thiết kế hệ thống điều khiển tự động hệ chưng cất condensate

Luận văn tốt nghiệp
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Khát quát chung về công nghệ dầu khí của nước ta:
Ngành công nghiệp dầu khí nước ta chỉ phát triển trong vòng 15 năm trở lại
đây, tuy mới mẻ và non trẻ song lại là ngành quan trọng đóng góp một nguồn
ngoại tệ lớn cho đất nước, thúc đẩy nền kinh tế phát triển.
Tiềm năng dầu khí của Việt Nam được đánh giá là có nhiều triển vọng tốt,
nhiều bể khí và mỏ dầu với trữ lượng lớn được phát hiện và có kế hoạch khai thác
hợp lí. Hiện nay, ở thềm lục đòa Việt Nam có 3 mỏ dầu quan trọng đang được xúc
tiến khai thác:
- Mỏ Bạch Hổ: cách bờ biển Vũng Tàu 120 km, khai thác từ năm 1986 đến
nay tổng sản lượng khai thác 30 triệu tấn, sản lượng khai thác hằng năm 7 – 9 triệu
tấn, có thể khai thác vài ba năm nữa sau đó giảm dần.
- Mỏ Rồng: cách mỏ Bạch Hổ 30 km về phía tây nam, bắt đầu khai thác từ
cuối năm 1994, sản lượng 12,000 – 18,000 thùng/ ngày.
- Mỏ Đại Hùng: nằm ở vùng trũng Nam Côn Sơn, cách bờ biển 280 km,
cách mỏ Bạch Hổ 160 km, được khai thác từ 10/1994, sản lượng 320,000
thùng/ngày (5000 tấn/ngày).
Về khí hydrocarbon, hiện nay có 3 mỏ đang được khai thác :
- Mỏ Tiền Hải: đây là mỏ khí thiên nhiên trong đất liền, được khai thác từ
năm 1981, cung cấp 10 – 30 triệu m
3
/năm.
- Mỏ Bạch Hổ: là dạng khí đồng hành, khai thác mỗi tấn dầu thu được 180
– 200 m
3
khí. Khí đồng hành được đưa vào Dinh Cố và Nhà máy điện Bà Ròa với
sản lượng khoảng 300 triệu m
3
/năm. Sau khi lắp đặt thêm hệ thống giàn nén vào
giai đoạn 2, sản lượng khí đồng hành có thể tăng lên 1,5 tỷ m

3
/năm.
- Mỏ khí đồng hành Lan Tây – Lan Đỏ: hai mỏ khí trong bể Nam Côn Sơn,
phát hiện năm 1992, cách Vũng Tàu 370 km về phía đông nam, trữ lượng khí
GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Trang 1
Luận văn tốt nghiệp
khoảng 58 tỷ m
3
, có khả năng cung cấp mức sản lượng trung bình hàng năm
khoảng 5 tỷ m
3
.
Đặc biệt : Theo báo “Tuổi trẻ” – 22/10/2004, vào ngày 20/10/2004, Công ty
ATI Petroleum cùng 3 nhà thầu dầu khí khác là Petronas Carigali Oversea
SDN.BHD (Malaysia), Công ty Đầu tư & Phát triển Dầu khí Việt Nam và
Singapore Petroleum Company đã phát hiện dấu hiệu dầu mỏ và khí ngoài khơi
Vònh Bắc Bộ. Dự tính trữ lượng 700 – 800 triệu thùng dầu, 40 tỉ m
3
khí. Đây là loại
dầu nhẹ, ngọt, tỷ trọng 43.2
o
API, điểm đông 4.5
o
C, hoàn toàn không có lưu huỳnh.
Mỏ dầu nằm ở giếng Yên Tử – 1X thuộc lô 106, thềm lục đòa bắc Việt Nam, cách
cảng Hải Phòng khoảng 70 km về phía đông, mức sâu của nước biển tại đòa điểm
giếng khoan là 28 m.
Nguồn : Trang web Thời báo kinh tế Việt Nam.
Hình 1.1. Thống kê sản lượng khai thác dầu thô ở Việt Nam từ năm
1986 – 2003

GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Trang 2
Luận văn tốt nghiệp
Bảng 1.1 : Tình hình khai thác và xuất khẩu dầu khí Việt Nam :
Năm
Khai thác dầu Xuất khẩu dầu Khai thác khí
Triệu tấn/năm Tỷ m
3
/năm
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
Nguồn : Petro Vietnam – Triển lãm quốc tế dầu khí Việt Nam 27 –
29/10/2004
1.2. Sơ lược về sản phẩm Condensate:
1.2.1. Nguồn gốc Condensate:
Condensate còn gọi là khí ngưng tụ, là hỗn hợp đồng thể ở dạng lỏng, có màu
vàng rơm, thu được từ nguồn khí mỏ khai thác lên sau khi đã tách khí không ngưng
(bao gồm khí đốt và khí hoá lỏng LPG).
Quá trình ngưng tụ khí mỏ Condensate xảy ra do sự biến đổi về áp suất và
nhiệt độ của khí mỏ. Dưới các mỏ khí hay dầu, các hợp chất hữu cơ có số cacbon <
17 dưới áp suất và nhiệt độ cao, chúng sẽ chuyển sang trạng thái khí hình thành
lên khí mỏ. Khi khai thác khí mỏ, do sự chênh lệch áp suất mà khí mỏ theo đường
ống phun lên mặt đất. Trong quá trình vận chuyển khí mỏ trong các đường ống
dẫn khí hay thiết bò tách pha sơ bộ, các hydrocacbon có số C > 5 sẽ ngưng tụ tạo
thành condesate nhưng vẫn còn chứa một phần khí không ngưng và khí hoá lỏng.

GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Trang 3
Luận văn tốt nghiệp
Condensate được sử dụng để làm nguyên liệu đốt trong tuabin phát điện, làm
nguyên liệu pha chế xăng, chế biến thành dung môi hay làm nguyên liệu cho quá
trình lọc dầu.
1.2.2. Thành phần Condensate Lan Tây.
Bảng 1.2. Thành phần Condensate Lan Tây:
GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Trang 4
Thành phần Tỷ lệ 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
H
2
S (ppm) 0,7
M-Mercaptan 4,63
Luận văn tốt nghiệp
1.2.3. Tính chất và thông số của mẫu Condensate Lan Tây:
1. Ngoại quan: mẫu Condensate lỏng, đồng nhất có màu vàng rơm, không có
nước tự do và tạp chất cơ học.
2. Hàm lượng nước nhũ tương,%TI 0,00
3. Tỷ trọng d
4
20
0,7352
4. Khối lượng riêng ở 15
0
C, kg/lít 0,7398
5. Độ nhớt động học ở 20
0
C,cSt 0,796
6. Áp suất bão hoà,psi 12
7. Trọng lượng phân tử 107,73
1.2.4. Các sản phẩm chế biến từ Condensate Lan Tây:
1.2.4.1. Khí đốt:
Đây là hydrocacbon nhẹ, C1-C2, còn gọi là khí không ngưng, sau khi
tách sẽ đem đi đốt bỏ hay làm nhiêu liệu cho các nhà máy nhiệt điện, làm nguyên
liệu cho ngành hoá dầu ở Việt Nam. Hiện nay khí không ngưng đang được sử dụng

để cung cấp cho nhà máy điện Bà Ròa, Phú Mỹ sau khi qua hệ thống xử lý tách
loại LPG và Condensate.
1.2.4.2. Khí hoá lỏng LPG (C3-C4):
Đây là hỗn hợp gồm propan và butan hoá lỏng ở 10-15 atm. Đây chính
là loại chất đốt gia dụng đang được sử dụng rộng rãi. Hiện nay tại nhà máy chế
biến khí Dinh Cố sản xuất bupro hoá lỏng cung cấp cho các công ty phân phối như:
LPG của Gas Saigon (propane/butane=20/80), LPG của Petrolimex
(propane/butane = 30/50), LPG của Saigon Petro (propane/butane = 50/50). Ngoài
ra, nó còn được sử dụng làm chất đốt công nghiệp dần dần thay thế nguyên liệu
than đá, củi đốt đảm bảo tính kinh tế và môi trường. Một phần LPG được dùng làm
nhiên liệu ô tô trong tương lai.
1.2.4.3. Xăng thô:
GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Trang 5
Luận văn tốt nghiệp
Xăng thô có thành phần chủ yếu gồm C5-C10 có nhiệt độ sôi từ 35-
200
0
C, được chia làm 2 loại: xăng nhẹ (35-105
0
C), xăng nặng (102- 200
0
C).
Sau khi chưng cất xăng thô có độ ổn đònh hoá học cao, độ bốc hơi tốt
nhưng lại có trò số octan thấp (xấp xỉ 65-67). Do đó, để có thể tạo thành xăng
thương phẩm thì người ta phải trộn xăng thô với các sản phẩm có chỉ số RON
octan cao như Reformate, MTBE.
1.2.4.4. Kerozene:
Kerozene hay còn gọi là dầu hoả, có nhiệt độ bốc hơi khoảng 165 –
270
o

C, kerozene được chế biến thành dầu hoả và nhiên liệu phản lực. Dầu hoả
được sử dụng để thắp sáng trong gia đình. Hiện nay lượng kerosene làm dầu hỏa
giảm, mà chủ yếu dùng chế biến nhiên liệu phản lực.
1.2.4.5. Dầu DO:
Đây là dầu nặng hoặc dầu diesel có nhiệt độ chưng cất khoảng 250 - 360
0
C, dùng làm nhiên liệu cho các động cơ diesel. Ngoài ra, nó còn được dùng làm
nguyên liệu cho quá trình crắcking xúc tác tạo xăng và một số sản phẩm có giá trò
khác.
GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Trang 6
Luận văn tốt nghiệp
1.3. Qui trình công nghệ chế biến Condesate:
1.3.1. Các khái niệm:
- Chưng cất là quá trình dùng nhiệt để tách một hỗn hợp lỏng thành các cấu
tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp.
- Chưng cất để tách hỗn hợp có nhiều cấu tử gọi là chưng cất đa cấu tử.
- Hỗn hợp có 3 cấu tử trở lên đều được gọi là hỗn hợp nhiều cấu tử. Số
lượng cấu tử càng nhiều thì tính phức tạp khi chưng cất càng tăng. Do đó, người ta
phân biệt ra 2 loại:
• Hỗn hợp nhiều cấu tử đơn giản: là hỗn hợp mà cấu tử có thể xác đònh
được về số lượng, nồng độ và chủng loại.
• Hỗn hợp nhiều cấu tử phức tạp: là hỗn hợp do có nhiều cấu tử mà ta
không thể xác đònh nồng độ và số lượng của chúng.
Việc phân loại như trên sẽ giúp ta xây dựng được dễ dàng phương pháp
tính toán trong chưng cất phân đoạn nhiều cấu tử.
- Trong thiết kế, tính toán cũng như vận hành qui trình chưng cất hỗn hợp
nhiều cấu tử đặc biệt là hỗn hợp phức tạp ta thường biểu diễn các phân đoạn
chưng cất theo nhiệt độ chưng cất và thể tích dòch ngưng thông qua các đường cong
chưng cất.
• Đường cong chưng cất thực (đường TBP): mô tả sự biến thiên nhiệt độ

