Luận văn: Thiết kế hệ thống đo môi trường không khí nhà máy nhiệt điện

Tài liệu luận văn thạc sĩ chi tiết thiết kế hệ thống đo và kiểm tra môi trường không khí nhà máy nhiệt điện, từ chọn sensor đến lập trình PLC.

• Tác giả: Phạm Thị Hoan
• Người hướng dẫn: PGS.TS Phạm Thượng Hàn
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Đo lường và các hệ thống điều khiển
• Đề tài: Hệ thống đo và kiểm tra môi trường không khí làm việc tại nhà máy nhiệt điện
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: Không xác định
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Hệ Thống Đo và Kiểm Tra Môi Trường Nhà Máy Nhiệt Điện

Hệ thống đo và kiểm tra môi trường nhà máy nhiệt điện đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe con người và môi trường khí quyển. Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp, các nhà máy điện chạy than, xi măng và hoá chất phát sinh lượng khí thải lớn gây ô nhiễm môi trường nặng nề. Do đó, việc thiết kế hệ thống giám sát tự động để đo lường và cảnh báo mức độ ô nhiễm là vấn đề bức xúc được nhà nước và thế giới quan tâm sâu sắc. Công nghệ đo lường hiện đại giúp giám sát các thông số môi trường không khí như nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ khí CO, CO2 và bụi, từ đó bảo vệ sức khỏe lao động và thiết bị sản xuất.

1.1. Vai Trò của Hệ Thống Giám Sát Môi Trường

Hệ thống giám sát môi trường tại nhà máy nhiệt điện cung cấp dữ liệu thực tế về chất lượng không khí làm việc. Nó giúp phát hiện sớm ô nhiễm khí thải, đưa ra cảnh báo kịp thời và hỗ trợ quản lý nhà máy đưa ra quyết định điều hành phù hợp. Hệ thống này không chỉ bảo vệ sức khỏe công nhân mà còn tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường quốc tế.

1.2. Thông Số Kiểm Tra Chính

Các thông số đo kiểm tra chính bao gồm: nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ khí CO và CO2, cũng như nồng độ bụi trong không khí. Mỗi thông số đều có giới hạn cho phép để bảo đảm an toàn cho công nhân. Việc theo dõi liên tục các thông số này giúp phát hiện những thay đổi bất thường kịp thời.

II. Ảnh Hưởng của Ô Nhiễm Khí Thải Lên Sức Khỏe Con Người

Ô nhiễm môi trường không khí từ nhà máy nhiệt điện gây tác động nghiêm trọng đến sức khỏe lao động. Khí CO2, CO và bụi lơ lửng là những thành phần chính gây hại. Khi nồng độ khí CO2 vượt quá mức cho phép (0,15% theo thể tích), sẽ làm giảm nồng độ oxy trong không khí, gây cảm giác mệt mỏi, chóng mặt và có thể dẫn đến ngạt thở. Khí độc CO gây nguy hiểm hơn khi hít vào có thể dẫn đến tử vong nếu nồng độ quá cao. Bụi lơ lửng gây bệnh về phổi và các bệnh hô hấp mãn tính nếu tiếp xúc dài hạn.

2.1. Tác Động của Khí CO2 Lên Con Người

Khí CO2 ở nồng độ 0,07% được coi là chấp nhận được ngay cả với nhiều người trong phòng. Tuy nhiên, khi nồng độ đạt 0,20-0,50%, trở nên tương đối nguy hiểm, gây kích thích thần kinh và thở sâu. Nếu tiếp xúc kéo dài quá 10 phút ở nồng độ >0,50%, có thể gây mất ý thức, đau đầu và tử vong.

2.2. Ảnh Hưởng của Khí CO và Bụi Lơ Lửng

Khí CO là chất độc gây nguy hiểm ngay cả ở nồng độ thấp. Bụi lơ lửng từ quá trình đốt than gây viêm và tổn thương các mô phổi. Tiếp xúc dài hạn với các chất này dẫn đến bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính và nâng cao nguy cơ ung thư.

