hệ thồng dầu bôi trơn và làm mát hệ thống bệ trục của nhà máy điện Phú Mỹ

1 MỞ ĐẦU 1) Tính cấp thiết đề tài Trong năm gần trước phát triển ngày mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, nước ta đường cơng nghiệp hóa - đại hóa mạnh mẽ tất ngành kinh tế nhằm bước đưa ngành công nghiệp non trẻ phát triển ngang tầm với nước khu vực giới Trước phát triển ngành Điện lực ngành Dầu khí góp phần lớn vào phát triển cơng nghiệp Việt Nam Các nhà máy điện đại xây dựng quê hương Có thể nói nhà máy nhiệt điện đại bậc nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ I với công suất tổ máy tua bin khí 230MW/tổ máy máy phát điện tua bin có cơng suất 400MW Một hệ thống quan trọng thiếu hệ thống dầu bơi trơn (lubrication oil system) Hệ thống có chức quan trọng cung cấp dầu với áp suất nhiệt độ thích hợp để làm mát, bơi trơn làm cho bệ trục máy phát điện Đề tài hệ thống điều khiển có ý nghĩa quan trọng thực tiễn công nghiệp nặng Các điều khiển nhiệt độ áp suất ngành tự động non trẻ 2) Mục đích đề tài Do năm gần ngành khoa học tự động có bước tiến triển mạnh mẽ Đặc biệt thi sinh viên điều khiển tự động nước khu vực gây tiếng vang lớn tồn cầu Việc tự động hóa dây chuyền sản xuất, hệ thống đòi hỏi ngày có cải tiến tốt Nhà máy điện Phú Mỹ I vận hành cần làm chủ nhà máy Mục đích đề tài nghiên cứu, điều khiển nhằm cải tiến thiết bị khí vận hành khả đáp ứng chậm, sai số nhiều ảnh hưởng đến an toàn, ổn định tuổi thọ tổ máy Qua đóng góp phần bé nhỏ cho ngành khoa học tự động Đề tài nghiên cứu nhằm đưa giải pháp điều khiển ổn định nhiệt độ áp suất Hướng nghiên cứu tập trung chủ yếu vào nhiệt độ áp suất Đó là: - Ổn định áp suất dầu bôi trơn sau van điều áp - Ổn định nhiệt độ dầu bôi trơn cho bệ trục Việc nghiên cứu tập trung vào việc chọn lại loại van điều áp loại lị xo có biến dạng, công nghệ không mới, khả đáp ứng chậm Cần phải cải tiến nhằm nâng cao chất lượng cho hệ thống Ngoài ra, đề tài muốn giới thiệu hệ thống nhà máy điện số hoạt động, đặc biệt hệ thống dầu bôi trơn làm mát hệ thống bệ trục nhà máy điện Phú Mỹ 3) Đối tượng nghiên cứu Điều khiển ổn định hệ thống dầu bôi trơn nhà máy điện Phú Mỹ I Đối tượng nghiên cứu tập trung vào nghiên cứu, điều khiển tự động hệ thống dầu bôi trơn máy phát điện GT nhằm ổn định áp suất nhiệt độ - Ổn định nhiệt độ dầu bôi trơn sau van điều nhiệt - Ổn định áp suất dầu bôi trơn sau van điều áp 4) Phạm vi nghiên cứu đề tài Điều khiển ổn định áp suất nhiệt độ hệ thống dầu bôi trơn nhà máy điện Phú Mỹ I, thị trấn Phú Mỹ, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu 5) Nội dung nghiên cứu - Giới thiệu tổng quát tổ máy phát điện tua bin khí nhà máy điện Phú Mỹ I, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu - Giới thiệu hệ thống dầu bôi trơn cần điều khiển - Điều khiển ổn định áp suất nhiệt độ hệ thống dầu bôi trơn với tham số tối