp thụ các khí có hại.
Biện pháp phòng ngừa:
Phân tích nguồn nước nhằm tìm ra phương pháp loại bỏ các tạp chất có hại
Lựa chọn hệ thống xử lý nước, các hóa chất làm mềm nước thích hợp với lò hơi đang vận hành
Xả đáy thường xuyên
Định kỳ vệ sinh cáu cặn bên trong lò hơi (ống lò, ống lửa, bề mặt balông …)
Không bao giờ cấp nước chưa qua xử lý cho nồi hơi
Vấn đề xử lý nước cấp rất quan trọng trong quá trình sử dụng lò hơi. Là nguyên nhân chính dẫn đến lò hơi bị phá hủy.
Gia nhiệt không đúng cách
Có thể do áp lực từ sản xuất hay người quản lý mà quá trình gia nhiệt lò hơi không đúng quy trình. Lò hơi được chế tạo từ nhiều nguồn vật liệu có độ dày và tính chất khác nhau. Do đó, khi vận hành không đúng sẽ gây ra các giản nở nhiệt không đồng bộ dẫn đến nứt trên các mối nối, đường hàn hoặc biến dạng hình học như cong, vênh …
Đường cong gia nhiệt cho lò hơi không làm tăng nhiệt độ nước trong lò hơi vượt quá 37 0C (100 0F) trong 1 giờ.
Để khắc phục vấn đề này, đơn vị sử dụng phải tuân thủ nghiêm ngặt quy trình vận hành. Thường xuyên đào tạo, huấn luyện cho người vận hành lò hơi là cách tăng tuổi thọ và giảm chi phí bảo trì, sửa chữa.
Các va đập lên thành ống
Nguyên nhân
Các vật nhọn va đập vào thành ống trong quá trình chế tạo hay bảo trì gây ra các khuyết tật trên bề mặt ống. Đó sẽ là những điểm ăn mòn cục bộ trong quá trình sử dụng.
Khi lò hơi ngưng vận hành, hiện tượng ăn mòn xảy ra . Nguyên nhân chính là do nước cấp nhiểm các tạp chất chứa lưu huỳnh và muội than bám vào các khuyết tật trên bề mặt thành ống sẽ tạo ra các điểm ăn mòn cục bộ
Hướng khắc phục
Tránh va chạm mạnh trên thành ống khi chế tạo, bảo trì, sửa chữa. Kiểm tra và sửa chữa nếu cần thiết.
Nếu có thể, để nồi hơi trong ở chế độ chờ (stand by) trong điều kiện nóng để tránh ăn mòn
Xử lý nước cấp và vệ sinh lò khi không sử dụng
Vận hành quá công suất
Các thiết bị phụ trợ (bơm nước, đường ống, hệ thống xử lý nước … trong hệ thống sẽ không vận hành tốt nếu lò hơi chạy vượt quá công suất.
Chỉ vận hành lò hơi ở công suất tối đa cho phép mà quy trình đã quy định
Hình dưới cho thấy các vết nứt trên thành ống của lò hơi khi vận hành quá công suất cho phép gây ra phá hủy lò hơi
Nước cấp bị nhiễm bẩn
Các chất (oxy, hóa chất xử lý, dầu, các hạt nhựa, kim loại nặng …) là nguyên nhân làm nước cấp bị nhiễm bẩn.
Cáu cặn trong nước cấp tích tụ lên bề mặt kim loại là nguyên nhân gây ra phá hủy lò hơi
Oxy tự do tồn tại trong nước cấp là mối nguy hiểm tiềm ẩn. Một trong những loại ăn mòn oxy nghiêm trọng nhất là rỗ oxy, đó là rỗ cục bộ và ăn mòn trong khu vực rất nhỏ, rất khó kiểm soát và phát hiện.
