Điều khiển hệ thống dầu chèn máy phát điện gas turbine nhà máy điện phú mĩ 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN VĂN TIẾN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HỆ THỐNG DẦU CHÈN MÁY PHÁT ĐIỆN GAS TURBINE NHÀ MÁY ĐIỆN PHÚ MỸ I LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2006 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT -***** NGUYỄN VĂN TIẾN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HỆ THỐNG DẦU CHÈN MÁY PHÁT ĐIỆN GAS TURBINE NHÀ MÁY ĐIỆN PHÚ MỸ I CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA MÃ SỐ: 60.52.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS THÁI DUY THỨC HÀ NỘI - 2006 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết qủa nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Nguyễn Văn Tiến i MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục i Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt iv Danh mục bảng vi Danh mục hình vẽ, đồ thị vii MỞ ĐẦU Chương – GIỚI THIỆU TỔ MÁY PHÁT ĐIỆN TUA BIN KHÍ 1.1 Cấu trúc tổ máy phát điện 1.1.1 Động nhỏ (Pony motor) 1.1.2 Động khởi động (Starting motor) 1.1.3 Bộ chuyển đổi mô men (Torque converter) 1.1.4 Bộ chuyển đổi số phụ - trở trục (Auxiliary gear) 1.1.5 Máy phát điện (Generator) 1.1.6 Máy nén gió (Compressor) 1.1.7 Buồng đốt (Combustor) 1.1.8 Tua bin (Turbine) 12 1.1.9 Ống khói (Exhaust) 13 1.2 Hệ thống nhiên liệu (Fuel system) 13 1.2.1 Tổng quát 13 1.2.2 Hệ thống nhiên liệu khí 13 1.2.3 Hệ thống nhiên liệu dầu (fuel oil system) 17 1.3 Vận hành 21 ii 1.3.1 Vận hành nhiên liệu khí 21 1.3.2 Vận hành nhiên liệu dầu 24 1.4 Thay đổi nhiên liệu (Fuel changeover) 27 1.4.1 Chuyển đổi nhiên liệu từ khí sang dầu 27 1.4.2 Chuyển đổi nhiên liệu từ dầu sang khí 28 Chương – HỆ THỐNG DẦU CHÈN - BÔI TRƠN 31 2.1 Tổng quát 31 2.2 Vận hành hệ thống dầu chèn - bôi trơn 31 2.3 Hệ thống dầu trip vượt tốc (Over speed trip oil system) 32 2.4 Hệ thống chuyển đổi mô men (torque converter system) 34 2.5 Miêu tả thành phần hệ thống (system components description) 36 2.5.1 Bơm dầu chèn - bơi trơn (main lube oil pump) 36 2.5.2 Bơm dầu chèn - bôi trơn phụ (auxiliary lube oil pump) 38 2.5.3 Bơm dầu chèn - bôi trơn khẩn cấp DC (DC emer lube oil pump) 42 2.5.4 Bơm dầu chèn - bôi trơn chuyển đổi mô men 42 2.5.5 Bể dầu (oil reservoir) 43 2.5.6 Công tắc mức bể dầu (reservoir level switch) 43 2.5.7 Thông dầu (vapour extractor): 44 2.5.8 Bộ làm mát dầu chèn - bôi trơn (lube oil cooler) 45 2.5.9 Bộ lọc (filter) 45 2.5.10 Cặp nhiệt (thermocouples) 46 2.5.11 Van điều chỉnh áp suất dầu chèn - bôi trơn 46 2.5.12 Bộ điều khiển nhiệt độ dầu chèn - bôi trơn 48 2.5.13 Công tắc áp suất (pressure switch) 48 2.5.14 Bộ truyền tín hiệu áp suất (pressure transmitter) 49 2.5.15 Van an toàn (relief valve) 49 2.6 Sơ đồ khối tổng quát hệ thống dầu chèn - bôi trơn 51 iii Chương – ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 53 3.1 Giới thiệu 53 3.2 Thiết kế điều khiển áp suất 53 3.2.1 Van điều khiển áp suất 53 3.2.2 Xác định thông số điều khiển van điều áp 55 3.2.3 Sơ đồ Matlab van điều khiển áp suất dầu chèn - bôi trơn 63 3.3 Thiết kế điều khiển nhiệt độ 73 3.3.1 Đặc điểm van ngả 74 3.3.2 Thiết kế điều khiển van ngả 75 3.3.3 Xây dựng mô hình đối tượng điều khiển 81 3.3.4 Mơ hệ thống điều khiển phần mềm Matlab 85 3.3.5 Các khối thiết bị sơ đồ Matlab 85 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 96 Kết luận 96 Kiến nghị 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 PHỤ LỤC 99 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT GT: Tua bin khí (Gas turbine) FRCSO: Tín hiệu ngõ điều khiển chuyển đổi nhiên liệu (fuel transfer rate control signal output) ST: Tua bin (Steam turbine ) MLOP: Bơm dầu bơi trơn (main lube oil pump) AC: Dòng điện xoay chiều (alternating current) DC: Dòng điện chiều (direct current) CCR: Phịng kiểm sốt trung tâm (centre control room) OST oil: Dầu trip vượct tốc (over speed trip) CSO: Tín hiệu điều khiển ngõ (control singal output) FO: Dầu nhiên liệu (fuel oil) FG: Khí nhiên liệu (fuel gas) ALOP: Bơm dầu bôi trơn phụ (auxiliary lube oil pump) ELOP: Bơm dầu bôi trơn khẩn cấp (emergency lube oil pump) TCLOP: Bơm dầu bôi trơn chuyển đổi mô men (torque converter lube oil pump) FGMAPCV: Van điều khiển áp suất nhiên liệu khí đường main A (fuel gas main A pressure control valve) FGMAFCV: Van điều khiển lưu lượng nhiên liệu khí đường main A (fuel gas main A flow control valve) FGMBPCV: Van điều khiển áp suất nhiên liệu khí đường main B (fuel gas