thiết kế hệ thống điều khiển tự động hệ chưng cất condensate

Các thông số và điều kiện vận hành của qui trình:- Áp suất làm việc của 2 tháp: • Tháp 5: 4atm nhằm tách đi phần xăng nhẹ và khí không ngưng • Tháp 6: chưng ở áp suất khí quyển 1,2 atm t

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Khát quát chung về công nghệ dầu khí của nước ta:

Ngành công nghiệp dầu khí nước ta chỉ phát triển trong vòng 15 năm trở lạiđây, tuy mới mẻ và non trẻ song lại là ngành quan trọng đóng góp một nguồnngoại tệ lớn cho đất nước, thúc đẩy nền kinh tế phát triển

Tiềm năng dầu khí của Việt Nam được đánh giá là có nhiều triển vọng tốt,nhiều bể khí và mỏ dầu với trữ lượng lớn được phát hiện và có kế hoạch khai tháchợp lí Hiện nay, ở thềm lục địa Việt Nam có 3 mỏ dầu quan trọng đang được xúctiến khai thác:

- Mỏ Bạch Hổ: cách bờ biển Vũng Tàu 120 km, khai thác từ năm 1986 đếnnay tổng sản lượng khai thác 30 triệu tấn, sản lượng khai thác hằng năm 7 – 9 triệutấn, có thể khai thác vài ba năm nữa sau đó giảm dần

- Mỏ Rồng: cách mỏ Bạch Hổ 30 km về phía tây nam, bắt đầu khai thác từcuối năm 1994, sản lượng 12,000 – 18,000 thùng/ ngày

- Mỏ Đại Hùng: nằm ở vùng trũng Nam Côn Sơn, cách bờ biển 280 km,cách mỏ Bạch Hổ 160 km, được khai thác từ 10/1994, sản lượng 320,000thùng/ngày (5000 tấn/ngày)

Về khí hydrocarbon, hiện nay có 3 mỏ đang được khai thác :

- Mỏ Tiền Hải: đây là mỏ khí thiên nhiên trong đất liền, được khai thác từnăm 1981, cung cấp 10 – 30 triệu m3/năm

- Mỏ Bạch Hổ: là dạng khí đồng hành, khai thác mỗi tấn dầu thu được 180– 200 m3 khí Khí đồng hành được đưa vào Dinh Cố và Nhà máy điện Bà Rịa vớisản lượng khoảng 300 triệu m3/năm Sau khi lắp đặt thêm hệ thống giàn nén vàogiai đoạn 2, sản lượng khí đồng hành có thể tăng lên 1,5 tỷ m3/năm

- Mỏ khí đồng hành Lan Tây – Lan Đỏ: hai mỏ khí trong bể Nam Côn Sơn,phát hiện năm 1992, cách Vũng Tàu 370 km về phía đông nam, trữ lượng khí

khoảng 58 tỷ m3, có khả năng cung cấp mức sản lượng trung bình hàng nămkhoảng 5 tỷ m3.

Đặc biệt : Theo báo “Tuổi trẻ” – 22/10/2004, vào ngày 20/10/2004, Công tyATI Petroleum cùng 3 nhà thầu dầu khí khác là Petronas Carigali OverseaSDN.BHD (Malaysia), Công ty Đầu tư & Phát triển Dầu khí Việt Nam vàSingapore Petroleum Company đã phát hiện dấu hiệu dầu mỏ và khí ngoài khơiVịnh Bắc Bộ Dự tính trữ lượng 700 – 800 triệu thùng dầu, 40 tỉ m3 khí Đây là loạidầu nhẹ, ngọt, tỷ trọng 43.2oAPI, điểm đông 4.5oC, hoàn toàn không có lưu huỳnh.Mỏ dầu nằm ở giếng Yên Tử – 1X thuộc lô 106, thềm lục địa bắc Việt Nam, cáchcảng Hải Phòng khoảng 70 km về phía đông, mức sâu của nước biển tại địa điểmgiếng khoan là 28 m

Nguồn : Trang web Thời báo kinh tế Việt Nam.

Hình 1.1 Thống kê sản lượng khai thác dầu thô ở Việt Nam từ năm

1986 – 2003

Bảng 1.1 : Tình hình khai thác và xuất khẩu dầu khí Việt Nam :

1.2 Sơ lược về sản phẩm Condensate:

1.2.1 Nguồn gốc Condensate:

Condensate còn gọi là khí ngưng tụ, là hỗn hợp đồng thể ở dạng lỏng, có màuvàng rơm, thu được từ nguồn khí mỏ khai thác lên sau khi đã tách khí không ngưng(bao gồm khí đốt và khí hoá lỏng LPG)

Quá trình ngưng tụ khí mỏ Condensate xảy ra do sự biến đổi về áp suất vànhiệt độ của khí mỏ Dưới các mỏ khí hay dầu, các hợp chất hữu cơ có số cacbon <

17 dưới áp suất và nhiệt độ cao, chúng sẽ chuyển sang trạng thái khí hình thànhlên khí mỏ Khi khai thác khí mỏ, do sự chênh lệch áp suất mà khí mỏ theo đườngống phun lên mặt đất Trong quá trình vận chuyển khí mỏ trong các đường ốngdẫn khí hay thiết bị tách pha sơ bộ, các hydrocacbon có số C > 5 sẽ ngưng tụ tạothành condesate nhưng vẫn còn chứa một phần khí không ngưng và khí hoá lỏng

Condensate được sử dụng để làm nguyên liệu đốt trong tuabin phát điện, làmnguyên liệu pha chế xăng, chế biến thành dung môi hay làm nguyên liệu cho quátrình lọc dầu.

1.2.2 Thành phần Condensate Lan Tây.

Bảng 1.2 Thành phần Condensate Lan Tây:

1.2.3 Tính chất và thông số của mẫu Condensate Lan Tây:

1 Ngoại quan: mẫu Condensate lỏng, đồng nhất có màu vàng rơm, không cónước tự do và tạp chất cơ học

2 Hàm lượng nước nhũ tương,%TI 0,00

3 Tỷ trọng d420 0,7352

4 Khối lượng riêng ở 150C, kg/lít 0,7398

5 Độ nhớt động học ở 200C,cSt 0,796

6 Áp suất bão hoà,psi 12

7 Trọng lượng phân tử 107,73

1.2.4 Các sản phẩm chế biến từ Condensate Lan Tây:

1.2.4.1 Khí đốt:

Đây là hydrocacbon nhẹ, C1-C2, còn gọi là khí không ngưng, sau khitách sẽ đem đi đốt bỏ hay làm nhiêu liệu cho các nhà máy nhiệt điện, làm nguyênliệu cho ngành hoá dầu ở Việt Nam Hiện nay khí không ngưng đang được sử dụngđể cung cấp cho nhà máy điện Bà Rịa, Phú Mỹ sau khi qua hệ thống xử lý táchloại LPG và Condensate

1.2.4.2 Khí hoá lỏng LPG (C3-C4):

Đây là hỗn hợp gồm propan và butan hoá lỏng ở 10-15 atm Đây chínhlà loại chất đốt gia dụng đang được sử dụng rộng rãi Hiện nay tại nhà máy chếbiến khí Dinh Cố sản xuất bupro hoá lỏng cung cấp cho các công ty phân phối như:LPG của Gas Saigon (propane/butane=20/80), LPG của Petrolimex(propane/butane = 30/50), LPG của Saigon Petro (propane/butane = 50/50) Ngoài

ra, nó còn được sử dụng làm chất đốt công nghiệp dần dần thay thế nguyên liệuthan đá, củi đốt đảm bảo tính kinh tế và môi trường Một phần LPG được dùng làmnhiên liệu ô tô trong tương lai

Xăng thô có thành phần chủ yếu gồm C5-C10 có nhiệt độ sôi từ

35-2000C, được chia làm 2 loại: xăng nhẹ (35-1050C), xăng nặng (102- 2000C)

