Thiết kế hệ thống tự động điều khiển hệ chưng cất condensate năng suất 390000 t/năm

Chöông 1. TOÅNG QUAN Khaùt quaùt chung veà coâng ngheä daàu khí cuûa nöôùc ta: Ngaønh coâng nghieäp daàu khí nöôùc ta chæ phaùt trieån trong voøng 15 naêm trôû laïi ñaây, tuy môùi meû vaø non treû song laïi laø ngaønh quan troïng ñoùng goùp moät nguoàn ngoaïi teä lôùn cho ñaát nöôùc, thuùc ñaåy neàn kinh teá phaùt trieån. Tieàm naêng daàu khí cuûa Vieät Nam ñöôïc ñaùnh giaù laø coù nhieàu trieån voïng toát, nhieàu beå khí vaø moû daàu vôùi tröõ löôïng lôùn ñöôïc phaùt hieän vaø coù keá hoaïch khai thaùc hôïp lí. Hieän nay, ôû theàm luïc ñòa Vieät Nam coù 3 moû daàu quan troïng ñang ñöôïc xuùc tieán khai thaùc: Moû Baïch Hoå: caùch bôø bieån Vuõng Taøu 120 km, khai thaùc töø naêm 1986 ñeán nay toång saûn löôïng khai thaùc 30 trieäu taán, saûn löôïng khai thaùc haèng naêm 7 – 9 trieäu taán, coù theå khai thaùc vaøi ba naêm nöõa sau ñoù giaûm daàn. Moû Roàng: caùch moû Baïch Hoå 30 km veà phía taây nam, baét ñaàu khai thaùc töø cuoái naêm 1994, saûn löôïng 12,000 – 18,000 thuøng/ ngaøy. Moû Ñaïi Huøng: naèm ôû vuøng truõng Nam Coân Sôn, caùch bôø bieån 280 km, caùch moû Baïch Hoå 160 km, ñöôïc khai thaùc töø 10/1994, saûn löôïng 320,000 thuøng/ngaøy (5000 taán/ngaøy). Veà khí hydrocarbon, hieän nay coù 3 moû ñang ñöôïc khai thaùc : Moû Tieàn Haûi: ñaây laø moû khí thieân nhieân trong ñaát lieàn, ñöôïc khai thaùc töø naêm 1981, cung caáp 10 – 30 trieäu m3/naêm. Moû Baïch Hoå: laø daïng khí ñoàng haønh, khai thaùc moãi taán daàu thu ñöôïc 180 – 200 m3 khí. Khí ñoàng haønh ñöôïc ñöa vaøo Dinh Coá vaø Nhaø maùy ñieän Baø Ròa vôùi saûn löôïng khoaûng 300 trieäu m3/naêm. Sau khi laép ñaët theâm heä thoáng giaøn neùn vaøo giai ñoaïn 2, saûn löôïng khí ñoàng haønh coù theå taêng leân 1,5 tyû m3/naêm. Moû khí ñoàng haønh Lan Taây – Lan Ñoû: hai moû khí trong beå Nam Coân Sôn, phaùt hieän naêm 1992, caùch Vuõng Taøu 370 km veà phía ñoâng nam, tröõ löôïng khí khoaûng 58 tyû m3, coù khaû naêng cung caáp möùc saûn löôïng trung bình haøng naêm khoaûng 5 tyû m3. Ñaëc bieät : Theo baùo “Tuoåi treû” – 22/10/2004, vaøo ngaøy 20/10/2004, Coâng ty ATI Petroleum cuøng 3 nhaø thaàu daàu khí khaùc laø Petronas Carigali Oversea SDN.BHD (Malaysia), Coâng ty Ñaàu tö & Phaùt trieån Daàu khí Vieät Nam vaø Singapore Petroleum Company ñaõ phaùt hieän daáu hieäu daàu moû vaø khí ngoaøi khôi Vònh Baéc Boä. Döï tính tröõ löôïng 700 – 800 trieäu thuøng daàu, 40 tæ m3 khí. Ñaây laø loaïi daàu nheï, ngoït, tyû troïng 43.2oAPI, ñieåm ñoâng 4.5oC, hoaøn toaøn khoâng coù löu huyønh. Moû daàu naèm ôû gieáng Yeân Töû – 1X thuoäc loâ 106, theàm luïc ñòa baéc Vieät Nam, caùch caûng Haûi Phoøng khoaûng 70 km veà phía ñoâng, möùc saâu cuûa nöôùc bieån taïi ñòa ñieåm gieáng khoan laø 28 m.
Nguoàn : Trang web Thôøi baùo kinh teá Vieät Nam. Hình 1.1. Thoáng keâ saûn löôïng khai thaùc daàu thoâ ôû Vieät Nam töø naêm 1986 – 2003  Baûng 1.1 : Tình hình khai thaùc vaø xuaát khaåu daàu khí Vieät Nam : Naêm  Khai thaùc daàu  Xuaát khaåu daàu  Khai thaùc khí    Trieäu taán/naêm  Tyû m3/naêm   1997  9.960  9.775  0.563   1998  12.320  11.890  1.039   1999  15.220  14.882  1.435   2000  15.860  15.423  1.598   2001  17.010  16.830  1.724   2002  17.097  16.864  2.170   2003  17.620  17.180  3.052   2004  17.500  17.200  5.744   Nguoàn : Petro Vietnam – Trieån laõm quoác teá daàu khí Vieät Nam 27 – 29/10/2004 Sô löôïc veà saûn phaåm Condensate: Nguoàn goác Condensate: Condensate coøn goïi laø khí ngöng tuï, laø hoãn hôïp ñoàng theå ôû daïng loûng, coù maøu vaøng rôm, thu ñöôïc töø nguoàn khí moû khai thaùc leân sau khi ñaõ taùch khí khoâng ngöng (bao goàm khí ñoát vaø khí hoaù loûng LPG). Quaù trình ngöng tuï khí moû Condensate xaûy ra do söï bieán ñoåi veà aùp suaát vaø nhieät ñoä cuûa khí moû. Döôùi caùc moû khí hay daàu, caùc hôïp chaát höõu cô coù soá cacbon 5 seõ ngöng tuï taïo thaønh condesate nhöng vaãn coøn chöùa moät phaàn khí khoâng ngöng vaø khí hoaù loûng. Condensate ñöôïc söû duïng ñeå laøm nguyeân lieäu ñoát trong tuabin phaùt ñieän, laøm nguyeân lieäu pha cheá xaêng, cheá bieán thaønh dung moâi hay laøm nguyeân lieäu cho quaù trình loïc daàu. Thaønh phaàn Condensate Lan Taây. Baûng 1.2. Thaønh phaàn Condensate Lan Taây: Thaønh phaàn  Tyû leä mol   C3  1,08   i-C4  2,19   n-C4  4   i-C5  5,81   n-C5  5,08   n-C6  13,55   Mcyclopentan  3,89   Benzene  2,02   Cyclohexan  4,19   n-C7  8,08   Mcyclohexane  6,44   Toluene  4,24   n-C8  8,04   E-benzene  0,91   m-Xylene  3,65   O-Xylene  0,91   n-C9  6,44   Cumene  0,92   n-C10  6,49   n-C11  3,71   n-C12  2,79   n-C13  1,86   n-C14  1,86   n-C15  0,93   n-C16  0,93   H2S (ppm)  0,7   M-Mercaptan  4,63   Tính chaát vaø thoâng soá cuûa maãu Condensate Lan Taây: 1. Ngoaïi quan: maãu Condensate loûng, ñoàng nhaát coù maøu vaøng rôm, khoâng coù nöôùc töï do vaø taïp chaát cô hoïc. 2. Haøm löôïng nöôùc nhuõ töông,%TI 0,00 3. Tyû troïng d420 0,7352 4. Khoái löôïng rieâng ôû 150C, kg/lít 0,7398 5. Ñoä nhôùt ñoäng hoïc ôû 200C,cSt 0,796 6. AÙp suaát baõo hoaø,psi 12 7. Troïng löôïng phaân töû 107,73 Caùc saûn phaåm cheá bieán töø Condensate Lan Taây: Khí ñoát: Ñaây laø hydrocacbon nheï, C1-C2, coøn goïi laø khí khoâng ngöng, sau khi taùch seõ ñem ñi ñoát boû hay laøm nhieâu lieäu cho caùc nhaø maùy nhieät ñieän, laøm nguyeân lieäu cho ngaønh hoaù daàu ôû Vieät Nam. Hieän nay khí khoâng ngöng ñang ñöôïc söû duïng ñeå cung caáp cho nhaø maùy ñieän Baø Ròa, Phuù Myõ sau khi qua heä thoáng xöû lyù taùch loaïi LPG vaø Condensate. Khí hoaù loûng LPG (C3-C4): Ñaây laø hoãn hôïp goàm propan vaø butan hoaù loûng ôû 10-15 atm. Ñaây chính laø loaïi chaát ñoát gia duïng ñang ñöôïc söû duïng roäng raõi. Hieän nay taïi nhaø maùy cheá bieán khí Dinh Coá saûn xuaát bupro hoaù loûng cung caáp cho caùc coâng ty phaân phoái nhö: LPG cuûa Gas Saigon (propane/butane=20/80), LPG cuûa Petrolimex (propane/butane = 30/50), LPG cuûa Saigon Petro (propane/butane = 50/50). Ngoaøi ra, noù coøn ñöôïc söû duïng laøm chaát ñoát coâng nghieäp daàn daàn thay theá nguyeân lieäu than ñaù, cuûi ñoát ñaûm baûo tính kinh teá vaø moâi tröôøng. Moät phaàn LPG ñöôïc duøng laøm nhieân lieäu oâ toâ trong töông lai. Xaêng thoâ: Xaêng thoâ coù thaønh phaàn chuû yeáu goàm C5-C10 coù nhieät ñoä soâi töø 35- 2000C, ñöôïc chia laøm 2 loaïi: xaêng nheï (35-1050C), xaêng naëng (102- 2000C). Sau khi chöng caát xaêng thoâ coù ñoä oån ñònh hoaù hoïc cao, ñoä boác hôi toát nhöng laïi coù trò soá octan thaáp (xaáp xæ 65-67). Do ñoù, ñeå coù theå taïo thaønh xaêng thöông phaåm thì ngöôøi ta phaûi troän xaêng thoâ vôùi caùc saûn phaåm coù chæ soá RON octan cao nhö Reformate, MTBE. Kerozene: Kerozene hay coøn goïi laø daàu hoaû, coù nhieät ñoä boác hôi khoaûng 165 – 270oC, kerozene ñöôïc cheá bieán thaønh daàu hoaû vaø nhieân lieäu phaûn löïc. Daàu hoaû ñöôïc söû duïng ñeå thaép saùng trong gia ñình. Hieän nay löôïng kerosene laøm daàu hoûa giaûm, maø chuû yeáu duøng cheá bieán nhieân lieäu phaûn löïc. Daàu DO: Ñaây laø daàu naëng hoaëc daàu diesel coù nhieät ñoä chöng caát khoaûng 250 - 360 0C, duøng laøm nhieân lieäu cho caùc ñoäng cô diesel. Ngoaøi ra, noù coøn ñöôïc duøng laøm nguyeân lieäu cho quaù trình craécking xuùc taùc taïo xaêng vaø moät soá saûn phaåm coù giaù trò khaùc. Qui trình coâng ngheä cheá bieán Condesate: Caùc khaùi nieäm: Chöng caát laø quaù trình duøng nhieät ñeå taùch moät hoãn hôïp loûng thaønh caùc caáu töû rieâng bieät döïa vaøo ñoä bay hôi khaùc nhau cuûa caùc caáu töû trong hoãn hôïp. Chöng caát ñeå taùch hoãn hôïp coù nhieàu caáu töû goïi laø chöng caát ña caáu töû. Hoãn hôïp coù 3 caáu töû trôû leân ñeàu ñöôïc goïi laø hoãn hôïp nhieàu caáu töû. Soá löôïng caáu töû caøng nhieàu thì tính phöùc taïp khi chöng caát caøng taêng. Do ñoù, ngöôøi ta phaân bieät ra 2 loaïi: Hoãn hôïp nhieàu caáu töû ñôn giaûn: laø hoãn hôïp maø caáu töû coù theå xaùc ñònh ñöôïc veà soá löôïng, noàng ñoä vaø chuûng loaïi. Hoãn hôïp nhieàu caáu töû phöùc taïp: laø hoãn hôïp do coù nhieàu caáu töû maø ta khoâng theå xaùc ñònh noàng ñoä vaø soá löôïng cuûa chuùng. Vieäc phaân loaïi nhö treân seõ giuùp ta xaây döïng ñöôïc deã daøng phöông phaùp tính toaùn trong chöng caát phaân ñoaïn nhieàu caáu töû. Trong thieát keá, tính toaùn cuõng nhö vaän haønh qui trình chöng caát hoãn hôïp nhieàu caáu töû ñaëc bieät laø hoãn hôïp phöùc taïp ta thöôøng bieåu dieãn caùc phaân ñoaïn chöng caát theo nhieät ñoä chöng caát vaø theå tích dòch ngöng thoâng qua caùc ñöôøng cong chöng caát. Ñöôøng cong chöng caát thöïc (ñöôøng TBP): moâ taû söï bieán thieân nhieät ñoä soâi cuûa hoãn hôïp theo dòch ngöng nhaän ñöôïc, theå hieän tính phaân ñoaïn trieät ñeå trong chöng caát phaân ñoaïn hoãn hôïp nhieàu caáu töû. Ñöôøng cong chöng caát ñôn giaûn (ñöôøng cong ASTM): coù yù nghóa quan troïng trong vieäc phaân tích maãu daàu thoâ tröôùc khi ñöa vaøo saûn xuaát. Ñöôøng cong bay hôi caân baèng (ñöôøng cong EFV): moâ taû moái quan heä caân baèng giöõa hai pha hôi vaø loûng ôû nhöõng nhieät ñoä soâi bay hôi caân baèng khaùc nhau töông öùng vôùi aùp suaát ñaõ cho. Töø ñoù, xaùc ñònh nhieät ñoä chöng caát phaân ñoaïn theo yeâu caàu saûn xuaát. Caùc thoâng soá vaø ñieàu kieän vaän haønh cuûa qui trình: AÙp suaát laøm vieäc cuûa 2 thaùp: Thaùp 5: 4atm nhaèm taùch ñi phaàn xaêng nheï vaø khí khoâng ngöng Thaùp 6: chöng ôû aùp suaát khí quyeån (1,2 atm) thu ñöôïc ba saûn phaåm: ñænh laø xaêng naëng, ngang laø kerosene, ñaùy laø caën daàu. Ñöôøng cong chöng caát cuûa daàu moû: Baûng 1.3. Nhieät ñoä töông öùng % theå tích theo ñöôøng cong chöng caát cuûa daàu moû: %TT  Nhieät ñoä  %TT  Nhieät ñoä    ASTM  TPB   ASTM  TPB   0  37,1  -30,6  60  135,4  143,4   10  66,5  26,4  70  155,8  171,4   20  82,6  54,4  80  183,8  205,4   30  96,1  79,4  90  230,9  256,4   40  108,6  100,4  100     50  120,9  121,9      Caùc thoâng soá phaân ñoaïn saûn phaåm : Baûng 1.4. Caùc thoâng soá phaân ñoaïn saûn phaåm: Caùc saûn phaåm  %V  m3/h  d  T/h  M  Kmol/h   Khí ñoát Xaêng nheï Luyeän 5 Ñaùy 5 Xaêng naëng Kezosene Luyeän 6 Ñaùy 6 Condensate  13 29 42 58 24 15 39 19 100  8,45 17,55 26 39 15,6 8,125 23,725 15,275 65  0,693 0,706 0,701 0,79 0,78 0,796 0,79 0,83 0,7  5,856 12,39 18,226 30,81 12,168 6,468 18,742 12,678 45,5  70 103 96 162 135 165 160 260 100  73,2 120,29 189,85 190,185 90,13 39,2 117,13 48,76 455   Caân baèng vaät chaát: Khu vöïc nhaäp lieäu thaùp 5: t =1600C Baûng 1.5. Caân baèng vaät chaát cho khu vöïc nhaäp lieäu: Thaønh phaàn  %V  m3/h  d  T/h   Phaân ñoaïn hôi Vt Löôïng hôi nhaû Vf Löôïng hoài löu Re (S= xaêng nheï + khí  46 4 8 42  28,6 2,6 5,2 26  0,7025 0,7 0,716 0,701  20,1 1,82 3,72 18,23   Phaân ñoaïn loûng Lt Löôïng hoài löu Re Löôïng nhaû Vf Löôïng saûn phaåm ñaùy W  58 8 4 58  36,4 5,2 2,6 39  0,794 0,716 0,7 0,79  28,9 3,72 1,82 30,81   Khu vöïc ñænh thaùp 5: t =130oC Baûng 1.6. Caân baèng vaät chaát cho khu vöïc ñænh thaùp 5: Thaønh phaàn  Doøng vaøo  Thaønh phaàn  Doøng ra    T/h  Kcal /kg  Kcal .103/h  Kj .103/h   T/h  Kcal /kg  Kcal .103/h  Kj .103/h   Vt+Vf R0 toång  21,92 5,05 26,97  157 80  3441,34 404 3845,34  14384,9 1688,72 16073,62  (S0 +Ro Re toång  23,48 3,72 26,97  150 95  3492 353,4 3845,4  14596,25 1477,17 129073,45   Khu vöïc nhaäp lieäu thaùp 6: t=2100C Baûng 1.7. Caân baèng vaät chaát cho khu vöïc nhaäp lieäu thaùp 6: Saûn phaåm  %V  m3/h  d  T/h   Phaân ñoaïn hôi Vt Löôïng hôi nhaû Vf Löôïng hoài löu Re (S = xaêng naëng + kerozene  64,8 4 8 60,8  25,272 1,56 3,12 23,712  0,773 0,79 0,81 0,77  19,535 1,232 2,527 18,258   Phaân ñoaïn loûng Lt Löôïng hoài löu Re Löôïng nhaû Vf Löôïng saûn phaåm ñaùy W  35,2 8 4 39,2  13,73 3,12 1,56 15,23  0,83 0,81 0,79 0,83  11,396 2,527 1,232 12,641   Khu vöïc ñænh thaùp 6: Baûng 1.8. Caân baèng vaät chaát cho khu vöïc ñænh thaùp 6: Thaønh phaàn  Doøng vaøo  Thaønh phaàn  Doøng ra    T/h  Kcal/kg  Kcal.103/h   T/h  Kcal/kg  Kcal.103/h   (S1 R1 RO V1 VH2O Toång  