NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI CHO MỨC NƯỚC BỂ KHỬ KHÍ TK-3201 TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

cho hệ thống bể khử khí TK-3201 tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất là 1 giải pháp đã được nghiên cứu ứng dụng 2 bộ PI1 và PI2 để điều khiển mức nước và áp suất trong bể khử khí khi vân hành

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHẠM KIM LONG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI CHO MỨC NƯỚC BỂ KHỬ KHÍ TK-3201

TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2019

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHẠM KIM LONG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI CHO MỨC NƯỚC BỂ KHỬ KHÍ TK-3201

TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT

Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa

Mã số : 62.52.02.16

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS PHAN VĂN HIỀN

Đà Nẵng – Năm 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Phạm Kim Long

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỂ KHỬ KHÍ TK-3201 TẠI NHÀ MÁY

LỌC DẦU DUNG QUẤT

Học viên: Phạm Kim Long Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa

Mã số: 62.52.02.16 Khóa:2016-2018 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt – Bể khử khí trong Nhà máy Lọc dầu Dung Quất là thiết bị cực kỳ quan trong,

chúng được dùng để khử khí O 2, CO 2 , và các khí không ngưng khác trong nước ngưng nhằm tránh gây ăn mòn trong thiết bị sinh hơi, thiết bị trao đổi nhiệt,…của nhà máy Điều khiển tự động để giữ ổn định mức nước và áp suất trong bể là yêu cầu chính trong điều khiển, trong đó vấn đề tương tác giữa mức nước nước và áp suất của bể luôn là vấn đề được quan tâm Có nhiều phương pháp, kỹ thuật điều khiển cho bể khử khí đã được nghiên cứu và công bố cho

hệ thống bể khử khí TK-3201 tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất là 1 giải pháp đã được nghiên cứu ứng dụng 2 bộ PI1 và PI2 để điều khiển mức nước và áp suất trong bể khử khí khi vân hành bình thường và 2 bộ Feedforward FFC1 và FFC2 để khử tương giữa áp suất và mức nước nhằm nâng cao chất lượng điều khiển khi có sự thay đổi đột ngột phụ tải, thay đổi chế

độ vận hành của nhà máy

Luận văn này đã đề nghiên cứu ứng dụng trong quá trình công nghệ, quá trình động lực học diễn ra trong bể khử khí, xây dựng các phương trình toán học để mô tả đối tượng bể khử khí TK-3201 Trên cơ sở kỹ thuật điều khiển mức nước và áp suất đang áp dụng tại nhà máy, tác giả đã thiết kế lại hệ thống điều khiển cho bể khử khí TK-3201 tại nhà máy Lọc dầu Dung Quất với mục tiêu nâng cao chất lượng điều khiển, khắc phục những tồn tại trong điều khiển

bể khử khí TK-3201 trong thời gian qua

Từ khóa: được là đã nâng cao chất lượng điều khiển, khử gần như hoàn toàn sự tương tác xen kênh giữa mức nước và áp suất trong điều khiển bể khử khí tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất

APPLIED STUDY FOR TK-3201 DEGASSING TANK AT DUNG QUAT REFINERY

Abstract – Deaerator in Dung Quat Refinery is an extremely important facility, which is used

to remove O2, CO2, and other non-condensable gases in water to prevent corrosion in steam generating equipment, heat exchange, affecting the safety of production of the plant Automatic control to keep the water level and pressure in the tank stable is the main requirement in the control, in which the inter-channel interaction between water level and tank pressure is always a big concern There are many methods and control techniques for degassing tanks that have been studied and published For TK-3201 degassing tank system at Dung Quat Refinery, there is a solution designed and applied with 2 sets of PI1 and PI2 to control the water level and pressure in the degassing tank when operating normally and 2 sets of Feedforward FFC1 and FFC2 to eliminate interactions between the pressure and water level to improve the control quality when there is a sudden change in the load and change of operation mode of the plant

This dissertation deals with application in technological process, dynamic process taking place in the degasser tank, creating the mathematical equation to describe the deaerator of the TK-3201 Based on the water level and pressure control technique being applied at the factory, the author has redesigned the control system for the TK-3201 degassing tank at Dung Quat Refinery with the aim of improving the quality control over the shortcomings of the TK-3201 degassing tank during the last time

Keywords

The result is improved quality of control, reducing inter-channel interactiKons between water level and pressure in the control tank at the Dung Quat Oil Refinery.related to the control program of additive manufacturing and traditional manufacturing are also presented The achieved results are summarized and perspective of the work is provided

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

TÓM TẮT ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU v

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

3 Phương pháp nghiên cứu 2

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

5 Cấu trúc luận văn 3

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY VÀ ĐIỀU KHIỂN MỨC BỂ TK - 3201 4

1.1 Địa điểm và diện tích sử dụng 4

1.2 Cấu hình công nghệ 5

1.3 Công suất chế biến và nguyên liệu 5

1.4 Quy trình hoạt động của Nhà máy lọc Dầu 5

1.5 Cơ cấu sản phẩm 6

1.6 Tổng mức đầu tư 7

1.7 Giới thiệu các hạng mục công trình 7

1.7.1 Phao rót dầu SPM và tuyến ống dẫn dầu thô 7

1.7.2 Khu bể chứa dầu thô 8

1.7.3 Các phân xưởng công nghệ 8

1.7.4 Nhà máy điện và các trạm điện 9

1.7.5 Hệ thống nhập nước biển làm mát 9

1.7.6 Khu bể chứa trung gian 10

1.7.7 Hệ thống ống dẫn sản phẩm 10

1.7.8 Khu bể chứa sản phẩm 11

1.7.9 Trạm xuất sản phẩm bằng đường bộ 12

1.7.10 Cảng xuất sản phẩm bằng đường biển 12

1.7.11 Đê chắn sóng 13

1.7.12 Khu nhà hành chính và điều hành 13

1.7.13 Nhà máy sản xuất Polypropylene 13

1.8 Vấn đề điều khiển mức bể tk-3201 14

1.9 Cấu tạo bể khử khí, vai trò việc khử khí 14

1.9.1 Cấu tạo bể khử khí 14

1.9.2 Vai trò việc khử khí đối với vận hành nhà máy 16

1.10 Vấn đề tồn tại trong điều khiển mức bể khử khí TK-3K3201 18

1.11 Kết luận Chương 1 21

CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CHUNG 22

2.1 Mô hình tính toán chung 22

2.2 Mô hình toán học dạng gián đoạn của bể khử khí 24

2.3 Mô phỏng bể khử khí TK-3201 với bộ điều khiển PI cố định 25

2.4 Kết luận Chương 2 29

CHƯƠNG 3 ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI 30

3.1 Giới thiệu chung 30

3.2 Hệ thống thích nghi theo mô hình mẫu (MRAS) 30

3.3 Hệ điều khiển thích nghi tự chỉnh 32

3.4 Ước lượng thông số 33

3.5 Chứng minh thuật toán ước lượng thông số theo phương pháp đệ qui 36

Các công thức trong mục 3.4 đã được chứng minh như sau : 36

3.6 Luật thích nghi 37

3.6.1 Phương pháp độ nhạy (luật MIT) 37

3.6.2 Gradient và phương pháp bình phương bé nhất dựa trên tiêu chí đánh giá hàm chi phí sai số 38

3.6.3 Hàm Lyapunov 38

3.7 Kêt luận chương 3 39

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU BỘ ĐIỀU KHIỂN PI THÍCH NGHI ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC BỂ KHỬ KHÍ TK-3201 40

