Tóm tắt
Bài báo trình bày ứng dụng của camera hình ảnh nhiệt trong việc giám sát nhiệt độ và an ninh khu vực kho than Nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu 1. Bài viết đưa ra cách thức tính toán, lựa chọn camera để đáp ứng với kích thước, môi trường hoạt động của nhà máy. Bài báo cũng nêu lên cách thức cấu hình, kết nối các camera vào trong một hệ thống ghi hình, lưu trữ, hiển thị hoàn chỉnh. Hiệu quả khi sử dụng camera hồng ngoại, đồng thời đưa ra kiến nghị lắp đặt hệ thống giám sát trọn vẹn cho dây truyền cấp than Nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu 1.
Từ khóa: Camera hình ảnh nhiệt, bức xạ nhiệt, hồng ngoại, phòng cháy
1. Giới thiệu
Kho than Nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu 1 (công suất chứa 550.000 tấn) là nơi lưu trữ than được vận chuyển bằng tàu biển, qua máy bốc dỡ than ngoài cảng đưa vào hệ thống băng tải dọc kho và sau đó được đánh thành từng đống than lớn bằng máy đánh đống liên hợp. Cũng tại đây, than được máy đánh phá đống liên hợp đưa lên hệ thống băng tải vận chuyển tới lò đốt, tạo ra năng lượng quay máy phát tạo ra điện [1]. Ta có thể thấy, kho than giữ vai trò trọng yếu trong nhà máy nhiệt điện đốt than nói chung và Nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu 1 nói riêng.
Hình 1. Kho than Nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu 1
Các đống than được lưu trữ trong kho có nguy cơ trở thành nguồn cháy rất cao do nhiệt độ và độ ẩm là chất xúc tác cho các phản ứng phân hủy và tỏa nhiệt, nhiệt độ tăng dần dưới đáy lớp than sẽ không bị phát hiện ra trước khi trở thành một đám cháy lớn. Ngoài việc nguyên liệu bị mất do cháy, các thiết bị quan trọng khác như băng tải dọc kho, máy đánh phá đống liên hợp sẽ bị phá hủy, dây chuyền sản xuất dừng hoạt động sẽ dẫn đến thiệt hại nặng nề về kinh tế, chưa kể đến ảnh hưởng tới không khí, nguồn nước do hoạt động chữa cháy.
Do đó, việc lắp đặt một hệ thống giám sát an ninh, vận hành của các thiết bị quan trọng trong khu vực kho than cũng như nhiệt độ của đống than, đảm bảo công tác phòng cháy, phản ứng kịp thời với các tình huống do nhiệt sinh ra là rất cần thiết.
2. Yêu cầu chung cho hệ thống camera nhiệt trong kho than
Hệ thống camera giám sát nhiệt độ trong kho than có khả năng giám sát, hoạt động liên tục cả ngày lẫn đêm, hình ảnh giám sát được hiển thị và lưu trữ trong nhà điều khiển của hệ thống cấp than. Số lượng camera hồng ngoại được lắp đặt phải bao phủ hết toàn bộ khu vực kho than có kích thước dài x rộng: 413 m x 198 m và đảm bảo không có góc chết, điểm mù.
Kho than Nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu là loại kho một nửa có mái và một nửa không có mái [2]. Các camera được lắp tại hai khu vực này đều phải chống chịu thời tiết, chống ăn mòn, không bị xâm nhập bởi nước và bụi, tích hợp vòi xịt nước rửa kính và cần gạt nước để cho hình ảnh quan sát rõ nét.
Để đảm bảo tốc độ truyền dữ liệu, tránh nhiễu, xung đột với các hệ thống mạng công nghệ thông tin và hệ thống mạng an ninh khác, hệ thống camera hồng ngoại trong kho than phải được xây dựng một mạng truyền thông riêng biệt.
Hệ thống camera có tính hữu dụng cao, giao diện phần mềm điều khiển thân thiện cho phép thực hiện chức năng giám sát, xem lại, điều khiển góc quét, cài đặt cảnh báo quá nhiệt độ camera một cách dễ dàng.
Xuất phát từ yêu cầu chung cho hệ thống camera nhiệt trong kho than, giải pháp kỹ thuật tổng thể áp dụng vào trong kho than Nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu sẽ được trình bày trong phần tiếp theo.
3. Giải pháp kỹ thuật
3.1. Lựa chọn camera cảm biến nhiệt
Tất cả các vật thể đều phát ra bức xạ nhiệt trong phổ hồng ngoại mà mắt con người không nhìn thấy được. Camera hồng ngoại chuyển đổi bức xạ nhiệt, số hóa và hiệu chỉnh thành thang nhiệt độ. Để giám sát được toàn bộ khu vực kho than với kích thước dài x rộng: 413 m x 198 m, camera phải được trang bị ống kính có tiêu cự phù hợp.
