Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng điều khiển thích nghi cho mức nước bể khử khí TK 3201 tại nhà máy lọc dầu dung quất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAPHẠM 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

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

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

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 O2, CO2, 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)

Tần sốTín hiệu ngõ vào đối tượng điều khiểnTín hiệu ngõ ra đối tượng điều khiểnSai số hệ thống

Hệ số khâu tỉ lệ

Hệ số khâu tích phânToán tử vi phân

Hệ số quênVéc tơ tham số hệ thốngVéc tơ hồi qui hệ thốngHàm truyền đối tượng

thay đổi đầu ra của bểHình ảnh nhân viên vận hành chuyển chế độ vận hành của bộ

điều khiển không đổi để kiểm soát ổn định mức bể

lân cận điểm làm việc

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

tại điểm làm việc H

đổi

khi thay đổi điểm làm việc

Số hiệu

hình

TK-3201 trong trường hợp thay đổi điểm làm việc

nước

và giá trị thật

lượng thông số mô hình và giá trị thật của bể nước

TK-3201 trong trường hợp Q0 thay đổi

TK-3201

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

nước bể TK-3201 trong trường hợp Q

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Việt Nam là một trong những nước trong khu vực có trữ lượng dầu mỏ vàkhí khá lớn Tuy nhiên, trước kia dầu khai thác được chủ yếu xuất khẩu dưới dạngdầu 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 chếbiến dầu mỏ ngày càng phát triển, trở thành một trong những ngành công nghiệpmũi nhọn trên thế giới Nằm trong trào lưu chung đó, công nghiệp dầu khí nước tacũng có những bước khởi sắc với sự ra đời của hàng loạt nhà máy đã đi vào vậnhành 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 NghiSơn, Nhà máy lọc dầu Long Sơn - Vũng Tầu đã đóng góp vào sự phát triển củangành 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 Sảnphẩm đầu ra của quá trình này sẽ là đầu vào của một hay nhiều quá trình khác Sựthay đổi chế độ vận hành của một quá trình này sẽ dẫn đến sự ảnh hưởng của quátrình 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 tròcực kỳ quan trọng trong phân xưởng thu hồi và xử lý nước ngưng Không khí hòatan 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 ănmòn 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, bểkhử 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 nướcDesuperheated cho các dòng hơi để điều khiển nhiệt độ các dòng hơi đi vào cácthiết 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 bịquay quan trọng Nếu mất nước cấp tại bể TK- 3201A/B thì các sẽ không cấp nướcBFW 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 hiểunghiên 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:

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các vấn đề về ứng dụng

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

- Phương pháp mô phỏng: Sử dụng công cụ tính toán tìm tối ưu trong phần

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 điềukhiển 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 côngnghiệp làm nâng cao hơn nữa chất lượng điều khiển cho các mô hình có thông sốthay 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 nhưsau:

Mở đầu

Lý do chọn đề tài

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu

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 bàncác 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 tươnglai) bao gồm 485 ha mặt đất và 471 ha mặt biển, trong đó (hiện tại): Khu nhà máychính 110 ha; Khu bể chứa dầu thô 42 ha; Khu bể chứa sản phẩm 43,83 ha; Khutuyến 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 ngầmdưới 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

thùng/ngày Sau khi hoàn thành nâng cấp mở rộng: 8,5 triệu tấn dầu thô/năm, tươngđương 192.000 thùng/ngày

Nguyên liệu:

tương đương)

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 thốngphao rót dầu một điểm neo (SPM) có khả năng tiếp nhận tàu có trọng tải từ 80.000đến 150.000 tấn (Sau khi nâng cấp, mở rộng 300.000 tấn) và đường ống dẫn dầu từphao 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 bằngnhau 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 octanphối trộn xăng

Kerosen được đưa đến phân xưởng xử lý kerosen để cho ra nhiên liệu phảnlực 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 hànhtại 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 trìnhvận hành của Nhà máy

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

Các sản phẩm từ khu vực công nghệ được đưa đến chứa tại khu bể chứatrung 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 xuấtbán bằng đường bộ và cảng xuất bằng đường biển để xuất bán tất cả các sản phẩmcủa Nhà máy

Cảng xuất sản phẩm bằng đường biển đặt trong vịnh Dung Quất cách Khu bểchứa sản phẩm khoảng 3 km Cảng xuất sản phẩm bằng đường biển xuất các sảnphẩm 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 côngtrình khác trong vịnh Dung Quất, một Đê chắn sóng được xây dựng với tổng chiềudài gần 1.600m, mặt đê rộng 11 m, chiều cao đê so với mặt nước biển từ 10 đến11m

1.5 Cơ cấu sản phẩm

Nhà máy sản xuất khí hóa lỏng LPG, propylene, polypropylene, xăng A92 vàA95, dầu hỏa, nhiên liệu phản lực, diesel và dầu nhiên liệu Nhà máy gồm 14 phânxưởng 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)

