4.1.1.1. Điều khiển đóng mở
Điều khiển đóng mở là hệ thống điều khiển tự động thường được sử dụng cho các nhà máy lắp ráp. Trong ngành công nghiêp hoá học nói chung cũng như trong ngành công nghệ lọc dầu và chế biến khí nói riêng, điều khiển đóng mở tuy không phổ biến nhưng cũng là không thể thiếu và có vai trò quan trọng, đặc biệt trong các ứng dụng start up, shutdown, an toàn nhà máy.
Những đầu vào, đầu ra của loại điều khiển này chỉ ở một trong hai trạng thái đóng hay mở (on hay off). Phương pháp điều khiển của loại này là logic, với cổng OR, AND, NAND vv....Cách đây 40 năm bộ điều khiển của loại này là một hệ thống rơle và rơle thời gian đặt trong tụ bản. Với sự phát triển của ngành điện tử, bộ điều khiển có khả năng lập trình PLC (Programmable Logic Control) ra đời làm cho hệ thống rơle trở nên lỗi thời.
4.1.1.2. Điều khiển quá trình
Trong các nhà máy lọc dầu, hoá dầu, chế biến khí, người ta sử dụng chủ yếu loại thiết bị điều khiển này. Quá trình sản xuất là liên tục, các thông số điều khiển bao gồm nhiệt độ, áp suất, mức chất lỏng, lưu lượng, độ pH, nồng độ vv...
Thiết bị đầu vào thường là từ các bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự dạng chuẩn như 4-20 mA hoặc 3-15 psig. Thiết bị đầu ra thông thường là các van điều khiển. Phương pháp điều khiển thường là thuật toán điều khiển tỉ lệ (Proportional), tích phân (Integral) và vi phân (Differential) viết tắt là PID.
4.1.2. Hệ thống điều khiển phân tán DCS trong các nhà máy hiện đại
Do đặc thù có nhiều phân xưởng nằm phân tán trong một diện tích lớn và có rất nhiều đầu vào và đầu ra ứng với từng phân xưởng nên hầu hết các nhà máy lọc dầu hiện nay đều sử dụng hệ thống điều khiển phân tán DCS (Distributed Control System). Hệ thống được cấu thành bởi nhiều hệ thống nhỏ hơn nằm phân tán ở mỗi phân xưởng, mỗi hệ thống nhỏ này có nhiệm vụ đảm bảo quá trình điều khiển ở phân xưởng mà nó đảm nhiệm, nó chịu sự quản lý của các hệ thống chủ bên trên, có thể nhận hoặc cung cấp tín hiệu với các hệ thống chủ. Bản thân các hệ thống phân tán này sẽ quản lý trực tiếp các thiết bị tại hiện trường như van, cảm biến, mô tơ...
Tập hợp tất cả các dữ liệu từ các hệ thống phân tán ở từng phân xưởng sẽ được gởi lên các hệ thống cấp cao hơn, các hệ thống này thường được tập trung ở phòng
điều khiển trung tâm của nhà máy, nơi mà các kỹ sư vận hành và nhà quản lý trực tiếp đưa ra những quyết định về chế độ hoạt động của nhà máy.
Ra đời từ giữa những năm 70, hệ thống điều khiển phân tán DCS đã mang đến một cuộc cách mạng thực sự cho phòng điều khiển trung tâm của các nhà máy lọc dầu bằng cách số hoá những vòng điều khiển và biểu diễn thông tin của quá trình lên màn hình điều khiển.
Những lợi thế mà DCS mang lại có thể kể ra như: - Đảm bảo an toàn cao trong quá trình hoạt động.
- Lưu trữ các thông tin trong quá trình hoạt động phục vụ cho công tác thống kê, nghiên cứu, hoạch định chiến lược.
- Cung cấp cái nhìn tổng quát nhất về hoạt động của nhà máy.
- Các module tính toán cho phép triển khai các chiến lược điều khiển nhằm mục đích tối ưu hiệu quả công nghệ và hiệu quả kinh tế.
- Giao diện thân thiện với người vận hành bằng ngôn ngữ và hình ảnh...
4.1.3. Bộ điều khiển PID
4.1.3.1. Vai trò của bộ điều khiển PID
Tên gọi PID là chữ viết tắt của ba thành phần gồm khâu khuyếch đại P (Proportional), khâu tích phân I (Integral) và khâu vi phân D (Differential).