Sau khi chưng cất xăng thô có độ ổn định hoá học cao, độ bốc hơi tốtnhưng lại có trị số octan thấp (xấp xỉ 65-67) Do đó, để có thể tạo thành xăngthương phẩm thì người ta phải trộn xăng thô với các sản phẩm có chỉ số RONoctan cao như Reformate, MTBE

1.2.4.4 Kerozene:

Kerozene hay còn gọi là dầu hoả, có nhiệt độ bốc hơi khoảng 165 –

270oC, kerozene được chế biến thành dầu hoả và nhiên liệu phản lực Dầu hoảđược sử dụng để thắp sáng trong gia đình Hiện nay lượng kerosene làm dầu hỏagiảm, mà chủ yếu dùng chế biến nhiên liệu phản lực

1.2.4.5 Dầu DO:

Đây là dầu nặng hoặc dầu diesel có nhiệt độ chưng cất khoảng 250 - 360

0C, dùng làm nhiên liệu cho các động cơ diesel Ngoài ra, nó còn được dùng làmnguyên liệu cho quá trình crắcking xúc tác tạo xăng và một số sản phẩm có giá trịkhác

1.3 Qui trình công nghệ chế biến Condesate:

1.3.1 Các khái niệm:

- Chưng cất là quá trình dùng nhiệt để tách một hỗn hợp lỏng thành các cấutử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp

- Chưng cất để tách hỗn hợp có nhiều cấu tử gọi là chưng cất đa cấu tử

- Hỗn hợp có 3 cấu tử trở lên đều được gọi là hỗn hợp nhiều cấu tử Sốlượng cấu tử càng nhiều thì tính phức tạp khi chưng cất càng tăng Do đó, người taphân biệt ra 2 loại:

• Hỗn hợp nhiều cấu tử đơn giản: là hỗn hợp mà cấu tử có thể xác địnhđược về số lượng, nồng độ và chủng loại

• Hỗn hợp nhiều cấu tử phức tạp: là hỗn hợp do có nhiều cấu tử mà takhông thể xác định nồng độ và số lượng của chúng

Việc phân loại như trên sẽ giúp ta xây dựng được dễ dàng phương pháptính toán trong chưng cất phân đoạn nhiều cấu tử

- Trong thiết kế, tính toán cũng như vận hành qui trình chưng cất hỗn hợpnhiều cấu tử đặc biệt là hỗn hợp phức tạp ta thường biểu diễn các phân đoạnchưng cất theo nhiệt độ chưng cất và thể tích dịch ngưng thông qua các đường congchưng cất

• Đường cong chưng cất thực (đường TBP): mô tả sự biến thiên nhiệt độsôi của hỗn hợp theo dịch ngưng nhận được, thể hiện tính phân đoạn triệt để trongchưng cất phân đoạn hỗn hợp nhiều cấu tử

• Đường cong chưng cất đơn giản (đường cong ASTM): có ý nghĩa quantrọng trong việc phân tích mẫu dầu thô trước khi đưa vào sản xuất

• Đường cong bay hơi cân bằng (đường cong EFV): mô tả mối quan hệcân bằng giữa hai pha hơi và lỏng ở những nhiệt độ sôi bay hơi cân bằng khácnhau tương ứng với áp suất đã cho Từ đó, xác định nhiệt độ chưng cất phân đoạntheo yêu cầu sản xuất

1.3.2 Các thông số và điều kiện vận hành của qui trình:

- Áp suất làm việc của 2 tháp:

• Tháp 5: 4atm nhằm tách đi phần xăng nhẹ và khí không ngưng

• Tháp 6: chưng ở áp suất khí quyển (1,2 atm) thu được ba sản phẩm:đỉnh là xăng nặng, ngang là kerosene, đáy là cặn dầu

- Đường cong chưng cất của dầu mỏ:

Bảng 1.3 Nhiệt độ tương ứng % thể tích theo đường cong chưng cất của dầu mỏ:

- Các thông số phân đoạn sản phẩm :

Bảng 1.4 Các thông số phân đoạn sản phẩm:

8,4517,55263915,68,12523,72515,27565

0,6930,7060,7010,790,780,7960,790,830,7

5,85612,3918,22630,8112,1686,46818,74212,67845,5

7010396162135165160260100

73,2120,29189,85190,18590,1339,2117,1348,76455

- Cân bằng vật chất:

• Khu vực nhập liệu tháp 5: t =1600C

Bảng 1.5 Cân bằng vật chất cho khu vực nhập liệu:

Phân đoạn hơi Vt

Lượng hơi nhả Vf

Lượng hồi lưu Re

ΣS= xăng nhẹ + khí

464842

28,62,65,226

0,70250,70,7160,701

20,11,823,7218,23Phân đoạn lỏng Lt

Lượng hồi lưu Re

Lượng nhả Vf

Lượng sản phẩm đáy W

588458

36,45,22,639

0,7940,7160,70,79

28,93,721,8230,81

• Khu vực đỉnh tháp 5: t =130oC

Bảng 1.6 Cân bằng vật chất cho khu vực đỉnh tháp 5:

Thành

/kg 10Kcal3/h 10Kj3/h T/h Kcal/kg 10Kcal3/h 10Kj3/h

14384,91688,7216073,62

+RoRetổng

23,48

3,7226,97

15095

3492

353,43845,4

14596,25

1477,17129073,45

• Khu vực nhập liệu tháp 6: t=2100C

Bảng 1.7 Cân bằng vật chất cho khu vực nhập liệu tháp 6:

Phân đoạn hơi Vt

Lượng hơi nhả Vf

Lượng hồi lưu Re

ΣS = xăng nặng +

kerozene

64,84860,8

25,2721,563,1223,712

0,7730,790,810,77

19,5351,2322,52718,258

Phân đoạn lỏng Lt

Lượng hồi lưu Re

Lượng nhả Vf

Lượng sản phẩm đáy W

35,28439,2

13,733,121,5615,23

0,830,810,790,83

11,3962,5271,23212,641

Ro

S1+R1

VH2Otổng

12,16820,1714,8730,81947,625

145145105670

1764,362924,651561,6548,736799,28

• Khu vực tách Kerozene:

Bảng 1.9 Cân bằng vật chất cho khu vực tách kerozene:

105107105,2695

679,1481,855760,995521,251282145

KeroseneV1(hơi)

VH2OTổng

6,4680,765

0,757,983

102170695

659,01130,05

521,251282,245

3711,65227,92802,96449,3354791,869

R1

Re

VH2OTổng

18,2587,642,5270,06928,476

175169102695

3195,151291,16257,75447,9554792,01

• Các thông số về kích thước thiết bị:

Bảng 1.10 Tháp chưng cất:

Nắp

tháp

Đường kính trong(Dt):

Chóp

Sốchóp/mâm

13Đường kính

Số ống (n) Bề dày

Bảng 1.12.Thiết bị tách pha:

Thời gianlưu

Bề mặttruyềnnhiệt(F)

Chiềucaothiết bị(H)

Đườngkínhốngxoắn

Bề dàyốngxoắn

Sốvòngxoắn

Bướcxoắn

1.4 Sự cần thiết tự động hoá trong quá trình sản xuất:

Tự động hóa quá trình sản xuất là yêu cầu bức thiết của quá trình chuyển tiếptừ Cách mạng Khoa học – Kỹ thuật sang Cách mạng Khoa học – Công nghệ từnửa cuối thế kỷ 20 và tự động hóa công nghệ cao của thế kỷ 21

Khi tính toán thiết kế hệ thống chưng cất, các phương trình cân bằng vật chấtvà năng lượng được áp dụng để xác định các giá trị của các đại lượng phản ánhquá trình và kích thước thiết bị của hệ thống Tuy nhiên các kết quả tính toán thiếtkế được sử dụng để chế tạo và lắp đặt thiết bị Khi vận hành thiết bị, các thỏa mãncủa phương trình được xác lập lại Các yếu tố bên ngoài như sự tổn thất nhiệt ramôi trường, sự bất ổn định của các giá trị của các đại lượng biểu thị cho các dònglưu chất, các thông số đặc trưng như hệ số truyền nhiệt K, hệ số truyền khối Kc ,…không ổn định ở giá trị tính toán ban đầu làm ảnh hưởng đến diễn biến các quátrình trong thiết bị và chất lượng sản phẩm không đạt yêu cầu, thậm chí hệ thốngthiết bị không hoạt động được Do đó chúng ta cần phải ổn định các đại lượng

Ngoài ra, tự động hoá quy trình sản xuất còn dùng để thay thế chức năngkiểm tra, điền khiển của con người trong quá trình sản xuất Các hệ thống nàythông báo khá chính xác các thông tin về trạng thái thiết bị, các thông số của quytrình công nghệ,…Các thông tin này trước đây chỉ có những chuyên gia nhiều kinhnghiệm mới chuẩn đoán được, nhưng cũng chỉ đảm bảo ở mức độ chính xác tươngđối Các thông tin của hệ thống đo phục vụ đắc lực cho quá trình hoàn thiện quytrình công nghệ.

