Bài tập lớn: Hệ thống điều khiển tự động NMNĐ – Hệ thống nước cấp

Bài tập lớn: Hệ thống điều khiển tự động NMNĐ – Hệ thống nước cấp MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây nhu cầu điện ngày càng tăng không chỉ ở Việt Nam mà còn cả trên thế giới. Để làm được việc đó không còn cách làm khác là xây những những mô hình sản xuất điện năng. Việt Nam mặc dù là nước đang phát triển nhưng nhu cầu sử dụng điện lại cao, xong do điều kiện kinh tế, kỹ thuật và xã hội, điện năng ở nước ta chủ yếu được sản xuất ra ở các nhà máy nhiệt điện với cấu hình lò hơi chủ yếu là lò có bao hơi. Lò hơi là một thiết bị rất quan trọng và được coi như là quả tim của nhà máy nhiệt điện. Hơi từ lò hơi sinh ra sẽ được đưa sang tuabin và dãn nở trong tuabin để sinh công làm quay máy phát, hơi sau khi dãn nở trong tuabin sẽ được đưa vào bình ngưng để làm mát sau đó được bơm, bơm lên lò hơi rồi lặp lại quá trình ở trên. Để có thể đưa hơi được sang tuabin thì có một thiết bị rất quan trọng đó chính là bao hơi có nhiệm vụ tách hơi và nước tạo ra quá trình chuyển động thủy lực giữa hơi và nước trong lò hơi. Vì thế mức nước trong bao hơi là một trong các thông số rất quan trọng cần điều chỉnh trong vận hành lò hơi. Mức nước bao hơi quá cao, làm cho hơi lẫn nước, hoặc đầy nước, chất lượng hơi xấu đi, có thể gây thủy kích tuabin. Mức nước bao hơi quá thấp sẽ phá hủy vòng tuần hoàn nước, thậm chí gây hư hỏng dàn ống lò. Vì thế trong bài tập lớn lần này em xin được trình bày về hệ thống điều khiển mức nước bao hơi của nhà máy nhiệt điện, một mô hình nhà máy nhiệt điện phổ biến ở Việt Nam.

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học Công nghệ Nhiệt – Lạnh Bài tập lớn: Hệ thống điều khiển tự động NMNĐ – HE4034 Tên đề tài Hệ thống nước cấp Nhóm 02 Giảng viên hướng dẫn TS Đỗ Cao Trung Trưởng nhóm Phạm Cơng Hải Thành viên Phạm Cơng Hải 20172009 Huỳnh Chí Dũng 20171996 Mạc Đức Việt 20172166 Hồ Ngọc Long 20172062 Nguyễn Hoàng Long 20183366 Hà Nội, 02/2022 MỞ ĐẦU Trong năm gần nhu cầu điện ngày tăng không Việt Nam mà giới Để làm việc khơng cịn cách làm khác xây những mơ hình sản xuất điện Việt Nam nước phát triển nhu cầu sử dụng điện lại cao, xong điều kiện kinh tế, kỹ thuật xã hội, điện nước ta chủ yếu sản xuất nhà máy nhiệt điện với cấu hình lị chủ yếu lị có bao Lị thiết bị quan trọng coi tim nhà máy nhiệt điện Hơi từ lò sinh đưa sang tuabin dãn nở tuabin để sinh công làm quay máy phát, sau dãn nở tuabin đưa vào bình ngưng để làm mát sau bơm, bơm lên lị lặp lại q trình Để đưa sang tuabin có thiết bị quan trọng bao có nhiệm vụ tách nước tạo trình chuyển động thủy lực nước lị Vì mức nước bao thông số quan trọng cần điều chỉnh vận hành lò Mức nước bao cao, làm cho lẫn nước, đầy nước, chất lượng xấu đi, gây thủy kích tuabin Mức nước bao thấp phá hủy vịng tuần hồn nước, chí gây hư hỏng dàn ống