Phân tích đánh giá hệ thống điều khiển tháp lọc dầu và hóa lỏng khí hiện nay tại Việt Nam
-1- M ð U Tính c p thi t c a ñ tài T i Vi t Nam ngành d u khí m t ngành cơng nghi p r t non tr , ngành công nghi p l c d u ngành m i b t ñ u s n xu t Vi t nam, h u h t thi t b c a ngành ñ u thi t b nh p ngo i Vi c khai thác s d ng thi t b ñ u ph thu c nhi u vào nư c ngồi, đ c bi t thi t b ñi u n, nên giá thành ñ t Vi c nghiên c u, n m v ng quy trình công ngh nhà máy l c d u h th ng ñi u n nh m khai thác có hi u qu tìm cách ti p c n thay th d n thi t b ñi u n nư c m t v n ñ c n ñư c quan tâm Hư ng nghiên c u ng d ng lý thuy t ñi u n hi n ñ i ñang góp ph n r t l n vi c t đ ng hố q trình s n xu t, khai thác m t cách tri t ñ t i ưu hoá ch t lư ng s n ph m, ñ m b o an toàn hi u qu công nghi p khai thác ch bi n d u khí M c đích c a đ tài, ñ i tư ng nghiên c u ph m vi nghiên c u ð tài nh m ñánh giá chung v h th ng ñi u n hi n t i c a công nghi p ch bi n khí Vi t Nam, xây d ng mơ hình tốn h c cho tháp l c kh o sát đ c tính c a tháp chưng c t hố l ng khí ð i tư ng nghiên c u ñư c ti n hành tháp chưng c t h n h p nhi u thành ph n Lu n án tr ng phân tích đánh giá h u n tháp l c d u hố l ng khí hi n t i Vi t Nam Nghiên c u nh ng y u t nh hư ng ñ n ch t lư ng s n ph m kh ng d ng b ñi u n ña bi n ñ nâng cao ch t lư ng đ c tính u n Ph m vi nghiên c u c a ñ tài ñư c t p trung vào h th ng ñi u n tháp chưng c t dùng công nghi p l c d u hóa l ng khí Phương pháp nghiên c u D a s ngun lý ho t đ ng, cơng ngh tách phân đo n c a tháp hóa l ng khí mà d li u thu th p th ng kê ñư c t th c t nhà máy ñ thành l p mơ hình tốn h c mơ t hành vi c a tháp chưng c t S d ng ph n m m Matlab đ mơ ph ng phân tích h th ng Trên s phân tích ñ c ñi m công ngh , ưu c ñi m c a h -2- th ng ñi u n tháp l c d u hố l ng khí, ch tiêu ch t lư ng c a s n ph m ñã ñ t ñư c, ñ xu t phương án ng d ng ñi u n tách kênh h ña bi n ñ nâng cao ch t lư ng c a trình u n nh m t o s n ph m d u khí có ch t lư ng t t Ý nghĩa khoa h c th c ti n c a ñ tài Các h th ng ñi u n hi n t i nhà máy x lý khí d a c s c a q trình u n riêng bi t t ng đ i lư ng, ý ñ n nh hư ng qua l i c a ñ i lư ng ñư c ñi u n m t ñ i tư ng Vì v y tác đ ng u ch nh m t đ i lư ng tháp chưng c t ph i tìm cách ñi u ch nh ñ i lư ng liên quan tháp ð kh c ph c ñi u tác gi có ý tư ng ng d ng ñi u n tách kênh vào h th ng ñi u n tháp l c d u hóa l ng khí Vi c ng d ng ñi u n tách kênh cho phép kh c ph c ñư c nh hư ng qua l i c a kênh ñ i tư ng ñi u n ña bi n tháp chưng c t Trên th c t , chưa có nhi u cơng trình nghiên c u v tháp chưng c t đư c cơng b Vi t Nam Tác gi mong mu n đóng góp m t ph n nghiên c u kh o sát tháp chưng c t nh m làm s cho vi c ng d ng lý thuy t ñi u n tách kênh vi c nâng cao ch t lư ng h th ng ñi u n tháp chưng c t Nhưng đóng góp m i c a lu n án Xây d ng mơ hình tốn h c mơ ph ng đ c tính tháp chưng c t theo h ña bi