quá trình chưng cất dầu thô nhà máy lọc hóa dầu nghi sơn

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH EE3550 -149962 NHÓM 5: Quá trình chưng cất dầu thô Nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn... Quá trình chưng

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH

EE3550 -149962

NHÓM 5: Quá trình chưng cất dầu thô

Nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn

ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH EE3550 NHÓM 8 –– 141861 2

LỜI NÓI ĐẦU

Nhà máy lọc hóa dầu hiện nay có quy mô lớn và yêu cầu điều khiển tự động hóa cao, tin độ cậy cũng như điều khiển tối ưu để đáp ứng kịp thời nhu cầu thịtrường Tại đó, quá trình chưng cất dầu thô là một quá trình cơ bản và quan trọng trong ngành công nghiệp dầu khí Với động lực đó, trong học phần Điều khiển quá trình EE3550, nhóm 5 chúng em – lựa chọn tìm hiểu đề tài “Quá trình chưng cất dầu thô Nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn”

Trong bài báo cáo này, chúng em trình bày những nội dung chính sau: I Tổng quan Nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn

II Quá trình chưng cất dầu thô tại phân xưởng CDU Nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn Bài báo cáo đưa ra tổng quan về quá trình chưng cất dầu thô, cung cấp cái nhìn sâu hơn về các phương pháp và thiết bị sử dụng trong quá trình này, và đặc biệt là tầm quan trọng của quá trình điều khiển đốt cháy lò nhiệt nạp dầu thô trong việc đảm bảo hiệu suất và an toàn

Thông qua đó, chúng em có thêm hiểu biết về quy trình công nghệ, đọc hiểu bản vẽ P&ID của một phân đoạn của Nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn và thiết bị sử dụng liên quan Quan trọng hơn hết, chúng em có cái nhìn toàn diện hơn về ngành Điều khiển - Tự động hóa của mình, đồng thời cũng tự tin hơn khi bước qua cánh cổng Đại học và định hướng ngành nghề cho bản thân

Chúng em xin cảm ơn cô Đinh Thị Lan Anh đã mang lại nhiều kiến thức hữu ích để chúng em có thể hoàn thiện được đề tài môn học Do có nhiều hạn chế về kiến thức cũng như kinh nghiệm, bài báo cáo còn nhiều sai sót, nhóm 5 chúng em mong nhận được sự góp ý của cô và ý kiến phản biện từ các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

Trân trọng, Nhóm sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỤC LỤC 3

DANH MỤC HÌNH ẢNH 5

I TỔNG QUAN NHÀ MÁY LỌC HÓA DẦU NGHI SƠN 6

1 Quy mô Nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn 6

1 Lý thuyết quá trình chưng cất dầu thô 9

1.1 Chưng cất dầu thô trong công nghiệp 9

1.2 Cơ sở lý thuyết quá trình chưng cất đầu thô 9

2 Phân xưởng Chưng cất dầu thô CDU tại Nhà máy lọc dầu Nghi Sơn10 2.1 Các thiết bị chính 10

2.1.1. Hệ thống khử muối 10

2.1.2. Lò nhiệt dầu thô 11

2.1.3 Tháp chưng cất chính 12

2.1.4 Tháp ổn định Naptha 13

ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH EE3550 NHÓM 8 –– 141861 4

2.3 Sản phẩm đầu ra 14

3 Bản vẽ P&ID 15

3.1 Yêu cầu về nhiệt độ 16

3.2 Xét bộ chọn tín hiệu cao (tăng nhu cầu về nhiên liệu) 17

3.3 Xét bộ chọn tín hiệu thấp (giảm nhu cầu về nhiên liệu) 19

KẾT LUẬN 27

TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Tập đoàn dầu khí Việt Nam PVN 6

Hình Nhà máy 2 lọc hóa dầu Nghi Sơn 6

Hình 3 Một số sản phầm của Nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn 7

Hình 5 Chưng cất bay hơi dần dần - Chưng cất bay hơi nhiều lần 10

Hình Hai 6 thiết bị khử muối 11

Hình 7 Lò nhiệt dầu thô 11

Hình Tháp 8 chưng cất chính 12

Hình Tháp 9 ổn định Naptha 13

Hình 10 PFD quá trình Chưng cất dầu thô Nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn 14

