Hệ thống điều khiển tháp chưng luyện nhà máy lọc dầu dung quất

Phân tích các yêu cầu công nghệ, các bài tgoán điều khiển đối với tháp chưng luyện dầu thô tại nhà máy lọc dầu Dung Quất. Nghiên cứu và phân tích cấu trúc các vòng điều khiển. Đánh giá tính hợp lý của cấu trúc điều khiển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VÕ QUỐC THUẦN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÁP CHƯNG LUYỆN NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT CHUYÊN NGÀNH: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS HOÀNG MINH SƠN HÀ NỘI 2008 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VÕ QUỐC THUẦN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÁP CHƯNG LUYỆN NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA HÀ NỘI 2008 Trang MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ĐẶT VẤN ĐỀ Giới thiệu đề tài Tên đề tài Mục tiêu đề tài Nhiệm vụ đề tài Phương pháp thực Chương TỔNG QUAN VỀ THÁP CHƯNG CẤT DẦU THÔ TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT 10 1.1 Giới thiệu chung 10 1.2 Các sản phẩm trình chưng cất 12 1.2.1 Phân đoạn Overhead Naphtha 12 1.2.2 Phân đoạn Kerosene 12 1.2.3 Phân đoạn LGO & HGO 12 1.2.4 Phân đoạn cặn 13 1.3 Cơ sở thiết kế 13 1.3.1 Tầm quan trọng phân xưởng chưng cất dầu thô 13 1.3.2 Đặc tính nguyên liệu 13 1.3.3 Đặc tính sản phẩm 14 1.4 Mô tả sơ đồ công nghệ 15 1.5 Các phân đoạn dầu mỏ 18 1.5.1 Phân đoạn khí 19 Học viên: Võ Quốc Thuần Luận văn Cao học Trang 1.5.2 Phân đoạn xăng 20 1.5.3 Phân đoạn kerosene 21 1.5.4 Phân đoạn gasoil nhẹ 21 1.5.5 Phân đoạn gasoil nặng 22 1.5.6 Phân đoạn cặn dầu mỏ (cặn gudron) 23 1.6 Các trình chế biến dầu thô 24 1.6.1 Q trình chưng cất dầu thơ 24 1.6.2 Quá trình cracking 25 1.6.3 Quá trình Reforming 26 1.6.4 Q trình Izome hóa 27 1.6.5 Quá trình Hydrotreating 28 Chương TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ CHƯNG CẤT DẦU THÔ 30 2.1 Giới thiệu chung 30 2.1.1 Nguồn gốc dầu mỏ khí 30 2.1.2 Nguyên liệu chưng cất 31 2.1.3 Thiết bị chưng cất 32 2.1.4 Tháp chưng cất 33 2.2 Mô tả sơ đồ công nghệ 35 2.2.1 Ổn định dầu nguyên khai 35 2.2.2 Tách tạp chất, nước, muối 36 2.2.3 Chưng cất 38 2.3 Mơ hình tốn học tháp chưng cất 43 2.3.1 Đặt vấn đề 43 2.3.2 Mơ hình đối tượng điều khiển 44 2.3.3 Phân tích cấu hình điều khiển 44 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình chưng cất 49 Học viên: Võ Quốc Thuần Luận văn Cao học Trang 2.4.1 Nhiệt độ 49 2.4.2 Áp suất 50 2.4.3 Thay đổi chế độ làm việc tháp chưng cất 50 Chương GIỚI THIỆU CÁC SÁCH LƯỢC ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN 52 3.1 Cơ sở chung điều khiển trình 52 3.1.1 Quá trình biến trình 52 3.1.2 Phân loại trình 54 3.1.3 Mục đích chức hệ thống 55 3.1.4 Các thành phần hệ thống 55 3.2 Sách lược điều khiển phản hồi 57 3.2.1 Cấu trúc điều khiển phản hồi 58 3.2.2 Vai trò điều khiển phản hồi 59 3.2.3 Các vấn đề điều khiển phản hồi 60 3.3 Sách lược điều khiển truyền thẳng 61 3.3.1 Cấu trúc điều khiển truyền thẳng 61 3.3.2 Các tính chất điều khiển truyền thẳng 62 3.3.3 Ứng dụng điều khiển truyền thẳng 64 3.4 Điều khiển tỉ lệ 64 3.4.1 Hai cấu hình điều khiển tỉ lệ 64 3.4.2 Bản chất ý nghĩa điều khiển tỉ lệ 66 3.4.3 Điều khiển tỉ lệ kết hợp điều khiển phản hồi 66 3.5 Điều khiển tầng 67 3.5.1 Cấu