lị Vì tập lớn lần em xin trình bày hệ thống điều khiển mức nước bao nhà máy nhiệt điện, mơ hình nhà máy nhiệt điện phổ biến Việt Nam CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG 1.1 Sơ lược công nghệ hệ thống Hệ thống điều khiển tự động NMNĐ – Nhóm 1.1.1 Mô tả sơ đồ công nghệ Nước cấp từ khử khí cung cấp qua ba đường ống DN 500 để hút ba máy bơm tăng áp (BP), lọc LAС11AT120, LAС12AT120, LAC13AT120 van cách ly giới LAB11AA201, LAB12AA201, LAB13AA201 lắp đặt Ngoài cịn có hydrazine liều lượng ammonia vào tiêu đề hút bơm tăng áp Hydrazine cung cấp qua đường ống DN 15 với van cách ly có động LFN32AA201 (LFN32AA202, LFN32AA203) lắp đặt Ammonia, cung cấp thơng qua đường ống DN 15 với van cách ly giới LFN82AA201 (LFN82AA202, LFN82AA203) lắp đặt Hệ thống điều khiển tự động NMNĐ – Nhóm 2 Trên đường ống hút bơm tăng áp, van an toàn LAB11AA601 (LAB12AA601, LAB13AA601) cung cấp để ngăn áp suất tăng lên 22 kgf / cm² trường hợp van kiểm tra bị lỗi van cổng mở xả BFP Xả từ van an toàn vào bể chứa đèn flash LP hội trường xả nước tiêu đề LFC23BR001 Nước cấp cung cấp từ việc xả bơm tăng áp đến hút bơm cấp nồi (BFP) LAC11AP002 (LAC12AP002, LAC13AP002) thơng qua đường ống DN 250, lắp đặt lọc LAС11AT121 (LAС12AT121, LAС13AT121) Bơm tăng áp bơm cấp nồi điều khiển động điện Để kiểm soát tốc độ quay BFP, trạm cấp liệu trang bị khớp nối thủy lực LAC11AA001 (LAC12AA001, LAC13AA001) với truyền động điện điều khiển Nước cung cấp từ việc xả BFP qua đường ống DN 200/250 đến tiêu đề xả chung BFP DN 300 Trên đường ống xả BFP, kiểm tra van với kết nối dòng chảy tối thiểu LAC11AA702 (LAC12AA702, LAC13AA702) van cách ly giới LAB11AA202 (LAB12AA202) LAB13AA202) cài đặt Một Đường tránh DN 20 cung cấp cho van cổng LAB11AA202 (LAB12AA202, LAB13AA202) xả BFP, với van cách ly LAB11AA212 (LAB12AA212, LAB13AA212) dòng chảy tương ứng LAB11BP001 (LAB12 BP001, LAB13 BP001) Trong trình vận hành thiết bị, bypass sử dụng để kiểm tra độ kín van khơng quay trở lại LAB11AA701 (LAB12AA701, LAB13AA701) xả BFP - thông qua kiểm tra áp suất xả bơm LAB11CP002 (LAB12 CP002, LAB13 CP002) đóng van cổng van đường vịng van cổng mở Từ dòng chảy tối thiểu từ van kiểm tra LAC11AA702 (LAC12AA702, LAC13AA702) nước cấp thải qua đường ống DN 100/150 đến khử khí (dịng chảy tối thiểu BFP); dòng lưu lượng tối thiểu, van tiết lưu lưu lượng dịng chảy tối thiểu có động LAС11AA003 (LAС12AA003, Hệ thống điều khiển tự động NMNĐ – Nhóm LAС13AA003), van cửa cách ly tay LAB14AA509 (LAB15AA509, LAB16AA509), kiểm tra van LAB14AA701, LAB16AA5001), kiểm tra van LAB14AA701, LAB16AA5001 áp suất để ngăn chặn nước đường ống đến khử khí cài đặt Nước cấp từ tiêu đề xả BFP cung cấp qua đường ống chung DN 300 đến trạm van điều khiển nước cấp nồi Các trạm van điều khiển nước cấp nồi bao gồm:  Dịng DN 300, lắp đặt van cách ly giới LAB20AA210 van điều khiển