Công nghệ ảnh nhiệt mở rộng vai trò trong vận hành nhà máy xi măng

Công nghệ ảnh nhiệt trong nhà máy xi măng đang chuyển từ công cụ kiểm tra đơn lẻ sang một nguồn dữ liệu phục vụ nhiều hoạt động vận hành. Việc theo dõi nhiệt độ liên tục có thể hỗ trợ bảo trì dự báo, tối ưu quá trình đốt và quản lý năng lượng, nhưng hiệu quả đầu tư phụ thuộc đáng kể vào khả năng tích hợp dữ liệu và năng lực phân tích của đội ngũ kỹ thuật.

Công nghệ ảnh nhiệt giám sát phân bố nhiệt trên vỏ lò quay, hỗ trợ phát hiện sớm các bất thường trong quá trình vận hành.

Từ giám sát thiết bị đến hỗ trợ vận hành

Trong những năm gần đây, công nghệ ảnh nhiệt có nhiều thay đổi về hiệu năng và chi phí. Theo tài liệu được cung cấp, các cảm biến hồng ngoại không làm mát đã đạt độ nhiễu tương đương nhiệt NETD dưới 50 mK, trong khi chi phí có thể thấp hơn khoảng 30 - 50% so với một số sản phẩm nhập khẩu. 

Cùng với đó, chi phí các module ảnh nhiệt được cho là đã giảm hơn 60% trong giai đoạn 2020 - 2025. Những thay đổi này giúp công nghệ ảnh nhiệt dễ tiếp cận hơn, đồng thời mở rộng khả năng ứng dụng tại các nhà máy xi măng. Chi phí thiết bị giảm cùng với yêu cầu ngày càng cao về hiệu quả sử dụng năng lượng và kiểm soát phát thải đang thúc đẩy các nhà máy xem xét hệ thống này như một công cụ phục vụ vận hành, thay vì chỉ sử dụng để kiểm tra thiết bị định kỳ.

Theo phân tích xu hướng thảo luận được tài liệu đề cập, khoảng 42% các trao đổi chuyên môn hiện tập trung vào đánh giá hiệu quả ứng dụng và xem xét kết quả đầu tư. Điều này cho thấy mối quan tâm đang chuyển từ việc có nên triển khai sang cách khai thác hiệu quả dữ liệu mà hệ thống tạo ra.

Tại các nhà máy xi măng, camera ảnh nhiệt có thể được sử dụng để theo dõi liên tục vỏ lò quay, lớp chịu lửa và nhiều thiết bị phụ trợ quan trọng. So với kiểm tra thủ công, phương thức này cho phép theo dõi tại những khu vực có nhiệt độ cao hoặc điều kiện làm việc không thuận lợi cho người vận hành.

Dữ liệu thu được có thể giúp nhận diện những thay đổi bất thường trước khi sự cố phát triển thành hư hỏng nghiêm trọng. Theo các trường hợp được tài liệu dẫn lại, bảo trì dự báo dựa trên giám sát nhiệt có thể giúp giảm thời gian dừng máy ngoài kế hoạch từ 30 - 50%.

Giá trị của hệ thống không chỉ nằm ở việc phát hiện một điểm nóng. Khi dữ liệu được thu thập liên tục, sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian có thể trở thành cơ sở để đánh giá tình trạng thiết bị và hỗ trợ đưa ra quyết định bảo trì sớm hơn.

Đối với hệ thống lò nung, khả năng này đặc biệt có ý nghĩa bởi những bất thường liên quan đến lớp chịu lửa, vùng nung hoặc phân bố nhiệt có thể ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định của dây chuyền và chi phí vận hành.

Dữ liệu nhiệt đi sâu vào quá trình sản xuất

Một hướng phát triển đáng chú ý là chuyển từ phát hiện sự cố sang hỗ trợ tối ưu quá trình.

Dữ liệu nhiệt theo thời gian thực trên vùng quan sát của hệ thống lò có thể được sử dụng để đánh giá sự ổn định của vùng nung và hỗ trợ điều chỉnh quá trình cháy. Theo các trường hợp triển khai được tài liệu cung cấp, tối ưu quá trình đốt có thể giúp giảm mức tiêu hao than tiêu chuẩn từ 1,5 - 3%/tấn clinker.

