Hướng dẫn điều khiển tháp chưng cất

Để duy trì khối lượng lỏng theo yêu cầu và nồng độ sản phẩm không thay đổi trong quá trình chưng cất ta thiết lập mạch điều khiển phản hồi. Căn cứ số liệu ban đầu của tháp và dạng đặc tính đầu ra của tháp người ta chọn bộ điều khiển PI, phù hợp với nguyên tắc điều khiển ổn định nồng hộsản phẩm trong lý thuyết điều khiển quá trình. Các bộ điều khiển được sửdụng là các bộ điều khiển tỷlệP (để điều khiển mức) và tỷlệtích phân PI (để điều khiển nồng độsản phẩm). Yêu cầu mạch điều khiển đảm bảo thành phần sản phẩm đỉnh có nồng độx D = 98% mol chất A (cấu tửnhẹ) trong chất lỏng của sản phẩm đỉnh. Sơ đồmô phỏng hình 2.29.

pdf24 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Lượt xem: 3060 | Lượt tải: 3download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Hướng dẫn điều khiển tháp chưng cất, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
- 1 - MỞ ðẦU 1. Tính cấp thiết của ñề tài Tại Việt Nam ngành dầu khí là một ngành công nghiệp rất non trẻ, ngành công nghiệp lọc dầu là ngành mới bắt ñầu sản xuất ở Việt nam, hầu hết các thiết bị của ngành ñều là thiết bị nhập ngoại. Việc khai thác sử dụng các thiết bị ñều phụ thuộc nhiều vào nước ngoài, ñặc biệt là các thiết bị ñiều khiển, nên giá thành ñắt. Việc nghiên cứu, nắm vững quy trình công nghệ nhà máy lọc dầu và các hệ thống ñiều khiển nhằm khai thác có hiệu quả và tìm cách tiếp cận thay thế dần các thiết bị ñiều khiển trong nước là một vấn ñề cần ñược quan tâm. Hướng nghiên cứu ứng dụng lý thuyết ñiều khiển hiện ñại ñang góp phần rất lớn trong việc tự ñộng hoá quá trình sản xuất, khai thác một cách triệt ñể và tối ưu hoá chất lượng sản phẩm, ñảm bảo an toàn và hiệu quả trong công nghiệp khai thác và chế biến dầu khí. 2. Mục ñích của ñề tài, ñối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu ðề tài nhằm ñánh giá chung về hệ thống ñiều khiển hiện tại của công nghiệp chế biến khí ở Việt Nam, xây dựng mô hình toán học cho các tháp lọc và khảo sát ñặc tính của các tháp chưng cất và hoá lỏng khí. ðối tượng nghiên cứu ñược tiến hành trên tháp chưng cất hỗn hợp nhiều thành phần. Luận án chú trọng phân tích ñánh giá hệ ñiều khiển tháp lọc dầu và hoá lỏng khí hiện nay tại Việt Nam. Nghiên cứu những yếu tố ảnh hưởng ñến chất lượng sản phẩm và khả năng ứng dụng các bộ ñiều khiển ña biến ñể nâng cao chất lượng các ñặc tính ñiều khiển. Phạm vi nghiên cứu của ñề tài ñược tập trung vào hệ thống ñiều khiển tháp chưng cất dùng trong công nghiệp lọc dầu và hóa lỏng khí. 3. Phương pháp nghiên cứu Dựa trên cơ sở nguyên lý hoạt ñộng, công nghệ tách phân ñoạn của tháp hóa lỏng khí mà các dữ liệu thu thập thống kê ñược từ thực tế nhà máy ñể thành lập mô hình toán học mô tả hành vi của tháp chưng cất. Sử dụng phần mềm Matlab ñể mô phỏng và phân tích hệ thống. Trên cơ sở phân tích ñặc ñiểm công nghệ, các ưu nhược ñiểm của hệ - 2 - thống ñiều khiển các tháp lọc dầu và hoá lỏng khí, các chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm ñã ñạt ñược, ñề xuất phương án ứng dụng ñiều khiển tách kênh hệ ña biến ñể nâng cao chất lượng của quá trình ñiều khiển nhằm tạo ra sản phẩm dầu khí có chất lượng tốt hơn. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài Các hệ thống ñiều khiển hiện tại ở nhà máy xử lý khí dựa trên cở sở của quá trình ñiều khiển riêng biệt từng ñại lượng, ít chú ý ñến ảnh hưởng qua lại của các ñại lượng ñược ñiều khiển trong cùng một ñối tượng. Vì vậy khi tác ñộng ñiều chỉnh một ñại lượng nào ñó trong tháp chưng cất thì cũng phải tìm cách ñiều chỉnh các ñại lượng liên quan trong tháp. ðể khắc phục ñiều ñó tác giả có ý tưởng ứng dụng ñiều khiển tách kênh vào hệ thống ñiều khiển tháp lọc dầu và hóa lỏng khí. Việc ứng dụng ñiều khiển tách kênh cho phép khắc phục ñược ảnh hưởng qua lại của các kênh trong các ñối tượng ñiều khiển ña biến như tháp chưng cất. Trên thực tế, chưa có nhiều công trình nghiên cứu về tháp chưng cất ñược công bố ở Việt Nam. Tác giả mong muốn ñóng góp một phần nghiên cứu khảo sát tháp chưng cất nhằm làm cơ sở cho việc ứng dụng lý thuyết ñiều khiển tách kênh trong việc nâng cao chất lượng hệ thống ñiều khiển tháp chưng cất. 5. Nhưng ñóng góp mới của luận án Xây dựng mô hình toán học mô phỏng ñặc tính tháp chưng cất theo hệ ña biến; phân tích ñánh giá ñược chất lượng hệ thống ñiều khiển tháp chưng cất và ứng dụng ñiều khiển tách kênh vào việc nâng cao chất lượng hệ thống ñiều khiển tháp chưng cất và hóa lỏng khí trong ñiều kiện Việt Nam. Việc ứng dụng ñiều khiển tách kênh trong công nghiệp dầu