18,258 7,64 20,17 0,765 0,819 47,625  175 169 80 170 695  3195,15 1291,16 1613,6 130,5 569,205 6799,165  (So Ro S1+R1 VH2O toång  12,168 20,17 14,873 0,819 47,625  145 145 105 670  1764,36 2924,65 1561,6 548,73 6799,28   Khu vöïc taùch Kerozene: Baûng 1.9. Caân baèng vaät chaát cho khu vöïc taùch kerozene: Thaønh phaàn  Doøng vaøo  Thaønh phaàn  Doøng ra    T/h  Kcal/kg  Kcal .103/h   T/h  Kcal/kg  Kcal .103/h   Kerosene V1 S1 VH2O Toång  6,468 0,765 7,233 0,75 7,983  105 107 105,2 695  679,14 81,855 760,995 521,25 1282145  Kerosene V1(hôi) VH2O Toång  6,468 0,765 0,75 7,983  102 170 695  659,01 130,05 521,25 1282,245   Thaønh phaàn  Doøng vaøo  Thaønh phaàn  Doøng ra    T/h  Kcal/kg  Kcal.103/h   T/h  Kcal/kg  Kcal.103/h   Vt Vf R1 VH2O Toång  19,535 1,232 7,64 0,069 28,476  190 185 105,1 715  3711,65 227,92 802,964 49,335 4791,869  (S1 R1 Re VH2O Toång  18,258 7,64 2,527 0,069 28,476  175 169 102 695  3195,15 1291,16 257,754 47,955 4792,01   Caùc thoâng soá veà kích thöôùc thieát bò: Baûng 1.10. Thaùp chöng caát:  Thaùp 5  Thaùp 6  Coät nhaû   Ñöôøng kính thaùp (D)  Phaàn chöng  1,4 m  2 m 0,8 m  0,5 m    Phaàn caát      Chieàu cao thaùp (H)  14,4 m  12,5 m  2,55 m   Beà daøy thaân (S)  8 mm  6 mm  6 mm   Naép thaùp  Ñöôøng kính trong (Dt):  1400 mm  2000 mm  500 mm    Chieàu cao (ht):  350 mm  475 mm  125 mm    Chieàu cao gôø (h)  25 mm  25 mm  25 mm   Ñaùy thaùp  Ñöôøng kính trong (Dt):  1400 mm  800 mm  500 mm    Chieàu cao (ht):  350 mm  200 mm  125 mm    Chieàu cao gôø (h)  25 mm  25 mm  25 mm   Maâm nhaäp lieäu soá  12  8    Choùp  Soá choùp/maâm  22  36  10      13     Ñöôøng kính choùp  145 mm  145 mm  74 mm      110 mm    Baûng 1.11. Thieát bò ngöng tuï:  Ñöôøng kính (D)  Beà maët truyeàn nhieät (F)  Chieàu daøi oáng (L)  Soá oáng (n)  Beà daøy   4a  1 m  69 m2  5,5 m  163  8 mm   4b  1 m  143,6 m2  5,5 m  269  8 mm   Baûng 1.12.Thieát bò taùch pha:  Ñöôøng kính (D)  Beà maët bay hôi (F)  Chieàu daøi oáng (L)  Thôøi gian löu  Beà daøy   3a  1,4 m  0,12 m2  4,2 m  5 phuùt  8 mm   3b  1,4 m  0,14 m2  4,2 m  5 phuùt  8 mm   Baûng 1.13. Thieát bò trao ñoåi nhieät  Nhieät löôïng trao ñoåi  Ñöôøng kính (D)  Beà maët truyeàn nhieät (F)  Chieàu cao thieát bò (H)  Ñöôøng kính oáng xoaén  Beà daøy oáng xoaén  Soá voøng xoaén  Böôùc xoaén   8a  1456 kj/h  1,2 m  24 m2  2,5 m  0,1 m  3mm  17  0,15 m   8b  3320,5 kj/h  1,6 m  48 m2  3 m  0,15 m  3mm  21  0,15 m   Söï caàn thieát töï ñoäng hoaù trong quaù trình saûn xuaát: Töï ñoäng hoùa quaù trình saûn xuaát laø yeâu caàu böùc thieát cuûa quaù trình chuyeån tieáp töø Caùch maïng Khoa hoïc – Kyõ thuaät sang Caùch maïng Khoa hoïc – Coâng ngheä töø nöûa cuoái theá kyû 20 vaø töï ñoäng hoùa coâng ngheä cao cuûa theá kyû 21. Khi tính toaùn thieát keá heä thoáng chöng caát, caùc phöông trình caân baèng vaät chaát vaø naêng löôïng ñöôïc aùp duïng ñeå xaùc ñònh caùc giaù trò cuûa caùc ñaïi löôïng phaûn aùnh quaù trình vaø kích thöôùc thieát bò cuûa heä thoáng. Tuy nhieân caùc keát quaû tính toaùn thieát keá ñöôïc söû duïng ñeå cheá taïo vaø laép ñaët thieát bò. Khi vaän haønh thieát bò, caùc thoûa maõn cuûa phöông trình ñöôïc xaùc laäp laïi. Caùc yeáu toá beân ngoaøi nhö söï toån thaát nhieät ra moâi tröôøng, söï baát oån ñònh cuûa caùc giaù trò cuûa caùc ñaïi löôïng bieåu thò cho caùc doøng löu chaát, caùc thoâng soá ñaëc tröng nhö heä soá truyeàn nhieät K, heä soá truyeàn khoái Kc ,… khoâng oån ñònh ôû giaù trò tính toaùn ban ñaàu laøm aûnh höôûng ñeán dieãn bieán caùc quaù trình trong thieát bò vaø chaát löôïng saûn phaåm khoâng ñaït yeâu caàu, thaäm chí heä thoáng thieát bò khoâng hoaït ñoäng ñöôïc. Do ñoù chuùng ta caàn phaûi oån ñònh caùc ñaïi löôïng hoaëc thay ñoåi theo moät chöông trình xaùc ñònh ñeå ñaït muïc tieâu ñieàu khieån naøo ñoù. Ngoaøi ra, töï ñoäng hoaù quy trình saûn xuaát coøn duøng ñeå thay theá chöùc naêng kieåm tra, ñieàn khieån cuûa con ngöôøi trong quaù trình saûn xuaát. Caùc heä thoáng naøy thoâng baùo khaù chính xaùc caùc thoâng tin veà traïng thaùi thieát bò, caùc thoâng soá cuûa quy trình coâng ngheä,…Caùc thoâng tin naøy tröôùc ñaây chæ coù nhöõng chuyeân gia nhieàu kinh nghieäm môùi chuaån ñoaùn ñöôïc, nhöng cuõng chæ ñaûm baûo ôû möùc ñoä chính xaùc töông ñoái. Caùc thoâng tin cuûa heä thoáng ño phuïc vuï ñaéc löïc cho quaù trình hoaøn thieän quy trình coâng ngheä. Quaù trình töï ñoäng hoùa söû duïng heä thoáng ñieàu chænh töï ñoäng caùc thoâng soá coâng ngheä giuùp giaûi phoùng con ngöôøi thoaùt khoûi tình traïng caêng thaúng khi phaûi baùm saùt ñoái töôïng, theo doõi saùt sao traïng thaùi ñoái töôïng vaø lieân tuïc ra nhöõng quyeát ñònh caàn thieát ñeå taùc ñoäng tröïc tieáp leân ñoái töôïng. Caùc heä thoáng ñieàu chænh töï ñoäng goùp phaàn naâng cao chaát löôïng saûn phaåm, giaûm chi phí saûn xuaát, naâng cao naêng suaát lao ñoäng,… Nhieäm vuï cuûa heä thoáng töï ñoäng hoùa: Caùc quaù trình trong coâng ngheä hoùa hoïc haàu nhö ñeàu caàn söû duïng naêng löôïng ñeå vaän haønh. Chöng caát laø quaù trình tieâu hao naêng löôïng nhieàu nhaát vì noù döïa vaøo söï cheânh leäch ñoä bay hôi töông ñoái cuûa caùc caáu töû ñeå phaân rieâng caùc caáu töû trong hoãn hôïp. Bôûi vaäy chi phí naêng löôïng cho chöng caát laø moät phaàn chính trong giaù thaønh saûn phaåm. Do ñoù nhieäm vuï töï ñoäng hoùa thaùp chöng caát Condensate ñöôïc ñaët ra nhö moät nhieäm vuï ñieàu khieån toái öu (toái thieåu) naêng löôïng tieâu thuï ñeå taïo ra saûn phaåm chính coù noàng ñoä cho tröôùc vôùi naêng suaát giôùi haïn. Vôùi nhieäm vuï treân heä thoáng töï ñoäng hoùa daây chuyeàn chöng caát bao goàm: Heä thoáng kieåm soaùt caùc thoâng soá coâng ngheä cuûa quy trình vôùi chöùc naêng ño löôøng, ghi nhaän… giuùp ngöôøi vaän haønh coù theå bieát ñöôïc quy trình ñang hoaït ñoäng ôû cheá ñoä naøo (oån ñònh hay khoâng oån ñònh). Heä thoáng ñieàu chænh vôùi nhöõng taùc ñoäng lieân tuïc ñeå duy trì caùc thoâng soá coâng ngheä ôû moät giaù trò nhaát ñònh hay thay ñoåi theo