Kiểm soát tốt quá trình cháy cũng được tài liệu ghi nhận có khả năng góp phần giảm phát thải NOₓ từ 25 - 40% trong một số hệ thống đã triển khai. Một trường hợp được đề cập cho thấy việc kiểm soát hình dạng ngọn lửa và phân bố nhiệt thông qua dữ liệu thu thập từ hệ thống ảnh nhiệt giúp tiết kiệm nhiên liệu và đạt thời gian hoàn vốn dưới hai năm.

Những con số này cần được xem xét theo điều kiện cụ thể của từng dây chuyền, bởi hiệu quả thực tế còn phụ thuộc vào cấu hình lò, chất lượng nhiên liệu, điều kiện vận hành và mức độ tích hợp với hệ thống điều khiển.

Một hướng ứng dụng khác đang được nghiên cứu là đưa dữ liệu nhiệt vào hệ thống quản lý carbon. Thông tin liên tục về nhiệt độ và hiệu quả quá trình cháy có thể cung cấp thêm đầu vào cho việc tính toán các yếu tố phát thải trong sản xuất.

Khi yêu cầu về kiểm kê và báo cáo carbon ngày càng chi tiết, dữ liệu vận hành có độ liên tục cao có thể trở thành nguồn thông tin hữu ích cho doanh nghiệp. Một số dự án thí điểm đang xem xét khả năng sử dụng dữ liệu giám sát để hỗ trợ xác minh việc giảm phát thải và quản lý hạn ngạch carbon.

Tài liệu ước tính với mức giá carbon khoảng 80 Nhân dân tệ/tấn, giá trị tài sản carbon hàng năm từ hoạt động tối ưu hóa nhiệt tại một dây chuyền công suất 5.000 tấn clinker/ngày có thể đạt vài triệu nhân dân tệ. Đây là hướng ứng dụng dài hạn và giá trị thực tế còn phụ thuộc vào cơ chế thị trường cũng như quy định áp dụng.

Chi phí và nhân lực quyết định hiệu quả đầu tư

Giá thiết bị giảm không đồng nghĩa tổng chi phí sở hữu cũng giảm tương ứng. Theo đánh giá trong tài liệu, các khoản chi phí phát sinh ngoài phần cứng có thể chiếm 30 - 50% tổng mức đầu tư.

Chi phí đầu tiên là triển khai kỹ thuật. Một hệ thống giám sát tại nhà máy có thể cần mạng cáp công nghiệp, thiết bị điện phòng nổ, kết cấu lắp đặt trong môi trường nhiệt độ cao và các hạng mục xây dựng phụ trợ. Những yêu cầu này có thể tương đương khoảng 22% chi phí phần cứng.

Chi phí tiếp theo là tích hợp hệ thống. Việc kết nối dữ liệu với hệ thống điều khiển phân tán (DCS), hệ thống quản lý sản xuất (MES) và nền tảng quản lý năng lượng có thể cần phát triển giao diện, chuyển đổi giao thức và chạy thử. Theo tài liệu, khoản này có thể tương đương khoảng 15% giá trị phần cứng.

Ngoài ra, nhà máy phải tính đến chi phí vận hành lâu dài, thường ở mức 5 - 10%/năm, bao gồm vệ sinh cửa sổ quan sát trong môi trường nhiều bụi, hiệu chuẩn định kỳ, cập nhật phần mềm và nhân sự phân tích dữ liệu.

Đây cũng là điểm dễ bị bỏ qua khi triển khai. Một hệ thống có khả năng thu thập lượng lớn dữ liệu nhưng chỉ được sử dụng để phát cảnh báo quá nhiệt sẽ chưa khai thác hết giá trị đầu tư.

Vấn đề càng rõ khi dữ liệu nhiệt hoạt động tách biệt với các nguồn dữ liệu khác trong nhà máy. Khi kết hợp với dữ liệu rung, phân tích khí và các thông số công nghệ, hệ thống có thể nhận diện mối liên hệ giữa những thay đổi nhỏ về nhiệt độ với tình trạng thiết bị hoặc diễn biến của quá trình sản xuất.

