2.3.1 Gói thiết bị tách muối:
Thiết bị tách muối với hệ thống lưới điện và các bản điện cực để tạo ra trường điện từ bên trong bình tách muối. Do trường điện từ, các hạt nước sẽ liên kết lại với nhau để tạo thành các hạt có kích thước lớn hơn. Các hạt nước có dạng hình cầu có sức căng bề mặt là thấp nhất. Dưới tác động của trường điện từ có hiệu điện thế cao, các hạt nước sẽ bị biến dạng và hình thành nên trạng thái lưỡng cực. Các hạt mang điện tích dương sẽ bị hút về bản điện cực âm và ngược lại các hạt mang điện tích âm sẽ bị hút về bản điện cực dương. Hai hạt liền kề nhau sẽ hút lẫn nhau. Các lực hút giữa các hạt nước có xu hướng kéo chúng lại với nhau, nếu lực này đủ lớn thì chúng có thể phá vỡ liên kết nhũ tương để kết hợp lại với nhau và lắng xuống đáy của bình tách muối.
Sự liên kết giữa các hạt dưới tác dụng của trường điện từ diễn ra rất nhanh chóng. Chưa đầy 1/10 giây, hầu hết các hạt đã kết hợp lại với nhau.
Dùng một trường điện từ phù hợp tức là:
- Sự phân bố của các hạt nước là hợp lý (tối thiểu 3% thể tích của lớp nhũ tương nước/dầu).
- Kích cỡ và sự phân bố của các hạt nước trong dầu là hợp lý (Bởi tác động của thiết bị tạo nhũ).
- Một trường điện từ tối ưu.
Nếu một trong các thông số trên không đảm bảo cũng như không phù hợp, quá trình liên kết giữa các hạt nước xảy ra không hoàn toàn.
2.3.2 Gói thiết bị tạo chân không:
Các Ejectornhư là các bơm động lực sử dụng năng lượng của dòng hơi (Hơi trung áp
MP steam được sử dụng trong trường hợp này) để duy trì lưu lượng của dòng thứ cấp bởi sự thay đổi đột ngột của áp suất. Chúng có những tính năng ưu việt như sau:
- Không có những thiết bị động.
- Không cần bảo dưỡng nếu không thật cần thiết. - Công suất làm việc kéo dài hơn một năm.
Ejector gồm có 3 thành phần chính: đầu phun, buồng hỗn hợp và bộ khuếch tán (diffuser). Nguyên lý hoạt động của Ejector này là năng lượng áp suất (thế năng) của dòng hơi được chuyển đổi thành năng lượng vận tốc dòng (động năng) tại vòi phun. Vận tốc dòng hơi cao sẽ cuốn theo các Hydrocarbon cũng như khí không ngưng từ tháp làm khô LGO và HGO. Hỗn hợp hơi nước, Hydrocarbon và khí không ngưng sẽ đến bộ phận khuếch tán, nơi mà năng lượng vận tốc được chuyển đổi thành năng lượng áp suất để áp suất của hỗn hợp tại đầu ra của Ejector cao hơn rất nhiều áp suất ở đầu vào của buồng hỗn hợp.
2.4 Công nghệ thiết bị:
Các công nghệ trong quá trình chưng cất khí quyển đều được qui ước. Đa số thiết bị đều chế tạo từ thép carbon, ngoại trừ các vùng bị đốt nóng ở nhiệt độ cao phải được chế tạo từ hợp kim. Trong vùng chịu ăn mòn ở trạng thái lạnh (đỉnh tháp, thiết bị hồi lưu) phải được tạo từ vật liệu phù hợp hoặc phải phủ các lớp hợp kim hay polymer đặc biệt. Ngoài ra, trong thực tế người ta thường cho kèm theo các hợp chất chống ăn mòn. Một phần của tháp chưng cất khí quyển thường được phủ lớp hợp kim có 12% crôm.