sôi của hỗn hợp theo dòch ngưng nhận được, thể hiện tính phân đoạn triệt để trong
chưng cất phân đoạn hỗn hợp nhiều cấu tử.
• Đường cong chưng cất đơn giản (đường cong ASTM): có ý nghóa quan
trọng trong việc phân tích mẫu dầu thô trước khi đưa vào sản xuất.
• Đường cong bay hơi cân bằng (đường cong EFV): mô tả mối quan hệ
cân bằng giữa hai pha hơi và lỏng ở những nhiệt độ sôi bay hơi cân bằng khác
nhau tương ứng với áp suất đã cho. Từ đó, xác đònh nhiệt độ chưng cất phân đoạn
theo yêu cầu sản xuất.
GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Trang 7
Luận văn tốt nghiệp
1.3.2. Các thông số và điều kiện vận hành của qui trình:
- Áp suất làm việc của 2 tháp:
• Tháp 5: 4atm nhằm tách đi phần xăng nhẹ và khí không ngưng
• Tháp 6: chưng ở áp suất khí quyển (1,2 atm) thu được ba sản phẩm:
đỉnh là xăng nặng, ngang là kerosene, đáy là cặn dầu.
- Đường cong chưng cất của dầu mỏ:
Bảng 1.3. Nhiệt độ tương ứng % thể tích theo đường cong chưng cất của dầu mỏ:
%TT Nhiệt độ %TT Nhiệt độ
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
- Các thông số phân đoạn sản phẩm :
Bảng 1.4. Các thông số phân đoạn sản phẩm:
Các sản phẩm %V m
3
/h d T/h M Kmol/h

Khí đốt
Xăng nhẹ
Luyện 5
Đáy 5
Xăng nặng
Kezosene
Luyện 6
Đáy 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
- Cân bằng vật chất:
GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Trang 8
Luận văn tốt nghiệp
• Khu vực nhập liệu tháp 5: t =160
0
C
Bảng 1.5. Cân bằng vật chất cho khu vực nhập liệu:
Thành phần %V m
3
/h d T/h
Phân đoạn hơi V
t
Lượng hơi nhả V
f
Lượng hồi lưu Re
ΣS= xăng nhẹ + 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
Phân đoạn lỏng L
t
Lượng hồi lưu Re
Lượng nhả V
f
Lượng sản phẩm đáy 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
GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Trang 9
Luận văn tốt nghiệp
• Khu vực đỉnh tháp 5: t =130

o
C
Bảng 1.6. Cân bằng vật chất cho khu vực đỉnh tháp 5:
Thành
phần
Dòng vào Thành
phần
Dòng ra
T/h Kcal
/kg
Kcal
.10
3
/h
Kj
.10
3
/h
T/h Kcal
/kg
Kcal
.10
3
/h
Kj
.10
3
/h
V
t

+V
f
R
0
tổng
21,92
5,05
26,97
157
80
3441,34
404
3845,34
14384,9
1688,72
16073,62
ΣS
0

+R
o
Re
tổng
23,48
3,72
26,97
150
95
3492
353,4

3845,4
14596,25
1477,17
129073,45
• Khu vực nhập liệu tháp 6: t=210
0
C
Bảng 1.7. Cân bằng vật chất cho khu vực nhập liệu tháp 6:
Sản phẩm %V m
3
/h d T/h
Phân đoạn hơi Vt
Lượng hơi nhả Vf
Lượng hồi lưu Re
ΣS = xăng nặng +
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
Phân đoạn lỏng Lt
Lượng hồi lưu Re
Lượng nhả Vf
Lượng sản phẩm đáy 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
GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Trang 10
Luận văn tốt nghiệp
• Khu vực đỉnh tháp 6:
Bảng 1.8. Cân bằng vật chất cho khu vực đỉnh tháp 6:
Thành
phần
Dòng vào Thành
phần

Dòng ra
T/h Kcal/kg Kcal.10
3
/h T/h Kcal/kg Kcal.10
3
/h
ΣS
1
R
1
R
O
V
1
V
H2O
Tổng
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
ΣS
o
R
o
S
1
+R
1
V
H2O
tổng
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 vực tách Kerozene:

Bảng 1.9. Cân bằng vật chất cho khu vực tách kerozene:
Thành
phần
Dòng vào Thành
phần
Dòng ra
T/h Kcal/kg Kcal
.10
3
/h
T/h Kcal/kg Kcal
.10
3
/h
Kerosene
V1
S1
V
H2O
Tổng
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(hơi)
V
H2O
Tổng
6,468
0,765
0,75
7,983
102
170
695
659,01
130,05
521,25
1282,245
Thành
phần
Dòng vào Thành
phần
Dòng ra
T/h Kcal/kg Kcal.10
3
/h T/h Kcal/kg Kcal.10
3
/h

