Công nghệ Giám sát Vị trí Van Nâng cao Tiêu chuẩn An toàn trong Cơ sở Hạ tầng Quan trọng: Những Nhận định của Ngành năm 2025

Khi cơ sở hạ tầng năng lượng toàn cầu đối mặt với yêu cầu ngày càng cao về độ tin cậy và an toàn, công nghệ giám sát vị trí van đã trở thành một thành phần quan trọng trong việc ngăn ngừa các sự cố thảm khốc tại các nhà máy phát điện, dầu khí và hóa dầu. Những phát triển gần đây trong ngành nhấn mạnh việc áp dụng ngày càng nhiều các hệ thống giám sát kênh đôi đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt API 670 và SIL 2.

Vai trò quan trọng của giám sát vị trí van trong ngành công nghiệp hiện đại

Hệ thống giám sát vị trí van đóng vai trò như đôi mắt và đôi tai của các nền tảng bảo vệ thiết bị tua bin, cung cấp xác minh thời gian thực rằng các van điều khiển quan trọng phản hồi chính xác trong quá trình vận hành bình thường và các tình huống khẩn cấp. Theo các báo cáo ngành, các sự cố liên quan đến van chiếm khoảng 15-20% các lần ngừng hoạt động không kế hoạch tại các nhà máy phát điện, với mỗi sự cố có thể khiến nhà vận hành mất từ 500.000 đến 2 triệu đô la Mỹ do doanh thu bị mất và chi phí sửa chữa khẩn cấp.

"Sự tiến hóa từ giám sát kênh đơn sang giám sát kênh đôi đại diện cho một bước ngoặt trong cách tiếp cận hệ thống an toàn có chức năng," một bài báo trắng gần đây của Hiệp hội Tự động hóa Quốc tế nhận định. "Phản hồi vị trí dự phòng giảm thiểu các lần ngắt mạch giả lên đến 90% trong khi vẫn duy trì—thậm chí nâng cao—mức độ toàn vẹn an toàn."

Tiến bộ công nghệ trong giám sát kênh đôi

Các bộ giám sát vị trí van hiện đại, như dòng Bently Nevada 3300/70, tích hợp các khả năng chẩn đoán tinh vi vượt xa việc chỉ báo vị trí đơn giản. Các hệ thống này xử lý nhiều loại tín hiệu đầu vào—bao gồm LVDT (Biến áp vi sai tuyến tính), điện trở biến trở, và tín hiệu 4-20mA—với độ chính xác đạt ±0,5% toàn thang đo.

Việc tích hợp giám sát sức khỏe cảm biến tích hợp sẵn là một bước tiến quan trọng trong chiến lược bảo trì dự đoán. Bằng cách phát hiện sớm các dấu hiệu suy giảm cuộn dây LVDT, mòn chổi than biến trở hoặc lỗi dây điện, các hệ thống này có thể kích hoạt cảnh báo bảo trì trước 2-4 tuần trước khi xảy ra lỗi đo lường, cho phép can thiệp chủ động thay vì sửa chữa phản ứng.

Đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn đang phát triển

Ngành dầu khí và khí tự nhiên đã chứng kiến sự siết chặt liên tục các quy định an toàn trong thập kỷ qua. API 670 (Hệ thống bảo vệ máy móc) hiện yêu cầu xác minh vị trí độc lập cho các van ngắt quan trọng trong nhiều ứng dụng, trong khi các yêu cầu IEC 61508 cho Hệ thống An toàn có chức năng (SIS) đã thúc đẩy nhu cầu thiết bị giám sát đạt chuẩn SIL 2 và SIL 3.

Cấu trúc kênh đôi cho phép logic bỏ phiếu 1oo2 (một trong hai) trong đó cả hai kênh phải đồng thuận trước khi kích hoạt cảnh báo hoặc ngắt máy. Cấu hình này giảm đáng kể các lần ngắt mạch giả—một thách thức dai dẳng trong hệ thống kênh đơn—trong khi vẫn duy trì khả năng phát hiện các sự cố van thực sự hoặc sai lệch vị trí.

