Nghiên cứu thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống làm sạch bồn chứa dầu trong công nghiệp

Nghiên cứu thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống làm sạch bồn chứa dầu trong công nghiệp Nghiên cứu thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống làm sạch bồn chứa dầu trong công nghiệp Nghiên cứu thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống làm sạch bồn chứa dầu trong công nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN XUÂN BẮC NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG LÀM SẠCH BỒN CHỨA DẦU TRONG CÔNG NGHIỆP Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Bùi Đăng Thảnh Hà Nội – 04/2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng Hà Nội, tháng 04 năm 2017 Tác giả luận văn Nguyễn Xuân Bắc LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian từ bắt đầu học tập giảng đường đến nay, em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ quý thầy cô, gia đình bạn bè Với lịng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý thầy cô giáo Viện Điện – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội với tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho em suốt thời gian học tập trường Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Bùi Đăng Thảnh người trực tiếp hướng dẫn em suốt thời gian thực đề tài Nhờ giúp đỡ hướng dẫn nhiệt tình thầy em có kiến thức quý báu cách thức nghiên cứu vấn đề nội dung đề tài, từ em hồn thành tốt khố luận tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 04 năm 2017 Học viên thực Nguyễn Xuân Bắc MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN LỜI NÓI ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ LÀM SẠCH BỒN CHỨA DẦU Giới thiệu hệ thống làm bể chứa Quá trình làm 2.1 Công nghệ làm 2.2 Phần cứng làm 11 2.3 Chất làm 14 Tổng kết chương 15 Chương 2: QUY TRÌNH LÀM SẠCH 16 Quy trình làm 16 Hệ thống thiết bị 20 2.1 Các Module hệ thống làm 20 2.2 Mô đun tách dầu nước (Oil/Water Separations Skid) 20 2.3 Mô dun máy phát điện (Generator Skid) 22 2.4 Mô đun nồi (Boiler skid) 22 2.5 Mô đun khí trơ (Inert Gas Skid) 23 2.6 Mô đun bơm (CIP pump skid) 24 2.7 Tank Skid 27 2.8 Tank Skid 28 2.9 Mô đun tách chất rắn Solids Separation Skid 29 2.10 Một số module thiết bị phụ trợ khác 30 Tổng kết chương 39 Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 40 Yêu cầu thiết kế hệ thống 40 Thiết kế phần cứng 41 Thiết kế phần mềm 54 Giao diện mơ hình hiển thị 64 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 LỜI NĨI ĐẦU Trong cơng nghiệp hóa dầu, tất hoạt động sản xuất, buôn bán, tồn trữ liên quan đến khâu bồn bể chứa Bồn bể chứa tiếp nhận nguyên liệu trước đưa vào sản xuất tồn trữ sau sản xuất Bồn chứa có vai trị quan trọng, có nhiệm vụ: tồn trữ nguyên liệu sản phẩm, giúp ta nhận biết số lượng tồn trữ Tại hoạt động kiểm tra chất lượng, số lượng, phân tích tiêu trước xuất hàng thực Ngồi cịn hỗ trợ hệ thống thiết bị phụ trợ: van thở, móng, thiết bị chống tĩnh điện, mái che, … Công việc làm bồn bể chứa dầu quan trọng Việc vệ sinh ảnh hưởng đến chất lượng dầu lưu trữ ảnh hưởng lớn đến môi trường Nếu vệ sinh không tốt,sẽ gây tác động nặng nề tới môi trường dầu tràn biển gây ô nhiễm môi trường biển,dầu loang khó kiểm sốt làm chết sinh vật Bên cạnh việc làm cho phép thu hồi dầu cặn, làm tăng thể tích chứa dầu mục tiêu