Ðiều khiển feedforward tách kênh cho hệ thống bể khí DA 3201 tại nhà máy lọc dầu dung quất

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - PHAN VĂN CẨN ĐIỀU KHIỂN FEEDFORWARD TÁCH KÊNH CHO HỆ THỐNG BỂ KHÍ DA-3201 TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - PHAN VĂN CẨN ĐIỀU KHIỂN FEEDFORWARD TÁCH KÊNH CHO HỆ THỐNG BỂ KHÍ DA-3201 TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Mã số: 8520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN LÊ HÒA Đà Nẵng – Năm 2018 LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Điều khiển Tự động hóa với đề tài “Điều khiển Feedforward tách kênh cho hệ thống bể khử khí DA-3201 Nhà máy Lọc dầu Dung Quất” kết q trình cố gắng khơng ngừng thân giúp đỡ, động viên khích lệ thầy cô, bạn bè đồng nghiệp người thân Qua trang viết tác giả xin gửi lời cảm ơn tới người giúp đỡ thời gian học tập – nghiên cứu khoa học vừa qua Tôi xin tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc thầy giáo TS.Nguyễn Lê Hòa, Trưởng khoa FAST, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, dành nhiều thời gian trực tiếp tận tình hướng dẫn giới thiệu tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho luận văn Tôi vô cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, khoa Điện Bộ mơn Tự động hóa tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt cơng việc nghiên cứu khoa học Tơi xin chân thành cảm ơn bạn đồng nghiệp, bạn bè giúp đỡ tơi q trình thực Luận văn kế hoạch./ Tác giả Phan Văn Cẩn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Những nội dung luận văn thực dƣới hƣớng dẫn trực tiếp thầy TS Nguyễn Lê Hòa Mọi tham khảo dùng luận văn đƣợc trích dẫn rõ ràng trung thực tên tác giả, tên cơng trình, thời gian, địa điểm cơng bố Mọi chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tơi xin chịu hồn toàn trách nhiệm Ngƣời cam đoan PHAN VĂN CẨN MỤC LỤC MỞ ĐẦU 10 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 10 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 11 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 11 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 11 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 12 CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN 12 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU, PHÂN XƢỞNG THU HỒI VÀ XỬ LÝ NƢỚC NGƢNG, BỂ KHỬ KHÍ TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT 13 1.1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT 13 1.1.1 Quá trình xây dựng đƣa vào vận hành Nhà máy 13 1.1.2 Giới thiệu trình cơng nghệ Nhà máy 15 1.1.3 Cơ cấu sản phẩm Nhà máy Lọc dầu 16 1.1.4 Các thiết bị liên quan đến hệ thống nƣớc ngƣng tụ bể khử khí 17 1.2 TỔNG QUAN VỀ PHÂN XƢỞNG THU HỒI VÀ XỬ LÝ NƢỚC NGƢNG TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT 18 1.3 GIỚI THIỆU BỂ KHỬ KHÍ, VAI TRỊ CỦA BỂ KHỬ KHÍ TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT 19 1.3.1 Sự cần thiết việc khử khí cho nƣớc ngƣng tụ nhà máy 19 1.3.2 Giới thiệu chung bể khử khí DA-3201 20 1.3.3 Cấu tạo thơng số thiết kế bể khử khí DA-3201 21 1.3.4 Nguyên lý làm việc bể khử khí 23 1.3.5 Vai trò nhiệm vụ khử khí vận hành nhà máy 24 1.3.6 Các dịng cơng nghệ vào ra, điểm mức làm việc bể 25 1.3.7 Yêu cầu vấn đề tồn điều khiển bể khử khí DA-3201 26 1.