moät giôùi haïn cho pheùp. Heä thoáng ñieàu chænh baûo veä vôùi nhöõng taùc ñoäng töùc thôøi khi thieát bò vaän haønh ôû cheá ñoä khoâng oån ñònh hoaëc nguy hieåm. Noäi dung thieát keá: Xaùc ñònh chöùc naêng cuûa heä thoáng töï ñoäng ñieàu chænh (ño – kieåm soaùt, ñieàu chænh oån ñònh, töï ñoäng baûo veä) cho töøng thieát bò cuûa quy trình. Khaûo saùt töøng thieát bò: Xaùc ñònh caùc ñaïi löôïng ñaàu vaøo, ñaàu ra vaø yeáu toá nhieãu. Thieát laäp moâ taû toaùn hoïc Löïa choïn caùc keânh ñieàu chænh Löïa choïn boä ñieàu chænh. Löïa choïn thieát bò thöøa haønh. Tính toaùn boä ñieàu chænh, xaùc ñònh caùc tham soá caøi ñaët cuûa boä ñieàu chænh. Choïn löïa duïng cuï töï ñoäng hoùa. Toång quan veà heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng: Khaùi nieäm: Trong taát caû hoaït ñoäng cuûa con ngöôøi ôû baát cöù nôi ñaâu vaøo moïi thôøi ñieåm naøo ñeàu lieân quan ñeán khaùi nieäm ñieàu khieån. Noù laø taäp hôïp taát caû caùc taùc ñoäng mang tính toå chöùc ñeå ñaït ñöôïc muïc ñích mong muoán. Coù theå noùi ñieàu khieån laø nhaân toá cuoái cuøng quyeát ñònh söï thaønh baïi cuûa caùc hoaït ñoäng. Trong coâng nghieäp, heä thoáng ñieàu khieån aûnh höôûng tröïc tieáp ñeán chaát löôïng saûn phaåm, naêng suaát lao ñoäng vaø chi phí saûn xuaát. Nhö chuùng ta ñaõ bieát, taát caû caùc quaù trình coâng ngheä ñeàu toàn taïi döôùi daïng heä thoáng. Dieãn bieán cuûa quaù trình theo thôøi gian ñöôïc xaùc ñònh baèng giaù trò töùc thôøi cuûa caùc thoâng soá: löu löôïng, nhieät ñoä, aùp suaát … ôû traïng thaùi bình thöôøng caùc giaù trò treân coá ñònh goïi laø giaù trò chuû ñaïo. Döôùi taùc ñoäng cuûa caùc yeáu toá beân ngoaøi (thay ñoåi thaønh phaàn, löu löôïng nguyeân lieäu, nhieät ñoä moâi tröôøng…) hoaëc hieän töôïng dieãn ra trong thieát bò (thay ñoåi cheá ñoä thuyû ñoäng hoïc, ñieàu kieän truyeàn nhieät qua beà maët…) caùc thoâng soá coù theå sai leäch so vôùi giaù trò chuû ñaïo neân caàn coù söï ñieàu chænh. Ñieàu chænh laø moät khaùi nieäm heïp cuûa ñieàu khieån. Muïc ñích cuûa noù laø giöõ cho thoâng soá ñaàu ra cuûa ñoái töôïng gaàn baèng vôùi giaù trò chuû ñaïo hay thay ñoåi theo moät chöông trình ñaët tröôùc. Ñieàu chænh coù theå thöïc hieän baèng tay hoaëc töï ñoäng. ÔÛ ñieàu chænh baèng tay taùc ñoäng leân ñoái töôïng thoâng qua coâng cuï thöøa haønh do con ngöôøi thöïc hieän coøn trong ñieàu chænh töï ñoäng, taùc ñoäng leân ñoái töôïng ñöôïc thöïc hieän baèng moät coâng cuï töï ñoäng ñaëc bieät baèng voøng kheùp kín taïo neân heä thoáng ñieàu chænh töï ñoäng. Trong heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng toàn taïi 2 thaønh phaàn cô baûn: Ñoái töôïng ñieàu chænh: laø thieát bò coâng ngheä trong ñoù coù 1 hay nhieàu thoâng soá caàn giöõ coá ñònh hay thay ñoåi theo moät chöông trình ñaët tröôùc. Thieát bò ñieàu chænh: coâng cuï töï ñoäng ñaûm baûo duy trì thoâng soá cuûa ñoái töôïng. Caùc thoâng soá coâng ngheä ñöôïc chia thaønh: Thoâng soá ñaàu vaøo (X): coù theå hieåu ñoù laø löu löôïng, thaønh phaàn nguyeân lieäu, noàng ñoä, löôïng nhieät cung caáp … Thoâng soá ñaàu ra (Y): goàm coù nhieät ñoä löu chaát, möùc chaát loûng trong thieát bò, aùp suaát, noàng ñoä, löu löôïng, ñoä aåm … Yeáu toá nhieãu (Z): nhöõng yeáu toá beân ngoaøi taùc ñoäng leân söï hoaït ñoäng cuûa heä thoáng nhö nhieät ñoä moâi tröôøng, toån thaát nhieät, caùc taïp chaát … Thoâng thöôøng khi nghieân cöùu heä thoáng, caùc ñaïi löôïng ñaàu vaøo, ñaàu ra ñöôïc xem xeùt khoâng phaûi laø giaù trò tuyeät ñoái maø laø giaù trò töông ñoái giöõa giaù trò töùc thôøi vaø giaù trò chuû ñaïo cuûa thoâng soá coâng ngheä. Caùc ñaïi löôïng ñöôïc theå hieän döôùi daïng sai leäch tuyeät ñoái (coù ñôn vò) hoaëc sai leäch töông ñoái ( khoâng coù ñôn vò). Coù ñôn vò : y = ytt - y0 Khoâng coù ñôn vò : y =
Vôùi y0: giaù trò chuû ñaïo ytt: giaù trò töùc thôøi Phöông thöùc ñieàu chænh: Theo nguyeân taéc ñieàu chænh:
Hình 1.2. Keânh ñieàu chænh. Maïch ñieàu chænh hôû: Heä thoáng ñieàu khieån khoâng coù tín hieäu phaûn hoài. Do ñoù phaûi döï ñoaùn ñaïi löôïng beân ngoaøi seõ taùc ñoäng vaøo heä thoáng nhö theá naøo. Caùch ñieàu khieån naøy mang tính caûm quan thöôøng do con ngöôøi ñieàu chænh thoâng qua caùc van tay. Maïch ñieàu chænh kín: Heä thoáng ñieàu chænh coù tín hieäu phaûn hoài, söï thay ñoåi töùc thôøi cuûa ñaïi löôïng ñöôïc ñieàu chænh seõ taùc ñoäng vaøo cô caáu ñieàu chænh laøm xuaát hieän söï ñieàu chænh. Taùc ñoäng ñieàu chænh tieáp tuïc dieãn ra khi giaù trò ñaàu ra phuø hôïp vôùi giaù trò chuû ñaïo. Coù 3 phöông thöùc ñieàu chænh theo daïng naøy: Ñieàu chænh theo sai leäch: Nhieãu Z taïo neân ñoä leäch giöõa giaù trò töùc thôøi cuûa ñaïi löôïng ñieàu chænh Y vôùi giaù trò chuû ñaïo u (hình 1.3).
Hình 1.3. Sô ñoà heä thoáng ñieàu chænh sai leäch. Boä ñieàu chænh töï ñoäng so saùnh giaù trò y vaø u, khi chuùng leäch nhau boä ñieàu chænh taïo ra taùc ñoäng ñieàu chænh x ñeán ñoái töôïng ñieàu chænh ñeå loaïi boû sai leäch. Trong heä ñieàu chænh theo sai leäch, taùc ñoäng ñieàu chænh chæ ñöôïc hình thaønh sau khi coù sai leäch ñaây laø nhöôïc ñieåm cuûa heä thoáng. Tuy nhieân, trong thöïc teá heä thoáng ñieàu chænh naøy ñöôïc söû duïng roäng raõi do taùc ñoäng ñieàu chænh khoâng phuï thuoäc vaøo soá löôïng, daïng, vò trí xuaát hieän cuûa nhieãu. Ñieàu chænh theo nhieãu: Boä ñieàu chænh nhaän thoâng tin veà giaù trò töùc thôøi cuûa taùc ñoäng nhieãu cô baûn. Khi nhieãu bieán ñoåi khoâng khôùp vôùi giaù trò U, boä ñieàu chænh taïo ra taùc ñoäng ñieàu chænh x leân ñoái töôïng. Trong heä thoáng ñieàu chænh theo nhieãu (hình 1.4), tín hieäu ñieàu chænh ñi qua maïch ñieàu chænh nhanh hôn trong heä thoáng ñieàu chænh theo sai leäch. Tuy nhieân ñieàu chænh theo nhieãu cho phaàn lôùn caùc ñoái töôïng hoaù coâng ngheä thöïc teá khoù thöïc hieän do caàn thieát phaûi tính aûnh höôûng cuûa taát caû caùc nhieãu taùc ñoäng leân, neáu nhieãu coù soá löôïng lôùn vaø moät soá khoâng xaùc ñònh ñöôïc thì vieäc ñieàu chænh theo nhieãu seõ keùm hieäu quaû.