trúc điều khiển tầng 67 3.5.2 Ứng dụng điều khiển tầng 69 Chương PHÂN TÍCH HÊ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO THÁP CHƯNG CẤT DẦU THÔ 71 Học viên: Võ Quốc Thuần Luận văn Cao học Trang 4.1 Hệ thống điều khiển q trình nhiệt dịng sản phẩm Kerosene 72 4.1.1 Mơ tả tốn điều khiển 72 4.1.2 Sách lược điều khiển 74 4.2 Hệ thống điều khiển nhiệt độ đỉnh tháp 78 4.2.1 Mô tả toán điều khiển 78 4.2.2 Sách lược điều khiển 79 4.3 Hệ thống điều khiển trình mức đáy tháp 84 4.3.1 Mơ tả tốn điều khiển 84 4.3.2 Sách lược điều khiển 85 4.4 Đánh giá cấu trúc sách lược điều khiển áp dụng 89 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 91 Kết luận 91 Hướng phát triển đề tài 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 Học viên: Võ Quốc Thuần Luận văn Cao học Trang DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1-1Tồn cảnh phân xưởng công nghệ nhà máy lọc dầu Dung Quất 10 Hình 1-2 Sơ đồ nguyên lý trình tách muối 16 Hình 1-3 Sơ đồ dịng cơng nghệ nhà máy lọc dầu Dung Quất 16 Hình 2-1 Sơ đồ tháp chưng cất đơn giản 38 Hình 2-2 Mơ hình tháp chưng cất 45 Hình 3-1 Quá trình kĩ thuật nhìn từ quan điểm hệ thống 53 Hình 3-2 Cấu trúc hệ thống điều khiển trình 56 Hình 3-3 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển trình 56 Hình 3-4 Cấu trúc điều khiển phản hồi 58 Hình 3-5 Cấu trúc tổng quát điều khiển truyền thẳng 61 Hình 3-6 Cấu hình song song điều khiển truyền thẳng 62 Hình 3-7 Hai cấu hình điều khiển tỉ lệ 65 Hình 3-8 Hai cấu trúc điều khiển tầng 68 Hình 4-1 Sơ đồ P&ID hệ thống điều khiển tháp chưng cất 71 Hình 4-2 Mơ hình đơn giản hóa cho q trình nhiệt dịng Kerosene 74 Hình 4-3 Sơ đồ P&ID cho hệ thống điều khiển nhiệt dịng Kerosene 74 Hình 4-4 Sơ đồ khối cho hệ thống điều khiển q trình nhiệt dịng Kerosene76 Hình 4-5 Mơ hình đơn giản hóa cho q trình nhiệt dịng sản phẩm đỉnh 79 Hình 4-6 Sơ đồ P&ID cho hệ thống điều khiển nhiệt độ đỉnh tháp 80 Hình 4-7 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển nhiệt độ lưu lượng hồi lưu dòng sản phẩm đỉnh 82 Hình 4-8 Mơ hình đơn giản hóa cho q trình mức đáy tháp 85 Hình 4-9 Sơ đồ P&ID cho hệ thống điều khiển mức đáy tháp 86 Hình 4-10 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển mức đáy tháp 87 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Đặc tính nguyên liệu dầu thô Bạch Hổ dầu thô Dubai 14 Bảng 1.2 Đặc tính sản phẩm nhà máy lọc dầu Dung Quất 15 Học viên: Võ Quốc Thuần Luận văn Cao học Trang ĐẶT VẤN ĐỀ Giới thiệu đề tài Nước ta nước có trữ lượng dầu mỏ lớn khu vực thể qua mỏ Bạch Hổ, Rạng Đông, Rồng, Sử Tử Trắng,… Tuy nhiên, chưa có nhà máy lọc dầu để chế biến dầu thơ thành sản phẩm có giá trị thương mại cao mà chủ yếu khai thác để xuất khẩu, lại nhập hầu hết sản phẩm từ dầu mỏ để phục cho công nghiệp sống sinh hoạt ngày, điều gây lãng phí lớn cho kinh tế nước ta Những năm gần đây, với tăng tốc khoa học kỹ thuật, công nghệ chế biến dầu mỏ ngày phát triển, trở thành nghành công nghiệp mũi nhọn giới Nằm trào lưu chung đó, cơng nghiệp dầu khí nước ta có bước khởi sắc với cơng trình đưa vào vận hành với hiệu kinh tế cao như: nhà máy chế biến khí Dinh Cố, nhà máy Đạm Phú Mỹ, tổ hợp khí-điện-đạm Cà Mau, bên cạnh cịn có cơng trình xây dựng lập dự án kêu gọi đầu tư nước như: nhà máy lọc dầu Dung