Để thực hiện được nhiệm vụ này thì có nhiều vấn đề khoa học kĩ thuật được đặt ra đồng thời đòi hỏi con người thực hiện nó phải giải quyết, một trong những vấn đềkhoa học đó là điện để đi
Trang 1LỜI GIỚI THIỆU
Ngành vận tải biển là một ngành quan trọng và chủ chốt để phát triển nền kinh tế đấtnước Để thực hiện được nhiệm vụ này thì có nhiều vấn đề khoa học kĩ thuật được đặt
ra đồng thời đòi hỏi con người thực hiện nó phải giải quyết, một trong những vấn đềkhoa học đó là điện để điều khiển các hệ thống thiết bị trên tàu, đảm bảo được sự antoàn và ổn đinh của con tàu khi chuyên chở hàng hóa trên biển
Tất cả các thiết bị để vận hành một con tàu phần lớn đều sử dụng nguồn năng lượngđiện vì thế năng lượng điện đóng vai trò hết sức quan trọng quyết định đến sự sống củacon tàu, đồng thời quyết định đến sự an toàn của các thuyền viên ở trên tàu Từ máymóc hàng hải như rada, vô tuyến đến các thiết bị buồng máy như: bơm, máy lọc, máyphân li, động cơ diesel, hệ thống máy lạnh và điều hòa không khí, hệ thống tời neo Và
cả các thiết bị phục vụ cho con người như chiếu sáng, sưởi ấm ….đều phải sử dụngchung một nguồn năng lượng đó là năng lượng điện
Để sinh viên nắm vững được các thiết bị và hệ thống điện dưới tàu thủy, đồng thờinâng cao tay nghế cho sinh viên Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam – Khoa ĐiệnTàu Thủy đã trang bị những thiết bị điện hiện đại nhất và mô hình hệ thống điện gầngiống với hệ thống điện tàu thủy Nhằm đem lại cho sinh viên cái nhìn tổng thể và trựcquan nhất về một hệ thống điện dưới tàu thủy Và điều quan trọng nhất là giúp cho sinhviên có cơ hội làm việc trên những con tàu có trọng tải lớn
Bên cạnh các hệ thống điện thường được trang bị dưới tàu tàu thủy như: Hệ thốngđiện điều khiển thiết bị trên boong; hệ thống điện điều khiển quạt gió buồng máy; hệthống điện điều khiển máy lạnh và điều hòa không khí … thì hệ thống điện điều khiểnnồi hơi là một trong những hệ thống đóng vai trò rất quan trọng dưới tàu Nó cho phépngười khai thác tại một vị trí cách rất xa nồi hơi có thể thực hiện được các quá trình vận
Trang 2Như vậy hệ thống điều khiển nồi hơi là một hệ thống kín, an toàn, hiệu quả và chínhxác.
Để hiểu rõ hơn về nhiệm vụ, chức năng, đặc điểm cấu tạo và nguyên lí hoạt động
của hệ thống này Sau đây nhóm 3 xin trình bày bài tập lớn về hệ thống điện điều khiển nồi hơi dùng thiết bị lập trình PLC của Nhật Bản được lắp đặt trên tàu 6500 tấn
đóng mới tại Việt Nam
Trang 32 Chức năng, nhiệm vụ của nồi hơi tàu thủy 5
4 Yêu cầu đối với nồi hơi tàu thuỷ 7
5 Kết cấu của hệ thống nồi hơi 8
1 Chức năng tự động cấp nước nồi hơi 10
