Khoa học công nghệ ngành Công Thương

Thứ tư, 15/05/2024 | 22:14

Thứ tư, 15/05/2024 | 22:14

Hoạt động của tổ chức KHCN

Cập nhật lúc 10:35 ngày 07/09/2022

Một số giải pháp về thiết kế, chế tạo và cung cấp thiết bị trao đổi nhiệt cho các nhà máy điện

1. Đặt vấn đề
Trong các nhà máy công nghiệp nói chung, các nhà máy thủy điện ((NMTĐ), nhiệt điện nói riêng sử dụng rất nhiều các thiết bị trao đổi nhiệt (TĐN). Trong đó, loại thiết bị TĐN kiểu ống (cấu tạo gồm các ống TĐN trơn hoặc có cánh), loại vỏ và chùm ống v.v… được sử dụng phổ biến hơn cả. Thiết bị TĐN kiểu ống thường sử dụng để làm mát dầu bôi trơn trong ổ trục tua bin, máy phát, các động cơ máy nghiền và hệ thống làm mát không khí máy phát điện. Thực tế cho thấy, ở hầu hết các dự án NMTĐ, nhiệt điện khi xây dựng mới thì các thiết bị TĐN đều do các nhà thầu nước ngoài cung cấp đi kèm với thiết bị chính. Trong quá trình vận hành, do dòng nước có phù sa gây áp lực chảy trong ống làm mài mòn ống, bám bẩn lên thành ống làm giảm hiệu suất TĐN, nên sau một thời gian làm việc các bộ phận TĐN bị hỏng, cần phải thay thế. Để đảm bảo cho thiết bị, nhà máy được vận hành sản xuất ổn định thường xuyên, ở các kỳ sửa chữa thường xuyên hoặc kỳ trung, đại tu của các nhà máy điện đều có nhu cầu thay thế nhiều các thiết bị TĐN. 
Nắm bắt được nhu cầu đó, Viện Nghiên cứu Cơ khí (Narime) chủ động nghiên cứu, tính toán thiết kế, đã hoàn toàn làm chủ công nghệ chế tạo các loại bộ TĐN, hơn 15 năm nay đã cung cấp hàng loạt thiết bị TĐN cho các NMTĐ, nhiệt điện và các nhà máy công nghiệp khác. Có thể kể ra như: chế tạo, cung cấp các bộ làm dầu kiểu ống, trơn, có cánh, kiểu vỏ và chùm ống để làm mát dầu ổ đỡ máy phát, ổ hướng máy phát, tua bin, các bộ làm mát không khí máy phát cho các NMTĐ: Hòa Bình, Ialy, Thác Mơ, Sơn La, Huội Quảng, nhiệt điện Phả Lại… Đặc biệt là cung cấp các bộ làm mát dầu máy biến áp 500kV của NMTĐ Ialy, thủy điện Hòa Bình. Đây là các thiết bị chính có vai trò rất quan trọng trong các NMTĐ, đòi hỏi yêu cầu về kỹ thuật và công nghệ cao.
2. Giới thiệu các thiết bị TĐN do Narime chế tạo cung cấp cho các nhà máy điện ở Việt Nam
Về cấu tạo, thiết bị TĐN rất đa dạng về chủng loại và phụ thuộc vào công nghệ sản xuất hoặc tính năng sử dụng là cần gia nhiệt hay làm mát cho môi chất mà các thiết bị TĐN được phân chia theo nhiều loại khác nhau. Theo nguyên lý hoạt động, thiết bị TĐN có các loại: Thiết bị TĐN vách ngăn hoạt động liên tục, thiết bị TĐN vách ngăn hoạt động theo chu kỳ, thiết bị TĐN kiểu hồi nhiệt, thiết bị TĐN loại hỗn hợp, thiết bị TĐN kiểu ống, loại vỏ, ống chùm…
Xét về mặt kỹ thuật, mỗi chủng loại đều có những ưu nhược điểm khác nhau nên tuỳ thuộc vào công nghệ sản xuất mà lựa chọn sử dụng loại nào cho phù hợp. Trên thực tế, loại thiết bị TĐN kiểu vách ngăn dạng ống (còn gọi là ống TĐN) được sử dụng rất rộng rãi, trong đó có các hệ thống làm mát dầu ổ trục tua bin, máy phát và hệ thống làm mát không khí máy phát của các NMTĐ, nhiệt điện. Đây là các thiết bị mà Narime đã chế tạo cung cấp cho các NMTĐ trong thời gian vừa qua.
Các bộ TĐN làm mát dầu có chức năng làm mát dầu bôi trơn và làm mát trong các gối ổ của trục tua bin và trục máy phát điện. Nguyên lý hoạt động của bộ TĐN này là môi chất chuyển động trong ống (chất thu nhiệt) là nước và môi chất chuyển động ngoài ống (chất truyền nhiệt) là dầu truyền nhiệt cho nhau thông qua bề mặt vách ống. Ống TĐN của các bộ làm mát loại này thường được sử dụng là ống đồng hợp kim, loại ống trơn hoặc ống có lắp thêm cánh tản nhiệt (làm bằng vật liệu nhôm hoặc đồng).
Một trong những yếu tố quan trọng trong thiết kế các thiết bị TĐN là tính toán lựa chọn diện tích truyền nhiệt và hướng dòng chảy của môi chất truyền nhiệt từ môi chất này sang môi chất khác. Narime cải tiến thành công nhiều thiết bị TĐN nhằm nâng công suất TĐN, dễ sửa chữa, bảo dưỡng và đã cung cấp cho các nhà máy điện và được khách hàng đánh giá cao.
Ở Việt Nam, các NMTĐ sử dụng các thiết bị của Liên Xô (cũ) cung cấp trước đây, như Thủy điện Hòa Bình, thủy điện Ialy, thủy điện Thác Mơ, thường sử dụng loại bộ làm mát có ống TĐN là ống trơn, uốn chữ U mô tả như hình 1. Các NMTĐ được xây dựng sau này như thủy điện Sơn La, Lai Châu, Huội Quảng… sử dụng các thiết bị làm mát do Alstom, Trung Quốc cung cấp được thiết kế là các ống TĐN loại ống có cánh, mô tả như trên hình 2.
Một trong những kết quả có ý nghĩa quan trọng về công nghệ chế tạo các bộ TĐN là Narime đã chế tạo thành công các bộ làm mát dầu máy biến áp 500 kV cho các NMTĐ Ialy, NMTĐ Hòa Bình (mô tả trên hình 3). Đây là các thiết bị làm việc trong điều kiện yêu cầu về kỹ thuật và độ an toàn cao.
Hệ thống làm mát không khí máy phát điện của NMTĐ được bố trí xung quanh máy phát điện, có chức năng làm mát lượng không khí lưu thông qua máy phát điện (lượng không khí này có nhiệt độ cao khi nhiệt truyền từ Roto và Stato máy phát sang không khí). Nguyên lý hoạt động của các bộ làm mát không khí máy phát điện là TĐN vách ngăn kiểu ống hoạt động liên tục. Dòng môi chất được làm mát (không khí) chuyển động bên ngoài các chùm ống trao đổi nhiệt. Dòng môi chất làm mát (nước) chuyển động trong lòng ống TĐN chuyền tải lượng nhiệt ra bên ngoài bộ làm mát. Do hệ số toả nhiệt của không khí thấp hơn của nước, nên bề mặt ngoài ống TĐN tiếp xúc trực tiếp với dòng chảy không khí được lắp thêm các cánh tản nhiệt để tăng thêm diện tích trao đổi nhiệt phía không khí, cấu tạo các bộ làm mát không khí loại này do Narime chế tạo và cung cấp được mô tả như trên hình 4 và hình 5. 
Ngoài việc cung cấp cho các NMTĐ ra, Narime còn chế tạo các thiết bị TĐN kiểu ống chùm; kiểu ống vỏ; kiểu tấm,…cung cấp cho các nhà máy nhiệt điện trong nước như nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Bà Rịa, Ninh Bình, Mông Dương (trên hình 6 và hình 7 mô tả một số bộ TĐN do Narime chế tạo cung cấp cho các nhà máy nhiệt điện).
3. Kết luận 
Từ những kết quả đã đạt được nêu trên, có thể nói là Narime đã làm chủ được về tính toán thiết kế, công nghệ chế tạo để cung cấp các bộ TĐN cho hầu hết các NMTĐ có công suất từ nhỏ đến lớn ở Việt Nam. Các sản phẩm thiết bị do Narime cung cấp đều đã được các đơn vị sử dụng đánh giá cao. Narime đã ký được nhiều hợp đồng với doanh thu hàng chục tỷ đồng/năm, tạo thêm việc làm cho cán bộ công nhân viên trong Viện. Điều này cũng cho thấy việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các bộ TĐN có tính ứng dụng thực tiễn cao, đã mang lại những thành công bước đầu, mở ra triển vọng cho việc chế tạo bộ TĐN với nguồn lực trong nước, giúp các đơn vị sản xuất chủ động trong công tác thay thế, sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị. Mặt khác, sản phẩm chế tạo trong nước sẽ có giá thành thấp hơn giá nhập ngoại, với  chất lượng sản phẩm tương đương của các nước G20, sẽ góp phần nâng cao sức cạnh tranh của hàng hóa trong nước, từng bước nâng cao trình độ công nghệ tiến tới cung cấp chế tạo các chủng loại thiết bị TĐN khác nhau cho các NMTĐ, nhiệt điện trong thời gian tới.
ThS. Phan Hữu Thắng
(Nguồn: Tập san Viện Nghiên cứu Cơ khí 60 năm lớn mạnh cùng đất nước)
lên đầu trang