Quá trình tự động hóa sử dụng hệ thống điều chỉnh tự động các thông số côngnghệ giúp giải phóng con người thoát khỏi tình trạng căng thẳng khi phải bám sátđối tượng, theo dõi sát sao trạng thái đối tượng và liên tục ra những quyết định cầnthiết để tác động trực tiếp lên đối tượng Các hệ thống điều chỉnh tự động gópphần nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất, nâng cao năng suất laođộng,…

1.5 Nhiệm vụ của hệ thống tự động hóa:

Các quá trình trong công nghệ hóa học hầu như đều cần sử dụng năng lượngđể vận hành Chưng cất là quá trình tiêu hao năng lượng nhiều nhất vì nó dựa vàosự chênh lệch độ bay hơi tương đối của các cấu tử để phân riêng các cấu tử tronghỗn hợp Bởi vậy chi phí năng lượng cho chưng cất là một phần chính trong giáthành sản phẩm Do đó nhiệm vụ tự động hóa tháp chưng cất Condensate đượcđặt ra như một nhiệm vụ điều khiển tối ưu (tối thiểu) năng lượng tiêu thụ để tạo rasản phẩm chính có nồng độ cho trước với năng suất giới hạn

Với nhiệm vụ trên hệ thống tự động hóa dây chuyền chưng cất bao gồm:

- Hệ thống kiểm soát các thông số công nghệ của quy trình với chức năng

đo lường, ghi nhận… giúp người vận hành có thể biết được quy trình đang hoạtđộng ở chế độ nào (ổn định hay không ổn định)

- Hệ thống điều chỉnh với những tác động liên tục để duy trì các thông sốcông nghệ ở một giá trị nhất định hay thay đổi theo một giới hạn cho phép

- Hệ thống điều chỉnh bảo vệ với những tác động tức thời khi thiết bị vậnhành ở chế độ không ổn định hoặc nguy hiểm.

1.6 Nội dung thiết kế:

- Xác định chức năng của hệ thống tự động điều chỉnh (đo – kiểm soát, điềuchỉnh ổn định, tự động bảo vệ) cho từng thiết bị của quy trình

- Khảo sát từng thiết bị:

• Xác định các đại lượng đầu vào, đầu ra và yếu tố nhiễu

• Thiết lập mô tả toán học

• Lựa chọn các kênh điều chỉnh

• Lựa chọn bộ điều chỉnh

• Lựa chọn thiết bị thừa hành

- Tính toán bộ điều chỉnh, xác định các tham số cài đặt của bộ điều chỉnh

- Chọn lựa dụng cụ tự động hóa

1.7 Tổng quan về hệ thống điều khiển tự động:

1.7.1 Khái niệm:

Trong tất cả hoạt động của con người ở bất cứ nơi đâu vào mọi thời điểm nàođều liên quan đến khái niệm điều khiển Nó là tập hợp tất cả các tác động mangtính tổ chức để đạt được mục đích mong muốn Có thể nói điều khiển là nhân tốcuối cùng quyết định sự thành bại của các hoạt động Trong công nghiệp, hệ thốngđiều khiển ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm, năng suất lao động vàchi phí sản xuất

Như chúng ta đã biết, tất cả các quá trình công nghệ đều tồn tại dưới dạng hệthống Diễn biến của quá trình theo thời gian được xác định bằng giá trị tức thờicủa các thông số: lưu lượng, nhiệt độ, áp suất … ở trạng thái bình thường các giá trịtrên cố định gọi là giá trị chủ đạo

Dưới tác động của các yếu tố bên ngoài (thay đổi thành phần, lưu lượngnguyên liệu, nhiệt độ môi trường…) hoặc hiện tượng diễn ra trong thiết bị (thay đổichế độ thuỷ động học, điều kiện truyền nhiệt qua bề mặt…) các thông số có thể sailệch so với giá trị chủ đạo nên cần có sự điều chỉnh

Điều chỉnh là một khái niệm hẹp của điều khiển Mục đích của nó là giữ chothông số đầu ra của đối tượng gần bằng với giá trị chủ đạo hay thay đổi theo mộtchương trình đặt trước

Điều chỉnh có thể thực hiện bằng tay hoặc tự động Ở điều chỉnh bằng tay tácđộng lên đối tượng thông qua công cụ thừa hành do con người thực hiện còn trongđiều chỉnh tự động, tác động lên đối tượng được thực hiện bằng một công cụ tựđộng đặc biệt bằng vòng khép kín tạo nên hệ thống điều chỉnh tự động

Trong hệ thống điều khiển tự động tồn tại 2 thành phần cơ bản:

- Đối tượng điều chỉnh: là thiết bị công nghệ trong đó có 1 hay nhiều thôngsố cần giữ cố định hay thay đổi theo một chương trình đặt trước

- Thiết bị điều chỉnh: công cụ tự động đảm bảo duy trì thông số của đốitượng

Các thông số công nghệ được chia thành:

- Thông số đầu vào (X): có thể hiểu đó là lưu lượng, thành phần nguyênliệu, nồng độ, lượng nhiệt cung cấp …

- Thông số đầu ra (Y): gồm có nhiệt độ lưu chất, mức chất lỏng trong thiết

bị, áp suất, nồng độ, lưu lượng, độ ẩm …

- Yếu tố nhiễu (Z): những yếu tố bên ngoài tác động lên sự hoạt động củahệ thống như nhiệt độ môi trường, tổn thất nhiệt, các tạp chất …

Thông thường khi nghiên cứu hệ thống, các đại lượng đầu vào, đầu ra đượcxem xét không phải là giá trị tuyệt đối mà là giá trị tương đối giữa giá trị tức thờivà giá trị chủ đạo của thông số công nghệ Các đại lượng được thể hiện dưới dạngsai lệch tuyệt đối (có đơn vị) hoặc sai lệch tương đối ( không có đơn vị)

- Có đơn vị : y = ytt - y0

- Không có đơn vị : y = (%)

y

yy

0

0

tt −

Với y0: giá trị chủ đạo

ytt: giá trị tức thời

1.7.2 Phương thức điều chỉnh:

1.7.2.1 Theo nguyên tắc điều chỉnh:

đối tượng đ ie àu ch ỉn h

Hình 1.2 Kênh điều chỉnh.

- Mạch điều chỉnh hở:

Hệ thống điều khiển không có tín hiệu phản hồi Do đó phải dự đoán đạilượng bên ngoài sẽ tác động vào hệ thống như thế nào Cách điều khiển này mangtính cảm quan thường do con người điều chỉnh thông qua các van tay

- Mạch điều chỉnh kín:

Hệ thống điều chỉnh có tín hiệu phản hồi, sự thay đổi tức thời của đạilượng được điều chỉnh sẽ tác động vào cơ cấu điều chỉnh làm xuất hiện sự điềuchỉnh Tác động điều chỉnh tiếp tục diễn ra khi giá trị đầu ra phù hợp với giá trịchủ đạo

Có 3 phương thức điều chỉnh theo dạng này:

• Điều chỉnh theo sai lệch:

Nhiễu Z tạo nên độ lệch giữa giá trị tức thời của đại lượng điều chỉnh Yvới giá trị chủ đạo u (hình 1.3)

đối tượng điều chỉnh

Z

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống điều chỉnh sai lệch.