V
t
V
f
R
1
V
H2O
Tổng
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
ΣS
1
R
1
R
e
V

H2O
Tổng
18,258
7,64
2,527
0,069
28,476
175
169
102
695
3195,15
1291,16
257,754
47,955
4792,01
GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Trang 11
Luận văn tốt nghiệp
• Các thông số về kích thước thiết bò:
Bảng 1.10. Tháp chưng cất:
Tháp 5 Tháp 6 Cột nhả
Đường kính
tháp (D)
Phần chưng
1,4 m
2 m
0,8 m
0,5 m
Phần cất
Chiều cao tháp (H) 14,4 m 12,5 m 2,55 m

Bề dày thân (S) 8 mm 6 mm 6 mm
Nắp
tháp
Đường kính trong
(D
t
):
1400 mm 2000 mm 500 mm
Chiều cao (h
t
): 350 mm 475 mm 125 mm
Chiều cao gờ (h) 25 mm 25 mm 25 mm
Đáy
tháp
Đường kính trong
(D
t
):
1400 mm 800 mm 500 mm
Chiều cao (h
t
): 350 mm 200 mm 125 mm
Chiều cao gờ (h) 25 mm 25 mm 25 mm
Mâm nhập liệu số 12 8
Chóp
Số
chóp/mâm
22 36 10
13
Đường kính

chóp
145 mm 145 mm 74 mm
110 mm
Bảng 1.11. Thiết bò ngưng tụ:
Đường kính
(D)
Bề mặt truyền
nhiệt (F)
Chiều dài
ống (L)
Số ống (n) Bề dày
4a 1 m 69 m
2
5,5 m 163 8 mm
4b 1 m 143,6 m
2
5,5 m 269 8 mm

Bảng 1.12.Thiết bò tách pha:
GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Trang 12
Luận văn tốt nghiệp
Đường kính
(D)
Bề mặt bay
hơi (F)
Chiều dài
ống (L)
Thời gian
lưu
Bề dày

3a 1,4 m 0,12 m
2
4,2 m 5 phút 8 mm
3b 1,4 m 0,14 m
2
4,2 m 5 phút 8 mm
Bảng 1.13. Thiết bò trao đổi nhiệt
Nhiệt
lượng
trao
đổi
Đường
kính
(D)
Bề mặt
truyền
nhiệt
(F)
Chiều
cao
thiết bò
(H)
Đường
kính
ống
xoắn
Bề dày
ống
xoắn
Số

vòng
xoắn
Bước
xoắn
8a 1456
kj/h
1,2 m 24 m
2
2,5 m 0,1 m 3mm 17 0,15 m
8b 3320,5
kj/h
1,6 m 48 m
2
3 m 0,15 m 3mm 21 0,15 m
1.4. Sự cần thiết tự động hoá trong quá trình sản xuất:
Tự động hóa quá trình sản xuất là yêu cầu bức thiết của quá trình chuyển tiếp
từ Cách mạng Khoa học – Kỹ thuật sang Cách mạng Khoa học – Công nghệ từ
nửa cuối thế kỷ 20 và tự động hóa công nghệ cao của thế kỷ 21.
Khi tính toán thiết kế hệ thống chưng cất, các phương trình cân bằng vật chất
và năng lượng được áp dụng để xác đònh các giá trò của các đại lượng phản ánh
quá trình và kích thước thiết bò của hệ thống. Tuy nhiên các kết quả tính toán thiết
kế được sử dụng để chế tạo và lắp đặt thiết bò. Khi vận hành thiết bò, các thỏa mãn
của phương trình được xác lập lại. Các yếu tố bên ngoài như sự tổn thất nhiệt ra
môi trường, sự bất ổn đònh của các giá trò của các đại lượng biểu thò cho các dòng
lưu chất, các thông số đặc trưng như hệ số truyền nhiệt K, hệ số truyền khối K
c
,…
không ổn đònh ở giá trò tính toán ban đầu làm ảnh hưởng đến diễn biến các quá
trình trong thiết bò và chất lượng sản phẩm không đạt yêu cầu, thậm chí hệ thống
thiết bò không hoạt động được. Do đó chúng ta cần phải ổn đònh các đại lượng

