در حال بررسی...روش‌های تعمیر، نگهداری و بازسازی توربین
روش‌های موثر برای عملیات تعمیر، نگهداری و بازسازی، جهت حصول اطمینان از عملکرد مطمئن توربین ضروری هستند. فناوری‌های نوآورانه مانند هوش مصنوعی و اسکن سه‌بعدی در حال تغییر فرآیندهای تعمیر، نگهداری و بازسازی هستند. برنامه‌ریزی پیشگیرانه و استفاده از رویکردهای سیستماتیک حل مسئله نیز می‌توانند به کاهش زمان عدم دسترسی و تضمین عملکرد مطمئن کمک کنند.
عملیات تعمیر، نگهداری و بازسازی توربین به فرآیندهای جامع نگهداری توربین‌های گاز و بخار و ژنراتورهای مرتبط با آنها اشاره دارد که معمولا در نیروگاه‌ها و کاربردهای صنعتی انجام می‌شوند. اجرای روش‌های صحیح تعمیر، نگهداری و بازسازی برای به حداکثررساندن قابلیت‌اطمینان و عملکرد توربین و ژنراتور و در عین حال کاهش زمان عدم دسترسی ضروری است.
بخش اصلی تعمیر، نگهداری و بازسازی توربین شامل بازرسی‌ها و تشخیص‌های منظم برای ارزیابی مواردی مانند سایش و آسیب پره‌ها، وضعیت یاتاقان‌ها، یکپارچگی سامانه احتراق، عملکرد سامانه کنترل و ارتعاشات است. از جمله فعالیت‌های اصلی تعمیر و نگهداری در این فرآیند می‌توان به بازرسی مسیر گاز داغ، جداسازی و بازسازی روتور، تعویض یا تعمیر پره‌ها، تعمیر اجزای ثابت، تعمیر و نگهداری یاتاقان‌ها، به‌روزرسانی سامانه کنترل و بالانس قطعات اشاره کرد. روش‌های روزآمد تعمیر، نگهداری و بازسازی بطور فزآینده‌ای شامل نگهداری پیش‌بینانه با استفاده از حسگرها و تحلیل داده‌ها، فناوری دوقلوی دیجیتال برای مدل‌سازی عملکرد، روش‌های پیشرفته آزمون‌های غیرمخرب و سامانه‌های بازرسی خودکار می‌شوند.
مدیریت یک برنامه تعمیر، نگهداری و بازسازی قدرتمند برای توربین مستلزم برنامه‌ریزی دقیق است. باید یک برنامه نگهداری دقیق بر اساس ساعات کاری و تعداد راه‌اندازی‌ها وجود داشته باشد، درحالی‌که داده‌های تاریخی دقیق برای موفقیت این برنامه ضروری هستند. این برنامه نه‌تنها به داده‌های عملیاتی قابل‌اعتماد نیاز دارد، بلکه مستلزم مستندسازی دقیق تمامی فعالیت‌های تعمیر و نگهداری قبلی و یافته‌های بازرسی‌ها نیز است. در همین حال، یک سامانه جامع مدیریت موجودی قطعات نیز، در این فرآیند نقش مهمی ایفا می‌کند.
بنابر اعلام شرکت MD&A، موثرترین راهبردهای نگهداری برای کاهش زمان عدم دسترسی به توربین، آن‌هایی هستند که برنامه‌ریزی پیشگیرانه، تشخیص‌های پیشرفته و درک دقیق از شرایط عملیاتی واحد را در اولویت قرار می‌دهند. شرکت MD&A، با ترکیب نگهداری پیش‌بینانه، تعمیرات باکیفیت و بازسازی‌های جامع، بهترین نتایج را در به حداقل‌رساندن زمان خرابی و تضمین عملکرد پایدار واحد ارائه می‌دهد.
