Nhà xuất bản : Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tóm tắt : Hệ thống điều khiển tự động tại giàn nén khí trung tâm, chức năng, nhiệm vụ. Cải tiến và thực thi hệ thống điều khiển tự động. Mô tả: Luận văn (Thạc sỹ khoa học) Chuyên ngành Điều khiển tự động
bộ giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hµ néi LE ANH CHIEN Leõ Anh Chieỏn tên đề tài luận văn ẹIEU KHIEN Tệẽ ẹONG Nghiờn cu v số cải tiến Hệ thống Điều khiển tự động Giàn nén khí Trung Tâm, XNLD Vietsovpetro LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG KHÓA: 05 - 07 HÀ NỘI, 2008 Đồ án tốt nghiệp cao học MỤC LỤC Bộ mơn: ĐKTĐ – Trường ĐHBKHN TRANG Phần I: Hệ thống Điều khiển tự động GNKTT Chương I: Mở đầu I Giới thiệu Giàn nén khí Trung tâm (GNKTT) II Mục tiêu đề tài III Phương pháp đề cập thực IV Lời cảm ơn Chương II: Tổng quan Giàn nén khí trung tâm I Chức năng, nhiệm vụ Giàn nén khí Trung tâm II Công nghệ thiết bị Giàn nén khí trung tâm Vai trò Giàn nén khí Trung tâm Thiết bị Giàn nén khí Trung tâm Công nghệ Giàn nén khí Trung tâm 12 Chương III: Hệ thống Điều khiển GNKTT 22 I Tổng quan 22 II Hệ thống SCADA 23 I/O driver 27 Database Builder 28 Draw 30 View 31 System Configuration 31 Historical Assign, Collect and Display 34 III Hệ thống điều khiển phân tán DCS 35 Hệ thống điều khiển công nghệ (Process Control System) 35 Hệ thống điều khiển dừng an toàn SSD (Safety Shutdown System) 40 PLC dùng điều khiển máy (Machine control) 44 Phần II: Cải tiến thực thi hệ thống Điều khiển tự động I Đặt vấn đề II Nâng cấp Server III Nâng cấp Process PLC IV Lắp đặt hệ thống SCADA cho Hệ thống cung cấp điện V Cải tiến hệ thống mạng Ethernet, tăng tích hợp hệ thống, mở rộng Mạng SCADA VI Cải tiến hệ thống điều khiển bơm nhớt dự phòng (DC Backup Lube oil pump) Turbine máy phát điện Sinh viên: Lê Anh Chiến 45 45 45 48 51 54 60 Đồ án tốt nghiệp cao học Bộ mơn: ĐKTĐ – Trường ĐHBKHN VII Cải tiến hệ thống điều khiển Recovery Pump 1-P-452A/B Phần III: Kết luận hướng nghiên cứu I Kết luận II Hướng phát triển đề tài Tài liệu tham khảo 65 75 75 76 79 DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1: Sơ đồ trình khai thác dầu khí Hình 2: Sơ đồ công nghệ Giàn nén khí Trung tâm Hình 3: Sơ đồ tổng quan hệ thống điều khiển GNKTT Hình 4: Cấu hình hệä thống SCADA Hình 5: Dòng truyền liệu hệ thống SCADA Hình 6: Chương trình thiết lập trình điều khiển I/O Hình 7: Thiết lập thông số cho khối liệu Hình 8: Các dụng cụ dùng cho chương trình Draw Hình 9: Đăng nhập hệ thống Hình 10: Chương trình System Configuration Hình 11: Lưu đồ lưu trữ hiển thị liệu Hình 12: Cấu hình Process PLC Hình 13: Điều khiển áp suất Hình 14: Điều khiển mức chất lỏng Hình 15: Valve điều khiển SSD với hai cấp bảo vệ SSD1 SSD2 Hình 16: Cấu hình SSD PLC Hình 17: Server nâng cấp Hình 18: PLC Allen Bradley 5/80 I/O Rack Hình 19: Hệ thống SCADA cho Hệ thống điện Hình 20: Trang hình Hệ thống điện cao áp Hình 21: Trang hình Hệ thống điện hạ áp Hình 22: Kết nối hệ thống SEPAM với SCADA qua EthernetGatway Hình 23: SCADA cho hệ thống công nghệ máy nén khí Hình 24: Dòng truyền liệu qua mạng SCADA Hình 25: Hệ thống SCADA sau nâng cấp Hình 26: DC Backup Pump B321 switch áp suất S322-3 Sinh viên: Lê Anh Chiến Đồ án tốt nghiệp cao học Bộ mơn: ĐKTĐ – Trường ĐHBKHN Hình 27: Sơ đồ đấu dây cho Switch áp suất S322-3 Hình 28: Sơ đồ đấu dây mạch điều khiển DC Backup Pump Hình 29: Đoạn chương trình điều khiển hoạt động bơm Hình 30: Panel điều khiển Recovery Pump Hình 31: Mạch điều khiển Rơle Hình 32: Panel điều khiển sau cải tiến Hình 33: Đoạn chương trình nhảy đến chương trình Hình 34: Đoạn chương điều khiển 1-P-452 A Hình 35: Trang hình chế độ Local Hình 36: Trang hình chế độ Remote Sinh viên: Lê Anh Chiến Đồ án tốt nghiệp cao học Bộ mơn: ĐKTĐ – Trường ĐHBKHN PHẦN I: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TẠI GNKTT Chương I: Mở đầu I Giới thiệu Giàn nén khí Trung tâm (GNKTT) Giàn nén khí Trung tâm (GNKTT), thuộc Xí nghiệp Quản lý khai thác công trình khí, Liên doanh Dầu khí Vietsovpetro giàn nén khí lắp đặt mỏ Bạch Hổ, khơi bờ biển Vũng Tàu vào năm 1996 Giàn nén khí Trung tâm thu gom khí đồng hành từ giàn khai thác dầu