Nghiên cứu giải pháp để nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu suất làm việc của tháp chưng cất trong công nghiệp dầu mỏ

7 xD Nồng ñộ mol của pha lỏng trên ñỉnh tháp % mol 8 xB Nồng ñộ mol của pha lỏng dưới ñáy tháp % mol 9 yD Nồng ñộ mol của pha hơi trên ñỉnh tháp % mol 10 yB Nồng ñộ mol của pha hơi dưới

TRƯỜNG ðẠI HỌC MỎ - ðỊA CHẤT

-

ðẶNG VĂN CHÍ

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP ðỂ

NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM VÀ HIỆU SUẤT LÀM VIỆC CỦA THÁP CHƯNG CẤT

TRONG CÔNG NGHIỆP DẦU MỎ

-

ðẶNG VĂN CHÍ

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP ðỂ

NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM VÀ HIỆU SUẤT LÀM VIỆC CỦA THÁP CHƯNG CẤT

TRONG CÔNG NGHIỆP DẦU MỎ

HÀ NỘI - 2012

Trang

MỞ ðẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT VÀ HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN THÁP CHƯNG CẤT 5

1.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất 5

1.2 Cấu tạo, nguyên tắc làm việc và hoạt ñộng của tháp chưng cất 6

1.2.1 Giới thiệu về các loại tháp chưng cất 6

1.2.2 Thiết bị chưng cất cơ bản và quá trình vận hành 7

1.2.3 Các thiết bị bên trong tháp chưng cất 9

1.2.4 Thiết bị gia nhiệt 11

1.2.5 Nguyên lý chưng cất 12

1.2.6 Cân bằng lỏng – hơi 14

1.2.7 Những yếu tố ảnh hưởng ñến hoạt ñộng của tháp chưng cất 14

1.3 Các tham số công nghệ ảnh hưởng ñến quá trình chưng cất 17

1.4 Tổng quan về hệ thống ñiều khiển tháp chưng cất 19

1.4.1 Các nguyên tắc cơ bản của quá trình ñiều khiển 19

1.4.2 Hệ thống ñiều khiển phân tán DCS trong các nhà máy lọc dầu 20

1.4.3 ðiều khiển tháp chưng cất trong nhà máy xử lý khí Dinh Cố 27

1.4.4 ðiều khiển tháp chưng cất nhà máy lọc dầu số 1 Dung Quất 28

1.4.4.1 Hệ thống ñiều khiển nhiệt ñộ ñỉnh tháp 29

1.4.4.2 Hệ thống ñiều khiển mức ñáy tháp 32

1.5 Nhận xét 33

Chương 2 MÔ HÌNH HÓA THÁP CHƯNG CẤT DẦU MỎ 35

2.1 Nghiên cứu xây dựng mô hình toán cho tháp chưng cất 35

2.1.1 Mục ñích của việc xây dựng mô hình toán 35

2.1.2 Các ñiều kiện cần thiết ñể xây dựng một mô hình toán 35

2.1.3 Phương pháp xây dựng mô hình 35

2.1.4 Mô hình toán học tháp chưng cất 36

2.1.4.1 Một số giả thiết khi xây dựng mô hình toán 36

2.1.4.2 Phương trình toán ở trạng thái xác lập 37

2.1.4.3 Các phương trình toán ñộng học 48

2.1.5 Nhận xét 52

2.2 Mô phỏng tháp chưng cất 53

2.2.2 Cơ sở dữ liệu mô phỏng 53 2.2.3 Mô phỏng các ñặc tính tĩnh và ñộng học tháp chưng cất 56 2.2.3.1 Khảo sát các ñường ñặc tính tĩnh 56

2.2.3.2 Khảo sát các ñặc tính ñộng học tháp chưng cất 66

2.2.5 Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt ñộ và áp suất trên dòng cấp liệu tới

các ñặc tính ñộng học trong tháp chưng cất 81 2.3 Nhận xét 85 Chương 3 ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO ðỂ DỰ BÁO NỒNG

ðỘ THÀNH PHẦN SẢN PHẨM THÁP CHƯNG CẤT 86

3.2 Những nội dung cần nghiên cứu 87

3.3.2 Mạng nơron nhân tạo 88

3.5 Thiết lập bộ dữ liệu vào – ra cho mạng nơron 97

3.5.3 Mô phỏng ñộng học thiết lập bộ dữ liệu vào – ra cho mạng nơron 99 3.6 Thiết kế và huấn luyện mạng nơron 104 3.7 Khảo sát sự ảnh hưởng tham số mạng tới sai lệch MSE của mô hình 108

3.7.1 Thay ñổi số lượng tế bào nơ ron trong các lớp 108

3.8.1 Kết quả huấn luyện cho trường hợp nhiễu cấp liệu 111 3.8.2 Kết quả huấn luyện cho trường hợp các tham số thay ñổi 114 3.8.3 Kết quả huấn luyện cho trường hợp tổng quát 115

Chương 4 ỨNG DỤNG CẢM BIẾM MỀM ðỂ ðIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP

NỒNG ðỘ THÀNH PHẦN THÁP CHƯNG CẤT 120 4.1 ðặt vấn ñề 120 4.2 Ứng dụng cảm biến mềm(soft_sensor) trong ñiều khiển trực tiếp nồng ñộ 121 4.2.1 ðiều khiển nồng ñộ cấu tử 121 4.2.2 Thiết kế hệ thống ñiều khiển 121

4.2.4 Tắnh toán các tham số cho bộ ựiều khiển 123

4.3 Kết quả mô phỏng, ựánh giá tham số và chất lượng của bộ ựiều khiển 126

4.3.1 Các kết quả mô phỏng 126

4.3.2 đánh giá tham số, chất lượng bộ ựiều khiển trực tiếp nồng ựộ 130

4.4 Nhận xét 132

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 133

CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC đà CÔNG BỐ CỦA NCS 135

TÀI LIỆU THAM KHẢO 140

PHỤ LỤC 141

Danh mục các ký hiệu và các chữ viết tắt

7 xD Nồng ñộ mol của pha lỏng trên ñỉnh tháp % mol

8 xB Nồng ñộ mol của pha lỏng dưới ñáy tháp % mol

9 yD Nồng ñộ mol của pha hơi trên ñỉnh tháp % mol

10 yB Nồng ñộ mol của pha hơi dưới ñáy tháp % mol

13 Hi Entalpy của dòng hơi và tại ñĩa thứ i kcal/kg

14 hi Entalpy của dòng lỏng tại ñĩa thứ i kcal/kg

15 xi,j Nồng ñộ mol cấu tử j pha lỏng trên ñĩa i % mol

16 yi,j Nồng ñộ mol cấu tử j pha hơi trên ñĩa i % mol

18 MD Lượng chất lỏng trong bình ngưng ở ñỉnh tháp kmol

19 MB Lượng chất lỏng trong nồi tái ñun ñáy tháp kmol

20 hD Entalpy của pha lỏng trong sản phẩm ñỉnh kcal/kg

21 hB Entalpy của pha lỏng trong sản phẩm ñáy kcal/kg

23 Qc Lưu lượng nhiệt thu hồi trong bình ngưng (Condenser) J/s

24 QR Lưu lượng nhiệt cấp cho nồi tái ñun (Reboiler) J/s

26 nF Chỉ số ñĩa cấp liệu tại ñĩa f

27 LR Lưu lượng dòng lỏng chảy trên vùng cất kmol/s

28 LS Lưu lượng dòng lỏng chảy trên vùng chưng kmol/s

31 Vn Dòng hơi ñỉnh tháp kmol/s

33 Nc Số lượng các cấu tử trong hỗn hợp

34 Kj Hằng số cân bằng pha của hydrocacbon

40 αj,k ðộ bay hơi tương ñối của cấu tử j so với cấu tử k %

42 xD,j Nồng ñộ mol của cấu tử j trong pha lỏng ñỉnh tháp % mol

43 xB,j Nồng ñộ mol của cấu tử j trong pha lỏng ñáy tháp % mol

44 xi,j Nồng ñộ mol của cấu tử j pha lỏng trên ñĩa thứ i % mol

45 yD,j Nồng ñộ mol của cấu tử j trong pha hơi ñỉnh tháp % mol

46 yB,j Nồng ñộ mol của cấu tử j trong pha hơi ñáy tháp % mol

47 yi,j Nồng ñộ mol của cấu tử j pha hơi trên ñĩa thứ i % mol

49 Aj,Bj Hằng số cho những khoảng nhiệt ñộ hợp lý

50 γj Hệ số hoạt ñộ của cấu tử j trong pha lỏng

51 αj ðộ bay hơi tương ñối của cấu tử j so với cấu tử bất kỳ %

Danh mục các bảng biểu:

2 2.2 So sánh thông số vận hành giữa mô phỏng và tháp thực 59

3 2.3 Kiểm tra nồng ñộ trong các pha trên các phân ñoạn sườn 65

7 3.2 So sánh sai lệch huấn luyện với cấu trúc mạng khác nhau 108

8 3.3 So sánh sai lệch của quá trình huấn luyện khác nhau 109

9 3.4 So sánh sai lệch của quá trình huấn luyện khác nhau 109

10 3.5 Sai lệch của quá trình huấn luyện mạng 20 × 15 × 2 110

11 3.6 So sánh sai lệch của quá trình huấn luyện khác nhau 110

12 4.1 Các hàm truyền thu ñược từ nhận dạng ñường cong 122

13 4.2 Tính toán các tham số PID theo Cohen-Coon 124

14 4.3 Các tham số PID theo Cohen-Coon (lỏng-chưng) 124

15 4.4 Các tham số PID theo Cohen-Coon (hơi-cất) 124

16 4.5 Chất lượng ñiều khiển theo Cohen – Coon 131 Danh mục các hình vẽ:

4 1.4 Chuyển ñộng của các dòng lỏng và hơi bên trong tháp 10

8 1.8 Sự dịch chuyển của ñường vận hành khi dòng hồi lưu thay ñổi 16

9 1.9 Sơ ñồ ñiều khiển phản hồi feed back control 21

10 1.10 Tổng quan hệ thống ñiều khiển Cascade cho tháp chưng cất 22

11 1.11 Hệ thống ñiều khiển Feed forward cho tháp chưng cất 24

12 1.12 Sơ ñồ ñiều khiển kết hợp feed forward và feedback controller 25

13 1.13 Sơ ñồ ñiều khiển tổng quan Override control 26

14 1.14 ðiều khiển nhiệt ñộ ñáy thông qua lưu lượng dòng nóng 26

16 1.16 Sơ ñồ P&ID cho hệ thống ñiều khiển tháp chưng cất T1101 29

22 2.4 Mô tả các dòng vật chất tại thiết bị ngưng 48

25 2.7 Mô tả các dòng vật chất tại ñĩa cấp liệu f 50

27 2.9 Mô tả các dòng vật chất tại thiết bị gia nhiệt 51

28 2.10 Số liệu vận hành của tháp chưng cất trong chế ñộ GPP 55

29 2.11 Biểu ñồ xác ñịnh hệ số cân bằng Kj của các hydrocacbon 56

30 2.12 Giao diện chính mô phỏng tháp chưng cất 57

31 2.13 Biểu ñồ xác ñịnh nhiệt ñộ ñỉnh tháp chưng cất 58

32 2.14 Biểu ñồ xác ñịnh nhiệt ñộ ñáy tháp chưng cất 58

33 2.15 Biểu ñồ xác ñịnh ñộ bay hơi tương ñối của Metan (CH4) 58

34 2.16 Biểu ñồ xác ñịnh ñộ bay hơi tương ñối của Etan (C2H6) 59

35 2.17 Biểu ñồ xác ñịnh ñộ bay hơi tương ñối của Butan (C4H10) 59

36 2.18 Biểu ñồ xác ñịnh ñộ bay hơi tương ñối của Condensate (C5+) 59

37 2.19 Biểu ñồ xác ñịnh ñộ bay hơi tương ñối của các chất 60

38 2.20 Xác ñịnh nồng ñộ các chất trong pha hơi – vùng cất 61

39 2.21 Xác ñịnh nồng ñộ các chất trong pha lỏng – vùng cất 62

40 2.22 Xác ñịnh nồng ñộ các chất trong pha hơi – vùng chưng 63

41 2.23 Xác ñịnh nồng ñộ các chất trong pha lỏng – vùng chưng 64

53 2.35 ðặc tính quá ñộ các cấu tử PHA LỎNG – VÙNG CẤT 73

54 2.36 ðặc tính quá ñộ các cấu tử PHA HƠI – VÙNG CẤT 74

56 2.38 đặc tắnh quá ựộ các cấu tử PHA HƠI Ờ VÙNG CHƯNG 76

60 2.42 Sơ ựồ cấu trúc nghiên cứu sự biến ựộng nhiệt ựộ - áp suất 82

61 2.43 đặc tắnh quá ựộ khi T=const, thay ựổi P 83

62 2.44 đặc tắnh quá ựộ khi P=const, thay ựổi T 83

66 3.3 Mô hình toán học tổng quát của mạng nơron 90

68 3.5 Sơ ựồ bố trắ các cảm biến ựo lường thứ cấp 98

69 3.6 Các ựầu vào của mạng nơron khi Td nhiễu 100

70 3.7 đáp ứng ựầu ra mạng nơron cần nhận dạng khi Td nhiễu 100

71 3.8 Các ựầu vào của mạng nơron khi các tham số cấp liệu nhiễu 101

72 3.9 đáp ứng ựầu ra mạng nơron khi cấp liệu F1 nhiễu 101

73 3.10 Các ựầu vào của mạng nơron khi các tham số ựều nhiễu 102

74 3.11 đáp ứng ựầu ra ANN khi các tham số làm việc ựều nhiễu 102

80 3.17 đồ thị hiển thị sai lệch của quá trình huấn luyện mạng 107

81 3.18 Các ựồ thị vào Ờ ra của quá trình kiểm tra mạng 107

82 3.19 Kết quả chẩn ựoán off-line của mô hình với nồng ựộ ựỉnh 108

83 3.20 Kết quả chẩn ựoán off-line của mô hình với nồng ựộ ựáy 108

88 3.25 Kết quả kiểm tra và dự báo cho mạng có cấu trúc 4 lớp 113

90 3.27 Kết quả kiểm tra và dự báo cho mạng có cấu trúc 3 lớp 114

91 3.28 Kết quả kiểm tra và dự báo cho mạng có cấu trúc 4 lớp 115

92 3.29 Kết quả kiểm tra và dự báo mạng có cấu trúc 4 lớp tổng quát 116

94 3.31 Kết quả dự báo với các tập dữ liệu cuối 117

95 3.32 Sai lệch trong quá trình huấn luyện mạng 3 lớp 117

96 3.33 Kết quả kiểm tra và dự báo mạng có cấu trúc 3 lớp tổng quát 118

97 3.34 Kết quả dự báo với nồng ñộ sản phẩm ñỉnh – mạng 3 lớp 118

98 3.35 Kết quả dự báo với nồng ñộ sản phẩm ñỉnh – mạng 3 lớp 119

99 4.1 Sơ ñồ khối hệ thống ñiều khiển trực tiếp nồng ñộ 122

100 4.2 Hệ thống ñiều khiển trực tiếp nồng ñộ thành phần ñỉnh tháp 126

101 4.3 ðiều khiển C2H6 pha hơi – cất theo Cohen – Coon 127

102 4.4 ðiều khiển C2H6 pha hơi – cất với các ñiểm ñặt khác nhau 127

103 4.5 ðiều khiển C2H6 pha hơi – cất với tác ñộng nhiễu 5% cấp liệu 127

104 4.6 ðiều khiển C2H6 pha hơi – cất với nhiễu 10% cấp liệu 128

105 4.7 ðiều khiển C2H6 pha hơi – cất với 5% nhiễu ra của ñối tượng 128

106 4.8 ðiều khiển C3H8 pha lỏng – chưng theo Cohen – Coon 128

107 4.9 ðiều khiển C3H8 pha lỏng–chưng với các ñiểm ñặt khác nhau 129

108 4.10 ðiều khiển C3H8 pha lỏng – chưng với nhiễu 5% cấp liệu 129

109 4.11 ðiều khiển C3H8 pha lỏng – chưng với nhiễu 10% cấp liệu 129

110 4.12 ðiều khiển C3H8 pha lỏng–chưng với 5% nhiễu ra ñối tượng 130

111 4.13 ðiều khiển C3H8 pha lỏng–chưng với 10% nhiễu ra ñối tượng 130

MỞ ðẦU

1 ðặt vấn ñề

Trong ngành công nghiệp khai thác, chế biến và lọc hóa dầu thì chưng cất dầu mỏ

là một trong những công ñoạn quan trọng nhất quyết ñịnh ñến chất lượng sản phẩm lọc dầu Chưng cất là một quá trình sử dụng nhiệt ñể phân tách một hỗn hợp các chất ra hai hay nhiều sản phẩm tinh khiết, dựa trên sự khác nhau về nhiệt ñộ sôi của từng cấu tử ðặc ñiểm của tháp chưng cất là ñối tượng ñiều khiển phi tuyến với các tham số có biến ñộng nhiễu lớn như nhiệt ñộ, áp suất, lưu lượng của hỗn hợp các chất lỏng hơi trong tháp Ngoài ra còn kể ñến sự biến thiên liên tục của các tham số trên các dòng cấp liệu của tháp Trong ñiều kiện như vậy yêu cầu hệ thống ñiều khiển phải có nhiệm

vụ giữ ổn ñịnh chất lượng cho sản phẩm ñầu ra với hiệu suất làm việc cao nhất

Hiện tại ở Việt Nam và trên Thế Giới ñã có nhiều công trình nghiên cứu với mô hình ñối tượng tháp và ñã ñược ứng dụng trong thực tiễn Tuy nhiên việc nghiên cứu tìm giải pháp cho tháp chưng cất trong ñiều kiện Việt Nam còn chưa ñược ñầy ñủ

2 Tính cấp thiết của ñề tài

Nguồn cung dầu và khí cho các nhà máy chế biến, xử lý khí ñược thu gom từ các

mỏ dầu khác nhau phân bố rải rác ở thềm lục ñịa Việt Nam Do vậy tính chất và thành phần hỗn hợp khí dầu mỏ thường không ổn ñịnh, luôn luôn thay ñổi so với thiết kế Trong khi thực tế sản xuất yêu cầu chất lượng của sản phẩm là không ñổi

Thực tế hiện nay các tháp chưng cất rất khó khăn trong việc giám sát và ñiều khiển nồng ñộ thành phần, mặt khác chất lượng sản phẩm không thể ño nhanh chóng và ñảm bảo ñộ tin cậy Ở nước ta việc ño nồng ñộ này ñược thực hiện rời rạc bằng cách phân tích các mẫu ño theo từng thời gian nhất ñịnh, hoặc xác ñịnh nồng ñộ các chất thông qua việc ổn ñịnh nhiệt ñộ, áp suất ở ñỉnh và ñáy tháp Do ñó sản phẩm thu ñược chưa ñược như mong muốn, chưa tận thu ñược các sản phẩm có chất lượng và giá trị cao Luận án ñã sử dụng cảm biến mềm xác ñịnh trực tiếp nồng ñộ thành phần ñể ñiều chỉnh liên tục nồng ñộ các chất sao cho nồng ñộ sản phẩm gần với nồng ñộ ñặt, duy trì

sự ổn ñịnh chất lượng sản phẩm tháp là một ñòi hỏi cấp thiết của các nhà máy lọc dầu

và xử lý khí ở nước ta hiện nay

Việc mô hình hóa, chỉnh ñịnh hợp lý các tham số, nghiên cứu giải pháp ño lường trực tuyến nồng ñộ, khắc phục những hạn chế còn tồn tại nhằm nâng cao chất lượng ñiều khiển và chất lượng sản phẩm có thể ñem lại những kết quả mong ñợi Vấn ñề này

ñã làm cho ñề tài có tính cấp thiết

3 Mục tiêu nghiên cứu của ñề tài

ðạt ñược mục tiêu ñặt ra là tìm ñược giải pháp sử dụng cảm biến mềm ñể ño lường trực tuyến nồng ñộ sản phẩm, ứng dụng cảm biến này vào vòng ñiều khiển trực tiếp nồng ñộ thành phần trên ñỉnh và ñáy tháp nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu suất làm việc của tháp chưng cất dầu hiện nay

4 ðối tượng nghiên cứu

Các tháp chưng cất phân ñoạn ở các nhà máy lọc dầu và chế biến khí ở Việt Nam

5 Nội dung nghiên cứu

Tổng quan tháp chưng cất, cơ sở lý thuyết quá trình chưng cất, nguyên lý làm việc, các chế ñộ vận hành của tháp chưng cất

Tổng quan về hệ thống ñiều khiển tháp chưng cất trong các nhà máy lọc dầu, nguyên tắc cơ bản và các phương pháp ñiều khiển

Xây dựng mô hình toán cho tháp, thiết lập các phương trình ở chế ñộ xác lập và các phương trình ñộng học tháp

Nghiên cứu ứng dụng các bộ suy luận mờ ñể xác ñịnh các ñặc tính tĩnh và ñộng của tháp Mô phỏng với số liệu của một tháp chưng cất thực ñể khẳng ñịnh mô hình nghiên cứu Khảo sát sự ảnh hưởng của các tham số ñến quá trình làm việc Phân tích ñánh giá, lựa chọn giải pháp trong ño lường và ñiều khiển ñể ñáp ứng mục tiêu ñặt ra

ðề xuất ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo vào xây dựng bộ cảm biến mềm ñể ño lường trực tuyến nồng ñộ thành phần sản phẩm

ðề xuất sách lược ñiều khiển trực tiếp nồng ñộ thành phần nhằm mục ñích ñiều khiển chất lượng sản phẩm mong muốn, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu suất làm việc cho tháp chưng cất

6 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu và phân tích các tài liệu, các công trình ñã công bố trong và ngoài nước nhằm xác ñịnh chắc chắn mục tiêu và nhiệm vụ ñặt ra

Thành lập mô hình toán của tháp chưng cất, xây dựng các phương trình mô tả các quá trình cơ bản với tất cả các khâu Nghiên cứu sự phụ thuộc hay quan hệ giữa các cửa vào, cửa ra của tháp ựối với tất cả các tham số nhiệt ựộ, áp suất, lưu lượng, mức, nồng ựộ của các cấu tửẦ

Sử dụng công cụ mô phỏng hiện ựại và ựủ mạnh Matlab-Simulink ựể thực hiện mô phỏng tháp chưng cất, xác ựịnh các qui luật thay ựổi thành phần các chất nhằm khẳng ựịnh các nghiên cứu lý thuyết cũng như mô hình toán của tháp

đánh giá kết quả mô phỏng lý thuyết với số liệu thực tế sản xuất nhằm mục ựắch hiệu chỉnh các tham số cho ựối tượng và ựề xuất các giải pháp trong ựo lường và ựiều khiển hợp lý cho hệ thống

7 Ý nghĩa khoa học của luận án

đưa ra ựược giải pháp sử dụng cảm biến mềm ựể ựo trực tiếp nồng ựộ thành phần sản phẩm tháp chưng cất nhằm khắc phục những nhược ựiểm của phương pháp ựo không liên tục

Giải pháp và hướng nghiên cứu sẽ giúp các kỹ sư, cán bộ kỹ thuật trong các nhà máy xử lý khắ, lọc hóa dầu làm chủ công nghệ, hiệu chỉnh các thông số làm việc phù hợp góp phần duy trì sự làm việc ổn ựịnh và nâng cao chất lượng sản phẩm tháp

8 Ý nghĩa thực tiễn của ựề tài

đề tài không ựơn thuần nghiên cứu lý thuyết mà nó còn mang một ý nghĩa thực tiễn gắn liền với ựiều kiện sản xuất cụ thể tại các nhà máy lọc dầu và xử lý khắ ở Việt Nam Các kết quả ựạt ựược dựa trên quá trình mô phỏng ựo liên tục bằng cảm biến mềm và kết quả ựiều khiển trực tiếp nồng ựộ thành phần ựã góp phần duy trì sự làm việc ổn ựịnh, tin cậy, ựồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu suất làm việc cho tháp chưng cất trong ngành công nghiệp dầu khắ còn non trẻ của Việt Nam

9 Luận ựiểm bảo vệ và ựiểm mới của luận án

để nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu suất làm việc tháp chưng cất, ngoài việc thiết kế, lựa chọn công nghệ tiên tiến phù hợp thì cần phải

1 Lựa chọn các thông số vận hành tháp hợp lý: vị trắ cấp liệu, số ựĩa lý thuyết, nhiệt ựộ ựỉnh và ựáy tháp, áp suất làm việc, dòng hồi lưu dựa trên mô hình toán học ựược thành lập

2 Nâng cao chất lượng của các bộ ựiều khiển, ựộ chắnh xác và tin cậy của các cảm biến ựo lường, rút ngắn thời gian kiểm soát chất lượng sản phẩm so với hiện nay

điểm mới của luận án

1 đã ứng dụng bộ suy luận mờ fuzzy-logic ựể xác ựịnh hằng số cân bằng pha của hydrocacbon trong mô hình hóa tháp chưng cất nhằm xác ựịnh các ựặc tắnh cần thiết

2 đã ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo vào xây dựng bộ cảm biến mềm (ựo lường suy luận) ựể xác ựịnh trực tiếp nồng ựộ thành phần sản phẩm của tháp chưng cất dầu

mỏ tại Việt Nam

3 đã ứng dụng bộ cảm biến mềm vào ựiều khiển trực tiếp nồng ựộ thành phần góp phần kiểm soát và duy trì ổn ựịnh chất lượng sản phẩm mong muốn

10 Bố cục của luận án

Nội dung luận án ựược trình bày trong 4 chương với 16 bảng biểu và 111 hình vẽ, bao gồm các phần mở ựầu, nội dung luận án, kết luận chung và kiến nghị Danh mục các công trình nghiên cứu khoa học, tài liệu tham khảo và các phụ lục

11 Lời cảm ơn của NCS

Bản luận án của NCS ựến nay ựã ựược hoàn thành, trước hết

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới hai Thầy giáo hướng dẫn khoa học PGS.TS Thái Duy Thức, TS.Trần Bá đề ựã tận tình hướng dẫn, ựịnh hướng nghiên cứu

và tạo mọi ựiều kiện thuận lợi cho NCS trong quá trình thực hiện luận án

Tác giả xin cảm ơn tất cả các Thầy Cô trong hai Bộ môn điện khắ hóa Mỏ, Tự ựộng hóa Mỏ và Dầu Khắ, Phòng ựào tạo sau ựại học Trường đại học Mỏ - địa chất ựã giúp ựỡ, tạo mọi ựiều kiện thuận lợi cho NCS trong thời gian nghiên cứu

Tác giả xin cảm ơn về những lời khuyên bổ ắch và ý kiến ựóng góp trong công tác chuyên môn của PGS.TS Phan Xuân Minh Ờ Trường ựại học Bách Khoa Hà Nội Tác giả xin cảm ơn PGS.TS đào Văn Tân về sự giúp ựỡ trong quá trình tìm hiểu

về công nghệ lọc dầu, ựã cung cấp các tài liệu tham khảo liên quan tới luận án

Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới gia ựình, những người thân, tất cả bạn

bè ựồng nghiệp, không ngừng ựộng viên, giúp ựỡ và tạo mọi ựiều kiện thuận lợi cho NCS hoàn thành bản luận án này

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT

VÀ HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN THÁP CHƯNG CẤT

1.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất [3],[9],[11],[54],[56]

Nguyên lý của quá trình chưng cất

Chưng cất ñược xác ñịnh như một quá trình trong ñó có sự pha trộn giữa hai pha lỏng và hơi của hai hay nhiều chất, chúng sẽ ñược tách ra thành các chất theo một tỉ lệ thành phần tinh khiết nhất ñịnh, bằng việc ứng dụng quá trình trao ñổi nhiệt và ngưng

tụ ñể ñược 2 phần:

- Phần nhẹ (distillat)

- Phần nặng (reduce)

Các phương pháp chưng cất

- Chưng cất ñơn giản: Tiến hành tách sơ bộ

- Chưng cất phức tạp: Tách hoàn toàn hỗn hợp các cấu tử ít hòa tan hoặc hòa tan vào nhau

- Chưng cất chân không: Tách hỗn hợp các chất dễ bị phân hủy ở nhiệt ñộ cao

- Chưng cất áp suất cao: Tách các chất có áp suất ngưng cao

Các ñiều kiện tiến hành chưng cất [1],[2]

- Nhiệt ñộ sôi của các cấu tử phải khác nhau

- Hỗn hợp tách ở trạng thái bay hơi một phần

- Không có ñiểm ñẳng phí, tức là pha lỏng và pha hơi có cùng một thành phần cấu

tử, do ñó nếu ñun sôi hỗn hợp thì pha hơi sau khi ngưng tụ sẽ có thành phần giống như pha lỏng ban ñầu, có nghĩa là hỗn hợp ñẳng phí không thể tách thành các cấu tử riêng biệt bằng phương pháp chưng cất)

Chất lượng và hiệu suất làm việc tháp chưng cất theo [3],[17],[18] phụ thuộc vào

- Áp suất và nhiệt ñộ làm việc của tháp

- Lưu lượng dòng hồi lưu ñỉnh và ñáy tháp

- Số ñĩa lý thuyết bên trong tháp

- Sự chênh lệch về nhiệt ñộ sôi của các chất cần phân tách

ðặc ñiểm của tháp chưng cất

- Tháp chưng cất tiêu thụ một lượng lớn về năng lượng, bao gồm một hệ thống thiết bị cho làm lạnh, ngưng tụ và gia nhiệt

- Nó có thể chiếm tới hơn 50% chi phí vận hành của các nhà máy chế biến khí, các nhà máy lọc hóa dầu

Cách tốt nhất ñể giảm chi phí vận hành hiện nay là nâng cao hiệu suất làm việc của chúng thông qua việc tối ưu hóa ñiều khiển quá trình ðể ñạt ñược sự cải thiện này, cần phải hiểu ñược nguyên tắc chưng cất, các mối quan hệ phi tuyến phức tạp và tác ñộng tương hỗ của các tham số ñầu vào và ñầu ra của tháp Hệ thống chưng cất và hệ thống ñiều khiển cho tháp cần phải ñược thiết kế phù hợp ñể ñáp ứng ñược yêu cầu như vậy 1.2 Cấu tạo, nguyên tắc làm việc và hoạt ñộng của tháp chưng cất [3],[17],[57] 1.2.1 Giới thiệu về các loại tháp chưng cất

Hiện nay trên Thế giới cũng như ở Việt Nam tồn tại nhiều loại tháp chưng cất khác nhau Tùy thuộc vào sản phẩm chưng cất, yêu cầu về công nghệ mà các hãng chế tạo ñưa ra các mẫu thiết kế khác nhau và mỗi loại ñều có sự khác biệt về kết cấu và sự phức tạp

Căn cứ vào phương thức vận hành, ta có thể phân loại tháp thành 2 loại cơ bản

1 Tháp vận hành theo ñợt (theo từng mẻ): Cấp liệu ñưa vào tháp theo từng ñợt, nghĩa là cấp liệu ñược nạp một lần, sau quá trình chưng cất sẽ ñược ñưa ra ngoài Khi quá trình chưng cất hoàn thành, ñợt cấp liệu tiếp theo ñược nạp vào

2 Tháp vận hành liên tục: Ngược lại, quá trình chưng cất liên tục thì dòng cấp liệu ñược liên tục ñưa vào, không có sự gián ñoạn, trừ khi có vấn ñề sự cố với tháp Tháp dạng này có khả năng chưng cất liên tục với số lượng lớn

Tháp vận hành liên tục có một số loại như:

- Tháp chưng cất nhị phân: Dòng cấp liệu chỉ có 2 thành phần

- Tháp chưng cất ña thành phần: Dòng cấp liệu có từ 2 thành phần trở lên

1.2.2 Thiết bị chưng cất cơ bản và quá trình vận hành [3],[9],[11],[57],[61]

Sơ ñồ cấu trúc cơ bản của một tháp chưng cất ñiển hình gồm một dòng cấp liệu và hai dòng sản phẩm ra ñược cho trên hình 1.1

Hình 1.1 Cấu trúc cơ bản của một tháp chưng cất Tháp chưng cất ñược lắp ghép và cấu thành từ nhiều các cấu kiện và thiết bị khác nhau, mỗi cấu kiện trong ñó ñược dùng ñể truyền năng lượng nhiệt hoặc ñể nâng cao khả năng truyền vật chất Một quá trình chưng cất ñiển hình chứa ñựng một vài thành phần chính sau:

+ Theo chiều cao tháp, quá trình chưng cất thành phần dòng lỏng ñược ñưa ra ngoài

+ Bên trong tháp một hệ thống các ñĩa lọc sẽ ñược sử dụng ñể nâng cao quá trình tách các chất thành phần

+ Lò gia nhiệt sẽ cung cấp một lượng hơi nóng cần thiết cho quá trình chưng cất + Bình ngưng sẽ làm lạnh và ngưng tụ lại lượng hơi thoát ra trên ñỉnh của tháp + Bình hồi lưu sẽ giữ lại và ngưng tụ dòng hơi trên ñỉnh của tháp, do vậy dòng lỏng hồi lưu sẽ ñược tái sử dụng và một phần quay trở lại ñỉnh tháp

Theo chiều cao tháp thì bình ngưng và lò gia nhiệt sẽ làm việc ñồng thời

Nhiệt lạnh và quá trình vận hành cơ bản, xem hình 1.2 và hình 1.3

Hình 1.2 Mô tả cấu trúc ñỉnh tháp

Hình 1.3 Mô tả cấu trúc ñáy tháp

Hỗn hợp dòng lỏng hơi ñược ñưa vào tháp dưới dạng như một dòng cấp liệu, chúng thường ñược ñưa tới vị trí gần với ñiểm giữa của tháp tới khay cấp liệu Vùng cấp liệu là vùng có ñiều kiện tương ñương với ñiều kiện của dòng nguyên liệu (nồng ñộ thành phần, nhiệt ñộ, áp suất) Ta phân chia trong cột tháp từ khay cấp liệu tới ñỉnh ñược gọi là phân ñoạn tinh cất và từ cấp liệu xuống ñáy ñược gọi là phân ñoạn chưng Dòng cấp liệu chảy xuống ñáy tháp, ở ñó chúng sẽ ñược gom lại ñưa ñến nồi tái ñun (lò gia nhiệt)

Nhiệt lượng cấp cho nồi tái ñun sẽ sinh ra hơi Nguồn nhiệt ñưa vào có thể ở dạng lỏng bất kỳ phù hợp, ở hầu hết các nhà máy hóa thì nguồn nhiệt thông thường là hơi nóng Trong các nhà máy lọc hóa dầu, nguồn nhiệt này có thể ñưa ra ngoài ñể cung cấp cho các tháp khác Hơi nóng bốc lên trong nồi tái ñun sẽ ñược hồi lưu trở lại ñáy tháp Dòng lỏng ñi ra từ nồi tái ñun như là một dòng sản phẩm ñáy

Dòng hơi nóng thoát ra và di chuyển lên trên bên trong tháp, chúng sẽ ñược thoát

ra trên ñỉnh tháp, và ñược làm lạnh bằng bình ngưng Dòng lỏng ñược làm lạnh sẽ ñược gom và giữ lại trong bình hồi lưu ñỉnh Một phần dòng lỏng này sẽ ñược tái sử dụng và quay lại ñỉnh tháp ñược gọi là dòng hồi lưu ñỉnh Dòng lỏng ngưng tụ từ hệ tháp chưng cất này gọi là sản phẩm cất hoặc sản phẩm ñỉnh tháp

Như vậy sẽ có các dòng hơi và dòng lỏng chảy trong tháp, các dòng cấp liệu và các dòng sản phẩm ra

1.2.3 Các thiết bị bên trong tháp chưng cất [17],[57]

ðĩa lọc

Có nhiều dạng ñĩa lọc ñược ñưa vào trong thiết kế như sau

+ ðĩa chóp (Bubble tray)

+ ðĩa lỗ (Sieve tray)

+ ðĩa van (Valve tray)

Trong các ñĩa lọc, dòng hơi sẽ ñược thoát lên trên qua khe lỗ chụp hướng lên trên xuyên qua dòng lỏng trên ñĩa Hai dòng này gặp và giao lưu với nhau tạo khả năng phân tách chất tinh khiết

Chuyển ñộng của dòng lỏng và hơi trên ñĩa trong tháp: trên hình 1.4

Hình 1.4 Chuyển ñộng của các dòng lỏng và hơi bên trong tháp

Trên hình 1.4 cho thấy sự chuyển ñộng của dòng lỏng và dòng hơi ñi xuyên qua ñĩa trong tháp Trên mỗi ñĩa có 2 ống dẫn, một cái nằm ở cạnh bên ñược gọi là ống chảy tràn Dòng lỏng ñi qua ống chảy tràn ñi xuống dưới nhờ trọng lực từ ñĩa trên xuống ñĩa bên dưới

Gờ tràn trên ñĩa bảo ñảm luôn luôn giữ lại một lượng lỏng nào ñó trên ñĩa và nó ñược thiết kế như vậy ñể ngăn lại một lượng lỏng thích hợp, như vậy mũ chụp sẽ ñược phủ bằng một lượng lỏng

Dòng hơi thoát lên trên cột tháp và bắt buộc ñi qua dòng lỏng, vùng cho phép lượng hơi ñi qua trên mỗi ñĩa lọc thì ñược gọi là vùng hoạt ñộng của ñĩa

Khi dòng hơi nóng chuyển ñộng ñi xuyên qua dòng lỏng trên ñĩa ñể hướng lên trên, nó sẽ truyền nhiệt vào dòng lỏng Trong khi ñó một phần dòng hơi cũng ñược ngưng tụ lại và bổ sung vào dòng lỏng trên ñĩa Sự ngưng tụ nó sẽ làm phong phú thêm thành phần chất dễ bay hơi trong pha hơi Ngoài ra do nhiệt từ dòng hơi, dòng lỏng trên ñĩa sẽ sôi và làm gia tăng lượng hơi Chính lượng hơi này chuyển ñộng lên ñĩa bên trên nằm trong tháp và tiếp tục làm giàu thêm thành phần chất dễ bay hơi Dòng lỏng và dòng hơi tiếp tục có sự tiếp xúc với nhau trên từng ñĩa trong tháp và mang lại sự chia tách giữa thành phần chất có ñiểm sôi thấp và thành phần chất có ñiểm sôi cao

Thiết kế ñĩa lọc

Một ñĩa lọc thực chất là một cột tháp nhỏ, mỗi ñĩa cũng thực hiện một nhiệm vụ phân tách các thành phần Từ ñó chúng ta có thể suy luận rằng càng có nhiều ñĩa lọc thì mức ñộ phân tách giữa các chất sẽ tốt hơn và hiệu suất tách tổng thể sẽ phụ thuộc ñáng

kể vào thiết kế của ñĩa

Những ñĩa ñược thiết kế với mục ñích ñể tối ña sự tiếp xúc giữa 2 pha lỏng và hơi ñược xem xét ñến các yếu tố trên ñĩa như:

+ Sự phân phối dòng chất lỏng

+ Sự phân bố dòng hơi

Cần xem xét tới các yếu tố này là do khi 2 pha lỏng và hơi có một sự tiếp xúc tốt thì khả năng phân tách các chất trên ñĩa sẽ càng tốt hơn, thực hiện chuyển dịch các pha trong tháp cũng tốt hơn Chúng ta có thể bớt ñược số lượng ñĩa lọc nhưng vẫn sẽ ñạt ñược khả năng và mức ñộ tách tương ñương Ngoài ra có thể giảm chi phí tiêu hao năng lượng và giá thành lắp ñặt

1.2.4 Thiết bị gia nhiệt (Reboiler)

Các thiết bị trao ñổi nhiệt ñược xem như những nồi tái ñun, nó ñáp ứng yêu cầu truyền ñủ năng lượng nhiệt cho dòng lỏng dưới ñáy tháp ñể làm sôi

Mẫu nồi tái ñun ñiển hình ñược cho trên hình 1.5

Hình 1.5 Thiết bị gia nhiệt kiểu Kettle

1.2.5 Nguyên lý chưng cất [3],[9],[17],[57]

Quá trình tách các chất từ hỗn hợp lỏng qua chưng cất phụ thuộc vào sự khác biệt

về ñiểm sôi của từng cấu tử thành phần Các hỗn hợp chất lỏng khác nhau có ñặc tính ñiểm sôi khác nhau Vì vậy quá trình chưng cất phụ thuộc vào ñường ñặc tính áp suất hơi của hỗn hợp lỏng

Áp suất hơi và sự sôi của hơi

Áp suất hơi của chất lỏng tại một nhiệt ñộ riêng biệt là áp suất tại ñó có sự cân bằng về số lượng vật chất thoát ra ñưa tới bề mặt ñó Dưới ñây là một vài ñặc ñiểm ñề cập ñến áp suất hơi

+ Năng lượng ñầu vào làm tăng áp lực hơi

+ Dòng lỏng ñược gọi là sôi khi áp suất hơi cân bằng với áp suất bao quanh nó + Một chất lỏng dễ thoát hơi phụ thuộc vào các phần tử dễ bay hơi

+ Chất lỏng có áp suất hơi cao (nhiều thành phần chất dễ bay hơi) thì sẽ sôi ở nhiệt

Biểu ñồ ñiểm sôi

Hình 1.6 Biểu ñồ ñiểm sôi

Xét một hỗn hợp lỏng có chứa 2 thành phần A và B (hình 1.6) ðiểm ñang sôi của

A là nơi có nồng ñộ phần mol bằng 1 ðiểm ñang sôi của B là nơi có nồng ñộ phần mol của A bằng 0 Trong ví dụ này A chứa nhiều thành phần chất dễ bay hơi hơn và vì vậy ñiểm sôi của nó thấp hơn B ðường cong phía trên trong sơ ñồ ñược gọi là ñường cong ñiểm sương trong khi ñường cong phía dưới ñược gọi là ñường cong ñiểm bọt

+ ðiểm sương là nhiệt ñộ mà tại ñó hơi nước bão hòa bắt ñầu ngưng tụ

+ ðiểm bọt là nhiệt ñộ mà ở ñó chất lỏng bắt ñầu sôi

Vùng trên ñường cong ñiểm sương chỉ cho thấy sự cân bằng các thành phần pha hơi quá nhiệt

Trong khi ñó vùng dưới ñường cong ñiểm bọt chỉ cho ta thấy sự cân bằng về thành phần chất lỏng quá lạnh

Ví dụ khi một chất lỏng quá lạnh với nồng ñộ phần mol A=0.4 (ñiểm A) ñược ñun nóng (gia nhiệt), dấu hiệu cho thấy nó sẽ ñạt tới ñiểm bọt (ñiểm B), khi nó bắt ñầu sôi Pha hơi trong quá trình sôi sẽ có sự cân bằng về thành phần chất và ñưa ñến ñiểm C, có nồng ñộ mol A xấp xỉ 0.8, ở ñây có nồng ñộ mol xấp xỉ lớn hơn 50% so với chất lỏng nguyên bản

Như vậy sự khác biệt về nồng ñộ phần mol của pha lỏng và pha hơi là cơ sở cho hoạt ñộng của quá trình chưng cất

Quan hệ không ổn ñịnh

Quan hệ không ổn ñịnh là một thước ño sự khác biệt về nồng ñộ thành phần của 2 cấu tử, liên quan ñến ñiểm sôi Nó cho ta biết sự khó khăn và thuận lợi ñể có thể tách các chất ra khỏi nhau

Quan hệ không không ổn ñịnh của cấu tử i và cấu tử j ñược ñịnh nghĩa như sau:

j j

i i j

xy

xy

=

α (1.1) trong ñó:

αi,j: ñộ bay hơi tương ñối của hai cấu tử

yi : nồng ñộ phần mol của cấu tử i trong pha hơi

xi: nồng ñộ phần mol của cấu tử i trong pha lỏng

Như vậy nếu tính dễ bay hơi giữa 2 cấu tử gần tới 1, nó cho ta thấy rằng chúng có ñường ñặc tính rất giống nhau ðiều này có nghĩa chúng có ñiểm sôi rất giống nhau và

vì vậy chúng sẽ rất khó khăn trong việc tách 2 cấu tử ra khỏi nhau bằng việc chưng cất 1.2.6 Cân bằng lỏng – hơi

Tháp chưng cất ñược thiết kế dựa trên ñặc tính ñiểm sôi của các cấu tử trong hỗn hợp ñược tách

Như vậy kích thước và ñặc biệt là chiều cao của tháp ñều ñược xác ñịnh thông qua

dữ liệu cân bằng lỏng hơi trong hỗn hợp

ðường cong cân bằng lỏng – hơi (VLE), hình 1.7

Hằng số áp suất ñược lấy dữ liệu từ ñường ñặc tính cân bằng lỏng hơi VLE (Vapour Liquid Equilibrium) từ biểu ñồ ñiểm sôi

Dữ liệu trên ñường ñặc tính của hỗn hợp nhị phân ñược chỉ ra trên hình 1.7

Hình 1.7 ðường cong cân bằng lỏng – hơi

ðường cong VLE thể hiện quan hệ giữa ñiểm bọt và ñiểm sương của hỗn hợp nhị phân ở áp suất cố ñịnh ðược gọi là ñường cong cân bằng Nó mô tả sự cân bằng về thành phần lỏng – hơi ở một số ñiểm áp suất cố ñịnh

1.2.7 Những yếu tố ảnh hưởng ñến hoạt ñộng của tháp chưng cất

Hiệu suất, chất lượng sản phẩm của tháp ñược xác ñịnh bởi nhiều yếu tố

+ Các ñiều kiện của dòng cấp liệu

- Trạng thái của dòng cấp liệu

- Nồng ñộ thành phần cấu tử của dòng cấp liệu

+ Chất lỏng và ñặc tính của lưu lượng dòng lỏng

+ Trạng thái của các ñĩa lọc

Các yếu tố trên sẽ ñược thảo luận dưới ñây ñể ñưa ra những ý kiến về sự phức tạp của quá trình chưng cất

Các ñiều kiện về dòng cấp liệu

Trạng thái cũng như thành phần các chất của dòng cấp liệu sẽ ảnh hưởng ñến ñường vận hành của tháp và vì vậy nó cũng quyết ñịnh ñến số bậc chưng cất, nó cũng ảnh hưởng ñến vị trí ñĩa cấp liệu Trong quá trình vận hành tháp nếu ñộ lệch trong thiết

kế kỹ thuật bị sai lệch quá, thì tháp sẽ không thực hiện ñược nhiệm vụ chưng cất ðể khắc phục vấn ñề liên kết với các nguồn cấp liệu, một số tháp ñược thiết kế có nhiều nguồn cấp liệu vào các vị trí khác nhau khi mà nguồn cấp liệu chứa ñựng nhiều thành phần chất khác nhau

Các ñiều kiện về dòng hồi lưu

Khi tăng tỉ lệ dòng hồi lưu, ñộ dốc của ñường vận hành ñối với vùng chưng cất sẽ

di chuyển về phía có giá trị tối ña là 1 Ý nghĩa của quá trình này là ñưa trở lại một phần dòng lỏng quay lại tháp nhằm mục ñích làm giàu thêm nồng ñộ thành phần trong chất dễ bay hơi trên sản phẩm ñỉnh Quá trình tách sẽ trở lên tốt hơn vì vậy sẽ giảm tối

ña số lượng các ñĩa lọc trong tháp mà vẫn ñảm bảo ñược ñộ phân tách Số lượng ñĩa lọc tối thiểu theo yêu cầu của tỉ lệ dòng hồi lưu, xem hình 1.8

Mặt khác khi tỉ lệ dòng hồi lưu giảm, ñường vận hành ñối với vùng chưng cất sẽ di chuyển về phía ñường cân bằng Khoảng cách giữa ñường vận hành và ñường cân bằng

sẽ bị thu hẹp lại và khi ñó ta cần số lượng khay lọc nhiều lên, và ñiều này dễ dàng ñược thẩm ñịnh bằng phương pháp McCabe-Thiele [36],[46]

ðiều kiện giới hạn xảy ra ở tỉ lệ dòng hồi lưu tối thiểu, khi có số lượng vô hạn các ñĩa lọc sẽ ảnh hưởng ñến ñộ chia tách Hầu hết các tháp ñều ñược thiết kế cho tỉ lệ dòng hồi lưu ở khoảng từ 1,2 ñến 1,5 dòng hồi lưu tối thiểu, vì giá trị này nằm trong vùng có chi phí vận hành là tối thiểu (thêm sự hồi lưu có nghĩa là tăng thêm nhiệm vụ cho nồi tái ñun

Hình 1.8 Sự dịch chuyển của ñường vận hành khi dòng hồi lưu thay ñổi

Các ñiều kiện về dòng hơi

Sự lôi cuốn của các chất theo dòng hơi

Chuyển ñộng của dòng hơi lên ñĩa phía trên chính là nguyên nhân làm tăng lưu lượng hơi, làm giảm hiệu suất của ñĩa Cũng có thể làm giảm sự thuần khiết của sản phẩm ñỉnh

Sự tạo bọt quá nhiều có thể dẫn ñến hiện tượng ngập lụt

Hiện tượng ñọng sương - ngưng tụ

Hiện tượng này là do lượng hơi có lưu lượng thấp, áp suất gây ra bởi lượng hơi là không ñủ ñể giữ lượng lỏng trên ñĩa Chính vì vậy lượng lỏng bị rò rỉ thông qua các lỗ trên ñĩa ðọng sương nhiều dẫn ñến sự ngưng tụ Lượng lỏng trên tất cả các ñĩa sẽ sụt xuống ñến ñĩa cơ sở và tạo ra một hiệu ứng ñôminô và tháp sẽ phải khởi ñộng lại Sự ñọng sương sẽ làm rơi áp suất trong tháp và giảm hiệu quả phân tách

Hiện tượng ngập lụt

Là sự dư thừa quá nhiều lưu lượng hơi, nó là nguyên nhân tạo ra dòng lỏng trong tháp Sự tăng áp suất do quá dư thừa hơi là nguyên nhân tạo thành dòng lỏng chảy tràn, làm tăng lượng lỏng và ñược giữ lại ở các ñĩa nằm trên Tuỳ thuộc vào mức ñộ ngập lụt, mà công suất tối ña của tháp có thể bị giảm ñi vài lần Ngập lụt ñược phát hiện khi

có sự tăng áp suất khác biệt trong tháp và là nguyên nhân gây ra sự giảm hiệu suất phân tách cho tháp

ðường kính của tháp

Hầu hết các yếu tố trên ñều ảnh hưởng ñến hoạt ñộng của tháp, ñặc biệt là các ñiều kiện về lưu lượng hơi quá cao hoặc quá thấp Lưu tốc của dòng hơi phụ thuộc vào ñường kính của tháp Hiện tượng ñọng sương ñược xác ñịnh theo lưu lượng hơi tối thiểu còn hiện tượng ngập lụt ñược xác ñịnh theo lưu lượng hơi tối ña, từ ñây cho ta biết khả năng công suất của tháp Bởi vậy nếu ñường kính của tháp mà không ñúng kích cỡ thì tháp sẽ vận hành không ñược tốt Không chỉ quá trình vận hành không tốt

mà cả những yêu cầu về chưng cất cũng không thể ñạt ñược

1.3 Các tham số về công nghệ ảnh hưởng ñến quá trình chưng cất

Các tham số công nghệ có ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu suất và chất lượng của quá trình chưng cất là nhiệt ñộ, áp suất và phương pháp chưng cất

Công nghệ chưng cất phụ thuộc nhiều vào chất lượng dầu thô ban ñầu, vào mục ñích và yêu cầu của quá trình, vào chủng loại sản phẩm và phải có dây chuyền công nghệ hợp lý

Vì vậy khi thiết kế quá trình chưng cất, chúng ta phải xét kỹ và kết hợp ñầy ñủ tất

cả các yếu tố ñể quá trình chưng cất ñạt hiệu quả kinh tế cao nhất

Sau ñây chúng ta sẽ xét ñến các yếu tố này

Chế ñộ nhiệt của tháp

Nhiệt ñộ là thông số quan trọng nhất của tháp chưng cất Bằng cách thay ñổi chế

ñộ nhiệt của tháp, sẽ ñiều chỉnh ñược chất lượng và hiệu suất của sản phẩm Chế ñộ nhiệt của tháp gồm nhiệt ñộ dòng nguyên liệu ñầu vào tháp, nhiệt ñộ ñỉnh tháp, nhiệt

ñộ trong tháp và nhiệt ñộ ñáy tháp Nhiệt ñộ dòng nguyên liệu ñược khống chế tùy theo bản chất của dầu thô, mức ñộ cần phân tách sản phẩm, áp suất trong tháp, nhưng chủ yếu là phải tránh ñược sự phân hủy nhiệt của nguyên liệu ở nhiệt ñộ cao Vì vậy nhiệt

ñộ của lò gia nhiệt cần phải ñược khống chế chặt chẽ

Nhiệt ñộ ñáy tháp chưng cất phụ thuộc vào phương pháp bay hơi và phần hồi lưu ñáy Nếu bay hơi phần hồi lưu ñáy bằng một thiết bị ñốt nóng riêng biệt (như nồi tái ñun - reboiler), thì nhiệt ñộ ñáy tháp sẽ ứng với nhiệt ñộ bốc hơi cân bằng ở áp suất tại ñáy tháp Nếu bốc hơi bằng cách dùng hơi nước quá nhiệt thì nhiệt ñộ ñáy tháp sẽ thấp hơn nhiệt ñộ vùng nạp liệu Nhiệt ñộ ñáy tháp phải chọn tối ưu, tránh sự phân hủy các cấu tử nặng, nhưng phải ñủ ñể tách hết hơi nhẹ khỏi phần cặn ñáy

Nhiệt ñộ ñỉnh tháp ñược khống chế nhằm ñảm bảo ñược sự bay hơi hoàn toàn sản phẩm ñỉnh mà không gây ra sự cuốn theo các phần nặng khác Muốn vậy, người ta phải dùng hồi lưu ñỉnh tháp Dòng hồi lưu sẽ tạo ñiều kiện phân tách tốt hơn Hồi lưu ñỉnh tháp thường có hai dạng, hồi lưu nóng và hồi lưu nguội Hồi lưu nóng ñược thực hiện bằng cách cho ngưng tụ một phần hơi sản phẩm ñỉnh ở nhiệt ñộ sôi của nó, sau ñó cho quay trở lại ñỉnh tháp Hồi lưu nguội là loại ñược thực hiện bằng cách làm nguội và ngưng tụ toàn bộ sản phẩm ñỉnh rồi cũng cho quay trở lại ñỉnh tháp Thực tế thì hồi lưu nguội thường ñược dùng rộng rãi vì lượng hồi lưu ít, làm tăng chất lượng mà không làm giảm nhiều năng suất của tháp chưng cất

Ngoài hồi lưu ñỉnh và ñáy, người ta còn sử dụng hồi lưu trung gian ñể tăng chất lượng của các sản phẩm cạnh sườn và ñiều chỉnh nhiệt ñộ bên trong tháp

Áp suất của tháp

Khi tháp ñược chưng cất ở áp suất khí quyển, áp suất tuyệt ñối của tháp thường cao hơn một chút so với áp suất khí quyển, và ở mỗi một phần lấy sản phẩm ra, áp suất cũng có khác nhau, chúng phụ thuộc vào việc tăng hay giảm nhiệt ñộ sản phẩm lấy ra khỏi tháp Thông thường áp suất trong tháp chưng cất ñược khống chế bằng bộ phận ñiều chỉnh áp suất ñặt ở thiết bị ngưng tụ

Khi chưng cất ở áp suất chân không, ñộ chân không càng sâu thì càng cho phép chưng sâu hơn, song nếu áp suất quá thấp sẽ khó chế tạo thiết bị với công suất lớn Nói chung sự làm việc ổn ñịnh của tháp chưng cất phụ thuộc nhiều vào áp suất tháp

Nhận xét

ðể duy trì sự làm việc ổn ñịnh của tháp chưng cất, chúng ta cần phải nắm vững các nguyên tắc sau:

1 ðiều chỉnh áp suất trong tháp sẽ làm thay ñổi ñiểm sôi của chất lỏng

2 Nếu ñiều chỉnh tăng áp suất, chất lỏng sẽ sôi ở nhiệt ñộ cao hơn Nếu áp suất tăng cao quá, lượng chất lỏng trong tháp sẽ nhiều và như vậy sẽ dẫn ñến hiện tượng sặc trong tháp, tháp dễ bị ngập lụt, làm giảm hiệu quả phân tách

3 Nếu các ñiều kiện khác trong tháp là cố ñịnh, sự ñiều chỉnh tăng áp suất sẽ làm cho các sản phẩm ñỉnh, sản phẩm cạnh sườn và sản phẩm ñáy sẽ trở lên nhẹ hơn

4 Nếu nhiệt ñộ ñáy quá thấp, sản phẩm ñáy sẽ chứa nhiều phần nhẹ hơn

5 Khi nhiệt ñộ cấp liệu vào tháp quá thấp, lượng hơi trên các ñĩa lọc sẽ nhỏ, như vậy phần lỏng sẽ nhiều dẫn ñến chúng chảy xuống dưới vào phần chưng sẽ càng nhiều

6 Với công nghệ chưng cất có sử dụng thiết bị tái ñun reboiller, nếu nhiệt ñộ của reboiller quá thấp sẽ không tách hết phần nhẹ trong cặn và làm tăng lượng cặn

7 Nếu nhiệt ñộ ñỉnh quá cao, sản phẩm ñỉnh sẽ quá nặng và có nhiều sản phẩm hơn so với thiết kế

8 Nếu nhiệt ñộ ñỉnh quá thấp, sản phẩm ñỉnh sẽ quá nhẹ và sẽ có ít sản phẩm hơn

9 Nhiệt ñộ cần thiết ñể tách phân ñoạn dầu thô nặng sẽ cao hơn so với tách dầu thô nhẹ

10 ðặc biệt khống chế nhiệt ñộ ñỉnh tháp ñể tránh nhiệt ñộ quá cao do làm lạnh không ñủ, dẫn ñến thay ñổi chế ñộ hồi lưu, ảnh hưởng nhiều ñến chất lượng sản phẩm 1.4 Tổng quan hệ thống ñiều khiển tháp chưng cất [17],[21],[54],[56],[61]

1.4.1 Các nguyên tắc cơ bản của quá trình ñiều khiển

ðiều khiển ñóng mở

Trong ngành công nghiệp lọc hoá dầu và chế biến khí, ñiều khiển ñóng mở tuy không phổ biến nhưng cũng không thể thiếu và có vai trò quan trọng Những ñầu vào, ñầu ra của loại ñiều khiển này chỉ ở một trong hai trạng thái ñóng hay mở (ON hay

OFF) Phương pháp ñiều khiển của loại này là logic, với cổng OR, AND, NAND Cách ñây 40 năm bộ ñiều khiển loại này là một hệ thống rơle và rơle thời gian ñặt trong tủ bảng Với sự phát triển của ngành ñiện tử, bộ ñiều khiển khả trình PLC (Programmable Logic Control) ra ñời làm cho hệ thống rơle trở nên lỗi thời

ðiều khiển quá trình

Trong các nhà máy lọc hóa dầu và chế biến khí, người ta sử dụng chủ yếu loại ñiều khiển này Quá trình sản xuất là liên tục, các thông số ñiều khiển bao gồm nhiệt ñộ, áp suất, mức chất lỏng, lưu lượng, ñộ pH, nồng ñộ vv

Thiết bị ñầu vào thường là từ các bộ chuyển ñổi tín hiệu cho ra tín hiệu tương tự dạng chuẩn từ 4-20 mA hoặc 3-15 psia Thiết bị ñầu ra thông thường là các van ñiều khiển Bộ ñiều khiển thường sử dụng là bộ ñiều khiển PID (Proportional Integral Differential)

1.4.2 Hệ thống ñiều khiển phân tán DCS trong các nhà máy lọc dầu

Do ñặc thù có nhiều phân xưởng nằm phân tán trong một diện tích lớn và có rất nhiều ñầu vào và ñầu ra ứng với từng phân xưởng nên hầu hết các nhà máy lọc dầu hiện nay ñều sử dụng hệ thống ñiều khiển phân tán DCS (Distributed Control System)

Hệ thống ñược cấu thành bởi nhiều hệ thống nhỏ nằm phân tán ở mỗi phân xưởng Mỗi

hệ thống nhỏ này có nhiệm vụ ñảm bảo quá trình ñiều khiển ở phân xưởng mà nó ñảm nhiệm, và chịu sự quản lý của các hệ thống chủ bên trên, có thể nhận hoặc cung cấp tín hiệu với các hệ thống chủ

Bản thân các hệ thống phân tán này sẽ quản lý trực tiếp các thiết bị tại hiện trường như van, cảm biến, ñộng cơ…

Tập hợp tất cả các dữ liệu từ các hệ thống phân tán ở từng phân xưởng sẽ ñược gửi lên các hệ thống cấp cao hơn, thường ñược tập trung ở phòng ñiều khiển trung tâm, nơi mà các kỹ sư vận hành và nhà quản lý trực tiếp ñưa ra những quyết ñịnh về chế ñộ hoạt ñộng của nhà máy

Ra ñời từ giữa những năm 70, hệ thống ñiều khiển DCS ñã mang ñến một cuộc cách mạng cho phòng ñiều khiển trung tâm bằng cách số hoá những vòng ñiều khiển và thể hiện thông tin của quá trình lên màn hình giao diện và ñiều khiển

Những lợi thế mà hệ thống ñiều khiển phân tán DCS mang lại:

+ ðảm bảo an toàn cao trong quá trình hoạt ñộng

+ Lưu trữ các thông tin trong quá trình hoạt ñộng phục vụ cho công tác thống kê, nghiên cứu, hoạch ñịnh chiến lược

+ Cung cấp cái nhìn tổng quát nhất về hoạt ñộng của nhà máy

+ Các module tính toán cho phép triển khai các chiến lược ñiều khiển nhằm mục ñích tối ưu hiệu quả công nghệ và hiệu quả kinh tế

+ Giao diện thân thiện với người vận hành bằng ngôn ngữ và hình ảnh

ðiều khiển phản hồi (Feed back control), hình 1.9

Hình 1.9 Sơ ñồ ñiều khiển phản hồi feed back control ðây là phương pháp truyền thống ñể ñiều khiển một quá trình Nội dung của phương pháp là ño biến quá trình cần ñiều khiển PV (Process Variable) và so sánh với giá trị ñặt SP (Setpoint), căn cứ vào ñộ sai lệch E = SP - PV, bộ ñiều khiển sẽ cho ra tín hiệu ñiều khiển tương ứng làm thay ñổi ñộ mở của van

ða số các vòng ñiều khiển ñơn giản trong công nghiệp ñều sử dụng sơ ñồ này

Ưu ñiểm: thiết kế ñơn giản và chi phí ñầu tư rẻ

Nhược ñiểm: nhược ñiểm lớn nhất của vòng ñiều khiển này là bộ ñiều khiển chỉ can thiệp vào quá trình sau khi ñã có tác ñộng nhiễu ảnh hưởng ñến quá trình

Chất lượng ñiều khiển của quá trình không cao

ðiều khiển tầng (Cascade control), hình 1.10

Hình 1.10 Sơ ñồ tổng quan hệ thống ñiều khiển Cascade cho tháp chưng cất ðiều khiển tầng là kỹ thuật ñiều khiển sử dụng hai bộ ñiều khiển bên trong một vòng ñiều khiển Một bộ ñiều khiển ñược lồng vào trong một bộ ñiều khiển khác, ñầu

ra của bộ ñiều khiển thứ nhất là giá trị ñặt SP(Setpoint) của bộ ñiều khiển thứ hai ðiều này có nghĩa rằng hai bộ ñiều khiển là không ñộc lập nhau mà liên kết cùng nhau nhằm mục ñích ñiều khiển biến quá trình PV(Process Variable) ñạt ñến giá trị mong muốn SP(Setpoint)

ðiều khiển tầng có thể cải thiện ñược tính phản hồi và ñạt ñến tính dễ ñiều khiển cho quá trình, ñặc biệt là ñối với những quá trình mà có thời gian trễ ñáng kể, hoặc thời gian ñáp ứng của bộ ñiều khiển thứ nhất rất lớn Hình 1.10 là một ví dụ về hệ thống ñiều khiển cascade control của một tháp chưng cất với mục tiêu là khống chế chất lượng sản phẩm

Các trường hợp thường sử dụng bộ ñiều khiển Cascade:

+ Cải thiện ñáp ứng của hệ thống và tăng tính dễ ñiều khiển

+ Thời gian chết (deadtime) của vòng ñiều khiển thứ nhất phải lớn Nếu ñiều này không ñáp ứng thì ñiều khiển Cascade sẽ không hiệu quả

+ ðộng lực học toàn bộ của vòng thứ nhì phải nhanh hơn so với vòng thứ nhất Ứng dụng của cascade control trong lĩnh vực công nghiệp hoá có thể kể ñến như sau:

1 ðiều khiển mức chất lỏng (LC) thông qua việc ñiều khiển lưu lượng qua van FC

2 ðiều khiển nhiệt ñộ tại một ñĩa trong tháp (thông thường là ñĩa nhạy cảm), hoặc nhiệt ñộ ñỉnh tháp (TC) thông qua việc ñiều khiển dòng hồi lưu FC

3 ðiều khiển nhiệt ñộ tại một ñĩa trong khu vực ñáy tháp (thông thường là ñĩa nhạy cảm) TC thông qua việc ñiều khiển dòng nhiệt cung cấp FC

