Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Tuabin hơi và hệ thống thiết bị phụ (Mã môn học: ELEO54059) do Trường Cao đẳng Dầu khí biên soạn và ban hành theo Quyết định số 213/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022 tại Bà Rịa – Vũng Tàu. Nhóm tác giả tham gia biên soạn gồm: Lê Thị Thu Hường, Ninh Trọng Tuấn và Nguyễn Xuân Thịnh.

Trong chương trình đào tạo nghề Vận hành nhà máy nhiệt điện (trình độ Trung cấp và Cao đẳng), đây là môn học chuyên môn nghề bắt buộc có thời lượng 04 tín chỉ (tổng cộng 75 giờ, gồm 42 giờ lý thuyết, 29 giờ thực hành, thảo luận, bài tập và 04 giờ kiểm tra). Môn học được bố trí sau các học phần kỹ thuật cơ sở như Mạch điện cơ bản (ELEI52033), Đo lường điện (ELEI53115), Tổng quan về nhà máy nhiệt điện (ELEO52056), Lò hơi và hệ thống thiết bị phụ (ELEO54031); đồng thời là tiền đề cho học phần thực hành Vận hành Tua-bin hơi và hệ thống thiết bị phụ 1 (ELEO55162).

Mục tiêu học tập của giáo trình nhằm trang bị cho người học:

  • Trình bày được phân loại, cấu tạo cơ học và nguyên lý làm việc của tuabin hơi (xung lực, phản lực).
  • Mô tả chi tiết kết cấu phần tĩnh (stator, xilanh, cánh tĩnh, vòi phun) và phần động (rotor, bánh đĩa, cánh động, vành chèn, gối trục).
  • Giải thích các chu trình nhiệt động lực học (Rankine lý tưởng, Rankine thực tế có gia nhiệt hồi nhiệt và quá nhiệt trung gian).
  • Phân tích nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển, hệ thống bảo vệ an toàn nhiều cấp và các cụm thiết bị phụ trợ trong gian máy tuabin.
  • Hình thành tác phong làm việc kỹ thuật: ngăn nắp, thận trọng, tỉ mỉ và chính xác trong quy trình công nghệ vận hành nhiệt điện.

Giáo trình được cấu trúc thành 3 chương theo trình tự từ lý thuyết chu trình nhiệt động cơ sở đến phân tích kết cấu cơ khí chi tiết và khảo sát toàn diện hệ thống thiết bị phụ trợ đồng bộ.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được phân bổ qua 3 chương trọng tâm:

  • Chương 1: Tổng quan về Tua-bin hơi (10 giờ: 6 LT, 4 TH/TL/BT)
    Cung cấp lịch sử phát triển ngành chế tạo tuabin hơi (từ các dòng máy LMZ, KhTGZ, NZL, UTMZ, KTZ của Liên Xô đến các tổ máy hiện đại của Siemens, GE, Mitsubishi, Toshiba); sơ đồ công nghệ nhà máy nhiệt điện ngưng hơi đơn giản; định nghĩa tuabin dọc trục, tuabin hướng kính; các thông số định mức ($p_0, t_0, p_k, t_k$), công suất trong, công suất định mức, công suất kinh tế ($0,85 \div 0,95$ công suất định mức); cấu tạo và nguyên lý biến đổi năng lượng của tầng xung lực và tầng phản lực; chu trình nhiệt động lực học Rankine (chu trình lý tưởng, chu trình thực, chu trình có hồi nhiệt và quá nhiệt trung gian qua ví dụ tổ máy 300 MW Phả Lại II).

  • Chương 2: Tua-bin hơi nước (20 giờ: 12 LT, 7 TH/TL/BT, 1 KT)
    Trình bày các tiêu chí phân loại tuabin (theo quá trình nhiệt, số tầng cánh, hướng dòng hơi, số thân máy từ 1 đến 4 thân, phương pháp phân phối hơi tiết lưu/ống phun, thông số áp suất hơi từ thấp áp $1,2 \div 2\text{ bar}$ đến trên tới hạn $235,5\text{ bar} / 560^\circ\text{C}$); cấu tạo chi tiết rotor rèn nguyên khối, xilanh/thân tuabin đơn và thân kép chịu nhiệt, kết cấu cánh động mộng chữ T và mộng cây thông ngược (có tôi cứng mép vào $25\text{ mm}$ chống xói mòn hạt ẩm), gối đỡ trục và gối đỡ chặn; bộ quay trục bằng vật liệu 42CrMo4; bộ chèn hơi; thông số vận hành định mức của tổ máy 300 MW (vận tốc 3000 v/p, 7 cửa trích hơi); cấu trúc 4 cấp bảo vệ tuabin gồm van dừng nhanh (Stop valve), van điều chỉnh, cụm van điện từ OPC, AST, rơle bộ điều tốc sự cố và cơ cấu chốt văng an toàn ly tâm.