Quất, nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, nhà máy lọc dầu Long Sơn,… Nhà máy lọc dầu Dung Quất giai đoạn chạy thử để đưa vào vận hành thương mại theo kế hoạch đề Do cán kĩ thuật đào tạo để thực công tác chạy thử vận hành nhà máy sau này, tác giả trực tìm hiểu nhiều cơng nghệ có nhà máy hệ thống điều khiển cho hệ thống công nghệ Qua đó, tác giả nhận thấy rằng, tháp chưng cất dầu thơ thiết bị nhà máy với hệ thống điều khiển tương đối phức tạp nên việc nhanh chóng tìm hiểu, nghiên cứu phân tích cấu trúc điều khiển cho tháp chưng cất Học viên: Võ Quốc Thuần Luận văn Cao học Trang nhiệm vụ quan trọng phục vụ công tác vận hành an toàn, ổn định nâng cao chất lượng sản phẩm, đảm bảo sản phẩm nhà máy theo tiêu bảo vệ môi trường thu lợi nhuận cao Đây lí mà tác giả chọn đề tài làm luận văn tốt nghiệp Cao học cho Tên đề tài Đề tài có tên “Hệ thống điều khiển tháp chưng luyện nhà máy lọc dầu Dung Quất” Mục tiêu đề tài - Làm rõ toán điều khiển, cấu trúc sách lược điều khiển tháp chưng luyện dầu thô nhà máy lọc dầu Dung Quất, tạo sở cho việc vận hành, chỉnh định nâng cao chất lượng sau Nhiệm vụ đề tài - Phân tích u cầu cơng nghệ, tốn điều khiển tháp chưng luyện dầu thô nhà máy lọc dầu Dung Quất - Nghiên cứu phân tích cấu trúc vịng điều khiển - Đánh giá tính hợp lý cấu trúc điều khiển Phương pháp thực - Nghiên cứu tài liệu nhà máy (“Crude Distillation Unit vẽ liên quan), nghiên cứu tài liệu khác tháp chưng luyện điều khiển tháp chưng luyện - Xây dựng lại lưu đồ P&ID đơn giản hóa sơ đồ khối chức năng, cở sở phân tích tốn điều khiển sách lược điều khiển áp dụng Học viên: Võ Quốc Thuần Luận văn Cao học Trang 10 Chương TỔNG QUAN VỀ THÁP CHƯNG CẤT DẦU THÔ TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT 1.1 Giới thiệu chung Nhà máy lọc dầu Dung Quất có cơng suất 6,5 triệu tấn/năm, đặt hai xã Bình Thuận Bình Trị, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi Ngun liệu dầu thơ nhà máy dầu Bạch Hổ dầu Dubai với tỉ lệ 5,5:1 Sản phẩm nhà máy gồm có sản phẩm: xăng A95, A92, A90, JetA1, Kerosene, Diesel, Fuel Oil, LPG Propylene Toàn nhà máy chia làm 10 phân xưởng 14 phân xưởng phụ trợ, ngồi cịn có phân xưởng bên hàng rào nhà máy phân xưởng bể chứa dầu thô, bể chứa sản phẩm, phân xưởng trộn sản phẩm, hệ thống xuất sản phẩm tàu xe bồn, hệ thống tiếp nhận dầu thơ,… Hình 1-1 Tồn cảnh phân xưởng cơng nghệ nhà máy lọc dầu Dung Quất Học viên: Võ Quốc Thuần Luận văn Cao học Trang 78 mong muốn ta phải trì nhiệt độ đỉnh tháp giá trị định Để thực điều này, ta trích phần dòng sản phẩm đỉnh qua thiết bị trao đổi nhiệt để thu hồi lượng nhiệt cần thiết để đảm bảo nhiệt đầu đỉnh tháp đạt giá trị mong muốn 4.2.1.2 Phân biệt biến q trình Vì mục đích điều khiển giữ cho nhiệt độ khỏi đỉnh tháp giá trị mong muốn nên biến cần điều khiển nhiệt độ Nhiệt độ dòng sản phẩm khỏi tháp kí hiệu T 76 Nhiệt độ dòng sản phẩm hồi lưu trước sau khỏi thiết bị trao đổi nhiệt kí hiệu T 73 , T 72 Bởi việc trao đổi nhiệt khơng khí nên nhiệt độ dịng khí vào kí hiệu T k1 , T k2 Lưu lượng dịng sản phẩm dịng khí làm mát kí hiệu w t w k Trong đó, lưu lượng dịng sản phẩm cho qua không qua trao đổi nhiệt kí hiệu w t1 w t2 Ta có: w t1 + w t2 = w t (4.3) Xét theo quan hệ nhân quả, ta nhận q trình trao đổi nhiệt có