PHẦN 2. SỬ DỤNG PHẦN MỀM UNISIM DESIGN HONEYWELL CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG NHT-NMLDDQ
3.6 Tiến hành mô phỏng động phân xưởng NHT
3.6.1 Tìm hiểu về mô phỏng động
Mô phỏng động dùng để mô phỏng thiết bị hay quá trình ở trạng thái đang vận hành liên tục có các thông số thay đổi theo thời gian, khảo sát sự thay đổi các đáp ứng của hệ thống theo sự thay đổi của một vài thông số công nghệ. Trạng thái mô phỏng động cho thấy sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ theo thời gian và có thể thiết lập cũng như khắc phục các sự cố có thể xảy ra khi vận hành công nghệ thực tế.
Quá trình điều khiển bao gồm điều khiển các biến như lưu lượng (F), áp suất (P), nhiệt độ (T), phương thức điều khiển và các bước thực hiện phương thức điều khiển.
[13],[14].
Phương thức điều khiển:
Hình 13: Phương thức điều khiển Open loop control
Bộ điều khiển: đặt các giá trị đầu vào của quá trình
Đo tín hiệu đáp ứng đầu ra
Hình 14: Phương thức điều khiển closed loop control
Điều khiển phản hồi thực hiện: cung cấp thông tin dòng ra phản hổi trở lại cho bộ điều khiển.
Bộ điều khiển sử dụng các thông tin hiện thời về biến của quá trình để xác định những biện pháp nhằm điều chỉnh biến quá trình đó.
Phương pháp đơn giản nhất được sử dụng rộng rãi.
Hình 15: Phương thức hoạt động
Đo giá trị đầu ra của PV
So sánh giá trị đo được PV với giá trị SP. Tính toán sai số giữa 2 giá trị,
Giá trị OP% được chuyển qua dụng cụ điều khiển cuối cùng để xác định đầu vào của quá trình, u(t)
Trình tự lặp lại.
Phương trình điều khiển:
Bộ điều khiển hay sử dụng nhất, ba chức năng PID (Propotional Integral Derivative)
∫ +
+
= dt
t T dE K t T E
t K E K t
OP c d
i c c
) ) (
( )
( )
(
Trong đó:
OP(t)= điều khiển dòng ra ở thời điểm t E(t)= sai số tại thời điểm t
Kc= tỷ lệ cân bằng của điều khiển
Ti= tích phân theo thời gian của điều khiển Td= đạo hàm theo thời gian của điều khiển
Có hai chế độ điều khiển thuận chiều và ngược chiều (Direct và Reverse) trong bộ điều khiển PID.
Với quá trình có độ lệch dương, sai số sẽ xác định tác động ngược chiều:
E(t)=SP(t)-PV(t) Trong đó: SP(t)=giá trị đặt ban đầu
PV(t)=giá trị biên đầu ra đo được Nếu PV tăng > SP → OP sẽ giảm
Nếu PV giảm < SP → OP sẽ tăng
Với quá trình độ lệch khỏi trạng thái ổn định là âm, sai số sẽ xác định tác động xuôi chiều:
E(t)=PV(t)-SP(t) Nếu PV tăng >SP → OP sẽ tăng
Nếu PV giảm < SP → sẽ giảm
Lựa chọn bộ điều khiển: trong UNISIM có 5 bộ điều khiển SplitRange Controller, Ratio Controller, PID, MPC, DMCplus Controller, trong phạm vi đồ án này chỉ sử dụng bộ điều khiển PID là bộ điều khiển hay sử dụng nhất trong nhà máy lọc hóa dầu.
Lựa chọn thông số điều khiển: điều khiển lưu lượng, điều khiển áp suất, điều khiển mức chất lỏng, điều khiển áp suất khí, điều khiển nhiệt độ, mỗi một bộ điều khiển lại có các thông số nhập khác nhau sẽ được thể hiện rõ qua quá trình điều khiển trong sơ đồ.
Trong bộ điều khiển PID thì các thông số tín hiệu điều khiển như Kc, Td, Ti, ảnh hưởng đến khả năng ổn định của hệ thống, ta có bảng sau thể hiện mối quan hệ giữa thông số điều khiển và các hệ số:
Bảng 17: mối quan hệ giữa Kc, Ti, Td với các loại điều khiển [14]
Loại điều khiển Kc Ti Td
Nhiệt độ 2-10 2-10 0-5
Áp suất 2-10 2-10 -
Mức chất lỏng 2-10 1-5 -
Lưu lượng 0.4-0.65 0.05-0.25 -
Các bước để tiến hành quá trình mô phỏng động chung:
Lựa chọn thông số điều khiển: nhiệt đô, áp suất, lưu lượng.
