nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển tháp lọc dầu và hóa lỏng khí công nghiệp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THỊ THU HUYỀN NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÁP LỌC DẦU VÀ HÓA LỎNG KHÍ CÔNG NGHIỆP Chuyên ngành : Tự Động Hóa TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN - 2013 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi tên là Nguyễn Thị Thu Huyền, học viên lớp CHK13-TĐH; tôi xin cam đoan bản luận văn: “ Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển tháp lọc dầu và hóc lỏng khí công nghiệp” là do tôi tự tổng hợp, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa ai từng công bố. Trong luận văn có sử dụng một số nguồn tài liệu tham khảo rõ ràng như đã nêu trong phần tài liệu tham khảo. Thái Nguyên, Ngày tháng 12 năm 2012 Học viên Nguyễn Thị Thu Huyền Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn PSG. TS VÕ QUANG LẠP đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình hoàn thành nội dung luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn Khoa Điện – trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu đề tài. Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Ban giám hiệu, Phòng quản lý đào tạo sau đại học - trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành bản luận văn này. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Mục lục LỜI CAM ĐOAN 1 LỜI CẢM ƠN 3 Danh mục hình vẽ 7 MỞ ĐẦU 9 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LỌC DẦU VÀ HÓA LỎNG KHÍ CÔNG NGHIỆP 11 1.1 Giới thiệu chung về chế biến và sử dụng khí tự nhiên 11 1.1.1 Giới thiệu chung 11 1.1.2. Thành phần và các đặc tính cảu khí tự nhiên 13 1.1.3. Chế biến và sử dụng khí tự nhiên ở Việt Nam 13 1.1.4. Phương pháp chế biến khí tự nhiên. 15 1.1.4.1 Hấp thụ 15 1.1.4.2. Phân đoạn khí bằng chưng cất 15 1.1.4.3 Chế biến khí bằng phương pháp chưng cất. 15 1.2 Công nghệ xử lý khí các nhà máy 18 1.2.1 Giới thiệu chung 18 1.2.2 Chế độ vận hành cụm thiết bị hoàn toàn tối thiểu (AMF) 19 1.2.3. Chế độ vận hành cụm thiết bị tối thiểu (MF) 20 1.2.4. Chế độ vận hành hoàn chỉnh (GPP) 20 1.3. Tự động hoá các quá trình lọc hoá dầu và chế biến khí 21 1.3.1 Đặt vấn đề 21 1.3.2. Các hệ thống điều khiển ứng dụng trong công nghiệp hoá dầu và chế biến khí 22 1.3.2.1 Điều khiển phản hồi 22 1.3.2.2 Điều khiển bù nhiễu. 24 1.4 Đánh giá chất lƣợng hệ thống điều khiển tháp chƣng cất của nhà máy chế biến khí 25 1.4.1 Hệ thống điều khiển tháp chưng cất C-01 25 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.5 Kết luận 27 CHƢƠNG II: KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÁP CHƢNG CẤT LỌC DẦU VÀ HÓA LỎNG KHÍ. 29 2.1 Đặt vấn đề. 29 2.2 Giới thiệu tháp chƣng cất. 29 2.3 Cơ sở xây dựng mô hình tháp chƣng cất và đặc tính 30 2.3.1 Các kiến thức cơ bản về chưng cất 30 2.3.1.1 Sơ đồ nguyên lý một tháp chưng cất tổng quát 30 2.3.1.2 Giá trị K 33 2.3.1.4 Hệ số bay hơi tương đối. 35 2.3.1.5 Phương trình cân bằng dòng toàn phần 36 2.3.1.6 Xác định số đĩa lý thuyết 38 2.3.1.7 Cân bằng vật chất trong đĩa chưng cất 39 2.3.2Đặc tính tháp chưng cất 40 2.4 Mô hình toán học tháp chưng cất 41 2.5 Mô phỏng sơ đồ tháp chƣng cất. 51 2.5.1 Sơ đồ hệ thống tháp chưng cất 51 2.5.2 Thiết kế bộ điều khiển 52 2.5.3 Mô phỏng hệ thống tháp chưng cất khi chưa có khối tách kênh 53 CHUƠNG III: NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÁP LỌC DẬU VÀ HÓA LỎNG KHÍ CÔNG NGHIỆP 56 3.1 Lý thuyết điều khiển phân ly 56 3.1.1 Tách kênh 56 3.2 Xét trường hợp đối tượng điều khiển có 2 đầu vào và 2 đầu ra 63 3.2.1 Thiết kế bộ tách kênh từ lý thuyết tách kênh tổng quát 63 3.2.2 Tương tác giữa các vòng điều khiển 66 3.2.3 Thiết kế bộ điều khiển tách kênh 67 3.2.4 Thiết kế bộ điều khiển tách kênh cho tháp chưng cất và hóa lỏng khí có hai đầu vào và hai đầu ra 72 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.2.5 Kết luận 75 3.3 Mô phỏng hệ thống điều khiển tháp lọc dầu và hóa lỏng khí công nghiệp 75 3.3.1 Tính thống số 75 3.3.1.1 Khối tách kênh 75 3.3.1.2 Bộ điều khiển 76 3.3.2 Mô phỏng hệ thống 78 3.4 So sánh và đánh giá hệ thống điều khiển tháp lọc dầu và hoá lỏng khi công nghiệp 81 CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86 4.1. Kết luận 86 4.2.Kiến nghị 87 Tài liệu tham khảo 88 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Danh mục hình vẽ Hình Tên hình Trang 1.1 Sơ đồ tổng quát chế biến khí đồng hành 11 1.2 Sơ đồ tháp chưng - bay hơi 15 1.3 Sơ đồ CNT có hai đường đưa nguyên liệu vào tháp 16 1.4 Sơ đồ điều khiển phản hồi tổng quát 21 1.5 Sơ đồ điều khiển bù nhiễu tổng quát 23 1.6 Sơ đồ hệ thống điều khiển tháp chưng cất C-01 25 2.1 Sơ đồ tổng quát một tháp chưng cất 29 2.2 Sơ đồ tháp chưng cất 29 2.3 Sơ đồ tháp chưng cất với cấu hình điều khiển LV 31 2.4 Cấu trúc hệ 2 biến 49 2.4a Cấu trúc hệ hai biến hình P 49 2.4b Cấu trúc hệ hai biến hình V 49 2.5 Sơ đồ mô phỏng hệ thống tháp chưng cất 52 2.6 Nồng độ sản phẩm đỉnh tháp 53 2.7 Nồng độ sản phảm đáy tháp 54 3.1 Sơ đồ tổng quát hệ có nhiều đầu vào và nhiều đầu ra 56 3.2 sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển tách kênh 57 3.3a Sơ đồ cấu trúc hệ 3*3 với bộ bù các tương tác bên trong 61 3.3b Sơ đồ cấu trúc hệ n*n với bộ bù các tương tác bên trong 62 3.4 Mô hình cấu trúc hệ hai biến 63 3.5 Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển tách kênh 66 3.6 Hệ thống điều khiển tách kênh 67 3.7 Sơ đồ điều khiển tách kênh 69 3.8 Mô hình toán học của hai tín hiệu vào và ra 71 3.9 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển tháp chưng cất với hai biến vào và hai biến ra 74 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.10 Sơ đồ mô phỏng tháp chưng cất 77 3.11 Sơ đồ mô phỏng 2 bộ điều khiển tách kênh 77 3.12 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển PI 78 3.13 Sơ đồ tổng quát mô phỏng điều khiển tháp chưng cất 78 3.14 Nồng độ sản phẩm đỉnh tháp khi có bộ tách kênh 79 3.15 Nồng độ sản phẩm đáy tháp khi có bộ tách kênh 79 3.16 Sơ đồ tổng quát mô phỏng sự so sánh giữa hai phương pháp 80 3.17 Sự thay đổi sản phẩm đỉnh tháp 81 3.18 Sự thay đổi sản phẩm đáy tháp 82 3.19 Sai lệch hai tín hiệu đỉnh 83 3.20 Sai lệch hai tín hiệu đáy 84 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Công nghệ chế biến dầu phát triển mạnh là nhờ là các đặc tính quý riêng của nguyên liệu dầu mỏ thuận tiện cho quá trình tự động hoá dễ khống chế cấc điều kiện công nghiệp và công xuất chế biến lớn, sản phẩm thu được có chất lượng cao, ít tạp chất và dễ tinh chế, dễ tạo ra nhiều chủng loại sản phẩm đáp ứng mọi nhu cầu của ngành kinh tế Quốc dân. Việc nghiên cứu nắm vững quy trình công nghệ nhà máy lọc dầu và các hệ thống điều khiển nhằm khai thác có hiệu quả. Hướng nghiên cứu ứng dụng lý thuyết điều khiển hiện đại đang góp phần rất lớn trong