ưu 6) Phương pháp nghiên cứu - Phần lý thuyết tìm hiểu dựa cơng nghệ, tài liệu kỹ thuật nhà máy - Sử dụng phương pháp mô dùng phần mềm Simulink Matlab để mô điều khiển hệ thống Từ tìm tham số tối ưu để điều khiển 7) Ý nghĩa khoa học thực tiễn Ý nghĩa khoa học: - Tìm cách mơ điều khiển tối ưu cho qúa trình ổn định nhiệt độ áp suất hệ thống Ý nghĩa thực tiễn: - Đưa phương pháp nghiên cứu nhằm thay phương pháp cũ tiếp cận công nghệ tiên tiến - Tài liệu thao khảo cần thiết nhà máy điện tài liệu nghiên cứu Matlab 8) Cấu trúc luận văn Luận văn gồm 105 trang, chương, bảng, 52 hình Chương - GIỚI THIỆU TỔ MÁY PHÁT ĐIỆN TUA BIN KHÍ 1.1 Cấu trúc tổ máy phát điện [Phụ lục 1] Toàn hệ thống trục rotor miêu tả kết nối phần tổ máy phát điện Tua bin khí kết nối đến máy phát điện thơng qua phần cuối trục máy nén khí, tức phía có nhiệt độ thấp nhằm loại bỏ ảnh hưởng giãn nở nhiệt tua bin khí đến máy phát điện Vị trí quanh trục hệ thống trục rotor cố định sức ép bệ trục điểm cuối máy nén khí Và tồn trục giữ bệ trục Thiết bị khởi động hệ thống trục rotor bao gồm động xoay chiều chuyển đổi mô men kết nối đến máy phát điện tua bin khí thơng qua hộp số phụ Thiết bị khởi động dùng để làm tăng thêm công suất hệ thống trục rotor tổ máy phát điện khởi động Thiết bị khởi động (starting device) bị ngắt khỏi hệ thống trục máy phát điện tốc độ máy phát đạt tới mức tự trì Thiết bị trở trục (turning device) gắn phần cuối hộp số phụ Bơm dầu bơi trơn gắn hộp số phụ Bơm dầu bơi trơn có đủ khả để cung cấp dầu suốt qúa trình vận hành bình thường máy phát điện Bơm dầu ngừng trường hợp máy phát shut-down bị trip Dưới đặc tính kỹ thuật thiết bị tổ máy phát điện tua bin khí Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc tổ máy phát điện tua bin khí 1.1.1 Động nhỏ (pony motor): Động dùng để quay cho rotor động khởi động (starting motor) hệ thống tiến trình khởi động để làm giảm dòng khởi động cho động khởi động Theo tiến trình khởi động động hoạt động thời gian 60 giây Đặc tính kỹ thuật động này: Công suất: 180 kW Điện áp: 400V Dòng điện: 300A Tần số: 50Hz Tốc độ: 2965 vòng/phút 1.1.2 Động khởi động (starting motor): Đây động cơng suất lớn dùng để truyền động tồn trục hệ thống máy phát điện từ động khởi động qua máy phát điện, máy nén khí tua bin khí Động khởi động gắn với trục máy phát điện chuyển đổi mô men (torque converter) nhằm điều chỉnh tốc độ cho phù hợp Động khởi động bắt đầu hoạt động từ lúc động pony motor vận hành phút đến tốc độ tua bin khí đạt khoảng 2300 vịng/phút tách khỏi hệ thống ngưng hoạt động Đặc tính kỹ thuật động khởi động: Công suất: 3200 kW Điện áp: 6,6 kV Dòng điện: 310A Tần số: 50Hz Tốc độ: 2985 vịng/phút 1.1.3 Bộ chuyển đổi mơ men (torque converter): Đây chuyển đổi mô men (tốc độ) hệ thống trục máy phát điện Bộ chuyển đổi trung gian động khởi động với hệ thống trục máy phát điện Bộ chuyển đổi hoạt động suốt qúa trình khởi động tổ máy từ bắt đầu khởi động đến máy phát điện đạt tốc độ 2300 vòng/phút Bộ chuyển đổi làm tăng tốc độ máy phát lúc khởi động sau mồi lửa xong 1.1.4 Bộ chuyển đổi số - trở trục (auxiliary gear ): Đây coi “hộp số” phụ máy phát điện Hộp số phụ phần trung gian hệ thống trục máy phát điện với động trở trục Trong hệ thống mát phát điện có hai động trở trục AC DC motor Động AC dùng điều kiện vận hành bình thường có điện xoay chiều Sở dĩ người ta sử dụng hai động AC DC nhằm mục đích an toàn cho hệ thống trục máy phát điện hệ thống trở trục (có thể máy phát điện vừa ngưng hoạt động hay giai đoạn sẵn sàng khởi động) + Đặc tính kỹ thuật động AC: Công suất: 15 kW Điện áp: 400V Dòng điện: 28A Tốc độ: 1370 vòng/phút Tần số: 50Hz Động DC dùng hệ thống điện AC khơng có động AC gặp cố + Đặc tính kỹ thuật động DC: Cơng suất: kW Điện áp: 110V Dòng điện: 57A Tốc độ: 400 vòng/phút 1.1.5 Máy phát điện (generator ): Đây coi máy phát điện tua bin khí lớn nước ta Cơng suất lớn 230 MW, chạy khí (gas) điều kiện thời tiết tốt cơng suất đạt đến 240 MW Điện áp đầu máy phát điện 15,75 kV Sau qua máy biến áp để đưa lưới điện điện áp 220 kV Từ trạm điện đưa qua trạm 110 kV, đưa đến Long Bình, Cai Lậy, Cắt Lái,… đưa qua máy biến áp 220/500 kV để đưa qua trạm 500kV tới Phú Lâm trước đưa lên lưới điện Nam – Bắc 500 kV 1.1.6 Máy nén khí (compressor): Máy nén khí (air compressor) kết nối máy phát điện với buồng đốt trước đến tua bin khí Để nâng cao hiệu suất máy nén khí người ta xây dựng thêm nhà lọc gió hai lớp nhằm đảm bảo độ tinh khiết khơng khí trước đưa vào máy nén Về cấu tạo máy nén khí gồm có 17 tầng cánh động gắn rơ to máy nén khí 17 tầng cánh tĩnh gắn với vỏ máy nén khí Các tầng cánh động cánh tĩnh gắn so le với nhằm tạo hiệu suất nén cao Các tầng cánh có số lượng cánh khơng cố định khơng theo dạng tuyến tính Chính số lượng cánh tầng cánh khác mà rô to máy nén khí khác cánh tầng lớn nhỏ khác Tầng cánh số có cánh lớn dài Tầng 17 có nhiều cánh cánh nhỏ so với tầng cánh khác Các tầng cánh có từ 22 đến 149 cánh tầng cánh Rô to máy nén lớn dần từ tầng số trở Bảng 1.1 Số lượng cánh tầng cánh máy nén khí Tầng cánh Số cánh Tầng cánh Số cánh 22 10 86 28 11 86 30 12 96 41 13 125 39 14 120 43 15 127 53 16 148 78 17 149 78 10 Áp suất đầu máy nén khí trước đưa vào buồng đốt khoảng 10 bar lưu lượng khí đưa vào buồng đốt cao khoảng 60.000 m3/h 1.1.7 Buồng đốt (combustor): Hình 1.2 Cấu trúc buồng đốt máy phát tua bin khí Hệ thống buồng đốt bao gồm 20 buồng đốt hình vành khuyên (canannular) Các buồng đốt bố trí hình 1.2 Hệ thống buồng đốt hệ thống sử dụng dầu diesel khí thiên nhiên (natural gas) buồng đốt thiết kế cho phép thải lượng khí NOx môi trường thấp Mỗi buồng đốt có vịi dẫn đường (pilot nuzzle) vị trí trung tâm dùng để khuếch tán lửa vịi khác (main nozzle) bố