4 Tự động điều chỉnh áp suất hơi 14
5 Tự động kiểm tra, báo động, bảo vệ hệ thống nồi hơi 14
B THUYẾT MINH NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỀU
Trang 42 Chức năng tự động hâm sấy dầu đôt. 27
b Các thông số báo động và bảo vệ 37
III Một số hư hỏng thường gặp của hệ thống điều khiển nồi hơi tàu thủy 39
Trang 5A PHẦN LÍ THUYẾT
I Tổng quan về hệ thống nồi hơi tàu thuỷ
1 Khái niệm
Một cách tổng quát, nồi hơi (steam boiler) là thiết bị có chức năng biến nước
thành hơi nhờ nhiệt năng có được từ việc đốt cháy nhiên liệu hoặc biến đổi từ cácnguồn năng lượng khác như điện năng, năng lượng nguyên tử
Về mặt nguyên lý, nồi hơi hoạt động tương tự như một thiết bị trao đổi nhiệt,trong đó diễn ra quá trình trao đổi nhiệt giữa hai loại môi chất là khí cháy và nước.Mục đích của quá trình trao đổi nhiệt trong nồi hơi là nhằm bay hơi nước, hơi sinh ra
có áp suất và nhiệt độ cao để đem đi sử dụng Kết cấu của nồi hơi phức tạp hơnnhiều so với các thiết bị trao đổi nhiệt do được lắp thêm nhiều thiết bị phục vụ
2 Chức năng, nhiệm vụ của nồi hơi tàu thủy
Nồi hơi tàu thủy nói chung có thể được dùng để sinh hơi phục vụ các mục đíchnhư lai máy phát điện, lai các máy phụ, dùng để hâm sấy nhiên liệu, phòng ở hoặc dùngcho động cơ tua bin hơi lai chân vịt Vào những năm giữa thế kỷ 20 rất nhiều tàu thủyđược trang bị tua bin hơi làm động lực chính lai chân vịt, khi đó nồi hơi chính và tuabin hơi chính lai chân vịt là hai thiết bị trung tâm trong hệ động lực hơi nước tàu thủy.Tuy nhiên, các cuộc khủng hoảng dầu mỏ (từ năm 1973) đã đẩy giá dầu trên thế giới lênrất cao Điều này khiến các nhà sản suất buộc phải cải tiến công nghệ và thay thế côngnghệ cũ bằng các thiết bị công nghệ mới có hiệu suất cao hơn Vì vậy hầu hết các tàuthủy gần đây đều được trang bị hệ động lực Diesel, có hiệu suất cao hơn Trên các tàuthủy hiện nay hầu như chỉ còn sử dụng các nồi hơi phụ, dùng để cung cấp hơi cho mụcđích hâm sấy nhiêu liệu và các mục đích sinh hoạt khác, một số cung cấp hơi cho tuabin hơi lai máy phát điện, bơm hoặc các máy phụ khác Ngoại trừ một số loại tàu đặc
thù như tàu chở khí tự nhiên hoá lỏng (LNG Carrier) thì hệ động lực tua bin hơi vẫn
Trang 63 Phân loại nồi hơi tàu thủy
Tuỳ theo mục đích, nồi hơi tàu thủy có thể được phân loại theo nhiều cách khácnhau Dưới đây trình bày một số cách phân loại cơ bản
Phân loại theo công dụng
Nồi hơi chính: sinh hơi cho tuabin lai chân vịt
Nồi hơi phụ: sinh hơi cho hâm sấy dầu, phục vu máy chính và các thiết bịkhác
Phân loại theo áp suất công tác
Nồi hơi thấp áp: có áp suất làm việc đến 2MPa
Nồi hơi trung áp: có áp suất làm việc khoảng 2÷4,5MPa.