III. Cấu Trúc và Thành Phần của Hệ Thống Đo Kiểm Tra

Hệ thống đo kiểm tra môi trường hiện đại bao gồm nhiều thành phần liên kết chặt chẽ. Cảm biến thông minh (sensors) tại các điểm giám sát thu thập dữ liệu về các thông số môi trường không khí. Dữ liệu được truyền tới bộ điều khiển PLC (Programmable Logic Controller) như S7-300 của Siemens, nơi xử lý và phân tích dữ liệu. Kết quả được hiển thị trên giao diện WinCC (Windows Control Center) giúp người vận hành theo dõi thực tế. Hệ thống này có khả năng tự động cảnh báo khi phát hiện vượt quá giới hạn an toàn.

3.1. Cảm Biến và Thiết Bị Thu Thập Dữ Liệu

Cảm biến đầu đo thông minh là trái tim của hệ thống, được lắp đặt tại các vị trí chiến lược trong nhà máy. Chúng sử dụng vi xử lý cấp cao để đo lường chính xác nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ CO, CO2 và bụi. Thiết bị thu thập dữ liệu chuyên biệt xử lý tín hiệu từ cảm biến và chuẩn bị dữ liệu để truyền tới PLC điều khiển.

3.2. Hệ Thống PLC và Giao Diện Giám Sát

Bộ điều khiển PLC S7-300 của Siemens là trung tâm xử lý logic của hệ thống. Nó nhận dữ liệu từ cảm biến, thực hiện các phép toán logic và đưa ra quyết định điều khiển tự động. Phần mềm WinCC cung cấp giao diện hiển thị trực quan, cho phép người vận hành theo dõi tình trạng môi trường thời gian thực và nhận thông báo cảnh báo khi có bất thường.

IV. Phương Pháp Đo Lường và Lựa Chọn Cảm Biến Phù Hợp

Việc lựa chọn cảm biến phù hợp là nền tảng cho độ chính xác của toàn hệ thống đo kiểm tra. Các phương pháp đo hiện đại sử dụng cảm biến điện tử vi mạch thay vì đo cơ khí truyền thống. Với sự phát triển công nghệ, cảm biến thông minh có khả năng tự suy diễn, khử nhiễu và kết nối mạng tốc độ cao. Đối với nhà máy nhiệt điện, cần chọn cảm biến có độ nhạy cao, khả năng chống ăn mòn từ khí thải, và công suất tiêu thụ thấp. Các thông số kỹ thuật như phạm vi đo, độ chính xác, thời gian phản ứng đều phải được cân nhắc kỹ lưỡng để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.

4.1. Các Phương Pháp Đo Lường Tiên Tiến

Phương pháp đo điện tử vi mạch sử dụng vi xử lý cấp cao để xử lý tín hiệu nhanh chóng và chính xác. Công nghệ cảm biến thông minh có khả năng tự động hiệu chuẩn và khử nhiễu, giúp nâng cao độ tin cậy dữ liệu. Hệ thống truyền thông không dây cho phép gửi dữ liệu từ các cảm biến xa về trung tâm điều khiển mà không cần dây dẫn phức tạp.

4.2. Tiêu Chí Lựa Chọn Cảm Biến Cho Nhà Máy Nhiệt Điện

Cảm biến phù hợp cho nhà máy nhiệt điện phải có khả năng chịu nhiệt cao, chống ăn mòn từ khí thải CO, CO2 và chất ô nhiễm khác. Độ chính xác ±5% hoặc tốt hơn là tiêu chí cần thiết. Phạm vi đo rộng từ nồng độ 0-5000 ppm cho khí thải và nhạy cảm cao với bụi lơ lửng là những yêu cầu kỹ thuật chính.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG DO VA KIEM TRA MOL 'TRƯỜNG KHÔNG KHÍ TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 1. Ảnh hưởng của 6 nhiễm môi trường không khí trong nhà máy điện 1.1 Ảnh hưởng của khí CO2 ~ Với sức khoẻ con người: Khí này không độc nhưng khi nồng độ của khí này lớn thì sẽ làm giảm nồng độ O2 trong không khí, gây nên cảm giác mệt mỏi. Khi nồng độ quá lớn có thể dẫn đến ngạt thở.1 trình bày mức độ ảnh hưởng của nồng độ CO2 trong không khí.1: Ảnh hưởng của nồng độ khí CO2 trong không khí Nong độ CO2% Mức độ ảnh hưởng. thể tích 007 Chấp nhận được ngay cả khi có nhiều người trong phòng.