việc tự động hoá quá trình sản xuất, khai thác một cách triệt để và tối ưu hoá chất lượng sản phẩm, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong công nghiệp khai thác và chế biến dầu khí. Luận văn chú trọng phân tích đánh giá hệ điều khiển lọc dầu và hoá lỏng khí, nghiên cứu những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và khả năng ứng dụng các bộ phận điều khiển để nâng cao chất lượng các đặc tính điều khiển. Vì vậy, việc nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển tháp lọc dầu và hoá lỏng khí công nghiệp là cần thiết và cần được tập trung nghiên cứu. - Đề tài nhằm đánh giá chung về hệ thống điều khiển hiện tại của công nghiệp chế biến khí ở Việt Nam. - Xây dựng mô hình toán học cho các tháp lọc dầu và khảo sát đặc tính của các tháp chưng cất và hoá lỏng khí. - Đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng hệ thống đều khiển tháp lọc dầu và hoá lỏng khí. Nội dung luận văn gồm 4 chương. Chương I Tổng quan về công nghệ lọc dầu và hoá lỏng khí công nghiệp 1.1 Giới thiệu chung về chế biến và sử dụng khí tự nhiên 1.2 Công nghệ xử lý khí ở nhà máy 1.3 Tự động hoa quá trình lọc dầu và hoá lỏng khí. 1.4 Đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển tháp chưng cất của nhà máy chế biến khí Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.5 Kết luận Chương II: Khảo sát đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển tháp chưng cất lọc dầu hoá khí 2.1 Đặt vấn đề 2.2. Giới thiệu tháp chưng cất 2.3 Cơ sở xây dựng mô hìh tháp chưng cất và đặc tính 2.4 Mô hình hoán học tháp chưng cất 2.5 Bài toán điều kiện tháp chưng cất, khảo sát và đánh giá hệ thống điều khiển tháp lọc dầu và hoá lỏng khí công nghiệp Chương III. Nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển tháp lọc dầu và hoá lỏng khí công nghiệp 3.1 Lý thuyết điều khiển phân ly 3.2 Ứng dụng lý thuyết điều khiển phân ly dể tách kênh trong tháp chưng cất 3.3 Mô phỏng hệ thống điều khiển tháp lọc dầu và hoá lỏng khí công nghiệp 3.4 So sánh và đánh giá hệ thống điều khiển tháp lọc dầu và hoá lỏng khi công nghiệp. 3.5 Kết luận Chương IV: Kết luận và kiến nghị [...]... iu khin LV S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Dòng phản hồi (840 kg/min) Nồng độ sản phẩm đỉnh Giá trị đặt (92%) CC Dòng vào (547kg/min) Đầu ra bộ điều khiển (51,4%) ( Nhiễu) Hơi n-ớc (213 kg/min) Đầu ra bộ điều khiển (47,5%) Giá trị đặt (1,5%) CC Nồng độ sản phẩm đáy (1.5%) Hỡnh 2.3.S thỏp chng ct vi cu hỡnh iu khin LV Xột hn hp 2 thnh phn A v B cn c tỏch thnh 2... ng ỏp sut v nhit thớch hp, ti mi thit b ú ta thu c 2 phõn on: Phõn on nh bay ra nh thỏp v phõn on nng chy ra ỏy thỏp p sut cỏc thit b thng l cao, nhit thng thp Vic tỏch phõn on khớ t phi c thc hin nhit rt thp hoc rt cao hoc nhit khỏ thp v ỏp xut cao 1.1.4.3 Ch bin khớ bng phng phỏp chng ct S chng ct nhit thp (CNT) thc hin quỏ trỡnh tỏch cu t nh trc hiu qu hn s hp th nhit thp (HNT) v thit... v khớ cú trong du m nhm thu c cỏc sn phm du khớ cú cht lng cao Sn phm ca cỏc quỏ trỡnh ch bin hoỏ hc du m, v cỏc phõn on, cỏc bỏn sn phm du m l khớ hydrocracking, khớ ca quỏ trỡnh cc hoỏ, vv S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Tuy cha nhiu cht nhng nh nhit sụi ca cỏc cht hydrocacbon rt khỏc nhau nờn nõng cao hiu qu v tớnh tin dng ngi ta thng ch bin khớ du m thnh... Chớnh vỡ vy trong cỏc nh mỏy ch bin khớ, quỏ trỡnh t ng hoỏ ó c ng dng rng