trí xung quanh vòi đốt trung tâm Khi hệ thống dùng nhiên liệu dầu, đường main phân chia làm hai nhóm (nhóm A nhóm B), nhóm có đường main buồng đốt Nhóm B có đường main đưa vào vận hành hệ thống tải ≥ 91 Việc tối ưu hố cho ta giá trị lớn nhỏ giá trị mà ta mong muốn sai số khơng nhiều khả đáp ứng tốt Để dùng cửa sổ “Actuator constraint” trước tiên ta phải lấy khối từ phần mềm Simulink “Simulink Respone Optimization” sau gắn vào mơ hình Matlab điều khiển tự động cần nghiên cứu Click đúp vào mơ hình “Actuator constraint” cửa sổ sau ta tiếp tục click vào “Edit” để cửa sổ chọn “Axes properties”, xuất cửa sổ: Ở cửa sổ ta click vào “Limits” xuất X-Limits tương ứng với trục hồnh biểu diễn thời gian Ta chọn giá trị khác nhau, nhiên phần giá trị chọn từ đến Ở Y-Limits tức trục tung tương ứng biểu diển giá trị áp suất Cũng giống X-Limits, ta chọn giá trị khác Tuy nhiên ta chọn giá trị từ 35 đến 70 Sau ta đóng lại Bước ta click vào ô “Optimization”, click tiếp vào ô “Tuned Parameters”, xuất cửa sổ: 92 Lúc ta click vào “Add” xuất cửa sổ: Ở ô ta thấy có hệ số khâu vi tích phân tỷ lệ Ta copy hệ số sang nhấn vào “OK” Khi ta có giá trị khai báo cửa sổ đây: 93 Tiếp theo ta nhấn vào nút “OK” Ở hình “Block Parameter” ta điều chỉnh bệ cho phù hợp Sau ta nhấn vào chạy có đồ thị đây: Hình 3.28 Đồ thị tối ưu hóa nhiệt độ Từ đồ thị tối ưu hóa ta nhận thấy khả đáp ứng tương đối nhanh (khoảng 2,5 giây) - Scop1: biểu diễn cho thấy đồ thị nhiệt độ đầu vào nhiệt độ cài đặt Màn hình biểu diễn giống hình 3.29 94 - Out1: Đây tổng hợp hai tín hiệu nhiệt độ đầu vào nhiệt độ đầu Hai tín hiệu có dạng hình 3.29 Hình 3.29 Đồ thị biểu diễn nhiệt độ đầu vào nhiệt độ cài đặt + Đường cong đường đặc tuyến nhiệt độ dầu sau điều khiển tự động Trục hoành biểu diễn thời gian Trục tung biểu diễn nhiệt độ dầu với thang đo từ 44oC đến 62oC (ta thay đổi thang này) Từ đường cong ta nhận thấy sau điều khiển nhiệt độ dầu có dao động khoảng thời gian Điều giải thích qúa trình chuyển từ nhiệt độ nóng (khơng qua trao đổi nhiệt) sang nhiệt độ có trao đổi nhiệt độ làm cho việc đáp ứng phải khoảng thời gian định Đồng thời qúa trình đóng mở van ảnh hưởng đáng kể đến ổn định hệ thống - Đường nằm ngang, đường nhiệt độ cài đặt ban đầu với giá trị cài đặt 45oC 95 + Khả đáp ứng nhiệt độ ngõ tốt Sau khoảng thời gian 3,3 giây nhiệt độ đạt trạng thái xác lập Giá trị nhiệt độ theo hiển thị Display có sai số nhỏ so với giá trị nhiệt độ cài đặt (chỉ 0,133%) Với sai số ta hoàn toàn chấp nhận 96 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Sau thời gian làm việc khẩn trương với tinh thần trách nhiệm cao với giúp đỡ tận tình hiệu giang viên thạc sỹ Đồng Sĩ Thiên Châu thầy cô mơn Tự Động Hóa trường Đại Học Tơn Đức Thắng giúp em hoàn thành luận văn Luận văn tốt nghiệp với đề tài “Mô điều khiển hoạt động hệ thống dầu bôi trơn dung Matlab ” giải vấn đề sau: Giới thiệu tổng quát tổ máy phát điện tua bin khí đại Các thành phần tổ máy với tính ưu việt Các hệ thống dầu nhiêu liệu, khí nhiên liệu cách thức chuyển đổi nhiên liệu từ dầu sang khí ngược lại Giới thiệu tương đối hoàn chỉnh hệ thống dầu bơi trơn cho tổ máy phát điện tua bin khí nhà máy điện Phú Mỹ I Đặc tính kỹ thuật bơm dầu bơi trơn chính, phụ, khẩn cấp bơm dầu bôi trơn chuyển đổi mô men Bộ trao đổi nhiệt, van điều khiển áp suất, van điều khiển nhiệt độ, lọc, bồn dầu,… Phương pháp xây dựng đường đặc tuyến mối quan hệ áp suất, nhiệt độ với thông số dịng điện, áp suất khí nén, độ mở van,… Xây dựng cấu trúc điều khiển ổn định áp suất nhiệt độ Xây dựng mơ hình tốn học, tính tốn số thời gian 97 Tìm tham số tối ưu khâu PID Qua điều khiển áp suất nhiệt độ với đáp ứng đầu ổn định Các giá trị đầu vào thay đổi dẫn đến giá trị đầu thay đổi theo khác biệt hai giá trị không đáng kể Qua mơ chạy phần mềm Matlab với đường đồ thị ổn định áp suất nhiệt độ tham số tối ưu chương III Do thời gian có hạn với lần đầu nghiên cứu cách điều khiển ổn định áp suất nhiệt độ hệ thống lớn tổ máy phát điện nhà máy lớn hẳn khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận bảo giúp đỡ thầy cô bạn bè để luận văn hồn thiện Nhờ giúp em có kinh nghiệm qúy báu tham gia nghiên cứu vào thực tiễn Kiến nghị: Mặc dù cố gắng nghiên cứu để điều khiển ổn định áp suất nhiệt độ hệ thống dầu bơi trơn thời gian có hạn hạn chế thân nên em xin nêu vài kiến nghị sau: - Nếu có thời gian tài liệu tham khảo tốt chắn luận văn hoàn chỉnh - Điều khiển hệ thống dầu bôi trơn phần điều khiển thiếu nhà máy điện lớn Việc kết hợp hệ thống điều khiển với hệ thống khác tạo thành hệ thống điều khiển hoàn chỉnh Điều cần thiết điều kiện cho phép Điều khiển tự động tồn nhà máy đề tài nghiên cứu sâu mà cần tiến tới 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Hịang Hải (2003), Lập trình Matlab, Nxb KHKT, Hà Nội Đặng Minh Hòang (2000), Đồ họa với Matlab, Nxb Thống kê, Hà Nội Nguyễn Doãn Phước (2002), Lý thuyết điều khiển tuyến tính, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Phùng Quang (2002), Matlab Simulink, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Hòai Sơn (2000), Ứng dụng Matlab tính tóan kỹ thuật, Nxb ĐH Quốc Gia TP HCM Nguyễn Thị Tình (1999), Cơ sở Matlab, Nxb KHKT, Hà Nội Robert H Bishop (2000), Modern Control systems Analogic and Design Using Matlab Simulink Addion Wesley, New York MHI (1999), General, Mitsubishi Heavy Induatries, Japan MHI (1999), Gas turbine & Gas turbine maintenance, Mitsubishi Heavy Induatries, Japan 10 MHI (1999), Gas turbine Accessories, Mitsubishi Heavy Induatries, Japan 11 MHI (1999), Control and Instrument, Mitsubishi Heavy Induatries, Japan 12 Tham khảo mạng trang Web: - amot.com - emersonprocess com - fisher – rosemount.com 99 100 101 102 103 104 105