Bài giảng thiết kế nhà máy đại học quốc gia Hồ Chí Minh

THIẾT KẾ NHÀ MÁY (Chemical Plant Design) VŨ BÁ MINH HOÀNG MINH NAM Mục lục Chương 1: Giới thiệu môn học Chương 2: Triễn khai dự án (Project Development) Chương 3: Thiết kế quy trình (Process Design) Chương 4: Lựa chọn thiết bị vật liệu chế tạo (Equipment Selection & Materials of Construction) Chương 5:Các tiệân nghi hỗ trợ sản xuất (Utilities) Chương 6: Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy Chương 7: Xây dựng nhà máy Chương 8: Tính kinh tế dự án Chương 1: GIỚI THIỆU MÔN HỌC 1.1 THIẾT KẾ NHÀ MÁY(TKNM) 1.1.1 Vai trò kỹ sư hoá học (KSHH) KSHH ngưới có kỹ triễn khai vào sản xuất: § qui trình, § thiết kế, § xây dựng § vận hành nhà máy công nghiệp Do KSHH làm việc lónh vực ngành công nghiệp hoá học nói chung sau: v Nghiên cứu triễn khai (R&D); v Thiết kế; v Sản xuất; v Thương mại KSHH có triễn vọng công việc kiến thức đa dạng 1.1.2 Thiết kế kỹ thuật TKNM bao gồm thiết kế § qui trình, § thiết bị § xây dựng nhà máy Đặc trưng mang tính định người kỹ sư hoá học thể thiết kế tính sáng tạo nghề nghiệp Công việc TK thực sau kế hoạch chuẩn bị trước § địa điểm mặt xây dựng nhà máy, § lựa chọn qui cách thiết bị công nghệ, § bố trí thiết bị theo sơ đồ qui trình công nghệ dự kiến mở rộng tương lai 1.1.2 Thiết kế kỹ thuật TK thiết bị xây dựng phải đạt hiệu cao sử dụng nguyên vật liệu qui trình công nghệ Cung ứng dự trữ nguyên vật liệu đựơc xếp cho việc mở rộng sau không làm xáo trộn dòng vật liệu di chuyển qui trình công nghệ, đáp ứng tốt điều kiện hoạt động thiết bị Công việc thiết kế tập trung vào toán truyền nhiệt, truyền khối biến đổi hoá học, sinh học Các yếu tố khác phải xem xét thêm cháy nổ, tính độc hại cúa hoá chất, an toàn lao động, sức khoẻ cho công nhân, hệ thống phân phối cách kinh tế tiện nghi phục vụ sản xuất nước, điện năng, khí nén… mở rộng sản xuất sau 1.1.2 Thiết kế kỹ thuật KSHH có nhiệm vụ tính toán: v suất lượng dòng, v hiệu suất, v sử dụng nguyên vật liệu dây chuyền tồn trữ Cần sử dụng kiến thức: § cân vật chất-năng lượng, § vận chuyển nguyên vật liệu, § truyền nhiệt, § truyền khối, phân riêng vật liệu, § nhiệt động lực học, cân tốc độ hệ phản ứng hoá học, sinh học, đặc trưng chất xúc tác Ngoài KSHH phải tính chi tiết chi phí thiết bị => trước vào TK chi tiết, cần phải biết đựơc chi phí chế biến cho 1T nguyên liệu qui trình công đoạn 1.1.3 Yêu cầu thiết kế nhà máy Yếu tố chủ yếu định SX sản phẩm mới, hay mở rộng, đại hóa nhà máy có sẵn “Thời gian thu hồi vốn đầu tư ?” Thiết kế nhà máy sơ (khả thi) Bản phân tích TKNM bao gồm: § Thiết kế qui trình; § Lựa chọn, thiết kế thiết bị vật liệu chế tạo; § Lựa chọn vị trí, TK xây dựng để ước tính chi phí lao động, đất đai xây dựng; § Phân tích chi phí sản xuất § Nếu đến định tích cực thực dự án tiến hành công việc thiết kế chi tiết nhà máy Thiết kế chi tiết bao gồm việc tối ưu hóa chi tiết, qui cách thiết bị công nghệ, vẽ chi tiết… 1.2 BẢN CHẤT CÔNG VIỆC THIẾT KẾ Qui trình thiết kế người KS thiết kế phải làm việc ? l TK công việc mang tính sáng tạo công việc xứng đáng cho người kỹ sư thực l TK việc tổng hợp tất ý tưởng lại nhằm đạt đến mục tiêu mong muốn KS thiết kế bắt đầu với mục tiêu hay nhu cầu cụ thể đầu triễn khai, đánh giá phương án thiết kế nhằm đạt đến phương án tốt để đạt mục tiêu, sản phẩm hay cải tiến công đoạn qui trình sản xuất 1.2 BẢN