0,10 Nồng độ cho phép trong trường hợp thông thường 015 Nông độ cho phép Khi ding tính toán thong gio 0,20- 0,50 Tương đối nguy hiểm >0,50 Nguy hiểm 425 TIệ thần kinh bị kích thích gây thở sâu và nhịp thở gia tăng. Nếu hít thở trong môi trường này kéo dài thì có thể gay ra nguy hiểm. R Nếu thở trong môi trường này kéo đài 1O phút thì mat do bừng và đau đầu >18 Tiết sức nguy hiểm có thể đân tới tử vong. 'Như vậy theo bảng này khi nồng độ CO2 trong không khí chiếm 0,5% theo thể tích là gây nguy hiểm cho con người.

Nồng độ cho phép trong không khí là 0,15% theo thể tích. ~ Với môi trường khí quyển Theo kết luận của các nhà nghiên cửu thuộc trưởng Đại học Berne - Thụy Sĩ công bế trên tạp chí khoa học Nature ngày 15.5 cho biết nồng độ khí CO; trong Hy: Pham Thi Hoan 4 Gvhd: PGS.TS Pham Thuong Han Luận vàn thạc sĩ khoa học Ngành: 2o lường và các hệ thống điều khiến 1. Cấu trúc hệ thống Hệ thống xây dựng trên cơ sở của một hệ thống đo lường từ xa bao gồm: « Cảm biến đo lường đã được chuyển đổi chuẩn hoá « Thiết bị thu thập số liệu cho từng trạm ứng với từng khu vực được mã hoá xử lý và truyền đi xa + Phần mềm giao diện nhận tín hiệu truyền vẻ qua xử lý tính toán để hiển 1. Các đại lượng đo ® Nhiệt độ, độ ẩm môi trường không khí tại khu vực lò máy và khu vực máy phát © Khí CO tại khu vực máy phát e Khí CO, tại khu vực lò máy e Nồng độ bụi tại khu vực nhiên liệu 1.

Các phương pháp đo và chọn sensor 1. Phương pháp đo nhiệt độ Thông thường nhiệt độ đo được chia thành ba dải: Nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình và cao. Ở nhiệt độ trung bình và thấp: Phương pháp thường đo là phương pháp tiếp xúc nghĩa là các chuyển đổi được đặt trực tiếp ở ngay môi trường cần do. Đối với nhiệt độ cao: đo bằng phương pháp không tiếp xúc, dụng cụ đặt ở ngoài môi trường đo.

Do nhiệt độ cần đo của để tài là nhiệt độ môi trường không khí trong các nhà ° ‘ máy điện nên phương pháp đo nhiệt độ được sử dụng sẽ là các phương pháp tiếp xúc. Có hai loại nhiệt kế tiếp xúc gồm: t ~_ Nhiệt kế nhiệt ngẫu Tình 1.2: Sơ đồ nhiệt kế nhiệt ngẫu Hy: Pham Thi Hoan 10 Gvhd: PGS.TS Pham Thuong Han Luận vàn thạc sĩ khoa học Ngành: 2o lường và các hệ thống điều khiến 1. Cấu trúc hệ thống Hệ thống xây dựng trên cơ sở của một hệ thống đo lường từ xa bao gồm: « Cảm biến đo lường đã được chuyển đổi chuẩn hoá « Thiết bị thu thập số liệu cho từng trạm ứng với từng khu vực được mã hoá xử lý và truyền đi xa + Phần mềm giao diện nhận tín hiệu truyền vẻ qua xử lý tính toán để hiển 1. Các đại lượng đo ® Nhiệt độ, độ ẩm môi trường không khí tại khu vực lò máy và khu vực máy phát © Khí CO tại khu vực máy phát e Khí CO, tại khu vực lò máy e Nồng độ bụi tại khu vực nhiên liệu 1.

Các phương pháp đo và chọn sensor 1. Phương pháp đo nhiệt độ Thông thường nhiệt độ đo được chia thành ba dải: Nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình và cao. Ở nhiệt độ trung bình và thấp: Phương pháp thường đo là phương pháp tiếp xúc nghĩa là các chuyển đổi được đặt trực tiếp ở ngay môi trường cần do. Đối với nhiệt độ cao: đo bằng phương pháp không tiếp xúc, dụng cụ đặt ở ngoài môi trường đo.

Do nhiệt độ cần đo của để tài là nhiệt độ môi trường không khí trong các nhà ° ‘ máy điện nên phương pháp đo nhiệt độ được sử dụng sẽ là các phương pháp tiếp xúc. Có hai loại nhiệt kế tiếp xúc gồm: t ~_ Nhiệt kế nhiệt ngẫu Tình 1.2: Sơ đồ nhiệt kế nhiệt ngẫu Hy: Pham Thi Hoan 10 Gvhd: PGS.TS Pham Thuong Han Luận vàn thạc sĩ khoa học Ngành: 2o lường và các hệ thống điều khiến 1. Cấu trúc hệ thống Hệ thống xây dựng trên cơ sở của một hệ thống đo lường từ xa bao gồm: « Cảm biến đo lường đã được chuyển đổi chuẩn hoá « Thiết bị thu thập số liệu cho từng trạm ứng với từng khu vực được mã hoá xử lý và truyền đi xa + Phần mềm giao diện nhận tín hiệu truyền vẻ qua xử lý tính toán để hiển 1. Các đại lượng đo ® Nhiệt độ, độ ẩm môi trường không khí tại khu vực lò máy và khu vực máy phát © Khí CO tại khu vực máy phát e Khí CO, tại khu vực lò máy e Nồng độ bụi tại khu vực nhiên liệu 1.

Các phương pháp đo và chọn sensor 1. Phương pháp đo nhiệt độ Thông thường nhiệt độ đo được chia thành ba dải: Nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình và cao. Ở nhiệt độ trung bình và thấp: Phương pháp thường đo là phương pháp tiếp xúc nghĩa là các chuyển đổi được đặt trực tiếp ở ngay môi trường cần do. Đối với nhiệt độ cao: đo bằng phương pháp không tiếp xúc, dụng cụ đặt ở ngoài môi trường đo.

Do nhiệt độ cần đo của để tài là nhiệt độ môi trường không khí trong các nhà ° ‘ máy điện nên phương pháp đo nhiệt độ được sử dụng sẽ là các phương pháp tiếp xúc. Có hai loại nhiệt kế tiếp xúc gồm: t ~_ Nhiệt kế nhiệt ngẫu Tình 1.2: Sơ đồ nhiệt kế nhiệt ngẫu Hy: Pham Thi Hoan 10 Gvhd: PGS.TS Pham Thuong Han Luận vàn thạc sĩ khoa học Ngành: 2o lường và các hệ thống điều khiến nhân hít phải không khí bị nhiễm độc nây trong vòng một giờ đầu tiên thì chưa bị ảnh hưởng, nhưng trong giờ thứ hai trở đi, tình trạng ngất xỉu có thể xảy ra. Nghĩa là trong giờ đầu tiên, con người chưa bị ảnh hưởng nhiều vì CO đang còn trong. giai đoạn kết hợp với hồng huyết cầu.

Nhưng sau đó, vì thiếu oxy cho cơ thể cho tiên người công nhân sẽ thở mạnh, ngán, hơi thở đứt quãng khi lượng CO trong máu lên đến 20 đến 30%. Từ 30 đến 50%, thân kinh sẽ bị giao động, chóng mặt, thị giác không còn hoạt động được nữa và sẽ đưa đến hôn mê. Nếu bị tiếp nhiễm. trên 50% CO, có thể bị từ vong sau đó.