Hình 1.4. Sô ñoà heä thoáng ñieàu chænh theo nhieãu. Ñieàu chænh hoãn hôïp:
Hình 1.5. Sô ñoà heä thoáng ñieàu chænh hoãn hôïp. Ñeå taêng hieäu quaû ñieàu chænh, ngöôøi ta söû duïng phoái hôïp hai nguyeân taéc ñieàu chænh theo sai leäch vaø theo nhieãu. Theo ñaïi löôïng ñieàu chænh: Heä ñieàu chænh chia thaønh : Heä moät chieàu: coù moät ñaïi löôïng caàn ñieàu chænh Heä hai chieàu: coù nhieàu ñaïi löôïng caàn ñieàu chænh. Caùc ñaïi löôïng coù theå lieân quan hoaëc ñoäc laäp vôùi nhau. Theo soá voøng truyeàn tín hieäu: Heä moät voøng kín. Heä nhieàu voøng kín. Ngöôøi ta söû duïng heä nhieàu voøng kín ñeå ñieàu chænh moät ñaïi löôïng vôùi muïc ñích naâng cao chaát löôïng quaù trình quaù ñoä. Tuy nhieân heä raát nhaïy vôùi nhöõng bieán ñoåi nhoû. Theo baûn chaát tín hieäu chuû ñaïo: Heä thoáng töï ñoäng oån ñònh: Söû duïng ñeå duy trì ñaïi löôïng ñieàu chænh gaàn vôùi giaù trò chuû ñaïo khoâng ñoåi (U = const). Ñaây laø heä thoáng phoå bieán, ñöôïc söû duïng roäng raõi. Heä thoáng ñieàu chænh theo chöông trình: Coù giaù trò chuû ñaïo cuûa ñaïi löôïng ñieàu chænh laø haøm soá theo thôøi gian bieát tröôùc U = f(t). Heä ñöôïc laép ñaët theâm boä ñònh trò chöông trình taïo daïng cuûa ñaïi löôïng U theo thôøi gian. Nhöõng heä naøy ñöôïc söû duïng cho töï ñoäng hoaù caùc quaù trình hoaù coâng ngheä hoaït ñoäng theo chu kyø. Heä thoáng ñieàu chænh theo doõi: Giaù trò chuû ñaïo cuûa ñaïi löôïng ñieàu chænh khoâng ñöôïc bieát tröôùc vaø noù laø haøm cuûa ñaïi löôïng ñoäc laäp beân ngoaøi U = f(yi). Heä thoáng naøy duøng ñeå ñieàu chænh moät thoâng soá coâng ngheä (thuï ñoäng) phuï thuoäc vaøo giaù trò cuûa moät thoâng soá coâng ngheä khaùc (chuû ñoäng). Moät soá ñaëc tính cuûa söï ñieàu chænh: 1.8.1. Ñieàu chænh khoâng lieân tuïc: coøn goïi laø ñieàu chænh ON – OFF. Heä thoáng ñieàu chænh hai vò trí coù trong thaønh phaàn boä ñieàu chænh hai vò trí vôùi thoâng soá ñaàu ra chæ coù hai giaù trò töông öùng vôùi giaù trò cöïc ñaïi xmax hoaëc cöïc tieåu xmin cuûa taùc ñoäng ñieàu chænh. Boä ñieàu chænh taïo ra taùc ñoäng ñieàu chænh baèng xmax khi giaù trò töùc thôøi cuûa ñaïi löôïng ñieàu chænh nhoû hôn giaù trò chuû ñaïo u thì ñaïi löôïng ñieàu chænh taêng leân. Khi y ñaït ñeán giaù trò u, taùc ñoäng ñieàu chænh giaûm töùc thôøi xuoáng xmin. Tuy nhieân do ñoái töôïng coù quaùn tính ñaïi löôïng ñieàu chænh coøn taêng theâm moät thôøi gian nöõa vaø sau ñoù baét ñaàu giaûm daàn. Khi ñaïi löôïng ñieàu chænh giaûm ñeán giaù trò chuû ñaïo u, boä ñieàu chænh moät laàn nöõa taïo ra taùc ñoäng ñieàu chænh xmax laøm taêng laïi ñaïi löôïng ñieàu chænh sau moät thôøi gian. Nhö vaäy, khi söû duïng boä ñieàu chænh vò trí, ñaïi löôïng coâng ngheä ñieàu chænh dao ñoäng chung quanh giaù trò chuû ñaïo. Dao ñoäng naøy coù bieân ñoä A vaø chu kyø T vaø ñöôïc goïi laø töï dao ñoäng. Thôøi ñieåm hoaït ñoäng cuûa boä ñieàu chænh vò trí phuï thuoäc vaøo tính chaát phaàn tuyeán tính cuûa heä vaø daïng ñaëc tính tónh cuûa boä ñieàu chænh. Boä ñieàu chænh vò trí coù caáu truùc ñôn giaûn, laøm vieäc tin caäy, khoâng phöùc taïp trong hieäu chænh vaø baûo trì. Do ñoù, neáu boä ñieàu chænh vò trí ñaûm baûo chaát löôïng thì söû duïng noù. Boä ñieàu chænh vò trí thöôøng ñöôïc söû duïng cho ñoái töôïng coù tính treã nhoû vaø dung löôïng lôùn.
Hình 1.6. Ñieàu chænh ON - OFF Ñoâi luùc ngöôøi ta coù theå keát hôïp nhieàu thieát bò ñieàu chænh hai vò trí ñeå taïo thaønh ñieàu chænh nhaûy caáp. Ñieàu chænh lieân tuïc:
Hình 1.7. Ñieàu chænh lieân tuïc. Ñieàu chænh ñaïi löôïng ñaàu ra ôû baát kì vò trí naøo trong vuøng ñieàu chænh. Thieát bò ñieàu chænh lieân tuïc laø thieát bò coù khaû naêng bieán ñoåi lieân tuïc caùc ñaïi löôïng ñaàu ra phuø hôïp vôùi giaù trò ñaàu vaøo. Chöông 2. KHAÛO SAÙT DAÂY CHUYEÀN COÂNG NGHEÄ. Thuyeát minh quy trình coâng ngheä: Muïc ñích quaù trình cheá bieán condensate: Condensate coù ñaëc ñieåm laø thaønh phaàn cuûa noù nheï, caùc hôïp chaát hydrocacbon cuûa noù chæ coù maïch cacbon ñeán C17 vaø nhieät ñoä TBP ôû ñieåm cuoái 100% cuûa noù chæ tôùi 360oC. Coâng ngheä saûn xuaát laø chöng phaàn nheï cuûa condensate vaø pha troän vôùi reformate coù chæ soá octan (RON) vaø MTBE seõ ñaït chæ soá RON 83, RON 92 theo tieâu chuaån cho xaêng A83 vaø xaêng A92. Ngoaøi tieâu chuaån veà RON, saûn phaåm phaûi ñaùp öùng caùc tieâu chuaån khaùc, trong ñoù ñieåm soâi ñaàu, ñieåm soâi cuoái vaø aùp suaát hôi baõo hoøa seõ ñöôïc xem xeùt ñeå quyeát ñònh möùc ñoä sô cheá nguyeân lieäu condensate. Neáu pha tröïc tieáp condensate vôùi reformate saûn phaåm coù nhieät ñoä soâi ñaàu laø 35oC vaø nhieät ñoä soâi cuoái laø 360oC, khoâng ñaûm baûo nhieät ñoä soâi ñaàu vaø soâi cuoái cuûa xaêng thaønh phaåm (theo tieâu chuaån qui ñònh laø 40oC vaø 205oC). Do ñoù condensate ñöôïc ñöa qua thaùp chöng caát, caét boû phaàn nheï ôû saûn phaåm ñænh vaø phaàn naëng ôû saûn phaåm ñaùy. Saûn phaåm thu ñöôïc coù khoaûng nhieät ñoä soâi 40oC – 205oC, saûn phaåm naøy seõ ñöôïc pha cheá vôùi reformate vaø MTBE. Xaêng thaønh phaåm do vaäy cuõng coù ñieåm soâi ñaàu vaø soâi cuoái ñaùp öùng tieâu chuaån yeâu caàu. Thöïc chaát quaù trình chöng caát condensate sô boä naøy laø quaù trình oån ñònh condensate: Taùch bôùt moät phaàn caùc caáu töû nheï nhö C3, C4 vaø Iso C4 ra khoûi condensate tröôùc khi pha troän, phaàn nheï naøy ñöôïc duøng laøm nguyeân lieäu cho nhaø maùy vaø saûn xuaát LPG. Taùch bôùt moät phaàn caùc caáu töû naëng. Phaàn naëng naøy ñöôïc ñöa qua heä thoáng chöng caát ñeå saûn kerozene vaø DO. Sô ñoà daây chuyeàn coâng ngheä:
Hình 2.1. Sô ñoà daây chuyeàn coâng ngheä. Sô ñoà khoái quaù trình chöng caát condensate:
Hình 2.2. Sô ñoà khoái quaù trình chöng caát Condensate. Moâ taû daây chuyeàn coâng ngheä: Condensate sau khi ñöôïc khai thaùc töø caùc moû ngoaøi khôi ñöôïc daãn veà ñaát lieàn thoâng qua heä thoáng oáng daãn döôùi ñaùy bieån, thaønh phaàn condensate sau khi ñöôïc taùch boû sô boä khí khoâng ngöng (metan) vaø khí ñoát (C3,C4) ñöôïc daãn vaøo caùc boàn chöùa (1a). Ñeå ñaûm baûo cho vieäc tieáp nhaän lieân tuïc löôïng condensate chuyeån veà vaø oån ñònh quaù trình chöng caát ngöôøi ta thöôøng boá trí 2 boàn chöùa song song hoaït ñoäng luaân phieân vaø coù heä thoáng kieåm tra möùc. Condensate sau khi ñöôïc oån ñònh trong boàn ñöôïc bôm vaøo thieát bò trao ñoåi nhieät (8a) ñeå taän duïng nhieät cuûa doøng kezosene trích ngang. Thieát bò trao ñoåi nhieät (8a) laø thieát bò trao ñoåi nhieät kieåu voû oáng (oáng xoaén) ñaët thaúng ñöùng ñeå taän duïng khoâng gian truyeàn nhieät vaø oån ñònh doøng Doøng kezosene ñi phía voû, doøng condensate nhaäp lieäu ñi trong oáng vaø hai doøng ñöôïc boá trí ngöôïc chieàu nhau taïo deã daøng cho vieäc veä sinh, taêng hieäu quaû truyeàn nhieät vaø giaûm caùch nhieät. Doøng condensate nhaäp lieäu sau khi ra khoûi thieát bò (8a) ñaït 48oC, tieáp tuïc ñöôïc daãn vaøo thieát bò trao ñoåi nhieät (8b) ñeå taän duïng saûn phaåm ñaùy thaùp (6). Thieát bò trao ñoåi nhieät (8b) cuõng laø thieát bò trao ñoåi nhieät kieåu voû oáng (oáng xoaén) ñaët thaúng ñöùng ñeå taän duïng khoâng gian truyeàn nhieät vaø oån ñònh doøng Doøng saûn phaåm ñaùy ñi phía voû, doøng condensate nhaäp lieäu ñi trong oáng vaø hai doøng ñöôïc boá trí ngöôïc chieàu nhau cuõng ñeå deã daøng veä sinh, taêng hieäu quaû truyeàn nhieät vaø giaûm caùch nhieät. Doøng nhaäp lieäu sau khi ra khoûi thieát bò trao ñoåi nhieät (8b) ñaït 770C (chöa ñaït nhieät ñoä soâi) tieáp tuïc daãn qua loø gia nhieät (2a) laø coâng ñoaïn gia nhieät cuoái cuøng tröôùc khi nhaäp lieäu vaøo thaùp (5). Nhieäm vuï cuûa loø gia nhieät (2a) laø cung caáp nhieät löôïng cho doøng condensate ñeå ñaït nhieät ñoä soâi (tsoâi =160oC), loø gia nhieät söû duïng caùc nhieân lieäu ñoát chaùy nhö than cuûi, daàu DO, FO, khí ñoát… Ñeå thuaän tieän cho quaù trình vaän haønh vaø taän duïng nguoàn nhieân lieäu coù saün, ta söû duïng saûn phaåm ñaùy 2 (daàu DO) laøm nhieân lieäu ñoát chaùy. Loø gia nhieät laø thieát bò gia nhieät kieåu voû oáng (oáng xoaén) ñöôïc boá trí doøng condensate nhaäp lieäu ñi trong oáng, nhieân lieäu ñoát chaùy ñi ngoaøi oáng. Sau khi ñöôïc trao ñoåi nhieät taïi (8a), (8b) vaø gia nhieät taïi (2a), doøng nhaäp lieäu ñaït nhieät ñoä soâi 1600C ñöôïc ñöa vaøo thaùp (5) taïi vò trí maâm nhaäp lieäu. Vôùi traïng thaùi nhaäp lieäu loûng – soâi laø ñieàu kieän toát nhaát ñeå thaùp hoaït ñoäng toát vaø taêng hieäu quaû truyeàn khoái (nhieät ñoä thaáp thì thaùp maát nhieät, khaû naêng loâi keùo caáu töû giaûm, toán chi phí nhieät löôïng hôi ñoát, coøn khi nhieät ñoä cao, doøng nhaäp lieäu khoâng oån ñònh, aùp suaát oáng daãn taêng do hôi sinh ra). Thaùp chöng caát (5) laø thaùp chöng caát sô boä hoaït ñoäng ôû aùp suaát cao (4atm), ñöôøng kính 1.4m, chieàu cao 14.4 m, coù 30 maâm, kieåu maâm choùp coù oáng chaûy chuyeàn vaø doøng loûng ñi töø treân xuoáng tieáp xuùc vôùi doøng khí töø döôùi leân vôùi nhieät ñoä thay ñoåi taïi ñænh laø 1200C vaø ñaùy laø 195oC. Trong thaùp (5) laø quaù trình phaân ñoaïn theo nhieät ñoä (taêng daàn töø ñænh xuoáng ñaùy) nhôø söï bay hôi töông ñoái cuûa caùc caáu töû hydrocacbon hay noùi caùch khaùc laø quaù trình tieáp xuùc pha vaø truyeàn khoái giöõa hai doøng loûng – hôi qua töøng baäc noàng ñoä cho ra saûn phaåm ñænh giaøu caùc hydrocacbon nheï (C3,C4 vaø khí khoâng ngöng). Doøng loûng bao goàm doøng hoaøn löu töø maâm treân cuøng cuûa phaàn caát vôùi tyû soá hoaøn löu thích hôïp vaø doøng nhaäp lieäu töø vò trí maâm nhaäp lieäu. Cuøng vôùi doøng loûng naøy caùc hydrocacbon naëng trong hôi bò ngöng tuï vaø thu hoài veà khu vöïc ñaùy thaùp, taïo neân coät chaát loûng ôû ñaùy thaùp. Doøng hôi sinh ra töø saûn phaåm ñaùy ñöôïc gia nhieät vaø moät phaàn boác hôi quay trôû laïi thaùp (5) töø loø gia nhieät (2b). Doøng hôi naøy seõ tieáp xuùc vôùi doøng loûng qua töøng maâm vaø coù nhieäm vuï laøm boác hôi caùc hydrocacbon nheï trong doøng loûng vaø loâi keùo chuùng leân phía ñænh thaùp. Ngoaøi ra doøng hôi coøn aûnh höôûng raát nhieàu ñeán aùp suaát trong thaùp thoâng qua löôïng khí khoâng ngöng vaø khaû naêng ngöng tuï hôi taïi ñænh thaùp (aùp suaát ñaùy thaùp laø 4atm, ñænh thaùp laø 3,87atm). Taïi ñænh thaùp (5), caùc hydrocacbon nheï toàn taïi döôùi daïng hôi ñöôïc daãn qua thieát bò ngöng tuï (4a) ñeå thu hoài döôùi daïng loûng vaø xaû khí khoâng ngöng. Thieát bò (4a) laø thieát bò ngöng tuï kieåu naèm ngang daïng oáng chuøm coù vaùch ngaên vôùi vieäc boá trí doøng pha hôi vaø khí khoâng ngöng ñi ngoaøi voû, nöôùc laøm maùt ñi trong oáng. Do quaù trình trao ñoåi nhieät giöõa pha hôi vaø nöôùc laøm maùt neân saûn phaåm ñænh ñöôïc ngöng tuï hoaøn toaøn vaø khí khoâng ngöng ñöôïc xaû qua van xaû khí khoâng ngöng. Khí khoâng ngöng ñöôïc daãn ra ñuoác ñoát tröïc tieáp hoaëc khí ñoát cho nhaø maùy phaùt ñieän. Saûn phaåm ñænh sau khi ngöng tuï thaønh daïng loûng ñöôïc chuyeån qua thieát bò taùch pha (3a) ñeå taùch löôïng khí khoâng ngöng coøn soùt laïi. Thieát bò (3a) laø thieát bò taùch pha naèm ngang döïa treân khaû naêng va ñaäp vaø tích laéng do troïng löïc coù ñaàu vaøo laø doøng saûn phaåm ñænh coøn laãn ít khí khoâng ngöng vaø hai ñaàu ra (moät laø doøng saûn phaåm ñænh ñaõ ñöôïc taùch khí khoâng ngöng goïi laø xaêng nheï, moät laø doøng khí khoâng ngöng). Doøng khí khoâng ngöng laïi ñöôïc daãn ra ñuoác ñoát hoaëc laøm nhieân lieäu cho nhaø maùy phaùt ñieän, doøng xaêng nheï ñöôïc daãn veà bình phaân phoái loûng. Taïi bình phaân phoái loûng, moät phaàn xaêng nheï ñöôïc bôm hoaøn löu trôû laïi thaùp (5) vôùi tyû soá hoaøn löu thích hôïp taïi vò trí maâm treân cuøng cuûa phaàn caát nhaèm taïo doøng hoaøn löu duy trì khaû naêng hoaït ñoäng oån ñònh cuûa thaùp (ñaûm baûo caân baèng vaät chaát , caân baèng naêng löôïng cho thaùp, taêng khaû naêng boác hôi vaø loâi keùo caùc caáu töû hydrocacbon nheï), moät phaàn ñöôïc ñöa vaøo boàn chöùa saûn phaåm xaêng nheï qua boä phaän hoaù loûng ôû aùp suaát cao (10 – 15atm) laøm khí hoaù loûng (khí ñoát) phuïc vuï cho nhu caàu sinh hoaït