khí mỏ Bạch Hổ, mỏ Rồng Liên doanh Dầu khí Vietsovpetro mỏ Rạng Đông Công ty Dầu khí Việt Nhật, năm 2008 kết nối thêm khí đồng hành từ mỏ Sư Tử Đen Liên doanh điều hành Cửu Long mỏ Cá Ngừ Vàng Công ty Liên doanh điều hành Hoàn Vũ Đây giàn nén khí lắp đặt Việt Nam, có công suất lớn có công nghệ điều khiển đại Nó có vai trò vô quan trọng công nghệ khai thác dầu khí Liên doanh Dầu khí Vietsovpetro tạo tiền đề để phát triển nghành công nghiệp khí tương đối mẻ Việt Nam Cung cấp nguồn nguyên liệu quý giá cho nhà máy Chế biến khí, cho nhà máy nhiệt điện, cho nhà máy đạm hóa chất, cung cấp khí đốt nhiên liệu cho nhà máy công nghiệp, cung cấp lượng lớn gas xăng nhẹ cho nhu cầu dân sinh II Mục tiêu đề tài Giàn nén khí Trung tâm thiết kế xây dựng theo tiêu chuẩn công nghiệp đại tiên tiến Tuy nhiên quy mô Giàn lớn nên trình thiết kế, thi công, giám sát chạy thử tránh khỏi thiếu sót, điểm bất cập, chưa hoàn thiện Hơn với phát triển vũ bão khoa học kỹ thuật thập kỷ vừa qua, tốc độ phát triển công nghệ điện tử, tin học, điều khiển tự động hóa nên công nghệ Giàn nén khí Trung tâm vốn thiết kế từ năm 90 kỷ trước có nhiều điểm không đáp ứng kỳ vọng công ty Mục tiêu đề tài tìm hiểu hệ thống điều khiển tự động có Giàn nén khí Trung tâm, phát điểm không phù hợp chưa hoàn hảo, cải tiến hoàn thiện chúng Cải tiến hệ thống điều khiển tự động hóa để nâng cao khả đáp ứng, tốc độ, nâng cao khả dự phòng, Sinh viên: Lê Anh Chiến Đồ án tốt nghiệp cao học Bộ mơn: ĐKTĐ – Trường ĐHBKHN nâng cao độ tin cậy, tích hợp toàn diện hệ thống để thuận tiện cho trình vận hành, sữa chữa bảo dưỡng, chuẩn đoán lỗi Đề tài chủ yếu mang tính thực tiễn dây chuyền sản xuất Tuy nhiên phạm vi đề tài hạn chế giới hạn tính toán chi phí thực hiện, thời gian thực hiện, lợi ích kinh tế mang lại, có thực cần thiết hay không mối quan hệ mà lợi nhuận mục tiêu cao công ty đơn vị sản xuất kinh doanh III Phương pháp đề cập thực Việc nghiên cứu, tìm hiểu hệ thống điều khiển tự động hóa Giàn nén khí Trung tâm thân người viết trước tiên lấy sở qua tài liệu, sách vở, giảng giáo viên hệ thống điều khiển tự động hóa tài liệu có Giàn như: Tài liệu nhà sản suất cung cấp, Operation and Maintannance Manual, Pre-commissioning manual, P&ID, DCS & SCADA manual, tài liệu đào tạo hãng cung cấp cho khách hàng mua thiết bị Việc tiến hành cải tiến phần chưa hoàn hảo hệ thống tiến hành người viết qua thời gian làm việc thực tế Giàn nén khí Trung tâm, số công việc với quy mô lớn có giúp đỡ đồng nghiệp nhà thầu phụ Các cải tiến áp dụng Giàn nén khí Trung tâm an toàn, hiệu ổn định IV Lời cảm ơn Trong trình làm đồ án tốt nghiệp nhận giúp đỡ chân thành nhiệt tình Giáo viên hướng dẫn, TS Lưu Hồng Việt, thầy giúp nhìn nhận vấn đề theo phương pháp khoa học chuyên nghiệp hơn, giúp đỡ vượt qua vấn đề khó khăn gặp phải trình thực Tôi nhận giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi Lãnh đạo công ty Vietsovpetro, Lãnh đạo giàn GNKTT đồng nghiệp nhà thầu phụ giúp hoàn thành khối lượng công việc tương đối lớn khoảng thời gian hạn chế Tận đáy lòng với tình cảm chân thành xin gửi lời cám ơn đến thầy giáo Lưu Hồng Việt, đến Giám đốc XN Khai thác công trình khí VSP Từ Thành Nghóa, đến Giàn trưởng GNKTT Nguyễn Xuân Lanh, đến Trưởng Bộ phận Điều khiển Tự động hóa Andray Laduos A.V., đến nhà thầu phụ Techmach bạn đồng nghiệp nơi làm việc Sinh viên: Lê Anh Chiến Đồ án tốt nghiệp cao học Bộ mơn: ĐKTĐ – Trường ĐHBKHN Chương II: Tổng quan Giàn nén khí trung tâm I Chức năng, nhiệm vụ Giàn nén khí Trung tâm Xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro thành lập năm 1981 hợp tác hai Chính phủ Việt Nam Liên Xô hoạt động lónh vực thăm dò khai thác dầu khí Đây công ty hoạt động lónh vực dầu khí, bước khởi đầu tạo móng cho công nghiệp khai thác dầu khí non trẻ Việt Nam Trải qua trình tìm kiếm, khoan thăm dò, đánh giá trữ lượng lập phương án công nghệ khai thác, đến năm 1986 dòng dầu thương phẩm khai thác Cho đến thời điểm năm Xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro khai thác khoảng 10 triệu dầu thô (năm đạt đỉnh cao sản lượng đạt tới 13,5 triệu tấn), tỉ mét khối khí đồng hành, chiếm khoảng 70% sản lượng khai thác dầu