Khi được kết hợp với dữ liệu rung, phân tích khí và các thông số công nghệ, dữ liệu ảnh nhiệt có thể trở thành đầu vào cho các mô hình phân tích và AI. Các mô hình này có thể được phát triển để nhận diện những dạng bất thường như hình thành vòng bám, bong tróc lớp chịu lửa hoặc thay đổi về tính đồng nhất của nguyên liệu. Về lâu dài, dữ liệu nhiệt có thể hỗ trợ dự báo tình trạng lớp chịu lửa và phục vụ điều chỉnh các thông số vận hành.

Tuy nhiên, tích hợp sâu giữa công nghệ thông tin và công nghệ vận hành vẫn là thách thức đối với nhiều nhà máy, đặc biệt là những đơn vị có hệ thống cũ hoặc nguồn lực công nghệ thông tin hạn chế. Một số nhà cung cấp đang chuyển sang mô hình dịch vụ, trong đó thiết bị tại hiện trường thực hiện xử lý dữ liệu cơ bản, còn các phân tích phức tạp được thực hiện trên nền tảng từ xa. Theo tài liệu, một số dịch vụ giám sát toàn diện có mức phí dưới 200.000 Nhân dân tệ/năm.

Bên cạnh hạ tầng, nhân lực cũng quyết định đáng kể đến hiệu quả của hệ thống. Người vận hành cần hiểu cả nguyên lý ảnh nhiệt và đặc điểm công nghệ xi măng để phân biệt một thay đổi nhiệt độ bình thường với dấu hiệu cảnh báo sự cố.

Theo một số ước tính được tài liệu đề cập, tỷ lệ thiếu hụt đối với nhóm nhân sự có khả năng kết nối kiến thức vận hành sản xuất, thiết bị và phân tích dữ liệu có thể vượt 70%.

Việc tự động hóa giám sát cũng có thể làm thay đổi cơ cấu công việc. Một trường hợp được nêu trong tài liệu cho thấy sau khi triển khai hệ thống giám sát toàn diện, số nhân sự tuần tra tại một cơ sở giảm từ 12 xuống còn 3 người. Điều này đặt ra yêu cầu đào tạo lại và bố trí công việc phù hợp cho lực lượng vận hành, thay vì chỉ tập trung vào đầu tư thiết bị.

Với các nhà máy xi măng, có thể bắt đầu triển khai tại những khu vực có rủi ro hoặc giá trị kinh tế cao như hệ thống lò và thiết bị làm nguội clinker, đánh giá hiệu quả sau giai đoạn đầu rồi mới mở rộng. Việc lựa chọn hệ thống có giao diện dữ liệu mở và hỗ trợ các tiêu chuẩn truyền thông công nghiệp như OPC UA giúp dữ liệu từ hệ thống ảnh nhiệt dễ kết nối hơn với DCS, MES và các nền tảng quản lý khác. Nhờ đó, dữ liệu nhiệt có thể được sử dụng cùng với các thông số vận hành khác thay vì chỉ hoạt động trong một hệ thống riêng biệt.

Công nghệ ảnh nhiệt không phải giải pháp mới trong các nhà máy xi măng, nhưng cách khai thác dữ liệu từ hệ thống đang mở ra nhiều khả năng cải tiến vận hành. Giá trị của công nghệ không chỉ nằm ở khả năng phát hiện điểm nóng mà còn ở việc biến dữ liệu nhiệt thành thông tin phục vụ bảo trì, tối ưu quá trình và sử dụng năng lượng hiệu quả hơn.

Vì vậy, khi đầu tư hệ thống ảnh nhiệt, nhà máy cần xem xét đồng thời thiết bị, hạ tầng dữ liệu và năng lực của đội ngũ vận hành. Đây là những yếu tố quyết định hệ thống trở thành một công cụ hỗ trợ cải tiến kỹ thuật thực sự hay chỉ dừng lại ở chức năng cảnh báo nhiệt độ.

Cem.Info (TH/ Wolrdcement)