vaø saûn xuaát. Saûn phaåm ñaùy cuûa thaùp (5) goàm caùc caáu töû hydrocacbon naëng (C5 trôû leân) ñöôïc chuyeån qua loø gia nhieät (2b) ñeå ñöôïc gia nhieät. Loø gia nhieät (2b) cuõng gioáng loø gia nhieät (2a) ôû choã boá trí doøng saûn phaåm ñaùy ñi trong oáng vaø hôi ñoát ñi ngoaøi oáng nhöng khaùc ôû choã coù vuøng khoâng gian ñeå doøng saûn phaåm ñaùy boác hôi moät phaàn ñeå quay trôû laïi thaùp (5) (duy trì hoaït ñoäng cuûa thaùp vaø caân baèng vaät chaát, naêng löôïng trong thaùp). Thöôøng ñeå cho (2b) hoaït ñoäng toát vaø oån ñònh thì löôïng saûn phaåm ñaùy vaøo (2b) phaûi thaät oån ñònh thoâng qua vieäc luoân duy trì moät möùc chaát loûng oån ñònh taïi ñaùy thaùp (5). Saûn phaåm ñaùy thaùp (5) sau khi ñöôïc gia nhieät taïi (2b) vaø qua van xaû aùp ñaõ ñaït nhieät ñoä laø 2100C vaø trôû thaønh doøng nhaäp lieäu naïp vaøo thaùp (6). Thaùp chöng caát (6) laø thaùp chöng caát phaân ñoaïn ôû aùp suaát khí quyeån (1.2 atm), ñöôøng kính phaàn caát 2m, phaàn chöng 0.8m, chieàu cao 12.5m, coù 18 maâm, kieåu maâm choùp coù oáng chaûy chuyeàn vaø doøng loûng ñi töø treân xuoáng tieáp xuùc vôùi doøng khí töø döôùi leân vôùi nhieät ñoä thay ñoåi taïi ñænh laø 1300C, taïi khu vöïc trích ngang laø 1850C vaø ñaùy laø 195oC. Trong thaùp (6) quaù trình chöng caát dieãn ra phöùc taïp hôn vì ngoaøi 2 doøng hôi – loûng laáy ra taïi ñænh vaø ñaùy coøn coù doøng Kerozene trích ngang laáy ra taïi vò trí trích ngang vaø hôi nöôùc (3atm, 220oC) suïc tröïc tieáp vaøo ñaùy thaùp ñeå giaûm nhieät ñoä soâi vaø aùp suaát rieâng phaàn cuûa saûn phaåm ñaùy. Cuõng gioáng nhö thaùp (5), trong thaùp (6) cuõng xaûy ra hieän töôïng tieáp xuùc pha , truyeàn khoái vaø phaân ñoaïn theo nhieät ñoä cho ra saûn phaåm ñænh laø condensate coâng ngheä (xaêng naëng hay xaêng coâng ngheä), doøng trích ngang laø doøng Kerozene (daàu hoaû), doøng saûn phaåm ñaùy laø daàu DO (daàu diesel). Doøng loûng trong thaùp ñöôïc hình thaønh töø doøng hoaøn löu töø maâm treân cuøng cuûa phaàn caát vaø doøng nhaäp lieäu töø vò trí nhaäp lieäu chaûy töø treân xuoáng vôùi muïc ñích laøm ngöng tuï caùc caáu töû kerozene veà maâm trích ngang, caáu töû DO xuoáng phía ñaùy. Doøng hôi trong thaùp (töø ñaùy thaùp ñeán vò trí maâm nhaäp lieäu) chính laø doøng hôi nöôùc baõo hoaø (2200C, 3atm) suïc tröïc tieáp töø ñaùy thaùp vôùi muïc ñích laøm boác hôi vaø loâi keùo caùc caáu töû xaêng naëng leân phía ñænh. Doøng hôi töø vò trí maâm nhaäp lieäu ñeán ñænh thaùp ñöôïc hình thaønh goàm: Doøng hôi nöôùc vaø hôi daàu töø ñaùy leân. Doøng hôi boác ra töø doøng nhaäp lieäu vaøo thaùp. Doøng hôi nöôùc vaø hôi daàu töø bình trích ngang hoài löu veà thaùp. Do ñoù, ñöôøng kính cuûa thaùp töø vò trí maâm nhaäp lieäu leân ñænh lôùn hôn ñöôøng kính töø maâm nhaäp lieäu xuoáng ñaùy. Taïi ñænh thaùp (6), pha hôi (1300C; 1.068atm) thoaùt ra bao goàm chuû yeáu laø saûn phaåm xaêng naëng coù laãn hôi nöôùc vaø khí khoâng ngöng, chuùng ñöôïc daãn qua thieát bò ngöng tuï (4b) (thieát bò ngöng tuï naèm ngang kieåu oáng chuøm coù vaùch ngaên vôùi vieäc boá trí doøng pha hôi vaø khí khoâng ngöng ñi ngoaøi voû, nöôùc laøm maùt ñi trong oáng) ñeå ngöng tuï hoaøn toaøn xaêng naëng vaø hôi nöôùc ñoàng thôøi xaû khí khoâng ngöng qua van xaû khí khoâng ngöng. Xaêng naëng vaø nöôùc sau khi ngöng tuï ñöôïc chuyeån vaøo thieát bò taùch pha (3b). Thieát bò (3b) laø thieát bò naèm ngang coù moät ñaàu vaøo laø xaêng naëng vaø nöôùc , ba ñaàu ra (moät laø ñaàu thoaùt khí khoâng ngöng, moät ñaàu ra laø xaêng naëng, moät ñaàu ra laø nöôùc). Thieát bò (3b) hoaït ñoäng döïa vaøo khaû naêng va ñaäp ñeå taùch khí khoâng ngöng vaø khaû naêng laéng (khaùc nhau veà tæ troïng) ñeå taùch nöôùc. Khí khoâng ngöng sau khi taùch ñöôïc daãn ra ñuoác ñoát, nöôùc sau khi xöû lí ñöôïc thaûi ra moâi tröôøng coøn xaêng naëng ñöôïc doàn vaøo bình phaân phoái loûng. Taïi bình phaân phoái loûng, moät phaàn xaêng naëng ñöôïc bôm hoaøn löu trôû laïi thaùp (6) vôùi tyû soá hoaøn löu thích hôïp taïi vò trí maâm treân cuøng cuûa phaàn caát nhaèm taïo doøng hoaøn löu duy trì khaû naêng hoaït ñoäng oån ñònh cuûa thaùp (ñaûm baûo caân baèng vaät chaát, caân baèng naêng löôïng cho thaùp, taêng khaû naêng boác hôi vaø loâi keùo caùc caáu töû xaêng naëng), moät phaàn ñöôïc doàn vaøo boàn chöùa saûn phaåm xaêng naëng. Xaêng naëng laøm nguyeân lieäu ñeå pha cheá xaêng thöông phaåm phuïc vuï cho nhu caàu tieâu duøng cuûa xaõ hoäi. Taïi vò trí maâm trích ngang (nhieät ñoä 1850C; aùp suaát maâm laø 1.134 atm; aùp suaát rieâng phaàn cuûa kerozene laø 0.52atm), moät phaàn doøng loûng ñöôïc trích ngang doàn vaøo bình trích ngang (coät nhaû). Coät nhaû cuõng laø moät thaùp maâm choùp hình truï (ñöôøng kính 0.5m; chieàu cao 2.55m; coù 6 maâm) coù doøng loûng laø kerozene vaø xaêng naëng chaûy töø treân xuoáng, doøng hôi laø hôi nöôùc baõo hoaø (220oC, 3atm) suïc töø ñaùy leân. Söï tieáp xuùc pha loûng – hôi nhaèm laøm boác hôi vaø loâi cuoán caùc caáu töû xaêng naëng coøn soùt laïi trong doøng loûng tröôùc khi doàn xuoáng ñaùy vaø daãn vaøo thieát bò trao ñoåi nhieät (8a) ñeå trao ñoåi nhieät vôùi doøng condensate nhaäp lieäu (taän duïng nhieät). Cuoái cuøng, sau khi ra khoûi (8a), doøng Kerozene (daàu hoaû) haï nhieät ñoä töø 185oC xuoáng 80oC ñöôïc daãn vaøo boàn chöùa. Kerozene laøm nhieân lieäu phuïc vuï sinh hoaït vaø saûn xuaát. Taïi khu vöïc ñaùy thaùp (6), sau khi tieáp xuùc vôùi hôi baõo hoaø suïc leân doøng saûn phaåm ñaùy chæ coøn laïi chuû yeáu laø daàu DO (xaêng naëng vaø kerozene ñöôïc hôi nöôùc loâi cuoán leân treân) ñöôïc bôm vaøo thieát bò trao ñoåi nhieät (8b). Taïi thieát bò (8b), daàu DO ñöôïc trao ñoåi nhieät vôùi doøng condensate nhaäp lieäu (taän duïng nhieät) haï nhieät ñoä xuoáng coøn 90oC tröôùc khi doàn vaøo boàn chöùa. Daàu DO laøm nhieân lieäu ñoát chaùy trong saûn xuaát (taän duïng laøm nhieân lieäu ñoát chaùy trong loø (2a), (2b). Thieát keá heä thoáng töï ñoäng hoùa: Nhieäm vuï ñieàu khieån: Nhieäm vuï ñieàu khieån caùc quaù