Hình 11 P&ID quá trình Điều khiển đốt cháy Lò nhiệt dầu thô 15

ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH EE3550 NHÓM 8 –– 141861 6

I TỔNG QUAN NHÀ MÁY LỌC HÓA DẦU NGHI SƠN

Nhà máy lọc hóa dầu Nghi sơn thuộc Khu liên hợp NSRP nằm cách thủ đô Hà Nội 260km tại Khu kinh tế Nghi Sơn, xã Hải Yến, thị xã Nghi Sơn, tỉnh Thanh Hóa Ước tính tổng kinh phí đầu tư của Dự án NSRP khoảng 9 tỷ USD Nhà máy lọc dầu này có công suất chế biến 200.000 thùng dầu thô nhập khẩu từ Kuwait mỗi ngày ( tương đương 10 triệu tấn mỗi năm )

1 Quy mô Nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn

Nắm bắt thời cơ đến từ sự mở cửa của kinh tế thế giới, Dự án Lọc hóa dầu Nghi Sơn ra đời dưới sự đầu tư của bốn tập đoàn lớn:

+ Tập đoàn Dầu khí Việt Nam ( PetroVietNam ) + Công ty Kuwait Petroleum Europe B.V (KPE) + Công ty Idemitsu Kosan Nhật Bản

+ Công ty Hóa chất Mitsui Nhật Bản

Sẽ góp phần đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia, đặc biệt là đối với các sản phẩm dầu mỏ Dự án có vai trò quan trọng mang tính chiến lược của chính phủ Việt Nam nhằm đáp ứng nhu cầu đối với các sản phẩm lọc hóa dầu ngày càng gia tăng do quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa nhanh chóng của quốc gia Việc xây dựng và vận hành Dự án sẽ là một bước tiến quan trọng nhằm từng bước tiến tới việc tự cung tự cấp các sản phẩm lọc dầu và đảm bảo các nguồn cung cấp năng lượng

2 Nguyên tắc - Tầm nhìn

Để đảm bảo an toàn và chất lượng sản phẩm, nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn áp dụng các quy trình kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt, từ quá trình nhậpnguyên liệu đến sản xuất và xuất khẩu sản phẩm

ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH EE3550 NHÓM 8 –– 141861 8 Trong tương lai, NSRP vươn tới mục tiêu trở thành Liên hợp Lọc hóa dầu hàng đầu tại Châu Á, được nhận diện là một công ty đa quốc gia đẳng cấp quốc tế trong thị trường năng lượng toàn cầu

NSRP hướng tới trân trọng và nâng tầm con người trong tất cả các hoạt động kinh doanh và sản xuất, đồng thời đáp ứng đầy đủ các đòi hỏi về nhiều mặt của xã hội và từ đó, giành được sự tin tưởng của cộng đồng mà chúng tôi phục vụ Mục tiêu cao nhất của chúng tôi là chung tay xây dựng một Việt Nam phát triển toàn diện và bền vững

3 Sản phẩm - Sản lượng

Sản phẩm chính của nhà máy lọc dầu Dung Quất là dầu diesel, dầu nhờn và xăng, được sản xuất từ dầu thô nhập khẩu từ các quốc gia như Kuwait, Saudi Arabia, Qatar, UAE, Nga và Indonesia

Hình 3 Một số sản phầm của Nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn Nhà máy lọc dầu Dung Quất có khả năng sản xuất đến 5,2 triệu tấn sản phẩm mỗi năm và đáp ứng khoảng 30% nhu cầu dầu nhờn, 25% nhu cầu dầu diesel và 40% nhu cầu xăng của thị trường Việt Nam

Nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn có khả năng sản xuất đến 200.000 thùng dầu mỗi ngày, cung cấp cho thị trường nội địa cũng như xuất khẩu sang các nước trong

khu vực và trên thế giới Đây là một trong những cơ sở hạ tầng quan trọng của ngành công nghiệp dầu khí tại Việt Nam, đóng góp đáng kể cho nền kinh tế của đất nước

+ Đảm bảo an toàn : NSRP đặt sự an toàn đối với môi trường và con người lên hàng đầu

5 Thách thức

Như bất kỳ nhà máy lọc dầu nào khác, nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn cũng đối mặt với các thách thức về môi trường, an toàn và bảo vệ sức khỏe công nhân viên Do đó, nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn đã thực hiện nhiều biện pháp để giảm thiểu các tác động tiêu cực đến môi trường và đảm bảo an toàn cho người lao động đã nêu trên