Sơ đồ hoạt động của khâu PID như sau:
Hình 4.1: Sơ đồ hoạt động của khâu PID
Bộ điều khiển PID được sử dụng khá rộng rãi để điều khiển đối tượng theo nguyên lý hồi tiếp, đặc biệt là trong ngành công nghiệp quá trình, trong đó nổi bật nhất là lĩnh vực dầu khí. Lý do bộ điều khiển này được sử dụng rộng rãi là tính đơn giản về cấu trúc của nó lẫn nguyên lý làm việc. Bộ điều khiển PID có nhiệm vụ đưa sai lệch e(t) giữa giá trị đặt SP và giá trị thực tế PV.
Phương trình của bộ điều khiển:
Trong đó :
- Kp là hệ số khuyếch đại, đặc trưng cho khâu tỉ lệ. - Ti là hằng số tích phân, đặc trưng cho khâu tích phân. - Td là hằng số vi phân, đặc trưng cho khâu vi phân.
Đây là ba thông số đặc trưng cho bộ điều khiển PID. Chất lượng của hệ thống phụ thuộc vào ba thông số này. Muốn có hệ thống có chất lượng như mong muốn thì phải phân tích đối tượng rồi trên cơ sở đó chọn các thông số Kp, Ti, Td cho phù hợp.
4.1.3.2. Lựa chọn khâu tác động và các thông số đặt trưng cho PID
Nhiệm vụ của việc thiết kế bộ điều khiển PID cho một quá trình cụ thể là: - Lựa chọn khâu tác động.
- Tính toán các thông số đặt trưng cho từng khâu.
Không phải bao giờ cũng dùng cả ba khâu này trong một vòng điều khiển.
Thông thường tác động P + I được dùng để điều khiển các thông số thay đổi nhanh như điều khiển mức, điều khiển áp suất, điều khiển lưu lượng.
Tác động P+I +D được dùng để điều khiển các thông số thay đổi chậm như điều khiển nhiệt độ, điều khiển độ pH, điều khiển nồng độ.
Việc lựa chọn các thông số đặt trưng cho mỗi khâu thông thường được căn cứ vào hàm truyền của quá trình.
Ngày nay có một số bộ điều khiển hiện đại có thể tự động lựa chọn các khâu điều khiển và kể cả việc thiết đặt các thông số đặt trưng cho từng khâu.
4.2. Sơ đồ điều khiển cho tháp DIH
Hình 4.2: Sơ đồ điều khiển tháp DIH
Trên sơ đồ điều khiển này,có ba nhóm thiết bị điều khiển chính :
-Nhóm thiết bị điều khiển nhiệt độ cho tháp :TIC-01, TIC-02, TIC-03. -Nhóm thiết bị điều khiển áp suất đỉnh :PIC-01,PDIC-01
-Nhóm thiết bị điều khiển lưu lượng :FRC-01,FRC-02, FRC-03 -Nhóm thiết bị điều khiển mức :LIC-01, LIC-02
Sự phối hợp hoạt động của các nhóm thiết bị điều khiển này giúp cho tháp DIH hoạt động ổn định hiệu quả khi có những biến đổi của các thông số nhiệt động trong tháp, của dòng nguyên liệu …nhờ các giá trị cài đặt sẵn (Set Point).
Khi có sự thay đổi nhiệt độ trong tháp, các thiết bị : TRC-01,TRC-02 sẽ giúp nhiệt độ trên đĩa nhạy cảm trong tháp được ổn định thông qua việc phối hợp với FRC- 02,FRC-03 tác động điều chỉnh độ mở các van lưu lượng. Nhờ vậy, cân bằng vật chất trong tháp được đảm bảo.
Khi áp suất đỉnh bị thay đổi khỏi giá trị Set Point, các thiết bị : PIC-01,PDIC-01 điều khiển áp suất đỉnh cho tháp được ổn định, qua đó giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm đỉnh tháp.
LIC-01 giúp ổn định mức chất lỏng trong bình ngưng tụ đỉnh. Khi mức vượt ngưỡng trên, nó phối hợp với FRC-01,FRC-02 tác động làm tăng độ mở các van lưu lượng và ngược lại .Còn LIC-02 giúp ổn định mức lỏng cho Reboiler thông qua việc tác động lên van điều khiển lưu lượng sản phẩm ra ở đáy tháp.
KẾT LUẬN
Đề tài ‘‘Mô phỏng phân xưởng đồng phân hóa của nhà máy lọc dầu Dung
Quất’’ đến nay đã được em hoàn tất đúng thời gian hạn định. Bằng quá trình mô phỏng thiết kế chủ yếu trên phần mềm Aspen Hysys và một số phần mềm tính toán khác, em đã giải quyết được các nhiệm vụ đề tài đặt ra. Đó là :
- Tổng quan về nhà máy lọc dầu Dung Quất và phân xưởng đồng phân hóa. - Nghiên cứu sơ đồ công nghệ của phân xưởng
- Lựa chọn công cụ mô phỏng, xây dựng sơ đồ mô phỏng. - Mô phỏng công nghệ của phân xưởng.