LAB20AA001;  Dây chuyền khởi động DN 150, lắp đặt van cách ly giới LAB31AA201 van điều khiển LAB31AA001 Từ trạm van điều khiển cấp nước nồi hơi, nước cấp cung cấp qua đường ống chung DN 300 đến lò sưởi HP Được lắp đặt hạ lưu máy sưởi HP đường ống chung thượng nguồn lò thiết bị đo lưu lượng LAB30CF001 kiểm tra van LAB30AA701 Nước cấp cung cấp cho lị thơng qua hai đường ống DN 250 Khả làm đầy nồi nước khử khí máy bơm thu hồi nước ngưng LP Heat No.2 cung cấp, để hút nước cung cấp qua đường ống DN 150, có van cách ly giới LAB33AA201, kiểm tra van LAB33AA701, cảnh tượng mặt bích mù LAB33AA501 van cổng cách ly thủ công LAB33AA502, LAB33AA503 lắp đặt Khi nồi hồn thành, van cổng phải đóng niêm phong vị trí đóng, phích cắm chuyển sang vị trí Đóng kín đường ống áp suất thấp đáng tin cậy từ đường dẫn cấp liệu Từ tiêu đề xả BFP, nước cung cấp cho thuốc xịt:  vào trạm bypass HP, thông qua đường ống DN 125;  vào giải mã PRDS dự phịng, thơng qua đường ống DN 50; Hệ thống điều khiển tự động NMNĐ – Nhóm  vào nồi siêu nhiệt phun, qua đường ống DN 100;  vào máy hâm nóng bắt đầu máy phun sương, qua đường ống DN 100 Nước cấp từ tiêu đề xả BFP cung cấp cho vòi phun áp lực cao (vào siêu nhiệt nồi hơi) thông qua đường ống chung DN 100, van cách ly giới LAE01AA201 van kiểm tra LAE01AA701 lắp đặt Trên van cách ly LAE01AA201 bỏ qua DN 100, có dịng chảy LAE01BP001 sử dụng điều kiện khởi động để giảm áp lực nước phun Ở áp suất bình thường, đường bypass đóng cách mở van cổng LAE10AA201 Để trì áp lực nước phun trình khởi động, nước cấp từ đường cung cấp chung cho vòi phun siêu nhiệt xả vào khử khí thơng qua đường ống DN 65, lắp đặt van cách ly giới LAE02AA201 van điều khiển LAE02AA001 Nước cấp từ tiêu đề xả BFP cung cấp cho vòi phun áp suất thấp (vào thiết bị gia nhiệt nồi hơi) thông qua đường ống chung DN 100, van cách ly giới LAF01AA201, van kiểm tra LAF01AA701 van xả LAF01BP001 lắp đặt để giảm áp lực nước phun Để trì áp lực nước phun trình khởi động, nước cấp từ đường cung cấp chung cho thuốc xịt phục hồi xả vào khử khí thơng qua đường ống DN 65, van cách ly giới LAF02AA201 van điều khiển giới LAF02AA001 lắp đặt Từ giai đoạn trung gian BFP, nước cung cấp qua đường ống DN 65 đến tiêu đề phun chung; dây chuyền chiết từ giai đoạn trung gian BFP, van kiểm tra LAF11AA701 (LAF12AA701, LAF13AA701) van cách ly giới LAF11AA201 (LAF12AA201, LAF13AA201) lắp đặt Từ giai đoạn trung gian BFP tiêu đề phun phổ biến DN 65 nước cung cấp cho thuốc xịt:  vào giải nhiệt PRDS giải nhiệt phụ trợ, thông qua đường ống DN 25;  vào máy hút bụi phục hồi bình thường, thơng qua đường ống DN 65 Hệ thống điều khiển tự động NMNĐ – Nhóm Trên đường ống dẫn nước cấp có đường nước để làm đường ống, van cách ly lắp đặt Đường ống thoát nước kết nối với hội trường tuabin LP xả bể flash Các dòng xả từ dòng chảy tối thiểu BFP từ dòng giai