Bên cạnh đó, nhà máy cũng đối mặt với nhiều thách thức và áp lực, bao gồm chi phí sản xuất, biến động giá dầu trên thị trường quốc tế Để đối phó với những thách thức này, nhà máy đã thực hiện nhiều biện pháp nhằm tăng cường năng lực cạnh tranh, tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm

ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH EE3550 NHÓM 8 –– 141861 10 II QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT DẦU THÔ TẠI PHÂN XƯỞNG

CDU NHÀ MÁY LỌC HÓA DẦU NGHI SƠN

1 Lý thuyết quá trình chưng cất dầu thô

1.1 Chưng cất dầu thô trong công nghiệp

Chưng cất quá trình tách là một dung dịch bằng cách đun sôi nó, rồi ngưng tụ hơi bay ra để được 2 phần: phần nhẹ là distillat có nhiệt độ sôi thấp, chứa nhiều chất dễ sôi; phần nặng còn lại là cặn chưng cất (redue).

Chưng cất dầu thô trong công nghiệp hoạt động liên tục ở nhiệt độ không quá 370℃ – nhiệt độ hydrocarbon bắt đầu phân hủy – cracking Từ dầu thô nhận được các sản phẩm sáng như xăng, dầu hỏa, diesel Sau khi chưng cất khí quyển (AR) cặn mazut được đưa sang cụm chưng cất chân không (VR) trong liên hợp chưng cất khí quyển – chân không (AVR) Nhờ chưng cất chân không nhận được thêm các phân đoạn dầu nhờn và cặn gudron

Để chưng cất dầu thô, cần trải qua các công đoạn cần thiết sau: khử muối cho dầu thô, gia nhiệt cho dầu thô sau khử muối, chưng cất dầu thô, ổn định, sấy khô, loại bỏ hơi nước

1.2 Cơ sở lý thuyết quá trình chưng cất dầu thô

Chưng cất quá trình tách là một dung dịch bằngcáchđun sôi nó, rồi ngưng tụ hơi bay ra để được phần, trong đó distillat Phép 2 có chưng cất có thể thu được distillat có thành phần mong muốn bằng cách chưng cất nhiều lần Tuy nhiên, chưng cất nhiều lần như vậy rất phiền phức, tốn thời gian mà không kinh tế Để khắc phục nhược điểm này, có thể dùng hệ thống chưng cất có cột chưng cất

Mục đích của chưng cất dầu thô lànhằm phân tách dầu thô thành các phân đoạn thích hợp dựa vào nhiệt độ sôi của các cấu tử và không làm phân huỷ chúng Chưng cất dầu thô có thể thực hiện theo 2 phương pháp: chưng cất đơn giản và chưng cất phức tạp

Chưng cất đơn giản chia thành chưng cất bay hơi dần dần và chưng cất bay hơi nhiều lần Chưng cất bay hơn dần dần: chủ yếu dùng trong phòng thí nghiệm để xác định đường cong chưng cất Enghen, cho phép nhận được phần chưng cất lớn Chưng cất bay hơi nhiều lần cho phép quá trình tách các phân đoạn theo mong muốn

Hình 5 Chưng cấtbayhơi dần dần Chưng - cất bay hơi nhiều lần Chưng cất phức tạp bao gồm các loại chưng cất sau: chưng cất có hồi lưu, chưng cất tinh có luyện, chưng cất chân không vàchưng cất hơi nước Chưng cất có hồi lưu giúp nâng cao khả năng phân chia hỗn hợp lỏng bằngcách cho hồi lưu một phần sản phẩm đỉnh, nhờ sự tiếp xúc thêm một lần giữa pha lỏng và pha hơi trong tháp được làm giàu thêm cấu tử nhẹ nhờ đó mà độ phân chia cao hơn Chưng cất có tinh luyện dựa vào quá trình trao đổi chất nhiều lần giữa pha lỏng và hơi nhờcácđĩa hay đệm Chưng cất chân không và chưng cất với hơi nước cho ra độ bền nhiệt các cấu tử trong dầu phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ và thời gian lưu 2 Phân xưởng Chưng cất dầu thô CDU Nhà máy tạilọc hóa dầu Nghi Sơn

Phân xưởng chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển (CDU) là phân xưởng “cửa ngõ” của nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn là, phân xưởng cung cấp nguồnnguyên liệu cho hầu hết các phân xưởng khác trong nhà máy lọc dầu.

