Phân tích lỗi giàn khoan thủy lực: Nguyên nhân, phòng ngừa và các biện pháp bảo trì
Phân tích lỗi giàn khoan thủy lực: Nguyên nhân, phòng ngừa và các biện pháp bảo trì
Máy khoan thủy lực là thiết bị thiết yếu cho việc đào hầm, phát triển mỏ và các dự án khoan đá. Còn được gọi là máy khoan khổng lồ hoặc giàn khoan đá, những máy móc này kết hợp các hệ thống thủy lực, khí nén, điện, nước và điều khiển. Sự tích hợp này giúp chúng có năng suất cao, nhưng cũng có nghĩa là sự cố ở một hệ thống con có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống khác.
Do đó, một chương trình bảo trì đáng tin cậy phải xem xét nhiều hơn một bộ phận thủy lực đơn lẻ. Các sự cố của giàn khoan thủy lực có thể bắt nguồn từ những hạn chế trong thiết kế ban đầu, quy trình vận hành không chính xác, chất lượng nước kém, thiết bị giám sát bị hỏng, bộ lọc bị tắc, sự cố điện, dầu không phù hợp, ống dẫn chất lượng thấp hoặc ô nhiễm phát sinh trong quá trình bảo trì.
Bài viết này nêu ra các loại lỗi thường gặp và các biện pháp phòng ngừa thiết thực đối với hệ thống thủy lực giàn khoan.
Ba nguyên nhân chính gây ra sự cố hệ thống thủy lực
Các sự cố về hệ thống thủy lực trong giàn khoan có thể được chia thành ba loại chính:
Các lỗi phát sinh ở giai đoạn đầu hoặc liên quan đến thiết kế
Các lỗi liên quan đến vận hành và bảo trì
Các lỗi do dầu thủy lực, ống dẫn không phù hợp hoặc do nhiễm bẩn gây ra.
Các triệu chứng có thể nhìn thấy bao gồm chuyển động không ổn định, mất kiểm soát, rò rỉ dầu, vỡ ống dẫn, hiệu suất khoan kém, mài mòn dụng cụ bất thường và nhiệt độ dầu thủy lực cao. Việc xác định nguyên nhân gốc rễ hiệu quả hơn là liên tục tăng áp suất hoặc thay thế các bộ phận mà không có chẩn đoán bài bản.
Các vấn đề về thiết kế và vận hành
Một số lỗi xuất hiện ngay sau khi máy móc đi vào hoạt động. Những lỗi này có thể do thiết kế hệ thống chưa hoàn thiện, cài đặt van không phù hợp, bố trí mạch không chính xác hoặc chức năng bảo vệ yếu.
Ví dụ, hệ thống định vị giàn khoan có thể sử dụng các xi lanh đỡ di chuyển theo nhóm liên kết. Nếu cơ cấu liên kết xi lanh không được thiết kế chính xác, một chân đỡ có thể chạm đất trước và đẩy dầu thủy lực qua van xả áp. Điều này có thể làm gián đoạn quá trình định vị trước khi tất cả các chân đỡ được đặt đúng vị trí.
Việc thay đổi cách bố trí liên kết hoặc cho phép điều khiển độc lập hơn có thể cải thiện độ tin cậy của việc định vị. Mục tiêu là đảm bảo các xi lanh hỗ trợ có thể ổn định giàn khoan mà không tạo ra các xung áp suất không cần thiết hoặc buộc hệ thống phải hoạt động ở chế độ xả áp.
Độ nhạy của van an toàn là một vấn đề quan trọng khác. Trong quá trình định vị, người vận hành thường cần tuân theo một trình tự an toàn khi mở rộng và thu gọn các chân đỡ. Nếu van an toàn phản ứng quá chậm trong một trình tự vận hành không chính xác, áp suất có thể tăng đột ngột. Hậu quả có thể bao gồm hư hỏng ống dẫn, rò rỉ dầu hoặc gián đoạn công việc khoan.
Việc bảo vệ chống lại sự vận hành ngoài ý muốn cũng rất quan trọng. Ngay cả khi bơm định vị đã dừng hoạt động, áp suất thủy lực dư vẫn có thể còn trong hệ thống. Một chuyển động ngoài ý muốn của cần điều khiển có thể tạo ra tình huống nguy hiểm. Thiết kế bảo vệ quá tải và giảm áp suất phù hợp có thể giảm thiểu rủi ro này.
Các vấn đề về hệ thống cấp nước có thể trở thành vấn đề về hệ thống thủy lực.
Hệ thống cấp nước có vẻ không liên quan đến hiệu suất thủy lực, nhưng nó có thể ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy của quá trình khoan. Nguồn nước bẩn có thể làm tắc nghẽn hoặc hư hỏng bộ lọc nước. Nếu các hạt mài mòn xâm nhập vào hệ thống nước, chúng có thể làm mòn bơm tăng áp và làm giảm áp suất nước hoạt động.
Áp suất nước thấp có thể khiến các van khí nén điều khiển bằng nước không hoạt động chính xác. Nếu hệ thống khoan tiếp tục hoạt động mà không có sự kiểm soát nước thích hợp, quá trình khoan có thể tiếp tục trong thời gian gián đoạn nguồn nước. Điều này làm tăng nguy cơ kẹt mũi khoan, lực cản quay quá mức và tăng áp suất thủy lực đột ngột.