hoặc thay đổi theo một chương trình xác đònh để đạt mục tiêu điều khiển nào đó.
GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Trang 13
Luận văn tốt nghiệp
Ngoài ra, tự động hoá quy trình sản xuất còn dùng để thay thế chức năng
kiểm tra, điền khiển của con người trong quá trình sản xuất. Các hệ thống này
thông báo khá chính xác các thông tin về trạng thái thiết bò, các thông số của quy
trình công nghệ,…Các thông tin này trước đây chỉ có những chuyên gia nhiều kinh
nghiệm mới chuẩn đoán được, nhưng cũng chỉ đảm bảo ở mức độ chính xác tương
đối. Các thông tin của hệ thống đo phục vụ đắc lực cho quá trình hoàn thiện quy
trình công nghệ.
Quá trình tự động hóa sử dụng hệ thống điều chỉnh tự động các thông số công
nghệ giúp giải phóng con người thoát khỏi tình trạng căng thẳng khi phải bám sát
đối tượng, theo dõi sát sao trạng thái đối tượng và liên tục ra những quyết đònh cần
thiết để tác động trực tiếp lên đối tượng. Các hệ thống điều chỉnh tự động góp
phần nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất, nâng cao năng suất lao
động,…
1.5. Nhiệm vụ của hệ thống tự động hóa:
Các quá trình trong công nghệ hóa học hầu như đều cần sử dụng năng lượng
để vận hành. Chưng cất là quá trình tiêu hao năng lượng nhiều nhất vì nó dựa vào
sự chênh lệch độ bay hơi tương đối của các cấu tử để phân riêng các cấu tử trong
hỗn hợp. Bởi vậy chi phí năng lượng cho chưng cất là một phần chính trong giá
thành sản phẩm. Do đó nhiệm vụ tự động hóa tháp chưng cất Condensate được
đặt ra như một nhiệm vụ điều khiển tối ưu (tối thiểu) năng lượng tiêu thụ để tạo ra
sản phẩm chính có nồng độ cho trước với năng suất giới hạn.
Với nhiệm vụ trên hệ thống tự động hóa dây chuyền chưng cất bao gồm:
- Hệ thống kiểm soát các thông số công nghệ của quy trình với chức năng
đo lường, ghi nhận… giúp người vận hành có thể biết được quy trình đang hoạt
động ở chế độ nào (ổn đònh hay không ổn đònh).
- Hệ thống điều chỉnh với những tác động liên tục để duy trì các thông số
công nghệ ở một giá trò nhất đònh hay thay đổi theo một giới hạn cho phép.

GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Trang 14
Luận văn tốt nghiệp
- Hệ thống điều chỉnh bảo vệ với những tác động tức thời khi thiết bò vận
hành ở chế độ không ổn đònh hoặc nguy hiểm.
1.6. Nội dung thiết kế:
- Xác đònh chức năng của hệ thống tự động điều chỉnh (đo – kiểm soát, điều
chỉnh ổn đònh, tự động bảo vệ) cho từng thiết bò của quy trình.
- Khảo sát từng thiết bò:
• Xác đònh các đại lượng đầu vào, đầu ra và yếu tố nhiễu.
• Thiết lập mô tả toán học
• Lựa chọn các kênh điều chỉnh
• Lựa chọn bộ điều chỉnh.
• Lựa chọn thiết bò thừa hành.
- Tính toán bộ điều chỉnh, xác đònh các tham số cài đặt của bộ điều chỉnh.
- Chọn lựa dụng cụ tự động hóa.
GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Trang 15
Luận văn tốt nghiệp
1.7. Tổng quan về hệ thống điều khiển tự động:
1.7.1 Khái niệm:
Trong tất cả hoạt động của con người ở bất cứ nơi đâu vào mọi thời điểm nào
đều liên quan đến khái niệm điều khiển. Nó là tập hợp tất cả các tác động mang
tính tổ chức để đạt được mục đích mong muốn. Có thể nói điều khiển là nhân tố
cuối cùng quyết đònh sự thành bại của các hoạt động. Trong công nghiệp, hệ thống
điều khiển ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm, năng suất lao động và
chi phí sản xuất.
Như chúng ta đã biết, tất cả các quá trình công nghệ đều tồn tại dưới dạng hệ
thống. Diễn biến của quá trình theo thời gian được xác đònh bằng giá trò tức thời
của các thông số: lưu lượng, nhiệt độ, áp suất … ở trạng thái bình thường các giá trò
trên cố đònh gọi là giá trò chủ đạo.
Dưới tác động của các yếu tố bên ngoài (thay đổi thành phần, lưu lượng

nguyên liệu, nhiệt độ môi trường…) hoặc hiện tượng diễn ra trong thiết bò (thay đổi
chế độ thuỷ động học, điều kiện truyền nhiệt qua bề mặt…) các thông số có thể sai
lệch so với giá trò chủ đạo nên cần có sự điều chỉnh.
Điều chỉnh là một khái niệm hẹp của điều khiển. Mục đích của nó là giữ cho
thông số đầu ra của đối tượng gần bằng với giá trò chủ đạo hay thay đổi theo một
chương trình đặt trước.
Điều chỉnh có thể thực hiện bằng tay hoặc tự động. Ở điều chỉnh bằng tay tác
động lên đối tượng thông qua công cụ thừa hành do con người thực hiện còn trong
điều chỉnh tự động, tác động lên đối tượng được thực hiện bằng một công cụ tự
động đặc biệt bằng vòng khép kín tạo nên hệ thống điều chỉnh tự động.
Trong hệ thống điều khiển tự động tồn tại 2 thành phần cơ bản:
- Đối tượng điều chỉnh: là thiết bò công nghệ trong đó có 1 hay nhiều thông
số cần giữ cố đònh hay thay đổi theo một chương trình đặt trước.
GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Trang 16
Luận văn tốt nghiệp
- Thiết bò điều chỉnh: công cụ tự động đảm bảo duy trì thông số của đối
tượng.
Các thông số công nghệ được chia thành:
- Thông số đầu vào (X): có thể hiểu đó là lưu lượng, thành phần nguyên
liệu, nồng độ, lượng nhiệt cung cấp …
- Thông số đầu ra (Y): gồm có nhiệt độ lưu chất, mức chất lỏng trong thiết
bò, áp suất, nồng độ, lưu lượng, độ ẩm …
- Yếu tố nhiễu (Z): những yếu tố bên ngoài tác động lên sự hoạt động của
hệ thống như nhiệt độ môi trường, tổn thất nhiệt, các tạp chất …
Thông thường khi nghiên cứu hệ thống, các đại lượng đầu vào, đầu ra được
xem xét không phải là giá trò tuyệt đối mà là giá trò tương đối giữa giá trò tức thời
và giá trò chủ đạo của thông số công nghệ. Các đại lượng được thể hiện dưới dạng
sai lệch tuyệt đối (có đơn vò) hoặc sai lệch tương đối ( không có đơn vò).
- Có đơn vò : y = y
tt