  • Chương 3: Thiết bị phụ tua-bin hơi (45 giờ: 24 LT, 19 TH/TL/BT, 2 KT)
    Khảo sát toàn bộ hệ thống phụ trợ: Thiết bị ngưng tụ (bình ngưng 1 và 2 chặng đường nước); Thiết bị hút chân không (Ejector hơi 1-2 cấp, ejector nước KhTGZ); Thiết bị khử khí kiểu nhiệt (cột khử khí nằm ngang và đứng); Bình gia nhiệt hồi nhiệt hạ áp kiểu mặt sàng và cao áp kiểu $\Pi\text{B}$ (cấu trúc 3 khoang, hộp van tự động bảo vệ điện - thủy lực); Hệ thống tuần hoàn nước ngưng, nước cấp, nước làm mát hở; Thiết bị trở trục (phân tích biến dạng cong nhiệt của rotor khi ngừng máy, bộ quay trục K-100-90 LMZ); Hệ thống dầu bôi trơn và dầu điều khiển (bể dầu $12,5\text{ m}^3$, bơm dầu chính MOP, bơm dầu nâng trục JOP, bơm dầu khẩn cấp EOP, bình bù áp khí $\text{N}_2$, van 3 ngã, bộ lọc và quạt hút hơi dầu).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Lý thuyết nhiệt động học chu trình hơi nước: Phân tích biến thiên entanpy ($i$), entropy ($s$), quá trình giãn nở sinh công và truyền nhiệt trên đồ thị $i-s$. Đánh giá hiệu suất nhiệt chu trình Rankine tăng từ $\approx 0,30$ (ngưng hơi thuần túy) lên $\approx 0,50$ khi tích hợp các cửa trích hơi gia nhiệt hồi nhiệt (từ 4 đến 8 bình gia nhiệt).
  • Nguyên lý khí động lực học dòng hơi: Quy luật biến đổi áp suất ($P$) và vận tốc ($V$) của dòng hơi quá nhiệt qua ống phun nozzle tĩnh và dãy cánh động quay; cơ chế lực dọc trục và giải pháp cân bằng bằng đĩa cân bằng hoặc piston giảm tải.
  • Cơ sở giãn nở nhiệt và ứng suất nhiệt cơ khí: Cơ chế phân bố nhiệt độ không đồng đều giữa phần trên và phần dưới thân tuabin khi nguội dần; sự hình thành độ cong vì nhiệt của trục rotor; nguyên lý định vị "điểm chết" và chốt giãn nở tự do trên bệ móng ($10 \div 15\text{ mm}$).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật chuyên môn: Đọc và phân tích bản vẽ sơ đồ nhiệt nguyên lý NMNĐ (như sơ đồ tổ máy 300 MW Phả Lại II, Hải Phòng I); nhận diện kết cấu cơ khí chính xác của cánh tầng cao áp, trung áp và hạ áp.
  • Kỹ năng phân tích thông số vận hành: Theo dõi, đánh giá các thông số giới hạn: áp suất hơi mới ($166,7\text{ barA}$), nhiệt độ hơi mới ($538^\circ\text{C}$), áp suất chân không bình ngưng ($51\text{ mmHg}$), áp suất dầu bôi trơn ($0,034 \div 0,048\text{ MPa}$), tốc độ quay định mức ($3000\text{ v/p}$).
  • Năng lực kiểm tra và xử lý an toàn: Thực hiện quy trình thử nghiệm độc lập chốt an toàn số 1 và số 2 trên hộp thử nghiệm bảo vệ tuabin; nhận diện các tín hiệu tác động dừng khẩn cấp (Main Fuel Trip, lỗi bộ điều khiển DEH/TGR/EHG, bảo vệ máy phát 86G, độ rung/độ đảo trục tăng).