khí cho phép cải thiện chất lượng các sản phẩm của các tháp lọc dầu và hóa lỏng khí. 6. Cấu trúc luận án Ngoài phần mở ñầu và kết luận, luận án gồm 4 chương. Chương 1 trình bày tổng quan về công nghệ lọc hóa dầu và chế biến khí ở Việt Nam và trên thế giới. Trong chương này cũng trình bày các hệ thống ñiều khiển ñang ñược áp dụng trong công nghiệp lọc hóa dầu và chế biến khí, qua ñó rút ra kết luận về vai trò của tháp chưng cất và hệ - 3 - thống ñiều khiển các tháp chưng cất, một trong những ñối tượng ñiều khiển quan trong ñược áp dụng trong công nghiệp chế biến khí. Chương 2 trình bày cơ sở lý thuyết ñể xây dựng mô hình toán học cho tháp chưng cất ñể làm cơ sở cho việc khảo sát ñánh giá chất lượng hệ thống ñiều khiển tháp. Căn cứ mô hình toán học và kết quả khảo sát các hệ thống ñiều khiển hiện tại ñể ñánh giá tổng quát về hệ thống ñiều khiển tháp chưng cất. Chương 3 ñưa ra giải pháp nâng cao chất lượng hệ thống ñiều khiển tháp chưng cất bằng cách áp dụng lý thuyết ñiều khiển ña biến. Trong chương này cũng ñưa ra ñược kết quả khảng ñịnh việc áp dụng ñiều khiển tách kênh sẽ cải thiện ñược chất lượng của hệ thống ñiều khiển tháp chưng cất hiện nay. Chương 4 là kết quả thực nghiệm áp dụng lý thuyết ñiều khiển tách kênh cho tháp chưng cất khảo sát bằng Matlab ở các chế ñộ làm việc khác nhau. Kết quả thực nghiệm ñã minh chứng cho phần lý thuyết ở chương 3. Chương 1 TỔNG QUAN ðiều khiển quá trình lọc dầu và chế biến khí là một bài toán phức tạp với khối lượng tính toán lớn. Giải bài toán này là nhằm ñáp ứng các chỉ tiêu ñặt ra cho các hoạt ñộng sản xuất kinh tế. ðiều quan trọng là các chỉ tiêu của các hoạt ñộng nhà máy thay ñổi dần theo thời gian ñối với việc ñiều khiển các quá trình. Vì vậy cần phân tích và ñánh giá hệ thống trong trạng thái ñộng. Mô hình toán học của các quá trình chế biến sản xuất dầu, khí rất phức tạp. Các hệ thống ñiều khiển tự ñộng ñược ñưa vào nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và ñảm bảo sự hoạt ñộng an toàn, hiệu quả của nhà máy. Qua việc phân tích công nghệ chế biến khí ta thấy các tháp dùng trong nhà máy chế biến khí chủ yếu là các tháp hình trụ nhiều ñĩa. Hệ thống ñiều khiển các tháp sử dụng các sách lược ñiều khiển phản hồi và ñiều khiển truyền thẳng. Các bộ ñiều khiển dùng các bộ P, PI kinh ñiển. Hệ thống ñiều khiển các tháp của nhà máy ñã duy trì ñược các chỉ tiêu, chất lượng theo yêu cầu. Tuy nhiên trong quá trình vận hành, khi thay ñổi dòng hồi lưu ñể duy trì giá trị ñặt của sản phẩm ñỉnh thì ñồng thời nó cũng ảnh hưởng ñến chất lượng sản phẩm ñỉnh, do ñó làm ảnh hưởng ñến chất lượng sản phẩm nhà máy. Hay nói cách khác, các tháp sử dụng trong nhà - 4 - máy là các ñối tượng ña biến (ñối tượng nhiều ñầu vào nhiều ñầu ra MIMO). Các hệ thống ñiều khiển ñơn biến không ñáp ứng yêu cầu của các hệ MIMO này. Ngoài ra ở ñây cũng nhận thấy rằng chưng cất và các tháp chưng cất ñược dùng khá phổ biến nếu không nói là chủ yếu trong công nghệ hóa dầu và chế biến khí tự nhiên. Việc nghiên cứu và hoàn thiện các hệ thống ñiều khiển các tháp chưng cất là vấn ñề hết sức quan trọng, ñặc biệt ở Việt Nam, khi mà công nghiệp dầu mỏ và chế biến khí là hoàn toàn mới mẽ. Trong lĩnh vực này ñã có nhiều công trình ñược công bố. Nhiều nhà khoa học trên thế giới ñã và ñang có nhiều ñóng góp trong lĩnh vực nghiên cứu ñiều khiển tháp chưng cất. Ở Việt Nam các công trình nghiên cứu về hệ thống ñiều khiển tháp lọc dầu, chưng cất còn quá ít. Vì vậy trong luận án sẽ chú trọng nghiên cứu xây dựng mô hình ñể mô phỏng ñặc tính của tháp và ñề xuất giải pháp nâng cao chất lượng các hệ thống ñiều khiển các tháp lọc dầu và hóa lỏng khí ở Việt Nam. Chương 2. MÔ HÌNH HOÁ, MÔ PHỎNG, KHẢO SÁT VÀ ðÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN THÁP CHƯNG CẤT TRONG CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ Người ta tiến hành mô hình hóa tháp chưng cất ñể khảo sát các ñặc tính của tháp. Các quá trình công nghiệp thường rất phức tạp, vì vậy dù mô hình tốt ñến mấy cũng chỉ có thể biểu diễn một cách xấp xỉ các ñặc tính của ñối tượng cần khảo sát. Một mô hình quá phức tạp sẽ gây nên khó khăn trong quá trình khảo sát, nhưng ngược lại một mô hình quá ñơn giản lại khó có thể phản ánh chính xác các ñặc tính quan trong của ñối tượng cần khảo sát. Tuy vậy mô hình tốt nhất là mô hình ñáp ứng ñược các yêu cầu về tính trung thực theo mục ñích sử dụng nhất ñịnh nào ñó. Việc cân nhắc lựa chọn mức ñộ chi tiết và chính xác trong mô hình hoá phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Yêu cầu và mục