quan trọng cho hệ thống làm bồn chứa Luận văn trình bày nghiên cứu, thiết kế hệ thống làm bồn chứa dầu có tham khảo hệ thống làm bồn chứa dầu hãng lớn Scanjet Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ LÀM SẠCH BỒN CHỨA DẦU Giới thiệu hệ thống làm bể chứa Các hệ thống làm bồn chứa tự động,lưu động,không cần người điều khiển hệ thống làm sạch,thiết kế đặc biệt để làm khối lượng lớn,bể chứa dầu khó lau chùi Hệ thống thay đổi để đáp ứng nhu cầu cá nhân cho dù cần làm bể hiệu yêu cầu làm bồn chứa,tách bùn thu hồi dầu q trình tích hợp Nó sử dụng để làm bồn chứa cạn khơi,cả bồn mái cố định Hệ thống cần có tính đặc biệt làm hệ thống vịng khép kín,làm giảm tác động đến môi trường cung cấp gần 100% Hydrocacbon Với tính linh động lưu trữ giải pháp hóa học, hệ thống làm bồn chứa sử dụng để làm dầu thô,nhiên liệu nặng bể khác với tất loại hàng hóa Q trình làm 2.1 Cơng nghệ làm 2.1.1 Rửa dầu thô (COW-Crude oil washing) Sự đời vận tải góp phần lớn vào việc chống nhiễm biển,nhưng khơng hồn tồn loại bỏ nhiễm từ hoạt động làm bể chứa.Mặc dù đầu tư nhiều chi phí vào việc xử lý bồn chứa dầu trình gây số ô nhiễm Vào cuối năm 1970,một cải tiến giới thiệu Thay sử dụng nước, máy làm bồn chứa sử dụng dầu thô sử dụng Khi phun dầu lên trầm tích bám vào thành bể,dầu đơn giản hịa tan chúng,biến chúng thành dầu sử dụng bơm tách dùng lại dầu từ cặn Q trình gọi rửa dầu thơ Rửa dầu thơ có nghĩa pha trộn dầu nước, hoạt động dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường nặng khứ,cách dùng nhiều kết thúc Rửa dầu thô phương tiện để giảm bớt tiếp xúc dầu nước, làm giảm lượng nước rửa cần thiết cho bể cần làm Đồng thời, sử dụng nước nóng làm phát sinh chi phí nhiên liệu tiêu thụ - Nước khơng phải phương tiện tốt để làm bồn vì: + Nước góp phần làm ăn mịn cấu trúc bồn + Sau rửa nước để lại cặn bùn bồn + Nó đưa nước muối khơng mong muốn vào nhà máy lọc dầu + Nước bẩn sau tẩy rửa xả thằng biển làm nhiễm mơi trường + Nó khơng tương thích với dầu - Lý COW hiệu làm nước: Làm nước có tác dụng tốt tia nước với lực tác động đủ mạnh để trực tiếp đánh bay vết bẩn bề mặt bên bể chứa Tác dụng làm gần khơng có với thiết bị xa máy bay hệ thống có liên quan Dầu thơ có khả tiềm ẩn “dọn dẹp mớ hỗn độn mình”,nghĩa phải hịa tan lắng cặn Quá trình hỗ trợ tính chất Thixotropic dầu thơ,nghĩa độ nhớt dầu giảm đáng kể bị áp lực bơm,đường dây vòi phun máy rửa bể Sự vượt trội dầu thô so với nước việc vệ sinh bể đặc trưng phụ thuộc vào tính chất hịa tan dầu thơ - Ưu điểm COW + Giảm khả ô nhiễm môi trường từ dầu dư máy + Giảm thời gian chi phí cho việc vệ sinh bể + Nạo vét đường ống + Tăng sản lượng hàng hóa + Giảm ăn mòn bồn rửa nước + Thêm thời gian cho cơng việc bảo trì biển - Nhược điểm COW + Tăng khối lượng công việc trình xả + Kéo dài thời gian xả + Phải trả thêm chí phí nhân cơng + Chi phí cho thiết bị COW + Rủi ro an tồn nhiễm tiềm ẩn + Cần nhiều thiết bị yêu cầu cao để bảo trì - Nhược điểm nước + Tốn thêm thời gian để rửa bể chứa -> tăng chi phí nhiên liệu + Tốn kém,gia tăng ô nhiễm biển từ nước bị ô nhiễm dầu + Tăng ăn mòn + Giảm dung lượng hàng hóa ko làm hết cặn Hình 1.1: Bồn dầu công nghiệp thực tế Sau thời gian sử dụng (03~05 năm), lớp cặn đáy bồn dầu lên đến hàng mét Nếu khơng làm lớp cặn ảnh hưởng đến việc chứa dầu Hình 1.2: Bồn chứa dầu mơ 2.1.2 Làm áp lực: Để làm bồn chứa, cần