4 ðiều khiển nhiệt ñộ trong thiết bị phản ứng TC thông qua việc ñiều khiển dòng nhiệt ñun nóng hoặc làm lạnh

ðiều khiển truyền thẳng (Feed forward control)

ðiều khiển Feed forward còn gọi là kỹ thuật ñiều khiển truyền thẳng, với kỹ thuật này, thiết bị ñiều khiển sẽ ño nhiễu ảnh hưởng ñến quá trình và phản ứng lại tương ứng ðiều này có nghĩa là chất lượng của quá trình ñiều khiển sẽ ñược cải thiện ñáng

kể vì biến nhiễu sẽ không gây tác ñộng ñến hệ thống, nó ñã ñược ño và ñiều khiển trước bởi bộ ñiều khiển

Các trường hợp thường ñược ứng dụng ñiều khiển Feed forward

Mặc dù có những lợi thế ñáng kể là khử ñược tác ñộng của nhiễu ảnh hưởng ñến quá trình, tuy nhiên không phải tất cả các quá trình ñều có thể triển khai ñược kỹ thuật ñiều khiển feed forward này

Do bản chất của ñiều khiển này là phản ứng chống lại nhiễu trước khi nó tác ñộng ñến quá trình nên ta cần phải biết ñược những thông tin về nhiễu, nghĩa là nhiễu trong trường hợp này phải ño ñược, nhiễu thường gặp nhất là nhiễu nhiệt ñộ và nhiễu lưu lượng Cách thức mà nhiễu tác ñộng ñến quá trình, nghĩa là ta phải biết ñược mô hình toán học của nó, ñiều này sẽ giúp bộ ñiều khiển thiết lập nên thuật toán ñiều khiển ñể khử ñược nhiễu

Nếu không có ñược hai thông tin trên thì kỹ thuật ñiều khiển feed forward sẽ không có tác dụng

Hình 1.11 Tổng quan hệ thống ñiều khiển feed forward cho tháp chưng cất

Sơ ñồ hình 1.11 là hệ thống ñiều khiển feed forward ñể ñiều khiển hoạt ñộng của tháp chưng cất 2 thành phần, tác ñộng lên công suất của thiết bị tái ñun khi dòng nguyên liệu thay ñổi

ðiều khiển kết hợp giữa Feed back và Feed forward

ðây là phương pháp sử dụng phổ biến nhất trong các vòng ñiều khiển công nghiệp,

sơ ñồ tổng quát như hình 1.12

Hình 1.12 Sơ ñồ ñiều khiển kết hợp feed forward và feedback controller

So sánh với sơ ñồ hình 1.11 khi không có khâu phản hồi, ta nhận thấy rằng khi có các biến nhiễu như nhiệt ñộ hoặc nồng ñộ của dòng nguyên liệu thì chất lượng ñiều khiển cũng sẽ không cao Trong trường hợp này, với sự kết hợp của vòng ñiều khiển feed back thì chất lượng của việc ñiều khiển ñược cải thiện ñáng kể, kể cả trong trường hợp có các tác ñộng nhiễu của nhiệt ñộ hoặc nồng ñộ dòng nguyên liệu

Kỹ thuật ñiều khiển có lựa chọn Override Control

ðiều khiển có lựa chọn là kỹ thuật ñiều khiển mà trong ñó biến ñiều chỉnh có thể ñược ñiều khiển bởi một trong nhiều biến quá trình khác nhau

Sơ ñồ ñiều khiển override control ñược cho trên hình 1.13

Dòng hơi phía trên phải ñược duy trì trên một áp suất tối thiểu Dòng hơi nước ở trên ñược sử dụng ñể ñun nóng nước trong một bộ phận trao ñổi nhiệt Nhiệt ñộ của nước nóng ñược ñiều khiển bởi TIC-101 ðiều quan trọng hơn là áp suất phía trên ñược duy trì ở mức tối thiểu của nó, nhiệt ñộ nước ñược ñặt tại ñiểm ñặt của nó

ðiểm ñặt của bộ ñiều khiển áp suất hơi nước trên ñược ñặt ở áp suất tối thiểu (dưới

áp suất bình thường) Nếu áp suất giảm xuống dưới ñiểm ñặt của nó, ñầu ra của bộ ñiều khiển áp suất sẽ giảm Khi nó nhỏ hơn so với ñầu ra của bộ ñiều khiển nhiệt ñộ, bộ ñiều khiển áp suất sẽ bắt ñầu cho ñóng van

Nhiệt ñộ của nước sẽ bị giảm xuống dưới ñiểm ñặt, nhưng quan trọng hơn là dòng

áp suất ở trên vẫn ñược duy trì

Hình 1.13 Sơ ñồ ñiều khiển tổng quan override control

Ví dụ dưới ñây cho thấy biến ñiều chỉnh chính là lưu lượng dòng nhiệt ñi qua reboiler có thể ñược ñiều khiển thông qua mức chất lỏng hoặc là nhiệt ñộ của ñáy

Hình 1.14 Sơ ñồ ñiều khiển nhiệt ñộ ñáy thông qua lưu lượng dòng nóng

1.4.3 Hệ thống ñiều khiển tháp chưng cất trong Nhà máy xử lý khí Dinh Cố [48] Xét một hệ thống ñiều khiển tháp chưng cất C01 trong Nhà máy xử lý khí Dinh Cố như

hình 1.15 dưới ñây

Hình 1.15 Sơ ñồ ñiều khiển tháp chưng cất C01

Nhiệm vụ chính của tháp C01 là tách các hydrocacbon nhẹ như Metan, Etan ra khỏi dòng Condensate là một hỗn hợp dòng lỏng hơi ñầu vào bao gồm có 2 dòng, một dòng từ ñáy tháp C04 như một nguồn cấp liệu chính, một dòng từ ñáy C05 ñược coi như một dòng hồi lưu ngoài của tháp Dòng khí nhẹ thương phẩm trên ñỉnh tháp ñược cung cấp cho hai Nhà máy ñiện Bà Rịa và Phú Mỹ Dòng lỏng dưới ñáy tháp chủ yếu

là các thành phần nC4H10 và C5+ cấp cho công ñoạn chế biến tiếp theo

ðể ñiều khiển lưu lượng 2 dòng cấp liệu cho tháp thì người ta ño chiều cao mức của 2 tháp C04 và C05 ñể ñiều khiển ñộ mở của 2 van là FV-1701 và FV-1201 và ở ñây tồn tại 2 vòng ñiều khiển phản hồi mức – lưu lượng

ðể giữ ổn ñịnh áp suất làm việc cho tháp, người ta sử dụng bộ kiểm tra áp suất PICA ñặt trên ñỉnh tháp ñể ñiều khiển ñộ mở cho van PV-1303B

Nhiệt ñộ làm việc tháp ñược cung cấp bởi một thiết bị trao ñổi nhiệt E-01A/B Một phần dòng lỏng ñáy tháp ñược hoá hơi ñưa quay trở lại ñĩa dưới cùng của tháp, có nhiệm vụ gia nhiệt ñáy tháp Nhiệt ñộ dòng nhiệt này ñược khống chế bởi van TV-

1307 ñiều khiển lưu lượng dòng dầu nóng qua van

Dòng lỏng ñáy C01 ñược dẫn tới bình chứa V15 Thay vì ñiều khiển mức ở ñáy C01 thì ta tiến hành ñiều khiển mức bình V15 thông qua ñộ mở van FV-1301

1.4.4 Hệ thống ñiều khiển tháp chưng cất nhà máy lọc dầu số 1 Dung Quất [52]

Sơ ñồ P&ID cho hệ thống ñiều khiển tháp chưng cất dầu thô ñiển hình T1101 ñược cho trên hình 1.16

ðiều khiển nhiệt ñộ tháp chưng cất chính, trước tiên ñược thực hiện bằng cách thu hồi lượng nhiệt thông qua các bộ trao ñổi nhiệt các dòng sản phẩm ñược trích ra tại vị trí các ñĩa chứa các sản phẩm như sản phẩm ñỉnh, sản phẩm Kerosene, dòng sản phẩm Heavy Gas Oil sau ñó ñược ñưa trở lại tháp tại vị trí các ñĩa thích hợp Dòng sản phẩm ñỉnh ñược dùng ñể ñiều khiển nhiệt ñộ ñỉnh tháp thông qua việc thu hồi nhiệt từ phần ñỉnh tháp

Hệ thống ñiều khiển cho tháp chưng cất T1101 bao gồm nhiều hệ thống, ñó là hệ thống ñiều khiển quá trình nhiệt dòng sản phẩm Kerosene, Heavy Gas Oil, hệ thống ñiều khiển quá trình nhiệt, lưu lượng dòng hồi lưu ñỉnh, hệ thống ñiều khiển mức ñáy tháp Ngoài ra còn tồn tại hệ thống ñiều khiển lưu lượng hồi lưu các dòng sản phẩm từ

các thiết bị phân tách Tuy nhiên một số quá trình nhiệt có nhiều ñiểm tương ñồng về nguyên lý cũng như về cấu trúc ñiều khiển nên ta chỉ phân tích một vài hệ thống ñiển hình

Hình 1.16 Sơ ñồ P&ID cho hệ thống ñiều khiển tháp chưng cất T1101

1.4.4.1 Hệ thống ñiều khiển nhiệt ñộ ñỉnh tháp chưng cất

Trong tháp chưng cất, ứng với một dải nhiệt ñộ ta sẽ thu ñược nồng ñộ thành phần mong muốn Như vậy ta phải duy trì nhiệt ñộ tháp ở một giá trị nhất ñịnh ðể thực hiện