Nồi hơi cao áp : có áp suất làm việc trên 4,5MPa
Phân theo sự chuyển động của khí cháy và nước
Nồi hơi ống nước
Nồi hơi ống lửa
Nồi hơi hỗn hợp ống nước ống lửa
Phân theo nguồn năng lượng sử dụng
Nồi hơi sử dụng năng lượng từ phản ứng cháy nhiên liệu
Nồi hơi sử dụng năng lượng điện
Nồi hơi sử dụng năng lượng nguyên tử
Nồi hơi sử dụng năng lượng từ khí xả của các máy nhiệt
1 Phân theo sự chuyển động của khí cháy và nước
Nồi hơi ống nước
Nồi hơi ống lửa
Nồi hơi hỗn hợp ống nước ống lửa
Trang 72 Phân theo nguồn năng lượng sử dụng
Nồi hơi sử dụng năng lượng từ phản ứng cháy nhiên liệu
Nồi hơi sử dụng năng lượng điện
Nồi hơi sử dụng năng lượng nguyên tử
Nồi hơi sử dụng năng lượng từ khí xả của các máy nhiệt
4 Yêu cầu đối với nồi hơi tàu thuỷ
1 Sử dụng an toàn là yêu cầu quan trọng nhất vì rằng không những khi nồi hơihỏng làm cho tàu không chạy được, thậm chí gây ra tai nạn cho tàu, do đó nồi hơi tàuthuỷ thường dùng các kiểu nồi hơi cấu tạo bền, chắc, đã qua thử thách lâu dài
2 Gọn, nhẹ, dễ bố trí lên tàu nhằm tăng trọng tải, mở rộng tầm xa hoạt động củatầu Do đó nồi hơi dùng loại có dung tích lò lớn, năng suất bốc hơi lớn, lưu tốc khí lònhanh, số bầu nồi ít, đường kính bầu nồi và ống bé để đảm bảo độ dầy và trọng lượng
3 Cấu tạo đơn giản, bố trí nơi không gian thoáng mát, tiện việc coi sóc, sửa chữa,
ít mục rỉ, sử dụng đơn giản vì người sử dụng trên tàu thường thay đổi luôn
4 Tính kinh tế cao, đảm bảo hiệu suất ở toàn tải
5 Tính cơ động cao, thời gian nhóm lò lấy hơi nhanh, có thể nhanh chóng thayđổi tải để thích ứng với chế độ làm việc của động cơ Khi điều chỉnh vị trí tầu, áp suất
và nhiệt độ hơi nước vẫn ổn định, mặc dù khi ấy nhiệt độ nước cấp nồi thường biếnđổi Khi cần thiết có khả năng quá tải từ 25 đến 45% Khi tầu nghiêng, lắc ngang 300,nghiêng, lắc dọc 120 bảo đảm các mặt hấp nhiệt không bị nhô lên khỏi mặt nước
Trang 85 Kết cấu của hệ thống nồi hơi
Hệ thống nồi hơi tàu thuỷ gồm có:
- Nồi hơi (một hoặc nhiều cái), nó gồm buồng đốt, các cụm ống nước sôi, các váchống( hoặc các ống lửa), bộ sấy hơi, bộ sưởi không khí …
- Buồng đốt là không gian để cho chất đốt biến thành khí cháy (khí lò) có nhiệt độ
từ 9000C - 13500C
- Các ống nước sôi và các vách ống dùng để biến nước thành hơi bão hoà Các ốngcủa bộ sấy hơi hấp nhiệt của khí lò biến hơi bảo hoà thành hơi sấy Phần lớn hơi sấyđược cấp cho máy chính và một phần hơi sấy được dẫn qua bộ giảm sấy Số hơi sấy điqua các ống của bộ giảm sấy nhả bớt nhiệt cho nước trong bầu nồi biến thành hơigiảm sấy cấp cho thiết bị phụ
- Bộ sưởi không khí dùng nhiệt của khí lò tiến hành sưởi nóng không khí trước khicấp vào buồng đốt nhằm nâng cao hiệu suất của nồi hơi