تحلیل ارتعاشات: ابزاری کلیدی برای تشخیص عیوب
در میان ابزارهای تشخیصی پیشرفته، معدود روش‌هایی به اندازه تحلیل ارتعاشات ارزشمند هستند. بطور کلی، این روش شامل اندازه‌گیری سطوح و فرکانس‌های ارتعاشی در ماشین‌آلات است و از این اطلاعات برای ارزیابی سلامت قطعات استفاده می‌شود. در گذشته، تحلیل ارتعاشات عمدتا برای شناسایی عیوب مکانیکی در تجهیزات دوار و ارزیابی شدت آنها بکار می‌رفت. این روش امکان انجام تعمیرات برنامه‌ریزی‌شده را فراهم می‌کرد و در نتیجه، زمان خرابی‌های پیش‌بینی‌نشده را کاهش می‌داد. این قابلیت همچنان ارزشمند است، اما در دنیای امروز، نظارت آنلاین و بی‌سیم این امکان را فراهم کرده که مشکلات قبل از تبدیل‌شدن به خرابی شناسایی شوند. این امر به مهندسان اجازه می‌دهد تا به جای واکنش نشان‌دادن به مشکلات، رویکردی پیشگیرانه اتخاذ کنند.
امروزه بسیاری از ارائه‌دهندگان، هوش مصنوعی و یادگیری ماشین را در فرآیند تحلیل ارتعاشات ادغام کرده‌اند. به جای شناسایی عیب از طریق روش‌های سنتی مبتنی بر ریشه‌یابی که از تحلیلگرهای دستی و قابل‌حمل استفاده می‌کنند، حسگرهای نصب‌شده دائمی می‌توانند داده‌ها را به برنامه‌هایی ارسال کنند که دارای الگوریتم‌های هوش مصنوعی و یادگیری ماشین هستند و به‌طور مداوم به دنبال ناهنجاری‌ها می‌گردند. بزرگ‌ترین ارزش این فناوری در شناسایی بازه‌های زمانی در حین عملکرد است که تجهیزات خارج از پارامترهای پایدار خود مانند دوران راه‌اندازی یا شرایط ناپایدار دیگر کار می‌کنند. با تحلیل این داده‌ها، می‌توان روش‌های عملیاتی را اصلاح کرد تا این دوره‌های پرتنش برای تجهیزات به حداقل برسند و در نتیجه، عمر مفید آنها افزایش یابد.
شرکت MD&A از تشخیص ارتعاشات به‌عنوان یکی از ابزارهای کلیدی برای درک دقیق وضعیت تجهیزات در تاسیسات تولید توان استفاده می‌کند. تیم مهندسان تشخیص و بالانس این شرکت قادر است شرایط مکانیکی تجهیزات دوار را به‌طور جامع تجزیه‌وتحلیل کرده و سپس بهترین و مقرون‌به‌صرفه‌ترین راهکارها را برای حفظ یکپارچگی تجهیزات ارائه دهد.
بخوانید: “ساخت، تعمیر و بازسازی قطعات توربین گاز توسط شرکت آمریکایی“
علاوه بر این، شرکت MD&A یک تاسیسات بالانس با سرعت بالا در سن لوئیس میسوری دارد که از آن برای اطمینان از حفظ حداقل ارتعاشات در تجهیزات تعمیرشده استفاده می‌کند. این تاسیسات با قابلیت خلا و توانایی تحریک روتورهای ژنراتور با سرعت بالا طراحی شده‌اند که امکان آزمایش و بالانس روتورهای توربین بخار و ژنراتور را فراهم می‌آورد. بالانس با سرعت بالا ثابت کرده که در اعتبارسنجی تعمیرات بسیار موثر است و از عملکرد موثر تجهیزات پس از بازگشت به سرویس اطمینان حاصل می‌کند.
فناوری‌های تحول‌آفرین دیگر
علاوه بر تحلیل ارتعاشات، شرکت MD&A اعلام کرده که اسکن سه‌بعدی، تحول بزرگی در فرآیند تعمیر و تعویض قطعات ایجاد کرده‌است. با استفاده از فناوری اسکن سه‌بعدی برای مهندسی معکوس، می‌توان مدل‌های دیجیتال دقیقی از قطعات ایجاد کرد که این امکان را می‌دهد که مهندسی معکوس و تولید قطعات سفارشی با سرعت بالا انجام شود.