khí Việt Nam, năm đạt doanh thu khoảng tỉ USD, nộp ngân sách nhà nước năm 10.000 tỉ đồng, góp phần lớn việc nâng cao nguồn thu ngoại tệ cho đất nước thúc đẩy phát triển kinh tế Giàn nén khí Trung tâm (tên tiếng Anh là: Central Compression Platform, viết tắt CCP) giàn trực thuộc Xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro, xây dựng đưa vào vận hành năm 1996 mỏ Bạch Hổ khơi bờ biển Vũng Tàu Với vốn đầu tư xây dựng lên đến 185 triệu USD, giàn thuộc loại lớn đại Việt Nam Giàn nén khí Trung tâm có vai trò vô quan trọng công nghệ khai thác XNLD Vietsovpetro tiền đề để phát triển cụm công nghiệp Khí – Điện – Đạm Việt Nam Nó có nhiệm vụ chức sau: – Thu gom khí đồng hành Giàn khai thác mỏ Bạch Hổ mỏ Rồng, năm 2001 thực kết nối thu gom khí đồng hành mỏ Rạng Đông Công ty dầu khí Việt Nhật (JVPC) dự kiến đến năm 2008 thực kết nối thu gom khí đồng hành mỏ Sư Tử Đen Công ty JOC Cửu Long, 2009 thực kết nối thu gom khí đồng hành mỏ Cá Ngừ Vàng Công ty JOC Hoàn Vũ Trước xây dựng Giàn nén khí trung tâm, mỏ Bạch Hổ mỏ Rồng Vietsovpetro, khí đồng hành sau khai thác dầu thô phải đốt bỏ lãng phí, mà đốt bỏ tạo tiếng ồn, độ rung lớn Tiếng ồn lớn gây nên bệnh điếc nghề nghiệp cho người lao động, độ rung lớn gây hỏng hóc, bào mòn thiết bị máy móc Nhiệt độ đuốc cháy cao Sinh viên: Lê Anh Chiến Đồ án tốt nghiệp cao học Bộ mơn: ĐKTĐ – Trường ĐHBKHN theo chiều gió thổi vào Giàn khai thác gây khó khăn cho cán công nhân viên làm việc Khi có Giàn nén khí Trung tâm giải vấn đề – Cung cấp khí Gaslift phục vụ công nghệ khai thác dầu Trong công nghệ Khai thác dầu khí giai đoạn đầu khai thác áp suất vỉa cao nên dầu tự phun lên Nhưng sau thời gian khai thác áp suất vỉa giảm xuống, dầu khó tự phun Muốn trì dòng dầu tự phun người ta phải nén khí xuống vỉa dầu trì áp suất cho vỉa áp suất khoảng 100 atm, công nghệ khai thác dầu khí gọi Gaslift – Cung cấp khí nhiên liệu cho giàn mỏ Bạch Hổ mỏ Rồng Vietsovpetro Tại giàn trước phải chạy máy phát điện, cần cẩu, số máy nén, động nguồn nhiên liệu dầu diezen phí cho sản xuất cao Khi có Giàn nén khí trung tâm việc chạy máy phát điện động chuyển sang dùng nhiên liệu khí giàn cung cấp, giảm chi phí sản suất, nâng cao lợi nhuận cho công ty – Bơm khí đồng hành bờ để xử lý chế biến Khí đồng hành sau nén lên áp suất cao đến 125 atm bơm vào đường ống dẫn 16” từ mỏ Bạch Hổ đưa Nhà máy xử lý khí Dinh Cố Bà Rịa Tại khí đồng hành xử lý tách thành sản phẩm gồm: khí (gồm metan etan), LPG gas (là hỗn hợp propan butan) condensate (là hỗn hợp hydrocacbon nặng từ C5+ trở lên) Khí cung cấp đến nhà máy nhiệt điện Bà Rịa, Phú Mỹ tới Nhơn Trạch TP HCM, tạo lượng điện khoảng 40% Việt Nam, góp phần không nhỏ thúc đẩy công công nghiệp hoá, đại hoá nước ta, nâng cao đảm bảo an ninh lượng, góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế Khí cung cấp cho Nhà máy đạm Phú Mỹ, sản xuất đáp ứng khoảng 40% nhu cầu phân đạm nước ta, góp phần đảm bảo an ninh lương thực nước nông nghiệp nước ta Ngoài khí cung cấp cho nhà máy gốm sứ khí nhiên liệu cho cụm công nghiệp khu vực kinh tế trọng điểm phía Nam Mỗi ngày cung cấp thị trường 600 LPG, gas dùng để đun nấu gia đình, đáp ứng khoảng 45% lượng LPG, tiết kiệm lượng tiền không nhỏ cho đất nước Condensate ngày sản xuất khoảng 400 tấn, xử lý thêm số phụ gia tạo thành xăng A82 xăng A90, cung cấp cho thị trường Sinh viên: Lê Anh Chieán Đồ án tốt nghiệp cao học II Bộ mơn: ĐKTĐ – Trường ĐHBKHN Công nghệ thiết bị Giàn nén khí trung tâm Vai trò Giàn nén khí Trung tâm Trong ngành công nghiệp khai thác dầu khí, có hai nguồn tài nguyên dầu thô khí thiên nhiên Các giàn khai thác dầu sau tách xử lý thu dầu thô khí đồng hành Gọi khí đồng hành khai thác lên đồng hành với dầu thô Dầu thô đưa đến chế biến nhà máy lọc hóa dầu sản phẩm sử dụng xăng, dầu, hóa chất, paraffin, nhựa đường Còn khí đồng hành thu từ trình khai thác dầu xử lý phục vụ cho nhiều mục đích khác tùy theo yêu cầu Đó vai trò giàn nén khí với chức phân tích phần Sau sơ đồ trình khai thác chế biến dầu khí: Hình 1: Sơ đồ trình khai thác dầu khí Giàn nén khí Trung tâm có nhiệm vụ khâu trung chuyển khí đồng hành, đưa khí đồng hành từ giàn khai thác dầu Nhà máy xử lý