biến T 76 , T 72 , T 73 , T k2 , w t Tuy nhiên, theo u cầu cơng nghệ ta thấy biến cần điều khiển T 76 Bên cạnh đó, biến mà ta cần phải điều khiển lưu lượng dịng sản phẩm w t lưu lượng dịng sản phẩm thay đổi ảnh hưởng tới nhiệt độ dòng sản phẩm khỏi tháp Nhiệt độ dòng sản phẩm hồi lưu trước sau qua trao đổi nhiệt T 73 , T 72 đo phản hồi để sử dụng thuật toán điều khiển Các biến vào xác định T k1 , w k , w t1 , w t2 Ta dễ dàng nhận biến điều khiển lưu lượng dịng q trình qua không qua trao đổi nhiệt w t1 , w t2 Biến điều khiển thứ hai lưu lượng dịng khí làm mát, nhiên việc điều khiển lưu lượng khí làm mát w k khó thực nên ta coi nhiễu Trong phạm vi trình trao đổi nhiệt, Học viên: Võ Quốc Thuần Luận văn Cao học Trang 79 ta can thiệp tới nhiệt độ dịng khí làm mát nên biến coi nhiễu Do đó, có lưu lượng dịng sản phẩm qua khơng qua thiết bị trao đổi nhiệt w t1 , w t2 chọn biến điều khiển tiềm 4.2.1.3 Mơ hình đơn giản Qua phân biệt biến q trình trên, ta đưa mơ hình đơn giản thực tốn điều khiển nhiệt độ dòng sản phẩm đỉnh tháp sau: Nhiễu Biến wt1 điều khiển wt2 Tk1 Tk2 wk Quá trình nhiệt dịng sản phẩm đỉnh T76 Biến cần điều khiển wt T72 T73 Biến không cần điều khiển Hình 4-5 Mơ hình đơn giản hóa cho q trình nhiệt dịng sản phẩm đỉnh 4.2.2 Sách lược điều khiển 4.2.2.1 Mô tả sơ đồ P&ID Sơ đồ P&ID mơ tả hệ thống điều khiển nhiệt độ dịng sản phẩm đỉnh thể Hình 4-6 sau: Học viên: Võ Quốc Thuần Luận văn Cao học Trang 80 Hình 4-6 Sơ đồ P&ID cho hệ thống điều khiển nhiệt độ đỉnh tháp Dòng dòng phẩm lấy vị trí đĩa số qua thiết bị trao đổi nhiệt E1112 sau đưa ngược trở tháp chưng cất vị trí đĩa số Bộ điều khiển nhiệt độ đỉnh tháp vào giá trị nhiệt độ đo từ đỉnh tháp để đưa giá trị nhiệt độ yêu cầu cho điều khiển UIC030 Bộ điều khiển dựa vào giá trị yêu cầu từ điều khiển TIC076, lưu lượng dòng sản phẩm khỏi tháp chênh lệch nhiệt độ dòng sản phẩm vào dòng sản phẩm khỏi tháp phép dòng sản phẩm đỉnh qua trao đổi nhiệt nhiều cách đóng lại hay mở thêm van điều khiển UV079 UV080 cách thích hợp thơng qua phương trình sau cài đặt khối tính tốn FY096 Q= TD * F * C P 3600 (4.4) Trong đó: Q lượng nhiệt cần thu hồi (MW) Học viên: Võ Quốc Thuần Luận văn Cao học Trang 81 TD chêch lệch nhiệt độ dòng sản phẩm vào dòng sản phẩm khỏi tháp (0C) F lưu lượng dòng sản phẩm khỏi tháp (kg/hr) C p nhiệt dung riêng trung bình (Mj/kg0C) Bất kì gia tăng lưu lượng dịng sản phẩm khỏi tháp lên giá trị yêu cầu Bộ điều khiển FIC011 giảm giá trị đầu để đóng bớt van UV079 UV080 thơng qua giá trị tính tốn khối tính tốn FY095 FY097, kết qủa lưu lượng giảm xuống Bất kì gia tăng nhiệt độ lên giá trị yêu cầu điều khiển UIC030 Bộ điều khiển giảm giá trị đầu để đóng bớt van UV080 qua khối tính tốn FY097 đồng thời mở thêm van UV079 qua khối tính tốn FY095 Kết có dòng sản phẩm qua trao đổi nhiệt E1112 có nhiều dịng sản phẩm qua van UV079 Do nhiệt độ đỉnh tháp giảm xuống Ta có cơng thức: - Ở khối tính tốn FY095: OP = A*(1-B) - Ở khối tính tốn FY097: OP = A*B Trong đó: OP giá trị thuật toán A giá trị đầu điều khiển FIC011 B giá trị đầu điều khiển UIC030 4.2.2.2 Phân tích sách lược điều khiển áp dụng Từ sơ đồ P&ID trên, ta xây dựng sơ đồ khối Hình 4-7 sau: Học viên: Võ Quốc Thuần Luận văn Cao học Trang 82 Tsp TIC076 Qsp UIC030 B Qtt NHIỄU 1-B