Thiết kế hệ thống điều khiển giàn nén khí sử dụng PLC S7 300 ( có code )

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ CÔNG NGHIỆP
====o0o====




ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
GIÀN NÉN KHÍ MỎ RỒNG


Trưởng bộ môn : TS. Trần Trọng Minh
Giáo viên hướng dẫn : TS. Nguyễn Mạnh Tiến
Sinh viên thực hiện : Trần Tuấn
Lớp : ĐK-TĐH3 K55
MSSV : 20102444


Hà Nội, 06-2015


LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống điều khiển giàn nén
khí Mỏ Rồng do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS. Nguyễn Mạnh
Tiến. Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế.
Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mục

tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác. Nếu phát hiện
có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Hà Nội, ngày 14 tháng 06 năm 2015
Sinh viên thực hiện


Trần Tuấn


MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ i
DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU iii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iv
LỜI NÓI ĐẦU 1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ GIÀN NÉN KHÍ MỎ RỒNG 2
1.1. Giới thiệu xí nghiệp liên doanh Dầu khí Việt – Nga 2
1.2. Giới thiệu giàn nén khí mỏ Rồng DGCP 5
1.3. Sơ đồ công nghệ chung của giàn nén khí mỏ Rồng 6
1.4. Thiết bị giàn nén khí Mỏ Rồng 9
1.4.1. Bình tách đầu vào (Slug Catcher V-101) 9
1.4.2. Tổ máy nén khí cao áp (V-201A, V-202A, V-203A) 10
1.4.3. Bình tách hệ thống xả kín (Closed Drain Drum V-301) 11
1.4.4. Bình tách đuốc cao áp V401 12
Chương 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DCS VÀ BỘ ĐIỀU
KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH 13
2.1. Hệ thống điều khiển DCS 13
2.1.1. Cấu hình chung của hệ DCS (Distributed Control System) 13
2.1.2. Chức năng của hệ DCS 15

2.2. Tổng quan về bộ điều khiển logic khả trình PLC 16
2.2.1. Giới thiệu hãng sản xuất tự động hóa Siemens 16
2.2.2. Phân tích lựa chọn giải pháp và thiết bị hãng Siemens 17
2.3.1. Giới thiệu về phần cứng 19
2.3.2. Tổ chức bộ nhớ CPU của PLC S7300 21
Chương 3. THIẾT KẾ CẤU HÌNH PHẦN CỨNG VÀ CHƯƠNG TRÌNH PHẦN
MỀM 30
3.1. Phân công đầu vào ra 30
3.2. Xây dựng cấu hình phần cứng và kết nối 35
3.2.1. Cấu hình CPU 35
3.2.2. Cấu hình I/O 36
3.3. Thiết kế cấu trúc chương trình 36
3.3.1. Lưu đồ chương trình một vòng quét 38


3.3.2. Lưu đồ chương trình khởi động giàn và khởi động sau reset 39
3.3.3. Lưu đồ chương trình cảnh báo sự cố 41
3.3.4. Lưu đồ chương trình điều khiển bình tách đầu vào Slug Catcher 42
3.3.5. Lưu đồ chương trình điều khiển tổ máy nén khí 45
3.3.6. Lưu đồ chương trình điều khiển bình tách hệ thống xả kín V301 50
3.3.7. Lưu đồ chương trình điều khiển bình tách đuốc cao áp V401 53
3.4. Các đầu nối PLC 56
Chương 4. MÔ PHỎNG GIAO DIỆN GIÁM SÁT BẰNG WINCC 57
4.1. Giới thiệu về phần mềm WinCC 57
4.2. Mô phỏng giao diện WinCC 57
KẾT LUẬN 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO 63
PHỤ LỤC 64

Danh mục hình vẽ
i
DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Sơ đồ toàn cảnh mỏ Bạch Hổ và Rồng 3
Hình 1.2. Sơ đồ công nghệ chung giàn nén khí mỏ Rồng - DGCP 6
Hình 1.3. Sơ đồ bình tách đầu vào Slug Catcher 9
Hình 1.4. Sơ đồ máy nén khí cao áp 10
Hình 1.5. Sơ đồ bình tách hệ thống xả kín 11
Hình 1.6. Sơ đồ bình tách đuốc cao áp 12
Hình 2.1. Cấu hình chung hệ thống DCS 15
Hình 2.2. Cấu tạo chung bộ điều khiển PLC S7-300 18
Hình 2.3. Tố chức bộ nhớ trong CPU 22
Hình 2.4. Vòng quét chương trình 23
Hình 2.5. Lập trình tuyến tính 24
Hình 2.6. Khối hàm scale FC 105 25
Hình 2.7. Khối hàm unscale 26
Hình 2.8. Cấu trúc khối FB41 27
Hình 2.9. Nguyên lý trao đổi dữ liệu giữa CPU và các module mở rộng 29
Hình 3.1. Cấu hình phần cứng cho S7 300 và 2 ET200M 36
Hình 3.2. Cấu hình ET 200M thứ nhất 36
Hình 3.3. Cấu hình ET 200M thứ hai 36
Hình 3.4. Lưu đồ chương trình một vòng quét PLC 38
Hình 3.5. Lưu đồ chương trình khởi động giàn - FC1 39
Hình 3.6. Lưu đồ chương trình Khởi động sau khi Reset - FC3 40
Hình 3.7. Lưu đồ chương trình cảnh báo – FC2 41
Hình 3.8. Lưu đồ chương trình Bình tách đầu vào Slug Catcher V-101 (FC5) 43
Hình 3.9. Lưu đồ thuật toán bình nén khí V201A 46