khí (Gas Sinh viên: Lê Anh Chiến Đồ án tốt nghiệp cao học Bộ mơn: ĐKTĐ – Trường ĐHBKHN Processing Plant), theo sơ đồ làm nhiệm vụ cung cấp khí Gaslift phục vụ cho giàn khai thác dầu Thiết bị Giàn nén khí Trung tâm Giàn nén khí Trung tâm cấu tạo theo tầng, tầng có chiều cao từ 6m đến 10m tùy theo thiết bị bố trí tầng đó, tầng thấp cách mặt nước biển 25m Gồm tầng sau: - Taàng Jacket Deck - Taàng Cellar Deck - Taàng Mezzanin Deck - Taàng Middle Deck - Taàng Main Deck - Taàng Main Deck Upper - Taàng Cooler Deck Trên tầng Giàn nén khí Trung tâm có lắp đặt thiết bị sau đây: tổ máy nén cao áp chạy turbine khí (HP Compressor), turbine dùng loại Mar 100 Hãng Solar Turbine Mỹ công suất 10 MW, máy nén dùng máy nén Hãng Dresser Rand Isarel, tổ gồm có: tổ hợp máy nén, bình tách lọc khí: đầu vào, trung gian đầu ra, thiết bị làm mát khí cấp I cấp II làm mát nhớt tổ máy nén khí thấp áp (LP Compressor) có bình tách đầu vào thiết bị làm mát khí trung gian Bình tách trung gian tháp Stripper Máy nén dùng máy nén pittông Hãng Nuovo Pignone Ý, động dùng động điện xoay chiều pha điện áp 6,3KV Máy nén khí chạy động điện (Fuel Gas Booster) để tạo áp suất hệ thống khí nhiên liệu khởi động giàn Giàn nén khí Trung tâm hệ thống làm khô khí gồm có tháp tiếp xúc khí – glycol (Glycol Contactor) tổ hợp tái sinh glycol (Glycol Dehydration Unit) bình tách pha (Inlet Separator) đặt đầu vào giàn nén để tách pha khí – condensate – nước Sinh viên: Lê Anh Chieán Đồ án tốt nghiệp cao học Bộ mơn: ĐKTĐ – Trường ĐHBKHN Chương trình giám sát hoạt động áp suất bơm DC, tạo tín hiệu Alarm có tín hiệu chạy bơm mà 20s không đạt đến áp suất 50 kpa, ta ngầm hiểu bơm bị hỏng: Đề xuất lãnh đạo xí nghiệp lãnh đạo giàn đồng ý, cho thử nghiệm áp dụng Turbin Generator # A,B,C Kết mạch điều khiển hoạt động tốt, khắc phục nhược điểm nêu Khi làm việc thông tin thời gian bơm chạy, bơm dừng lưu trữ thể theo định dạng sau hình Operator Panel: 2007-04-27 2007-04-27 2007-04-27 2007-04-26 2007-04-26 2007-04-26 2007-04-26 08:27:01 08:26:01 07:41:03 18:29:57 15:34:24 15:29:16 15:29:15 DC BACKUP LUBE PUMP DC BACKUP LUBE PUMP ALARM SUMARY AL075 FIRE SYSTEM SWITCH LOCKOUT ALARM SUMARY ON LOAD READY TO LOAD OFF ON ON ON ON ON OFF Khi bơm bị hỏng có tín hiệu Alarm cảnh báo xuất hình Operator Panel, đồng thời có tín hiệu cảnh báo âm loa, thông tin ngày bơm hỏng lưu trữ theo định dạng: 2007-04-28 14:27:01 AL015 DC BACKUP PUMP FAIL ON VII Cải tiến hệ thống điều khiển Recovery Pump 1-P-452A/B Hiện trạng vấn đề Trên Giàn nén khí Trung tâm sản phẩm hỗn hợp nước dầu (Oil/Water) sau tách từ bình tách bình tách đầu vào máy nén Turbine cao áp 1-V-251 A/B/C/D/E, bình tách đầu vào hệ thống công nghệ 1-V211 A/B bình tách đầu vào máy nén khí thấp áp 1-V-245 dẫn Sinh viên: Lê Anh Chiến 65 Đồ án tốt nghiệp cao học Bộ môn: ĐKTĐ – Trường ĐHBKHN tới hệ thống tách dầu khỏi nước (Produced Water Conditioner - PWC) để tách dầu thô (crude oil) khỏi nước Nước có nhiễm dầu sau xử lý tiếp để loại bỏ dầu đạt nồng độ dầu nước ppm phép thải trực tiếp môi trường Còn dầu thô thu hồi sau trình xử lý bơm ngược trở lại giàn công nghệ trung tâm số để chuyển tầu chứa dầu FSO (Floating Storage and Offloading) Hình 30: Panel điều khiển Recovery Pump Việc bơm dầu thô thu hồi sau trình tách thu hồi sang giàn công nghệ trung tâm số thực bơm thu hồi dầu 1-P-452 A/B Trong giai đoạn thiết kế hai bơm thiết kế với công suất 2x100% công suất, công suất bơm m2/h Bơm thiết kế với mạch điều khiển role đặt trường Hệ thống có chế độ: A, OFF, B Khi chọn chế độ A hay B bơm A hay bơm B tương ứng bơm làm việc Bơm tự động chạy mức dầu cao (LSH tác động) nhấn nút Start panel điều khiển, bơm dừng mức dầu thấp (LSL tác động) nhấn nút Stop panel điều khiển Khi chọn chế độ OFF hai bơm dừng Nhưng sau môt thời gian vận hành thấy mạch điều khiển cho bơm có số vấn đề cần điều chỉnh thay đổi sau: Sinh viên: Lê Anh Chiến 66 Đồ án tốt nghiệp cao học Bộ môn: ĐKTĐ – Trường ĐHBKHN - Bơm đặt khu vực có nguy cháy nổ cao (Zone 0: Hazaduos Area Classification) Panel điều khiển cho bơm lại không thiết kế có tính chống cháy nổ theo cấp yêu cầu - Bơm điều khiển từ mạch role chỗ nên người vận hành