Từ thông số tiêu cự trên, trong kho than sẽ được trang bị 6 camera nhiệt với tiêu cự 50 mm và được lắp đặt tại 6 vị trí, đôi một đối xứng nhau trong kho than.
Camera cảm biến nhiệt cung cấp hai luồng tín hiệu video: luồng truyền dữ liệu hình ảnh, luồng truyền dữ liệu nhiệt độ. Hai luồng dữ liệu này có thể được nén ở định dạng MJPEG và H.264 tùy thuộc vào cấu hình độ phân giải. Luồng có thể được cấu hình ở nhiều dạng tốc độ khung truyền dữ liệu, tốc độ truyền bit, nhóm cấu trúc hình ảnh cho công tác quản lý băng thông.
Cảm biến nhiệt cung cấp độ nhạy 0.05o C tại + 30o C/50 mK và có nhiều định dạng hiển thị, bao gồm: màu đơn sắc trắng / đen hoặc nhiều màu. Ống kính được tráng bột nhôm khiến camera nhiệt hoạt động hiệu quả trong nhà hoặc ngoài trời, và đo được vật thể có nhiệt độ nằm trong một dải rất rộng: -20o C đến 550o C.
Ngoài ra, để đảm bảo không có điểm mù trong khu vực kho than, trong khi vẫn giữ nguyên số lượng camera là 6, mỗi camera sẽ được trang bị cơ cấu xoay theo phương dọc và phương ngang, cụ thể như sau:
• Xoay 360o liên tục theo phương ngang.
• Xoay + 40o C đến -90o C theo phương dọc.
• Tốc độ xoay theo phương ngang: Từ 0.1o đến 160o / giây.
• Tốc độ xoay theo phương dọc: Từ 0.1o đến 60o / giây.
• Cơ cấu xoay hoạt động hiệu quả kể cả khi tốc độ gió đạt 145 km/h.
Việc lựa chọn lớp vỏ bảo vệ camera cần tuân thủ theo tiêu chuẩn Ủy ban Kỹ thuật điện Quốc tế IEC [3] :
Vì các camera được lắp đặt ngoài trời nên lớp vỏ bảo vệ đạt tiêu chuẩn tối thiểu là IP66. Thêm vào đó, mỗi camera được trang bị cần gạt kính và bình xịt nước dung tích 10L kết nối với đường nước của hệ thống cấp than, và được điều khiển tại chỗ bằng nút ấn để rửa sạch bụi than bám trên mặt ống kính camera.
Hình 2. Camera nhiệt tích hợp cần gạt ống kính (trái) và bình xịt nước rửa ống kính (phải).
3.2. Cấu trúc hệ thống camera hình ảnh nhiệt trong kho than
Hệ thống mạng công nghệ thông tin riêng biệt sẽ được cung cấp để kết nối các camera hồng ngoại trong kho than với thiết bị ghi hình, lưu trữ, hiển thị nằm trong nhà điều khiển gói cấp than Nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu 1 để đảm bảo tốc độ truyền dữ liệu và tránh xung đột với các hạ tầng mạng khác. Cấu hình hệ thống camera trong kho than Nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu (Hình 3) bao gồm các thành phần sau:
Camera: (06) Sáu camera hình ảnh nhiệt có chức năng quay quét theo phương dọc / phương ngang, phóng to, tủ nguồn camera, cổng kết nối mạng tới toàn bộ hệ thống camera.
Truyền dữ liệu: Các thiết bị truyền tín hiệu bao gồm cáp truyền thông Ethernet, tủ rack chuyên dụng chứa thiết bị chuyển mạch, bộ chuyển đổi quang điện các phụ kiện khác để tạo thành mạng giám sát hoàn chỉnh.
Hệ thống quản lý: Thiết bị ghi hình, xử lý hình ảnh, lưu trữ, bàn phím điều khiển chuyên dụng được đặt tại phòng điều khiển gói cấp than. Những thiết bị này giao tiếp với nhau bằng đường truyền thông Ethernet.
Hình 3: Cấu hình hệ thống camera nhiệt trong kho than Nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu 1
Hiển thị: Màn hình Led kích thước 32 inch kết nối với đầu ghi hình bằng cáp HDMI hiển thị hình ảnh giám sát và nhiệt độ đống than được truyền về từ các camera trong kho than.