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 28 CHƢƠNG MƠ HÌNH TỐN BỂ KHỬ KHÍ VÀ TỔNG QUAN CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỂ KHỬ KHÍ 29 2.1 MƠ HÌNH TỔNG QUÁT BỂ KHỬ KHÍ 29 2.2 XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN BỂ KHỬ KHÍ 29 2.2.1 Đặt vấn đề 29 2.2.2 Xây dựng mơ hình tốn cho bể khử khí DA-3201 30 2.3 TÍNH TỐN CÁC THAM SỐ LÀM VIỆC CỦA BỂ KHỬ KHÍ 34 2.3.1 Tính tham số bảo hịa 34 2.3.2 Các tham số cơng nghệ bể khử khí 35 2.4 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỂ KHỬ KHÍ 35 2.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG 38 CHƢƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN FEEDFORWARD ĐIỀU KHIỂN MỨC VÀ ÁP SUẤT BỂ KHỬ KHÍ 39 3.1 HIỆN TRẠNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƢỚC VÀ ÁP SUẤT BỂ KHỬ KHÍ DA3201 TẠI NHÀ MÁY 39 3.1.1 Đặc điểm công nghệ điều khiển 39 3.1.2 Vấn đề xen kênh, thay đổi phụ tải điều khiển bể khử khí 40 3.2 Ý TƢỞNG THIẾT KẾ 41 3.2.1 Cấu trúc hệ thống với điều khiển PI1 PI2 41 3.2.2 Phƣơng án thiết kế 42 3.3 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PI1 VÀ PI2 42 3.3.1 Cơ sở lý thuyết điều khiển PID 42 3.3.2 Thiết kế điều khiển PID cho bể khử khí DA-3201 47 3.3.3 Xác định số Kp, Ki cho điều khiển 48 3.4 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN FEEDFORWARD 48 3.4.1 Phân tích lƣợng vào xen kênh bể khử khí 48 3.4.2 Thiết kế điều khiển Feedforward 49 3.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG 50 CHƢƠNG MÔ PHỎNG, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 51 4.1 MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN DÙNG CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 51 4.1.1 Mơ hình hóa đối tƣợng bể khử khí 51 4.1.2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển gồm PI cho bể khử khí 56 4.1.3 Kết mô sử dụng điều khiển PI 57 4.1.4 Khảo sát xen kênh mức áp suất bể khử khí 58 4.2 SƠ ĐỒ BỘ ĐIỀU KHIỂN FEEDFORWARD 61 4.2.1 Xây dựng cấu trúc điều khiển Feedforward 61 4.2.2 Mô cấu trúc điều khiển có Feedforward 61 4.2.3 Mô cấu trúc điều khiển Feedforward xét đến độ trể Van điều khiển… 65 4.3 KẾT LUẬN CHƢƠNG 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT FFC: : Bộ điều khiển feedforward LIC : Bộ điều khiển mức FIC : Bộ điều khiển lƣu lƣợng PIC : Bộ điều khiển áp suất PID : Bộ điều khiển tỉ lệ, vi phân, tích phân PI : Bộ điều khiển tỉ lệ, tích phân FLC : Bộ điều khiển logic mờ SPM : Phao nhập dầu điểm neo DA : Bể khử khí LIC : Bộ điều khiển mức nƣớc PIC : Bộ điều khiển áp suất LV : Van điều khiển mức nƣớc PV : Van điều khiển áp suất LT : Thiết bị đo truyền tín hiệu mức nƣớc kiểu chênh lệch áp suất PT : Thiết bị đo truyền tín hiệu áp suất tuyệt đối FT : Thiết bị đo truyền tín hiệu lƣu lƣợng DANH MỤC BẢNG BIỂU Số bảng Tên bảng Trang 1.1 Bảng cấu sản phẩm nhà máy Lọc dầu Dung Quất 16 1.2 Thơng số kỹ thuật bể khử khí DA-3201 22 2.1 Các tham số hơi, nƣớc trạng thái bảo hịa 34 2.2 Tính fx1 đến fx5 theo phƣơng trình tham số bão hịa 35 2.3 Bảng tham số chế tạo công nghệ bể khử khí 35 3.1 Tham