ابزارهای نوآورانه دیگر نیز به ارزش‌افزایی در فرآیند بازرسی کمک می‌کنند. روش‌های تصویربرداری پیشرفته، مانند آزمون اولتراسونیک با آرایه فازی، بازرسی با اشعه ایکس و بازرسی ترموگرافیک، بینش دقیقی از یکپارچگی قطعات آن هم بدون نیاز به جداسازی بیشتر ارائه می‌دهند. این روش‌ها این امکان را می‌دهند تا ترک‌ها، سایش و سایر نقص‌ها را با دقت بی‌نظیری شناسایی کرده، زمان بازرسی را کاهش داده و برنامه‌ریزی تعمیرات را بهبود بخشند.
علاوه بر آن، پیشرفت‌های رباتیک، وظایف تعمیر و نگهداری را در مناطق دشوار و غیرقابل‌دسترس تسهیل کرده‌است. بر این اساس، ربات بازرسی درجا (in-situ) ژنراتور قادر است بازرسی کامل ژنراتور را بدون نیاز به جداسازی بخش‌های داخلی انجام دهد. این پیشرفت‌های فناورانه به صنعت نیروگاهی به‌طور کلی این امکان را داده که راهکارهایی سریع‌تر، دقیق‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر ارائه دهند.
شرکت MD&A از یک ربات نوآورانه خزنده برای بازرسی ژنراتور که توسط شرکت Nova Technology مستقر در نیوجرسی تامین شده، استفاده کرده‌است. بنابر اعلام این شرکت، این ربات کهGenEX (Generator Explorer) نام دارد، سبک‌ترین ربات بازرسی ژنراتور در بازار است و بالاترین وضوح تصویری موجود را ارائه می‌دهد. این خزنده کمتر از ۲.۲۷ کیلوگرم وزن دارد و می‌تواند وارد ژنراتورهایی با شکاف‌هایی به باریکی ۲۲.۸۶ میلی‌متر شود. این سامانه دارای دو دوربین رنگی فول اچ‌دی است، یکی روبه‌جلو و دیگری در زاویه ۹۰ درجه که قابلیت چرخش و تنظیم فوکوس متغیر دارد. همچنین، با استفاده از نورپردازی LED، تصاویر ۵ مگاپیکسلی واضح و حاشیه‌نویسی‌شده از نواحی بازرسی ثبت می‌کند که می‌توان آنها را روی نمایشگر قابل‌حمل یا لپ‌تاپ مشاهده کرد.
بنابر اعلام شرکت Nova Technology، تا پیش از این، خدمات بازرسی درجا (in-situ) عمدتا در اختیار تولیدکنندگان تجهیزات اصلی بود. شرکت مذکور، این امکان را برای تامین‌کنندگان خدمات فراهم کرده که راهکاری ارائه دهند که نه‌تنها زمان را کاهش می‌دهد، بلکه می‌تواند از هزینه‌های سنگین ناشی از جداسازی غیرضروری قطعات نیز جلوگیری کند. ربات GenEX ارزیابی‌های دقیقی را در عرض چند ساعت یا چند روز انجام می‌دهد.
ربات خزنده GenEX می‌تواند برای ارزیابی میزان سفتی گوه‌های استاتور (Wedgetap) و تشخیص عیوب هسته الکترومغناطیسی (El-Cid) و سایر بازرسی‌ها مورد استفاده قرار گیرد. این ربات ارزش فوق‌العاده‌ای برای کاربران خود به اثبات رسانده‌است. این ربات عیوب، اتصال‌های کوتاه، تخریب مواد و مشکلات دیگر را شناسایی کرده و در عین حال، با جلوگیری از جداسازی پرهزینه قطعات، زمان خرابی را به حداقل رسانده‌است. این ربات نسبت به خزنده‌های مغناطیسی چابکی بیشتری دارد و می‌تواند به مکان‌هایی وارد شود که سایر ربات‌های بازرسی ویدئویی قادر به دسترسی به آنها نیستند.