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình quy định cụ thể phương pháp tổ chức dạy học theo chuẩn đào tạo nghề kỹ thuật:

                      PHÂN PHỔI THỜI LƯỢNG MÔN HỌC (75 GIỜ)
  • Phương pháp giảng dạy của giảng viên: Áp dụng phương pháp giảng dạy tích cực gồm diễn giảng lý thuyết, vấn đáp kỹ thuật và dạy học giải quyết vấn đề (problem-based learning). Thiết kế giáo án tích hợp theo từng bài/buổi giảng; chuẩn bị hệ thống phiếu học tập cá nhân và nhóm; sử dụng công cụ trực quan hóa (máy chiếu, tranh vẽ kết cấu cắt dọc xilanh, video mô phỏng động học dòng hơi qua tầng cánh và quy trình trở trục).
  • Phương pháp học tập của người học: Chủ động nghiên cứu trước giáo trình và tài liệu tham khảo trước buổi học; hoàn thành các bài tập tình huống vận hành trên phiếu học tập; tham gia thảo luận nhóm về nguyên nhân sự cố cơ - nhiệt; tuân thủ nghiêm ngặt quy định an toàn gian máy.
  • Cơ sở vật chất và trang thiết bị yêu cầu: Phòng học lý thuyết chuyên môn hóa; máy chiếu; bản vẽ kỹ thuật chi tiết; mô hình cơ cấu bảo vệ kiểu chốt văng và vòng an toàn; tài liệu hướng dẫn quy trình vận hành.
  • Quy trình kiểm tra và đánh giá kết quả học tập:
    • Đánh giá thường xuyên (02 bài): Thực hiện bằng hình thức kiểm tra vấn đáp trên lớp, kiểm tra viết ngắn ($\le 30\text{ phút}$), hoặc chấm điểm phiếu bài tập thực hành.
    • Kiểm tra định kỳ (04 bài, thời lượng $45 \div 60\text{ phút}$/bài):
      • Bài kiểm tra số 1: Lý thuyết Chương 1 ($45 \div 60\text{ phút}$).
      • Bài kiểm tra số 2: Lý thuyết Chương 2 ($45 \div 60\text{ phút}$).
      • Bài kiểm tra số 3: Lý thuyết Chương 3 ($45 \div 60\text{ phút}$).
      • Bài kiểm tra số 4: Thực hành giải bài tập hệ thống Chương 3 ($45 \div 60\text{ phút}$).
    • Thi kết thúc môn học: Bài thi lý thuyết tổng hợp, thời lượng $45 \div 60\text{ phút}$.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tích hợp dữ liệu công nghệ thực tế từ các nhà máy điện tại Việt Nam: Giáo trình không chỉ trình bày lý thuyết thuần túy mà trực tiếp đưa vào các dữ liệu thiết kế và sơ đồ công nghệ của các tổ máy thực tế đang vận hành trong nước, tiêu biểu là sơ đồ nhiệt nguyên lý chu trình tái nhiệt tổ máy 300 MW của Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại II (Hình 1.9), cấu tạo xilanh trung áp và cánh động hạ áp của Nhà máy Nhiệt điện Hải Phòng I (Hình 2.2, Hình 2.3).
  • Hệ thống hóa thiết bị phụ trợ với tỷ trọng chuyên sâu: Chương 3 được bố trí tới 45/75 giờ (chiếm 60% toàn bộ thời lượng môn học), cung cấp đầy đủ sơ đồ cấu tạo và nguyên lý của toàn bộ chuỗi thiết bị nhiệt: bình ngưng, ejector hút chân không, bình khử khí nhiệt, hệ thống bình gia nhiệt cao áp $\Pi\text{B}$ cấu trúc 3 khoang, thiết bị quay trục K-100-90 LMZ và hệ thống bể dầu tuần hoàn.
  • Mô tả chi tiết nguyên lý điều khiển và bảo vệ đa tầng: Giáo trình cập nhật cấu trúc điều khiển điện - thủy lực DEH phối hợp cơ cấu cơ khí; làm rõ cơ chế tự động bảo vệ qua 4 cấp độc lập: van điện từ OPC chống vượt tốc ở $3300\text{ v/p}$, van điện từ AST kết hợp chốt văng ngắt hơi sự cố ở $3330 \div 3360\text{ v/p}$, cơ cấu đòn bẩy cơ khí và nút dừng khẩn cấp bằng tay tại van Stop.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Học sinh, sinh viên: Áp dụng trực tiếp cho hệ Trung cấp và Cao đẳng chuyên ngành Vận hành nhà máy nhiệt điện.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học đại cương và chuyên môn cơ sở trước khi học giáo trình này, bao gồm: Mạch điện cơ bản (ELEI52033), An toàn điện (ELET5201), Điện kỹ thuật cơ bản (ELEO53012), Đo lường điện (ELEI53115), Tổng quan về nhà máy nhiệt điện (ELEO52056), và Lò hơi và hệ thống thiết bị phụ (ELEO54031).
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm tài liệu khung để thiết kế giáo án bài giảng lý thuyết, biên soạn hệ thống bài tập tình huống trên phiếu học tập, xây dựng ngân hàng đề kiểm tra định kỳ và đề thi kết thúc học phần theo chuẩn đầu ra.
  • Cán bộ kỹ thuật và nhân viên vận hành: Dùng làm tài liệu tham khảo kỹ thuật phục vụ giai đoạn thực tập sản xuất (ELET54153), hoặc phục vụ công tác bồi dưỡng nghiệp vụ quản lý, bảo dưỡng tổ máy tuabin tại các nhà máy nhiệt điện, nhà máy lọc hóa dầu có phân xưởng năng lượng tự dùng.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn phục vụ đào tạo học sinh, sinh viên hệ Trung cấp và Cao đẳng nghề Vận hành nhà máy nhiệt điện; đồng thời là tài liệu tham khảo chuyên môn cho nhân viên vận hành tổ máy tuabin hơi và các hệ thống phụ trợ nhiệt điện.