Bộ điều chỉnh tự động so sánh giá trị y và u, khi chúng lệch nhau bộ điềuchỉnh tạo ra tác động điều chỉnh x đến đối tượng điều chỉnh để loại bỏ sai lệch.Trong hệ điều chỉnh theo sai lệch, tác động điều chỉnh chỉ được hình thành sau khicó sai lệch đây là nhược điểm của hệ thống Tuy nhiên, trong thực tế hệ thốngđiều chỉnh này được sử dụng rộng rãi do tác động điều chỉnh không phụ thuộc vàosố lượng, dạng, vị trí xuất hiện của nhiễu

• Điều chỉnh theo nhiễu:

Bộ điều chỉnh nhận thông tin về giá trị tức thời của tác động nhiễu cơbản Khi nhiễu biến đổi không khớp với giá trị U, bộ điều chỉnh tạo ra tác độngđiều chỉnh x lên đối tượng Trong hệ thống điều chỉnh theo nhiễu (hình 1.4), tínhiệu điều chỉnh đi qua mạch điều chỉnh nhanh hơn trong hệ thống điều chỉnh theosai lệch Tuy nhiên điều chỉnh theo nhiễu cho phần lớn các đối tượng hoá côngnghệ thực tế khó thực hiện do cần thiết phải tính ảnh hưởng của tất cả các nhiễutác động lên, nếu nhiễu có số lượng lớn và một số không xác định được thì việcđiều chỉnh theo nhiễu sẽ kém hiệu quả

đối tượng điều chỉnh

Z cb bộ điều chỉnh theo nhiễu

Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống điều chỉnh theo nhiễu.

• Điều chỉnh hỗn hợp:

đối tượng điều chỉnh

bộ điều chỉnh theo nhiễu Z

Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống điều chỉnh hỗn hợp.

Để tăng hiệu quả điều chỉnh, người ta sử dụng phối hợp hai nguyên tắcđiều chỉnh theo sai lệch và theo nhiễu

1.7.2.2 Theo đại lượng điều chỉnh: Hệ điều chỉnh chia thành :

• Hệ một chiều: có một đại lượng cần điều chỉnh

• Hệ hai chiều: có nhiều đại lượng cần điều chỉnh Các đại lượng cóthể liên quan hoặc độc lập với nhau

1.7.2.3 Theo số vòng truyền tín hiệu:

• Hệ một vòng kín

• Hệ nhiều vòng kín

Người ta sử dụng hệ nhiều vòng kín để điều chỉnh một đại lượng vớimục đích nâng cao chất lượng quá trình quá độ Tuy nhiên hệ rất nhạy với nhữngbiến đổi nhỏ

1.7.2.4 Theo bản chất tín hiệu chủ đạo:

• Hệ thống tự động ổn định:

Sử dụng để duy trì đại lượng điều chỉnh gần với giá trị chủ đạo khôngđổi (U = const) Đây là hệ thống phổ biến, được sử dụng rộng rãi

• Hệ thống điều chỉnh theo chương trình:

Có giá trị chủ đạo của đại lượng điều chỉnh là hàm số theo thời gian biếttrước U = f(t) Hệ được lắp đặt thêm bộ định trị chương trình tạo dạng của đạilượng U theo thời gian Những hệ này được sử dụng cho tự động hoá các quá trìnhhoá công nghệ hoạt động theo chu kỳ

• Hệ thống điều chỉnh theo dõi:

Giá trị chủ đạo của đại lượng điều chỉnh không được biết trước và nólà hàm của đại lượng độc lập bên ngoài U = f(yi) Hệ thống này dùng để điềuchỉnh một thông số công nghệ (thụ động) phụ thuộc vào giá trị của một thông sốcông nghệ khác (chủ động)

1.8 Một số đặc tính của sự điều chỉnh:

1.8.1 Điều chỉnh không liên tục: còn gọi là điều chỉnh ON – OFF

Hệ thống điều chỉnh hai vị trí có trong thành phần bộ điều chỉnh hai vị trívới thông số đầu ra chỉ có hai giá trị tương ứng với giá trị cực đại xmax hoặc cựctiểu xmin của tác động điều chỉnh

Bộ điều chỉnh tạo ra tác động điều chỉnh bằng xmax khi giá trị tức thời củađại lượng điều chỉnh nhỏ hơn giá trị chủ đạo u thì đại lượng điều chỉnh tăng lên.Khi y đạt đến giá trị u, tác động điều chỉnh giảm tức thời xuống xmin Tuy nhiên dođối tượng có quán tính đại lượng điều chỉnh còn tăng thêm một thời gian nữa vàsau đó bắt đầu giảm dần Khi đại lượng điều chỉnh giảm đến giá trị chủ đạo u, bộđiều chỉnh một lần nữa tạo ra tác động điều chỉnh xmax làm tăng lại đại lượng điềuchỉnh sau một thời gian

Như vậy, khi sử dụng bộ điều chỉnh vị trí, đại lượng công nghệ điềuchỉnh dao động chung quanh giá trị chủ đạo Dao động này có biên độ A và chu kỳ

T và được gọi là tự dao động

Thời điểm hoạt động của bộ điều chỉnh vị trí phụ thuộc vào tính chấtphần tuyến tính của hệ và dạng đặc tính tĩnh của bộ điều chỉnh

Bộ điều chỉnh vị trí có cấu trúc đơn giản, làm việc tin cậy, không phứctạp trong hiệu chỉnh và bảo trì Do đó, nếu bộ điều chỉnh vị trí đảm bảo chất lượngthì sử dụng nó Bộ điều chỉnh vị trí thường được sử dụng cho đối tượng có tính trễnhỏ và dung lượng lớn

Điều chỉnh liên tục

Hình 1.7 Điều chỉnh liên tục.

Điều chỉnh đại lượng đầu ra ở bất kì vị trí nào trong vùng điều chỉnh.Thiết bị điều chỉnh liên tục là thiết bị có khả năng biến đổi liên tục các đại lượngđầu ra phù hợp với giá trị đầu vào

Chương 2 KHẢO SÁT DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ.

2.1 Thuyết minh quy trình công nghệ:

Condensate có đặc điểm là thành phần của nó nhẹ, các hợp chất hydrocacboncủa nó chỉ có mạch cacbon đến C17 và nhiệt độ TBP ở điểm cuối 100% của nó chỉtới 360oC

Công nghệ sản xuất là chưng phần nhẹ của condensate và pha trộn vớireformate có chỉ số octan (RON) và MTBE sẽ đạt chỉ số RON 83, RON 92 theotiêu chuẩn cho xăng A83 và xăng A92 Ngoài tiêu chuẩn về RON, sản phẩm phảiđáp ứng các tiêu chuẩn khác, trong đó điểm sôi đầu, điểm sôi cuối và áp suất hơibão hòa sẽ được xem xét để quyết định mức độ sơ chế nguyên liệu condensate.Nếu pha trực tiếp condensate với reformate sản phẩm có nhiệt độ sôi đầu là

35oC và nhiệt độ sôi cuối là 360oC, không đảm bảo nhiệt độ sôi đầu và sôi cuốicủa xăng thành phẩm (theo tiêu chuẩn qui định là 40oC và 205oC) Do đócondensate được đưa qua tháp chưng cất, cắt bỏ phần nhẹ ở sản phẩm đỉnh vàphần nặng ở sản phẩm đáy Sản phẩm thu được có khoảng nhiệt độ sôi 40oC –

205oC, sản phẩm này sẽ được pha chế với reformate và MTBE Xăng thành phẩm

do vậy cũng có điểm sôi đầu và sôi cuối đáp ứng tiêu chuẩn yêu cầu Thực chấtquá trình chưng cất condensate sơ bộ này là quá trình ổn định condensate:

- Tách bớt một phần các cấu tử nhẹ như C3, C4 và Iso C4 ra khỏicondensate trước khi pha trộn, phần nhẹ này được dùng làm nguyên liệu cho nhàmáy và sản xuất LPG

- Tách bớt một phần các cấu tử nặng Phần nặng này được đưa qua hệthống chưng cất để sản kerozene và DO

2.1.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ:

2.1.3 Sơ đồ khối quá trình chưng cất condensate:

Quy trình công nghệ chưng cất Condensate

8

Nước lạnh từ tháp giải nhiệt

Dầu DO từ bồn chứa 1c

Đến thiết bị 8b

Đến nơi tiêu thụ

Bồn chứa kerozene 1b

Bồn chứa xăng nặng 1e Đến nơi tiêu thụ

22 13

17 18

10

Tách pha 3b 11

Ngưng tụ xăng nặng 4b

9 Chưng áp suất KQ 6

Đun nóng 2b

Dầu DO từ bồn chứa 1c Dầu DO từ tháp chưng 6

17 13

4

Chưng sơ bộ 5

Đun nóng 2a 3

2

Gia nhiệt 8b

Gia nhiệt 8a 1

Bồn chứa 1a

Hơi quá nhiệt từ lò hơi

Đến tháp giải nhiệt

Đến thiết bị 8a

Ngưng tụ xăng nhẹ 4a

Tách pha 3a

Đến đuốc đốt Bể xử lý

26 25

Bồn chứa xăng nhẹ 1d 7

Nước lạnh từ tháp giải nhiệt

Tách Kerozene 7

Đến tháp giải nhiệt

23 20 14

6 19

Đến lò đốt 2a, 2b

Bồn chứa dầu DO 1c

21 17 15

11 Hỗn hợp lỏng hơi xăng nặng

10 Hơi xăng nặng

8, 9 Sản phẩm đáy tháp 1

7 Xăng nhẹ

6 Hỗn hợp lỏng hơi xăng nhẹ

5 Hơi xăng nhẹ

Condensate sau khi được khai thác từ các mỏ ngoài khơi được dẫn về đất liềnthông qua hệ thống ống dẫn dưới đáy biển, thành phần condensate sau khi đượctách bỏ sơ bộ khí không ngưng (metan) và khí đốt (C3,C4) được dẫn vào các bồnchứa (1a) Để đảm bảo cho việc tiếp nhận liên tục lượng condensate chuyển về vàổn định quá trình chưng cất người ta thường bố trí 2 bồn chứa song song hoạt độngluân phiên và có hệ thống kiểm tra mức.

Condensate sau khi được ổn định trong bồn được bơm vào thiết bị trao đổinhiệt (8a) để tận dụng nhiệt của dòng kezosene trích ngang

Thiết bị trao đổi nhiệt (8a) là thiết bị trao đổi nhiệt kiểu vỏ ống (ống xoắn)đặt thẳng đứng để tận dụng không gian truyền nhiệt và ổn định dòng

Dòng kezosene đi phía vỏ, dòng condensate nhập liệu đi trong ống và haidòng được bố trí ngược chiều nhau tạo dễ dàng cho việc vệ sinh, tăng hiệu quảtruyền nhiệt và giảm cách nhiệt

Dòng condensate nhập liệu sau khi ra khỏi thiết bị (8a) đạt 48oC, tiếp tụcđược dẫn vào thiết bị trao đổi nhiệt (8b) để tận dụng sản phẩm đáy tháp (6)

Thiết bị trao đổi nhiệt (8b) cũng là thiết bị trao đổi nhiệt kiểu vỏ ống (ốngxoắn) đặt thẳng đứng để tận dụng không gian truyền nhiệt và ổn định dòng

Dòng sản phẩm đáy đi phía vỏ, dòng condensate nhập liệu đi trong ống và haidòng được bố trí ngược chiều nhau cũng để dễ dàng vệ sinh, tăng hiệu quả truyềnnhiệt và giảm cách nhiệt

Dòng nhập liệu sau khi ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt (8b) đạt 770C (chưa đạtnhiệt độ sôi) tiếp tục dẫn qua lò gia nhiệt (2a) là công đoạn gia nhiệt cuối cùngtrước khi nhập liệu vào tháp (5)

Nhiệm vụ của lò gia nhiệt (2a) là cung cấp nhiệt lượng cho dòng condensateđể đạt nhiệt độ sôi (tsôi =160oC), lò gia nhiệt sử dụng các nhiên liệu đốt cháy nhưthan củi, dầu DO, FO, khí đốt… Để thuận tiện cho quá trình vận hành và tận dụngnguồn nhiên liệu có sẵn, ta sử dụng sản phẩm đáy 2 (dầu DO) làm nhiên liệu đốtcháy Lò gia nhiệt là thiết bị gia nhiệt kiểu vỏ ống (ống xoắn) được bố trí dòngcondensate nhập liệu đi trong ống, nhiên liệu đốt cháy đi ngoài ống

Sau khi được trao đổi nhiệt tại (8a), (8b) và gia nhiệt tại (2a), dòng nhập liệuđạt nhiệt độ sôi 1600C được đưa vào tháp (5) tại vị trí mâm nhập liệu Với trạngthái nhập liệu lỏng – sôi là điều kiện tốt nhất để tháp hoạt động tốt và tăng hiệu

quả truyền khối (nhiệt độ thấp thì tháp mất nhiệt, khả năng lôi kéo cấu tử giảm,tốn chi phí nhiệt lượng hơi đốt, còn khi nhiệt độ cao, dòng nhập liệu không ổnđịnh, áp suất ống dẫn tăng do hơi sinh ra).

Tháp chưng cất (5) là tháp chưng cất sơ bộ hoạt động ở áp suất cao (4atm),đường kính 1.4m, chiều cao 14.4 m, có 30 mâm, kiểu mâm chóp có ống chảychuyền và dòng lỏng đi từ trên xuống tiếp xúc với dòng khí từ dưới lên với nhiệtđộ thay đổi tại đỉnh là 1200C và đáy là 195oC

Trong tháp (5) là quá trình phân đoạn theo nhiệt độ (tăng dần từ đỉnh xuốngđáy) nhờ sự bay hơi tương đối của các cấu tử hydrocacbon hay nói cách khác làquá trình tiếp xúc pha và truyền khối giữa hai dòng lỏng – hơi qua từng bậc nồngđộ cho ra sản phẩm đỉnh giàu các hydrocacbon nhẹ (C3,C4 và khí không ngưng) Dòng lỏng bao gồm dòng hoàn lưu từ mâm trên cùng của phần cất với tỷ sốhoàn lưu thích hợp và dòng nhập liệu từ vị trí mâm nhập liệu Cùng với dòng lỏngnày các hydrocacbon nặng trong hơi bị ngưng tụ và thu hồi về khu vực đáy tháp,tạo nên cột chất lỏng ở đáy tháp

Dòng hơi sinh ra từ sản phẩm đáy được gia nhiệt và một phần bốc hơi quaytrở lại tháp (5) từ lò gia nhiệt (2b) Dòng hơi này sẽ tiếp xúc với dòng lỏng quatừng mâm và có nhiệm vụ làm bốc hơi các hydrocacbon nhẹ trong dòng lỏng vàlôi kéo chúng lên phía đỉnh tháp Ngoài ra dòng hơi còn ảnh hưởng rất nhiều đếnáp suất trong tháp thông qua lượng khí không ngưng và khả năng ngưng tụ hơi tạiđỉnh tháp (áp suất đáy tháp là 4atm, đỉnh tháp là 3,87atm)

Tại đỉnh tháp (5), các hydrocacbon nhẹ tồn tại dưới dạng hơi được dẫn quathiết bị ngưng tụ (4a) để thu hồi dưới dạng lỏng và xả khí không ngưng

Thiết bị (4a) là thiết bị ngưng tụ kiểu nằm ngang dạng ống chùm có váchngăn với việc bố trí dòng pha hơi và khí không ngưng đi ngoài vỏ, nước làm mát đitrong ống

Do quá trình trao đổi nhiệt giữa pha hơi và nước làm mát nên sản phẩm đỉnhđược ngưng tụ hoàn toàn và khí không ngưng được xả qua van xả khí không ngưng.Khí không ngưng được dẫn ra đuốc đốt trực tiếp hoặc khí đốt cho nhà máy phátđiện Sản phẩm đỉnh sau khi ngưng tụ thành dạng lỏng được chuyển qua thiết bịtách pha (3a) để tách lượng khí không ngưng còn sót lại

Thiết bị (3a) là thiết bị tách pha nằm ngang dựa trên khả năng va đập và tích

hai đầu ra (một là dòng sản phẩm đỉnh đã được tách khí không ngưng gọi là xăngnhẹ, một là dòng khí không ngưng) Dòng khí không ngưng lại được dẫn ra đuốcđốt hoặc làm nhiên liệu cho nhà máy phát điện, dòng xăng nhẹ được dẫn về bìnhphân phối lỏng.

