Phân tích đánh giá hệ thống điều khiển tháp lọc dầu và hóa lỏng khí hiện nay tại Việt Nam

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