thao tác điều khiển vận hành chạy, dừng bơm từ hệ thống SCADA Điều gây khó khăn cho người vận hành đặc biệt tình cố cần tác động nhanh - Không có tín hiệu kết nối từ bơm đến hệ thống SCADA nên người vận hành giám sát trạng thái làm việc tình trạng bơm, mức chất lỏng bình khó khăn cho việc chuẩn đoán lỗi - Mạch điều khiển Role bơm hay hỏng hóc - Theo thiết kế có bơm làm việc thời điểm số trường hợp hệ thống công nghệ bị nghẽn điều khiển không ổn định dẫn tới lưu lượng dầu thu hồi lớn nhiều so với công suất bơm, hệ thống làm việc không kịp dẫn đến mức bình tách đầu vào vượt mức cho phép dẫn đến phải dừng toàn hệ thống công nghệ, thiệt hại lớn kinh tế Vấn đề giải dễ dàng có chế độ cho phép hai bơm làm việc song song công suất bơm hệ thống tăng gấp đôi Hình 31: Mạch điều khiển Rơle Sinh viên: Lê Anh Chiến 67 Đồ án tốt nghiệp cao học Bộ mơn: ĐKTĐ – Trường ĐHBKHN Nội dung giải pháp kỹ thuật Để khắc phục tất nhược điểm vấn đề tồn hệ thống điều khiển bơm thu hồi dầu, tác giả đề biện pháp thực thay đổi toàn hệ thống điều khiển bơm sau: - Thay đổi mạch điều khiển bơm từ điều khiển Role sang tích hợp mạch điều khiển bơm vào hệ thống PLC điều khiển công nghệ - Thay đổi Panel điều khiển bơm hộp Panel điều khiển trường có tính chống cháy nổ với cấp chống cháy nổ tương ứng vị trí làm việc - Viết lại chương trình điều khiển cho bơm PLC điều khiển công nghệ, thêm chế độ chạy đồng thời hai bơm, thêm chế vận hành từ xa (vận hành từ hình HMI SCADA) - Khai báo biến thu thập liệu bơm vào hệ thống SCADA để điều khiển, hiển thị lưu trữ Thêm trang hình vận hành bơm từ hệ thống SCADA Trước tiên thay Panel điều khiển cũ hộp Panel thép không gỉ hãng Neidmuller có cấp chống cháy nổ Eexid IIC thỏa mãn điều kiện làm việc khu vực có khả cháy nổ, nhóm nhiệt độ T4, cấp chống nước bụi IP 65 Toàn tín hiệu từ Panel đưa PLC điều khiển công nghệ PPLC gồm có: tín hiệu hiển thị trạng thái làm việc bơm, tín hiệu chạy bơm, tín hiệu dừng bơm, tín hiệu đưa MCC để điều khiển đóng cắt điện cấp cho bơm, tín hiệu mức dầu thấp, tín hiệu mức dầu cao Sau thay Panel điều khiển chỗ đơn giản sau: Sinh viên: Lê Anh Chiến 68 Đồ án tốt nghiệp cao học Bộ môn: ĐKTĐ – Trường ĐHBKHN Hình 32: Panel điều khiển sau cải tiến Các tín hiệu từ Panel trường từ phòng điện MCC đưa PLC điều khiển công nghệ Trong PLC điều khiển công nghệ ta viết chương trình dùng để điều khiển hoạt động hai bơm thu hồi dầu Bơm hoạt động chế độ làm việc: - Local: Bơm điều khiển hoạt động làm việc Panel điều khiển trường Từ Panel trường người vận hành gạt công tắc chọn bơm làm việc nhấn nút Start để khởi động nhấn nút Stop để dừng bơm tương ứng Với chế độ làm việc Local người vận hành điều khiển vận hành bơm từ hệ thống SCADA - Remote: Ở chế độ làm việc Remote bơm chọn làm việc tự động chạy mực dầu bình đạt mức cao tự động dừøng mức dầu đạt mức thấp, người vận hành khởi động dừng bơm từ hình điều khiển SCADA cách nhấn vào nút lệnh Start, Stop bơm tương ứng Ngoài chế độ Remote có nút lệnh “BOTH PUMP RUNING” để chạy đồng thời hai bơm người vận hành phát có mức dầu cao bình tách đầu vào mà không bơm gấp có khả gây việc dừng toàn hệ thống công nghệ Chương trình điều khiển Recovery Pump viết chương trình thứ 12 Tại chương trình (Program File 2: MAIN) Rung thứ 15 có lệnh để nhảy đến chương trình tương ứng sau: Hình 33: Đoạn chương trình nhảy đến chương trình Sinh viên: Lê Anh Chiến 69 Đồ án tốt nghiệp cao học Bộ mơn: ĐKTĐ – Trường ĐHBKHN Chương trình dùng để điều khiển bơm Recovery Pump viết PLC điều khiển công nghệ, viết thêm chương trình số 12 (Program File 12: RECOVPUMP) Các tín hiệu đầu vào gồm có: tín hiệu điều khiển trực tiếp từ trường, tín hiệu gửi từ MCC lên báo trạng thái làm việc bơm, tín hiệu mức chất lỏng có bình Các tín hiệu đầu gồm có: tín hiệu hiển thị trạng thái làm việc bơm đến Panel điều khiển trường, tín hiệu điều khiển đóng cắt máy cắt gửi đến phòng điện Ngoài bít tín hiệu mềm thể cho nút ấn khởi động bơm, dừng bơm hình SCADA, nút chọn chế độ làm việc nút chọn chế độ hai bơm làm việc Các tín hiệu vào hệ thống điều khiển Recovery Pump đấu nối đến module vào số dự phòng trống hệ thống điều khiển công nghệ (Spare Digital