CHẤT CÔNG VIỆC THIẾT KẾ KS thiết kế bị ràng buộc nhiều yếu tố làm giảm số lượng phương án thiết kế có thể, phương án thiết kế đáp ứng mục tiêu ban đầu Sẽ có số phương án TK khác nhau, tốt Các ràng buộc cố định, không biến đổi: * định luật vật lý, * luật lệ, qui định nhà nước, * tiêu chuẩn Các ràng buộc khác linh động vận dụng phần chiến lựơc tổng thể nhằm đạt đến thiết kế tốt Các ràng buộc tầm ảnh hưởng TK xem ràng buộc bên (hình 1.1) Phía ràng buộc có TK hợp lý đáp ứng ràng buộc bên kiểm soát như: lựa chọn qui trình, lựa chọn thông số vận hành qui trình, vật liệu chế tạo, thiết bị 1.2 BẢN CHẤT CÔNG VIỆC THIẾT KẾ Đánh giá tính khả thi mặt kinh tế ràng buộc thiết kế kỹ thuật: nhà máy phải sinh lợi v Thời gian hoàn thành ràng buộc v Các bước triễn khai thiết kế từ xác định mục tiêu ban đầu thiết kế cuối trình bày hình 1.2 cho thấy qui trình thiết kế mang tính lặp lại Trong trình thiết kế KS phải nhận phương án ràng buộc mới, phải tìm số liệu ý tưởng đánh giá lời giải 10 27/12/2006 Chuong - Lua chon dia diem xay dung nha may 38 27/12/2006 Chuong - Lua chon dia diem xay dung nha may 39 27/12/2006 Chuong - Lua chon dia diem xay dung nha may 40 Chương 8: Tính kinh tế dự án Chuong 8: Tinh kinh te cua du an 27/12/2006 8.1 Giới thiệu v v v Ước tính chi phí lónh vực chuyên môn cần có tính chuyên nghiệp Tuy nhiên người kỹ sư thiết kế cần phải có khả ước tính nhanh chi phí để định phương án thiết kế đánh giá dự án khác Nhà máy xây dựng nhằm mục đích lợi nhuận cần phải ước tính vốn đầu tư chi phí sản xuất cần thiết để đánh giá khả sinh lợi dự án Chuong 8: Tinh kinh te cua du an 27/12/2006 8.2 Muïc đích tính xác việc ước tính vốn đầu tư Tính xác việc ước tính phụ thuộc: lượng thông tin có thiết kế, v số liệu giá v thời gian thực việc ước tính v Trong giai đoạn đầu dự án cần ước tính gần đúng, so sánh biện luận theo lượng thông tin có tieáp theo Chuong 8: Tinh kinh te cua du an 27/12/2006 Ước tính vốn đầu tư chia thành ba loại theo mục đích độ xác: ¢ ¢ ¢ Ước tính sơ xác ± 30%, để xác định tính khả thi, chọn lựa sơ phương án thiết kế khác Ước tính sơ dựa số liệu giới hạn Ước tính tương đối xác (nộp cấp định ngân sách) xác ± 10 - 15% v có nên xúc tiến thiết kế chi tiết, ước tính chi phí chi tiết xác v bao gồm khoản phát sinh giá đấu thầu Nếu thời gian cho phép nâng độ xác lên ± 5% v cần sơ đồ đường ống dụng cụ đo kích thước chủ yếu thiết bị Ước tính chi tiết (dự toán) xác ± - 10% sử dụng để kiểm tra chi phí dự án ký hợp đồng, dựa thiết kế hoàn chỉnh, giá xác cua du ant bị chi phí xâ27/12/2006ng thiế y dự Chuong 8: Tinh kinh te 8.3 Vốn đầu tư 8.3.1 Vốn cố định Vốn cố định tổng số tiền cần có cho nhà máy sẵn sàng khởi động, chi phí trả cho nhà thầu vThiết kế giám sát kỹ thuật, xây dựng vTất hạng mục thiết bị lắp đặt… vTất chi phí đường ống, dụng cụ đo hệ thống kiểm soát… vXây dựng nhà xưởng công trình phụ trợ… vCác tiện nghi phục vụ sản xuất vChi phí tốn lần không hồi phục chấm dứt tuổi thọ dự aùn Chuong 8: Tinh kinh te cua du an 27/12/2006 8.3.2.Vốn lưu động phần vốn đầu tư bổ sung để đưa nhà máy vào hoạt động nhà máy thu lợi nhuận v v v v v v Chi phí khởi động nhà máy Chi phí cho chất xúc tác ban đầu Nguyên liệu tồn kho dây chuyền sản xuất Sản phẩm tồn kho Tồn kho phụ tùng bảo trì sửa chữa Dự trữ tiền mặt tối thiểu chi phí cho khách hàng Hầu hết vốn lưu động thu hồi chấm dứt dự án Tổng