- y
0
- Không có đơn vò : y =
(%)
y
yy
0
0tt
−

Với y
0
: giá trò chủ đạo
y
tt
: giá trò tức thời
1.7.2. Phương thức điều chỉnh:
1.7.2.1. Theo nguyên tắc điều chỉnh:
đối tượng điều chỉnh
X Y
Hình 1.2. Kênh điều chỉnh.
GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Trang 17
Luận văn tốt nghiệp
- Mạch điều chỉnh hở:
Hệ thống điều khiển không có tín hiệu phản hồi. Do đó phải dự đoán đại
lượng bên ngoài sẽ tác động vào hệ thống như thế nào. Cách điều khiển này mang
tính cảm quan thường do con người điều chỉnh thông qua các van tay.
- Mạch điều chỉnh kín:
Hệ thống điều chỉnh có tín hiệu phản hồi, sự thay đổi tức thời của đại
lượng được điều chỉnh sẽ tác động vào cơ cấu điều chỉnh làm xuất hiện sự điều

chỉnh. Tác động điều chỉnh tiếp tục diễn ra khi giá trò đầu ra phù hợp với giá trò
chủ đạo.
Có 3 phương thức điều chỉnh theo dạng này:
• Điều chỉnh theo sai lệch:
Nhiễu Z tạo nên độ lệch giữa giá trò tức thời của đại lượng điều chỉnh Y
với giá trò chủ đạo u (hình 1.3).
đối tượng điều chỉnh
X Y
bộ điều chỉnh
U
Z
Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống điều chỉnh sai lệch.
Bộ điều chỉnh tự động so sánh giá trò y và u, khi chúng lệch nhau bộ điều
chỉnh tạo ra tác động điều chỉnh x đến đối tượng điều chỉnh để loại bỏ sai lệch.
Trong hệ điều chỉnh theo sai lệch, tác động điều chỉnh chỉ được hình thành sau khi
có sai lệch đây là nhược điểm của hệ thống. Tuy nhiên, trong thực tế hệ thống
điều chỉnh này được sử dụng rộng rãi do tác động điều chỉnh không phụ thuộc vào
số lượng, dạng, vò trí xuất hiện của nhiễu.
GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Trang 18
Luận văn tốt nghiệp
• Điều chỉnh theo nhiễu:
Bộ điều chỉnh nhận thông tin về giá trò tức thời của tác động nhiễu cơ
bản. Khi nhiễu biến đổi không khớp với giá trò U, bộ điều chỉnh tạo ra tác động
điều chỉnh x lên đối tượng. Trong hệ thống điều chỉnh theo nhiễu (hình 1.4), tín
hiệu điều chỉnh đi qua mạch điều chỉnh nhanh hơn trong hệ thống điều chỉnh theo
sai lệch. Tuy nhiên điều chỉnh theo nhiễu cho phần lớn các đối tượng hoá công
nghệ thực tế khó thực hiện do cần thiết phải tính ảnh hưởng của tất cả các nhiễu
tác động lên, nếu nhiễu có số lượng lớn và một số không xác đònh được thì việc
điều chỉnh theo nhiễu sẽ kém hiệu quả.
đối tượng điều chỉnh

X Y
Z
cb
bộ điều chỉnh theo nhiễu
Hình 1.4. Sơ đồ hệ thống điều chỉnh theo nhiễu.
• Điều chỉnh hỗn hợp:
đối tượng điều chỉnh
X Y
bộ điều chỉnh
U
Z
cb
bộ điều chỉnh theo nhiễu
Z
Hình 1.5. Sơ đồ hệ thống điều chỉnh hỗn hợp.
Để tăng hiệu quả điều chỉnh, người ta sử dụng phối hợp hai nguyên tắc
điều chỉnh theo sai lệch và theo nhiễu.
GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Trang 19
Luận văn tốt nghiệp
1.7.2.2. Theo đại lượng điều chỉnh: Hệ điều chỉnh chia thành :
• Hệ một chiều: có một đại lượng cần điều chỉnh
• Hệ hai chiều: có nhiều đại lượng cần điều chỉnh. Các đại lượng có
thể liên quan hoặc độc lập với nhau.
1.7.2.3. Theo số vòng truyền tín hiệu:
• Hệ một vòng kín.
• Hệ nhiều vòng kín.
Người ta sử dụng hệ nhiều vòng kín để điều chỉnh một đại lượng với
mục đích nâng cao chất lượng quá trình quá độ. Tuy nhiên hệ rất nhạy với những
biến đổi nhỏ.
1.7.2.4. Theo bản chất tín hiệu chủ đạo:

• Hệ thống tự động ổn đònh:
Sử dụng để duy trì đại lượng điều chỉnh gần với giá trò chủ đạo không
đổi (U = const). Đây là hệ thống phổ biến, được sử dụng rộng rãi.
• Hệ thống điều chỉnh theo chương trình:
Có giá trò chủ đạo của đại lượng điều chỉnh là hàm số theo thời gian biết
trước U = f(t). Hệ được lắp đặt thêm bộ đònh trò chương trình tạo dạng của đại
lượng U theo thời gian. Những hệ này được sử dụng cho tự động hoá các quá trình
hoá công nghệ hoạt động theo chu kỳ.
• Hệ thống điều chỉnh theo dõi:
Giá trò chủ đạo của đại lượng điều chỉnh không được biết trước và nó
là hàm của đại lượng độc lập bên ngoài U = f(y
i
). Hệ thống này dùng để điều
chỉnh một thông số công nghệ (thụ động) phụ thuộc vào giá trò của một thông số
công nghệ khác (chủ động).
GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Trang 20
Luận văn tốt nghiệp
1.8. Một số đặc tính của sự điều chỉnh:
1.8.1. Điều chỉnh không liên tục: còn gọi là điều chỉnh ON – OFF.
Hệ thống điều chỉnh hai vò trí có trong thành phần bộ điều chỉnh hai vò trí
với thông số đầu ra chỉ có hai giá trò tương ứng với giá trò cực đại x
max
hoặc cực
tiểu x
min
của tác động điều chỉnh.
Bộ điều chỉnh tạo ra tác động điều chỉnh bằng x
max
khi giá trò tức thời của
đại lượng điều chỉnh nhỏ hơn giá trò chủ đạo u thì đại lượng điều chỉnh tăng lên.

Khi y đạt đến giá trò u, tác động điều chỉnh giảm tức thời xuống x
min
. Tuy nhiên do
đối tượng có quán tính đại lượng điều chỉnh còn tăng thêm một thời gian nữa và
sau đó bắt đầu giảm dần. Khi đại lượng điều chỉnh giảm đến giá trò chủ đạo u, bộ
điều chỉnh một lần nữa tạo ra tác động điều chỉnh x
max
làm tăng lại đại lượng điều
chỉnh sau một thời gian.
Như vậy, khi sử dụng bộ điều chỉnh vò trí, đại lượng công nghệ điều
chỉnh dao động chung quanh giá trò chủ đạo. Dao động này có biên độ A và chu kỳ
T và được gọi là tự dao động.
Thời điểm hoạt động của bộ điều chỉnh vò trí phụ thuộc vào tính chất
phần tuyến tính của hệ và dạng đặc tính tónh của bộ điều chỉnh.
Bộ điều chỉnh vò trí có cấu trúc đơn giản, làm việc tin cậy, không phức
tạp trong hiệu chỉnh và bảo trì. Do đó, nếu bộ điều chỉnh vò trí đảm bảo chất lượng
thì sử dụng nó. Bộ điều chỉnh vò trí thường được sử dụng cho đối tượng có tính trễ
nhỏ và dung lượng lớn.
GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Trang 21
Luận văn tốt nghiệp
Điều chỉnh ON-OFF
x
max
x
min
U
A
t
Thời gian
ε

X
T
Hình 1.6. Điều chỉnh ON - OFF
Đôi lúc người ta có thể kết hợp nhiều thiết bò điều chỉnh hai vò trí để tạo
thành điều chỉnh nhảy cấp.
1.8.2. Điều chỉnh liên tục:
U
Thời gian
Y
Tín hiệu không được
điều chỉnh
PPIPID
Điều chỉnh liên tục
Hình 1.7. Điều chỉnh liên tục.
Điều chỉnh đại lượng đầu ra ở bất kì vò trí nào trong vùng điều chỉnh.
Thiết bò điều chỉnh liên tục là thiết bò có khả năng biến đổi liên tục các đại lượng
đầu ra phù hợp với giá trò đầu vào.
GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Trang 22
Luận văn tốt nghiệp
Chương 2. KHẢO SÁT DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ.
2.1. Thuyết minh quy trình công nghệ:
2.1.1. Mục đích quá trình chế biến condensate:
Condensate có đặc điểm là thành phần của nó nhẹ, các hợp chất hydrocacbon
của nó chỉ có mạch cacbon đến C17 và nhiệt độ TBP ở điểm cuối 100% của nó chỉ
tới 360
o
C.
Công nghệ sản xuất là chưng phần nhẹ của condensate và pha trộn với
reformate có chỉ số octan (RON) và MTBE sẽ đạt chỉ số RON 83, RON 92 theo
tiêu chuẩn cho xăng A83 và xăng A92. Ngoài tiêu chuẩn về RON, sản phẩm phải