Input, Digital Output Process PLC) Đoạn chương trình cụ thể điều khiển cho bơm 1-P-452-A sau, chương trình điều khiển bơm 1-P-452-B tương tự: Hình 34: Đoạn chương điều khiển 1-P-452 A Sinh viên: Lê Anh Chieán 70 Đồ án tốt nghiệp cao học Bộ mơn: ĐKTĐ – Trường ĐHBKHN Sau đấu lại dây vào đến hệ thống PLC, viết chương trình điều khiển PLC để hệ thống điều khiển Recovery Pump hoạt động ta phải thực thay đổi chương trình giao diện điều khiển SCADA Đối với hệ thống SCADA trước tiên ta phải khai báo biến liệu Database gồm có biến trạng thái đầu vào, biến trạng thái đầu bít liệu nhớ trung gian để làm biến chứa liệu cho nút điều khiển lệnh chọn chế độ điều khiển Đối với biến tương đương với Tagname sở liệu Database hệ thống SCADA Trong hệ thống ta khai báo địa tín hiệu, chế độ lấy mẫu chu kỳ lấy mẫu để lưu trữ hệ thống SCADA Sửa đổi trang hình Vidieo page cho hệ thống thu hồi dầu để hệ thống thực chức điều khiển giám sát, tạo liên kết đến tín hiệu trạng thái hoạt động bơm … Đối với chế độ làm việc Local trang hình điều khiển cho hệ thống Recovery Pump sau: Hình 35: Trang hình chế độ Local Sinh viên: Lê Anh Chiến 71 Đồ án tốt nghiệp cao học Bộ môn: ĐKTĐ – Trường ĐHBKHN Ở chế độ làm việc Local thao tác điều khiển bơm từ xa bị vô hiệu Trong trang hình HMI người vận hành tác động lên menu hai bơm: 1-P-452 A 1-P-452 B, lệnh chạy bơm dừng bơm Người vận hành khởi động dừng bơm từ panel điều khiển đặt trường Bơm lựa chọn để làm việc hiển thị hình HMI Duty hình 35 Chế độ làm việc Local lựa chọn trường hợp cần kiểm tra trường cần bảo dưỡng sữa chữa hệ thống bơm Chế độ tránh việc bơm chạy lên cách tự động có người làm việc trực tiếp thiết bị mà đề phòng Khi muốn điều khiển hệ thống bơm thu hồi dầu Recovery Pump từ trang hình giao diện hệ thống SCADA phải chuyển hệ thống hoạt động chế độ Remote Từ trang hình HMI hệ thống bơm chế độ Local, nhấn vào nút lệnh Local hệ thống đưa trang hình dạng pop-up hỏi người vận hành có xác nhận muốn chuyển hệ thống chế độ làm việc Remote không, có người vận hành chọn Yes, không muốn chọn No Mục đích menu để xác nhận thêm lần người vận hành muốn chuyển chế độ làm việc hệ thống bơm, đề phòng việc chuyển chế độ không mong muốn vô tình nhấn phải nút nhấn Local Ở chế độ làm việc Remote, hệ thống bơm Recovery Pump làm việc tự động Khi mức dầu bình tách nghiêng 1-V-453 đạt mức cao (LSH-2403 tác động), chương trình điều khiển Process PLC tự động suất lệnh điều khiển xuống phòng điều khiển động MCC lệnh cho bơm chế độ Duty làm việc Bơm làm việc mức dầu bình tách nghiêng giảm dần đến mức thấp (LSL-2404 tác động), chương trình PLC lệnh điều khiển gửi đến MCC dừng bơm Quá trình làm việc bơm diễn tự động liên tục điều khiển mức dầu bình tách nghiêng nằm giới hạn cho phép (từ mức Low đến mức High) Ở chế độ làm việc Remote, từ trang hình HMI hệ thống SCADA người vận hành lệnh cho bơm làm việc dừng bơm Đối với bơm chế độ làm việc Duty, ví dụ bơm 1-P-452 A nhấn vào nút lệnh 1-P-452 A trang hình chế độ Remote trang hình cho phép người vận hành khởi động dừng bơm Khi muốn khởi động bơm nhấn vào nút Start, muốn dừng bơm nhấn vào nút Stop Sinh viên: Lê Anh Chiến 72 Đồ án tốt nghiệp cao học Bộ môn: ĐKTĐ – Trường ĐHBKHN Hình 36: Trang hình chế độ Remote Trong số trường hợp đặc biệt như: có thay đổi công nghệ Giàn công nghệ trung tâm số Giàn công nghệ trung tâm số 3, trường hợp bình tách pha giàn làm việc không tốt, van điều khiển mức bình tách công nghệ giàn bị sặc, bị chặn mở đột ngột dầu thô theo khí đồng hành đưa Giàn nén khí Trung tâm với lưu lượng lớn bình thường nhiều khoảng thời gian ngắn, lưu lượng dầu thô tách thu hồi bình tách nghiêng lớn khoảng thời gian ngắn Nếu bơm Recovery Pump không bơm kịp thời quay ngược trở lại Giàn công nghệ trung tâm số dẫn đến mực chất lỏng bình tách đầu vào Giàn nén khí Trung tâm 1-V-211 A/B bị dâng lên cao, đến mức Switch mức cao (LSHH) bình tác động theo Logic điều khiển (Cause and Effect chart) tác động dừng toàn hệ thống công nghệ Giàn nén khí Trung tâm Việc dẫn đến thiệt hại lớn Sinh viên: Lê Anh Chiến 73 Đồ án tốt nghiệp cao học Bộ mơn: ĐKTĐ – Trường ĐHBKHN mặt kinh tế Để giảm thiểu trường hợp sảy ta sửa đổi chương trình điều khiển cho phép chế độ làm việc đồng thời bơm Tại trang hình hệ thống bơm Recovery Pump chế độ Remote, nhấn vào nút lệnh “BOTH RUNING MODE”, xuất trang hình yêu cầu xác nhận chế độ chạy đồng thời bơm Nếu đồng ý bấm Yes, không đồng ý bấm Cancel Khi đồng ý chọn chế độ làm việc đồng thời bơm có lệnh xuất từ hệ thống SCADA đến PLC thay đổi trạng thái Bit nhớ PLC thể chế độ làm việc đồng thời bơm là: B3/333 từ giá trị thành giá trị Khi giá trị thay đổi theo logic chương trình điều khiển suất lệnh điều khiển xuống phòng điều khiển động MCC cho bơm đồng thời làm việc Trong trường hợp có tín hiệu mức dầu bình tách nghiêng thấp LSL-2404 hệ thống điều khiển dừng bơm để tránh làm hỏng bơm Như giải pháp mà tác giả đưa giải triệt để vấn đề tồn hệ thống điều khiển bơm Recovery Pump Hệ thống điều khiển thay từ mạch điều khiển Rơle sang tích hợp điều khiển PLC Process PLC Hệ thống điều khiển trở nên gọn nhẹ hơn, tin cậy mềm dẻo hơn, có khả giám sát, điều khiển theo dõi chuẩn đoán lỗi từ hệ thống SCADA, có thêm chế độ vận hành đồng thời bơm khắc phục tượng mà thiết kế người đầu không lường hết mà nảy sinh trình vận hành hệ thống Hệ thống đáp ứng tiêu chuẩn phòng chống cháy nổ thiết bị lắp đặt khu vực có nguy sảy cháy nổ cao theo tiêu chuẩn quốc tế hành Sinh viên: Lê Anh Chiến 74 Đồ án tốt nghiệp cao học Bộ môn: ĐKTĐ – Trường ĐHBKHN PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI I Kết luận Đề tài nghiên cứu hệ thống điều khiển Giàn nén khí Trung tâm thực số nâng cấp cải tiến thực tác giả với hướng dẫn trợ giúp thầy giáo TS Lưu Hồng Việt, thực Giàn nén khí Trung tâm từ tháng 04/2007 đến tháng 03/2008 Dưới trợ giúp giáo viên hướng dẫn, tác giả nghiên cứu tài liệu nhà sản suất, tài liệu kỹ thuật, tài liệu hướng dẫn vận hành, sữa chữa bảo dưỡng … để hiểu thật kỹ hệ thống Từ so sánh với tiêu chuẩn hành ISO, API (American Petroleum Institue), ISA, IEEA yêu cầu hệ thống điều khiển tự động hóa cho giàn khoan dầu khí làm việc môi trường biển để xem hệ thống có đáp ứng tiêu chuẩn không Nếu không đáp ứng tiêu đánh giá xem thành phần cần phải nâng cấp cải tiến để đáp ứng tiêu Và phát sai xót trình thiết kế ban đầu để tìm cách khắc phục điều kiện vận hành có điều kiện không tính toán thiết kế ban đầu nên phải sửa đổi thành phần tương ứng để đáp ứng yêu cầu Tuy nhiên với ngân sách duyệt cho dự án hạn chế, phải đảm bảo Giàn nén khí Trung tâm vận hành bình thường cho phép dừng giàn hoàn toàn giới hạn tuần nên tác giả thực công việc sau: - Nâng cấp Server - Nâng cấp Process PLC - Lắp đặt hệ thống SCADA cho Hệ thống cung cấp điện - Cải tiến hệ thống mạng Ethernet, tăng tích hợp hệ thống, mở rộng mạng SCADA - Cải tiến hệ thống điều khiển bơm nhớt dự phòng (DC Backup Lube oil pump) Turbine máy phát điện - Cải tiến hệ thống điều khiển Recovery Pump 1-P-452A/B Còn số vấn đề mà tác giả đưa biện pháp kỹ thuật mà chưa thực cụ thể thực tế cải tiến hệ thống điều khiển Seal gas cho máy nén cao áp (sử dụng PLC với thuật toán điều khiển PID thích nghi hệ số dùng biến đổi điện khí nén [I/P: Current to Peneumatic converter], van Sinh vieân: Leâ Anh Chiến 75 Đồ án tốt nghiệp cao học Bộ mơn: ĐKTĐ – Trường ĐHBKHN điều khiển thay cho hệ thống dùng điều khiển PDIC [Pressure Different Indicator Controller] hoàn toàn khí nén) cải tiến hệ thống điều khiển máy nén khí thấp áp (hiện dùng phần mềm HMI Logoview32 hãng NouvoPignone chạy DOS, giải pháp viết lại phần mềm HMI phầm mềm Interllution FIX32 chạy Window) Hệ thống điều khiển tự động hóa Giàn nén khí Trung tâm sau nâng cấp cải tiến có tiêu kỹ thuật đặc tính đáp ứng tốt hẳn so với trước nâng cấp cải tiến đáp ứng tiêu chuẩn hành yêu cầu hệ thống điều khiển cho giàn khoan dầu khí làm việc môi trường biển II Hướng phát triển đề tài Nền công nghiệp dầu khí Việt Nam hình thành từ năm đầu thập kỷ 80 Trải qua giai đoạn đầu làm quen tiếp thu công nghệ, công nghiệp dầu khí Việt Nam có bước phát triển nhanh chóng mặt, bước làm chủ mặt kỹ thuật, mang lại nguồn thu vô quan trọng cho đất nước để phát triển kinh tế Hiện công ty Dầu khí lớn Việt Nam Công ty Liên doanh dầu khí Việt Sô (VSP) hay Công ty Dịch vụ kỹ thuật dầu khí (PTSC) có đủ khả đóng giàn