4.1 Giới thiệu chung 40

4.2 Nghiên cứu bộ điều khiển PI thích nghi 40

4.3 Xây dựng mô hình giải thuật ước lượng thông số 42

4.4 Mô phỏng điều khiển thích nghi bể khử khí TK-3201 46

4.5 Nhận xét đánh giá các kết quả tổng hợp 50

KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 50

KẾT LUẬN 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 PHỤ LỤC

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao)

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

Qin, qin Lưu lượng nước đầu vào

Qo, q0 Lưu lượng nước đầu ra

1.7 Bồn cầu chứa khí hóa lỏng (LPG) Khu bể chứa sản phẩm 11

1.12 Các tín hiệu điều khiển mức bể khử khí dao động mạnh khi

1.13

Hình ảnh nhân viên vận hành chuyển chế độ vận hành của bộ

điều khiển về tình trạng vận hành bằng tay, giữ nguyên giá trị

điều khiển không đổi để kiểm soát ổn định mức bể

20

2.2 Quan hệ giữa lưu lượng và chiều cao cột nước, tuyến tính hóa

2.4 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển PI cho mức nước bể TK-3201

2.5 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển PI cho mức nước bể TK-3201

2.6 Sơ đồ mô hình bể nước trong trường hợp có thêm ngõ rat hay

2.7 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển PI cho mức nước bể TK-3201

Số hiệu

2.8 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển PID cho mức nước bể

3.3 Sơ đồ khối hệ thống thích nghi theo mô hình mẫu trực tiếp 32 3.4 Sơ đồ khối hệ thống thích nghi theo mô hình mẫu gián tiếp 32

4.3 Sơ đồ mô phỏng phương pháp ước lượng thông số mô hình bể

4.4 Sơ đồ mô phỏng so sánh kết quả ước lượng thông số mô hình

4.5 So sánh kết quả giữa giá trị ước lượng bằng phương pháp ước

lượng thông số mô hình và giá trị thật của bể nước 45 4.6 Sơ đồ tính toán bộ điều khiển thích nghi cho bể nước DA-3201 46 4.7 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển thích nghi cho bể nước TK-

4.8 Kết quả mô phỏng so sánh 3 bộ điều khiển cho mức nước bể

4.9 Kết quả mô phỏng chi tiết bộ điều khiển thích nghi cho mức

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Việt Nam là một trong những nước trong khu vực có trữ lượng dầu mỏ và khí khá lớn Tuy nhiên, trước kia dầu khai thác được chủ yếu xuất khẩu dưới dạng dầu thô, còn các sản phẩm tính chế được nhập từ nước ngoài Đó là một hạn chế Những năm gần đây, cùng với sự tăng tốc của khoa học kỹ thuật, công nghệ chế biến dầu mỏ ngày càng phát triển, trở thành một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn trên thế giới Nằm trong trào lưu chung đó, công nghiệp dầu khí nước ta cũng có những bước khởi sắc với sự ra đời của hàng loạt nhà máy đã đi vào vận hành ổn định và hiệu quả như: nhà máy chế biến khí Dinh Cố, nhà máy Đạm Phú

Mỹ, Đạm Cà Mau, Nhà máy lọc dầu Dung Quất và sắp tới là nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, Nhà máy lọc dầu Long Sơn - Vũng Tầu đã đóng góp vào sự phát triển của ngành công nghiệp dầu khí nói riêng và nền công nghiệp của nước ta nói chung

Đặc điểm của quá trình chế biến dầu mỏ đó là sự liên tục, kế tiếp nhau Sản phẩm đầu ra của quá trình này sẽ là đầu vào của một hay nhiều quá trình khác Sự thay đổi chế độ vận hành của một quá trình này sẽ dẫn đến sự ảnh hưởng của quá trình khác Quyết định đến số lượng và chất lượng của các sản phẩm đầu ra

Trong quá trình sản xuất Bể khử khí là một trong những thiết bị đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong phân xưởng thu hồi và xử lý nước ngưng Không khí hòa tan trong nước ngưng, nước cấp và nước bổ sung có chứa khi xâm thực (O2 , CO2 ) gây ăn mòn thiết bị và đường ống dẫn trong Nhà máy Để bảo vệ chúng khỏi sự ăn mòn của khí trong nước, người ta áp dụng biện pháp tách khí hòa tan ra khỏi nước – gọi là khử khí cho nước

Ngoài việc giữ nhiệt độ của nước trong bể khử khí ở nhiệt độ bão hòa, bể khử khí còn là nơi cấp nước cho các phân xưởng công nghệ cho các mục đích sau: Cung cấp nước sinh hơi cho lò hơi CO (RFCC) chiếm 40% lượng hơi của nhà máy, các thiết bị sinh hơi Thấp áp, trung áp và cao áp của phân xưởng RFCC như E-

1503, E1504, E-1505 , cấp nước cho Steam Drum của CCR Heater sinh hơi cao

áp, cấp nước sinh cho thiết bị sinh hơi cao áp tại SRU và cung cấp nước Desuperheated cho các dòng hơi để điều khiển nhiệt độ các dòng hơi đi vào các thiết bị quay quan trọng, các bơm, máy nén dùng tua bin hơi, đảm bảo chất lượng, tránh gây ảnh hưởng đến năng suất làm việc và đặc biệt là tuổi thọ của các thiết bị quay quan trọng Nếu mất nước cấp tại bể TK- 3201A/B thì các sẽ không cấp nước BFW liên tục cho các phân xưởng công nghệ được, sẽ dẫn đến hầu như dừng toàn

bộ các phân xưởng công nghệ liên quan như RFCC, LTU, NTU, PRU, CCR, NHT, ISOM, LCO-HDT, PP Plant, SRU Như vậy việc điều khiển để giữ mức nước trong

bể khử khí ổn định là một công việc quan trọng sống còn đối với nhà máy, yêu cầu

bộ điều khiển có đáp ứng nhanh, ổn định và tin cậy

Do đó, tôi chọn đề tài này làm luận văn tốt nghiệp với mục đích tìm hiểu nghiên cứu, ứng dụng hệ điều khiển thích nghi cho mức nước bể khử khí TK- 3201