Hệ thống cấp nguồn: Tủ nguồn UPS nằm trong nhà điều khiển gói cấp than cung cấp nguồn điện tới (06) tủ camera tại chỗ, tủ rack, thiết bị lưu trữ, hiển thị đảm bảo toàn bộ hệ thống camera nhiệt hoạt động liên tục 24/7.
Cảnh báo cháy: Camera hồng ngoại được cấu hình để tạo ra cảnh báo đầu ra dạng tiếp điểm khi nhiệt độ thực tế vượt quá nhiệt độ than được cài đặt. Tín hiệu này sẽ được truyền tới hệ thống phòng cháy chữa cháy để kích hoạt đèn, còi báo hiệu cho người vận hành nhà máy đển xử lý tình huống.
4. Kết quả đạt được
Hệ thống camera cảm biến nhiệt giám sát hiệu quả an ninh, nhiệt độ toàn bộ khu vực kho than rộng lớn đảm bảo không có điểm mù, góc khuất. Bằng việc cảnh báo nhiệt độ tự động bằng âm thanh hoặc giám sát nhiệt độ kho than qua màn hình hiển thị, số lượng nhân lực nhà máy được cắt giảm, dẫn đến tiết kiệm chi phí vận hành.
Hình 4: Màn hình giám sát và điều khiển kho than Nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu 1
Trong nhiều trường hợp, nhiệt độ thấp cũng gây ra một số vấn đề mà camera nhiệt trong kho than giúp phòng tránh. Ví dụ, trong khí hậu mùa đông, cục than ở trong lò đốt có thể đông cứng lại với nhau, dẫn tới việc xử lý ở quy trình sàng, nghiền trước khi đốt rất khó khăn [4]. Một giải pháp được sử dụng là xịt vào than chất chống đông cứng trước khi đưa than từ kho lên lò đốt. Tuy nhiên, chất chống đông cứng rất đắt đỏ, và có thể không cần thiết nếu nguyên liệu than được giữ trong nhiệt độ đủ ấm. Dựa vào chức năng bảng màu hóa nhiệt và phát hiện nhiệt độ tự động của hệ thống camera nhiệt, người vận hành nhà máy sẽ đưa ra được những quyết định phù hợp.
Hình 5: Giám sát nhiệt độ than trên băng tải chạy dọc kho.
Các camera hồng ngoại có thể phát hiện than nhiệt độ cao trên băng tải chạy dọc kho khi than được nhập từ máy bốc dỡ than ngoài cảng. Các camera nhiệt này là sự thay thế phù hợp đối với cảm biến báo cháy truyền thống lắp dọc băng tải, thiết bị không thể phản hồi kịp với tốc độ than được vận chuyển trên băng tải.
Kết luận và kiến nghị
Kết luận:
Hệ thống camera nhiệt đã giải quyết được yêu cầu về:
- An ninh cho toàn bộ khu vực kho than có kích thước lớn.
- Xác định nhanh, chính xác vị trí có khả năng xuất hiện đám cháy, đảm bảo công tác phòng cháy đống than trong kho.
- Giảm thiểu nhân lực vận hành hệ thống, tiết kiệm chi phí vận hành nhà máy.
Kiến nghị:
Tại các tháp chuyển tiếp nơi đặt các thiết bị quan trọng: Động cơ, hộp giảm tốc, cụm tang chủ động, tang bị động v.v… nên bố trí camera giám sát nhiệt. Ngoài việc biết được nhiệt độ các cơ cấu truyền động, phòng tránh lỗi kĩ thuật có thể tạo ra tia lửa điện gây cháy nổ, thì hệ thống giám sát giúp người vận hành nắm được tổng thể toàn bộ hệ thống dây chuyền cấp than, giúp các kỹ sư vận hành nhanh chóng khoanh vùng, khắc vùng sự cố để đưa dây chuyền trở lại hoạt động. Do đó sẽ tiết kiệm thời gian, tăng năng suất hoạt động của nhà máy.
Tài liệu tham khảo
[1]. Mô tả hệ thống cấp than Nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu 1
[2]. Bản vẽ thiết kế kho than Nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu 1
[3]. Tiêu chuẩn IEC 60529 Phân loại và xếp hàng mức độ bảo vệ của lớp vỏ bảo vệ hoặc tủ điện.
[4]. J. Rybiński, A. Szajewska, Ł. Łaciok,Selected examples of applying thermovision in fire fighting,Recenzované periodikum Požární Ochrana2012, pp. 294-296.
Dương Tiến Diễn, Trần Công Tĩnh
Viện Nghiên cứu Cơ khí
Nguồn: (Nguồn: Tập san Viện Nghiên cứu Cơ khí 60 năm lớn mạnh cùng đất nước)