- Nghiên cứu hệ thống điều khiển của tháp DIH - Kết luận
Tuy rằng một vài thiết bị sử dụng trong phần mềm chưa sát với thực tế nhưng sai số tạo ra không đáng kể, thực tế kết quả mô phỏng cho thấy chất lượng sản phẩm đạt được những ràng buộc về tiêu chuẩn quy định. Cụ thể, việc sử dụng công nghệ Penex- DIH với xúc tác Pt/Al2O3(Cl) trong phân xưởng Đồng phân hóa đã cải thiện đáng kể RON của xăng nguyên liệu và cho sản phẩm có RON khá cao (RON=89).
Qua quá trình thực hiện đề tài đã giúp em nắm bắt sâu hơn về phần mềm chuyên dụng Aspen Hysys và ứng dụng của nó vào việc mô phỏng nghiên cứu các quá trình công nghệ trong lĩnh vực lọc hóa dầu. Đồng thời, em cũng hệ thống lại được nhiều mảng kiến thức chuyên ngành cũng như khám phá thêm nhiều kiến thức bổ ích qua việc đọc dịch các tài liệu nước ngoài. Tất nhiên, trong quá trình hoàn thành đề tài vẫn không tránh khỏi những thiếu sót không mong muốn.
Để hoàn thành đề tài này, ngoài sự cố gắng của bản thân, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ ,tạo điều kiện của các thầy cô trong ngành công nghệ hóa học dầu và khí, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân đã giúp em có những điều chỉnh kịp thời trong suốt quá trình làm việc.
Em xin chân thành cảm ơn!
Đà Nẵng, ngày 20 tháng 5 năm 2012 Sinh viên thực hiện
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. PGS.TS.Đinh Thị Ngọ, Hóa học dầu mỏ, NXB Khoa Học Kĩ thuật.
[2] TS. Nguyễn Đình Lâm, Khống chế và điều khiển quá trình, ĐHBK Đà Nẵng.
[3] Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập1, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật [4] Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. [5] Th.S Lê Thị Như Ý, Giáo trình công nghệ lọc dầu 2, ĐHBK Đà Nẵng.
[6] Vietnam Oil and Gas Corporation (Petro Vietnam), Dung Quat Operating Manual Unit
ISOM(023).
[7] UOP licensed bed package-ISOM Unit (023). [8] UOP, ISOM Operating Manual.pdf.
[9] Ch.Travers, Faraffin Isomerisation processes, Ecole Catalyse Hanoi, 2005.
[10] L. E. Dean and H. R. Harris, D. H. Belden and Vladiinir Haensel, The Penex Process for
Pentane Isomerisation.
[11] http://www.refiningonline.com/engelhardkb/crep/tcr4_29.htm [12] http://www.sciencedirect.com
[13]http://www.wipo.int/pctdb/en/wo.jsp?WO=2010000652&IA=EP2009057862&DISP LAY=STATUS (CATALYST AND ISOMERISATION PROCESS)
PHỤ LỤC
1.Bảng tính số đĩa lý thuyết cho tháp T-2301
Cấu tử khóa nhẹ: 2,3 DMB Cấu tử khóa nặng: MCP
Bảng 1: Bảng tính số đĩa lý thuyết cho tháp T-2301
I. TRƯỜNG HỢP SỐ ĐĨA LÝ THUYẾT LÀ: 22
Đĩa Độ nhớt KCV KCl A 1 0.135382 2.262926 1.358563017 0.225502 2 0.135382 2.43211 1.51216844 0.217742 3 0.135382 2.505783 1.576316331 0.215209 4 0.135382 2.554222 1.616990967 0.213851 5 0.135382 2.592901 1.648196875 0.212979 6 0.135382 2.629748 1.676561827 0.212351 7 0.135382 2.670773 1.706946581 0.211825 8 0.135382 2.72155 1.743801829 0.21129 9 0.135382 2.787951 1.791809385 0.210646 10 0.135382 2.876837 1.856423655 0.209796 11 0.135382 2.997117 1.94460012 0.208657 12 0.135382 3.16076 2.06549703 0.20717 13 0.135382 3.163336 2.13578718 0.200515 14 0.135382 3.163821 2.143895306 0.199787 15 0.135382 3.166337 2.147917188 0.199572 16 0.135382 3.169431 2.151613741 0.199424 17 0.135382 3.173697 2.156030548 0.199283 18 0.135382 3.180076 2.162063407 0.199126