Lựa chọn bộ điều khiển PID,MPC....
Sizing van, sizing thiết bị
3.6.2. Mô phỏng động phân xưởng NHT
Từ kết quả thu được của quá trình mô phỏng tĩnh, các thông số côn nghệ của quá trình tĩnh sẽ làm cơ sở để bắt đầu mô phỏng động, do quá trình mô phỏng hết sức phức tạp vì vậy để mô phỏng động được cả một quá trình đã chia thành các gói mô phỏng nhỏ để điều khiển sau đó sẽ được kết nối lại thành một sơ đồ công nghệ hoàn chỉnh.
a.Thiết lập điều khiển bình tách Mô hình như sau:
Hình 16: Điều khiển bình tách D-1201
Theo [hình 16] có 3 thông số điểu khiển: lưu lượng, áp suất, mức chất lỏng trong bình. Có 4 bộ điều khiển PIC được lựa chọn là: FIC-100, PIC-101, LIC-100, FIC-101, các bộ điều khiển này sẽ được kết nối qua các van và bơm lần lượt là: VLV-100, VLV- 101, P-101, VLV-102, các loại van này phải được sizing trước khi thực hiện mô phỏng động, mỗi loại van chỉ được dùng với một bộ điều khiển do đó phải cẩn trọng khi xem xét về van. Dưới đây là hình mô tả cách sizing van.
Hình 17: Sizing van VLV-100
Theo như số liệu từ nhà máy ta sẽ có thông tin về đường kính, chiều dài của bình tách để xác định được thế tích của bình, tiến hành sizing thiết bị, thể hiện dưới hình sau:
Hình 18: Sizing bình tách D-1201
Sau khi tiến hành lựa chọn thông số điều khiển, lựa chọn bộ điều khiển, lắp van và sizing van, sizing bình tách, tiến hành kiểm tra lỗi hệ thống thông qua dynamic assistant, khi không còn lỗi tiến hành chạy quá trình mô phỏng động.
Thuyết minh sơ đồ khi có các bộ điều khiển:
Dòng nguyên liệu Naphtha sẽ được điều khiển lưu lượng qua van VLV-100 độ đóng mở van sẽ phụ thuộc vào lưu lượng ban đầu tăng hay giảm, nguyên liệu sẽ được đưa vào bình tách D-120. Sản phẩm khí thoát ra được điều khiển qua bộ điều khiển áp suất PIC-101 khi áp suất trong bình cao thì van sẽ tự động mở để giảm áp ngược lại khi áp suất trong bình thấp sẽ có một van được mở ra cho thêm dòng khí Fuel Gas vào tăng áp suất của bình, hệ thống làm việc là tự động và trong bản vẽ PFD sẽ thể hiện rõ, dòng sản đáy bình, được lắp bộ điều khiển mức chất lỏng trong bình, được duy trì 50%
thể tích bình. Dòng hydrocacbon đi ra được điều khiển lưu lượng qua van VLV-102, chế độ thuận chiều khi lượng chứa trong bình lớn, van sẽ tự động mở ra để đảm bảo mức chất lỏng quy định trong bình.
b.Thiết lập điều khiển nhiệt độ phản ứng Mô hình như sau:
Hình 19: Điều khiển nhiệt độ phản ứng
Bộ điểu khiển TIC được sử dụng để điều khiển nhiệt độ trước khi vào thiết bị phản ứng, thông số điều khiển được thể hiện như hình dưới:
Hình 20: Thông số điều khiển
Nhiệt độ phản ứng được điều khiển qua Duty của thiết bị gia nhiệt, dòng năng lượng duy trì trong khoảng E= 5e7 KJ/h với phạm vi để tài này chỉ điều khiển được nhiệt độ thông qua dòng năng lượng cấp cho thiết bị gia nhiệt, nhiệt độ cho phép trước khi vào thiết bị phản ứng 339oC
c.Thiết lập điều khiển cho bình tách D-1203 và D-1204
Tương tự như thiết lập điều khiển cho bình tách D-1201, các thông số điều khiển thể hiện rõ qua bản vẽ PFD , các bộ điều khiển được lựa chọn là LIC-101, LIC-104, FIC-104, PIC-103 với lần lượt các van được sử dụng VLV-106, VLV-105, VLV-108.