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là bể khử khí tại phân xưởng Thu hồi và Xử lý Nước ngưng, Nhà máy lọc dầu Dung Quất

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu phương pháp điều khiển thích nghi để điều khiển mức bể khử khí TK-3201

3 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện nghiên cứu đề tài khoa học này, thì cần phải kết hợp 2 phương pháp sau:

điều khiển thích nghi, các mô hình bể nước, các hàm tối ưu trong Matlab và các tính toán hỗ trợ ước lượng thông số mô hình

mềm Matlab, tạo dữ liệu mô phỏng, mô phỏng kiểm

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần hoàn thiện một phương pháp điều khiển mới khắc phục được một số nhược điểm của các phương pháp điều khiển , từ

đó mở ra một tiềm năng áp dụng cài đặt vào các thiết bị điều khiển trong công nghiệp làm nâng cao hơn nữa chất lượng điều khiển cho các mô hình có thông số thay đổi lớn theo thời gian

5 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, trong luận văn còn có các chương kế tiếp như sau:

Mở đầu

Lý do chọn đề tài

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Cấu chúc luận văn

Chương 1: Giới thiệu về Nhà máy lọc dầu Dung Quất

Giới thiệu về Nhà máy lọc dầu

Giới thiệu các hạng mục công trình

Mô hình toán học dạng gián đoạn của bể TK-3201

Mô phỏng bể khử khí TK-3201 với bộ điều khiển PI cố định

Kết luận chương 2

Chương 3 Điều khiển thích nghi

Giới thiệu chung

Hệ thống thích nghi theo mô hình mẫu (MRAS)

Hệ điều khiển thích nghi tự chỉnh

Ước lượng thông số

Chứng minh thuật toán ước lược thông số theo phương pháp đệ quy

Luật thích nghi

Kết luận chương 3

Chương 4 Nghiên cứu bộ điều khiển PI thích nghi điều khiển mức nước

bể khử khí TK-3201

Giới thiệu chung

Nghiên cứu bộ điều khiển PI thích nghi

Xây dựng mô hình giải thuật toán ước lượng thông số

Mô phỏng điều khiển thích nghi bể khử khí TK-3201

Nhận xét đánh giá các kết quả tổng hợp

Kết luận chương 4

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT TỔNG QUAN

VỀ NHÀ MÁY VÀ ĐIỀU KHIỂN MỨC BỂ TK - 3201

1.1 Địa điểm và diện tích sử dụng

Địa điểm: Nhà máy được xây dựng tại Khu kinh tế Dung Quất, thuộc địa bàn các xã Bình Thuận và Bình Trị, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi

Diện tích sử dụng: Khoảng 956 ha (bao gồm cả 140 ha mở rộng trong tương lai) bao gồm 485 ha mặt đất và 471 ha mặt biển, trong đó (hiện tại): Khu nhà máy chính 110 ha; Khu bể chứa dầu thô 42 ha; Khu bể chứa sản phẩm 43,83 ha; Khu tuyến dẫn dầu thô, cấp và xả nước biển 17 ha; Tuyến ống dẫn sản phẩm 77,46 ha; Cảng xuất sản phẩm 135 ha và Hệ thống phao nhập dầu không bến, tuyến ống ngầm dưới biển và khu vực vòng quay tàu 336 ha

Hình 1.1 Toàn cảnh các phân xưởng công nghệ nhà máy lọc dầu Dung Quất

1.2 Cấu hình công nghệ

Hình 1.2 Toàn cảnh các quá trình công nghệ trong nhà máy lọc dầu Dung Quất

1.3 Công suất chế biến và nguyên liệu

- Công suất chế biến: 6,5 triệu tấn dầu thô/năm, tương đương 148.000 thùng/ngày Sau khi hoàn thành nâng cấp mở rộng: 8,5 triệu tấn dầu thô/năm, tương đương 192.000 thùng/ngày

Nguyên liệu:

- Giai đoạn 1: Chế biến 100% dầu thô Bạch Hổ - Việt Nam (hoặc dầu thô tương đương)

- Giai đoạn 2: Chế biến dầu chua

1.4 Quy trình hoạt động của Nhà máy lọc Dầu

Dầu thô được nhập vào nhà máy lọc dầu để chế biến thông qua hệ thống phao rót dầu một điểm neo (SPM) có khả năng tiếp nhận tàu có trọng tải từ 80.000 đến 150.000 tấn (Sau khi nâng cấp, mở rộng 300.000 tấn) và đường ống dẫn dầu từ phao đến khu bể chứa dầu thô dài khoảng 4,2km

Dầu thô được bơm vào khu bể chứa dầu thô gồm 08 bể có dung tích bằng nhau mỗi bể là 65.000m3 Sau đó dầu thô được bơm vào tháp chưng cấp khí quyển

có Công suất 140 ngàn thùng một ngày để tách thành các phân đoạn như: Gas, Naptha, Kerosen, Gas oil nặng và nhẹ và cặn khí quyển

Khí Gas được đưa đến phân xưởng chế biến Gas và thu hồi Propylene để cho

ra khí hóa lỏng và Propylene đưa qua nhà máy Polypropylene để chế biến hạt nhựa

Naptha được đưa đến các phân xưởng công nghệ để nâng cao chỉ số octan phối trộn xăng

Kerosen được đưa đến phân xưởng xử lý kerosen để cho ra nhiên liệu phản lực Jet A1 và dầu hỏa

Gas oil nặng và nhẹ được đưa đến các phân đoạn xử lý cho ra dầu diesel Cặn khí quyển được đưa đến phân xưởng xử lý để cho ra các sản phẩm: xăng, diesel, dầu nhiên liệu…

Toàn bộ các phân xưởng công nghệ và phụ trợ của Nhà máy được điều hành tại Nhà điều khiển trung tâm thông qua hệ thống điều khiển phân tán DCS hiện đại

có chức năng điều khiển, giám sát, ghi nhận, lưu trữ và hiển thị dữ liệu về quá trình vận hành của Nhà máy

Để phục vụ cho các phân xưởng công nghệ hoạt động, NMLD có 10 phân xưởng phụ trợ như Nhà máy điện, các phân xưởng cung cấp khí nén và khí điều khiển, hóa chất, nước làm mát, nước cứu hỏa và nước sinh hoạt, khí nhiên liệu, dầu nhiên liệu, phân xưởng xử lý nước thải

Các sản phẩm từ khu vực công nghệ được đưa đến chứa tại khu bể chứa trung gian, tại đây các sản phẩm được kiểm tra chất lượng và phối trộn với tỉ lệ hợp

lý trước khi đưa ra khu bể chứa sản phẩm bằng đường ống dài khoảng 7 km

Các sản phẩm của nhà máy được chứa trong 22 bể chứa thành phẩm và xuất bán bằng đường bộ và cảng xuất bằng đường biển để xuất bán tất cả các sản phẩm của Nhà máy

Cảng xuất sản phẩm bằng đường biển đặt trong vịnh Dung Quất cách Khu bể chứa sản phẩm khoảng 3 km Cảng xuất sản phẩm bằng đường biển xuất các sản phẩm qua 6 bến xuất cho tàu có trọng tải từ 1.000 đến 30.000 tấn

Nhằm ngăn sóng, bảo vệ khu Cảng xuất sản phẩm của NMLD và các công trình khác trong vịnh Dung Quất, một Đê chắn sóng được xây dựng với tổng chiều dài gần 1.600m, mặt đê rộng 11 m, chiều cao đê so với mặt nước biển từ 10 đến 11m

1.5 Cơ cấu sản phẩm

Nhà máy sản xuất khí hóa lỏng LPG, propylene, polypropylene, xăng A92 và A95, dầu hỏa, nhiên liệu phản lực, diesel và dầu nhiên liệu Nhà máy gồm 14 phân xưởng chế biến công nghệ, 10 phân xưởng năng lượng phụ trợ và 8 hạng mục ngoại

vi Các sản phẩm chính của nhà máy bao gồm:

Tên sản phẩm (Nghìn tấn/năm)

+ Theo Quyết định 514/QĐ-TTg ngày 10/7/1997 (giai đoạn tự đầu tư từ năm

1997 đến 1999): Tổng mức đầu tư là 1,5 tỷ USD;

+ Theo Theo Quyết định 560/CP-DK ngày 21/6/2001 của Chính phủ (giai đoạn liên doanh với Nga): Tổng mức đầu tư cho dự án là 1,297 tỷ USD không bao gồm phí tài chính;

+ Theo Quyết định 546/QĐ-TTg ngày 17/6/2005 (Giai đoạn trở lại hình thức

tự đầu tư): 2,501 tỷ USD;

+ Theo Quyết định số 1291/QĐ-TTg ngày 17/8/2009 (sau khi hoàn thành công tác xây dựng và chạy thử nhà máy): Phê duyệt tổng mức đầu tư là 3,053 tỷ USD

1.7 Giới thiệu các hạng mục công trình

1.7.1 Phao rót dầu SPM và tuyến ống dẫn dầu thô

Vận hành nhập dầu thô tại SPM của NMLD Dung Quất

- Đường kính phao: 12m

- Chiều cao phao: 5m (phần chìm là 3,75m, phần nổi là 1,25m)

- Công suất của phao: Được thiết kế nhập dầu thô với công suất 6.000 m3/h

- Công suất hệ thống thông rửa bằng thoi (pig): 1300 m3/h

Dầu thô được bơm từ tàu chở dầu qua phao SPM, hệ thống ống phân phối (PLEM), đường ống dẫn dầu thô đến khu bể chứa dầu thô Phao SPM có thể cập tàu

có tải trọng 150.000 tấn Đường ống dẫn dầu thô từ phao SPM vào khu bể chứa dầu thô dài khoảng 4,2 km, trong đó có đoạn đi ngầm dưới đáy biển là 3,2 km và đoạn

đi ngầm trên bờ khoảng 1 km

1.7.2 Khu bể chứa dầu thô

Hình 1.3 Khu bể chứa dầu thô NMLD Dung Quất

- Tổng số bể chứa dầu thô : 08 bể- Tổng dung tích xây lắp : 760.133 m3

- Tổng dung tích làm việc : 520.000 m3

Các bể chứa dầu thô có dung tích bằng nhau, đường kính 69,0 m, chiều cao 22,4 m Bể được thiết kế mái nổi, vật liệu chế tạo bằng thép carbon Trong khu bể chứa dầu thô còn có các hệ thống giá, bệ đỡ đường ống, trạm biến áp, trạm bơm dầu, hệ thống thu gom nước thải, hệ thống cấp thoát nước, hệ thống cấp điện cho trạm bơm và điện bảo vệ, các công trình phụ trợ khác

1.7.3 Các phân xưởng công nghệ

+ Các phân xưởng công nghệ (gồm 14 phân xưởng):

- Phân xưởng chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển (CDU)

- Phân xưởng xử lý Naphta bằng Hyđrô (NHT)

- Phân xưởng reforming xúc tác liên tục (CCR)

- Phân xưởng cracking xúc tác cặn dầu (RFCC)

- Phân xưởng thu hồi Propylen (PRU)

- Phân xưởng tái sinh Amine (ARU)

- Phân xưởng xử lý LPG (LTU)

- Phân xưởng xử lý nước chua (SWS)

- Phân xưởng trung hòa kiềm (CNU)

- Phân xưởng xử lý Kerosene (KTU)

- Phân xưởng thu hồi Lưu huỳnh (SRU)

- Phân xưởng xử lý Naphta của RFCC (NTU)

- Phân xưởng đồng phân hóa Naphta nhẹ (IZOMER hóa)

- Phân xưởng xử lý LCO bằng Hydro (LCO-HTD)

Toàn bộ các phân xưởng công nghệ và phụ trợ của Nhà máy được điều hành tại Nhà điều khiển trung tâm thông qua hệ thống điều khiển phân tán DCS hiện đại

có chức năng điều khiển, giám sát, ghi nhận, lưu trữ và hiển thị dữ liệu về quá trình vận hành của Nhà máy

- Để phục vụ cho các phân xưởng công nghệ hoạt động, Nhà máy có 10 phân

xưởng phụ trợ như Nhà máy điện, các phân xưởng cung cấp khí nén và khí điều

khiển, hóa chất, nước làm mát, nước cứu hỏa và nước sinh hoạt, khí nhiên liệu, dầu nhiên liệu, phân xưởng xử lý nước thải v.v để đảm bảo quá trình hoạt động của các phân xưởng công nghệ và các hạng mục liên quan khác

1.7.4 Nhà máy điện và các trạm điện

Nhà máy điện có 4 tổ máy với tổng công suất là 108 MW và 4 nồi hơi có tổng công suất 784 tấn hơi/h ở nhiệt độ 505oC và 107 at- mốt-phe Nhà máy điện là nguồn cung cấp hơi nước và điện sử dụng trong Nhà máy lọc dầu

Hình 1.4 Một góc Trung tâm điểu khiển (CCC) NMLD Dung Quất

1.7.5 Hệ thống nhập nước biển làm mát

Hệ thống bao gồm một đầu lấy nước biển nằm ngoài khơi, một bể chứa nước biển, ống dẫn nước biển, bơm nước biển, cụm nạp hypochlorite và đầu xả nước biển Hệ thống được thiết kế nhằm: Cung cấp nước biển làm mát cho các Turbine Condenser của phân xưởng RFCC và của Nhà máy điện, và cung cấp nước biển làm mát cho phân xưởng nước làm mát

1.7.6 Khu bể chứa trung gian

- Tổng số bể chứa trung gian : 23 bể

Hệ thống ống dẫn từ nhà máy tới khu bể chứa: Chiều dài khoảng 7 km, gồm

12 tuyến ống (8 tuyến ống sản phẩm, 4 tuyến ống phụ trợ/dầu cặn), có kích cỡ từ 5,08 cm - 40,64 cm, để vận chuyển các sản phẩm như Xăng RON 92/95, Jet A1, dầu Diesel, FO, Propylene, LPG, nước công nghiệp, nước nồi hơi, nitơ và dầu thải

Hình 1.6 Hệ thống ống dẫn sản phẩm NMLD Dung Quất

Hệ thống ống dẫn từ khu bể chứa sản phẩm tới khu vực xuất sản phẩm bằng đường biển: Chiều dài khoảng 3 km, có 15 tuyến ống (10 tuyến ống sản phẩm, 5 tuyến ống phụ trợ/dầu thải/nước dằn tàu), kích cỡ từ 5,08 cm - 76,2 cm để vận chuyển các sản phẩm như xăng Mogas 90, xăng Mogas 92/95, Jet A1, Auto diesel,

FO, Propylene, LPG, nước cứu hỏa, nước dằn tàu, nước sinh hoạt, khí điều khiển và nitơ

1.7.8 Khu bể chứa sản phẩm

- Tổng số bể chứa sản phẩm : 22 bể

- Tổng dung tích làm việc : 393.073 m3

Khu bể chứa sản phẩm được chia thành 8 lô đất, mỗi lô bố trí từ 2-5 bể, các

lô được ngăn cách bởi các đê chắn bằng đất đắp, mái đê được gia cường bằng bêtông cốt thép Trong khu bể chứa sản phẩm còn có các hạng mục như trạm biến

áp, trạm cứu hỏa, hệ thống cấp thoát nước, hệ thống cấp điện, điều hòa thông gió, trạm xử lý nước thải và các công trình phụ trợ khác

Hình 1.7 Bồn cầu chứa khí hóa lỏng (LPG) Khu bể chứa sản phẩm

Hình 1.8 Khu bể chứa sản phẩm NMLD Dung Quất

1.7.9 Trạm xuất sản phẩm bằng đường bộ

Trạm xuất cho xe bồn nằm ở phía Tây của khu bể chứa sản phẩm dùng để xuất các sản phẩm thông dụng như xăng Mogas 92/95, Mogas 90, Jet A1, Auto Diesel và FO

Trạm xuất được thiết kế với 2 giàn xuất, trên mỗi giàn lắp các cần xuất có thể phục vụ cho cả 2 phía của giàn xuất, trạm sẽ xuất được cùng lúc 4 xe Trạm bơm cũng được thiết kế với diện tích dự phòng cho khu mở rộng trong tương lai

Hình 1.9 Trạm xuất sản phẩm bằng đường bộ

1.7.10 Cảng xuất sản phẩm bằng đường biển

Cảng xuất sản phẩm nằm trong khu vực vịnh Dung Quất sát phía trong của thân đê chắn sóng, có diện tích sử dụng khoảng 135 ha gồm mặt đất và mặt biển với

quy mô như sau:

- Hai bến xuất (số 1 và số 2) cho phép tiếp nhận tàu có trọng tải từ 15.000 tấn đến 30.000 tấn, có thể mở rộng để tiếp nhận tàu có trọng tải lớn nhất là 50.000 tấn

- Bốn bến xuất thành phẩm (số 3, 4, 5 và 6) cho phép tiếp nhận tàu có trọng tải từ 1.000 tấn đến 5.000 tấn, có thể mở rộng để tiếp nhận tàu 30.000 tấn

- Hệ thống cầu dẫn ra các bến gồm các trụ cầu dẫn đỡ tuyến ống và một đường công vụ

- Tuyến luồng dẫn vào bến và vũng quay tàu

1.7.11 Đê chắn sóng

Đê chắn sóng được xây dựng tại vịnh Dung Quất nhằm ngăn sóng, bảo vệ khu Cảng xuất sản phẩm của NMLD

- Chiều dài toàn đê: gần 1.600 m

- Chiều rộng trung bình của đê: 11 m

- Chiều cao đê so với mặt nước biển: khoảng 10 - 11 m

- Lõi đê : Đá các loại theo tiêu chuẩn quy định

- Vỏ ngoài đê : Phủ bằng cấu kiện Accropode

Việc xây dựng đê chắn sóng không những bảo vệ an toàn khu Cảng xuất sản phẩm, mà còn có tác dụng chắn sóng cho toàn bộ vịnh Dung Quất, đảm bảo hoạt động của các hạng mục như Bến số 1 của Cảng công vụ, các bến của Cảng tổng hợp, Cảng chuyên dụng và một số công trình biển khác của Khu kinh tế Dung Quất

1.7.12 Khu nhà hành chính và điều hành

Khu xưởng bảo trì cơ khí

Hạng mục nhà hành chính và điều hành nằm phía bắc của khu nhà máy chính, có tổng diện tích khoảng 10ha, trên cao trình san nền +11m, được quy hoạch trong khu vực không có nguy cơ cháy nổ Bao gồm các hạng mục nhà hành chính, nhà bảo vệ, trạm y tế, trạm cứu hỏa, gara sửa chữa ôtô, nhà ăn, cửa hàng, nhà giặt

là, xưởng bảo trì cơ khí, xưởng bảo trì điện, hệ thống thông tin liên lạc, kho bảo trì, đường giao thông, sân bãi, cây xanh, vườn hoa và hệ thống kỹ thuật kết nối với khu nhà máy chính

1.7.13 Nhà máy sản xuất Polypropylene

Nhà máy PP có công suất 150.000 tấn/năm sản phẩm nhựa homopolymer trên cơ sở 8.000 giờ vận hành mỗi năm, được xây dựng dựa trên công nghệ bản quyền Hypol-II của Tập đoàn hóa chất Mitsui, Nhật Bản

Nguyên liệu đầu vào là propylene, đây là một trong các sản phẩm của Nhà máy lọc dầu Từ propylene, cùng với hydrogen và xúc tác, nhà máy sản xuất trên 30 loại sản phẩm nhựa homopolymer PP cho các ứng dụng khác nhau như đúc

(injection molding), thổi (blow molding), phim (film), và sợi (fibre), đáp ứng một phần nhu cầu nhựa PP thị trường nội địa

Bể khử khí TK-3201 là một bể hình trụ, chiều cao 2.5 mét, tiết diện làm việc

C = 17.5 mét vuông Bể được lắp đặt tại vị trí cao khoảng 20 mét so với mặt đất như hình 1.9

Bể TK-3201 được cung cấp nước bởi một đường ống vào chính có lưu lượng lớn nhất đạt 275m3/h

Bể có ba đường ra tương ứng là V01, V02, V03 Trong quá trình vận hành bình thường ở 100% công suất của nhà máy lọc dầu Dung Quất, bể nước TK-3201 được duy trì ở mức nước H01 = 1.7 mét Đường V01, V02 mở hoàn toàn và V03 đóng hoàn toàn với tổng lưu lượng ra của hai đường là Q01 = 100 m3/h Đây là điểm làm việc thường xuyên nhất của bể nước TK-3201

Tuy nhiên trong quá trình vận hành của nhà máy, có những thời điểm nhu cầu sử dụng nước lò hơi tăng cao đòi hỏi đường V03 tiếp tục mở, bể nước sẽ vận hành tại điểm làm việc có chiều cao H02 = 1.5 mét và tổng lưu lượng ra là Q02 =

140 m3/h

Hình 1.9 Bể Khử khí TK-3201 tại Nnhà máy lọc dầu Dung Quất

Bên cạnh đó, nếu trong quá trình vận hành tại điểm H01, nhu cầu sử dụng nước cấp lò hơi giảm đi, đường V02 sẽ đóng lại, bể nước sẽ vận hành tại điểm H03với độ cao 2 met và tổng lưu lượng ra 80 m3/h

Hình 1.10 Các dòng vào – ra của bể Khử khí DA-3201

Tóm lại, bể khử khí TK-3201 có 3 điểm làm việc chính:

- H01: tương ứng chiều cao H01 = 1.7 mét và Q01 = 100 m3/h; quan hệ giữa hai đại lượng này khi dòng chảy đều được mô tả bởi biểu thức

Q01 = K1H01 Theo thực nghiệm

01

01 1

02

02 1

03

03 3

H Q

1.9.2 Vai trò việc khử khí đối với vận hành nhà máy

Bể khử khí là một trong những thiết bị đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong phân xưởng thu hồi và xử lý nước ngưng Không khí hòa tan trong nước ngưng, nước cấp và nước bổ sung có chứa khi xâm thực (O2, CO2) gây ăn mòn thiết bị và đường ống dẫn trong Nhà máy Để bảo vệ chúng khỏi sự ăn mòn của khí trong nước, người ta áp dụng biện pháp tách khí hòa tan ra khỏi nước – gọi là khử khí cho nước

Để tách không khí hòa tan, trong Nhà máy lọc dầu áp dụng phương pháp khử khí hòa tan trong nước bằng nhiệt Lượng oxy còn lại trong nước sau khi khử khí bằng nhiệt sẽ được vô hiệu hóa thêm bằng cách kết hợp nó với chất phản ứng hóa học

Khử khí bằng nhiệt dựa trên cơ sở sau[4]:

Theo định luật Henri thì lượng khí hòa tan trong nước (nồng độ khối lượng của nó) ở nhiệt độ đã cho tỉ lệ với áp suất của khí trên bề mặt thoáng của nước

Theo định luật Henri – Đantơn thì lượng khí Gj có trong hỗn hợp khí và hòa tan trong nước ở nhiệt độ không đổi, tỉ lệ với phân áp suất của nó pj trên bề mặt thoáng của nước:

Gj = Kjpj

Ở đây Kj là hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào loại khí, áp suất và nhiệt độ của nó Theo định luật này thì thành phần tương đối của các chất khí có trong không khí hòa tan trong nước sẽ khác với thành phần của chúng trong không khí

Chẳng hạn, ở nhiệt độ 00C và áp suất khí quyển, nước chứa (tính theo thể tích) 34.9% oxy (trong không khí là 21%); 2.5% CO2 (trong không khí là 0.04%); 62.6% nitơ và các khí khác (trong không khí là 78.96%)

Gây ăn mòn chính cho kim loại chế tạo thiết bị và đường ống là ôxy Nó có nhiều trong không khí và hòa tan nhiều trong nước

4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3

Hệ số ăn mòn của Ôxy:

34 2 3 3

5 4 3

4

2 6 2

Fe KÔxy

Đặc biệt khi có CO2 thì tác động ăn mòn của ôxy tăng lên rất nhiều:

Fe + 2CO2 + 2H2O = Fe(HCO3)2 + H2 4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 + 8CO2 Lúc này:

7 3

5 4 4

2 6 2

Bởi vậy CO2 được xem là chất xúc tác ăn mòn của ôxy đối với kim loại vì

cường độ ăn mòn của chính bản thân CO2 đối với kim loại rất nhỏ

2 2 6 2

4 2

5 4







x CO

Nếu nước không được gia nhiệt tới giá trị bão hòa (ở áp suất đã cho) thì hàm lượng các chất khí còn lại trong nước sẽ tăng lên (đặc biệt là ôxy)

Để đuổi hết các khí hòa tan trong nước ra khỏi nước, ngoài giữ nhiệt độ của nước bằng với nhiệt độ bão hòa ứng với áp suất trong bình, còn phải đảm bảo đủ thời gian, đủ bề mặt tiếp xúc giữa hơi và nước và phải đảm bảo việc thoát hơi ra khỏi Bình khử khí