đoạn trung gian BFP kết nối với bể xả đáy nồi 1.1.2 Mô tả bao lò _ Dưới ví dụ bao nhà máy nhiệt điện công suất 300MW: Hệ thống điều khiển tự động NMNĐ – Nhóm Hình 1.1 Bao nhà máy nhiệt điện 300 MW   Lò áp dụng phân ly dạng cyclone Bao loại không phân ngăn, đường kính 1830 mm, chiều dài phần song song 14100 mm chiều dày trung bình 180 mm Mức nước trung bình bao cao so với đường trục hình học bao 51 mm Trong bao lắp đặt 98 phân ly dạng cyclone thành hàng, hàng phía trước hàng phía sau Hỗn hợp nước từ đường ống lên vào cyclone, nước phân ly xuống vào khoang nước, phân ly lên vào khoang bao bốc theo đường bão hoà sang nhiệt 1.1.3 Sơ lược hệ thống bao Hệ thống điều khiển tự động NMNĐ – Nhóm Hình 1.2 Hệ thống bao lị 1.2 Hệ thống điều khiển Mức nước bao điều khiển giữ mức không đổi điểm đặt mức nước NWL (normal water level) Trong điều khiển có mạch vịng đo lường sensor đo mức, giá trị đo đưa qua điều khiển dùng quy luật điều khiển tích phân-tỉ lệ luật điều khiển tỉ lệ Lưu lượng nước điều chỉnh van Tuy nhiên có co lại sôi bồng nước làm sensor nhận biết sai mức nước thực bao dẫn tới trình điều khiển có tín hiệu điều khiển sai lệch, khơng đáp ứng u cầu Vì vậy, dùng mạch vòng điều khiển độc lập từ tín hiệu đo lường từ sensor kết điều khiển thường bị sai lệch 1.2.1 Hệ thống đo lường hiển thị mức nước bao Mức nước bao đo dùng máy ống kính ngắm nối với bao biểu diễn Hình 1.3 Do người vận hành xác định mức nước bao cách đọc trực tiếp khoảng cách gần, hình ảnh kính máy đo phản chiếu thơng qua hệ thống kính tiềm vọng để người vận hành dễ dàng nhìn thấy Trong số hệ thống, việc sử dụng gương để phản chiếu hình ảnh mức nước nói phức tạp mặt khí khó thực hiện, người ta thường sử dụng hiển thị mức từ xa dùng sợi quang học, hiển thị hình Hệ thống điều khiển tự động NMNĐ – Nhóm Trong máy đo ống ngắm kính đo lường dựa sở quang học, hiển thị cho biết sai số nhiệt độ khơng xác thiết bị đo lường mức chuẩn hóa phần ngưng tụ từ trình làm lạnh nước ống lưu thơng qua máy đo Q trình làm lạnh nước ngưng tụ làm cho nước máy đo tinh lạnh buồng Tỷ trọng nước lạnh máy đo lớn nên độ cao cột nước phải hạ thấp xuống để cân với mức nước buồng Theo công nghệ nồi điển hình, số máy đo nằm khoảng đến inch mức nước thực bao Độ chênh lệch tùy thuộc vào áp suất nồi hơi, nhiệt độ môi trường, hệ thống ống cách li bao máy đo Đối với nồi dùng điện có áp suất trải rộng, sai khác lên tới 5-7 inch Trong số loại thiết bị đo mức nước đại có xu hướng bù sai lệch số nói Hình 1.3 Cơ cấu đo thị mức nước dùng ống kính ngắm Ngày nay, người ta sử dụng máy phát đo lường cân mức, thiết bị áp suất vi sai đầu tín hiệu tăng lên áp suất vi sai giảm xuống Giới hạn áp suất vi sai thường xấp xỉ 30 inch với sai số vài inch Vì thiết bị đo áp suất vi sai, nên ta không quan tâm tới áp suất bao mà cần biết độ chênh lệch áp suất cột nước Vì mật độ bão hịa nước nhiệt độ bão hòa thay đổi áp suất tang trống thay đổi nên liệu chuẩn hóa mức xác với áp suất bao Tín hiệu từ máy phát đo lường bù xác cho tất loại áp suất cách cung cấp giá trị áp suất tang trống sử dụng để nhận xê dịch tín hiệu đo lường cân tang trống Để xác định chuẩn hóa dụng cụ đo lường, cần thiết xây dựng liệu xác định áp suất vòi bao hơi, ý tới mức nước, áp suất hoạt động bao nhiệt độ môi trường xung quanh hệ thống ống bên Với liệu này, việc Hệ thống điều khiển tự động NMNĐ – Nhóm 2.1.4 Sơ đồ P&ID điều khiển mức nước bao Hình 2.5 Sơ đồ P&ID điều khiển mức nước bao              FE1: Ống venturi LX1: Không gian đầu cột áp không đổi LT1: Thiết bị đo chuyển đổi mức nước bao LC1: Bộ điều khiển mức nước bao FT1: Thiết bị đo chuyển đổi lưu lượng FY1: Bộ khai bậc hai FY2: Bộ khai bậc hai FY3: Bộ tổng hợp tín hiệu FT2: Thiết bị đo chuyển đổi lưu lượng FIC2: Bộ điều khiển hiển thị lưu lượng FE2: Ống venturi FCV1: Van điều khiển nước cấp FK1: Bộ chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu tác động vào van Hệ thống điều khiển tự động NMNĐ – Nhóm 15 2.2 Nguyên lí làm việc Bộ điều khiển PID1 phân tích sai lệch giá trị đặt tín hiệu phản hồi từ cảm biết mức nước bao từ truyền tới điều khiển lưu lượng PID2 Bộ điều khiển PID2 nhận giá trị đặt vào từ PID1 lưu lượng nhiệt từ cảm biến lưu lượng nhiệt nhận tín hiệu phản hồi từ cảm biến lưu lượng nước cấp Sau xử lý ĐK PID2 đưa tín hiệu đk tới van đk nước cấp để điều cho đạt giá trị nước nước bao mong muốn lưu lượng nhiệt với lưu lượng nước cấp 2.3 Thiết bị đo 2.3.1 Dụng cụ đo mức nước Đo mức xác định vị trí bề mặt phân cách pha so với điểm so sánh Các pha lỏng-khí, rắn-khí lỏng-lỏng khơng trộn lẫn với a Dụng cụ đo mức dạng phao Là cảm biến mức nước đo mức nước môi trường chất lỏng ( nước, dầu, gas…) ứng dụng ngành cơng nghệ mũi nhọn dầu khí, hóa chất, hóa dầu,… Hình 2.6 Các dụng cụ đo mức nước Nguyên lý hoạt động: Phao báo mức nước công tắc với tiếp điểm dẫn điện nước tác động ( đóng- mở) cấu dẫn động khí có liên quan đến thay đổi mức nước cần giám sát Mực nước tác động không tác động lên phao ảnh hưởng tới trạng thái đóng mở phao Tín hiệu gửi giám sát điều khiển trực tiếp động để cảnh báo kiểm soát mực nước Hệ thống điều khiển tự động NMNĐ – Nhóm 16 Ưu điểm: - Phao báo mức nước thiết kế đơn giản gọn nhẹ dễ dàng lắp đặt - Phao dùng nhiều môi trường chất lỏng khác - Sử dụng nguồn điện để hoạt động nên đảm bảo an toàn, hiệu tiện lợi Nhược điểm: - Độ xác chưa cao - Tốc độ truyền liệu không nhanh - Hay bị tắc nghẽn không đo Ứng dụng: Được sử dụng nhiều đo mức chất lỏng nước, dầu, gas, , ….trong ngành cơng nghiệp hóa chất bia, rượu, nước giải khát, xử lý nước nước thải,… b Dụng cụ đo mức nước dạng siêu âm Sử dụng cơng nghệ phát sóng từ cảm biến tới chất lỏng cần đo, sóng âm bị phản hồi gặp mặt nước Cảm biến vừa phát