HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN CHẤT LỎNG (PID)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HOÁ HỌC BỘ MƠN Q TRÌNH THIẾT BỊ VÀ ĐIỀU KHIỂN MƠN: TỰ ĐỘNG HĨA QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ HĨA HỌC o0o BÀI TẬP LỚN CUỐI KỲ Đề tài: XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH VẬN CHUYỂN CHẤT LỎNG TPHCM, Tháng 12/2021 Mục lục PHẦN 1: GIỚI THIỆU PHẦN 2: MỤC ĐÍCH PHẦN 3: NỘI DUNG 3.1 Sơ đồ khối 3.2 Khảo sát trình .5 3.3 Sơ đồ trình 3.4 Chọn lựa thiết bị .6 3.4.1 Cảm biến 3.4.2 Thiết bị thừa hành 3.4.3 Bộ điều khiển 10 3.5 Lưu đồ P&ID 11 3.6 Thuyết minh hệ thống tự động hóa 11 Tài liệu tham khảo .13 PHẦN 1: GIỚI THIỆU Kiểm sốt dịng chảy ứng dụng nhiều cơng nghiệp lị phản ứng hóa học, thiết bị trao đổi nhiệt cột chưng cất, đặc biệt hệ thống đường ống dài vận chuyển chất lỏng bồn chứa Tuy nhiên, việc điều chỉnh tay khó mang lại hiệu qua việc kiểm soát lưu lượng ống dẫn điều chỉnh xác mức yêu cầu cần thiết bồn chứa, đồng thời kiểm soát lưu lượng chất lỏng quy trình phức tạp nhất, lưu lượng vận chuyển thay đổi ảnh hưởng số yếu tố thay đổi áp suất, nhiệt độ, mật độ độ nhớt diện tạp chất chất lỏng Do đó, việc thiết kế hệ thống điều khiển dòng chảy để giải vấn đề cần thiết Vì thế, em đề xuất phương án điều khiển lưu lượng đường ống vận chuyển chất lỏng thiết bị cần thiết đảm bảo quy trình vận hành an tồn ổn định PHẦN 2: MỤC ĐÍCH - Tạo hệ thống bơm ngắt tự động - Điều khiển lưu lượng ống dẫn ổn định trước nhiễu tạp chất, khúc cua, … - Kiểm soát lượng nước vào bể chứa PHẦN 3: NỘI DUNG 3.1 Sơ đồ khối 3.2 Khảo sát trình Sách lược điều khiển: Điều khiển phản hồi Biến điều khiển (X): độ mở van Biến cần điều khiển (Y): lưu lượng lỏng Nhiễu (Z): áp suất, nhiệt độ, độ nhớt, ma sát với thành ống vận chuyển, ma sát cục (khúc cua),… 3.3 Sơ đồ trình Thuyết minh: Lưu chất từ bồn dự trữ vận chuyển đến bể chứa tiêu chuẩn thơng qua đường ống dài, có tác động yếu tố nhiễu khúc cua, áp suất thay đổi sau bơm, nhiệt độ (ảnh hưởng đến độ nhớt chất lỏng), ma sát với thành ống,… làm thay đổi lưu lượng chất lỏng đường ống Van điều khiển thêm vào nhận tín hiệu từ vị trí khác đường ống, từ tự động điều chỉnh theo setpoint đưa vào hệ thống để đảm bảo lưu lượng vận chuyển ổn định Van xả để tháo lưu chất khỏi bồn tiêu chuẩn đưa vào sử dụng 3.4 Chọn lựa thiết bị 3.4.1 Cảm biến Cảm biến dùng bao gồm: - Orifice Plate:  Đồng hồ đo lưu lượng áp suất chênh áp sử dụng cho nhiều ứng dụng công nghiệp khác Giống với thành phần đo lưu lượng chính, lỗ Orifice places đại diện cho giải pháp đo lưu lượng phổ biến Dụng cụ cho phép cài đặt quản lý dễ dàng  Áp lực chênh áp tạo yếu tố dịng chảy thường chuyển đổi thành tín hiệu điện tỷ lệ thuận với tốc độ dòng chảy đo máy phát áp lực chênh áp  Orifice Plate lắp đặt để đo lưu lượng sau bơm Orifice Plate - Vortex Transmitter:  Vortex Transmitter hoạt động dựa nguyên tắt Karman Vortex Street Bất kỳ chất lỏng chảy đường ống tạo nhiều dịng xốy xung quanh nó,hiện tượng gọi tượng Vortex shashing Một Vortex Transmitter bao gồm cảm biến chuyển đổi tín hiệu  Một đứng đặt vng góc với đường ống Số dịng xốy tạo giây gọi tần số dịng xốy Tần số tỉ lệ thuận với lưu lượng chất lỏng chảy đường ống  Vortex Transmitter đặt sau van điều khiển Vortex Transmitter - Coriolis Transmitter:  Coriolis Transmitter hoạt động theo nguyên tắc