Ứng dụng trong cơ sở hạ tầng quan trọng

Điều khiển tua bin hơi: Tại các nhà máy điện chu trình hỗn hợp và cơ sở phát điện đồng phát, bộ giám sát vị trí van theo dõi chuyển động van điều tốc và van tiết lưu theo thời gian thực. Trong các thay đổi tải hoặc ngắt khẩn cấp, các hệ thống này xác minh rằng van phản hồi trong khoảng thời gian quy định—thường là 200-500 mili giây—để ngăn ngừa tình trạng quá tốc có thể phá hủy các tổ máy tua bin-phát điện trị giá hàng triệu đô la.

Bảo vệ chống sốc máy nén khí: Các cơ sở LNG và trạm nén đường ống dựa vào kiểm soát van chống sốc chính xác để bảo vệ máy nén ly tâm hoạt động ở công suất 5.000-50.000 mã lực. Hệ thống giám sát vị trí xác nhận rằng các van tái lưu mở đủ nhanh để ngăn ngừa sự kiện sốc, có thể gây hư hỏng rotor nghiêm trọng và nhiều tuần ngừng hoạt động.

Hệ thống ngắt khẩn cấp: Các giàn khoan ngoài khơi và nhà máy lọc dầu triển khai bộ giám sát vị trí van như một phần của hệ thống an toàn đa lớp. Các bộ giám sát này cung cấp xác minh độc lập rằng các van ESD, van xả áp và van cô lập đã đạt vị trí lệnh trong các tình huống khẩn cấp, đáp ứng yêu cầu quy định về xác nhận vị trí dự phòng.

Kinh tế của kiểm tra hành trình một phần

Một trong những lợi ích vận hành quan trọng nhất của công nghệ giám sát van hiện đại là hỗ trợ kiểm tra hành trình một phần trực tuyến. Các tiêu chuẩn IEC 61508 và IEC 61511 khuyến nghị kiểm tra định kỳ van an toàn—thường là hàng quý—để xác minh chức năng mà không cần ngừng toàn bộ quy trình.

Đối với các ngành công nghiệp quy trình liên tục, khả năng thực hiện các kiểm tra này trực tuyến có thể tiết kiệm từ 200.000 đến 1 triệu đô la cho mỗi lần tránh được ngừng hoạt động. Hệ thống 3300/70 và các hệ thống tương tự cung cấp phản hồi vị trí chính xác cần thiết để thực hiện và xác nhận các bài kiểm tra hành trình một phần, ghi lại đặc tính phản hồi van và phát hiện suy giảm cơ khí trước khi xảy ra hỏng hóc hoàn toàn.

Cân nhắc về nâng cấp và hiện đại hóa

Khi cơ sở hạ tầng cũ đạt tuổi thọ 20-30 năm, các nhà vận hành nhà máy phải đối mặt với quyết định thay thế thiết bị hay hiện đại hóa. Các hệ thống giám sát tương thích ngược cung cấp một giải pháp trung gian, cho phép nâng cấp công nghệ mà không cần thay thế toàn bộ giá đỡ hoặc dự án đi dây phức tạp.

Kiến trúc dòng 3300, ví dụ, duy trì khả năng tương thích qua nhiều thế hệ phần cứng, cho phép thay thế module cũ một cách dễ dàng trong khi giữ nguyên hạ tầng dây điện hiện có và tích hợp với hệ thống điều khiển phân tán (DCS) và hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA).

Tích hợp với hệ sinh thái giám sát điều kiện

Các bộ giám sát vị trí van hiện đại không còn hoạt động đơn lẻ. Việc tích hợp với các nền tảng giám sát điều kiện toàn diện—như phần mềm System 1 của Bently Nevada—cho phép kết hợp dữ liệu hiệu suất van với phân tích rung động, giám sát nhiệt độ và các tham số quy trình.