số Kp, KI điều khiển mức nƣớc áp suất bể khử khí 48 4.1 Qui đổi thể tích nƣớc bể chiều cao cột nƣớc 54 4.2 Qui đổi thể tỉ trọng bão hịa áp suất bể khử khí 55 66   Tăng lƣu lƣợng đầu từ 100m3/h lên 150m3/h, đáp ứng mức áp suất nhƣ Hình 4.16a Giảm lƣu lƣợng đầu từ150m3/h xuống 100m3/h, đáp ứng nhƣ Hình 4.16b Hình 4.16a: Đáp ứng mức nước áp suất có feedforward tăng lưu lượng có xét đến ảnh hưởng cấu chấp hành Hình 4.16b: Đáp ứng mức nước áp suất có feedforward giảm lưu lượng có xét đến ảnh hưởng cấu chấp hành 67 Nhận xét, đánh giá:   4.3 Khi xét đến độ trể cấu chấp hành, đáp ứng đầu có chút nhấp nhơ với biên độ nhỏ chấp nhận đƣợc Dao động phản ứng có độ trể van điều khiển, điều hồn tồn có sở phản ảnh với thực tế Các đáp ứng đầu tăng hay giảm cơng suất bể khử khí nhanh chóng xác lập sau có dao động nhỏ, điều chấp nhận đƣợc KẾT LUẬN CHƢƠNG Trong chƣơng mô đƣợc đối tƣợng bể khử khí Matlab Simulink, có sở mơ hình đối tƣợng xây dựng cấu trúc điều khiển với PI1, PI2 điều khiển mức nƣớc áp suất bể khử khí Trên sơ kết mô cho thấy đáp ứng mức nƣớc áp suất đạt yêu cầu, nhiên có tăng giảm lƣu lƣợng nhu cầu sử dụng phụ tải thay đổi, đáp ứng mức nƣớc dao động, xen kênh hệ thống biểu rõ Trong chƣơng mô đƣợc Feedforward FFC1 FFC2, mô cấu trúc điều khiển bể khử khi có Feedforward khử xen kênh hệ thống Qua kết mô thấy đƣợc tác động khử xen kênh FFC1 FFC2 cho bể khử khí hiệu Điều cho thấy sử dụng điều khiển PI1 PI2 kết hợp với Feedforward FFC1và FFC2 mức nƣớc áp suất ổn định phụ tải thay đổi, chất lƣợng điều khiển hệ thống đƣợc cải thiện rõ rệt mục tiêu thiết kế đạt yêu cầu 68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Khi xét lĩnh vực điều khiển, bể khử khí hệ đa biến có đầu vào đầu Theo yêu cầu, để nâng cao hiệu q trình cơng nghệ mức nƣớc áp suất bể cần đƣợc giữ ổn định để đảm bảo số công nghệ yêu cầu nhằm nâng cao hiệu sản xuất Có nhiều phƣơng pháp điều khiển để giữ ổn định mức nƣớc áp suất cho bể khử khí đƣợc áp dụng nhƣ giớ thiệu chƣơng Qua trình nghiên cứu cơng nghệ, phân tích hoạt động bể khử khí Nhà máy Lọc dầu Dung Quất, tác giả thấy rõ ràng rằng: Bể khử khí đối tƣợng có tƣơng tác xen kênh áp suất mức, điều khiển mức nƣớc làm thay đổi áp suất ngƣợc lại Q trình xen kênh ln tồn vận hành bể khử khí nên thiết kế điều khiển cho hệ thống này, để đạt chất lƣợng cao cần lƣu ý đến ảnh hƣởng xen kênh để có biện pháp triệt tiêu chúng Chính vậy, tác giả đề xuất giải pháp khử tƣơng tác xen kênh nêu gọi feedforward tách kênh Kết cho thấy vấn đề tƣơng tác, xen kênh đƣợc giải gần nhƣ triệt để, chất lƣợng điều khiển đƣợc nâng lên rõ rệt so với phƣơng pháp đƣợc công bố Kiến nghị Nhà máy Lọc dầu Dung Quất có bể khử khí để cung cấp nƣớc khử khí đƣợc cấp cho lị thiết bị cơng nghệ khác nhà máy Q trình cơng nghệ ln có thay đổi lƣu lƣợng, cơng suất hoạt động bể khử khí, hệ thống điều khiển mức áp suất cho bể sử dụng PID độc lập, chất lƣợng điều khiển không cao Đặt biệt thay đổi công suất hoạt động (thay đổi lƣu lƣợng nƣớc khử khí cấp cho phụ tải) bể, đáp ứng mức áp suất dao động mạnh, nhiều thời điểm nhân viên vận hành phải chuyển sang chế độ tay Với điều khiển mới, chất lƣợng điều khiển mức