T76 wt1 X QT NHIỆT wsp FIC011 A X wt2 wt T73 X T72 ∆T Hình 4-7 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển nhiệt độ lưu lượng hồi lưu dòng sản phẩm đỉnh Mục đích vịng điều khiển trì nhiệt độ dòng sản phẩm đỉnh khỏi tháp nhiệt độ mong muốn qua đảm bảo chất lượng thành phần dòng sản phẩm đỉnh Hệ thống điều khiển nhiệt độ dòng sản phẩm đỉnh sử dụng cấu trúc điều khiển tầng để điều khiển nhiệt độ dòng sản phẩm đỉnh khỏi tháp chưng cất Trong đó, vịng điều khiển nhiệt độ định chất lượng thành phần dòng sản phẩm đỉnh Tuy nhiên trình nhiệt trình biến đổi chậm nên việc điều khiển nhiệt độ dịng sản phẩm đỉnh khơng đạt giá trị mong muốn ta khơng đưa vào vịng điều khiển có tác động nhanh Thật vậy, giá trị nhiệt độ dòng sản phẩm đỉnh T 76 đo phản hồi điều khiển TIC076, điều khiển so sánh giá trị phản hồi giá trị đặt để đưa giá trị đặt cho điều khiển nhiệt lượng UIC030 Đây điều khiển mà có tác động nhanh thay đổi nhiệt độ đảm bảo nhiệt độ dòng sản phẩm đỉnh khỏi tháp đạt giá trị mong muốn Vòng điều khiển nhiệt lượng sử dụng sách lược điều khiển phản hồi Bộ điều khiển dựa vào tín hiệu như: độ chênh lệch nhiệt độ dòng Học viên: Võ Quốc Thuần Luận văn Cao học Trang 83 sản phẩm hồi lưu trước sau qua trao đổi nhiệt lưu lượng dịng sản phẩm hồi lưu để tính toán so sánh với giá trị đặt yêu cầu điều khiển nhiệt độ TIC076 Dựa vào giá trị sai lệch này, điều khiển đưa hệ số tỉ lệ (B) tới khâu nhân để đóng bớt van UV079 đồng thời mở thêm van UV080 ngược lại Vòng điều khiển lưu lượng sử dụng sách lược điều khiển phản hồi để điều khiển lưu lượng dịng sản phẩm hồi lưu qua điều khiển nhiệt độ dòng sản phẩm đỉnh khỏi tháp Thật vậy, lưu lượng dòng sản phẩm hồi lưu đo đưa tới điều khiển lưu lượng Dựa vào sai lệch giá trị đặt lưu lượng đo điều khiển đưa tín hiệu lưu lượng tổng (A) tới khâu nhân để đóng bớt hay mở thêm hai van UV079 UV080 Ta thấy có tương tác hai vòng điều khiển lưu lượng điều khiển nhiệt lượng, điều khiển lưu lượng đưa giá trị lưu lượng tổng điều khiển nhiệt lượng lại đưa hệ số tỉ lệ hai dòng sản phẩm qua không qua thiết bị trao đổi nhiệt với dòng sản phẩm hồi lưu Giả sử, lí nhiệt độ dịng sản phẩm đỉnh khỏi tháp nhỏ giá trị đặt, điều khiển TIC076 đưa giá trị tương ứng với giảm nhiệt độ dòng sản phẩm đỉnh tới điều khiển UIC030 Bộ điều khiển UIC030 đưa hệ số tỉ lệ tới khối tính tốn FY095 để tăng độ mở van UV079 lưu lượng dịng sản phẩm không qua trao đổi nhiệt tăng lên, đồng thời điều khiển UIC030 đưa hệ số tỉ lệ tới khối tính tốn FY097 để giảm độ mở van UV080 Nhiệt độ chênh lệch lớn, hệ số tỉ lệ (B) điều khiển UIC030 nhỏ Chừng sai lệch điều khiển lưu lượng dịng sản phẩm qua thiết bị trao đổi nhiệt thay đổi Học viên: Võ Quốc Thuần Luận văn Cao học Trang 84 Qua phân tích cấu trúc điều khiển tầng ta thấy điều khiển TIC076 đóng vai trị điều khiển sơ cấp, điều khiển UIC030 điều khiển thứ cấp Bộ điều khiển thứ cấp nhận tín hiệu từ điều khiển sơ cấp làm giá trị setpoint cho Tóm lại, cấu trúc điều khiển tầng vịng điều khiển bên ln có tác động nhanh vịng điều khiển bên ngồi nhằm loại bỏ nhiễu cục bộ, cải thiện tính ổn định nâng cao tính bền vững hệ thống 4.3 Hệ thống điều khiển trình mức đáy tháp 4.3.1 Mơ tả tốn điều khiển 4.3.1.1 Mục đích điều khiển Điều khiển mức đáp tháp chưng cất việc làm