- Thiết bị thông gió gồm có: Quạt gió, quạt hút khói dùng để cung cấp đầy đủkhông khí cho sự cháy của chất đốt, khắc phục sự cản của không khí để đưa không khívào buồng đốt, thổi sạch các khí CO, CO2 và các khí dễ nổ… đã lưu trữ trong lò trước,sau và trong quá trình đốt, khắc phục sức cản khí lò để đảm bảo cho khói lò thoát lêntrời
- Thiết bị cấp nước nồi : Đảm bảo cung cấp đầy đủ nước sạch cho nồi Nó gồm cácbơm nước, các ống dẫn nước
Trang 9- Hệ thống chất đốt : Gồm bơm dầu, bộ hâm sấy dầu, đảm bảo nhiệt độ dầu đốt cầnthiết cho quá trình cháy - Ngoài ra còn thiết bị dẫn gió cho súng phun để sao cho chấtđốt phun vào có áp lực tạo sương nhằm cháy tốt
II Các chức năng điều khiển nồi hơi
Hệ thống điều khiển quá trình hoạt động của nồi hơi phụ nó gồm 5 chức năng cơ bảnsau:
- Tự động cấp nước nồi
- Tự động hâm dầu đốt
- Tự động điều khiển đốt nồi
- Tự động điều chỉnh áp suất hơi trong nồi hơi
- Tự động kiểm tra, giám sát, và bảo vệ nồi hơi
Trang 101 Chức năng tự động cấp nước nồi hơi
Giữ cho mực nước trong nồi hơi ở giới hạn cho phép hmin1 h hmax
hmin2: Báo động mức nước thấp
hmin3: Báo động + Dừng đốt lò
Phương trình thuật toán điều khiển quá trình tự động cấp nước nồi hơi:
max 1
)
(t h B t h
B
h h min1 : B(t) = 1 + 0.1 = 1 (Bơm hoạt động)
h min1 < h < h max : B(t) = 0 + 1.1 = 1 (Bơm vẫn hoạt động)
h max h : B(t) = 0 + 1.0 = 0 (Bơm ngừng)
h < h max : B(t) = 0 + 0.1 = 0 (Bơm vẫn ngừng)
h = h min1 : B(t) = 1 + 0.1 = 1 (Bơm trở lại)
Nhiều hệ thống nồi hơi có thể có mức báo động hmax1 để báo động mức nước caoquá làm giảm thể tích sinh hơi Mức này chỉ dùng trong báo động
hmax
hmin1
hmin2
hmin3
Trang 11Phương trình thuật toán theo nguyên lý nghưỡng như điều khiển mức nước nồi:
Yêu cầu: Nhiệt độ hâm dầu phải được đảm bảo thì mới thực hiện được quá trình đốt lòtiếp theo Trong quá trình hâm dầu có bộ phận kiểm tra áp lực dầu và áp lực dầu đốtphải đảm bảo thì mới cho phép thực hiện các bước tiếp theo
Trang 123 Chức năng tự động đốt lò
Để thực hiện quá trình đốt lò thì trong hệ thống nồi hơi phải có thiết bị thực hiệntheo một chương trình nhất định và chương trình đó không thể đảo ngược được Thiết bịnày có thể dùng động cơ lai bộ cam chương trình, có thể dùng rơ le chương trình bándẫn, vi mạch, PLC Quá trình đốt lò tuân theo hai giai đoạn như sau:
a) Quá trình chuẩn bị đốt lò:
+ Mức nước trong nồi hơi phải đảm bảo: hmin3 h hmax
+ Nhiệt độ dầu đốt phải đảm bảo: t0
min t0 t0
max
+ Áp suất dầu phải đảm bảo(do hệ thống nhiên liệu thực hiện)
+ Quạt gió không có sự cố
+ Toàn bộ hệ thống không có sự cố Nếu có sự cố trước đó thì phải khắc phục sự cố vàđặt lại hệ thống
+ Vòi phun không bị tắc, bẩn
b) Giai đoạn đốt lò:
Tuần tự theo chương trình nhất định
Bước 1: Phát lệnh đốt (do con người thực hiện)