thiết phải lựa chọn vòi phun cho bể cho phù hợp, yêu cầu vòi phun thể sau: + Yêu cầu chiều dài vòi phun + Cường độ làm ướt cần thiết (tốc độ dòng chảy liên quan đến diện tích bề mặt) + Cường độ mẫu + Thời gian làm thực tế cần thiết + Lập trình khơng thể lập trình vịi phun làm bể + Nhiệt độ làm + Khả tương thích với phương tiện vận chuyển - Mức độ cần thiết cho bồn + Kiểm soát cặn + Nước trắng + Sinh học + Trực quan - Bố trí vịi phun bên thùng Việc bố trí vịi phun bể khác với cấu trúc hình học bể cần làm Đối với bể có cấu trúc bên phức tạp,cần hệ thống vịi phun cầu kì Sơ đồ bố trí vịi phun mơ theo hình 1.3 đây: Hình 1.3: Ma trận bố trí vịi phun bể cần làm 10 Hình 3.23 Lưu đồ thuật toán điều khiển PLC Y: Đạt yêu cầu N: Khơng đạt u cầu + Lưu đồ thuật tốn phần mềm điều khiển giám sát: Trên hình hiển thị thông số từ cảm biến T, P ,F đọc trực tiếp từ hệ thống, đồng thời so sánh thơng số với liệu cài đặt người dùng để đưa tín hiệu điều khiển xuống PLC 56 Hình 3.24 Lưu đồ thuật toán HMI + Sau tiến hành thiết kế phần lập trình phần mềm trênPLC S7-400 WinCC, học viên tiến hành nghiên cứu cácsơ đồ liên động, đấu nối thiết bị mô tả đưa vào PLC, thể hình sau: 57 Hình 3.25a: Sơ đồ liên động, đấu nối thiết bị 58 Hình 3.25b: Sơ đồ liên động, đấu nối thiết bị (tiếp) 59 Hình 3.25c: Sơ đồ liên động, đấu nối thiết bị (tiếp) 60 Hình 3.25d: Sơ đồ liên động, đấu nối thiết bị (tiếp) 61 Hình 3.25e: Sơ đồ liên động, đấu nối thiết bị (tiếp) 62 Hình 3.25f: Sơ đồ liên động, đấu nối thiết bị (tiếp) 63 Giao diện mơ hình hiển thị Đây hệ thống lớn với nhiều chi tiết phức tạp Vì học viên mô phần hệ thống nguyên lý hoạt động Học viên phát triển phần mềm cho điều khiển PLC, sau phần mềm chạy máy tính giám sát sử dụng phần mềm giao diện người máy WinCC Kết mô ban đầu cho thấy phần mềm hệ thống đo lường điều khiển hoạt động theo yêu cầu thiết kế Giao diện máy tính giám sát xây dựng cửa sổ thiết kế thể Hình 3.26 Hình 3.26: Giao diện điều khiển nút bấm đèn báo trạng thái hệ thống Khi hệ thống hoạt động, đèn báo trạng trái mở để người dùng biết tình trạng hệ thống Nếu số nhiệt độ, áp suất, lưu lượng vượt mức cho phép chưa đạt thơng số cài đặt cần điều chỉnh lại 64 Giao diện điều khiển bơm đẩy qua bình gia nhiệt để đưa đến bồn cần làm thể hình 3.27: Bình gia nhiệt Vòi phun Hệ thống Bơm Bồn cần làm Bảng điều khiển Tách chất rắn Tách dầu/ước Hình 3.27: Mơ chương trình WinCC Trên bảng điều khiển, ta điều khiển hoạt động bơm cách đóng mở van điều khiển (nút “n1”, ”n2”, “n3”) Dung dịch làm qua hệ thống bơm đưa qua bình gia nhiệt để làm tăng nhiệt độ Khi đạt nhiệt độ mong muốn (nhiệt độ lựa chọn dựa phân tích mẫu cặn trường hợp cụ thể- thông thường dung dịch làm nóng đến 60oC), dung dịch đưa qua vòi phun áp suất cao để phun vào bồn chứa (nút điều khiển “n4”) Vòi phun di chuyển đến bị trí khác bồn để có hiệu làm tốt (nút “tien”, “lui”, “dung”) Hỗn hợp dầu, nước, chất cặn,… đáy bồn bơm hút đưa vào hệ thống tách chất rắn (nút điều khiển “n5”) Hệ thống có sàng rung để loại bỏ chất rắn có đường kính lớn thơng số cài đặt Dung dịch lại tiếp tục qua hệ thống tách 65 dầu/ nước (nút “n6”), nước thải đưa xử lý riêng dầu chuyển vào máy bơm để tiếp tục tuần hoàn theo quy trình Giao diện khối bơm, nồi Tank cần làm thể Hình 3.28: Tank skid Nồi Vòi phun Bơm Bồn chứa Bộ tách chất rắn Hình 3.28: Khối bơm Pump Skid, nồi