Báo cáo thí nghiệm môn hệ thống điều khiển quá trình nhiệt lạnh

Đặt nhiệt độ hơi quá nhiệt trên bộ điều chỉnh nhiệt độ trên bảng điều khiển chính ở một giá trị thích hợp 170 ÷ 180°C.. Mở van hơi bằng cách tác động vào các nút trên bộ điều khiển áp su

Báo cáo thí nghiệm môn: Hệ thống điều khiển quá trình

nhiệt-lạnh

Họ và tên: Nguyễn Quang Huy

Lớp : Máy và thiết bị K55

MSSV : 20100339

Nội dung báo cáo

1.1 Mô tả về nguyên lý hoạt động và vận hành của nhà máy điện mini

1.2 Cấu trúc hệ thống DCS và thao tác vận hành

1.3 Thuyết minh chi tiết sơ đồ vòng điều chỉnh mức nước bao hơi

1.4 Nguyên lý đo lường /hoạt động của các cảm biến và cơ cấu chấp hành trong sơ

đồ P&ID

1 Mô tả về nguyên lý hoạt động và vận hành của nhà máy điện mini.

1.1.1 Nguyên lý hoạt động nhà máy nhiệt mini:

Nước được xử lý hóa học và được chứa ở thùng cấp, sau đó được bơm đưa vào lò hơi.Nước cấp đi qua bộ hâm nước rồi vào bao hơi của lò Nước trong bao hơi được cấp xuống các dàn ống sinh hơi xung quanh lò, trao đổi nhận nhiệt của lò, biến thành hơi có thông số cao và được dẫn tới Turbine Tại đây hơi giãn nở sinh công làm quay Turbine, máy phát Máy phát điện sẽ biến công suất cơ trên trục của Turbine thành công suất điện

Hơi sau khi sinh công có thông số thấp thoát về bình ngưng.Trong bình ngưng hơi nước đọng thành nước nhờ hệ thống nước làm mát tuần hoàn Nước ngưng từ bình ngưng đi vào bình chứa nước nóng Tại đây có một ejector lấy một phần hơi từ hơi vào turbine phun nhằm hút hết khí không ngưng ra khỏi bình chứa nước nóng Nước từ đây được bơm ngưng bơm về thùng nước cấp Chu trình tiếp tục được lặp lại

1.1.2 Vận hành của nhà máy nhiệt điện mini

a) Khởi động lò hơi

1 Bật công tắc của bơm ngưng trên bảng điều khiển chính.

2 Bật công tắc của lò hơi trên bảng điều khiển chính.

3 Bật công tắc chính trên bảng điều khiển lò hơi Đèn tín hiệu bảo vệ lưu lượng

nước thấp phải sang

4 Đặt công tắc đa vị trí trên bảng điều khiển về vị trí 1 (vị trí của bơm) Đèn báo

tín hiệu lưu lượng nước phải tắt

5 Đợi đến tận khi thấy nước tràn ra trên đường xả nước của bộ tách nước Sau đó

đặt công tắc đa vị trí trên bảng điều khiển lò hơi về vị trí 2 (vị trí chuẩn bị đốt) Bơm cấp nước ngừng Đèn tín hiệu màu xanh chỉ thị lò không hoạt động phát sang Ấn nút “Reset” Bơm lại làm việc lại ở mức công suất “1” và vòi đốt đánh lửa Nếu vòi đốt không đánh lửa không nên làm quá 3 lần việc ấn nút

“Reset” Tìm nguyên nhân tại sao vòi đốt không làm việc Có thể do đường nhiên liệu chưa sẵn sàng hoặc do nguyên nhân khác

6 Vòi đốt khởi động ở mức công suất “1” (mức tải từng phần) sau khoảng 10 giây

thì tự đông bật về mức công suất “2” (mức đầy tải)

7 Nhiệt kế đo nhiệt độ hơi chỉ số nhiệt độ hơi tăng dần.

8 Sau khoảng 1 phút, hơi thoát ra khỏi van xả Đóng van này lại.

9 Áp kế chỉ áp suất hơi tăng lên nhanh Mở van để gia nhiệt cho nước cấp trong

bể chứa nước cấp

10.Chú ý nhiệt độ trên áp kế của bể nước cấp Khi nhiệt độ đạt khoảng 70 ÷ 80°C

thì van sẽ tự động đóng, ngừng việc gia nhiệt cho nước cấp

11.Điều chỉnh van để duy trì áp suất ở khoảng 6 ÷ 7 bar

12.Kiểm tra sự làm việc của bẫy hơi Kiểm tra sự làm việc của bơm ngưng

Chú ý:

- Đối với bình ngưng: hệ thống làm mát phải đang làm việc Đường thông với khí quyển phải mở

- Van hơi chính và van xả nước của bộ tách nước phải mở

- Bộ quá nhiệt phải đóng

b) Khởi động bộ quá nhiệt

1 Đặt nhiệt độ hơi quá nhiệt trên bộ điều chỉnh nhiệt độ trên bảng điều khiển

chính ở một giá trị thích hợp (170 ÷ 180°C)

2 Bật công tắc trên bảng điều khiển chính cho bộ quá nhiệt làm việc.

3 Khi nhiệt độ hơi quá nhiệt >240°C thì bộ quá nhiệt tự ngừng làm việc.

Chú ý: Bộ quá nhiệt chỉ cho phép đóng công tắc làm việc khi lò hơi đang làm

việc và khi đã có hơi ra

c) Khởi động turbine

1 Kiểm tra van stop tác động nhanh có ở vị trí làm việc không (cần tác động có

được mắc ở vị trí đóng van chưa?)

2 Kiểm tra bằng tay khả năng quay của roto tuabin.

3 Kiểm tra tất cả các đường xả tuabin đã mở chưa.

4 Mở van hơi bằng cách tác động vào các nút trên bộ điều khiển áp suất Bộ điều

chỉnh này sau đó nên được đặt ở chế độ tác động bằng tay Tuabin vẫn chưa được quay, hỗn hợp hơi nước thoát ra ba đường xả đầu tiên

5 Mở van hơi chen để gia nhiệt đường ống hơi chén Hỗn hợp hơi nước thoát ra

trên cả bốn đường xả

6 Khi toàn bộ van stop tác động nhanh và hệ thống van điều chỉnh lưu lượng đã

nóng tới khoảng 80 ÷ 100°C thì đóng hai van xả đầu tiên lại

7 Tuabin được sấy nóng và quay với tốc độ 500 ÷ 1000 vòng/phút không tải trong

vài phút

2 Cấu trúc hệ thống DCS và thao tác vận hành.

2.1.1 Cấu trúc hệ thống DCS.

Hình 1-1: Sơ đồ DCS

Hệ thống điều khiển phân tán DCS là hệ thống điều khiển và giám sát mà trong đó chức năng điều khiển được phân tán triệt để xuống các bộ điều khiển cấp dưới (Các trạm điều khiển cục bộ, gần với đối tượng công nghệ)

Hệ thống điều khiển phân tán DCS có cấu trúc gồm 2 phần: phần cứng và phần mềm

Phần cứng:

 Cấp quản lý, giám sát

SUPERVISORS PC: Giám sát chung

HISTORIAN: Là các máy tính có dung lượng lớn dùng để lưu trữ các thông tin vận hành

EWS (Engineering work station): Trạm kỹ thuật, phân quyền, cấu hình, lập trình Máy chủ OPC-OPC SERVER: Quản lý truyền dữ liệu qua giao thức mạng khác nhau

 Cấp giao diện vận hành

HIS (Human Interface station): Là các máy tính thiết kế riêng để điều khiển nhà máy

 Cấp điều khiển

Trạm điều khiển LFCS và PFCS

FCS (Field control station): trạm điều khiển tại chỗ

 Cấp chấp hành

Hệ thống điều khiển Mark V

Các trạm điều khiển PLC

Các trạm điều khiển tại chỗ

 Ngoài ra hệ thống còn gôm có 2 mạng:

Vnet: kết nối giữa các trạm điều khiển với nhau

LAN/Ethernet: kết nối giữa các máy tính vận hành và hệ thống mạng nội bộ của nhà máy

Phần mềm:

Bao gồm hệ điều hành, thường sử dụng hệ điều hành windowns và các phần mềm ứng dụng khác như: Composer, Nsvigator, Configure Server Acrobat, Excel…

2.1.2 Thao tác vận hành

Một Motor điện áp thấp được lấy làm ví dụ giải thích cách thực hiện chi tiết, tất cả các điều khiển khác sẽ có cách hoạt động như vậy phù hợp với nó

 Biểu tượng làm sinh động vị trí của bơm, trong hình điều khiển ngừng

 “Read Before Operate” là chữ xác định trước được sử dụng để duy trì cho người vận hành, chữ đánh dấu này được đặt tới 2, nghĩa là “Đọc trước khi vận hành”