Bước 2: Quạt gió hoạt động, mở cửa gió, thổi sạch khí lưu trữ, khí dễ nổ ra khỏi
lò để đảm bảo an toàn đồng thời cấp ô xi cho lò
Trang 13Bước 3: Đóng bớt cửa gió để cho quá trình cháy dễ dàng, cấp điện cho biến áp
đánh lửa, bơm dầu mồi hoặc dầu đốt đã được hâm nóng
* Nếu lò cháy thành công, có ngọn lửa xuất hiện thì tế bào quang điện sẽ phát hiện gửitín hiệu đến bộ rơ le cảm biến ngọn lửa, cấp tín hiệu đến rơ le trung gian phát hiện lửatác động ngắt biến áp đánh lửa (bơm dầu mồi chuyển sang bơm dầu đốt nếu có), đồngthời đưa ra tín hiệu báo cháy thành công và thiết bị chương trình dừng lại ở một vị trínào đó sau khi đã kết thúc quá trình điều khiển, cửa gió được mở lớn hơn, lượng gióđược phun vào lò nhiều hơn
* Nếu cháy không thành công thì tự động dừng đốt lò theo trình tự sau:
1 Cắt van dầu ngừng cấp dầu vào trong buồng đốt
Trang 144 Tự động điều chỉnh áp suất hơi
Trong quá trình vận hành nồi hơi thì áp suất hơi là một thông số rất quan trọng cầnđược điều khiển Yêu cầu đặt ra trong quá trình điều khiển là duy trì áp suất hơi nằmtrong giới hạn cho phép (Pmin P Pmax) Thông thường
Pmin = 3 - 4 kg/cm2
Pmax = 5 - 7 kg/cm2
5 Tự động kiểm tra, báo động, bảo vệ hệ thống nồi hơi
a) Các thông số bảo vệ hệ thống nồi hơi:
+ Mức nước nồi hơi giảm quá thấp (h ≤ hmin3) → báo động + tắt lò
+ Nhiệt độ dầu đốt quá thấp hoặc quá cao → Báo động + tắt lò
+ Áp suất dầu phun không bình thường → Báo động + tắt lò
+ Quạt gió có sự cố → Báo động + tắt lò
+ Mất lửa → Báo động + tắt lò
+ Đốt không thành công
+ Áp suất hơi quá cao mà không điều khiển dừng đốt thì hệ thống có van an toàn bằng
cơ để xả hơi trong nồi ra ngoài
b) Các thông số báo động:
+ Mức nước nồi hơi thấp ( h ≤ hmin2) → báo động bằng đèn, còi
Trang 15+ Mức nước nồi hơi cao (h > hmax1) → báo động bằng đèn, còi
+ Nhiệt độ khí xả cao → báo động bằng đèn, còi
+ Nhiệt độ dầu đốt FO thấp → báo động bằng đèn, còi
+ Nhiệt độ dầu đốt FO cao → báo động bằng đèn, còi
Chú ý: Trong quá trình vận hành nồi hơi, khi nồi hơi có sự cố thì cần phải khắc phục sự
cố để đưa các thông số của nó về trạng thái bình thường và sau đó chúng ta phải ấn núthoàn nguyên
III MỘT SỐ THIẾT BỊ NỒI HƠI VÀ SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN
1 Biến áp đánh lửa:
Là một thiết bị quan trọng của hệ thống nồi hơi, nó trực tiếp tham gia đánh lửa, tia lửa
sẽ phát ra mồi lửa lúc ban đầu đốt Thông thường điện áp ra ở cuộn thứ cấp thường cóđiện áp 10 KV - 14KV
Loại 10 KV dùng cho nồi hơi có dùng dầu mồi (nồi hơi tiêu chuẩn)
Loại từ 12 - 14KV dùng cho nồi hơi đốt bằng dầu nặng ngay từ đầu
Chú ý khi sử dụng biến áp đánh lửa (BAĐL):
Mọi thứ không được đặt gần BAĐL
Do điện áp cao nên dây cuốn thứ cấp cần phải được bọc cách điện cẩn thận