cần thiết để đảm bảo lượng chất lỏng đáp tháp không vượt giá trị cho phép Qua đó, làm tăng hiệu suất chưng cất thành phân đoạn dầu mỏ cho tháp Ngồi ra, việc kiểm sốt mức đáp tháp chưng cất tránh tượng “ngập” tháp, làm cho sản phẩm trình chưng cất thu nhiều phần cặn hiệu kinh tế giảm 4.3.1.2 Phân biệt biến trình Vì mục đích điều khiển giữ cho lượng lỏng đáy tháp ln trì giá trị định nên biến cần điều khiển mức chất lỏng đáy tháp kí hiệu h Ta dễ dàng nhận lưu lượng dịng dầu thơ vào tháp w lưu lượng dòng sản phẩm đáy w b biến vào Lưu lượng dòng sản phẩm đáy qua phân xưởng RFCC tới bể chứa kí hiệu w b1 , w b2 , w b3 Ta có: w b1 + w b2 + w b3 = w b (4.5) Lưu lượng vào w phụ thuộc vào chế độ vận hành tháp hiệu chưng cất thành phân đoạn nhẹ nên ta coi Học viên: Võ Quốc Thuần Luận văn Cao học Trang 85 nhiễu Các biến nhiễu liệt kê nhiệt độ đáy tháp nhiệt độ dầu thơ kí hiệu chung T, lưu lượng dầu thô vào tháp áp suất làm việc tháp P Do đó, biến điều khiển tiềm lưu lượng dịng sản phẩm đáy tới phân xưởng RFCC bể chứa w b1 , w b2 , w b3 4.3.1.3 Mô hình đơn giản Qua phân biệt biến trình trên, ta đưa mơ hình đơn giản thực toán điều khiển nhiệt độ dòng sản phẩm đỉnh tháp sau: Nhiễu Biến điều khiển wb1 wb2 wb3 T P w Quá trình mức đáy tháp Biến cần điều khiển, h Biến khơng cần điều khiển, Tc2 Hình 4-8 Mơ hình đơn giản hóa cho q trình mức đáy tháp 4.3.2 Sách lược điều khiển 4.3.2.1 Mô tả lưu đồ P&ID Sơ đồ P&ID mơ tả vịng điều khiển mức đáy tháp đơn giản sau: Học viên: Võ Quốc Thuần Luận văn Cao học Trang 86 Hình 4-9 Sơ đồ P&ID cho hệ thống điều khiển mức đáy tháp Mức đáp tháp chưng cất T-1101 điều khiển điều khiển mức LIC007 với ba vùng chia khác Khi lượng chất lỏng đáy tháp thấp (0 – 33%), tín hiệu điều khiển từ điều khiển LIC007 sau qua LY-082 để chuyển đổi tín hiệu từ 033% thành 0-100%, gởi tới lựa chọn tín hiệu LY-007B, điều khiển lựa chọn so sánh tín hiệu từ LIC007 tín hiệu từ điều khiển mức 15-LIC402 đến từ phân xưởng RFCC để điều khiển lượng nguyên liệu cần thiết cho phân xưởng RFCC Khi lượng chất lỏng đáy tháp trung bình (33-67%), điều khiển LIC007 đưa tín hiệu đặt lại giá trị yêu cầu cho điều khiển lưu lượng FQIC026 trường hợp lượng chất lỏng đáy tháp cao (67-100%), điều khiển LIC007 đưa tín hiệu đặt lại giá trị yêu cầu cho điều khiển lưu lượng FQIC027 Học viên: Võ Quốc Thuần Luận văn Cao học Trang 87 Hai điều khiển lưu lượng FQIC026 FQIC027 điều khiển song song dùng để điều chỉnh lưu lượng sản phẩm đáy đến bể chứa trường hợp lượng sản phẩm đáy lớn 33% Trong trường hợp phân xưởng RFCC shutdown điều khiển FQIC026 đưa tín hiệu mở hồn tồn van FV026 điều khiển FQIC027 đưa tín hiệu để điều khiển độ mở van FV027 qua điều khiển lưu lượng dòng sản phẩm đến bể chứa 4.3.2.2 Sơ đồ khối Từ sơ đồ P&ID đơn giản hóa trên, ta xây dựng sơ đồ khối sau: r 15-LIC402 LY007B LY082 hsp LIC007 u11 u12 LY007A us FQIC029 FV029 wb1 u21 NHIỄU u22 FQIC026 FV026 FQIC027 FV027 MỨC ĐÁY THÁP wb2 u13 LY007C u23 h wb3 Hình 4-10 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển mức đáy tháp 4.3.2.3 Phân tích sách lược điều khiển áp dụng Hệ thống điểu khiển mức đáy tháp sử dụng sách lược điều khiển tầng với LIC007 điều khiển sơ cấp, điều khiển lưu lượng điều khiển thứ cấp Các điều khiển lưu lượng nhận giá trị từ điều