hơi, Tank cần làm Phần Tank chứa A Tank chứa B hệ cấp nguồn mô tả Hình 3.29 66 Tank skid A Tank skid B Bồn chứa Khối nguồn Bơm Hình 3.29: Khối tank skid A, Tank skid B, khối nguồn 67 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Sau thực đề tài:Nghiên cứu thiết kế xây dựng mơ hình hệ thống làm bồn chứa dầu công nghiệp, học viên rút kết luận sau: - Đã tìm hiểu nhiều kiến thức phương pháp làm bồn chứa dầu công nghiệp - Cách vận dụng tích hợp module hệ thống làm - Nguyên cứu thiết kế phần cứng hệ thống điều khiển - Nguyên cứu,thiết kế lập trình phần mềm điều khiển PLC S7-400 cho hệ thống - Nguyên cứu, thiết kế lập trình phần mềm điều khiển giám sát WinCC cho hệ thống Bước đầu thiết kế học viên cho kết tích cực, thể phần mơ chạy mơ hình WinCC trênngơn ngữ lập trình Step7 Học viên mong muốn tiếp tục hoàn thiện nghiên cứu này, ứng dụng kết nghiên cứu vào thực tế Việt Nam đế đánh giá hồn thiện thiết kế 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dimeo R., Lee K Y (1995), “Boiler-turbine control system design using a genetic algorithm”, Energy Conversion, IEEE Transactions on, 10(4), pp 752-759 [2] VanLandingham H F., Tripathi N D (1996), “Knowledge-based adaptive fuzzy control of drum level in a boiler system”, Conference Record, IEEE, pp 454-459 [3] Hoàng Minh Sơn, “Cơ Sở Hệ Thống Điều khiển trình”, Đại Học Bách khoa Hà Nội, 2009 [4] http://www.scanjetsystems.com/products/sc45tw/ [5] http://www.scanjetsystems.com/products/sc45tw/ [6] http://scanjetsystems.info/Resources/Manual-SC30T.pdf [7] http://www.scanjetsystems.com/cip-systems/ [8] http://scanjetsystems.info/Resources/Manual-SC30T.pdf [9] http://www.scanjetsystems.com/cip-systems/ [10]http://www.prorexoil.ee/eng/equipment/scanjet-tank-cleaning/scanjet-tank-cleaning2/ [11] http://codienlanh.net.vn/quy-trinh-lam-sach-bon-dau-do/ [12] http://www.icec.com.sa/Images/scanjet/pdf/1014%20-%20SC90T2.pdf [13]https://www.scribd.com/embeds/322546539/content?start_page=1&view_mode=scr oll&access_key=key-RPVgh8vhVFRbSO6NPCJH&show_recommendations=true [14]http://www.bluedragon.vn/san-pham/oil-gas-marine/scanjet-2/thiet-bi-lam-sach-tank [15] http://www.shipserv.com/category/tank-cleaning-machine/7122 [16] http://www.nauticexpo.com/prod/scanjet-marine/product-31580-317721.html [17]http://magazines.marinelink.com/Magazines/MaritimeReporter/200301/content/scan jets-cleaning-turnaround-208135 [18] http://www.shiptronics.info/product/automatic-tank-cleaning/ 69 [19]http://scanjet.gobizkorea.com/catalog/product_view.jsp?blogId=scanjet&pageNo=1 &pageVol=12&listStyle=L&objId=949122 [20]https://docs.google.com/document/d/18_1Gm45Q2HTaLm6Nmlb1ZY1VmtYoqGrz 6NzIks4C1D4/edit 70 ... hệ thống làm bồn chứa Luận văn trình bày nghiên cứu, thiết kế hệ thống làm bồn chứa dầu có tham khảo hệ thống làm bồn chứa dầu hãng lớn Scanjet Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ LÀM SẠCH BỒN CHỨA DẦU... để thiết kế, mô hệ thống làm bồn chứa dầu sử dụng thiết bị hãng Scanjet với thông số xác định 39 Chƣơng 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG Yêu cầu thiết kế hệ thống Bài toán đặt thiết kế hệ thống làm bồn chứa. .. cho thiết kế hệ thống điều khiển Mơ tả chung hệ thống làm thể hình sau: 11 Hình 1.5: Sơ đồ P&ID hệ thống làm bể chứa Scanjet 12 Hệ thống điều khiển cho hệ làm bồn Có hai hệ thống điều khiển: - Hệ