Tháp thường được trang bị các đĩa kiểu đĩa van. Đĩa thường được chế tạo từ thép hợp kim 12% crôm. Trong các vùng phân đoạn hoặc vùng rửa ngày nay người ta thường sử dụng đệm.
Quá trình nhập liệu cho tháp không phun trực tiếp vào tháp mà sẽ cho theo phương tiếp tuyến hoặc kiểu trục cánh nhằm tránh làm ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của tháp và nhằm mục đích tạo điều kiện thuận lợi cho phân ly phần nhẹ.
Các thiết bị trao đổi nhiệt thường là kiểu ống chùm, áp suất làm việc danh nghĩa không được vượt quá 30 bar.
2.5 Các biến công nghệ:
Mục đích của phần này là mô tả các thông số chính trong quá trình vận hành phân xưởng. Các thông số gồm: lưu lượng nguyên liệu của phân xưởng CDU, nhiệt độ đầu ra
của lò gia nhiệt, nhiệt độ đỉnh của tháp phân tách chính T-1101, công suất dòng hồi lưu tuần hoàn và nhiệt độ đáy của tháp ổn định xăng T-1107.
2.5.1 Lưu lượng nguyên liệu CDU:
Nguyên liệu đầu vào của phân xưởng được cung cấp bởi bơm dầu thô P-6001 A/B/C từ phân xưởng U60. Dòng dầu thô đi qua cụm tiền gia nhiệt nguội (cold preheat train) và đi vào thiết bị tách muối. Để giữ cho áp suất của thiết bị tách muối không thay đổi, dòng dầu thô từ các bơm nạp liệu được cài đặt để có lưu lượng dòng bằng với dòng qua lò đốt (011-FIC-069), thông qua các bộ điều khiển 011-FY-092 và 011-HY-002.
Nếu áp suất trong thiết bị tách muối tăng thì lưu lượng dầu thô vào từ bơm nạp liệu P- 6001A/B/C sẽ giảm.
2.5.2 Nhiệt độ đầu ra của lò gia nhiệt:
Thông số này rất quan trọng bởi vì nó là nhân tố quyết định đến tỷ lệ overflash của tháp. Nếu cần tăng công suất của lò đốt, thì lưu lượng không khí được tăng trước khi lưu lượng nhiên liệu được tăng. Và ngược lại, khi giảm công suất lò đốt thì giảm lưu lượng nhiên liệu trước tiên, sau đó mới giảm lưu lượng không khí vào lò đốt. Việc điều khiển này đảm bảo rằng lò gia nhiệt luôn được vận hành với một lượng không khí dư, đảm bảo sự cháy hoàn toàn của nhiên liệu.
2.5.3 Nhiệt độ tại đỉnh của tháp phân tách chính T-1101:
Nhiệt độ hơi dòng sản phẩm đỉnh của tháp phân tách chính T-1101 được điều khiển bởi lượng nhiệt lấy ra từ dòng hồi lưu tuần hoàn đỉnh. Nhiệt độ này rất quan trọng vì điểm sôi cuối của sản phẩm Naphtha từ đỉnh tháp tách chính T-1101 có thể được điều chỉnh thông qua việc thay đổi giá trị setpoint này. Nếu nhiệt độ cài đặt (setpoint) thấp, có nghĩa công suất của dòng hồi lưu tuần hoàn đỉnh tăng lên. Kết quả là điểm sôi cuối của sản phẩm đỉnh và khối lượng của nó sẽ giảm xuống. Ngược lại điểm sôi cuối của sản phẩm đỉnh có thể được tăng lên bằng cách cài đặt giá trị điều khiển này với một giá trị nhiệt độ cao hơn, điều này sẽ tăng lượng hơi đi lên đỉnh tháp và làm tăng điểm sôi cuối và khối lượng của Naphtha.