main B pressure control valve) FGPPCV: Van điều khiển áp suất nhiên liệu khí đường pilot (fuel gas pilot pressure control valve) v FGPFCV: Van điều khiển lưu lượng nhiên liệu khí đường pilot (fuel gas pilot flow control valve) FOMAPCV: Van điều khiển áp suất dầu nhiên liệu đường man A (fuel oil main A pressure control valve) FOMAFCV: Van điều khiển lưu lượng dầu nhiên liệu đường man A (fuel oil main A flow control valve) FOMBPCV: Van điều khiển áp suất dầu nhiên liệu đường man B (fuel oil main B pressure control valve) FOMBFCV: Van điều khiển lưu lượng dầu nhiên liệu đường man B (fuel oil main B flow control valve) FOPPCV: Van điều khiển áp suất dầu nhiên liệu đường pilot (fuel oil pilot pressure control valve) FOPFCV: Van điều khiển lưu lượng dầu nhiên liệu đường pilot (fuel oil pilot flow control valve) FGSOV: Van đóng khí nhiên liệu (fuel gas shut off valve) LS: Công tắc mức (level switch) LI: Đồng hồ hiển thị mức (level indicator) PT: Bộ truyền tín áp suất (pressure transmitter) PS: Cơng tắc áp suất (pressure switch) PI: Đồng hồ hiển thị áp suất (pressure indicator) M: Động (motor) PID: Khâu vi tích phân tỷ lệ (proportional intergral derivative) vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Số lượng cánh tầng cánh máy nén khí Bảng 1.2 Đặc tính kỹ thuật bơm động bơm chuyển tiếp dầu Bảng 1.3 Đặc tính kỹ thuật bơm động bơm dầu nhiên liệu Bảng 2.1 Các thành phần bơm dầu bơi trơn Bảng 2.2 Các thành phần bơm dầu bôi trơn phụ Bảng 2.3 Các thành phần van an toàn Bảng 3.1 Bảng giá trị biến (tỷ số a/b) hàm ngược x Bảng 3.2 Quan hệ % độ mở van với % độ mở I II vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc tổ máy phát điện tua bin khí Hình 1.2 Cấu trúc buồng đốt máy phát tua bin khí Hình 1.3 Sơ đồ làm mát tầng cánh tua bin khí Hình 1.4 Sơ đồ tổng qt van điều khiển nhiên liệu khí Hình 1.5 Tỷ lệ lưu lượng khí nhiên liệu đường pilot đường main Hình 1.6 Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển nhiên liệu dầu Hình 1.7 Tỷ lệ lưu lượng nhiên liệu dầu đường nhiên liệu Hình 1.8 Đồ thị chuyển đổi nhiên liệu từ khí sang dầu Hình 1.9 Đồ thị chuyển đổi nhiên liệu từ dầu sang khí Hình 2.1 Van điều khiển nhiên liệu (vận hành) khối servo valve Hình 2.2 Van điều khiển nhiên liệu (trạng thái trip) khối servo valve Hình 2.3 Cấu tạo bơm dầu bơi trơn Hình 2.4 Cấu tạo bơm dầu bơi trơn phụ Hình 2.5 Bể dầu bơi trơn Hình 2.6 Cơng tắc mức dầu Hình 2.7 Hệ thống thơng dầu Hình 2.8 Bộ làm mát dầu bơi trơn (dạng đĩa) Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý lọc dầu bơi trơn Hình 2.10 Sơ đồ ngun lý van điều áp Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý van điều khiển nhiệt độ dầu bơi trơn Hình 2.12 Bộ truyền tín hiệu áp suất Hình 2.13 Cấu tạo van an tồn Hình 2.14 Miêu tả chi tiết pilot valve 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 “Optimization”, click tiếp vào “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 ô 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 - Out1: Đây tổng hợp hai tín hiệu nhiệt độ đầu vào nhiệt độ đầu Hai tín hiệu có dạng hình 3.29 94 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 + 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 95 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 PGS TS Thái Duy Thức thầy mơn Tự Động Hóa xí nghiệp mỏ dầu khí trường Đại Học Mỏ - Địa Chất giúp em hoàn thành luận văn Luận văn tốt nghiệp với đề tài “Điều khiển tự động hệ thống dầu chèn máy phát điện tua bin khí nhà máy điện Phú Mỹ I ” 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 hồn chỉnh hệ thống dầu chèn - 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 khơng 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 đồng nghiệp để luận văn hồn thiện Nhờ giúp em có kinh nghiệm qúy báu tham gia nghiên cứu giảng dạy Trường Đào tạo Nhân Lực Dầu Khí Kiến nghị: Mặc dù cố gắng nghiên cứu để điều khiển ổn định áp suất nhiệt độ hệ thống dầu chèn - bôi 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 chèn - 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 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 MHI (1999), General, Mitsubishi Heavy Induatries, Japan MHI (1999), Gas turbine & Gas turbine maintenance, Mitsubishi Heavy Induatries, Japan MHI (1999), Gas turbine Accessories, Mitsubishi Heavy Induatries, Japan MHI (1999), Control and Instrument, Mitsubishi Heavy Induatries, Japan Tham khảo mạng trang Web: - amot.com - emersonprocess com - fisher – rosemount.com 99 PHỤ LỤC 100 101 102 103 104 105