بنابر اعلام یکی از اعضای فعلی انجمن آزمایش‌های غیرمخرب آمریکا (ASNT) و همچنین مدیرعامل گروه بین‌المللی مشاوران فناوری، آزمون آرایه جریان گردابی (ECA) می‌تواند یک فناوری بازرسی مهم در تاسیسات تولید توان باشد. فناوری ECA به‌سرعت اجزای بزرگ تجهیزات را اسکن کرده و تصاویر C-scan تولید می‌کند. این تصاویر به بازرسی بصری کمک کرده و محل، اندازه و جهت عیوب موجود در تجهیزاتی مانند پره‌های توربین را مشخص می‌کنند. امروزه، فناوری ECA، از تحلیل داده‌های پیشرفته و نرم‌افزارهای تخصصی برای ثبت نتایج آزمایش استفاده می‌کند. این قابلیت، نیاز به تحلیل دستی کاربر را کاهش داده و امکان بررسی‌های بعدی توسط اشخاص ثالث را فراهم می‌کند که شامل تفسیر، شناسایی ویژگی‌ها و تولید گزارش‌های نهایی است. زمانی که فناوری آرایه جریان گردابی در برنامه جامع نگهداری پیش‌بینی‌کننده و پیشگیرانه یک تاسیسات ادغام شود، فرآیند بازرسی و ارزیابی وضعیت تجهیزات اصلی به‌سرعت انجام شده و حداقل زمان خرابی را به همراه خواهد داشت.
تکیه بر متخصصان
با این حال، هنگامی که بازرسی‌های دوره‌ای پاسخ‌های روشنی ارائه نمی‌دهند و شرایط پیچیده‌تر به وجود می‌آید، مشورت با مهندسان باتجربه که به‌طور تخصصی در زمینه تعمیر، نگهداری و بازسازی توربین‌ها فعالیت دارند، می‌تواند بسیار مهم باشد. دلیل این اهمیت آن است که این متخصصان معمولا از رویکردی سیستماتیک و چند‌تخصصی برای تشخیص مشکلات پیچیده استفاده می‌کنند و ممکن است در تاسیسات دیگر نیز با مشکلات مشابهی مواجه شده باشند.
وقتی بازرسی‌های دوره‌ای قادر به شناسایی منشا مشکل نباشند، ابتدا تاریخچه عملیاتی توربین، داده‌های عملکردی و سوابق تعمیر و نگهداری به‌دقت موردبررسی قرا می‌گیرد. سپس، از روش‌های تشخیصی پیشرفته که متناسب با مشکل احتمالی هستند، استفاده می‌شود.
تیم تخصصی مهندسان و تکنسین‌های MD&A در کل فرآیند تشخیص عیب، به‌صورت نزدیک با یکدیگر همکاری می‌کنند. تخصص ترکیبی آنها در علم مواد، مهندسی مکانیک و عملیات توربین تضمین می‌کند که مشکل از چندین زاویه به‌طور جامع ارزیابی شود. پس از شناسایی علت ریشه‌ای مشکل، با مشتری همکاری می‌شود تا یک برنامه تعمیر یا کاهش مشکل هدفمند طراحی شود. این برنامه می‌تواند شامل تعویض قطعات، ماشین‌کاری دقیق یا تنظیمات عملیاتی باشد. هدف آن ارائه راهکارهایی است که نه‌تنها مشکل را برطرف کنند، بلکه از بروز مجدد آن نیز جلوگیری نمایند. آزمایش‌ها و اعتبارسنجی‌های جامع نیز اطمینان می‌دهند که توربین با بالاترین سطح اطمینان و قابلیت‌اطمینان به خدمت عملیاتی بازگردد.
تجهیزات در حال فرسایش
افزایش عمر توربین‌های نصب‌شده به‌طور اساسی راهبردهای تعمیر و نگهداری را تغییر داده و باعث انتقال از تعمیرات واکنشی به رویکردهای پیشگیرانه و پیش‌بینی‌کننده شده‌است. توربین‌های قدیمی چالش‌های منحصربه‌فردی را به همراه دارند، از جمله می‌توان به خستگی مواد به دلیل سال‌ها کارکرد، طراحی‌های قدیمی که ممکن است با فناوری‌های امروزی سازگار نباشند، محدودیت در تامین قطعات اصلی که موجب می‌شود نیاز به راهکارهای نوآورانه و سفارشی‌سازی‌شده بیشتر شود، شامل می‌شود.