2.1 Các thiết chính bị

2.1.1. Hệ thống khử muối

Mục đích: loại bỏ muối ra khỏi dầu thô trước khi dầu được chưng cất Các muối phổ biến trong dầu thô là clorua canxi, natri và magie Nếu không loại bỏ những chất này ra khỏi dầu có thể dẫn đến nhiều vấn đề trong quá trình lọc dầu

ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH EE3550 NHÓM 8 –– 141861 12 Hình 6 Hai thiết bị khử muối

Hoạt động: Ở giai đoạn đầu tiên, dầu thô chứa muối được pha loãng bằng nước tươi, chất lỏng này đi vào bộ trộn tĩnh để tối đa hóa diện tích tiếp xúc giữa hai chất lỏng Giai đoạn sau đó, hỗn hợp dầu/nước được phân tách qua quá trình tĩnh điện Dầu đã được tách muối nổi lên, trong khi nước mặn được chuyển đến phía dưới nơi để xả vào bộ phận xử lý nước thải

2.1.2. Lò nhiệt dầu thô

Mục đích: duy trì nhiệt độ quá trình cần thiết cho hoạt động hiệu quả của các nhà máy lọc dầu, đồng thời đòi hỏi sự phân tích tối ưu hóa thường xuyên và bảo dưỡng định kỳ để đạt hiệu suất tối đa Thành phần của khí nhiên liệu được sử dụng để thiết kế lònhiệt dầu thô của nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn không hoàn toàn giống với khí nhiên liệu được sử dụng để vận hành máy nhiệt này

Hình 7 Lò nhiệt dầu thô

Hoạt động: Lò nhiệt nạp dầu thô dẫn dầu thô đi qua và tiếp xúc với các bề mặt có nhiệt độ cao, khi đó nguồn nhiệt đi từ các nguồn nhiệt ngoại vi đi vào trong dầu thô và làm nóng chúng trước khi chúng đi vào quá trình chưng cất

ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH EE3550 NHÓM 8 –– 141861 14 2.1.4 Tháp ổn định Naptha

Mục đích: giảm nồng độ các chất có thể gây nguy hiểm và tăng tính ổn định của Naptha sản xuất Naptha thu được từ tháp ổn định naptha có thể được sử dụng làm nhiên liệu xăng, dung môi hóa chất, hoặc chất nền cho sản phẩm hóa dầu khác như phân bón hoặc nhựa đường

Hình Tháp 9 ổn định Naptha

Hoạt động: Khi Naptha đi qua tháp ổn định, nhiệt độ cao và áp suất thích hợp được áp dụng để loại bỏ các chất gây nguy hiểm và tăng độ ổn định của Naptha bằng việc tách hợp chất nhẹ hơn và tạo ra một sản phẩm Naptha an toàn và ổn định hơn

2.2 Quá trình hoạt động

Hình 10 mô tả toàn bộ quá trình chính xảy ra trong phân xưởng CDU của Nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn Quá trình hoạt động bao gồm:

- Khử muối cho dầu thô tại A-1101

- Gia nhiệt cho dầu thô sau khi khử muối tại H-1101

- Chưng cất khí quyển dầu thô tại tháp chưng cất chính T-1101 - Ổn định Naphta tháp tại ổn định T-1107

- Các quá trình loại bỏ hơi nước của Kerosene (dầu hỏa), LGO (dầu khí nhẹ), HGO (dầu khí nặng) tại các cột T-1102, T-1103, và TT-1104

- Các quá trình sấy khô của LGO, HGO tháp T-1105 tại và T-1106 - Các quá trình khác: gia nhiệt, làm lạnh, khuấy trộn,…

Hình 10 PFD quá trình Chưng cất dầu thô Nhà máy lọc dầu Dung Quất

ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH EE3550 NHÓM 8 –– 141861 16 Toàn quá trình bộ chưng cất dầu thô tạinhà máy lọc dầu Dung Quất là tổng hợp của nhiều quá trình con kể trên Ở đây, nhóm tập trung phân tích P&ID của quá trình gia nhiệt cho dầu thô sau khi khử muối tại lò nhiệt H-1101