ñích sử dụng cụ thể của mô hình. - Chi phí mô hình hoá. - ðộ tin cậy của thông tin về ñối tượng hay quá trình. Chưng cất là phương pháp phân tách cơ bản, lâu ñời nhất, nhiều khi gần như là phương pháp duy nhất ñược sử dụng trong công nghiệp - 5 - dầu mỏ và chế biến khí tự nhiên. Người ta cần chưng cất không những dầu thô, khí ñồng hành, khí tự nhiên mà cả hỗn hợp các sản phẩm ra từ các lò phản ứng hoá học dùng trong các quá trình chế biến dầu mỏ cũng như trong lĩnh vực hoá dầu. Chưng cất ñược thực hiện trong các thiết bị chưng cất. Thiết bị chưng cất gồm tháp chưng cất và bình tách cùng các thiết bị bổ trợ như thiết bị làm lạnh, thiết bị ngưng tụ, lò gia nhiệt, ... Tháp chưng cất là thiết bị chủ yếu của phân xưởng chưng cất. Hầu hết các tháp chưng cất dùng trong công nghiệp lọc dầu và chế biến khí tự nhiên là tháp ñĩa hình trụ. Các tháp chế biến khí tự nhiên thường có từ 10 ñến 60 ñĩa. ðường kính của tháp chưng cất phụ thuộc vào lưu lượng nguyên liệu ñể chưng cất. Chiều cao của tháp phụ thuộc chủ yếu vào số ñĩa lọc. Khoảng cách giữa hai ñĩa liên tiếp khoảng 0,25-0,8m và có thể hơn. Ngoài ra cũng cần một không gian ñáng kể ở ñỉnh và ñáy tháp. Hình 2.6 mô tả sơ ñồ tháp chưng cất ñiển hình ñể tạo ra hai sản phẩm ñược lấy ra ở ñỉnh và ở ñáy tháp. Trên sơ ñồ các ký hiệu biểu thị ý nghĩa sau: F - Lưu lượng dòng nạp liệu (kmol/ph) zF - Thành phần nguyên liệu trong dòng nạp ( phần mol của hợp chất nhẹ) qF- Phần lỏng trong hỗn hợp nạp. D - Lưu lượng dòng sản phẩm ñỉnh (kmol/ph) B - Lưu lượng dòng sản phẩm ñáy (kmol/ph) xD- Thành phần (phần mol) sản phẩm ñỉnh (thành phần hợp chất nhẹ có ở ñỉnh tháp)(%) xB - Thành phần (phần mol) sản phẩm ñáy (thành phần hợp chất nhẹ có ở ñáy tháp)(%) L - Lưu lượng dòng hồi lưu(kmol/ph) V - Lưu lượng dòng ñược gia nhiệt ở ñáy(kmol/ph) VN - Lưu lượng dòng hơi ñỉnh tháp(kmol/ph) N - Số ñĩa lý thuyết i - Ký hiệu số thứ tự của ñĩa - 6 - xi, yi - Thành phần (phần mol) của pha lỏng và hơi trên ñĩa thứ i (thường dùng ñể chỉ thành phần hợp chất nhẹ, hợp chất dễ bay hơi, có trong pha lỏng và hơi). Hình 2.6. Sơ ñồ tháp chưng cất với cấu hình ñiều khiển LV ðể xây dựng mô hình tháp chưng cất ta sử dụng sơ ñồ tháp chưng cất như hình 2.6. Mô hình toán học của tháp chưng cất ñược xây dựng dựa trên các công thức mô tả quá trình chưng cất trong các tháp[8,10]. Xét hỗn hợp 2 thành phần A và B cần ñược tách thành 2 dòng sản phẩm bằng cách dùng phương pháp chưng cất truyền thống. Hỗn hợp ñược nạp vào tháp dưới dạng chất lỏng tại ñĩa nạp Nf với lưu lượng là F (kmol/ph) và phần mol của hỗn hợp nạp (của hợp chất A có trong hỗn hợp nạp) là zF. Phía trên ñỉnh dòng hơi ñược làm lạnh và ngưng tụ hoàn toàn, sau ñó nó ñược ñưa vào bình chứa hồi lưu. Việc làm lạnh hơi trên ñỉnh tháp ñược thực hiện bằng nước lạnh. Chất lỏng từ bình hồi lưu một phần ñược bơm trở lại vào tháp (ở ñĩa trên cùng N) với lưu lượng L (Dòng hồi lưu) một phần ñược lấy ñi dưới dạng sản phẩm chưng cất ở ñỉnh với lưu lượng D. MD là lượng chất lỏng lưu lại trong bình hồi lưu. Căn cứ sơ ñồ ta thấy xD là thành phần (phần mol) của cả 2 dòng hồi lưu và chưng cất (thành phần hợp chất A có trong sản phẩm ñỉnh). Ở ñáy tháp chưng cất, dòng sản phẩm chất lỏng (sản phẩm ñáy) ñược lấy ra với lưu lượng B và phần mol là xB (thành phần hợp chất A có trong sản phẩm ñáy). Dòng chất lỏng với lưu lượng V ñược lấy ra từ ñáy tháp và sau ñó ñược gia nhiệt và ñưa trở - 7 - lại ñáy tháp. Thành phần (phần mol) của dòng V ñưa trở lại tháp là xB. MB là lượng dư chất lỏng ở ñáy tháp. Tháp chứa N ñĩa tính từ ñáy tháp ñến ñỉnh tháp. Gọi Mi là lượng chất lỏng ñọng lại trên ñĩa thứ i. ðể ñơn giản trong việc mô tả thệ thống, ta ñưa ra các giả thiết sau[33,34]: 1. Lượng hơi dư trên mỗi ñĩa ñược bỏ qua. 2. Lượng mol nhiệt hoá hơi của cả hai thành phần A,B gần như nhau. ðiều này có nghĩa là 1 mol hơi ngưng tụ toả ra lượng nhiệt ñủ ñể hoá hơi một mol chất lỏng. 3. Tổn thất nhiệt từ tháp ra môi trường xung quanh ñược bỏ qua. 4. ðộ bay hơi tương ñối α của cả hai thành phần ñược xem là không ñổi trong toàn bộ tháp. 5. Mỗi ñĩa ñược xem là có hiệu suất 100% (có nghĩa là lượng hơi bay ra khỏi ñĩa cân bằng với chất lỏng ở trên ñĩa). Ba giả thiết ñầu có nghĩa là V=V1=V2=…=VN và không cần sự cân bằng năng lượng quanh mỗi ñĩa. Hai giả thiết cuối có nghĩa là quan hệ cân bằng hai pha hơi-lỏng có thể ñược dùng ñể tạo nên liên hệ phần mol của cấu tử A trong pha hơi rời khỏi ñĩa thứ i (yi) với phần mol của cấu tử A trong pha lỏng rời khỏi ñĩa ñó (xi) (công thức 2.10): 6. Bỏ qua ñộng học của quá trình ngưng tụ và gia nhiệt. 