rói Cỏc h thng iu khin t ng c a vo nhm nõng cao cht lng sn phm v m bo s hot ng an ton, hiu qu ca nh mỏy 1.3.2 Cỏc h thng iu khin ng dng trong cụng nghip hoỏ du v ch bin khớ Cỏc h thng iu khin t ng c a vo nhm nõng cao cht lng sn phm v m bo s hot ng an ton, hiu qu ca nh mỏy H thng iu khin cỏc thỏp s dng cỏc cu trỳc iu khin phn hi,... ỏnh giỏ c tớnh ca thỏp, qua ú xut gii phỏp nõng cao cht lng cỏc h thng iu khin cỏc thỏp lc du v húa lng khớ S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn CHNG II: KHO ST NH GI CHT LNG H THNG IU KHIN THP CHNG CT LC DU V HểA LNG KH 2.1 t vn Kho sỏt cỏc c tớnh ca thỏp chng ct l vn rt quan trng a ra sỏch lc iu khin phự hp nhm nõng cao cht lng h thng iu khin cỏc thỏp chng ct trong... ta thng dựng phng phỏp hp th-kh hp th tỏch khớ nng Nguyờn lý c bn ca quỏ trỡnh l do lũng khớ i ngc li vi dũng du lng cú bn cht t xng cho n gas oil 30 0-400C di ỏp sut cao Cỏc khớ tan vo du, khớ cng nng tan cng nhiu, ỏp xut cng cao, nhit cng thp thỡ khớ tan cng nhiu Quỏ trỡnh hp th c thc hin nh sau: dũng du c np vo nh thỏp, khớ np vo t ỏy thỏp, Khớ cú tờn l khớ bộo, du np vo thng c gi l du nghốo... hnh hon chnh (GPP) Giai on GPP (Gar Processing Plant): Nh mỏy gm cỏc thit b hon chnh c phỏt trin t cm MF vi mc ớch tỏch v thu hi condensate, Butan, Propan Khi hot ng ch GPP, hiu sut thu hi sn phm lng cao hn so vi cỏc giai on AMF v MF Cỏc thit b c lp t b sung gm: - Thit b gin n / nộn khớ CC - 01 (Turbo Expander/Compressor) - Cm thỏp tỏch Propan, Butan C 03 (C3/ C4 Splitter) - Thỏp chng ct C 04 (Gas... tng quỏt ch bin khớ ng hnh Trong s ny khụng cú giai on loi bi, ngha l ta coi khớ cn ch bin ó c lc bi ri Thit b (1) cú th l mt bỡnh tỏch n gin nhng thng l mt h thng cỏc thit b tỏch vi kh nng tỏch khụng cao, cũn phn on nng ra khớ (1) ch yu bao gm t condensat Thit b loi nc (2) ch cn trong trng hp nhit (3) thp n mc cú th to hydrat trờn ng ng dn khớ S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn... (PLG) cho quỏ trỡnh x lý tip theo Sau õy ta kho sỏt ỏnh giỏ s iu khin thỏp C-01 õy l thỏp in hỡnh trong nh mỏy ỏnh giỏ cht lng h thng iu khin thỏp ny s cho ta cỏi nhỡn tng i tng quỏt trong vic nõng cao cht lng h thng iu khin cỏc thỏp chng ct khỏc Hỡnh 1.6 mụ t tng quỏt s h thng iu khin thỏp chng ct c-01 Ch tiờu cht lng ca h thng iu khin C-01 c ỏnh giỏ thụng qua vic duy trỡ n nh cỏc thnh phn cỏc... thỏp: nhit 80C, 28 lng - C1 chim 10Mol - C2 chim 50Mol - C3 chim 18,3Mol - C4 chim 8,2Mol - C5 + chim 7,5Mol Trng lng phõn t: 41,8 Bng vic duy trỡ nhit n nh nh v ỏy thỏp sn phm thu c s cú tinh khit cao hn Sn phm thu c nh thỏp ch yu l khớ metan v etan Thnh phn C1+C2 ch chin 1 Mol nhit 109o C H thng iu khin thỏp phi m bo duy trỡ tinh khit ca cỏc sn phm nh v ỏy thỏp Hay núi cỏch khỏc h thng iu khin . toán điều kiện tháp chưng cất, khảo sát và đánh giá hệ thống điều khiển tháp lọc dầu và hoá lỏng khí công nghiệp Chương III. Nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển tháp lọc dầu và hoá lỏng khí. đến chất lượng sản phẩm và khả năng ứng dụng các bộ phận điều khiển để nâng cao chất lượng các đặc tính điều khiển. Vì vậy, việc nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển tháp lọc dầu. toán học cho các tháp lọc dầu và khảo sát đặc tính của các tháp chưng cất và hoá lỏng khí. - Đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng hệ thống đều khiển tháp lọc dầu và hoá lỏng khí. Nội dung