Khí hóa lỏng Propylene

Khí hóa lỏng LPG

Xăng Mogas RON 92

Xăng Mogas RON 95

Dầu hỏa/nhiên liệu Jet A1

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

đoạn liên doanh với Nga): Tổng mức đầu tư cho dự án là 1,297 tỷ USD không baogồm phí tài chính;

tự đầu tư): 2,501 tỷ USD;

công tác xây dựng và chạy thử nhà máy): Phê duyệt tổng mức đầu tư là 3,053 tỷUSD

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

(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 dầuthô 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

Các bể chứa dầu thô có dung tích bằng nhau, đường kính 69,0 m, chiều cao22,4 m Bể được thiết kế mái nổi, vật liệu chế tạo bằng thép carbon Trong khu bểchứa dầu thô còn có các hệ thống giá, bệ đỡ đường ống, trạm biến áp, trạm bơmdầu, hệ thống thu gom nước thải, hệ thống cấp thoát nước, hệ thống cấp điện chotrạm 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):

Toàn bộ các phân xưởng công nghệ và phụ trợ của Nhà máy được điều hànhtại 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 trìnhvận hành của Nhà máy

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, dầunhiên liệu, phân xưởng xử lý nước thải v.v để đảm bảo quá trình hoạt động của cácphân 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 cótổng công suất 784 tấn hơi/h ở nhiệt độ 505oC và 107 at- mốt-phe Nhà máy điện lànguồn 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 nướcbiển, ống dẫn nước biển, bơm nước biển, cụm nạp hypochlorite và đầu xả nướcbiển Hệ thống được thiết kế nhằm: Cung cấp nước biển làm mát cho các TurbineCondenser của phân xưởng RFCC và của Nhà máy điện, và cung cấp nước biển làmmát cho phân xưởng nước làm mát

1.7.6 Khu bể chứa trung gian

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 từ5,08 cm - 40,64 cm, để vận chuyển các sản phẩm như Xăng RON 92/95, Jet A1, dầuDiesel, 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 bằngđường biển: Chiều dài khoảng 3 km, có 15 tuyến ống (10 tuyến ống sản phẩm, 5tuyến ống phụ trợ/dầu thải/nước dằn tàu), kích cỡ từ 5,08 cm - 76,2 cm để vậnchuyển 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 vànitơ

1.7.8 Khu bể chứa sản phẩm

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 bằngbêtông 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 đểxuất các sản phẩm thông dụng như xăng Mogas 92/95, Mogas 90, Jet A1, AutoDiesel và FO

Trạm xuất được thiết kế với 2 giàn xuất, trên mỗi giàn lắp các cần xuất có thểphục vụ cho cả 2 phía của giàn xuất, trạm sẽ xuất được cùng lúc 4 xe Trạm bơmcũng 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 củathân đê chắn sóng, có diện tích sử dụng khoảng 135 ha gồm mặt đất và mặt biển với

quy mô như sau:

đến 30.000 tấn, có thể mở rộng để tiếp nhận tàu có trọng tải lớn nhất là 50.000 tấn

tải từ 1.000 tấn đến 5.000 tấn, có thể mở rộng để tiếp nhận tàu 30.000 tấn

Việc xây dựng đê chắn sóng không những bảo vệ an toàn khu Cảng xuất sảnphẩm, mà còn có tác dụng chắn sóng cho toàn bộ vịnh Dung Quất, đảm bảo hoạtđộng của các hạng mục như Bến số 1 của Cảng công vụ, các bến của Cảng tổnghợp, 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 máychính, có tổng diện tích khoảng 10ha, trên cao trình san nền +11m, được quy hoạchtrong 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 khunhà máy chính

1.7.13 Nhà máy sản xuất Polypropylene

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

Nguyên liệu đầu vào là propylene, đây là một trong các sản phẩm của Nhàmáy lọc dầu Từ propylene, cùng với hydrogen và xúc tác, nhà máy sản xuất trên 30loại 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 mộtphần 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 nhưhình 1.9

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

Bể có ba đường ra tương ứng là V01, V02, V03 Trong quá trình vận hànhbình thường ở 100% công suất của nhà máy lọc dầu Dung Quất, bể nước TK-3201

việc thường xuyên nhất của bể nước TK-3201

Tuy nhiên trong quá trình vận hành của nhà máy, có những thời điểm nhucầu sử dụng nước lò hơi tăng cao đòi hỏi đường V03 tiếp tục mở, bể nước sẽ vận

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

với 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:

hai đại lượng này khi dòng chảy đều được mô tả bởi biểu thức

hai đại lượng này khi dòng chảy đều được mô tả bởi biểu thức

hai đại lượng này khi dòng chảy đều được mô tả bởi biểu thức

Q03

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 trongphân xưởng thu hồi và xử lý nước ngưng Không khí hòa tan trong nước ngưng,

đường ống dẫn trong Nhà máy Để bảo vệ chúng khỏi sự ăn mòn của khí trongnước, người ta áp dụng biện pháp tách khí hòa tan ra khỏi nước – gọi là khử khí chonước