Trong sơ đồ công nghệ này có dòng nguyên liệu H2 được thiết lập là dòng 247, được điều khiển lưu lượng thông qua van VLV-108 và là thông số ảnh hưởng đến áp suất của bình tách D-1204, do đó sự điều khiển lưu lượng lại ảnh hưởng trực tiếp đến áp suất của bình tách D-1204, được thể hiện rõ qua sơ đồ dưới đây:
Hình 21: Sơ đồ điều khiển bình tách D-1203 và D-1204
Dòng sản phẩm đi ra từ thiết bị phản ứng sẽ được làm lạnh bằng không khí sau đó được đưa vào tháp tách 3 pha D-1203, tại đây có 2 bộ điều khiển LIC-104 và LIC- 101 được sử dụng để điều khiển mức phần trăm chất lỏng chứa trong bình, lượng khí thu từ đỉnh bình tách sẽ được trộn với dòng hydro nguyên chất đi vào bình tách D- 1204, một phần khí từ đỉnh bình tách D-1204 sẽ được tuần hoàn lại trộn với dòng 112, đây chính là dòng chứa hydro làm nguyên liệu cho phản ứng hydrodesulfur loại bỏ các hợp chất lưu huỳnh có trong nguyên liệu.
Để điều chỉnh áp suất của tháp tách, lưu lượng hydro mang vào cần được điều khiển ở mức cho phép, máy nén sẽ không làm việc nếu suất hiện lỏng trong dòng nguyên liệu, do đó phải điều khiển áp suất của dòng trước khi đi vào máy nén khí, để tuần hoàn lượng hydro về trộn với dòng 112.
d.Thiết lập điều khiển tháp chưng tách T-1201 và T-1202 Các bước cơ bản khi thực hiện sizing tháp chưng tách :
Bước 1: Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng ở môi trường tĩnh.
Bước 2: Sizing van.
Bước 3: Cài đặt van và bơm nếu cần.
Bước 4: Tiến hành sizing condenser và reboiler, khoảng cách giữa các đĩa.
Bước 5: Lắp bộ điều khiển và tuning chúng.
Bước 6: Kiểm tra lỗi hệ thống các biến bằng Asistane Bước 7: Cho thấy strip chart và faceplate.
Bước 8: Tiến hành chạy mô phỏng động.
Điều khiển tháp chưng tách T-1201 Mô hình như sau:
Hình 22: Mô hình điều khiển tháp chưng T-1201 Mô hình môi điều khiển môi trường con tháp chưng:
Hình 23: Mô hình điều khiển môi trường con trong tháp chưng Thuyết minh điều khiển:
Dòng nguyên liệu (43) được đưa vào tháp chưng tách từ đĩa tiếp liệu số 6 trong tổng 25 đĩa, với mục đích của tháp chưng tách là ổn định dòng nguyên liệu, tách hoàn toàn lượng hỗn hợp khí có trong dòng. Dòng sản phẩm định của tháp chưng tách trước khi đưa vào bình tách 3 pha sẽ được làm lạnh. Tại bình tách này đã sử dụng 1 bộ điều khiển PIC, 1 bộ điều khiển FIC và 1 bộ điều khiển LIC. Dòng sản phẩm khí sẽ được lắp bộ điều khiển áp suất PIC, tại đây áp suất được điều chỉnh để bình tách làm việc ổn địn ở áp suất 700Kpa, mức chất lỏng trong bình tách sẽ được điều khiển qua lượng chất lỏng đi ra ngoài qua van VLV-116 thông qua bộ điều khiển LIC, lượng nước trong bình tách sẽ điều điều chỉnh để tách hết lượng nước ra ngoài qua bộ điều khiển LIC với van VLV-112.
Trong môi trường con tháp chưng tách T-1201 chỉ dùng một bộ điều khiển LIC với mục đích là điều chình lượng sản phẩm ra đạt giá trị yêu cầu và dòng tuẩn hoàn là cao nhất.
Điều khiển tháp chưng tách Naphtha T-1202:
Mô hình chính:
Hình 24: Mô hình điều khiển tháp chưng tách T-1202
Tháp T-1202 được sử dụng là loại Disttilation Column với hệ thống ngưng tụ và đun sôi đáy tháp được có sẵn trong tháp chưng, không cần phải tiến hành xử lý sơ bộ dòng sản phẩm đỉnh ra như tháp T-1201, vì vậy sự điều khiển ở tháp T-1202 là ít phức tạp.
Hình 25: Mô hình điều khiển môi trường con trong tháp T-1202
Tại đây đã sử dụng 2 bộ điều khiển LIC điều chỉnh mức chất lỏng chứa trong condenser và reboiler với mục đích điều chỉnh lượng sản phẩm Light Naphtha và Heavy Naphtha đạt yêu cầu thực tế, các giá trị setpoint được đặt là 50% thế tích như hình vẽ, sơ đồ thể hiện quá trình mô phỏng động hoàn thiện được thể hiện qua hình dưới đây