quán tính tạo chất lỏng chảy qua ống dao động làm cho ống bị xoắn theo tỷ lệ lưu lượng khối  Coriolis Transmitter có cấu tạo gồm hai ống Chúng tạo để rung đối lập với cuộn dây từ tính Các cảm biến dạng nam châm cụm cuộn dây gắn đầu vào đầu hai ống dòng Khi cuộn dây di chuyển qua từ trường nam châm tạo ra, chúng tạo điện áp dạng sóng hình sin Những sóng hình sin chìa khóa để đo lưu lượng khối  Coriolis Transmitter lắp đặt sau khúc cua Coriolis Transmitter 3.4.2 Thiết bị thừa hành Van điều khiển sử dụng van điều khiển tuyến tính, dịng van điều khiển điều khiển hồn tồn tự động việc nhận tín hiệu điều khiển dạng 4-20mA tín hiệu điện áp 0-10v nhằm điều khiển lưu lượng khí nén dịng chảy chảy lòng theo lượng định Việc sử dụng van tuyến tính giúp cho kiểm sốt lưu lượng đầu theo ý mong muốn Van điều khiển tuyến tính 3.4.3 Bộ điều khiển Bộ điều khiển PID biến thể PI PD sử dụng rộng rãi trình ngành cơng nghiệp cấu trúc đơn giản, dễ thực hoạt động tốt Phương trình điều khiển PID: Trong đó:  u đầu điều khiển,  e sai số setpoint (SP) giá trị trình (PV)  Kp, Ki Kd vi phân, tích phân tỷ lệ 3.5 Lưu đồ P&ID 3.6 Thuyết minh hệ thống tự động hóa Quy trình vận chuyển chất lỏng hệ thống hai bể nối tiếp với mục tiêu chuyển nước từ bồn trữ VE-100 đến bể tiêu chuẩn VE-200, hệ thống tự động hóa thiết kế để kiểm soát lưu lượng chất lỏng ống vận chuyển hai bể Các bơm P-101 P-201 sử dụng để bơm chất lỏng hai bể Bộ điều khiển phản hồi nhà máy FIC – 110 kiểm sốt lưu lượng dịng chảy cách nhận tín hiệu từ ba cảm biến lưu lượng bao gồm: FT-110A lắp sau bơm, FT-110B lắp sau hệ thống van điều khiển FT-110C lắp sau khúc cua Bộ điều khiển gửi tín hiệu đầu thích hợp để điều khiển mở van điều khiển (CV-110) theo setpoint cài đặt Để ngăn chặn tràn chất lỏng bồn chứa, hai công tắc cấp (LS-101 LS-201) kết nối với máy bơm (P-101 P-201) tương ứng để tắt máy bơm mức nước bồn chứa cao để ngăn tràn thấp để bảo vệ máy bơm khỏi hư hỏng Bộ cảm biến áp suất (PT-101 PT-102) sử dụng để xác định áp suất trước sau Van điều khiển CV-110 (chênh lệch áp suất) Các van HV-111 HV-110 lắp đặc nhằm cô lập van điều khiển, van HV-113 để vận chuyển chất lỏng hệ thống van điều khiển cần bảo trì sửa chữa Van HV-101, HV-111, HV-113 van HV-201, HV-202 nhằm cô lập máy bơm P-101, P-201 cần thiết bảo dưỡng sửa chữa Ngồi cịn số van tay lắp đặt van HV-211 để xả nước từ bồn tiêu chuẩn sử dụng, van HV-211 để kiểm sốt dịng chảy vào bể tiêu chuẩn Tài liệu tham khảo Hoàng Minh Sơn, Cơ sở hệ thống điều khiển trình, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 2017 Pathmanathan, E., & Ibrahim, R (2010) Development and implementation of Fuzzy Logic Controller for Flow Control Application 2010 International Conference on Intelligent and Advanced Systems  ... 3.6 Thuyết minh hệ thống tự động hóa Quy trình vận chuyển chất lỏng hệ thống hai bể nối tiếp với mục tiêu chuyển nước từ bồn trữ VE-100 đến bể tiêu chuẩn VE-200, hệ thống tự động hóa thiết kế để... ống vận chuyển chất lỏng thiết bị cần thiết đảm bảo quy trình vận hành an toàn ổn định PHẦN 2: MỤC ĐÍCH - Tạo hệ thống bơm ngắt tự động - Điều khiển lưu lượng ống dẫn ổn định trước nhiễu tạp chất, ... lưu lượng chất lỏng quy trình phức tạp nhất, lưu lượng vận chuyển thay đổi ảnh hưởng số yếu tố thay đổi áp suất, nhiệt độ, mật độ độ nhớt diện tạp chất chất lỏng Do đó, việc thiết kế hệ thống điều