Nồng độ các muối natri, magie dư thừa trong quá trình xử lý nước sẽ sẽ làm loãng kim loại. Chúng tấn công vào các các mối hàn ống, núc ống, các vách ngăn …
Dầu mỡ lẫn vào nguồn nước cấp
Các hạt nhựa trong hệ thống lọc nước, các kim loại nặng có trong nước
Khắc phục:
Kiểm soát hệ thống xử lý nước, kiểm soát hàm lượng các hóa chất đưa vào
Huấn luyện và đào tạo người vận hành nhằm nâng cao ý thức vá trách nhiệm trong việc vận hành hệ thống xử lý nước cấp cho lò hơi.
Xả đáy không đúng cách
Nồng độ các chất rắn có trong nước cấp được tích tụ bên trong lò hơi trong quá trình vận hành
Việc xả đáy đúng cách nhằm duy trì nồng độ các chất rắn bên trong lò hơi ở giới hạn cho phép
Việc xả đáy liên tục giúp loại bỏ các tạp chất khác (bùn, các bụi bẩn do lớp cách nhiệt được đưa vào …)
Chế độ chờ không đúng cách
Trong một quy trình sản xuất thông thường, không phải nồi hơi được vận hành liên tục mà có những lúc chờ (stand by). Giai đoạn này là thời điểm thích hợp để quá trình ăn mòn xảy ra gây phá hủy lò hơi. Muội than bám vào thành và hút ẩm làm ăn mòn cục bộ.
Nếu có thể, hãy để nồi hơi ở trạng thái chờ trong điều kiện nóng để tránh ăn mòn. Ở trạng thái chờ này, mức nước trong lò hơi phải đầy. Nồng độ natri sulfit trong nước cấp không vượt quá 100 ppm. Khi áp suất lò giảm xuống, tăng áp suất lò khoảng 5 psi từ nguồn khí ni tơ dự phòng nhằm ngăn chặn Oxy đi vào lò hơi.
Kết luận
Để tránh nồi hơi bị phá hủy một cách nhanh chóng, người vận hành phải:
Quan sát thường xuyên ngọn lửa đầu đốt để xác định các vấn đề về cháy. Tìm cách xác định chính xác nguyên nhân và khắc phục triệt để.
Trước khi đốt lò hơi phải vệ sinh ống lò, ống lửa, đầu đốt, kim phun nhiên liệu
Đảm bảo chắc chắn hệ thống xử lý nước đang vận hành đúng, Không sử dụng nước chưa qua xử lý
Xả nước thường xuyên để loại bỏ căn bẩn và kim loại không mong muốn. Tránh cạn nước
Kiểm tra để chắc chắn rằng nước ra khỏi bộ khử khí không có oxy. Nước trong bộ khử khí ở áp suất phù hợp và ở nhiệt độ bão hòa. Xả khí không ngưng tụ trên thiết bị khử khí
Liên tục theo dõi chất lượng của nước ngưng trong chu trình tuần hoàn phòng khi hệ thống ngưng hoạt động
Xả đáy liên tục nhằm loại bỏ cặn bẩn. Quá trình xả đáy phải tuân thủ quy trình mà chuyên gia đã đưa ra.
Kiểm tra ăn mòn của bộ khử khí thường xuyên.
Tuân thủ nghiêm ngặt đường cong gia nhiệt khi vận hành lò hơi. Quá trình gia nhiệt không vượt quá 100 0F (37 0C) trong 1 giờ.
Các ống lò hơi rất mỏng, tránh các tác động cơ học làm tổn hại trên bề mặt ống khi bảo trì, sửa chữa.
Không vận hành lò hơi vượt quá công suất và thời gian quy định
Nếu lò ngưng sử dụng trong thời gian dài, hãy bơm khí nitơ vào lò để ngăn ngừa oxy xâm nhập đồng thời đưa natri sulfit vào nước để loại bỏ oxy tự do. Nếu ngưng lò hơi ở trạng thái khô hãy đưa chất hút ẩm vào lò.
Luôn đảm bảo van thông hơi của bao hơi (drum steam) được mở khi áp suất lò hơi giảm xuống dưới 5 psi (0.34 bar).