Cần nối mát BAĐL với vỏ Thông thường đặt trên thiết bị chống lắc,
chống rung
Trang 162 Rơle mức:
+ Rơle mức kiểu phao dùng cuộn cảm
+ Rơle mức kiểu phao dùng tiếp điểm
Phao
Nam châm Tiếp điểm
Phao
Thành két
Trang 17+ Cảm biến mức dạng thanh dẫn
R U
3 Cảm biến nhiệt độ
+ Cảm biến nhiệt dùng cơng chất giản nở - đây là loại thường dùng trong các bộ hâm sấy dầu
Ống đồng chứa
công chất Ống đồng dẫncông chất
Trang 19B THUYẾT MINH NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA SƠ ĐỒ HỆ
THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI
I Giới thiệu phần tử
Sơ đồ 1/14:
NFB-1: Áptômát cấp nguồn cho bơm nước số 1
NFB-2: Áptômát cấp nguồn cho bơm nước số 2
NFB-3: Áptômát cấp nguồn cho Mạch sấy, bơm FO, bơm tăng cường, quạt gió.NFB-4: Áp tô mát nguồn bơm nước tuần hoàn
NFB-5: Áp tô mát cấp nguồn mạch điều khiển
TR : Biến áp hạ áp 440V/110V
A1 : Đồng hồ đo dòng quạt gió
CT : Biến dòng đô lường
F1, F2, F3 : Các cầu chì
WP1 : Bơm nước số 1
WP2 : Bơm nước số 2
OH : Điện trở nhiệt để sấy dầu FO
BP : Động cơ lai Bơm dầu FO chính
BF : Động cơ lai quạt gió
BTP : Động cơ lai Bơm tăng cường
CP-1,CP-2 : Bơm nước tuần hoàn số 1, 2
88FX, 88WX1, 88WX2, 88CX1, 88CX2: Các Rơ le trung gian
Sơ đồ 2/14:
REMOTE EM’CY STOP CONTACT : Công tắc dừng sự cố từ xa
PB3-3LT : Nút thử đèn
WH1 : Đèn báo nguồn
Trang 20GN1 : Đèn báo cháy.
OR1 : Đèn báo nồi hơi chạy
RD21 : Đèn báo nhiệt độ bề mặt ống cao
GN6 : Đèn báo bơm tăng cường chạy
RD2 : Đèn báo chương trình không bình thường
EFX4 : Rơ le cấp tín hiệu cho nguồn
SS43W : Công tắc chọn chế độ cấp nước bằng tay
SS43WA : Công tắc chọn bơm cấp nước 1 hoặc 2
88W1, 88W2 : Công tắc tơ để cấp điện cho động cơ lai bơm cấp nước.GN2 : Đèn báo bơm cấp nước hoạt động
Sơ đồ 4/14
EFX5 : Rơ le cấp tín hiệu dừng sợ cố mạch bơm tuần hoàn
PB3-5CP : Nút ấn dừng sự cố mạch bơm tuần hoàn
SS43CPA : Công tắc chọn bơm tuần hoàn số 1 hoặc số 2
SS43CP : Công tác khởi động, dừng bơm tuần hoàn
88CP1, 88CP2 : Công tắc tơ để cấp điện cho động cơ lai bơm tuần hoàn.88CPX1 : Công tắc tơ cấp tín hiệu báo bơm tuần hoàn số 1 hoạt động
88CPX2 : Công tắc tơ cấp tín hiệu báo bơm tuần hoàn số 2 hoạt động
49CPX : Rơ le cấp tín hiệu dừng sự cố mạch bơm tuần hoàn
GN3 : Đèn báo mạch bơm tuần hoàn hoạt động
Trang 21 Sơ đồ 5/14
SS43BTP : Công tắc đưa bơm tăng áp vào hoạt động
88BTP : Công tắc tơ cấp điện cho động cơ lai bơm tăng áp
23S : Cảm biến nhiệt độ bề mặt đường ống
CA1 : Cặp nhiệt cảm biến sự thay đổi nhiệt độ của bề mặt đườngống
23SX : Rơ le cấp tín hiệu báo nhiệt dộ bề mặt đường ống caoPB3-RST : Nút ấn reset báo động
PM : Động cơ lai bơm dầu mồi
IGT : Biến áp đánh lửa
20VP1, 20VP2 : Hai van dầu mồi
20VR : Van hồi dầu
TSX : Rơ le cấp tín hiệu báo nhiệt độ khí xả cao
DM : Động cơ điều chỉnh le gió