Phương pháp toàn diện này trong quản lý sức khỏe máy móc giúp kỹ sư nhận diện các chế độ hỏng hóc phức tạp mà dữ liệu vị trí van đơn thuần không thể hiện rõ. Ví dụ, sự thay đổi dần dần trong thời gian phản hồi van có thể liên quan đến mòn bạc đạn trong bộ truyền động van, kích thích điều tra trước khi xảy ra hỏng hóc bộ truyền động hoàn toàn.

Xu hướng tương lai trong công nghệ giám sát van

Chuyên gia ngành dự đoán một số phát triển chính trong giám sát vị trí van trong 3-5 năm tới:

• Cảm biến vị trí không dây: Loại bỏ các đường cáp dài trong ứng dụng nâng cấp, giảm chi phí lắp đặt từ 30-50%
• Thuật toán học máy: Phân tích dự đoán học các mẫu hành vi van bình thường và phát hiện các bất thường tinh vi báo hiệu sự cố sắp xảy ra
• Nâng cao an ninh mạng: Khi hệ thống điều khiển công nghiệp đối mặt với các mối đe dọa mạng ngày càng tăng, bộ giám sát van sẽ tích hợp truyền thông mã hóa và các giao thức xác thực
• Tích hợp mô hình số Twin kỹ thuật số: Dữ liệu vị trí van thời gian thực cung cấp cho các mô hình twin kỹ thuật số để tối ưu hóa quy trình nâng cao và lập kế hoạch kịch bản

Lựa chọn giải pháp giám sát vị trí van phù hợp

Khi đánh giá hệ thống giám sát vị trí van cho các ứng dụng quan trọng, kỹ sư thiết bị nên xem xét một số yếu tố chính:

• Khả năng tương thích đầu vào với cảm biến vị trí van hiện có (LVDT, điện trở biến trở, 4-20mA)
• Yêu cầu về độ chính xác và tốc độ cập nhật cho ứng dụng cụ thể
• Cấp chứng nhận an toàn (SIL 2, SIL 3) phù hợp với chức năng an toàn có chức năng
• Khả năng chẩn đoán cho các chương trình bảo trì dự đoán
• Khả năng tích hợp với hệ thống DCS, SCADA và nền tảng giám sát điều kiện hiện có
• Mạng lưới hỗ trợ nhà cung cấp và khả năng cung cấp phụ tùng thay thế cho dịch vụ lâu dài

Kết luận

Khi cơ sở hạ tầng quan trọng tiếp tục già đi trong khi đối mặt với yêu cầu hiệu suất ngày càng cao, công nghệ giám sát vị trí van đóng vai trò ngày càng quan trọng trong việc duy trì an toàn, độ tin cậy và hiệu quả vận hành. Sự tiến hóa từ chỉ báo vị trí cơ bản sang các hệ thống kênh đôi tinh vi với chẩn đoán nâng cao phản ánh cam kết của ngành trong việc ngăn ngừa sự cố thảm khốc đồng thời giảm thiểu các lần ngắt mạch giả và thời gian ngừng hoạt động không kế hoạch.

Đối với các cơ sở vận hành thiết bị tua bin, máy nén hoặc hệ thống an toàn có chức năng, đầu tư vào công nghệ giám sát vị trí van hiện đại—như Bently Nevada 3300/70—không chỉ là yêu cầu tuân thủ mà còn là quyết định chiến lược để bảo vệ tài sản, đảm bảo an toàn cho nhân sự và duy trì hiệu suất vận hành cạnh tranh trong môi trường công nghiệp ngày càng khắt khe.

Để biết thêm thông tin về các giải pháp giám sát vị trí van và hệ thống bảo vệ thiết bị tua bin, hãy tham khảo ý kiến các chuyên gia thiết bị có trình độ và tham khảo các tiêu chuẩn ngành áp dụng bao gồm API 670, IEC 61508 và IEC 61511.