3 Bản vẽ P&ID

Hình 11 P&ID quá trình Điều khiển đốt cháy Lò nhiệt dầu thô Sơ đồ điều khiển đã được thiết kế sao cho khi cần tăng chế độ làm việc, lưu lượng không khí (Air To Burners) được tăng lên trước khi tăng lưu lượng khí nhiên liệu (Fuel Gas To Burners) Ngoài ra, khi cần giảm công suất lò nhiệt, khí nhiên liệu (Fuel Gas To Burners) sẽ giảm trước khi lưu lượng không khí (Air To

Burners) giảm Bằng cách đó, một lượng đủ khí đốt luôn được đảm bảo trong suốt quá trình vận hành

3.1 Yêu cầu về nhiệt độ

Nhiệt độ đầu ra của lò H-1101 được đo bằng thiết bị TT-070 (Temperature Transmit), TT-070 gửitínhiệu điện đến thiết bị điều khiển nhiệt độ hiển thị TIC- 070 (Temperature Indicating Controller)

Bộ điều khiển này đặt yêu cầu về nhiệt và tác động lên quá trình đốt thông qua hai relay lựa chọn: một bộ chọn tín hiệu cao FY-502C và một bộ chọn tín hiệu thấp FY-066C (FY-Flow Rate Relay)

Những bộ chọn relay này đảm bảo rằng

• Trong trường hợp tăng nhu cầu về nhiên liệu, điểm đặt lưu lượng không khí được tăng lên trước và sau đó mới đến điểm đặt nhiên liệu.

• Trong trường hợp giảm nhu cầu về nhiên liệu, điểm đặt lưu lượng nhiên liệu được giảm trước và sau đó mới đến điểm đặt không khí

ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH EE3550 NHÓM 8 –– 141861 18 3.2 Xét bộ chọn tín hiệu cao (tăng nhu cầu về nhiên liệu)

Lưu lượng khí nhiên liệuthu được từ tháp chưng cất D-1114 (Fuel Gas To Burners) sẽ được đo bằng thiết bị FT 044 (Flow Rate Transmit), và gửi tín hiệu -điện đến bộ hiển thị FI 044 (Flow Rate Indicating) Lưu lượng này được bù qua -FY-502A để tính đến sự thay đổi thành phần khí nhiên liệu (mật độ khí nhiên liệu) Tín hiệu này được gửi từ 037-AI-001 (Fuel Gas Density)

Lưu lượng và nhiệt độ dầu liệu cung cấp (Fuel Oil To Burners) được đo từ thiết bị FT-053 và TT-178 Tương tự, dầu hồi lưu (Fuel Oil Return) được đo từ nhiên thiết bị FT-055 và TT-179 (Flow Rate Transmit & Temperature Transmit) Tất cả được gửi tín hiệu đến -053, FI FI-055 (Flow Rate Indicating) và TI-178, TI- 179 (Temperature Indicating) FY-053A và FY-055 lần lượt là kết quả của phép đo dầu cung cấp nhiên liệu và dầu hồi lưu Phép đo lưu lượng dầu nhiên liệu được

tính toán từ chênh lệch giữa cung cấp dầu nhiên liệu và hồi lưu (FY-053B), sau đó gửi tín hiệu đến FY-053C, tương ứng với bộ hiệu chỉnh dòng nhiệt Giá này trịđược đặt trước bởi người vận hành (Caloricfic Value Corrector)

Lưu lượng dầu và khí nhiên liệu sẽ được tổng hợp và chuyển từ FY-502A và FY-053C đến FY-502B

Lưu lượng và nhiệt độ khí đốt (Air To Burners) được đo bằng thiết bị FT- 066 (Flow Rate Transmit) và TT-134 (Temperature Transmit) Sau đó tín hiệu sẽ được gửi đến bộ hiển thị FI-066 (Flow Rate Indicating) và TI-134 (Temperature Indicating) FY-066A chính là kết quả của phép đo lưu lượng khí đốt sau khi được bù nhiệt độ

XA-502 nhận tín hiêu từ FY-502B và FY-066A để tính tỷ lệ không khí/nhiên liệu Tín hiệu này có các mức báo động để bảo vệ quá trình đốt cháy vận hành một cách an toàn

Sau khi đo được tổng nhiên liệu (khí nhiên liệu và dầu nhiên liệu), kết quả từ FY 502B được so sánh với nhu cầu nhiệt TIC- -070 thông qua FY-502C Tín hiệu cao hơn sẽ là lưu lượng khí đốt cần thiết cho nhu cầu nhiệt