khiển sơ cấp làm giá trị đặt cho để trực tiếp điều khiển độ mở van điều khiển theo giá trị yêu cầu Nhờ mà mức chất lỏng đáy tháp ln ln trì dải cố định Học viên: Võ Quốc Thuần Luận văn Cao học Trang 88 Các vòng điều khiển lưu lượng sử dụng sách lược điều khiển phản hồi để điều khiển lưu lượng dòng sản phẩm đến phân xưởng RFCC đến bể chứa Bộ điều khiển lưu lượng sử dụng nhằm mục đích trì vị trí van điều khiển theo tín hiệu điều khiển từ điều khiển mức cách so sánh tín hiệu điều khiển từ điều khiển mức LIC007 tín hiệu từ thiết bị đo lưu lượng Vịng điều khiển mức sử dụng sách lược điều khiển phản hồi kết hợp với điều khiển phân vùng để trì mức chất lỏng đáy tháp giá trị định Thật vậy, tín hiệu mức chất lỏng đáy tháp liên tục đo LT007 đưa tới điều khiển mức LIC007 Dựa vào sai lệch giá trị đặt mức chất lỏng đo đáp tháp, điều khiển đưa ta tín hiệu điều khiển tương ứng với sai lệch để qua điều khiển độ mở van theo phân tích Giả sử, lí mà lượng chất lỏng đáp tháp tăng lên mức cao (67-100%), điều khiển LIC007 việc đưa tín hiệu đến điều khiển FQIC029, FQIC026 để mở hồn tồn van FV029, FV026 đưa tín hiệu điều khiển tới điều khiển FQIC027, điều khiển FQIC027 đưa tín hiệu để mở thêm van FV027 kết lượng chất lỏng đáy tháp giảm xuống Riêng điều khiển FQIC029 ngồi việc nhận tín hiệu từ điều khiển LIC007 cịn nhận tín hiệu từ 15-LIC402 để so sánh hai giá trị với ứng với giá trị nhỏ đưa tín hiệu điều khiển cho van FV029 nhằm đảm bảo lưu lượng dòng sản phẩm đáy đến phân xưởng RFCC, sách lược điều khiển lựa chọn nhằm mục đích an tồn cho hệ thống Nếu lượng chất lỏng đáy tháp nằm khoảng 33-67%, điều khiển LIC007 đưa tín hiệu điều khiển đến FQIC029 để mở hoàn toàn van FV029 (việc điều khiển độ mở van FV029 cịn phụ thuộc vào tín hiệu Học viên: Võ Quốc Thuần Luận văn Cao học Trang 89 điều khiển từ 15-LIC402 phân xưởng RFCC) đưa tín hiệu điều khiển đến FQIC026 để thay đổi độ mở van FV026 lượng chất lỏng tháp đạt giá trị mong muốn Lúc khơng có dịng sản phẩm qua van FV027 4.4 Đánh giá cấu trúc sách lược điều khiển áp dụng Hệ thống điều khiển cho tháp chưng cất hệ thống phức tạp với nhiều biến tương tác qua lại lẫn Tuy nhiên, hệ thống điều khiển cho tháp chưng cất dầu thô nhà máy lọc dầu Dung Quất, yêu cầu mặt điều khiển thiết phải cho sản phẩm cụ thể có thành phần dầu thô mà ta cần chưng cất thành phân đoạn dầu thô Và phân đoạn nguyên liệu cho phân xưởng chế biến phía sau nhằm thu sản phẩm có giá trị thương mại cao Chính mà vịng điều khiển phân tích không đề cập đến tác động, ảnh hưởng qua lại biến nhiệt độ khay với Mà đây, em sâu nghiên cứu phân tích phương pháp điều khiển sử dụng để qua xem tài liệu tham khảo cho trình vận hành nhà máy thành công, ổn định sau Thật vậy, sau nghiên cứu tài liệu thiết kế nhà máy nhà thầu Technip, đặc biệt tìm hiểu hệ thống điều khiển cho tháp chưng cất dầu thô em rút kết sau đây: - Hệ thống điều khiển cho tháp chưng cất áp dụng phương điều khiển thông dụng sử dụng nhiều giới ngày nay, sử dụng sách lược điều khiển như: điều khiển truyền thẳng, điều khiển phản hồi, điều khiển tỉ lệ, … điều khiển sử dụng thuật tốn PID để đạt mục đích điều khiển theo yêu cầu toán Học viên: Võ Quốc Thuần Luận văn Cao học Trang 90 - Tuy hệ thống điều khiển cho tháp phân tách thành vịng điều khiển