Tại bình phân phối lỏng, một phần xăng nhẹ được bơm hoàn lưu trở lại tháp(5) với tỷ số hoàn lưu thích hợp tại vị trí mâm trên cùng của phần cất nhằm tạodòng hoàn lưu duy trì khả năng hoạt động ổn định của tháp (đảm bảo cân bằng vậtchất , cân bằng năng lượng cho tháp, tăng khả năng bốc hơi và lôi kéo các cấu tửhydrocacbon nhẹ), một phần được đưa vào bồn chứa sản phẩm xăng nhẹ qua bộphận hoá lỏng ở áp suất cao (10 – 15atm) làm khí hoá lỏng (khí đốt) phục vụ chonhu cầu sinh hoạt và sản xuất

Sản phẩm đáy của tháp (5) gồm các cấu tử hydrocacbon nặng (C5 trở lên)được chuyển qua lò gia nhiệt (2b) để được gia nhiệt Lò gia nhiệt (2b) cũng giốnglò gia nhiệt (2a) ở chỗ bố trí dòng sản phẩm đáy đi trong ống và hơi đốt đi ngoàiống nhưng khác ở chỗ có vùng không gian để dòng sản phẩm đáy bốc hơi mộtphần để quay trở lại tháp (5) (duy trì hoạt động của tháp và cân bằng vật chất,năng lượng trong tháp) Thường để cho (2b) hoạt động tốt và ổn định thì lượng sảnphẩm đáy vào (2b) phải thật ổn định thông qua việc luôn duy trì một mức chấtlỏng ổn định tại đáy tháp (5)

Sản phẩm đáy tháp (5) sau khi được gia nhiệt tại (2b) và qua van xả áp đã đạtnhiệt độ là 2100C và trở thành dòng nhập liệu nạp vào tháp (6)

Tháp chưng cất (6) là tháp chưng cất phân đoạn ở áp suất khí quyển (1.2atm), đường kính phần cất 2m, phần chưng 0.8m, chiều cao 12.5m, có 18 mâm,kiểu mâm chóp có ống chảy chuyền và dòng lỏng đi từ trên xuống tiếp xúc vớidòng khí từ dưới lên với nhiệt độ thay đổi tại đỉnh là 1300C, tại khu vực trích nganglà 1850C và đáy là 195oC

Trong tháp (6) quá trình chưng cất diễn ra phức tạp hơn vì ngoài 2 dòng hơi –lỏng lấy ra tại đỉnh và đáy còn có dòng Kerozene trích ngang lấy ra tại vị trí tríchngang và hơi nước (3atm, 220oC) sục trực tiếp vào đáy tháp để giảm nhiệt độ sôivà áp suất riêng phần của sản phẩm đáy Cũng giống như tháp (5), trong tháp (6)cũng xảy ra hiện tượng tiếp xúc pha , truyền khối và phân đoạn theo nhiệt độ cho

ra sản phẩm đỉnh là condensate công nghệ (xăng nặng hay xăng công nghệ), dòngtrích ngang là dòng Kerozene (dầu hoả), dòng sản phẩm đáy là dầu DO (dầudiesel)

Dòng lỏng trong tháp được hình thành từ dòng hoàn lưu từ mâm trên cùng củaphần cất và dòng nhập liệu từ vị trí nhập liệu chảy từ trên xuống với mục đích làmngưng tụ các cấu tử kerozene về mâm trích ngang, cấu tử DO xuống phía đáy.Dòng hơi trong tháp (từ đáy tháp đến vị trí mâm nhập liệu) chính là dòng hơinước bão hoà (2200C, 3atm) sục trực tiếp từ đáy tháp với mục đích làm bốc hơi vàlôi kéo các cấu tử xăng nặng lên phía đỉnh.

Dòng hơi từ vị trí mâm nhập liệu đến đỉnh tháp được hình thành gồm:

- Dòng hơi nước và hơi dầu từ đáy lên

- Dòng hơi bốc ra từ dòng nhập liệu vào tháp

- Dòng hơi nước và hơi dầu từ bình trích ngang hồi lưu về tháp

Do đó, đường kính của tháp từ vị trí mâm nhập liệu lên đỉnh lớn hơn đườngkính từ mâm nhập liệu xuống đáy

Tại đỉnh tháp (6), pha hơi (1300C; 1.068atm) thoát ra bao gồm chủ yếu là sảnphẩm xăng nặng có lẫn hơi nước và khí không ngưng, chúng được dẫn qua thiết bịngưng tụ (4b) (thiết bị ngưng tụ nằm ngang kiểu ống chùm có vách ngăn với việcbố trí dòng pha hơi và khí không ngưng đi ngoài vỏ, nước làm mát đi trong ống) đểngưng tụ hoàn toàn xăng nặng và hơi nước đồng thời xả khí không ngưng qua vanxả khí không ngưng

Xăng nặng và nước sau khi ngưng tụ được chuyển vào thiết bị tách pha (3b).Thiết bị (3b) là thiết bị nằm ngang có một đầu vào là xăng nặng và nước , ba đầu

ra (một là đầu thoát khí không ngưng, một đầu ra là xăng nặng, một đầu ra lànước)

Thiết bị (3b) hoạt động dựa vào khả năng va đập để tách khí không ngưng vàkhả năng lắng (khác nhau về tỉ trọng) để tách nước Khí không ngưng sau khi táchđược dẫn ra đuốc đốt, nước sau khi xử lí được thải ra môi trường còn xăng nặngđược dồn vào bình phân phối lỏng

Tại bình phân phối lỏng, một phần xăng nặng được bơm hoàn lưu trở lại tháp(6) với tỷ số hoàn lưu thích hợp tại vị trí mâm trên cùng của phần cất nhằm tạodòng hoàn lưu duy trì khả năng hoạt động ổn định của tháp (đảm bảo cân bằng vậtchất, cân bằng năng lượng cho tháp, tăng khả năng bốc hơi và lôi kéo các cấu tửxăng nặng), một phần được dồn vào bồn chứa sản phẩm xăng nặng Xăng nặng

làm nguyên liệu để pha chế xăng thương phẩm phục vụ cho nhu cầu tiêu dùng củaxã hội.