 “NHLT” là chữ hướng dẫn vận hành Trong hình này, điều khiển không sẵn sàng

 Nháy đúp trái chuột lên đối tượng sẽ mở ra Faceplate điều khiển Có ba lựa chọn với Faceplate điều khiển tự động/bằng tay khi sử dụng cho điều khiển này Trong hình này điều khiển được lựa chọn là “Manual” (bằng tay) Khối phản hồi hiển thị 3 chỉ ra thiết bị ngừng

 Người vận hành có thể lựa chọn chế độ Station (Auto/Manual) Trong chế

độ Manual cho phép người vận hành ra lệnh ON/OFF

 Chuột phải lên đối tượng sẽ mở ra Menu, sau đó nháy lên “local/Remote” sẽ

mở ra Faceplate để lựa chọn local/Remote Lựa chọn đôi không có điều khiển Auto/Man được sử dụng cho lựa chọn Local/Remote

 Người vận hành có thể lựa chọn vị trí vận hành sử dụng Faceplate này Lựa chọn “Local” sec không có phép lệnh đầu ra điều khiển từ DCS Khi lựa chọn “Remote” sẽ cho phép vận hành từ DCS

Tương tự như trên ta ấn chuột phải nên đối tượng và chọn các mục…

3 Thuyết minh chi tiết sơ đồ vòng điều chỉnh mức nước bao hơi.

Hình 1-2: Lưu đồ P&ID của vòng điều chỉnh mức nước bao hơi Đây là sơ đồ điều chỉnh 3 xung lượng:

 Mức nước bao hơi

 Lưu lượng nước cấp

 Lưu lượng hơi

3.1.1 Danh mục các thiết bị trường

 LT-104 level boiler hãng Yokogawa

EJA 110A-FMA4B-97DB/D3

Field bus communication

Calib range :0-600mm H2O

 FT-104 Flow softtended water to boiler hãng Yokogawa

Field bus communication

Calib range : 0-10 m3/h

 FT-103 Flow steam to turbine hãng Yokogawwa

DY040-FBLBA1-2D

Field bus communication

Calib range : 0-200 m3/h

3.1.2 Sơ đồ điều chỉnh 3 xung lượng

3.1.3 Sơ đồ P&ID

3.1.4 Vòng điều chỉnh mức nước bao hơi.

Tín hiệu mức nước là tín hiệu phản hồi, tín hiệu về lưu lượng hơi là tín hiệu tiền định phản ánh trạng thái của phụ tải hơi

Khi lưu lượng hơi thay đổi tín hiệu này được truyền ngay vào bộ điều chỉnh nước cấp trước khi mức nước thay đổi và bộ điều chỉnh nước cấp thay đổi lượng nước cấp vào lò để cân bằng với sản lượng hơi

Hoạt động của vòng điều chỉnh:

 Bình thường khi lưu lượng hơi cần sản xuất không đổi (phụ tải không đổi),

do đố đầu vào của bộ điều chỉnh lưu lượng cũng không thay dổi và lượng nước cấp vào lò hơi cũng không đổi

 Khi lưu lượng hơi sản xuất giảm đi (phụ tải giảm xuống) thì mức nước trong

bộ điều chỉnh hơi giảm theo, tín hiệu điều chỉnh độ mở của van cấp giảm, lưu lượng nước cấp vào bao hơi giảm đi và do đó mức nước trong bao hơi sẽ giảm xuống trở về trạng thái ổn định

 Khi lưu lượng hơi sản xuất tăng lên (phụ tải tăng) thì mức nước trong bao hơi sẽ bị gimm xuống, tín hiệu vào bộ điều chỉnh mức nước tăng lên, tín hiệu vào bộ điều chỉnh lưu lượng theo đó cũng tăng lên, độ mở van sẽ được tăng làm cho lượng nước cấp vào lò nhiều hơn, do đó mà mức nước lại tăng lên trở về mức ổn định

4 Nguyên lý đo lường /hoạt động của các cảm biến và cơ cấu chấp hành

4.1.1 Thiết bị đo áp suất

a) Phân loại cảm biến áp suất

1 Cảm biến áp suất kiểu tụ

2 Cảm biến áp suất kiểu cộng hưởng

3 Cảm biến áp suất kiểu áp điện

4 Cảm biến áp suất kiểu áp trở

Trong trường hợp đo áp suất bao hơi ta dùng cảm biến kiểu áp trở

b) Cảm biến áp suất kiểu áp trở

 Nguyên lý

Nguyên lý làm việc chung của các vi cảm biến loại này dựa trên sự thay đổi độ biến dạng của cấu trúc màng (các phần tử nhạy cơ) được chuyển thành tín hiệu điện tương ứng nhờ các áp điện trở được cấy trên phần tử nhạy cơ Khi phần tử nhạy cơ của vi cảm biến bị uốn cong, các áp điện trở sẽ thay đổi giá trị Độ nhạy cũng như vùng làm việc tuyến tính của vi cảm biến phụ thuộc rất nhiều vào kích thước cấu trúc cơ, dạng và kích thước các áp điện trở, vị trị các áp điện trở trên phần tử nhạy cơ