đơn lẻ khơng mà ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm đầu Bởi vì, ứng với vịng điều khiển đơn lẻ tính đến tương tác mức độ định từ vòng điều khiển khác - Nắm trình tự chỉnh định điều khiển PID, thiết lập thời gian lấy mẫu cho điều khiển, nghĩa với điều khiển lưu lượng có đáp ứng nhanh với thay đổi q trình nên có chu kì lấy mẫu nhỏ khoảng vài ms, điều khiển nhiệt độ có đáp chậm với thay đổi q trình nên có chu kì lấy mẫu lớn khoảng vài giây - Tuy nhiên, qua phân tích em nhận thấy có số nhược điểm mà theo em hệ thống điều khiển cho tháp chưng cất cần phải quan tâm hệ thống không đề cập đến chất lượng sản phẩm khỏi tháp chưng cất cách sử dụng thiết bị phân tích để thu thập liệu từ sản phẩm để từ có phương pháp điều khiển xác sử dụng biến điều khiển nhiệt độ sản phẩm ứng với dải nhiệt độ định - Đối với toán điều khiển mức cho đáy tháp, hệ thống điều khiển không đưa phương pháp để bù nhiễu trình Học viên: Võ Quốc Thuần Luận văn Cao học Trang 91 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Kết luận Đề tài “Hệ thống điều khiển tháp chưng luyện nhà máy lọc dầu Dung Quất” đạt làm việc sau:  Tác giả nghiên cứu tài liệu thiết kế kỹ thuật hệ thống điều khiển liên quan tới tháp chưng cất dầu thô nhà máy lọc dầu Dung Quất để xây dựng lại sơ đồ P&ID sơ đồ khối  Luận văn tìm hiểu phương pháp xây dựng mơ hình lý thuyết tháp chưng cất nói chung tìm hiều công nghệ chưng cất áp dụng  Luận văn tìm hiểu sách lược điều khiển q trình, qua ứng dụng để phân tích sách lược điều khiển sử dụng cho hệ thống điều khiển tháp chưng cất dầu thô nhà máy lọc dầu Dung Quất  Luận văn đưa nhận xét, đánh giá tác giả cấu trúc điều khiển áp dụng cho hệ thống điều khiển tháp chưng cất dầu thô nhà máy lọc dầu Dung Quất Hướng phát triển đề tài Bởi vì, nhà máy q trình xây dựng nên phần mơ thực tế ứng với vòng điều khiển cho tháp không thực nội dung đề tài này, việc tìm hàm truyền đối tượng ứng với vịng điều khiển để từ đưa phương pháp điều khiển tối ưu hơn, đảm bảo vận hành nhà máy cách an toàn hiệu quả, hướng nên nghiên cứu sau nhà máy vào vận hành hi Học viên: Võ Quốc Thuần Luận văn Cao học Trang 92 vọng phân tích nêu tài liệu tham khảo bổ ích cho nghiên cứu sau TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS TS Đinh Thị Ngọ, Hóa học dầu mỏ khí, NXB Khoa học kỹ thuật, 2004 Hồng Minh Sơn, Cơ sở hệ thống điều khiển trình, NXB Bách Khoa Hà Nội, 2006 Tài liệu thiết kế kĩ thuật nhà máy lọc dầu Dung Quất: 8474L011-SP-1511-10-E, 8474L-011-ML-001-A, 8474L-011-DW1513-001-A, 8474L-011-DW-1513-101-A, 8474L-011-DW1513-102-A Học viên: Võ Quốc Thuần Luận văn Cao học ... trình xây dựng lập dự án kêu gọi đầu tư nước như: nhà máy lọc dầu Dung Quất, nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, nhà máy lọc dầu Long Sơn,… Nhà máy lọc dầu Dung Quất giai đoạn chạy thử để đưa vào vận hành thương... hành nhà máy sau này, tác giả trực tìm hiểu nhiều cơng nghệ có nhà máy hệ thống điều khiển cho hệ thống công nghệ Qua đó, tác giả nhận thấy rằng, tháp chưng cất dầu thơ thiết bị nhà máy với hệ thống. .. khiển tháp chưng luyện nhà máy lọc dầu Dung Quất? ?? Mục tiêu đề tài - Làm rõ toán điều khiển, cấu trúc sách lược điều khiển tháp chưng luyện dầu thô nhà máy lọc dầu Dung Quất, tạo sở cho việc vận hành,