đáp ứng các tiêu chuẩn khác, trong đó điểm sôi đầu, điểm sôi cuối và áp suất hơi
bão hòa sẽ được xem xét để quyết đònh mức độ sơ chế nguyên liệu condensate.
Nếu pha trực tiếp condensate với reformate sản phẩm có nhiệt độ sôi đầu là
35
o
C và nhiệt độ sôi cuối là 360
o
C, không đảm bảo nhiệt độ sôi đầu và sôi cuối
của xăng thành phẩm (theo tiêu chuẩn qui đònh là 40
o
C và 205
o
C). Do đó
condensate được đưa qua tháp chưng cất, cắt bỏ phần nhẹ ở sản phẩm đỉnh và
phần nặng ở sản phẩm đáy. Sản phẩm thu được có khoảng nhiệt độ sôi 40
o
C –
205
o
C, sản phẩm này sẽ được pha chế với reformate và MTBE. Xăng thành phẩm
do vậy cũng có điểm sôi đầu và sôi cuối đáp ứng tiêu chuẩn yêu cầu. Thực chất
quá trình chưng cất condensate sơ bộ này là quá trình ổn đònh condensate:
- Tách bớt một phần các cấu tử nhẹ như C3, C4 và Iso C4 ra khỏi
condensate trước khi pha trộn, phần nhẹ này được dùng làm nguyên liệu cho nhà
máy và sản xuất LPG.
- Tách bớt một phần các cấu tử nặng. Phần nặng này được đưa qua hệ
thống chưng cất để sản kerozene và DO.
GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Trang 23
Luận văn tốt nghiệp
2.1.2. Sơ đồ dây chuyền công nghệ:

7
1d
3
2a
8
20
3a
7
5
4
6
7
4a
21
5
2b
18
13
17
1c
16
2
8b
1a
1b
1
8a
1e
10
9

6
24
7
19
15
23
12
11
4b
12
23
3b
22
9
Luận văn tốt nghiệp: Ng ành Máy - Thiết bò
THIẾT LẬP HỆ THỐ NG TỰ ĐỘNG HÓA CỤM CHƯNG CẤT C ONDENSATE
NA ÊNG SUẤT 390000 / NĂM
Bản vẽ số:
Ngày BV:
Nga øy HT:
Lê Phan Ho àng Chiêu
GVHD
SƠ ĐỒ
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Chữ kýChức năng
CNBM
Vũ Bá Minh
Họ tên
Trư ờng Đại họ c Bách K hoa Tp Hồ Chí Minh
Khoa C ông nghệ hoá học

Bộ môn MÁY VA Ø THIẾ T BỊ
STT
TÊN GỌ I
SVTH Huỳnh Thò Kim Ha èng
ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT SL
01
VẬT LI ỆU
Tỉ lệ:
1 Bồn chứa 4
2
2
2
1
1
1
1
6
2 Lò đốt
3 Bình t ách lỏng
4
Thie át bò ngưng tụ
5
Tha ùp chưng ở áp suất 4atm
6
Th áp chưng ở áp suất 1 atm
7 Cột nhả
8 Thie át bò truyền nhiệt
9 Bơm
14
Đến đuốc đốt

Đến nơi
tiêu thụ
Đến nơi
tiêu thụ
Đến nơi
tiêu thụ
Đến nơi
tiêu thụ
Từ ngoài khơi
Đến đuốc đốt
Đến tháp
giải nhiệt
Từ mạng lưới
nhà máy
Từ mạng lưới
nhà máy
Đến tháp giải nhiệt
18/06/05
Hình 2.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ.
GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Trang 24
Luận văn tốt nghiệp
2.1.3. Sơ đồ khối quá trình chưng cất condensate:

Quy trình công nghệ chưng cất Condensate
8
Nước lạnh từ tháp giải nhiệt
Dầu DO từ bồn chứa 1c
Đến thiết bò 8b
Đến nơi
tiêu thụ

Bồn chứa
kerozene
1b
16
Hơi quá nhiệt
từ lò hơi
Đến đuốc đốt
25
12
Bồn chứa
xăng nặng
1e
Đến nơi
tiêu thụ
22
13
17
18
10
Tách pha
3b
11
Ngưng tụ xăng nặng
4b
9
Chưng áp suất KQ
6
Đun nóng
2b
Dầu DO từ bồn chứa 1c

Dầu DO từ tháp chưng 6
17
13
4
Chưng sơ bộ
5
Đun nóng
2a
3
2
Gia nhiệt
8b
Gia nhiệt
8a
1
Bồn chứa
1a
Hơi quá nhiệt
từ lò hơi
Đến tháp
giải nhiệt
Đến thiết bò 8a
Ngưng tụ xăng nhẹ
4a
Tách pha
3a
Đến đuốc đốt
Bể xử lý
26
25

Bồn chứa
xăng nhẹ
1d
7
Nước lạnh từ
tháp giải nhiệt
Tách Kerozene
7
Đến tháp
giải nhiệt
23
20
14
6
19
Đến lò đốt
2a, 2b
Bồn chứa
dầu DO
1c
21
17
15
25. Khí không ngưng
20, 21, 22, 23. Nước lạnh
18, 19. Hơi quá nhiệt
17. Dầu DO 90°C
14, 15, 16. Kerozene
13. Dầu DO 195°C
12. Xăng nặng

11. Hỗn hợp lỏng hơi xăng nặng
10. Hơi xăng nặng
8, 9. Sản phẩm đáy tháp 1
7. Xăng nhẹ
6. Hỗn hợp lỏng hơi xăng nhẹ
5. Hơi xăng nhẹ
1, 2, 3, 4. Condensate
Kerozene từ cột nhả 7
5
15
Condensate từ các mỏ
ngoài khơi
Hình 2.2. Sơ đồ khối quá trình chưng cất Condensate.
2.1.4. Mô tả dây chuyền công nghệ:
GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Trang 25