2.5.4 Áp suất của tháp phân tách chính:
Áp suất vận hành của tháp phụ thuộc vào áp suất điều khiển từ bình ngưng tụ sản phẩm đỉnh của tháp chính, D-1103. Áp suất trong tháp chưng cất dầu thô bị ảnh hưởng bởi lượng hơi tạo thành và mức độ ngưng tụ từ phần sản phẩm đỉnh tháp.Sự hoá hơi trong điều kiện áp suất không thay đổi phụ thuộc vào thành phần của dầu thô, lượng nhiệt được cung cấp và độ phân tách của chính bản thân nó đạt được.
2.5.5 Các dòng hồi lưu tuần hoàn:
Các dòng hồi lưu tuần hoàn phải được điều khiển tốt để đạt được chất lượng sản phẩm như mong muốn. Nếu công suất của các dòng hồi lưu tuần hoàn quá lớn hay quá nhỏ, thì sự bay hơi trong tháp sẽ khác nhau, kết quả là độ phân tách của sản phẩm xảy ra kém. Quá trình điều khiển là tác động vào dòng sản phẩm tuần hoàn trở lại tháp và chênh lệch nhiệt độ giữa dòng lấy ra và dòng tuần hoàn trở lại tháp.
Các dòng hồi lưu tuần hoàn là nhân tố then chốt để duy trì tối ưu tỉ lệ giữa lỏng và hơi trong quá trình phân tách của tháp. Sự lấy nhiệt không hợp lý và phân phối không tốt của các dòng hồi lưu tuần hoàn sẽ dẫn đến áp suất trong tháp cao hơn, sự phân tách giữa các cấu tử kém hơn và sự tăng áp suất trong vùng bay hơi. Sự lấy nhiệt quá nhiều từ các dòng hồi lưu tuần hoàn có thể dẫn đến sự khó khăn trong việc kiểm soát điểm sôi cuối và có thể gây ra hiện tượng ngập lụt bên trong tháp.
2.5.6 Sự điều chỉnh về chỉ tiêu chất lượng sản phẩm:
Các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm trong tháp phân tách chính T-1101 có thể được điều chỉnh là nhiệt sôi của phân đoạn và điểm chớp cháy. Nói chung, nếu có sự phân tách diễn ra tốt, điểm sôi cuối của một phân đoạn này bằng với điểm sôi đầu của phân đoạn nặng hơn kế tiếp cộng với giá trị chênh lệch (Gap) hoặc trừ đi giá trị chồng lấp (Overlap). Giá trị “Gap” là kết quả đến từ quá trình phân tách tốt, ngược lại giá trị “Overlap” càng tăng thì hiệu quả phân tách càng giảm. Lưu lượng rút ra của các sản phẩm cạnh sườn được điều chỉnh để đạt được điểm sôi cuối như yêu cầu, thông thường thì giá trị này được cài đặt bắt đầu từ trên đỉnh tháp xuống.
Theo nguyên tắc chung, sự tăng của lưu lượng lấy ra của sản phẩm cạnh sườn sẽ tăng điểm sôi cuối của nó và ngược lại. Sự hiển thị của điểm sôi cuối chính là nhiệt độ ra khỏi tháp của sản phẩm cạnh sườn. Tăng năng suất sản phẩm cạnh sườn, tức là tăng nhiệt độ của dòng sản phẩm lấy ra khỏi tháp và điểm sôi cuối của sản phẩm.
Điểm chớp cháy của sản phẩm LGO và HGO có thể được điều chỉnh bằng cách cài đặt độ phân tách nhờ bởi FIC-017 và FIC-019 tương ứng (để giảm điểm chớp cháy thì cần phải tăng độ phân tách giữa các phân đoạn với nhau). Tuy nhiên, độ phân tách chỉ có thể tăng lên đến nhiệt độ sôi cuối của sản phẩm nhẹ hơn kế tiếp. Nếu cần yêu cầu tăng điểm chớp cháy của phân đoạn này lên cao hơn nữa thì các sự thay đổi khác cần phải được thực hiện, đó là tăng điểm sôi cuối của phân đoạn nhẹ hơn kế tiếp nó.