n; phân tích ñánh giá ñư c ch t lư ng h th ng ñi u n tháp chưng c t ng d ng ñi u n tách kênh vào vi c nâng cao ch t lư ng h th ng ñi u n tháp chưng c t hóa l ng khí ñi u ki n Vi t Nam Vi c ng d ng u n tách kênh cơng nghi p d u khí cho phép c i thi n ch t lư ng s n ph m c a tháp l c d u hóa l ng khí C u trúc lu n án Ngồi ph n m đ u k t lu n, lu n án g m chương Chương trình bày t ng quan v cơng ngh l c hóa d u ch bi n khí Vi t Nam th gi i Trong chương trình bày h th ng u n ñang ñư c áp d ng công nghi p l c hóa d u ch bi n khí, qua rút k t lu n v vai trò c a tháp chưng c t h -3- th ng ñi u n tháp chưng c t, m t nh ng ñ i tư ng ñi u n quan ñư c áp d ng cơng nghi p ch bi n khí Chương trình bày s lý thuy t đ xây d ng mơ hình tốn h c cho tháp chưng c t ñ làm s cho vi c kh o sát ñánh giá ch t lư ng h th ng u n tháp Căn c mơ hình toán h c k t qu kh o sát h th ng ñi u n hi n t i ñ ñánh giá t ng quát v h th ng ñi u n tháp chưng c t Chương ñưa gi i pháp nâng cao ch t lư ng h th ng ñi u n tháp chưng c t b ng cách áp d ng lý thuy t ñi u n ña bi n Trong chương ñưa ñư c k t qu kh ng ñ nh vi c áp d ng ñi u n tách kênh s c i thi n ñư c ch t lư ng c a h th ng ñi u n tháp chưng c t hi n Chương k t qu th c nghi m áp d ng lý thuy t ñi u n tách kênh cho tháp chưng c t kh o sát b ng Matlab ch ñ làm vi c khác K t qu th c nghi m ñã minh ch ng cho ph n lý thuy t chương Chương T NG QUAN ði u n trình l c d u ch bi n khí m t tốn ph c t p v i kh i lư ng tính tốn l n Gi i toán nh m ñáp ng ch tiêu ñ t cho ho t ñ ng s n xu t kinh t ði u quan tr ng ch tiêu c a ho t ñ ng nhà máy thay ñ i d n theo th i gian ñ i v i vi c ñi u n trình Vì v y c n phân tích đánh giá h th ng tr ng thái ñ ng Mơ hình tốn h c c a q trình ch bi n s n xu t d u, khí r t ph c t p Các h th ng ñi u n t ñ ng ñư c ñưa vào nh m nâng cao ch t lư ng s n ph m ñ m b o s ho t đ ng an tồn, hi u qu c a nhà máy Qua vi c phân tích cơng ngh ch bi n khí ta th y tháp dùng nhà máy ch bi n khí ch y u tháp hình tr nhi u đĩa H th ng ñi u n tháp s d ng sách lư c ñi u n ph n h i ñi u n truy n th ng Các b ñi u n dùng b P, PI kinh ñi n H th ng ñi u n tháp c a nhà máy trì ñư c ch tiêu, ch t lư ng theo yêu c u Tuy nhiên trình v n hành, thay đ i dịng h i lưu đ trì giá tr đ t c a s n ph m đ nh đ ng th i nh hư ng ñ n ch t lư ng s n ph m đ nh, làm nh hư ng ñ n ch t lư ng s n ph m nhà máy Hay nói cách khác, tháp s d ng nhà -4- máy ñ i tư ng ña bi n (ñ i tư ng nhi u ñ u vào nhi u ñ u MIMO) Các h th ng ñi u n ñơn bi n khơng đáp ng u c u c a h MIMO Ngồi nh n th y r ng chưng c t tháp chưng c t ñư c dùng ph bi n n u khơng nói ch y u cơng ngh hóa d u ch bi n khí t nhiên Vi c nghiên c u hoàn thi n h th ng ñi u n tháp chưng c t v n ñ h t s c quan tr ng, ñ c bi t Vi t Nam, mà công nghi p d u m ch bi n khí hồn tồn m i m Trong lĩnh v c có nhi u cơng trình đư c cơng b Nhi u nhà khoa h c th gi i ñã ñang có nhi u đóng góp lĩnh v