Tại vị trí mâm trích ngang (nhiệt độ 1850C; áp suất mâm là 1.134 atm; áp suấtriêng phần của kerozene là 0.52atm), một phần dòng lỏng được trích ngang dồnvào bình trích ngang (cột nhả) Cột nhả cũng là một tháp mâm chóp hình trụ(đường kính 0.5m; chiều cao 2.55m; có 6 mâm) có dòng lỏng là kerozene và xăngnặng chảy từ trên xuống, dòng hơi là hơi nước bão hoà (220oC, 3atm) sục từ đáylên Sự tiếp xúc pha lỏng – hơi nhằm làm bốc hơi và lôi cuốn các cấu tử xăngnặng còn sót lại trong dòng lỏng trước khi dồn xuống đáy và dẫn vào thiết bị traođổi nhiệt (8a) để trao đổi nhiệt với dòng condensate nhập liệu (tận dụng nhiệt).Cuối cùng, sau khi ra khỏi (8a), dòng Kerozene (dầu hoả) hạ nhiệt độ từ 185oCxuống 80oC được dẫn vào bồn chứa Kerozene làm nhiên liệu phục vụ sinh hoạt vàsản xuất

Tại khu vực đáy tháp (6), sau khi tiếp xúc với hơi bão hoà sục lên dòng sảnphẩm đáy chỉ còn lại chủ yếu là dầu DO (xăng nặng và kerozene được hơi nướclôi cuốn lên trên) được bơm vào thiết bị trao đổi nhiệt (8b) Tại thiết bị (8b), dầu

DO được trao đổi nhiệt với dòng condensate nhập liệu (tận dụng nhiệt) hạ nhiệt độxuống còn 90oC trước khi dồn vào bồn chứa Dầu DO làm nhiên liệu đốt cháytrong sản xuất (tận dụng làm nhiên liệu đốt cháy trong lò (2a), (2b)

2.2 Thiết kế hệ thống tự động hóa:

Nhiệm vụ điều khiển các quá trình công nghệ thường được diễn đạt như làbài toán tối ưu (tối đa hoặc tối thiểu) một số tiêu chuẩn (giá thành, năng lượng tiêuhao, lợi nhuận) có đảm bảo thông số công nghệ theo qui định Giải quyết nhiệmvụ này cho toàn bộ quá trình rất khó khăn, đôi khi trong thực tế không thực hiệnđược do có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Vì vậy toàn bộ quá trìnhđược phân thành từng cụm riêng có số lượng tham số không lớn

Nhiệm vụ điều khiển từng công đoạn thường là ổn định các thông số côngnghệ hoặc tối ưu hóa các tiêu chuẩn có thể tính theo các thông số đo được nhưnăng suất, nồng độ sản phẩm, mức độ chuyển đổi, tiêu hao năng lượng,…Tối ưuhóa các tiêu chuẩn được thực hiện trong giới hạn của thông số theo yêu cầu côngnghệ và điều kiện hoạt động của từng thiết bị Trên cơ sở nhiệm vụ điều khiển

từng công đoạn của quá trình, người ta diễn đạt nhiệm vụ tự động điều chỉnh cáctham số công nghệ trong từng thiết bị.

Chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào thông số công nghệ Do đó khi xây dựnghệ thống điều chỉnh tự động, đầu tiên xác định các thông số cần kiểm soát và điềuchỉnh, định vị nơi đưa vào tác động điều khiển và xác định kênh truyền tín hiệuqua đối tượng

Các nhiệm vụ trên được thực hiện bằng cách lập sơ đồ tác động tương hỗ giữacác thông số của đối tượng, phân chia các kênh truyền tín hiệu chính và phụ, sauđó xác lập từng vòng điều chỉnh riêng để bù trừ ảnh hưởng của nhiễu Khi cầnthiết, các vòng điều chỉnh chính được liên kết lại với nhau

Dữ liệu để thực hiện các nhiệm vụ trên là mô hình tĩnh của từng đối tượng(dưới dạng phương trình cân bằng vật chất và năng lượng) Trên cơ sở các phươngtrình này cùng với các điều kiện làm việc thực tế của thiết bị, tất cả các yếu tố cóảnh hưởng đến quá trình được chia thành: nhiễu cho phép ổn định, nhiễu kiểmsoát được, nhiễu không kiểm soát được, tác động điều chỉnh, đại lượng điều chỉnh.Đặc tính tĩnh cho phép đánh giá mức độ ảnh hưởng của đại lượng này lên đạilượng khác và làm rõ các đại lượng điều chỉnh có tác động tối đa lên quá trình Từđó có thể lựa chọn được kênh điều chỉnh Tuy nhiên để hiểu rõ từng quá trình làrất khó và do yêu cầu, điều kiện hoạt động của dây chuyền này không được nêurõ trong tài liệu [1] cho nên việc thiết kế hệ thống tự động hóa được đưa ra nhiềuphương án cho từng điều kiện làm việc khác nhau

Quy trình khảo sát ở đây là dây chuyền chưng cất condensate năng suất390.000tấn/năm Theo như mô tả ở trên ta thấy cụm thiết bị chính trong dâychuyền là hai tháp chưng cất Các thiết bị gia nhiệt, lò đốt, bồn chứa, thiết bịngưng tụ là các thiết bị phụ có nhiệm vụ hỗ trợ giúp tháp hoạt động ổn định Do đócó thể chia dây chuyền khảo sát thành các nhóm thiết bị sau:

1) Cụm tháp chưng cất 1.

2) Cụm tháp chưng cất 2

3) Lò đốt 2a

4) Lò đốt 2b

5) Thiết bị trao đổi nhiệt

6) Bồn chứa

2.2.2 Khảo sát từng cụm thiết bị như một đối tượng công nghệ:

chưng cất 5, thiết bị ngưng tụ 4a, thiết bị tách khí 3a

Dòng condensate nhập liệu vào tháp ở trạng thái lỏng – sôi sau khi đượcgia nhiệt tại lò 2a, trong tháp diễn ra quá trình tiếp xúc pha và truyền khối giữadòng lỏng và dòng hơi hay cách khác đó là quá trình phân đoạn theo nhiệt độ(tăng dần từ đỉnh tháp xuống đáy) nhờ sự bay hơi tương đối của các cấu tử

Quá trình phân đoạn trong tháp 5 cho:

Sản phẩm đỉnh là các hydrocacon nhẹ (C3,C4 và khí không ngưng)được ngưng tụ tại 4a sau đó vào 3a Tại 3a, khí không ngưng được tách ra, còn lạilà sản phẩm xăng nhẹ một phần được bơm hoàn lưu trở lại tháp, một phần dồn vềbồn chứa

Sản phẩm đáy là các hydrocacbon nặng (C5 trở lên) được dồn vàolò đốt 2b, tại đây dòng condensate tiếp tục được gia nhiệt, một phần bốc hơi quaytrở lại tháp để tạo dòng hơi đi trong tháp

Sơ đồ nguyên lý của tháp chưng cất sơ bộ được thể hiện trên hình (2.3):

Sản phẩm đáy

Sơ đồ khối cụm tháp chưng cất 1 được trình bày trên hình 2.4:

Hình 2.4 Sơ đồ khối cụm tháp 1

Nhiệm vụ của tháp chưng cất sơ bộ là tách được hydrocacbon nhẹ trongdòng nhập liệu để tránh ảnh hưởng hoạt động của cụm tháp 2 Cho nên có thể đặt

ra nhiệm vụ tối ưu cụm tháp 1 là tối đa khả năng tách của tháp với tiêu hao nănglượng thấp nhất và lưu lượng nhập liệu có giới hạn Điều này cho thấy nồng độ sảnphẩm đỉnh tháp 1 phải được ổn định Ngoài ra còn phải đảm bảo các cân bằng vậtchất và năng lượng trong tháp

Do đối tượng là tháp chưng cất và dung dịch đang xét là hỗn hợp đa cấutử cho nên làm tăng tính phức tạp khi xét phương trình tĩnh của tháp

Các phương trình cơ bản của tháp:

Cân bằng vật chất:

W D

Cân bằng vật chất theo cấu tử:

Wi W Di D Fi

Fx G x G x

Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ:

q)t(tCGr

n

R n n n 1

Cân bằng vật chất theo pha lỏng ở đáy tháp:

W e t

th (L R ) Gdt

dL

Cân bằng vật chất theo pha khí:

)GGGf(Vdt

dP

hl D kn 1

Với:

S: tiết diện ngang của tháp

Lt: lưu lượng dòng lỏng xuống đáy từ dòng nhập liệu

Re: lưu lượng dòng lỏng xuống đáy từ dòng hoàn lưu

Vf: lưu lượng hơi bốc lên từ đáy tháp

GW: lưu lượng dòng lỏng vào lò hơi

GF: lưu lượng dòng nhập liệu

GD: lưu lượng dòng sản phẩm đỉnh

Gkn: lưu lượng khí không ngưng tổng cộng

Gkn1: lưu lượng khí không ngưng của thiết bị ngưng tụ

Gkn2: lưu lượng khí không ngưng của thiết bị tách pha

Glh: lưu lượng hỗn hợp lỏng hơi ra khỏi thiết bị ngưng tụ

Gl: lưu lượng xăng nhẹ đã tách khí không ngưng

xFi, xDi, xWi: nồng độ phân mol của cấu tử i trong dòng nhập liệu,

dòng sản phẩm đỉnh, dòng sản phẩm đáy

Gn: lưu lượng nước lạnh

Cn: nhiệt dung riêng đẳng áp của nước

T V, T R: nhiệt độ vào và ra thiết bị ngưng tụ của dòng nước

V1: lưu lượng hơi đi vào thiết bị ngưng tụ.