vốn đầu tư cho dự án tổng vốn cố định lưu ñoäng Chuong 8: Tinh kinh te cua du an 27/12/2006 Vốn lưu động chiếm tỷ lệ: v thay đổi từ 5% vốn cố định cho dự án đơn giản, có sản phẩm, qui trình sản xuất đơn giản, có sản phẩm tồn kho; v đến 30% cho dự án sản xuất nhiều loại sản phẩm đáp ứng thị trường phức tạp v nhà máy lọc hoá dầu tỷ lệ chiếm khoảng 15% Chuong 8: Tinh kinh te cua du an 27/12/2006 8.4 Sự gia tăng chi phí (lạm phát) ¢ ¢ ¢ ¢ Chi phí nguyên vật liệu lao động có xu hướng gia tăng theo thời gian Tất phương pháp tính toán chi phí dựa vào số liệu khứ tiên đoán chí phí cho tương lai Phương pháp thường sử dụng để cập nhật hoá số liệu chi phí khứ sử dụng số giá thông dụng Các số liên hệ giá với khứ sở số liệu giá lao động, nguyên vật liệu, lượng từ tạp chí thống kê thức Chuong 8: Tinh kinh te cua du an 27/12/2006 8.5 Các phương pháp ước tính nhanh vốn đầu tư vChi phí khứ § § từ số liệu vốn đầu tư dự án sử dụng qui trình công nghệ thực khứ sử dụng trước khí thực bước xác định qui trình công nghệ nhằm ước tính nhanh vốn đầu tư cần thiết Chuong 8: Tinh kinh te cua du an 27/12/2006 ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ Để có kết ước tính tốt nhất, công việc nên tách riêng thành thành phần chi tiết như: lao động, vật liệu, thiết bị … sử dụng số riêng để biểu diễn Thông thường để thuận lợi tạp chí chuyên ngành phổ biến số hỗn hợp cho ngành công nghiệp khác Ước tính chi phí tương lai cho nhà máy cần phải tiên đoán tốc độ lạm phát tương lai (các số lạm phát hàng năm thông báo phương tiện truyền thông đại chúng) Sử dụng số cần thận trọng phụ thuộc vào nhu cầu nguồn cung cấp Chỉ số lấy khoảng thời gian xa tin cậy 10 Chuong 8: Tinh kinh te cua du an 27/12/2006 8.6 Ước tính chi tiết ¢ ¢ Để ước tính xác hơn, hệ số chi phí, giá cần phải xem xét cụ thể Trong xây dựng nhà máy, chi phí thiết bị cần phải bổ sung thêm mục sau đây: v Lắp đặt thiết bị trường v Đường ống bao gồm cách nhiệt sơn v Điện năng, lượng loại chiếu sáng v Dụng cụ đo, chổ phòng kiểm soát v Nhà xưởng công trình phụ trợ … v Kho chứa, nguyên liệu thành phẩm v Các tiện nghi phục vụ sản xuất v Mặt xây dựng 11 Chuong 8: Tinh kinh te cua du an 27/12/2006 Chi phí gián tiếp v v v v Chi phí thiết kế dịch vụ kỹ thuật mua sắm, đấu thầu, giám sát, thường chiếm từ 20 đến 30% chi phí trực tiếp Chi phí nhà thầu thường chiếm từ đến 10% chi phí trực tiếp Chi phí dự phòng thường dùng để trang trải cho chi phí không tiên đoán (tranh chấp lao động, điều chỉnh thiết kế, thời tiết bất thường…) thường chiếm từ đến 10% chi phí trực tiếp Vốn đầu tư cần thiết cho việc xây dựng nhà máy lắp đặt tiện nghi phục vụ sản xuất phụ thuộc vào mặt hoàn toàn hay xây dựng mặt cũ tận dụng số tiện nghi cũ 12 Chuong 8: Tinh kinh te cua du an 27/12/2006 ... cầu thiết kế nhà máy Yếu tố chủ yếu định SX sản phẩm mới, hay mở rộng, đại hóa nhà máy có sẵn “Thời gian thu hồi vốn đầu tư ?” Thiết kế nhà máy sơ (khả thi) Bản phân tích TKNM bao gồm: § Thiết kế. .. v Thiết kế nhà máy phải đáp ứng yêu cầu kỹ thuật kinh tế; v Mục tiêu thiết kế đảm bảo nhà máy hoạt động thông suốt với lợi nhuận cực đại số vốn đầu tư ban đầu cần thiết v Bất kỳ thiết kế nhà máy. .. việc thiết kế chi tiết nhà máy Thiết kế chi tiết bao gồm việc tối ưu hóa chi tiết, qui cách thiết bị công nghệ, vẽ chi tiết… 1.2 BẢN CHẤT CÔNG VIỆC THIẾT KẾ Qui trình thiết kế người KS thiết kế