trình coâng ngheä thöôøng ñöôïc dieãn ñaït nhö laø baøi toaùn toái öu (toái ña hoaëc toái thieåu) moät soá tieâu chuaån (giaù thaønh, naêng löôïng tieâu hao, lôïi nhuaän) coù ñaûm baûo thoâng soá coâng ngheä theo qui ñònh. Giaûi quyeát nhieäm vuï naøy cho toaøn boä quaù trình raát khoù khaên, ñoâi khi trong thöïc teá khoâng thöïc hieän ñöôïc do coù raát nhieàu yeáu toá aûnh höôûng ñeán quaù trình. Vì vaäy toaøn boä quaù trình ñöôïc phaân thaønh töøng cuïm rieâng coù soá löôïng tham soá khoâng lôùn. Nhieäm vuï ñieàu khieån töøng coâng ñoaïn thöôøng laø oån ñònh caùc thoâng soá coâng ngheä hoaëc toái öu hoùa caùc tieâu chuaån coù theå tính theo caùc thoâng soá ño ñöôïc nhö naêng suaát, noàng ñoä saûn phaåm, möùc ñoä chuyeån ñoåi, tieâu hao naêng löôïng,…Toái öu hoùa caùc tieâu chuaån ñöôïc thöïc hieän trong giôùi haïn cuûa thoâng soá theo yeâu caàu coâng ngheä vaø ñieàu kieän hoaït ñoäng cuûa töøng thieát bò. Treân cô sôû nhieäm vuï ñieàu khieån töøng coâng ñoaïn cuûa quaù trình, ngöôøi ta dieãn ñaït nhieäm vuï töï ñoäng ñieàu chænh caùc tham soá coâng ngheä trong töøng thieát bò. Chaát löôïng saûn phaåm phuï thuoäc vaøo thoâng soá coâng ngheä. Do ñoù khi xaây döïng heä thoáng ñieàu chænh töï ñoäng, ñaàu tieân xaùc ñònh caùc thoâng soá caàn kieåm soaùt vaø ñieàu chænh, ñònh vò nôi ñöa vaøo taùc ñoäng ñieàu khieån vaø xaùc ñònh keânh truyeàn tín hieäu qua ñoái töôïng. Caùc nhieäm vuï treân ñöôïc thöïc hieän baèng caùch laäp sô ñoà taùc ñoäng töông hoã giöõa caùc thoâng soá cuûa ñoái töôïng, phaân chia caùc keânh truyeàn tín hieäu chính vaø phuï, sau ñoù xaùc laäp töøng voøng ñieàu chænh rieâng ñeå buø tröø aûnh höôûng cuûa nhieãu. Khi caàn thieát, caùc voøng ñieàu chænh chính ñöôïc lieân keát laïi vôùi nhau. Döõ lieäu ñeå thöïc hieän caùc nhieäm vuï treân laø moâ hình tónh cuûa töøng ñoái töôïng (döôùi daïng phöông trình caân baèng vaät chaát vaø naêng löôïng). Treân cô sôû caùc phöông trình naøy cuøng vôùi caùc ñieàu kieän laøm vieäc thöïc teá cuûa thieát bò, taát caû caùc yeáu toá coù aûnh höôûng ñeán quaù trình ñöôïc chia thaønh: nhieãu cho pheùp oån ñònh, nhieãu kieåm soaùt ñöôïc, nhieãu khoâng kieåm soaùt ñöôïc, taùc ñoäng ñieàu chænh, ñaïi löôïng ñieàu chænh. Ñaëc tính tónh cho pheùp ñaùnh giaù möùc ñoä aûnh höôûng cuûa ñaïi löôïng naøy leân ñaïi löôïng khaùc vaø laøm roõ caùc ñaïi löôïng ñieàu chænh coù taùc ñoäng toái ña leân quaù trình. Töø ñoù coù theå löïa choïn ñöôïc keânh ñieàu chænh. Tuy nhieân ñeå hieåu roõ töøng quaù trình laø raát khoù vaø do yeâu caàu, ñieàu kieän hoaït ñoäng cuûa daây chuyeàn naøy khoâng ñöôïc neâu roõ trong taøi lieäu [1] cho neân vieäc thieát keá heä thoáng töï ñoäng hoùa ñöôïc ñöa ra nhieàu phöông aùn cho töøng ñieàu kieän laøm vieäc khaùc nhau. Quy trình khaûo saùt ôû ñaây laø daây chuyeàn chöng caát condensate naêng suaát 390.000taán/naêm. Theo nhö moâ taû ôû treân ta thaáy cuïm thieát bò chính trong daây chuyeàn laø hai thaùp chöng caát. Caùc thieát bò gia nhieät, loø ñoát, boàn chöùa, thieát bò ngöng tuï laø caùc thieát bò phuï coù nhieäm vuï hoã trôï giuùp thaùp hoaït ñoäng oån ñònh. Do ñoù coù theå chia daây chuyeàn khaûo saùt thaønh caùc nhoùm thieát bò sau: Cuïm thaùp chöng caát 1. Cuïm thaùp chöng caát 2. Loø ñoát 2a. Loø ñoát 2b. Thieát bò trao ñoåi nhieät. Boàn chöùa. Khaûo saùt töøng cuïm thieát bò nhö moät ñoái töôïng coâng ngheä: Cuïm thieát bò cuûa thaùp chöng caát 1: bao goàm caùc thieát bò: thaùp chöng caát 5, thieát bò ngöng tuï 4a, thieát bò taùch khí 3a. Doøng condensate nhaäp lieäu vaøo thaùp ôû traïng thaùi loûng – soâi sau khi ñöôïc gia nhieät taïi loø 2a, trong thaùp dieãn ra quaù trình tieáp xuùc pha vaø truyeàn khoái giöõa doøng loûng vaø doøng hôi hay caùch khaùc ñoù laø quaù trình phaân ñoaïn theo nhieät ñoä (taêng daàn töø ñænh thaùp xuoáng ñaùy) nhôø söï bay hôi töông ñoái cuûa caùc caáu töû. Quaù trình phaân ñoaïn trong thaùp 5 cho: Saûn phaåm ñænh laø caùc hydrocacon nheï (C3,C4 vaø khí khoâng ngöng) ñöôïc ngöng tuï taïi 4a sau ñoù vaøo 3a. Taïi 3a, khí khoâng ngöng ñöôïc taùch ra, coøn laïi laø saûn phaåm xaêng nheï moät phaàn ñöôïc bôm hoaøn löu trôû laïi thaùp, moät phaàn doàn veà boàn chöùa. Saûn phaåm ñaùy laø caùc hydrocacbon naëng (C5 trôû leân) ñöôïc doàn vaøo loø ñoát 2b, taïi ñaây doøng condensate tieáp tuïc ñöôïc gia nhieät, moät phaàn boác hôi quay trôû laïi thaùp ñeå taïo doøng hôi ñi trong thaùp. Sô ñoà nguyeân lyù cuûa thaùp chöng caát sô boä ñöôïc theå hieän treân hình (2.3):
Hình 2.3. Cuïm thaùp chöng caát 1. Sô ñoà khoái cuïm thaùp chöng caát 1 ñöôïc trình baøy treân hình 2.4:
Hình 2.4. Sô ñoà khoái cuïm thaùp 1 Nhieäm vuï cuûa thaùp chöng caát sô boä laø taùch ñöôïc hydrocacbon nheï trong doøng nhaäp lieäu ñeå traùnh aûnh höôûng hoaït ñoäng cuûa cuïm thaùp 2. Cho neân coù theå ñaët ra nhieäm vuï toái öu cuïm thaùp 1 laø toái ña khaû naêng taùch cuûa thaùp vôùi tieâu hao naêng löôïng thaáp nhaát vaø löu löôïng nhaäp lieäu coù giôùi haïn. Ñieàu naøy cho thaáy noàng ñoä saûn phaåm ñænh thaùp 1 phaûi ñöôïc oån ñònh. Ngoaøi ra coøn phaûi ñaûm baûo caùc caân baèng vaät chaát vaø naêng löôïng trong thaùp. Do ñoái töôïng laø thaùp chöng caát vaø dung dòch ñang xeùt laø hoãn hôïp ña caáu töû cho neân laøm taêng tính phöùc taïp khi xeùt phöông trình tónh cuûa thaùp. Caùc phöông trình cô baûn cuûa thaùp: Caân baèng vaät chaát:
(2.1) Caân baèng vaät chaát theo caáu töû:
(2.2) Caân baèng nhieät löôïng cho thieát bò ngöng tuï:
(2.3) Caân baèng vaät chaát theo pha loûng ôû ñaùy thaùp:
(2.4) Caân baèng vaät chaát theo pha khí:
(2.5) Vôùi: S: tieát dieän ngang cuûa thaùp. Lt: löu löôïng doøng loûng xuoáng ñaùy töø doøng nhaäp lieäu. Re: löu löôïng doøng loûng xuoáng ñaùy töø doøng hoaøn löu Vf: löu löôïng hôi boác leân töø ñaùy thaùp. GW: löu löôïng doøng loûng vaøo loø hôi GF: löu löôïng doøng nhaäp lieäu. GD: löu löôïng doøng saûn phaåm ñænh. Gkn: löu löôïng khí khoâng ngöng toång coäng. Gkn1: löu löôïng khí khoâng ngöng cuûa thieát bò ngöng tuï.