ناوگان قدیمی معمولا به دلیل منسوخ‌شدن طراحی‌ها با مشکل کمبود قطعات جایگزین سازگار مواجه هستند. برای مقابله با این مشکل، از مهندسی معکوس برای تولید قطعات سفارشی که با مشخصات اصلی همخوانی دارند یا آنها را بهبود می‌بخشند، استفاده می‌شود. این نه‌تنها سازگاری را تضمین می‌کند، بلکه عمر عملیاتی تجهیزات قدیمی را نیز افزایش می‌دهد. علاوه بر این، اغلب راه‌حل‌های ارتقا مانند نوسازی سامانه‌های کنترلی، تعویض ولووها یا بهبود پره‌ها توصیه شده که باعث بهبود کارایی و قابلیت‌اطمینان توربین می‌شود.
افزایش عمر قطعات
دماهای بالا تاثیر زیادی بر روی قطعات توربین‌های گاز می‌گذارند و موجب بروز مشکلاتی مانند ترک‌ها، خوردگی، کاهش ضخامت دیوار و فرسودگی مواد می‌شوند. بهبود تعمیرات می‌تواند با کاهش سرعت تخریب قطعات، عمر مفید آنها را افزایش داده و استفاده از آنها را برای مدت طولانی‌تری امکان‌پذیر سازد. کاربران می‌توانند با انتخاب قطعات تعمیرشده با هزینه کمتر به جای خرید قطعات جدید، صرفه‌جویی قابل‌توجهی داشته باشند.
برای مثال، تاسیسات خدمات قطعات توربین گاز MD&A در سن آنتونیو تگزاس، دو مجموعه از پره‌های مرحله دوم توربین گاز ۷FA را ارزیابی کرد تا مشخص کند که آیا قادر به عملکرد برای سومین دوره خدمات هستند یا خیر. این پره‌ها دو دوره خدمات را گذرانده و یک‌بار نیز تعمیر شده بودند.
تیم بازرسی، اشعه ایکس را بر روی قطعات در وضعیت دریافتی اولیه انجام داد که هیچ‌گونه اشکال نگران‌کننده یا گرفتگی در حفره‌های خنک‌کاری را نشان نداد. سپس یک بازرسی با نفوذ مایع فلورسانس برای شناسایی ترک‌های قابل‌توجه انجام شد. منطقه اطراف شعاع شراود نیز برای بررسی ترک‌ها ارزیابی شد. تیم هیچ‌گونه مناطق نگران‌کننده عمده در طی بازرسی اولیه با نفوذ مایع فلورسانس پیدا نکرد، اما همچنان یک بازرسی دقیق‌تر انجام دادند پس از اینکه پوشش فلزی از قطعات به‌طور شیمیایی حذف شد.
تأسیسات MD&A در سن آنتونیو وضعیت پوشش داخلی را قابل‌قبول و در شرایط خوبی برای عملکرد در یک دوره خدمات دیگر ارزیابی کرد. پوشش خارجی نیز از سطوح خارجی محافظت می‌کرد و توصیه شد که برای اجرای یک بازرسی مناسب با نفوذ مایع فلورسانس از سطوح مسیر گاز داغ، این پوشش برداشته شود.
خوانش‌های میکروهاردنس که در چندین نقطه از پره‌ها انجام شد، نشان داد که سختی مواد پایه در مناطقی که قطعات در معرض دماهای بالا قرار گرفته‌اند، به‌طور قابل‌توجهی کاهش یافته‌است. این مناطق همچنین نشان‌دهنده فرسایش قابل‌توجه در ساختار گاما پرایم بودند که تحت بازرسی با میکروسکوپ الکترونی روبشی قرار گرفتند. مقادیر سختی پس از عملیات حرارتی نشان داد که GTD 111، یک سوپرآلیاژ نیکلی که توسط جنرال الکتریک برای استفاده در پره‌های توربین گاز توسعه یافته، به دلیل مقاومت عالی در دماهای بالا و مقاومت در برابر خوردگی، به‌خوبی به فرآیند حرارتی واکنش نشان داد و مقادیر سختی کلی پره‌ها بهبود یافت.