nƣớc áp suất đƣợc cải thiện đán kể, mang lại hiệu lớn vận hành nhà máy vậy: - Q trình khử khí bể đạt kết tốt trì đƣợc hiệu suất ổn định Đảm bảo an toàn vận hành Nhà máy lọc dầu mức nƣớc ln ổn định , đảm bảo đủ cấp cho phụ tải sản xuất Từ kết nghiên cứu luận văn, tác giả đề nghị Lãnh đạo Công ty cổ phần Lọc-Hóa dầu Bình Sơn cho triển khai thiết kế cài đặt điều khiển feedforward để khử tƣơng tác xen kênh mức áp suất bể, nâng cao chất lƣợng điều khiển, khắc phục đƣợc vấn đề tồn điều khiển bể khử khí thời gian vừa qua 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Phạm Công Ngô, Lý thuyết điều khiển tự động, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội năm 2006 [2] Bùi Quốc Khánh-Phạm Quang Đăng-Nguyễn Huy Phƣơng-Vũ Thụy Nguyên, Điều khiển trình, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2014 [3] Nguyễn Doãn Phƣớc, Lý thuyết điều khiển tuyến tính, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2009 [4] Nguyễn Dỗn Phƣớc, Phân tích điều khiển Hệ phi tuyến, NXB Bách Khoa Hà Nội 2016 [5] Nguyễn Phùng Quang, Matlab &Simulink, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2005, trang 6-65 [6] Nguyễn Bốn, Các phương pháp tính truyền nhiệt, Giáo trình cao học, Đại học Đà Nẵng 2001 [7] Đàm Xn Hiệp đồng tác giả, Lị cơng nghiệp, Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2007 Tiếng Anh [8] Peng Wang, Hao Meng and Qingzhou Ji, “PID Neural Network Decoupling Control of Deaerator Pressure and Water Level Control System,” Proceedings of the 2014 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics December 5-10, 2014, Bali, Indonesia [9] S.Gomathy1, Mrs.T.Anitha2, “Deaerator Storage Tank Level & Deaerator Pressure Control Using Soft Computing,” 1,2De partment of Control and Instrumentation Engineering, 1,2Sri Ramakrishna Engineering College, IJSARTVolume Issue –MAY 2015 [10] Jianwen Zhao, Zhu Yao, Lei Sun, “New Type Of Parallel Deaerator’s Water Level And Pressure Control,” 2014 International Symposium on Computer, Consumer and Control [11] IAPWS 2007, “Revised Release on the IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam,’’ International Association for the Properties of Water and Steam 2007 [12] TPC, “8474L-032-A5016-0000-001-016-0, Boiler feed water & Condensate system Unit 32” Module training DQR Project 2008 70 [13] Termochimica Impianti, “Vendor data book for Deaerator DA 3201A/B,” EPC Contract for DQR Project [14 TPC, “8474L-500-SP-1511-102-4, Unit 032– Steam and Condensate system” DQR Project 2008 ... vực xây dựng nhà máy lọc dầu Dung Quất 14 1.2 Tồn cảnh Phân xƣởng cơng nghệ Nhà máy lọc dầu Dung Quất 14 1.3 Sơ đồ dây chuyền công nghệ Nhà máy lọc dầu Dung Quất 15 1.4 Mặt khu công nghệ Phân xƣởng... “Điều khiển Feedforward tách kênh cho hệ thống bể khử khí DA3201 Nhà máy Lọc dầu Dung Quất? ?? MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Mục tiêu chính: Thiết kế điều khiển Feedforward tách kênh để điều khiển điều khiển. .. 32 nhà máy lọc dầu Dung Quất 18 1.5 Bố trí thiết bị cơng nghệ phân xƣởng thu hồi nƣớc ngƣng tụ 19 1.6 Hình ảnh bể Khử khí DA-3201 Nhà máy lọc dầu Dung Quất 20 1.7 Cấu trúc bể Khử khí DA-3201 Nhà