7. Bỏ qua sự cân bằng ñộng lượng ñối với mỗi ñĩa và giả thiết rằng lưu lượng mol chất lỏng lấy ñi khỏi mỗi ñĩa liên quan với chất lỏng dư lại trên ñĩa theo công thức Francis : λ τ )( 1,0100 −− −+ − += ii L ii ii VV MMLL (2.24) Trong ñó: - L0i là lưu lượng chất lỏng ñịnh mức ở ñĩa thứ i(kmol/ph); - M0i là giá trị mol ñịnh mức trên ñĩa thứ i(kmol); - λ là hằng số biểu thị ảnh hưởng của lưu lượng hơi lên lưu lượng chất lỏng(còn gọi là ảnh hưởng của hệ số K2); - τL là hằng số thời gian ñộng học trên mỗi ñĩa (phút). i i i x xy )1(1 −+= α α - 8 - Từ ñây ta triển khai phương trình trạng thái mô tả ñộng học của tháp chưng cất như sau: Ta có phương trình cân bằng (từ các công thức 2.20-2.23) mô tả lưu lượng dòng pha hơi trong tháp như sau: (2.25) qF là hằng số biểu thị phần lỏng trong hỗn hợp nạp và ñược xác ñịnh bởi chất lượng nhiệt của dòng nạp. Cụ thể: Dòng nạp ñã ñược làm lạnh qF >1 Dòng nạp là hỗn hợp lỏng bão hòa qF =1 Dòng nạp gồm cả pha hơi và lỏng 0< qF<1 Dòng nạp là hỗn hợp hơi bão hòa qF = 0 Dòng nạp là hỗn hợp hơi quá nhiệt qF <0 Lưu lượng dòng pha lỏng trong tháp: (2.26) ở ñây M*i là khối lượng ñịnh mức ở ñĩa thứ i (kmol), L* [kmol/ph] là lưu lượng dòng hồi lưu ñịnh mức ở phần ñỉnh tháp; L*B = L* + q*F* [kmol/ph] là lưu lượng dòng gia nhiệt ñịnh mức ở phần ñáy tháp. Dòng sản phẩm ñỉnh và ñáy tháp ñược biểu thị qua biểu thức: D = VT - LT; B = LB -VB Li và Vi ký hiệu phần lỏng và phần hơi của chất nhẹ ở ñĩa thứ i trong tháp. xi, yi là phần mol của pha lỏng và pha hơi của chất nhẹ ở ñĩa thứ i; Mi là khối lượng chất lưu lại trên ñĩa thứ i. ðể mô tả quan hệ cân bằng giữa 2 pha hơi và lỏng người ta dùng phương trình cân bằng sau: Trong biểu thức trên α ñược gọi là hệ số bay hơi tương ñối. Các phương trình cân bằng vật chất toàn phần trên các ñĩa khác nhau ñược biểu thị qua các phương trình vi phân sau:          ≤≤−+ << − + = = F ii B F ii T i NikhiMML NiNkhiMML NikhiL L 1 * * * * τ τ Ni x xy i i i ,...,2,1;)1(1 . = −+ = α α    ≤≤ <<−+ = FB FFB i NikhiV NiNkhiFqV V 1 )1( - 9 - (2.27) (2.28) ñĩa nạp (2.29) (2.30) ñĩa gia nhiệt (2.31) Ở ñây ta có LN = LT, VN = VT và MN = MT ở ñỉnh tháp; L1 = LB, V1 = VB, M1= MB ở ñáy tháp. Các phương trình cân bằng vật chất cho từng thành phần của hỗn hợp trong tháp ñược mô tả như sau: (2.32) (2.33) (2.34) (2.35) ñĩa gia nhiệt (2.36) Từ các phương trình trên ta có : (2.37) ðặt các biến trạng thái x=(x1, x2, ..., M1, M2,..., MN)T Các biến vào u = (LT, VB, B, D)T; các biến ra y = (xD, xB, MD, MB)T Từ ñây ta có mô hình toán học tổng quát của tháp chưng cất như sau: )(1)(1 111111 iiiiiiii i iiiiiiii i i xVxVxLxL M yVyVxLxL Mdt dx −+−−−+−= −+−−++       −= dt dM x dt xMd Mdt dx i i ii i i )(1 NNNN NN xDLyV dt xdM )(11 +−= −− NiNkhiyVyVxLxL dt xdM Fiiiiiiii ii <<−+−= −−++ 1111 FNNNNNNNN NN FxyVyVxLxL dt xdM FFFFFFFF FF +−+−= −−++ 1111 Fiiiiiiii ii NiyVyVxLxL dt xdM <<−+−= −−++ 11111 11122 11 BxyVxL dt xdM −−= DLV dt dM NN N −−= −1 NiNkhiVVLL dt dM Fiiii i <<−+−= −+ 11 FVVLL dt dM FFFF NNNN F +−+−= −+ 11 Fiiii i NikhiVVLL dt dM <<−+−= −+ 111 BVL dt dM −−= 12 1 - 10 - (2.38) ðây là mô hình phi tuyến. Tháp chưng cất là một ñối tượng phi tuyến. Ta dùng phần mềm Matlab 7.04 ñể mô phỏng và vẽ các ñặc tính của tháp. Tháp ñược mô phỏng với 4 biến ñầu vào, 4 biến ñầu ra và hai biến nhiễu. Dòng nạp liệu ñược cho trước và ñược xem là nhiễu ñầu vào. Bốn biến ñiều khiển ñầu vào là lưu lượng các dòng hồi lưu L, dòng ñược gia nhiệt V, dòng sản phẩm ñáy B, dòng sản phẩm ñỉnh D. Bốn biến ra ñược ñiều khiển là thành phần sản phẩm ñỉnh xD, thành phần sản phẩm ñáy xB, khối lượng sản phẩm lưu lại trong bình hồi lưu MD và trong bình gia nhiệt ở ñáy tháp MB. Trong hầu hết các trường hợp, tháp chưng cất ñược ổn ñịnh trước hết bằng 4 vòng ñiều khiển kín ñộc lập. Từ các phương trình(2.24 ñến 2.38) mô tả ñộng học tháp ñã nêu ta xây dựng mô hình mô phỏng tháp như hình 2.7. Trong ñó mô hình tháp ñược xây dựng trên phần mềm MatLab 7.01 dưới dạng các tệp m.file (xem phụ lục) Hình 2.7. Sơ ñồ mô phỏng tháp chưng cất ðể khảo sát ñộng học của tháp ta lấy các số liệu thực tế sau ñể ñưa vào mô hình: F - Lưu lượng dòng nạp liệu (kmol/ph) : 1 zF - Nồng ñộ dòng nạp liệu( phần mol) : 0,5 qF - Phần lỏng trong hỗn hợp nạp : 1 L0 - Lưu lượng dòng hồi lưu(kmol/ph) : 2,7 V0 - Lưu lượng dòng gia nhiệt(kmol/ph) : 3,2 N - Số ñĩa lý thuyết : 31     = = ),( ),( uxgy uxf dt dx - 11 - i - Ký hiệu số thứ tự của ñĩa xi, yi - Thành phần (phần mol) của pha lỏng và hơi trên ñĩa thứ i(thường dùng ñể chỉ thành phần cấu tử nhẹ có trong pha lỏng và hơi) α - Hệ số hoá hơi tương ñối giữa cấu tử nhẹ và cấu tử nặng trong hỗn hợp nạp liệu : 1,5 λ - Hằng số biểu thị ảnh hưởng của lưu lượng hơi lên lưu lượng chất lỏng (còn gọi là ảnh hưởng của hệ số K2): 0 τL – Hằng số thời gian ñộng học trên mỗi ñĩa (ph) = 0,063ph Yêu cầu ñảm bảo mức chất lỏng trong các bình ngưng và bình gia nhiệt không ñổi; Nồng ñộ các sản phẩm ở ñỉnh tháp và ở ñáy tháp ổn ñịnh ứng với giá trị cho trước: xD - Thành phần(phần mol) sản phẩm ñỉnh(thành phần cấu tử nhẹ): 98%; xB - Thành phần (phần mol) sản phẩm ñáy (thành phần cấu tử nhẹ): 2%. Từ các thông số trên ta xây dựng mô hình mô phỏng ñộng học của tháp như hình 2.7 và thiết kế các bộ ñiều khiển ổn ñịnh mức chất lỏng và thành phần các sản phẩm ñỉnh và ñáy tháp theo phương pháp ñơn biến. Chọn cấu hình ñiều khiển LV. Cấu hình ñiều khiển này phù hợp với yêu cầu duy trì thành phần các sản phẩm. Như vậy trong mô hình toán của tháp chưng cất (2.38) dòng nạp liệu F và nồng ñộ dòng nạp liệu zF ñược xem là nhiễu ñầu vào. Các biến vào lúc này là LT, VB, D, B và các biến ra là xD, xB, MD, MB. Mô hình có 4 biến vào, 4 biến ra. Kết quả khảo sát thành phần sản phẩm chưng cất như sau: - ðặc tính của tháp khi không có vòng ñiều khiển (vòng hở), dòng nạp liệu và nồng ñộ sản phẩm dòng nạp không ñổi: Khi không có ñiều khiển, ñặc tính ñầu ra của tháp thu ñược như hình 2.8 và hình 2.9. Thành phần sản phẩm ñỉnh tháp xD giảm từ 97,08% ñến 97,06% (yêu cầu 98%), trong khi thành phần sản phẩm ñáy tháp tăng từ 2,92% lên 2,93% (yêu cầu 2%). Thời gian quá ñộ với nồng ñộ sản phẩm ñỉnh tháp là 250 phút, với nồng ñộ sản phẩm ñáy tháp là 250 phút. - 12 - Hình 2.8. Sự thay ñổi thành phần sản phẩm ñinh xD khi không ñiều khiển Hình 2.9. Sự thay ñổi thành phần sản phẩm ñáy xB khi không ñiều khiển - ðặc tính của tháp khi không có vòng ñiều khiển, dòng nạp thay ñổi: Hình 2.10. Sự thay ñổi nồng ñộ sản phẩm ñỉnh tháp xD khi tăng dòng nạp Hình 2.11. Sự thay ñổi nồng ñộ sản phẩm ñáy tháp xB khi tăng dòng nạp Hình 2.12. Sự thay ñổi khối lượng sản phẩm ñáy MB khi tăng dòng nạp Hình 2.13. Sự thay ñổi nồng ñộ sản phẩm trên các ñĩa khi dòng nạp tăng. - ðặc tính của tháp khi không có vòng ñiều khiển, nồng ñộ dòng nạp thay ñổi: - 13 - Hình 2.14. Sự thay ñổi nồng ñộ của sản phẩm ñinh tháp xD khi nồng ñộ dòng nạp tăng Hình 2.15. Sự thay ñổi nồng ñộ của sản phẩm ñinh tháp xD khi nồng ñộ dòng nạp giảm Hình 2.16. Sự thay ñổi thành phần của sản phẩm ñáy tháp xB khi nồng ñộ dòng nạp tăng Hình 2.17. Sự thay ñổi thành phần của sản phẩm ñáy tháp xB khi nồng ñộ dòng nạp giảm Khảo sát tháp khi có các vòng ñiều khiển ổn ñịnh khối lượng sản phẩm ñỉnh và ñáy tháp. - ðặc tính của tháp khi có vòng ổn ñịnh khối lượng sản phẩm ñỉnh và ñáy tháp, nồng ñộ dòng nạp và dòng nạp liệu không ñổi. Hình 2.19. Sự thay ñổi thành phần sản phẩm ñỉnh tháp xD khi có vòng ñiều khiển ổn ñịnh mức. Dòng nạp liệu và nồng ñộ dòng nạp liệu không ñổi Hình 2.20. Sự thay ñổi thành phần sản phẩm ñáy tháp xB khi có vòng ñiều khiển ổn ñịnh mức. Dòng nạp liệu và nồng ñộ dòng nạp liệu không ñổi - 14 - Trong thực tế người ta thường ổn ñịnh mức sản phẩm ñỉnh và ñáy tháp bằng 2 bộ ñiều khiển tỷ lệ (P). Với các số liệu ban ñầu của tháp, tham số bộ ñiều chỉnh tỷ lệ ñược xác ñịnh với các giá trị như sau KD=KB=- 10. Khi thiết lập vòng ñiều khiển ổn ñịnh khối lượng sản phẩm ñỉnh và ñáy tháp, cho thay ñổi nồng ñộ dòng nạp liệu ta thấy ñặc tính nồng ñộ sản phẩm ñỉnh và ñáy tháp tương tự như khi không có vòng ñiều khiển ổn ñịnh mức sản phẩm. ðiều này chứng tỏ ảnh hưởng của lưu lượng sản phẩm ñỉnh và ñáy tháp lên nồng ñộ sản phẩm của tháp là không ñáng kể vì vậy người ta thường dùng cấu hình LV ñể ñiều khiển nồng ñộ sản phẩm ñỉnh và ñáy tháp. Từ kết quả khảo sát cho thấy nồng ñộ sản phẩm ñỉnh và ñáy tháp không phụ thuộc nhiều vào sự thay ñổi khối lượng sản phẩm ở ñỉnh và ñáy tháp. Khi có vòng ñiều khiển ổn ñịnh mức sản phẩm (khối lượng sản phẩm) ñỉnh và ñáy tháp, nếu thay ñổi dòng nạp liệu hay nồng ñộ dòng nạp liệu thì ñặc tính nồng ñộ ở ñỉnh và ñáy tháp thay ñổi như nhau. ðiều này cho phép bỏ qua ảnh hưởng của ñiều khiển khối lượng ñối với các biến ra xD và xB. Kết quả khảo sát trên ñược tóm tắt trong bảng 2.1. Bảng 2.1. So sánh kết quả khảo sát ñặc tính của tháp khi không có bộ ñiều khiển lưu lượng và khi có bộ ñiều khiển lưu lượng ở ñỉnh và ñáy tháp Khi không có ñiều khiển mức Khi có ñiều khiển mức Nồng ñộ sản phẩm ñỉnh xD Nồng ñộ sản phẩm ñáy xB Nồng ñộ sản phẩm ñỉnh xD Nồng ñộ sản phẩm ñáy xB tqñ(ph) % tqñ(ph) % tqñ(ph) % tqñ(ph) % Lưu lượng và nồng ñộ dòng nạp không ñổi 250 97,06 250 2,93 250 97,06 250 2,93 Lưu lượng dòng nạp tăng 100 97,93 150 15,9 100 97,93 150 15,9 Nồng ñộ dòng 100 99 100 21 100 99 100 21 - 15 - nạp tăng Nồng ñộ dòng nạp giảm 100 79,8 100 0,5 100 79,8 100 0,5 Khảo sát quá trình ñiều khiển ổn ñịnh thành phần và khối lượng chất lỏng của tháp: ðể duy trì khối lượng lỏng theo yêu cầu và nồng ñộ sản phẩm không thay ñổi trong quá trình chưng cất ta thiết lập mạch ñiều khiển phản hồi. Căn cứ số liệu ban ñầu của tháp và dạng ñặc tính ñầu ra của tháp người ta chọn bộ ñiều khiển PI, phù hợp với nguyên tắc ñiều khiển ổn ñịnh nồng ñộ sản phẩm trong lý thuyết ñiều khiển quá trình. Các bộ ñiều khiển ñược sử dụng là các bộ ñiều khiển tỷ lệ P (ñể ñiều khiển mức) và tỷ lệ tích phân PI (ñể ñiều khiển nồng ñộ sản phẩm). Yêu cầu mạch ñiều khiển ñảm bảo thành phần sản phẩm ñỉnh có nồng ñộ xD = 98% mol chất A (cấu tử nhẹ) trong chất lỏng của sản phẩm ñỉnh. Sơ ñồ mô phỏng hình 2.29. Hình 2.29. Sơ ñồ mô phỏng tháp chưng cất với 4 vòng ñiều khiển phản hồi. - 16 - Căn cứ số liệu ban ñầu của tháp và ñáp ứng ñáp ứng ñầu ra chọn bộ ñiều khiển PI ñể ổn ñịnh nồng ñộ sản phẩm ñỉnh và ñáy tháp với các tham số sau: - Bộ ñiều khiển ổn ñịnh nồng ñộ sản phẩm ñỉnh xD: - Bộ ñiều khiển ổn ñịnh nồng ñộ sản phẩm ñáy tháp xB: - ðặc tính của tháp khi dòng nạp (F) thay ñổi Thành phần các cấu tử ở sản phẩm ñỉnh và ñáy tháp cũng ñược giữ ở giá trị ñặt trước (Hình 2.31 và Hình 2.32). Trong sơ ñồ của tháp nhiễu ñóng vai trò là dòng nạp liệu F và thành phần dòng nạp zF. Hình 2.31. Sự thay ñổi nồng ñộ của sản phẩm ñỉnh xD khi có ñiều khiển mức và nồng ñộ sản phẩm. Trường hợp tăng dòng nạp. Hình 2.32. Sự thay ñổi nồng ñộ của sản phẩm ñáy xB khi có ñiều khiển mức và nồng ñộ sản phẩm. Trường hợp tăng dòng nạp. - ðặc tính của tháp khi nồng ñộ dòng nạp (zF) thay ñổi Kết quả khảo sát ñặc tính của tháp khi có vòng ñiều khiển nồng ñộ sản phẩm ñỉnh và ñáy tháp ñược tổng hợp ở bảng 2.2. Qua kết quả mô phỏng ta thấy chất lượng hệ thống ñiều khiển chưa ñáp ứng ñược yêu cầu: cụ thể ñộ quá ñiều chỉnh của nồng ñộ sản phẩm ñáy là trên 50%, thời gian quá ñộ 40 phút. Sản phẩm ñỉnh và ñáy ñược duy trì ở giá trị ñặt 98%(ở ñỉnh tháp ) và 2% (ở ñáy tháp) (xem số liệu ở Bảng 2.2). Khi dòng nạp thay ñổi, ñể duy trì các tham số ñặt cho trước hệ phải       + = s s sR 76,3 176,31,26)(       + −= s s sR 31,3 131,35,37)(2 - 17 - trải qua quá trình quá ñộ và dao ñộng nhiều. ðiều ñó làm cho chất lượng và năng suất sản phẩm bị ảnh hưởng. Hình 2.33. Sự thay ñổi nồng ñộ của sản phẩm ñỉnh xD khi có bộ ñiều khiển ổn ñịnh nồng ñộ. Trường hợp nồng ñộ dòng nạp tăng. Hình 2.35. Sự thay ñổi nồng ñộ của sản phẩm ñáy tháp xB khi có bộ ñiều khiển ổn ñinh nồng ñộ. Trường hợp nồng ñộ dòng nạp tăng Bảng 2.2. So sánh kết quả khảo sát khi không có bộ ñiều khiển nồng ñộ sản phẩm và khi có bộ ñiều khiển nồng ñộ sản phẩm ở ñỉnh và ñáy tháp. Khi không có ñiều khiển nồng ñộ sản phẩm Khi có ñiều khiển nồng ñộ sản phẩm Nồng ñộ sản phẩm ñỉnh xD Nồng ñộ sản phẩm ñáy xB Nồng ñộ sản phẩm ñỉnh xD Nồng ñộ sản phẩm ñáy xB tqñ(ph) % tqñ(ph) % tqñ(ph) % tqñ(ph) % Lưu lượng dòng nạp tăng 100 97,93 150 15,9 40 98 40 2 Nồng ñộ dòng nạp tăng 100 99 100 21 40 98 40 2 Nồng ñộ dòng nạp giảm 100 79,8 100 0,5 40 98 40 2 - 18 - Trong sơ ñồ ñiều khiển trên các bộ ñiều khiển ñược tổng hợp theo từng kênh riêng lẻ cho từng vòng ñiều khiển, nghĩa là dùng phương pháp tổng hợp ñơn biến, chưa tính ñến ảnh hưởng qua lại của các kênh. Trong thực tế các biến vào ảnh hưởng lên hầu hết các biến ra khác. Chương 3 GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN THÁP LỌC DẦU VÀ HÓA LỎNG KHÍ. Trong các nghiên cứu gần ñây của các nhà khoa học ñặc biệt chú ý ñến việc ứng dụng ñiều khiển ña biến cho tháp chưng cất và hóa lỏng khí. Trong công nghiệp dầu khí ñối tượng ñiều khiển thường là các ñối tượng ña biến. Tháp chưng cất là ñối tượng ña biến ñiển hình trong công nghiệp hoá dầu. Trên thế giới việc nghiên cứu các thuật toán ứng dụng thiết kế các bộ ñiều khiển ña biến ñã ñược quan tâm và có nhiều kết quả. Một phương pháp khác trong lý thuyết ñiều khiển ña biến ñể phân chia các tương tác của vòng ñiều khiển là thiết kế sơ ñồ ñiều khiển không tương tác hay sơ ñồ ñiều khiển tách kênh. Mục ñích là loại trừ hoàn toàn ảnh hưởng của các tương tác giữa các kênh. ðiều này ñạt ñược qua ñặc ñiểm của hệ thống tách kênh. Về bản chất, tách kênh là phân tích một quá trình nhiều kênh thành một hệ thống các vòng ñiều khiển ñộc lập. Nếu như có thể ñạt ñược một ñiều kiện nào ñó ñể việc tách kênh lý tưởng và ñầy ñủ xảy ra thì quá trình ña biến có thể ñược ñiều khiển bằng cách dùng các vòng ñiều khiển ñộc lập. Căn cứ mô hình toán học của tháp (2.38) và số liệu cho trước của tháp ở mục 2.4.2, 2.4.3, tuyến tính hóa[5] quanh ñiểm làm việc của tháp sẽ thu ñược mô hình gần ñúng với hai biến vào là dòng hồi lưu L và dòng gia nhiệt V; hai biến ra là nồng ñộ sản phẩm ñỉnh xD và nồng ñộ sản phẩm ñáy xB. Mô hình thu ñược sau khi ñã tuyến tính hóa:             − − + =            =      V L sV L sGsG sGsG x x B D . 1455,110787,108 822,861967,88 04,961 1 .)()( )()( 2221 1211 - 19 - Hình 3.14. Sơ ñồ khối của hệ thống ñiều khiển tháp chưng cất với hai tín hiệu vào, hai tín hệu ra. * Thiết kế khối tách kênh (decoupling block) . Khối tách kênh ñược thiết kế cho trạng thái phân tách tĩnh sao cho không có ảnh hưởng từ tín hiệu vào v1 lên tín hiệu ra xB cũng như từ tín hiệu vào v2 lên tín hiệu ra xD. Từ ñó ta dễ dàng thu ñược ñiều kiện xác lập khi s = 0: G12(0) + G*C12G11(0) = 0 (3.73) G21(0) + G*C21G22(0) = 0 Giá trị hệ số tỉ lệ của khối tách kênh là: (3.74) Biến vào của quá trình tách kênh (decoupled process) giờ ñây là v1 và v2. Hàm truyền ñạt của nhánh chính: (3.75) * Thiết kế bộ ñiều khiển PI[4] Sau khi ñã tách kênh ta có thể tiến hành thiết kế các bộ ñiều khiển cho từng kênh ñộc lập. ðể làm ñiều này ta áp dụng phương pháp xấp xỉ bậc nhất của Ziegler-Nichol: s sGGsGsG Cm 04,961 503,2)()()( 12* 21111 +=+= s sGsGsGsG Cm 04,961 0557,3)()()()( 21* 12222 + − =+= r GC11 GC22 G * C1 G * C2 G11 G21 G12 G22 r v1 v2 L V xB d d - - Khối ñiều khiển PI Khối tách kênh Quá trình xD 9844,0)0( )0( 11 12* 12 =− G GG C 987.0)0( )0( 22 21* 21 =− G GG C - 20 - - Với kênh ñiều khiển thành phần hợp chất sản phẩm ñỉnh xD, mô hình ñối tượng có ñáp ứng ñầu ra dạng hình chữ S. Áp dụng phương pháp tổng T ta có: (3.76) Các tham số của bộ ñiều khiển PI ñược xác ñịnh như sau: - Với kênh ñiều khiển thành phần hợp chất sản phẩm ñáy xB, mô hình ñối tượng có ñáp ứng ñầu ra dạng chữ S. Bằng cách tương tự như trên ta xác ñịnh các tham số bộ ñiều khiển cho kênh này như sau: Hình 3.18. ðáp ứng ñầu ra của các sản phẩm ñỉnh tháp khi có bộ tách kênh(a) và khi không có bộ tách kênh(b). Hình 3.19. ðáp ứng ñầu ra của các sản phẩm ñáy tháp khi có bộ tách kênh(a) và khi không có bộ tách kênh(b). Kết quả mô phỏng cho thấy (Hình 3.18 và Hình 3.19) với việc sử dụng bộ ñiều khiển tách kênh ñặc tính ñầu ra của hệ tốt hơn: khi không có bộ tách kênh thời gian quá ñộ là 20 phút, ñộ quá ñiều chỉnh là 8% ñặc tính ñầu ra luôn dao ñộng.       += 1 111 11 I PC sT KG )(76,3 3 13,1.10 3 .10 ;1,26 13,1.503,2 82.9,0 . .9,0 1 1 11 1 1 phutLT Lk TK I P === ===       += s G C .76,3 11.1,2611 )(31,3 3 993,0.10 3 .10 ;5,37 993,0.0557,3 43,126.9,0 . .9,0 2 2 22 2 2 phutLT Lk TK I P === −=−==       +−= s G C 31,3 11.5,3722 - 21 - Hình 3.20. Sự thay ñổi nồng ñộ của sản phẩm ñỉnh tháp khi có bộ tách kênh(a) và khi không có bộ tách kênh(b).Trường hợp nồng ñộ dòng nạp tăng Hình 3.21. Sự thay ñổi nồng ñộ của sản phẩm ñỉnh tháp khi có bộ tách kênh(a) và khi không có bộ tách kênh(b). Trường hợp nồng ñộ dòng nạp giảm Khi có bộ ñiều khiển tách kênh thời gian quá ñộ là 14 phút, ñộ quá ñiều chỉnh 5%, ñặc tính ñầu ra ổn ñịnh tại giá trị ñặt. ðiều ñó cho phép nâng cao chất lượng hệ thống ñiều khiển tháp chưng cất. Việc tăng hoặc giảm nồng ñộ dòng nạp làm cho sai lệch nồng ñộ sản phẩm ñỉnh và ñáy tháp tăng hoặc giảm khi không có bộ tách kênh còn khi ñiều khiển tách kênh, giá trị nồng ñộ sản phẩm ñỉnh và ñáy tháp ñược duy trì ổn ñịnh ở giá trị ñặt (xem Hình 3.20, 3.21, 3.22, 3.23). Như vậy việc dùng ñiều khiển tách kênh sẽ làm cho chất lượng hệ thống ñiều khiển tháp trở nên tốt hơn. Hình 3.22. Sự thay ñổi nồng ñộ của sản phẩm ñáy tháp khi có bộ tách kênh(a) và khi không có bộ tách kênh(b). Trường hợp nồng ñộ dòng nạp tăng. Hình 3.23. Sự thay ñổi nồng ñộ của sản phẩm ñáy tháp khi có bộ tách kênh(a) và khi không có bộ tách kênh(b). Trường hợp nồng ñộ dòng nạp giảm. - 22 - Chương 4. KẾT QUẢ KHẢO SÁT Việc tiến hành thực nghiệm ñể minh chứng cho kết quả nghiên cứu của ñề tài là rất cần thiết. Do việc tiến hành thực nghiệm ño ñạc trên các ñối tượng thực ở các nhà máy hóa dầu và hóa lỏng khí khá khó khăn cả về kinh phí lẫn các vấn ñề kỹ thuật nên trong phạm vi của ñề tài, tác giả chỉ tiến hành khảo sát các chế ñộ làm việc của tháp trên phần mềm Matlab 7.01. Căn cứ các tham số ñã tính toán ñược ở chương 3 (mục 3.5.2), ta tiến hành khảo sát các chế ñộ vận hành của tháp ñể kiểm chứng tính ñúng ñắn của mô hình và ưu ñiểm của thuật toán tách kênh. - ðặc tính của tháp khi làm việc ở chế ñộ vận hành với các tham số: Áp suất 23bar, nhiệt ñộ ñỉnh tháp 63,70C, nhiệt ñộ ñáy tháp 1940C (Chế ñộ vận hành với các thiết bị tối thiểu nhất AMF) Hình 4.2. Sự thay ñổi nồng ñộ sản phẩm ñỉnh tháp ở chế ñộ vận hành với các thiết bị tối thiểu nhất Hình 4.3. Sự thay ñổi nồng ñộ sản phẩm ñáy tháp ở chế ñộ vận hành với các thiết bị tối thiểu nhất - ðặc tính của tháp khi làm việc ở chế ñộ vận hành với các tham số: Áp suất 29Bar, nhiệt ñộ ñỉnh tháp 600C, nhiệt ñộ ñáy tháp 1200C (Chế ñộ vận hành với các thiết bị tối thiểu MF) (Hình 4.4, 4.5) Hình 4.4. Sự thay ñổi nồng ñộ sản phẩm ñỉnh tháp ở chế ñộ vận hành với các thiết bị tối thiểu Hình 4.5. Sự thay ñổi nồng ñộ sản phẩm ñáy tháp ở chế ñộ vận hành với các thiết bị tối thiểu - 23 - - ðặc tính của tháp khi làm việc ở chế ñộ vận hành với các tham số: Áp suất 29Bar, nhiệt ñộ ñỉnh tháp 140C, nhiệt ñộ ñáy tháp 950C (Chế ñộ vận hành với các thiết bị hoàn chỉnh GPP)(Hình 4.6, 4.7) Hình 4.6. Sự thay ñổi nồng ñộ sản phẩm ñỉnh tháp ở chế ñộ vận hành với các thiết bị hoàn chỉnh (GPP) Hình 4.7. Sự thay ñổi nồng ñộ sản phẩm ñáy tháp ở chế ñộ vận hành với các thiết bị hoàn chỉnh (GPP) Từ các khảo sát trên cho thấy mô hình tháp chưng cất ñã tuyến tính hóa tại ñiểm làm việc có ñặc tính ñiều chỉnh gần với ñặc tính thực tế của mô hình phi tuyến (xem phần khảo sát mục 2.4.3.3). ðiều này chứng tỏ mô hình tuyến tính hóa của tháp là ñáng tin cậy. Với các tham số vận hành tháp ở các chế ñộ khác nhau, hệ thống ñiều khiển tháp với bộ ñiều khiển tách kênh cho kết quả tốt hơn so với việc dùng các bộ ñiều khiển ñơn biến. Cụ thể ở tất cả các chế ñộ vận hành với bộ ñiều khiển tách kênh thời gian quá ñộ của hệ ngắn hơn (14phút), ñộ quá ñiều chỉnh bé hơn, việc duy trì ñáp ứng ñầu ra của tháp (sản phẩm ñỉnh và ñáy tháp) chính xác hơn so với việc dùng các bộ ñiều khiển ñơn biến. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận Từ việc phân tích công nghệ lọc dầu và hóa lỏng khí, ta thấy trong công nghiệp dầu khí tháp chưng cất ñược dùng khá phổ biến ñể tạo nên các sản phẩm dầu khí khác nhau. Vì vậy việc nghiên cứu ñặc tính và hệ thống ñiều khiển tháp chưng cất cho phép rút ra những kết luận cần thiết ñể cải thiện hệ thống ñiều khiển tháp. Luận án ñã tập trung phân tích ñánh giá hệ thống ñiều khiển các tháp chưng cất hiện tại, mô hình hóa, mô phỏng, khảo sát và ñánh giá các ñặc tính của - 24 - tháp. Trên cơ sở ñó ñể nghiên cứu ứng dụng ñiều khiển ña biến nhằm nâng cao chất lượng hệ thống ñiều khiển tháp chưng cất và hóa lỏng khí. Luận án ñã tập trung giải quyết các vấn ñề sau: 1. ðánh giá tổng quát về chất lượng hệ thống ñiều khiển tháp chưng cất hiện tại ở Việt Nam. Xây dựng ñược mô hình toán học mô phỏng tháp chưng cất. 2. Khảo sát ñặc tính của tháp chưng cất và ñã phân tích, ñánh giá ñược chất lượng hệ thống ñiều khiển tháp chưng cất. 3. Các hệ thống ñiều khiển hiện tại ở nhà máy xử lý khí dựa trên cở sở của quá trình ñiều khiển riêng biệt từng ñại lượng, ít chú ý ñến ảnh hưởng qua lại của các ñại lượng ñược ñiều khiển trong cùng một ñối tượng. Vì vậy khi tác ñộng ñiều chỉnh một ñại lượng nào ñó trong tháp chưng cất thì cũng phải tìm cách ñiều chỉnh các ñại lượng liên quan trong tháp. ðể khắc phục ñiều ñó cần ứng dụng ñiều khiển tách kênh vào hệ thống ñiều khiển tháp lọc dầu và hóa lỏng khí. Việc ứng dụng ñiều khiển tách kênh cho phép khắc phục ñược ảnh hưởng qua lại của các kênh trong các ñối tượng ñiều khiển ña biến như tháp chưng cất. 4. ðóng góp mới của ñề tài là xây dựng mô hình toán học mô phỏng ñặc tính tháp chưng cất theo hệ ña biến; ñã phân tích và ñánh giá ñược chất lượng hệ thống ñiều khiển tháp chưng cất và hóa lỏng khí ở Việt Nam; ứng dụng ñiều khiển tách kênh vào việc nâng cao chất lượng hệ thống ñiều khiển tháp chưng cất và hóa lỏng khí trong ñiều kiện Việt Nam. Hạn chế phương pháp dùng ñiều khiển tách kênh ñể nâng cao chất lượng hệ thống ñiều khiển tháp chưng cất và hóa lỏng khí là mô hình của tháp phải ñược tuyến tính hóa. ðiều này ñưa ñến những hạn chế nhất ñịnh trong việc xác ñịnh chính xác các tham số của các bộ ñiều khiển. Luận án mới chú trọng ñến các tháp chưng cất hai thành phần. 2. Kiến nghị - Ứng dụng nhận dạng ñể tìm mô hình của tháp chưng cất nhiều thành phần. - Ứng dụng ñiều khiển mờ, ñiều khiển thích nghi ñể nâng cao chất lượng hệ thống ñiều khiển tháp chưng cất.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfDieu khien thap chung cat.pdf
Luận văn liên quan