برای عملیات حرارتی، متخصصان MD&A از یک کوره عملیات حرارتی خلا استفاده می‌کنند که در آن گرمایش و سرمایش فلزات به‌طور دقیق کنترل می‌شود تا ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی آنها تغییر یابد. این فرآیند شامل عملیات حرارتی پیش از جوشکاری، عملیات حرارتی پس از جوشکاری و راه‌حل‌های عملیات حرارتی انتشار یا پایان عمر عملیاتی است.
نمونه‌هایی از پره‌ها برای آزمایش شکست تنشی برداشته شدند. وضعیت دریافتی اولیه نتوانست حداقل الزامات استحکام موردانتظار برای GTD 111 را برآورده کند. با این حال، نمونه‌هایی که پس از عملیات حرارتی آزمایش شدند، از حداقل الزامات تجاوز کردند.
پس از عملیات حرارتی تعمیرات، استحکام شکست بهبود یافت. این نشان می‌دهد که عملیات حرارتی تعمیرات توانسته قطعات را به اندازه کافی بازسازی کند تا برای یک دوره خدمات دیگر قابل‌استفاده باشند.
در نهایت، متخصصان MD&A هر قطعه را در وضعیت دریافتی اولیه و وضعیت پس از عملیات حرارتی تعمیرات ارزیابی کردند. بهبود خواص مکانیکی آلیاژ موردارزیابی قرار گرفت تا تعیین شود آیا این دو مجموعه برای تعمیرات جهت تمدید عمر مفید هستند یا خیر. پس از اینکه تایید شد که قطعات قادر به تمدید عمر هستند، تیم از شیوه‌های تعمیراتی برای افزایش بیشتر عمر مفید قطعات استفاده کرد.
غلبه بر چالش‌های تعمیر و نگهداری
بنابر اعلام MD&A، یکی از چالش‌برانگیزترین نوع تعمیرات توربین که با آن مواجه می‌شود، رفع خرابی‌های بالقوه فاجعه‌آمیز است، مانند ترک در روتورها یا آسیب‌های گسترده به پره‌ها که به‌دلیل استرس‌های عملیاتی یا ضربات اشیا خارجی ایجاد می‌شود. این نوع تعمیرات نه‌تنها به تخصص فنی نیاز دارد، بلکه به دقت و نوآوری نیز نیازمند است تا یکپارچگی و کارایی توربین دوباره احیا شود. شرکت MD&A این چالش‌ها را با یک روش ساختارمند و همکاری‌محور که شامل موارد زیر است، پیش می‌برد:
ارزیابی جامع
فرآیند MD&A با بازرسی‌های دقیق و استفاده از روش‌های پیشرفته آزمون غیر مخرب (NDT) و فناوری اسکن سه‌بعدی آغاز می‌شود. این کار به کارشناسان شرکت این امکان را می‌دهد تا مقیاس کامل آسیب را درک کرده و علت‌های اصلی خرابی را شناسایی کنند.
تخصص مهندسی معکوس
برای قطعاتی که قطعات تولیدکننده اصلی برای آنها در دسترس نیست یا منسوخ شده‌اند، شرکت MD&A از توانایی‌های مهندسی معکوس داخلی خود استفاده می‌کند تا قطعات جایگزین با کیفیت بالا تولید کند که با استانداردهای صنعت تطابق دارند.
راه‌حل‌های سفارشی
شرکت MD&A اعلام کرد که هر تعمیر چه شامل جوشکاری پیچیده، عملیات حرارتی خاص، یا طراحی‌های جایگزین را منحصر به فرد می‌داند. این شرکت راه‌حل‌های خود را به‌طور خاص برای حل چالش‌های هر مورد تنظیم می‌کند.
منبع:
