Phân tích hư hỏng vật liệu hỗ trợ nâng cao hiệu quả kinh tế và đảm bảo an toàn sản xuất công nghiệp

10/07/2011
Hư hỏng thiết bị công nghiệp ở bất kỳ mức độ nào đều gây thiệt hại. Với chi tiết nhỏ thì gây lãng phí vật liệu, nhân công, năng lượng. Với các trường hợp trầm trọng như nổ đường ống dẫn khí/dầu, nồi hơi/đường ống cao áp… có thể gây tổn thất về người, thiệt hại nghiêm trọng về kinh tế và tác động hủy hoại môi trường sống. Vì vậy, để đảm bảo an toàn sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả kinh tế, việc phân tích hư hỏng các chi tiết thiết bị công nghiệp (sau đây gọi tắt là PTHH) đã được nghiên cứu và ứng dụng từ lâu trên thế giới, đặc biệt là ở các nước có nền công nghiệp phát triển. Tuy nhiên ở Việt Nam, PTHH là một lĩnh vực còn khá mới mẻ.

Trung tâm Đánh giá hư hỏng vật liệu, thuộc Viện Khoa học Vật liệu (Center of Materials and Failure Analysis – COMFA/IMS) được thành lập năm 2004. Từ tháng 5 năm 2005, COMFA/IMS bắt đầu triển khai dự án hỗ trợ kỹ thuật không hoàn lại của Chính phủ Cộng hòa Liên bang Đức với trọng tâm xây dựng và phát triển năng lực cung cấp một số dịch vụ kỹ thuật tiên tiến phục vụ công nghiệp, trong đó PTHH được ưu tiên hàng đầu.

Bài viết này giới thiệu đôi nét về kỹ thuật PTHH và khả năng đáp ứng, cung cấp các dịch vụ kỹ thuật của COMFA/IMS trong lĩnh vực PTHH, phản ánh việc ứng dụng sự phát triển của khoa học kỹ thuật vào các hoạt động sản xuất công nghiệp ở nước ta.

Kỹ thuật phân tích hư hỏng

Một chi tiết thiết bị/cấu kiện nhà máy được xem là bị hỏng khi chúng không còn khả năng thực hiện thỏa đáng chức năng dự kiến. Có rất nhiều nguyên nhân dẫn tới hư hỏng thiết bị, như lỗi vật liệu, lỗi thiết kế hoặc vận hành và tác động từ môi trường làm việc,…Vật liệu/chi tiết kim loại có thể bị hỏng theo một cơ chế nào đó, nhưng thường là do sự tác động tổ hợp của nhiều cơ chế bao gồm: biến dạng (defomation), rạn nứt (cracking), ăn mòn (corrosion), giòn (embrtittlement), mỏi (fatigue), gẫy (fracture), mài mòn (friction) và bào mòn (wear). Như vậy, không phải chỉ có quá trình gẫy mới làm cho chi tiết bị hỏng.

Mục tiêu của PTHH là tìm nguyên nhân gây hư hỏng chi tiết thiết bị, tư vấn giải pháp khắc phục, loại bỏ hoặc giảm thiểu tối đa hư hỏng lặp lại trong các chu kỳ vận hành tiếp theo. Mặt tích cực hơn của công tác này là kiểm tra, theo dõi định kỳ độ bền và các tính năng hoạt động của chi tiết thiết bị, phát hiện sớm các nguy cơ hư hỏng và dự báo thời gian phục vụ của chúng. Mọi quy trình PTHH được xây dựng đều hướng tới mục tiêu trên. Số lượng các phép phân tích và thứ tự thực hiện có thể khác nhau, tùy thuộc vào đặc điểm của từng trường hợp hư hỏng. Dưới đây trình bày một quy trình và các thiết bị cơ bản nhất được coi là điển hình cho việc thực hiện phân tích một trường hợp hư hỏng.

TTCác bước phân tích
Kỹ thuật/Thiết bị
1Thu thập số liệu/tài liệu liên quan, chọn mẫu hỏng và chưa hỏng để kiểm tra/phân tíchHỏi/đáp, ghi chép, chụp ảnh, xem xét tài liệu, vv…
2Kiểm tra sơ bộ: quan sát bằng mắt, chụp ảnh và sử dụng kỹ thuật NDTMáy ảnh thường, kính hiển vi soi nổi. Thiết bị kiểm tra không phá hủy (PT, UT).
3Phân tích cơ tínhThử kéo, uốn, thử dai vai đập, đo độ cứng…
4Phân tích macro và micro: Chụp ảnh kim tương cấu trúc thô đại và cấu trúc tế vi, tìm các bằng chứng liên quan đến hư hỏng về cấu trúc, khuyết tật vật liệu, điểm xuất phát, hướng lan truyền vết nứt…Kính hiển vi quang học (kim tương) và các thiết bị phụ trợ (máy mài/đánh bóng), thiết bị Replica (lấy mẫu cấu trúc tại hiện trường)
5Phân tích thành phần hóa học của kim loại và các phân tích hóa học khác.Thiết bị phân tích quang phổ phát xạ, SEM-EDX và các thiết bị khác.
6Phân tích cơ học mặt gẫy: xác định kiểu (mode) gẫy, tìm điểm xuất phát của vết nứt, kiểu lan truyền vết nứt, phát hiện tạp chất, khuyết tật vật liệu…Kính hiển vi điện tử quét độ phân giải cỡ micrô và cần có buồng chứa mẫu lớn
7Tổng hợp bằng chứng và đánh giá các số liệu phân tích.Các chuyên gia trong “đội”
8Thử nghiệm mô phỏng: gia tốc tải và môi trường.Các thiết bị mô phỏng (nhiều loại khác nhau tùy thuộc vào đối tượng và đặc điểm hư hỏng).
9Kết luận: cơ chế hư hỏng, nguyên nhân gốc rễ, và đề xuất giải pháp ngăn ngừa hư hỏng lại.
10Viết báo cáo

Trung tâm đánh giá hư hỏng vật liệu (COMFA/IMS)

COMFA/IMS là đơn vị nghiên cứu, đồng thời thường xuyên cung cấp các dịch vụ PTHH cho công nghiệp, vì vậy COMFA/IMS đã xây dựng và áp dụng hệ thống quản lý chất lượng theo tiêu chuẩn ISO/IEC 17025, nhằm khẳng định năng lực thử nghiệm, đảm bảo chất lượng các dịch vụ kỹ thuật của COMFA đạt chuẩn Việt nam và Quốc tế. Dịch vụ kỹ thuật của COMFA/IMS chủ yếu liên quan đến vật liệu kim loại. Với đội ngũ cán bộ được đào tạo chuyên nghiệp và các thiết bị được trang bị đồng bộ, COMFA/IMS cung cấp các dịch vụ kỹ thuật như sau:

- Phân tích hư hỏng công nghiệp;

- Kiểm tra/lựa chọn vật liệu kim loại, đối chiếu với các tiêu chuẩn Việt Nam và Quốc tế;

- Đánh giá hiện trạng cấu kiện nhà máy bằng kỹ thuật phân tích không phá hủy;

- Phân tích và tư vấn kiểm soát chất lượng nước nhằm chống cáu cặn và ăn mòn trong hệ thống nồi hơi và hệ thống làm mát;

- Kỹ thuật SEM-EDX (hiển vi điện tử quét) phát hiện tạp chất/khuyết tật vật liệu và xác định cơ chế nứt, gãy của chi tiết kim loại;

- Chuyển giao kiến thức trong các lĩnh vực liên quan thông qua đào tạo và hội thảo công nghiệp.

Kiểm tra bề mặt gẫy, tìm nguyên nhân gẫy cánh tua bin nhà máy nhiệt điện Phát hiện các khuyết tật vật liệu dẫn đến hư hỏng cánh tua bin thủy điện

Phần lớn các thiết bị phân tích của COMFA đều có thể làm việc trong phòng thí nghiệm và cả tại hiện trường. Đặc biệt, COMFA/IMS đã được tiếp nhận kỹ thuật Replica phân tích cấu trúc vật liệu không phá hủy mẫu, đó là một kỹ thuật hiện đại để đánh giá hiện trạng các chi tiết thiết bị làm việc ở nhiệt độ cao và áp suất lớn trong các nhà máy nhiệt điện. Cho đến nay, ở Việt Nam COMFA/IMS là đơn vị duy nhất có thể thực hiện được kỹ thuật này. Bên cạnh đó COMFA/IMS có thể cung cấp dịch vụ kỹ thuật với sự hỗ trợ của chuyên gia nước ngoài trong mạng lưới PTHH Đức- Hàn Quốc - Đông Nam Á.

Kiểm tra vật liệu/phân tích nguyên nhân gẫy cánh tua bin thủy điện, 01/2011Phân tích và tư vấn kiểm soát chất lượng nước trong hệ thống nồi hơi chống cáu cặn/ăn mòn, tiết kiệm năng lượng

Sau gần 6 năm hoạt động, COMFA/IMS đã dần dần được nhận biết như là một địa chỉ tin cậy cung cấp các dịch vụ kỹ thuật kiểm tra, đánh giá vật liệu, phân tích nguyên nhân sai hỏng nhằm giảm thiểu phế phẩm và nâng cao chất lượng sản phẩm cho một số doanh nghiệp vừa và nhỏ, đánh giá hiện trạng các cấu kiện nhà máy, dự báo nguy cơ hư hỏng, v.v…. Hiện nay, COMFA đang cung cấp dịch vụ cho hàng trăm doanh nghiệp trong các lĩnh vực công nghiệp nhiệt điện/thủy điện, công nghiệp mía đường, công nghiệp sản xuất giấy, công nghiệp cơ khí và chế tạo phụ tùng ôtô xe máy, công nghiệp may mặc, công nghiệp chế biến thực phẩm và thức ăn chăn nuôi gia súc, dịch vụ giám định và bảo hiểm. Không chỉ đáp ứng các yêu cầu từ công nghiệp, COMFA/IMS còn đáp ứng kịp thời một khối lượng lớn yêu cầu phục vụ nghiên cứu đến từ Viện Khoa học vật liệu (Viện KHCNVN), các Viện nghiên cứu khác và các trường Đại học trên cả nước.

Kiểm tra hiện trạng và đánh giá nguy cơ
gẫy trục cán mía của nhà máy đường
(Thanh Hóa 2009)
Kiểm tra cấu trúc vật liệu và đánh giá hiện trạng của các tấm đồng phù điêu tại tượng đài liệt sỹ Bắc Sơn (Hà nội 2008)

Để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của công nghiệp Việt Nam trong tương lai, COMFA/IMS chú trọng xây dựng nguồn nhân lực có trình độ chuyên môn cao, đáp ứng được yêu cầu thực tế. Đồng thời, COMFA/IMS tập trung khai thác hiệu quả năng lực thiết bị và phát triển đa dạng dịch vụ công nghiệp cũng như tìm kiếm và thực hiện các đề tài nghiên cứu định hướng ứng dụng các dịch vụ kỹ thuật tiên tiến. Thêm vào đó, COMFA/IMS luôn duy trì và tăng cường hợp tác quốc tế.

Cùng với các chuyên gia nước ngoài thăm và làm việc với nhà máy lọc dầu tại Dung Quất, Quảng Ngãi Các học viên COMFA/IMS và các nước Asean tham gia khóa đào tạo tại Viện Khoa học vật liệu Hàn Quốc, Korea 3/2010

Trong sự phát triển mạnh mẽ hiện nay, kiểm soát vật liệu và PTHH thiết bị công nghiệp là một nhu cầu ngày càng tăng của nền công nghiệp Việt Nam, trong tương lai chắc chắn sẽ có nhiều đơn vị cùng thực hiện nhiệm vụ này. Với ưu thế là một đơn vị xuất thân từ viện nghiên cứu chuyên ngành về Khoa học vật liệu, có lực lượng cán bộ chuyên nghiệp và được tập trung phát triển sớm trong lĩnh vực PTHH, COMFA/IMS hoàn toàn có cơ sở để trở thành đơn vị dẫn đầu trong lĩnh vực kiểm soát vật liệu và PTHH thiết bị công nghiệp tại Việt Nam.

Nguồn: Viện Khoa học vật liệu
Xử lý tin: Tuyết Lan



Tags:
Tin liên quan