c nghiên c u ñi u n tháp chưng c t Vi t Nam cơng trình nghiên c u v h th ng ñi u n tháp l c d u, chưng c t cịn q Vì v y lu n án s tr ng nghiên c u xây d ng mơ hình đ mơ ph ng đ c tính c a tháp đ xu t gi i pháp nâng cao ch t lư ng h th ng ñi u n tháp l c d u hóa l ng khí Vi t Nam Chương MƠ HÌNH HỐ, MƠ PH NG, KH O SÁT VÀ ðÁNH GIÁ CH T LƯ NG H TH NG ðI U KHI N THÁP CHƯNG C T TRONG CƠNG NGHI P D U KHÍ Ngư i ta ti n hành mơ hình hóa tháp chưng c t đ kh o sát đ c tính c a tháp Các q trình cơng nghi p thư ng r t ph c t p, v y dù mơ hình t t đ n m y ch có th bi u di n m t cách x p x đ c tính c a đ i tư ng c n kh o sát M t mô hình q ph c t p s gây nên khó khăn trình kh o sát, ngư c l i m t mơ hình q đơn gi n l i khó có th ph n ánh xác đ c tính quan c a đ i tư ng c n kh o sát Tuy v y mơ hình t t nh t mơ hình đáp ng đư c u c u v tính trung th c theo m c đích s d ng nh t đ nh Vi c cân nh c l a ch n m c ñ chi ti t xác mơ hình hố ph thu c vào y u t sau: - Yêu c u m c đích s d ng c th c a mơ hình - Chi phí mơ hình hố - ð tin c y c a thơng tin v đ i tư ng hay trình Chưng c t phương pháp phân tách b n, lâu ñ i nh t, nhi u g n phương pháp nh t ñư c s d ng công nghi p -5- d u m ch bi n khí t nhiên Ngư i ta c n chưng c t khơng nh ng d u thơ, khí đ ng hành, khí t nhiên mà c h n h p s n ph m t lò ph n ng hoá h c dùng trình ch bi n d u m lĩnh v c hố d u Chưng c t đư c th c hi n thi t b chưng c t Thi t b chưng c t g m tháp chưng c t bình tách thi t b b tr thi t b làm l nh, thi t b ngưng t , lò gia nhi t, Tháp chưng c t thi t b ch y u c a phân xư ng chưng c t H u h t tháp chưng c t dùng công nghi p l c d u ch bi n khí t nhiên tháp đĩa hình tr Các tháp ch bi n khí t nhiên thư ng có t 10 đ n 60 đĩa ðư ng kính c a tháp chưng c t ph thu c vào lưu lư ng nguyên li u ñ chưng c t Chi u cao c a tháp ph thu c ch y u vào s ñĩa l c Kho ng cách gi a hai ñĩa liên ti p kho ng 0,25-0,8m có th Ngồi c n m t khơng gian đáng k đ nh đáy tháp Hình 2.6 mơ t sơ đ tháp chưng c t n hình đ t o hai s n ph m ñư c l y ñ nh ñáy tháp Trên sơ ñ ký hi u bi u th ý nghĩa sau: F - Lưu lư ng dòng n p li u (kmol/ph) zF - Thành ph n nguyên li u dòng n p ( ph n mol c a h p ch t nh ) qF- Ph n l ng h n h p n p D - Lưu lư ng dịng s n ph m đ nh (kmol/ph) B - Lưu lư ng dịng s n ph m đáy (kmol/ph) xD- Thành ph n (ph n mol) s n ph m ñ nh (thành ph n h p ch t nh có đ nh tháp)(%) xB - Thành ph n (ph n mol) s n ph m ñáy (thành ph n h p ch t nh có đáy tháp)(%) L - Lưu lư ng dòng h i lưu(kmol/ph) V - Lưu lư ng dịng đư c gia nhi t đáy(kmol/ph) VN - Lưu lư ng dịng đ nh tháp(kmol/ph) N - S ñĩa lý thuy t i - Ký hi u s th t c a ñĩa -6- xi, yi - Thành ph n (ph n mol) c a pha l ng ñĩa th i (thư ng dùng ñ ch thành ph n h p ch t nh , h p ch t d bay hơi, có pha l ng hơi) Hình 2.6 Sơ ñ tháp chưng c t v i c u hình ñi u n LV ð xây d ng mô hình tháp chưng c t ta s d ng sơ đ tháp chưng c t hình 2.6 Mơ hình