khoan hay tầu chứa dầu có công suất trung bình trở xuống Nhưng việc đóng giàn khoan tầu chứa dầu công ty Việt Nam chủ yếu thực phần liên quan đến kết cấu khí để tận dụng nguồn nhân công giá rẻ Việt Nam Còn mảng hệ thống điều khiển Tự động hóa công trình toàn phải thuê lại Công ty nước thực Mục tiêu đề tài đặt nghiên cứu cải tiến nâng cấp hệ thống điều khiển tự động Giàn nén khí Trung tâm tác giả có tham vọng phát triển đề tài theo hướng xây dựng hệ thống quy chuẩn hướng dẫn để thiết kế, chế tạo lắp đặt, thử nghiệm vận hành hệ thống điều khiển tự động hóa cho giàn khoan dầu khí tàu chứa dầu đáp ứng đầy đủ tiêu tiêu chuẩn cần có theo thông lệ quốc tế hành Hướng nghiên cứu phát triển cung cấp quy trình, hướng dẫn cụ thể việc phân tích yêu cầu cụ thể hệ thống công nghệ để xây dựng hệ thống điều khiển tự động hóa DCS tương ứng đáp ứng hệ thống tiêu chuẩn chủ đầu tư yêu cầu Kết hợp việc thiết kế hệ thống Sinh viên: Lê Anh Chiến 76 Đồ án tốt nghiệp cao học Bộ môn: ĐKTĐ – Trường ĐHBKHN thực thi dự án, lắp đặt, kiểm tra, vận hành thử nghiệm đưa vào vận hành thức hệ thống Hệ thống quy trình đưa hướng dẫn cụ thể để thực toàn dự án như: - Lập yêu cầu kỹ thuật cho dự án dựa tiêu chuẩn quốc tế: Scope of supply and Technical requirement - Từ mức độ, quy mô hệ thống, yêu cầu kỹ thuật ta lập danh sách hệ thống DCS công ty có thị trường quốc tế đáp ứng yêu cầu kỹ thuật đưa Từ đưa tiêu chí đánh giá so sánh đặc tính kỹ thuật hiệu kinh tế, giá thành… để lựa chọn hệ thống điều khiển - Sau chọn hệ thống điều khiển DCS từ yêu cầu hệ thống công nghệ ta lập bước để tiến hành khâu thiết kế thực thi dự án - Về khâu thiết kế dự án cần thực quy trình hướng dẫn lập tài liệu thiết kế từ yêu cầu toán thiết kế hệ thống công nghệ: + I/O list for DCS system + System architecture diagram + Bill of material + Software packing list + Functional design specification + Loop diagram + Cause and Effect evalution chart + Site commisioning and year operation spare part list + SIL verification report + System logic printout + Heat dissipition and Power cosumption requirement + System & Marshalling cabinet layout and mounting detail + Wiring and Terminal detail + Factory acceptance test (FAT) proceduce + Site acceptance test (SAT) proceduce + Installation, Maintenance and Operating instruction + Field instrument data sheet + Field juction box data sheet + Electrical and Istrument cable data sheet - Việc thực thi dự án sở dự án thiết kế phải đảm bảo mặt thời gian, tính an toàn đạt chất lượng yêu cầu Phải lập Sinh viên: Lê Anh Chiến 77 Đồ án tốt nghiệp cao học Bộ mơn: ĐKTĐ – Trường ĐHBKHN tài liệu để kiểm soát đảm bảo dự án thực yêu cầu đặt ra: + Project execution plan + Project overall schedule + Project document list & Status update + Engineering document numbering system + Project monthly progress report + Project shipping & Packing document + Site transportation, storage & installation procedure Sinh viên: Lê Anh Chiến 78 Đồ án tốt nghiệp cao học Bộ môn: ĐKTĐ – Trường ĐHBKHN TÀI LIỆU THAM KHẢO -ooo [ ] CCP Operation and Manual [ ] CCP Control System Specification [ ] Automatic control system Benjamin C Kuo Prentice Hall [ ] Interllution FIX32 Installation & Operation Manual [ ] Allen Bradley PLC 5/40, PLC 5/80, SLC 500 [ ] Siemens S5-100, S5-95U [ ] Standard: ISA, ISO, API, IEEA, IEC … [ ] Các hệ PLC DCS TS Hoàng Minh Sơn [ ] Điều khiển Logic ứng dụng PGS.TS Nguyễn Trọng Thuần [ 10 ] Điều khiển trình TS Hoàng Minh Sơn [ 11 ] CCP I/O List, CCP Cause and Effect Diagram, Loop Diagram Sinh viên: Lê Anh Chiến 79 ... vụ Giàn nén khí Trung tâm II Công nghệ thiết bị Giàn nén khí trung tâm Vai trò Giàn nén khí Trung tâm Thiết bị Giàn nén khí Trung tâm Công nghệ Giàn nén khí Trung tâm 12 Chương III: Hệ thống Điều. .. Tổng quan Hệ thống Điều khiển Giàn nén khí Trung tâm hệ thống điều khiển phân tán DCS theo kiểu PLC-BASE DCS truyền thống, công nghệ điều khiển phổ biến năm thập kỷ 90 Hệ thống điều khiển phân... thể đồ thị thông số công nghệ theo thời gian III Hệ thống điều khiển phân tán DCS Hệ thống điều khiển công nghệ (Process Control System) Hệ thống điều khiển công nghệ Giàn nén khí Trung tâm dùng