Điểm chớp cháy của sản phẩm Kerosene có thể được điều chỉnh bởi năng suất của thiết bị tái đun sôi E-1110 thông qua cụm điều khiển 011-UIC-031, hoặc bằng dòng hơi
quá nhiệt thông qua cụm điều khiển 011-FIC-015 trong trường hợp E-1110 không hoạt động.
Tỷ trọng là thông số có quan hệ trực tiếp đến điểm sôi đầu và điểm sôi cuối của sản phẩm, do đó việc thay đổi hiệu suất sản phẩm đòi hỏi phải phù hợp với tiêu chuẩn sản phẩm.
Điểm đông đặc liên quan đến thành phần hoá học của sản phẩm. Khi điểm sôi cuối của sản phẩm tăng, hàm lượng paraffin trong sản phẩm cũng tăng, do đó điểm đông đặc của sản phẩm sẽ cao hơn.
2.5.7 Hơi quá nhiệt dùng để tách phần nhẹ trong tháp tách chính T-1101:
Tăng lưu lượng của tác nhân này, có thể làm giảm thành phần nhẹ trong phân đoạn dầu cặn, tăng điểm chớp cháy và điểm sôi đầu của cặn chưng cất khí quyển. Lưu lượng của dòng hơi quá nhiệt được điều khiển bởi van 011-FV-012, nó sẽ ảnh hưởng đến nhiệt độ của vùng bay hơi và lượng overflash.
2.5.8 Overflash:
Overflash là phần nguyên liệu bay hơi bổ sung cho phần sản phẩm đỉnh và các sản phẩm cạnh sườn. Overflash ngưng tụ tại những đĩa thuộc vùng rửa và quay trở về vùng bay hơi và khu vực phân tách thành phần nhẹ ở đáy. Mục đích của nó là để chống lại sự tạo cốc tại các đĩa thuộc vùng rửa và sự cuốn theo cốc ra khỏi tháp theo các sản phẩm cạnh sườn. Nó cũng là biến điều khiển quá trình phân tách giữa dòng cạnh sườn và dòng cặn của đáy tháp, bởi vì dòng hồi lưu nội từ đĩa rút sản phẩm cạnh sườn phía trên được yêu cầu để ngưng tụ dòng overflash.
Phân xưởng CDU được thiết kế với giá trị overflash nhỏ nhất là 5%.
2.5.9 Nhiệt độ của tháp ổn định xăng T-1107:
Nhiệt độ đáy của tháp ổn định xăng phải được điều khiển để đạt tiêu chuẩn hàm lượng C4- trong dòng sản phẩm đáy. Quá trình điều khiển này là một quá trình cascade với dòng hơi cao áp được sử dụng để điều khiển nhiệt độ đáy tháp ổn định xăng. Nếu nhiệt độ đáy tháp giảm, thì tăng lượng hơi cao áp lên, và đáp ứng lại thay đổi này nhiệt độ sẽ tăng lên lại.
Nhiệt độ ở vùng đỉnh tháp quyết định đến chất lượng của sản phẩm LPG, nhiệt độ này được điều chỉnh bởi E-1122 (tự động điều chỉnh giá trị từng bước). Nếu giữ giá trị điều khiển này ở nhiệt độ thấp hơn thì sẽ giảm hàm lượng C5 trong sản phẩm LPG và giảm sản lượng sản phẩm, đồng thời làm tăng lưu lượng hồi lưu ngoại của tháp. Tăng nhiệt độ này sẽ đồng thời tăng sản lượng và hàm lượng C5 trong LPG và lưu lượng hồi lưu ngoại sẽ giảm.