Nếu hệ thống chống kẹt không hoạt động chính xác, hệ thống có thể không thực hiện được việc dỡ tải. Các hậu quả có thể bao gồm kẹt cần khoan, kẹt mũi khoan, vỡ ống dẫn dầu thủy lực, rò rỉ dầu và nhiệt độ dầu thủy lực tăng cao.
Hệ thống tuần hoàn nước cũng ảnh hưởng đến bộ làm mát dầu thủy lực. Sự tuần hoàn kém trong hệ thống làm mát có thể làm giảm khả năng tản nhiệt và góp phần làm tăng nhiệt độ dầu thủy lực. Đó là lý do tại sao chất lượng nước, kiểm tra bộ lọc và lưu lượng nước làm mát nên là một phần của công tác bảo dưỡng định kỳ giàn khoan đá.
Giám sát áp suất và bộ lọc hồi lưu
Đồng hồ đo áp suất cung cấp thông tin thiết yếu về quá trình khoan, cấp liệu, định vị và mạch chống kẹt. Khi đồng hồ đo bị hỏng và không được thay thế, kỹ thuật viên có thể mất khả năng phát hiện áp suất bất thường trước khi xảy ra hư hỏng.
Một lỗi thường gặp là bù đắp cho hiệu suất kém bằng cách tăng áp suất mà không theo dõi chính xác. Áp suất quá cao có thể gây hỏng ống dẫn, rò rỉ, mài mòn linh kiện nhanh hơn, hư hỏng mũi khoan và tiêu hao mũi khoan quá mức. Cài đặt áp suất luôn phải tuân theo giới hạn của nhà sản xuất thiết bị và quy trình vận hành đã được phê duyệt.
Bộ lọc đường hồi cũng quan trọng không kém. Chúng loại bỏ các chất gây ô nhiễm khỏi dầu thủy lực hồi về và cũng có thể hỗ trợ quá trình làm mát. Nhiều giàn khoan sử dụng cảm biến và đèn cảnh báo để báo hiệu khi cần thay thế bộ lọc đường hồi. Bỏ qua cảnh báo có thể dẫn đến tắc nghẽn bộ lọc, tăng áp suất hồi, tản nhiệt kém, mài mòn linh kiện, rò rỉ bên trong và có thể làm hỏng ống dẫn.
Các sự cố về điện và hiệu suất hệ thống thủy lực
Giàn khoan có thể sử dụng nguồn điện cao áp để cung cấp và mạch điện hạ áp để điều khiển. Do đó, sự cố điện có thể ảnh hưởng gián tiếp đến hoạt động thủy lực.
Ví dụ, bộ sạc, máy biến áp, rơle, cảm biến hoặc thiết bị điều khiển bôi trơn bị lỗi có thể tạo ra nhiệt, làm gián đoạn tín hiệu điều khiển hoặc ngừng quá trình bôi trơn tự động. Nếu mất chất bôi trơn, các bộ phận của máy khoan đá có thể bị mòn nhanh chóng. Sức cản cơ học và rò rỉ bên trong do đó có thể ảnh hưởng đến hiệu suất thủy lực và làm tăng nhiệt độ.
Các kỹ thuật viên không nên chia việc khắc phục sự cố thành hai loại: “chỉ điện” và “chỉ thủy lực”. Hệ thống điện và hệ thống thủy lực của giàn khoan phải được kiểm tra như một hệ thống liên kết với nhau.
Chất lượng dầu, ống dẫn và kiểm soát ô nhiễm
Chất lượng dầu thủy lực có ảnh hưởng lớn đến độ tin cậy của giàn khoan. Dầu có quá nhiều hạt, bị nhiễm nước hoặc có khả năng chống mài mòn kém có thể đẩy nhanh quá trình mài mòn trong bơm, động cơ, van và xi lanh.
Ống dẫn dầu thủy lực chất lượng thấp hoặc đã cũ cũng có thể gây ra những rủi ro nghiêm trọng. Các lớp bên trong ống có thể bị tách rời, mảnh vụn có thể xâm nhập vào mạch, và các khớp nối được gia công kém có thể đưa các hạt kim loại vào. Những chất gây ô nhiễm này có thể làm tắc van, hạn chế lưu lượng dầu, làm hỏng bề mặt xi lanh, làm mòn động cơ thủy lực và gây mất áp suất hoặc hỏng hệ thống điều khiển.
Một chương trình bảo trì tốt cần bao gồm:
Sử dụng dầu thủy lực đạt tiêu chuẩn với cấp độ phù hợp.
Thay thế bộ lọc theo tình trạng và lịch bảo dưỡng.
Kiểm tra thường xuyên các ống dẫn, khớp nối và gioăng.
Ngăn nước và bụi xâm nhập trong quá trình bảo trì
Làm sạch các bộ phận trước khi lắp ráp
Giám sát nhiệt độ, áp suất và các chỉ báo cảnh báo
Điều tra nguyên nhân gốc rễ thay vì chỉ tăng áp suất hệ thống.
Kiểm soát ô nhiễm hệ thống thủy lực là một trong những cách hiệu quả nhất để giảm thời gian ngừng hoạt động. Bằng cách giữ cho hệ thống sạch sẽ, giám sát các điều kiện vận hành chính và bảo trì tất cả các hệ thống con được kết nối, người vận hành có thể giảm thiểu sự cố, kéo dài tuổi thọ linh kiện và đạt được hiệu suất khoan đáng tin cậy hơn.