tốn h c c a tháp chưng c t đư c xây d ng d a công th c mơ t q trình chưng c t tháp[8,10] Xét h n h p thành ph n A B c n ñư c tách thành dòng s n ph m b ng cách dùng phương pháp chưng c t truy n th ng H n h p ñư c n p vào tháp dư i d ng ch t l ng t i ñĩa n p Nf v i lưu lư ng F (kmol/ph) ph n mol c a h n h p n p (c a h p ch t A có h n h p n p) zF Phía đ nh dịng đư c làm l nh ngưng t hồn tồn, sau đư c ñưa vào bình ch a h i lưu Vi c làm l nh ñ nh tháp ñư c th c hi n b ng nư c l nh Ch t l ng t bình h i lưu m t ph n ñư c bơm tr l i vào tháp ( ñĩa N) v i lưu lư ng L (Dòng h i lưu) m t ph n ñư c l y ñi dư i d ng s n ph m chưng c t ñ nh v i lưu lư ng D MD lư ng ch t l ng lưu l i bình h i lưu Căn c sơ ñ ta th y xD thành ph n (ph n mol) c a c dòng h i lưu chưng c t (thành ph n h p ch t A có s n ph m đ nh) đáy tháp chưng c t, dịng s n ph m ch t l ng (s n ph m ñáy) ñư c l y v i lưu lư ng B ph n mol xB (thành ph n h p ch t A có s n ph m đáy) Dịng ch t l ng v i lưu lư ng V ñư c l y t đáy tháp sau đư c gia nhi t ñưa tr -7- l i ñáy tháp Thành ph n (ph n mol) c a dịng V đưa tr l i tháp xB MB lư ng dư ch t l ng ñáy tháp Tháp ch a N đĩa tính t đáy tháp đ n đ nh tháp G i Mi lư ng ch t l ng ñ ng l i ñĩa th i ð ñơn gi n vi c mô t th th ng, ta ñưa gi thi t sau[33,34]: Lư ng dư m i ñĩa ñư c b qua Lư ng mol nhi t hoá c a c hai thành ph n A,B g n ði u có nghĩa mol ngưng t to lư ng nhi t ñ ñ hoá m t mol ch t l ng T n th t nhi t t tháp mơi trư ng xung quanh đư c b qua ð bay tương ñ i α c a c hai thành ph n đư c xem khơng đ i tồn b tháp M i đĩa đư c xem có hi u su t 100% (có nghĩa lư ng bay kh i ñĩa cân b ng v i ch t l ng ñĩa) Ba gi thi t ñ u có nghĩa V=V1=V2=…=VN không c n s cân b ng lư ng quanh m i ñĩa Hai gi thi t cu i có nghĩa quan h cân b ng hai pha hơi-l ng có th đư c dùng đ t o nên liên h ph n mol c a c u t A pha r i kh i ñĩa th i (yi) v i ph n mol c a c u t A pha l ng r i kh i đĩa (xi) (cơng th c 2.10): yi = αx i + (α − 1) x i B qua ñ ng h c c a trình ngưng t gia nhi t B qua s cân b ng ñ ng lư ng ñ i v i m i ñĩa gi thi t r ng lưu lư ng mol ch t l ng l y ñi kh i m i ñĩa liên quan v i ch t l ng dư l i đĩa theo cơng th c Francis : M − M 0i (2.24) L i = L 0i + i + ( Vi −1 − V0 ,i −1 )λ τL Trong đó: - L0i lưu lư ng ch t l ng ñ nh m c ñĩa th i(kmol/ph); - M0i giá tr mol ñ nh m c ñĩa th i(kmol); - λ h ng s bi u th nh hư ng c a lưu lư ng lên lưu lư ng ch t l ng(còn g i nh hư ng c a h s K2); - τL h ng s th i gian ñ ng h c m i ñĩa (phút) -8- T ñây ta tri n khai phương trình tr ng thái mơ t đ ng h c c a tháp chưng c t sau: Ta có phương trình cân b ng (t công th c 2.20-2.23) mô t lưu lư ng dòng pha tháp sau: VB + (1 − q F )F N F < i < N (2.25) V = i VB ≤ i ≤ N F qF h ng s bi u th ph n l ng h n h p n p ñư c xác ñ nh b i ch t lư ng nhi t c a dòng n p C th : Dòng n p ñã ñư c làm l nh qF >1 Dòng n p h n h p l ng bão hòa qF =1 Dòng n p g m c pha l ng 0< qF