Vậy trong không khí thì với nồng độ khoảng 0,01% (100 ppm) CO có thể làm nhức đầu, với 0,1% (1000 ppm) có thể làm chết người trong vòng 3 phút. Ảnh hưởng của bụi Bụi là những hạt chất rắn nhỏ, thông thường là những hạt có đường kính nhỏ hơn 75 gum, tự lắng xuống do trọng lượng của chúng nhưng vẫn có thể lơ lừng một thời gian. Kích thước càng nhỏ thì càng có hại vì nó tồn tại trong không. khí lâu và khả năng thâm nhập vào cơ thể sâu hơn và rất khó khử bụi.

Hạt bụi lớn thi khả năng khử đễ đàng hơn nên ít ảnh hưởng đến con người ~ Bụi gây ra những tác hại về mặt kỹ thuật như: « — Bám vào máy móc thiết bị làm cho máy móc thiết bị chóng mòn. s _ Bám vào các ổ trục làm tâng ma sắt. «_ Bám vào các mạch động cơ diện gây hiện tượng đoãn mạch và có thể làm cháy động cơ điện. ~ Bụi chủ yếu gây tác hại lớn đối với sức khoẻ của người lao động.

© Đối với da và niêm mạc: bụi bám vào da làm sưng lố chân lông dẫn đến bệnh viêm đa, còn bám vào niêm mạc gây ra viêm niêm mạc. «_ Đối với mất: bụi bám vào mắt gây ra các bệnh về mắt như viêm màng tiếp hợp, viêm giác mạc. Nếu bụi nhiễm siêu vi trùng mắt hột sẽ gây bệnh mắt hột. Bụi kim loại có cạnh sắc nhọn khi bám vào mắt làm xây xát hoặc thùng giác mạc, làm giảm thị lực của mát.

Nếu là bụi vôi khi bần vào mắt gây bỏng mắt, Hy: Pham Thi Hoan 6 Gvhd: PGS.TS Pham Thuong Han Luận vàn thạc sĩ khoa học Ngành: 2o lường và các hệ thống điều khiến 1. Cấu trúc hệ thống Hệ thống xây dựng trên cơ sở của một hệ thống đo lường từ xa bao gồm: « Cảm biến đo lường đã được chuyển đổi chuẩn hoá « Thiết bị thu thập số liệu cho từng trạm ứng với từng khu vực được mã hoá xử lý và truyền đi xa + Phần mềm giao diện nhận tín hiệu truyền vẻ qua xử lý tính toán để hiển 1. Các đại lượng đo ® Nhiệt độ, độ ẩm môi trường không khí tại khu vực lò máy và khu vực máy phát © Khí CO tại khu vực máy phát e Khí CO, tại khu vực lò máy e Nồng độ bụi tại khu vực nhiên liệu 1. Các phương pháp đo và chọn sensor 1.

Phương pháp đo nhiệt độ Thông thường nhiệt độ đo được chia thành ba dải: Nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình và cao. Ở nhiệt độ trung bình và thấp: Phương pháp thường đo là phương pháp tiếp xúc nghĩa là các chuyển đổi được đặt trực tiếp ở ngay môi trường cần do. Đối với nhiệt độ cao: đo bằng phương pháp không tiếp xúc, dụng cụ đặt ở ngoài môi trường đo. Do nhiệt độ cần đo của để tài là nhiệt độ môi trường không khí trong các nhà ° ‘ máy điện nên phương pháp đo nhiệt độ được sử dụng sẽ là các phương pháp tiếp xúc.

Có hai loại nhiệt kế tiếp xúc gồm: t ~_ Nhiệt kế nhiệt ngẫu Tình 1.2: Sơ đồ nhiệt kế nhiệt ngẫu Hy: Pham Thi Hoan 10 Gvhd: PGS.TS Pham Thuong Han Luận vàn thạc sĩ khoa học Ngành: 2o lường và các hệ thống điều khiến (hơi quá nhiệt, từ đó hơi quá nhiệt được đưa sang làm quay tuabin và tuabin kéo máy phát diện quay và phát ra điện. Điện nàng Nước *' Hơi | Cơ năng [—*| Máy phát = Hơi ngưng tụ Hình 1.