2. Cần kiến thức nền nào để học?

Người học cần có kiến thức nền tảng về nhiệt động lực học kỹ thuật, mạch điện cơ bản, an toàn điện, đo lường điện và cấu tạo lò hơi đã được trang bị qua các môn học tiên quyết (ELEI52033, ELEO53012, ELEO53115, ELEO52056, ELEO54031).

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các giáo trình lý thuyết chung?

Giáo trình tập trung sâu vào thực tế vận hành với các thông số định mức cụ thể của tổ máy 300 MW (như NMNĐ Phả Lại II, Hải Phòng I); dành 60% thời lượng cho hệ thống thiết bị phụ (bình ngưng, ejector, khử khí, gia nhiệt cao áp/hạ áp, hệ thống dầu); phân tích chi tiết quy trình kiểm tra các van an toàn, chốt văng và 4 cấp bảo vệ cơ - thủy lực.

4. Làm sao để tự học hiệu quả với giáo trình này?

Cần kết hợp đọc kỹ lý thuyết các chu trình nhiệt động học với việc đối chiếu trực tiếp trên sơ đồ nhiệt nguyên lý và bản vẽ cấu tạo cơ khí; trả lời toàn bộ hệ thống câu hỏi trắc nghiệm, câu hỏi thảo luận sau mỗi chương; phân tích mối liên hệ logic giữa tín hiệu đo lường giám sát và tác động đóng mở của hệ thống van bảo vệ.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Tài liệu tham khảo chính thức được trích dẫn trong giáo trình gồm:

  1. Tuabin hơi nước – lý thuyết và cấu tạo, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2005.
  2. Nguyễn Sỹ Mão, Thiết bị lò hơi, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2006.
    Kèm theo là hệ thống phiếu học tập, sơ đồ bản vẽ kỹ thuật khổ lớn và video mô phỏng động lực học thiết bị phụ do bộ môn cung cấp.

Kết luận

Giáo trình Tuabin hơi và hệ thống thiết bị phụ cung cấp hệ thống kiến thức chuẩn hóa, nhất quán từ nguyên lý nhiệt động học chu trình hơi nước đến cấu tạo cơ khí chính xác và công nghệ vận hành các hệ thống thiết bị phụ trong nhà máy nhiệt điện.

Về lộ trình học tập, sau khi hoàn thành học phần này (ELEO54059), người học có đủ cơ sở lý thuyết và kỹ năng nhận định hệ thống để tiếp tục các học phần chuyên sâu tiếp theo gồm: Vận hành Tua-bin hơi và hệ thống thiết bị phụ 1 (ELEO55162, 5 tín chỉ, 135 giờ) và Thực tập sản xuất (ELET54153, 4 tín chỉ, 180 giờ). Người học có thể khai thác thêm các tài liệu kỹ thuật chuyên khảo của NXB Khoa học và Kỹ thuật cùng các quy trình vận hành thiết bị do Trường Cao đẳng Dầu khí ban hành để củng cố chuyên môn.