Ngoài việc giữ nhiệt độ của nước trong bể khử khí ở nhiệt độ bão hòa, bể khử khí còn là nơi cấp nước cho các phân xưởng công nghệ cho các mục đích sau: Cung cấp nước sinh hơi cho lò hơi CO (RFCC) chiếm 40% lượng hơi của nhà máy, các thiết bị sinh hơi Thấp áp, trung áp và cao áp của phân xưởng RFCC như E-

1503, E1504, E-1505 , cấp nước cho Steam Drum của CCR Heater sinh hơi cao

áp, cấp nước sinh cho thiết bị sinh hơi cao áp tại SRU và cung cấp nước Desuperheated cho các dòng hơi để điều khiển nhiệt độ các dòng hơi đi vào các thiết bị quay quan trọng, các bơm, máy nén dùng tua bin hơi, đảm bảo chất lượng, tránh gây ảnh hưởng đến năng suất làm việc và đặc biệt là tuổi thọ của các thiết bị quay quan trọng Nếu mất nước cấp tại TK-3201A/B thì các sẽ không cấp nước BFW liên tục cho các phân xưởng công nghệ được, sẽ dẫn đến hầu như dừng toàn

bộ các phân xưởng công nghệ liên quan như RFCC, LTU, NTU, PRU, CCR, NHT, ISOM, LCO-HDT, PP Plant, SRU Như vậy việc điều khiển để giữ mức nước trong

bể khử khí ổn định là một công việc quan trọng sống còn đối với nhà máy, yêu cầu

bộ điều khiển có đáp ứng nhanh, ổn định và tin cậy

1.10 Vấn đề tồn tại trong điều khiển mức bể khử khí TK-3K3201

Hình 1.11 Bể khử khí TK-3201 và các vòng điều khiển mức

Mức nước bể khử khí TK-3201 được điều khiển bằng bộ điều khiển mức

032LIC011 như trên hình 1.11 thể hiện, việc điều khiển mức nước này được thực

hiện như sau:

- Mức nước thực tế của bể khử khí được đo bằng một thiết bị đo mức theo nguyên lý chênh lệch áp suất, thiết bị này gởi tín hiệu mức nước về bộ điều khiển

PID 032LIC011

- Bộ điều khiển PID 032LIC011 nhận tín hiệu mức nước của bể, so sánh

giá trị thực tế nhận được với giá trị đặt trong bộ điều khiển sau đó tính toán gởi tín

hiệu điều khiển đến bộ điều khiển lưu lượng vào bể 032FIC006

- Bộ điều khiển lưu lượng 032FIC006 nhận tín hiều điều khiển từ bộ điều khiển mức 032LIC011 và gởi tín hiệu điều khiển để đóng hoặc mở van điều khiển

032FV006 để điều khiển lưu lượng nước vào bể khử khí

Trên hình 1.11 thể hiện tại thời điểm mức nước của bể là 60%, giá trị đặt là 60% và độ mở van là 55%, bộ điều khiển đang làm việc ổn định với 2 van đầu ra

mở và 1 van đầu ra đóng

Mức nước trong bể TK-3201 được điều khiển bằng bộ điều khiển PI

032LIC011 có hệ số Kp, Ki cố định Bộ điều khiển này làm việc tốt khi các thông

số mô hình bể nước ổn định, nghĩa là các Q01, Q02 và Q03 ở trạng thái đóng hoặc

mở cố định trong suốt quá trình làm việc

Nếu trong quá trình làm việc Q01, Q02 và Q03, vì một lý do nào đó đóng hoặc

mở đột ngột thì mức nước của bể sẽ có sự thay đổi đột ngột và bộ điều khiển này

không đáp ứng kịp để giữ mức nước bể ổn định do các hệ số Kp, Ki ban đầu không còn phù hợp với điều kiện làm việc mới của bể Lúc này nhân viên vận hành phải chuyển

bộ điều khiển về chế độ vận hành bằng tay, thao tác đóng mở các van tay để giữ mức nước ổn định ở giá trị mong muốn

Hình 1.12 Các tín hiệu điều khiển mức bể khử khí dao động mạnh khi thay đổi đầu

ra của bể

Trong hình 1.12:

- Đường màu xanh trắng là đường tín hiệu mức nước bể khử khí nhận về;

- Đường tín hiệu màu đỏ là đường tín hiệu từ bộ điều khiển PID gởi đến van điều khiển mức nước bể khử khí;

- Đường tín hiệu màu vàng là đường tín hiệu trả về vị trí của van điều khiển thực tế

Trong hình trên ta nhận thấy một thực tế rằng có thời điểm các tín hiệu này đang ổn định đột ngột dao động mạnh, thời điểm đó được ghi nhận là thời điểm có

sự thay đổi đột ngột của lưu lượng đầu ra của bể khử khí, dẫn đến các thông số mô hình bể khử khí thay đổi và các đáp ứng của bộ điều khiển thay đổi theo

Hình 1.13 Hình ảnh nhân viên vận hành chuyển chế độ vận hành của bộ điều khiển

về tình trạng vận hành bằng tay, giữ nguyên giá trị điều khiển không đổi để kiểm

soát ổn định mức bể

Trong hình (1.13):

- Đường tín hiệu màu xanh trắng là đường tín hiệu mức nước bể khử khí;

- Đường tín hiệu màu đỏ là đường tín hiệu bộ điều khiển PID gởi ra đến van điều khiển mức nước

Qua hình 1-12 ghi nhận 3 khoảng hoạt động của bộ điều khiển PID:

- Khoảng thời gian bộ điều khiển đang hoạt động ở chế độ tự động, được ghi nhận bằng hình tín hiệu điều khiển và tín hiệu mức nước bể khử khí thay đổi một cách có qui luật;

- Khoảng thời gian mức nước có thay đổi đột ngột lớn, tuy nhiên trong thời gian này tín hiệu bộ điều khiển gởi đến van điều khiển chưa có đáp ứng tương ứng, điều đó dẫn nước mức nước dao động mạnh;

- Khoảng thời gian ghi nhận nhân viên vận hành chuyển chế độ làm việc của

bộ điều khiển mức nước bể khử khí từ chế độ tự động sang chế độ vận hành bằng tay, nghĩa là thời điểm này tín hiệu điều khiển gởi ra van điều khiển từ bộ điều khiển giữ nguyên giá trị, không thay đổi nữa, được ghi nhận bằng hình tín hiệu màu

đỏ nằm ngang giữ nguyên giá trị;

Sau khoảng thời gian dao động mạnh, mức nước bể khử khí trở lại giá trị bình thường, nhân viên vận hành chuyển chế độ hoạt động của bộ điều khiển mức nước bể khử khí từ vận hành bằng tay sang chế độ tự động, được ghi nhận bằng hình tín hiệu từ bộ điều khiển PID gởi ra van điều khiển có thay đổi theo qui luật