q: nhiệt lượng bị mất mát

Ltl: mực chất lỏng thiết bị tách pha

Lth: mực chất lỏng đáy tháp

Ta có thể chia ra thành các nhiễu cơ bản, tác động điều chỉnh và đạilượng đầu ra sau:

- Nhiễu cơ bản:

• Lưu lượng, thành phần và nhiệt độ dòng condensate nguyên liệu:

GF, xF, TF

• Nhiệt dung riêng đẳng áp của nước Cn

• Sự mất mát nhiệt vào môi trường

Trong các nhiễu trên thì nhiễu có thể ổn định được chỉ là nhiệt độ nhậpliệu TF, lưu lượng nạp liệu GF, thành phần nạp liệu ít khi kiểm soát và ở đây thànhphần condensate được sử dụng tính toán là condensate có nguồn gốc từ Lan Tâycho nên ta xem như là ổn định Các nhiễu còn lại không kiểm soát được

Trong chưng cất đa cấu tử yếu tố nồng độ không được xét đến, chưng cất

ở đây được hiểu là phân đoạn sản phẩm, nhiệt độ phân đoạn được xác định từđường cong TBP, ứng với phần trăm thể tích cần tách ta tra được nhiệt độ cần phảiđạt được Do đó nồng độ sản phẩm ở đây được xét gián tiếp qua nhiệt độ (theonhư tính toán trong tài liệu [1])

- Tác động điều chỉnh:

• Lưu lượng nước lạnh Gn

• Lưu lượng dòng hoàn lưu Ghl

• Lưu lượng sản phẩm đáy GW

• Lưu lượng dòng khí không ngưng Gkn

- Các đại lượng đầu ra:

• Nhiệt độ sản phẩm đỉnh TD

• Mức chất lỏng trong tháp Lth

• Áp suất trong tháp Pth

Ta có thể đưa ra sơ đồ cấu trúc của cụm tháp chưng 1 như hình 2.5:

Hình 2.5 Sơ đồ cấu trúc cụm tháp chưng cất 1.

Xét các đại lượng đầu ra:

- Aùp suất trong tháp:

Cần duy trì ở 4atm

Aùp suất trong tháp hình thành bởi dòng lỏng và dòng hơi trong tháp trongđó ảnh hưởng của dòng hơi là chủ yếu, thông số áp suất có thể coi là thông số cóảnh hưởng lớn nhất đến quá trình chưng cất bởi lẽ nó quyết định nhiệt độ chưngcất của hỗn hợp, khả năng phân đoạn của các cấu tử trong hỗn hợp Do đó, thôngsố này cần phải được ổn định và duy trì

Việc ổn định áp suất trong tháp này thông qua việc thay đổi:

• Lưu lượng dòng hơi bốc lên từ đáy tháp thông qua việc thay đổi lưulượng khí đốt vào lò đốt 2b

• Lưu lượng của nước làm mát tại 4a và độ mở van xả khí khôngngưng Ta nhận thấy phương án này có hiệu quả hơn so với phương án trên bởimục tiêu ở đây là ổn định dòng sản phẩm đỉnh đi ra.

Sơ đồ cấu trúc cho áp suất trong tháp thể hiện trên hình 2.6:

Hình 2.6 Sơ đồ cấu trúc cho áp suất tháp 5.

- Nhiệt độ trong tháp:

Nhiệt độ đỉnh T =1200C

Nhiệt độ đáy T =1950C

Theo như trình bày ở trên ta nhận thấy thông số nhiệt độ có liên quanđến nồng độ sản phẩm, nó quyết định đến khả năng phân đoạn của tháp cho nêncần phải ổn định nhiệt độ này

Việc ổn định nhiệt độ trong tháp thông qua:

• Thay đổi nhiệt lượng cung cấp vào đáy tháp thông qua việc thay đổilượng khí đốt vào lò đốt 2b

• Thay đổi lượng hoàn lưu vào tháp (hoàn lưu dưới điểm sôi) Phươngán này có hiệu quả vì lưu lượng dòng hoàn lưu là thông số ảnh hưởng trực tiếp đếnnồng độ sản phẩm đỉnh

Sơ đồ cấu trúc cho nhiệt độ đỉnh tháp TD thể hiện trên hình 2.7:

Hình 2.7 Sơ đồ cấu trúc cho nhiệt độ đỉnh tháp 5.

- Mức chất lỏng trong tháp:

Mực chất lỏng trong tháp quyết định bởi dòng lỏng trong tháp, dòng lỏngđược tạo thành từ hai dòng:

• Dòng nhập liệu: từ vị trí mâm nhập liệu chảy xuống

• Dòng hoàn lưu: từ mâm đầu tiên của phần cất chảy xuống (hoàn lưutại đỉnh)

Mực chất lỏng trong tháp có ổn định thì mới đảm bảo cân bằng vật chấttrong tháp, khi đó dòng hơi và dòng lỏng ổn định và làm việc liên tục Đặc biệt,mức chất lỏng còn duy trì dòng sản phẩm đáy vào lò đốt 2b

Nếu mực chất lỏng thấp thì sự sôi diễn ra ở vị trí thấp, không sử dụnghết diện tích truyền nhiệt, có thể gây cháy ống truyền nhiệt

Nếu mực chất lỏng quá cao sẽ làm giảm không gian bốc hơi, tắt nghẽnống hơi từ nồi đun vào tháp, gây ra hiện tượng ngập lụt

Do đó, mực chất lỏng cũng phải ổn định để tháp hoạt động tốt

Việc ổn định mức chất lỏng trong tháp thông qua việc thay đổi:

• Lưu lượng dòng nhập liệu, lưu lượng dòng hoàn lưu Ta nhận thấyphương án này có độ trễ lớn, việc thay đổi này còn ảnh hưởng đến cân bằng vậtchất và cân bằng nhiệt lượng trong tháp

• Lưu lượng dòng sản phẩm đáy, phương án này có hiệu quả hơn hết vìđộ trễ nhỏ và ngoài việc ổn định mức chất lỏng nó còn ổn định dòng sản phẩm đáyvào lò đốt 2b.

Sơ đồ cấu trúc cho mực chất lỏng đáy tháp thể hiện trên hình 2.8:

Hình 2.8 Sơ đồ cấu trúc cho mực chất lỏng tháp 5.

Trong cụm tháp 1 còn một thiết bị phụ là thiết bị tách pha 3a Thiết bị 3ahoạt động dựa trên nguyên tắc lắng, phân tầng hỗn hợp dị thể ban đầu dựa vào sựsai khác khối lượng riêng các thành phần của nó Thiết bị được đặt nằm ngang đểtăng thời gian lưu, hiệu suất phân tầng cao, bề mặt tách pha lớn

Thời gian lưu của xăng nhẹ trong thiết bị 3a là 5 phút [1] Để đảm bảocho thiết bị hoạt động ổn định thì mực chất lỏng phải được ổn định Do đó trongthiết bị có thêm một gờ chảy tràn để duy trì mực chất lỏng và đảm bảo thời gianlưu của các dòng lưu chất

Dòng condensate sau khi gia nhiệt tại lò 2b được đưa vào tháp 2 thựchiện quá trình phân đoạn sau cùng để tạo các sản phẩm:

− Sản phẩm đỉnh là xăng nặng

− Sản phẩm trích ngang là kerozene

− Sản phẩm đáy là dầu DO

Các thiết bị trong cụm tháp 2 cũng giống như trong cụm tháp 1 nhưng có thêm thiết bị cột nhả 7 để trích ngang sản phẩm kerozene