sóng vừa nhận lại sóng phản hồi Đo mức sóng siêu âm phù hợp với ứng dụng đo mức nước yêu cầu không tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng Tín hiệu đầu tuyến tính dạng analog 4-20 mV 0-10V Hình 2.7 Dụng cụ đo mức nước dạng sóng siêu âm Nguyên lý hoạt động: Đối với cảm biến sóng âm đo liên tục tín hiệu analog ta cấp cho thiết bị nguồn điện tâm đầu dị phản chiếu chùm tia sáng sóng mà mắt thường ta khơng nhìn thấy Tuy nhiên, chạm vào đầu chất lỏng nghe thấy tiếng tạch, tạch,….Sóng chạm vào chất lỏng bắn Hệ thống điều khiển tự động NMNĐ – Nhóm 17 ngược lại tâm đầu phát sóng, từ tâm chuyển đổi khoảng cách sóng phát từ 420 mV Ưu điểm: - Có độ xác cao Thời gian đáp ứng nhanh hoạt động ổn định Tín hiệu ngõ chuẩn analog 4-20 mV Đo với chất rắn lỏng Không tiếp xác với vật cần đo Nhược điểm: - Cảm biến có điểm mù điểm cao - Khoảng cách đo tối đa 20 cm - Nhiệt độ hoạt động 50oC Ứng dụng: sử dụng cảm biến siêu âm cho ứng dụng đo khoảng cách thể tích bồn chứa với độ xác khơng q cao  Nhiệt độ hoạt động cao 60-700C sử dụng nhà máy nhiệt điện c Dụng cụ đo dạng ống thủy Loại cảm biến dùng phổ biến thị trường để đo mức nước bể chứa, tank chứa silo,… Nó đo mức nước cao đến 10m cách thả chìm đầu cảm biến đến đáy bình chứa Hình 2.8 Dụng cụ đo mức dạng ống thủy Hệ thống điều khiển tự động NMNĐ – Nhóm 18 Nguyên lý hoạt động: dựa nguyên lý thay đổi áp suất ứng với mức nước thùng chứa Ở phổ thông học thay đổi mức nước dẫn đến thay đổi áp suất bể chứa Như biết xuống sâu áp suất tăng ngược lại Cụ thể có mốc chuẩn để đo lường 10m nước = 1bar, tức xuống sâu 10m nước áp suất tăng lên 1bar Dựa vào nguyên lý mà cảm biến đo mức nước cách dễ dàng Ưu điểm - Chi phí đầu tư thấp - Dễ dàng lắp đặt vào bảo dưỡng - Tuổi thọ cao - Thích hợp dùng cho bể chứa lớn có chiều sâu Nhược điểm: - Chỉ hoạt động mơi trường nước chất lỏng bình thường - Khơng tích hợp hình hiển thị Ứng dụng: sử dụng nhiều ngành như: dệt nhuộm, xử lý nước thải, nồi công nghiệp,… d Đo mức nước cảm biến áp suất Cảm biến áp suất thiết bị điện tử chuyển đổi tín hiệu áp suất sang tín hiệu điện, thường dùng để đo áp suất ứng dụng có liên quan đến áp suất Hình 2.9 Sơ đồ đo mức nước cảm biến áp suất Hệ thống điều khiển tự động NMNĐ – Nhóm 19 ... chuẩn nước 1.2.2 Yêu cầu điều khiển nước cấp Hệ thống điều khiển nước cấp dựa số yêu cầu bản, đánh giá hoạt động hệ thống liên quan tới yêu cầu Hệ thống điều khiển nước cấp phải bao gồm tác động. .. khoang nước, phân ly lên vào khoang bao bốc theo đường bão hoà sang nhiệt 1.1.3 Sơ lược hệ thống bao Hệ thống điều khiển tự động NMNĐ – Nhóm Hình 1.2 Hệ thống bao lò 1.2 Hệ thống điều khiển Mức nước. .. suất nước cấp giảm, lượng nước cấp giảm, mức nước bao giảm Sự dao động áp suất nước cấp cấu điều chỉnh lượng nước bơm cấp làm việc không ổn định, thay đổi vòng quay Hệ thống điều khiển tự động NMNĐ