1.11 Kết luận Chương 1

Chương 1 giới thiệu khái quát về nhà máy lọc dầu Dung Quất, vị trí địa lý, diện tích mặt bằng, lịch sử hình thành và phát triển của nhà máy lọc dầu đầu tiên ở Việt Nam Trong chương này cũng nêu lên các nhà thầu xây dựng lớn trên thế giới, qui mô, tổng công suất nhà máy, các quá trình công nghệ diễn ra trong nhà máy và

cơ cấu các sản phẩm của nhà máy lọc dầu Dung Quất cũng như nêu bật vai trò kinh

tế chính trị của nhà máy đối với nền công nghiệp lọc hóa dầu của Việt Nam nói

riêng và như nền kinh tế đất nước nói chung

Giới thiệu về vai trò của phân xưởng hơi nước và nước ngưng, giới thiệu về vai trò của việc thu gom hơi nước và nước ngưng, vai trò của việc xử lý nước ngưng và tầm quan trọng của bể khử khí đối với quá trình vận hành an toàn ổn định, hiệu quả của nhà máy lọc dầu Dung Quất

Trong chương này vấn đề tồn tại của việc điều khiển mức nước bể khử khí TK-3201 tại nhà máy lọc dầu Dung Quất được nhận dạng và phân tích, những hạn chế của bộ điều khiển hiện tại cũng được nêu ra chi tiết

CHƯƠNG 2

MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CHUNG

2.1 Mô hình tính toán chung

Xét một bể nước hở có lưu lượng đầu vào qi ở đỉnh bể và lưu lượng đầu ra q0 ở đáy bể Tiết diện bể là C và chiều cao cột nước là h như hình (2.1)

Hình 2.1 Mô hình bể nước

Phương trình dòng chảy rối (tổng quát)

dt

dh C q

h K

Với K là hệ số phụ thuộc vào tiết diện ngang của van đầu ra của bể, nơi dòng chảy đi qua, phụ thuộc vào đặc tính của bản thân chất lỏng đó như độ nhớt, khối lượng riêng…và gia tốc trọng trường

C là tiết diện ngang của bể

qi là lượng nước tức thời chảy vào bể thông qua van điều khiển đầu vào

q0 là lưu lượng nước tức thời chảy ra khỏi bể qua van đầu ra

Từ (2.1) và (2.2), suy ra:

i q h K dt

dh

Biểu thức (2.3) là mô tả toán học mối quan hệ giữa lưu lượng nước vào bể qi

và chiều cao cột nước h trong bể Trong đó C là tiết diện bể và K là đại lượng phụ thuộc vào bản chất và điều kiện của chất lỏng chảy ra khỏi bể như giải thích ở biểu thức (2.2)

Xét quan hệ giữa q0 với h trong (2.2), đặc tính là đường parabol như hình vẽ 2.2

Hình 2.2 Quan hệ giữa lưu lượng và chiều cao cột nước, tuyến tính hóa lân cận

K dq

2

0 

Do đó:

0 0 0

22

q

h q

h h dq

q R

h dt

dh

Biểu thức (2.7) là phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa lưu lượng vào

bể nước qi và chiều cao cột nước h trong bể Trong đó C là tiết diện của bể nước và

Rt là một đại lượng biến thiên

Vậy :

i t

dt

dh C

Trong đó Rt là thông số biến thiên

Trong phạm vi biến thiên nhỏ của h và q0, Rt được xem là hằng số và hệ thống tuyến tính

Hàm truyền đạt tuyến tính hóa:

Từ (2.8) biến đổi laplace hai vế ta có:

CsH

Trong đó H(s) và Qi(s) là laplace của h và qi

Ta có hàm truyền đạt tuyến tính hóa của hệ suy ra từ (2.9) như sau :

     

a s

b C R S

C Cs

R

R s

Q

s H s

G

t t

t i

b s

Q

s H s

G

i bn





Từ các kết quả phân tích trên ta thấy rằng quan hệ của lưu lượng đầu ra q0

và chiều cao cột nước h trong bể khử khí là quan hệ phi tuyến, tuy nhiên tại lân cận một điểm làm việc với sự thay đổi nhỏ của h và q0, thì ta có thể xem quan hệ này là quan hệ tuyến tính với hàm truyền đạt tuyến tính hóa tại biểu thức (2.14), trong đó các thông số a, b phụ thuộc vào điểm làm việc của bể nước

2.2 Mô hình toán học dạng gián đoạn của bể khử khí

Từ hàm truyền đạt tuyến tính hóa của hệ liên tục

 

a s

b s

ta chuyển mô hình đối tượng sang hệ rời rạc

Rời rạc hóa hệ liên tục có hàm truyền cho bởi (2.12), với chu kỳ Ts=0.1s bằng các phương pháp khác nhau ta có các hàm truyền gián đoạn có dạng khác nhau như sau:

Hàm truyền gián đoạn bằng phương pháp impulse có dạng:

 

i

i impulse

a z

z b z G

a z

b z G



 (2.14) Hàm truyền gián đoạn bằng phương pháp tustin có dạng:

 

t

zt t tustin

a z

b z b z G

z H a z

z b z G

i z

z

Trong đó 1và 2 phụ thuộc vào điểm làm việc của bể nước

Ta có phương trình sai phân biểu diễn quan hệ vào ra:

k k i

Phương trình sai phân thành:

2.3 Mô phỏng bể khử khí TK-3201 với bộ điều khiển PI cố định

Từ công thức (2.3) ta thiết lập mô hình để mô phỏng bể khử khí TK-3201 như trên hình (2.3)

Hình 2.3 Sơ đồ mô hình bể nước

Với bể khử khí làm việc tại H01: H01 = 1.7; Q01 = 100 m3/h

Suy ra theo thực nghiệm tại nhà máy lọc dầu Dung Quất

01634 0

Dap ung muc be DA-3201 dieu khien PID

Gia tri dat Dap ung

Hình 2.5 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển PI cho mức nước bể TK-3201 tại điểm

Với thông số bể nước TK-3201 tại nhà máy, các hệ số Kp, Ki lấy từ bộ điều khiển thực tế tại nhà máy, kết quả mô phỏng cho thấy đáp ứng của bộ điều khiển (đường màu đỏ trên hình (2.5) tốt, không có độ quá điều chỉnh, hệ không có dao động

Hình 2.6 Sơ đồ mô hình bể nước trong trường hợp có thêm ngõ rat hay đổi