19 0.135382 3.190047 2.170982015 0.19893 20 0.135382 3.206186 2.184940662 0.198659 21 0.135382 3.233538 2.208066622 0.198256 21 0.135382 3.28306 2.249121484 0.197618 Reboiler 0.135382 3.381143 2.328476342 0.196585 A trung bình 0.206736 Hiệu suất 0.74 Số đĩa LT 29.72973
2.Bảng tính số đĩa lý thuyết cho tháp T-2303
Bảng 2: Bảng tính số đĩa lý thuyết của tháp T-2303
I. TRƯỜNG HỢP SỐ ĐĨA LÝ THUYẾT LÀ: 58
Đĩa Độ nhớt KCV KCl A 1 0.15760373 0.671882 0.45366312 0.233414 2 0.15760373 0.736386 0.49730029 0.233374 3 0.15760373 0.77854 0.52692142 0.232864 4 0.15760373 0.803526 0.54550144 0.232151 5 0.15760373 0.818023 0.55722084 0.231369 6 0.15760373 0.826818 0.56515115 0.230575 7 0.15760373 0.832703 0.57110569 0.229795 8 0.15760373 0.837164 0.57605833 0.22904 9 0.15760373 0.840966 0.58051277 0.228314 10 0.15760373 0.844503 0.58473135 0.22762 11 0.15760373 0.847995 0.58886334 0.226958 Cấu tử khóa nhẹ: 2,3 DMB Cấu tử khóa nặng: MCP
12 0.15760373 0.851595 0.59301837 0.226324 13 0.15760373 0.855463 0.59731753 0.225716 14 0.15760373 0.859841 0.6019474 0.225126 15 0.15760373 0.865177 0.60724736 0.224546 16 0.15760373 0.872375 0.61388533 0.223966 17 0.15760373 0.883345 0.62323584 0.22338 18 0.15760373 0.902186 0.63818089 0.222802 19 0.15760373 0.937441 0.66462903 0.222296 20 0.15760373 0.971524 0.69005432 0.22189 21 0.15760373 0.993635 0.7068758 0.221539 22 0.15760373 1.007545 0.71778367 0.221227 23 0.15760373 1.016262 0.72494993 0.220935 24 0.15760373 1.021853 0.72987504 0.220651 25 0.15760373 1.025631 0.73351738 0.220367 26 0.15760373 1.028399 0.73646602 0.220077 27 0.15760373 1.030638 0.73907778 0.219777 28 0.15760373 1.032642 0.74156925 0.219465 29 0.15760373 1.034586 0.74407398 0.219138 30 0.15760373 1.036582 0.74667667 0.218795 31 0.15760373 1.038702 0.7494331 0.218436 32 0.15760373 1.040996 0.75238161 0.218061 33 0.15760373 1.043499 0.75554959 0.217668 34 0.15760373 1.046237 0.75895705 0.21726 35 0.15760373 1.049233 0.76261878 0.216836
36 0.15760373 1.052504 0.76654555 0.216398 37 0.15760373 1.056068 0.77074538 0.215947 38 0.15760373 1.059939 0.77522504 0.215486 39 0.15760373 1.06414 0.77999272 0.215018 40 0.15760373 1.0687 0.78506268 0.214545 41 0.15760373 1.073668 0.79046332 0.21407 42 0.15760373 1.079132 0.79625152 0.213595 43 0.15760373 1.085247 0.80253773 0.213123 44 0.15760373 1.092294 0.80953039 0.212654 45 0.15760373 1.100782 0.81761516 0.212187 46 0.15760373 1.111629 0.82749615 0.211719 47 0.15760373 1.126498 0.84044493 0.211246 48 0.15760373 1.148364 0.85872295 0.210762 49 0.15760373 1.18242 0.88623113 0.210277 50 0.15760373 1.237189 0.92927915 0.209825 51 0.15760373 1.316888 0.99123571 0.209382 52 0.15760373 1.419105 1.06943181 0.209136 53 0.15760373 1.540935 1.16109006 0.209163 54 0.15760373 1.674676 1.25981881 0.209502 55 0.15760373 1.810561 1.35799228 0.210127 56 0.15760373 1.940114 1.44949821 0.210948 57 0.15760373 2.057688 1.53082612 0.211846 58 0.15760373 2.160216 1.60057953 0.212709 Reboiler 0.15760373 2.248987 1.65969356 0.213563 A trung bình 0.219237
Hiệu suất 0.73