 Cấu tạo

Cảm biến được chế tạo trên một đế Silic loại n có định hướng bề mặt, bằng phương pháp ăn mòn điện hóa, màng Silic được tạo ra với kích thước và bề dày để nhạy với các tín hiệu áp suất Sau đó bốn điện trở được đặt lên màng silicon tại trung tâm của các cạnh hình vuông bằng phương pháp khuếch tán Boron từ nguồn tạp

hoặc bằng phương pháp cấy ion tạo thành cầu Wheatstone Hai điện trở được đặt song song với cạnh màng, hai điện trở còn lại được đặt vuông góc với cạnh màng, các cạnh màng theo định hướng

Cảm biến được cấu tạo bởi hai thành phần chính là thành phần màng và thành phần áp trở Màng cảm biến có thể có nhiều hình dạng khác nhau như hình tròn, hình vuông, hình chữ nhật… Tùy theo yêu cầu về dải áp suất, cũng như yêu cầu về

độ nhạy mà sẽ có kích thước và độ dày khác nhau

Hình 1-3:Mặt cắt ngang và cách bố trí áp trở trên màng cảm biến

Áp trở thì được tạo bằng phương pháp khuếch tán hay phương pháp cấy ion Áp trở cũng có nhiều hình dạng khác nhau, có thể chỉ đơn giản là một dạng chữ nhật nhưng cũng có thể là các điện trở uốn khúc để tăng độ nhạy cho cảm biến

4.1.2 Thiết bị đo lưu lượng

Trong công nghiệp thiết bị đo lưu lượng tiết lưu được dùng phổ biến nhất

Kiểu cảm biến này dựa vào phép đo áp suất rơi trên một đoạn ống thu hẹp Các ống venturi, các tấm orfice và các nozzle là những ví dụ về các thiết bị giảm á thường được đặt trong đường ống quá trình để đo lưu lượng Cả ba đều tạo nên một chênh lệch áp suất mà có thể dễ dàng đo được và từ đó tính được lưu lượng thể tích Một

số ưu điểm của phương pháp này:

 Giá thành tương đối thấp

 Dễ lắp đặt và thay thế

 Không có bộ phận chuyển động

 Thích hợp với nhiều loại vật liệu, dải nhiệt độ và áp suất hoạt động rộng Các cảm biến hoạt động dựa vào sự giới hạn sử dụng một yếu tố đố là khi dòng

dòng chảy khi đó sẽ tăng lên để đảm bảo cùng một lượng môi chất chảy qua trong một khoảng thời gian Sự thay đổi về vận tốc làm giảm áp suất tĩnh nơi mà dòng chảy tăng tốc Độ thay đổi áp suất này có thể được đo lại, quan hệ áp suất và lưu lượng là một hàm căn bậc hai

Hình 1-4: Cấu tạo thiết bị đo lưu lượng

4.1.3 Thiết bị đo nhiệt độ

Hiện tại cặp nhiệt được sử dụng để đo nhiệt độ trong công nghiệp phổ biến nhất

 Nguyên lý làm việc:

Phương pháp đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt là một trong những phương pháp phổ biến và thuận lợi nhất Phương pháp đo nhiệt độ này dựa trên hiệu ứng nhiệt điện

 Cấu tạo:

Cặp nhiệt cấu tạo bởi hai dây dẫn khác loại hàn với nhau ở 1 đầu gọi là điểm nóng hay là điểm làm việc đặt tại nơi cần đo nhiệt độ, đầu kia không hàn nối vào thiết bị

đo gọi là điểm lạnh hay điểm nguội Cặp nhiệt còn có tên là pin nhiệt điện vì nó là nguồn phát ra sức điện động Sức điện động phát ra từ cặp nhiệt được đo bằng thiết

bị đo điện áp nhỏ ví dụ Milivolmet

4.1.4 Van điều chỉnh

Van điều chỉnh sử dụng trong nhà máy nhiệt điện mini là kiểu khí nén

 Cấu tạo:

Hình 1-5: Cấu tạo van điều chỉnh

 Nguyên lý truyền động:

Áp suất điều khiển sẽ qua cơ cấu truyền động khí nén điều chỉnh độ mở của van