Chương 3 SƠ LƯỢC VỀ PRO/II
3.1 Sơ lược về phần mềm Pro/II:
Pro/II là một trong những sản phẩm của tổ hợp SIMSCI. Công ty này được thành lập từ năm 1957 chuyên về thiết kế các phần mềm mô phỏng dùng trong công nghệ hóa học, đặc biệt là ngành công nghiệp lọc - hóa dầu. Hiện nay sản phẩm của tổ hợp này khá đa dạng, bao gồm các phần mềm thiết kế các thiết bị, đường ống, tính toán kinh tế...
Phần mềm thiết kế mô phỏng Pro/II là sản phẩm đầu tiên của SIMSCI, là kết quả của nhiều lần nâng cấp từ năm 1967 đến năm 1988 và chính thức ra đời với tên gọi Pro/II. Hiện nay phần mềm này vẫn không ngừng nâng cấp và đã có phiên bản Pro/II 9.0 (trong đề tài này sử dụng phiên bản 9.0).
Phần mềm này có thể sử dụng vào nhiều quá trình khác nhau:
• Xử lí dầu và khí • Tinh chế • Hóa dầu • Polyme • Dược phẩm Các ứng dụng mô phỏng gồm :
• Thiết kế mới các quá trình
• Ước tính cấu hình thiết bị
• Hiện đại hóa và nâng cấp các thiết bị cũ
• Gỡ rối và làm thông suốt hệ thống thiết bị
• Đánh giá vấn đề môi trường của nhà máy
• Kiểm tra, tối ưu hóa, cải tiến hiệu suất và lợi nhuận của nhà máy.
3.2 Các bước tiến hành mô phỏng:
Pro/II cho phép người dùng có nhiều phương pháp lựu chọn để nhập dữ liệu. Mặc dù vậy Pro/II có những cảnh báo khi dữ liệu bắt buộc bị thiếu. Vì vậy, khi xây dựng một sơ đồ công nghệ để mô phỏng thì cần theo các bước sao cho mang tính logic. Dưới đây là một trình tự:
• Xây dựng sơ đồ
• Lựa chọn hệ đơn vị
• Xác định các cấu tử cho dự án
• Chọn các phương pháp nhiệt động học và tính chất vận chuyển
• Cung cấp các dữ liệu cho dòng và thiết bị
• Cung cấp các điều kiện làm việc cho quá trình
• Chạy dự án mô phỏng
Đó chỉ là những bước cơ bản để chương trình chạy, thực tế để mô phỏng một lưu trình hay một phân xưởng... thì bước đầu tiên và vô cùng quan trọng là lập mô hình mô phỏng. Ở bước này người dùng phải đơn giản hóa sơ đồ công nghệ thực, bỏ đi những thiết bị không cần thiết, chuyển đổi các mô hình thực thành mô hình lí thuyết, tinh chỉnh mô hình.
Hình 3. 1 Giao diện phần mềm Pro/II
Sau khi chương trình chạy và có kết quả thì bước cuối cùng là đọc và phân tích kết quả mô phỏng. Vì ngôn ngữ của chương trình là tiếng Anh, nên các báo cáo được trình bày bằng ngôn ngữ này. Tuy nhiên, cách trình bày cũng giúp người dùng dễ theo dõi, điều quan trọng là người dùng sẽ khai thác được những gì từ các kết quả đó. Từ đó, xem xét số liệu đó có khớp với các số liệu thực không hoặc sai khác thế nào, nếu có sự chênh lệch nhiều phải tìm ra nguyên nhân dẫn đến sai số.
Pro/II là một phần mềm mô phỏng tính toán, các quá trình mô phỏng đều ở trạng thái tĩnh-mô tả trạng thái hoạt động ổn định của hệ thống. Đó là cân bằng vật chất, các tính chất hóa lí, các tính chất đặc trưng của chất như RVP, điểm vẩn đục, RON...Như vậy, Pro/II là phần mềm rất hữu ích, là công cụ đắc lực trong việc mô phỏng một mô hình hệ thống ở trạng thái tĩnh.
Tuy nhiên, Pro/II không có các thiết bị điều khiển và đo lường như ở phần mềm