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

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

Theo định luật Henri thì lượng khí hòa tan trong nước (nồng độ khối lượngcủa 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 hòatan trong nước ở nhiệt độ không đổi, tỉ lệ với phân áp suất của nó pj trên bề mặtthoáng của nước:

Gj = Kjpj

Theo định luật này thì thành phần tương đối của các chất khí có trong khôngkhí 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 thểtích) 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 cónhiều trong không khí và hòa tan nhiều trong nước

Hệ số ăn mòn của Ôxy:

KÔxy = 4Fe = 4x56 = 2.34

3O2 3x32

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

Fe + 2CO2 + 2H2O = Fe(HCO3)2 + H24Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 + 8CO2Lúc này:

O2 3 2

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

đã được khử các chất khí hòa tan trong chúng

Nếu nước không được gia nhiệt tới giá trị bão hòa (ở áp suất đã cho) thì hàmlượng 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 củanước bằng với nhiệt độ bão hòa ứng với áp suất trong bình, còn phải đảm bảo đủthời gian, đủ bề mặt tiếp xúc giữa hơi và nước và phải đảm bảo việc thoát hơi rakhỏi Bình khử khí

Ngoài việc giữ nhiệt độ của nước trong bể khử khí ở nhiệt độ bão hòa, bểkhử 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, cấpnước sinh cho thiết bị sinh hơi cao áp tại SRU và cung cấp nước Desuperheated chocác dòng hơi để điều khiển nhiệt độ các dòng hơi đi vào các thiết bị quay quantrọng, các bơm, máy nén dùng tua bin hơi, đảm bảo chất lượng, tránh gây ảnhhưởng đến năng suất làm việc và đặc biệt là tuổi thọ của các thiết bị quay quantrọng Nếu mất nước cấp tại TK-3201A/B thì các sẽ không cấp nước BFW liên tụccho các phân xưởng công nghệ được, sẽ dẫn đến hầu như dừng toàn bộ các phânxưởng 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 ổnđịnh 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:

nguyên lý chênh lệch áp suất, thiết bị này gởi tín hiệu mức nước về bộ điều khiển

PID 032LIC011.

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.

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 là60% 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 khôngcòn phù hợp với điều kiện làm việc mới của bể Lúc này nhân viên vận hành phảichuyển bộ điều khiển về chế độ vận hành bằng tay, thao tác đóng mở các van tay đểgiữ 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:

điều khiển mức nước bể khử khí;

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):

điều khiển mức nước

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

nhận bằng hình tín hiệu điều khiển và tín hiệu mức nước bể khử khí thay đổi mộtcách có qui luật;

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;

bộ điều khiển mức nước bể khử khí từ chế độ tự động sang chế độ vận hành bằngtay, nghĩa là thời điểm này tín hiệu điều khiển gởi ra van điều khiển từ bộ điềukhiển 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 trịbình thường, nhân viên vận hành chuyển chế độ hoạt động của bộ điều khiển mứcnước bể khử khí từ vận hành bằng tay sang chế độ tự động, được ghi nhận bằnghình 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 ởViệt 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 nóiriêng và như nền kinh tế đất nước nói chung

Giới thiệu về vai trò của phân xưởng hơi nước và nước ngưng, giới thiệu vềvai 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, hiệuquả của nhà máy lọc dầu Dung Quất

Trong chương này vấn đề tồn tại của việc điều khiển mức nước bể khử khíTK-3201 tại nhà máy lọc dầu Dung Quất được nhận dạng và phân tích, những hạnchế 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 raq0 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)

C là tiết diện ngang của bể

và chiều cao cột nước h trong bể Trong đó C là tiết diện bể và K là đại lượng phụthuộc vào bản chất và điều kiện của chất lỏng chảy ra khỏi bể như giải thích ở biểuthức (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 điểm làm việc [11]

Trên hình 2.2, Bể nước đang làm việc tại điểm có chiều cao mức H và lưulượng ra là Q, xét tại một lân cận điểm làm việc này, chiều cao cột nước thay đổi là

h và lưu lượng thay đổi là q

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

Vậy :

R C =

t

thống tuyến tính

Hàm truyền đạt tuyến tính hóa:

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

R t CsH (s)+ 2H (s)= R t Q i (S )

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

G bn (s)=

Hay hàm truyền đạt tuyến tính hóa của hệ có dạng:

bn

và chiều cao cột nước h trong bể khử khí là quan hệ phi tuyến, tuy nhiên tại lân cận

quan hệ tuyến tính với hàm truyền đạt tuyến tính hóa tại biểu thức (2.14), trong đócác 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

bằng các phương pháp khác nhau ta có các hàm truyền gián đoạn có dạng khác nhau

nước và phương pháp rời rạc hoá

Sử dụng hàm truyền đạt gián đoạn theo phương pháp zoh ta có:

G

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

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)

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