Danh mục hình vẽ

ii
Hình 3.10. Lưu đồ thuật toán bình nén khí V202A 47
Hình 3.11. Lưu đồ thuật toán bình nén khí V203A 48
Hình 3.12. Lưu đồ thuật toán bình tách hệ thống xả kín V301 (FC6) 51
Hình 3.13. Lưu đồ thuật toán bình tách đuốc cao áp V401 (FC7) 54
Hình 3.14. Sơ đồ các đầu nối PLC 56
Hình 4.1. Màn hình chính 57
Hình 4.2. Màn hình giám sát tổng quan hệ thống 58
Hình 4.3. Màn hình giám sát 3 bình V101 V301 V401 59
Hình 4.4. Màn hình giám sát tổ máy nén khí 60
Hình 4.5. Màn hình giám sát hệ thống cảnh báo 61
Hình 4.6. Màn hình Tag Logging 61

Danh mục bảng số liệu
iii
DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU

Bảng 1.1. Sản lượng dầu thô khai thác được qua các năm 2
Bảng 1.2. Thông số Thiết bị tách đầu vào Slug Catcher 10
Bảng 1.3. Thông số một máy nén khí cao áp 11
Bảng 3.1. Liệt kê đầu vào số DI 30
Bảng 3.2. Liệt kê đầu ra số DO 31
Bảng 3.3. Liệt kê đầu vào tương tự AI 33
Bảng 3.4. Liệt kê đầu ra tương tự AO 34
Bảng 3.5. Liệt kê các khối lệnh của chương trình 37
Bảng 3.6. Bảng giá trị set point các mức ngưỡng bảo vệ tại bình V101 45
Bảng 3.7. Bảng giá trị set point các mức ngưỡng bảo vệ tại các bình nén khí 49
Bảng 3.8. Bảng giá trị set point các mức ngưỡng bảo vệ tại bình V301 52
Bảng 3.9. Bảng giá trị set point các mức ngưỡng bảo vệ tại bình V401 55

Danh mục từ viết tắt
iv
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

PLC
Programmable Logic Control
cccController
Bộ điều khiển logic khả
trình
CPU
Central Processing Unit
Bộ xử lý trung tâm
APS
Alarm Process System
Cảnh báo dời giàn
ESD
Emmergency Shut Down
Cảnh báo dừng giàn
USD
Unit Shut Down
Dừng bộ phận
PSD
Process Shut Down
Ngắt quá trình
LSHH
Level Switch Hight Hight
Mức rất cao
LSLL
Level Switch Low Low
Mức rất thấp

PSHH
Pressure Switch Hight Hight
Áp suất rất cao
PSLL
Pressure Switch Low Low
Áp suất rất thấp
TSLL
Temperature Switch Low Low
Nhiệt độ quá thấp
ZSC
Valve Position Switch Close
Cảm biến van đóng
ZSO
Valve Positon Switch Open
Cảm biến van mở
LAHH
Level Alarm Hight Hight
Cảnh báo mức rất cao
LALL
Level Alarm Low Low
Cảnh báo mức rất thấp
PAHH
Pressure Alarm Hight Hight
Cảnh báo áp suất rất cao
PALL
Pressure Alarm Low Low
Cảnh báo áp suất rất thấp
TALL
Temperature Alarm Low Low
Cảnh báo nhiệt độ quá thấp

ZIC
Valve Position Close Indicator
Trạng thái van đóng
ZIO
Valve Positon Open Indicator
Trạng thái van mở
LAH
Level Alarm Hight
Cảnh báo mức cao

Danh mục từ viết tắt
v
LAL
Level Alarm Low
Cảnh báo mức thấp
PAH
Pressure Alarm Hight
Cảnh báo áp suất cao
PAL
Pressure Alarm Low
Cảnh báo áp suất thấp
LV
Level Valve
Độ mở van
SOV
Solenoid Opera Valve
Van khí nén
XBDV
Blow Down Valve
Van xả khí lên đuốc

XY

Trạng thái van LV
SDV
Shut Down Valve
Van cầu On/Off
FT
Flow Transmitter
Cảm biến đo lưu lượng
LT
Level Transmitter
Cảm biến đo mức
PT
Pressuare Transmitter
Cảm biến đo áp suất
TT
Temperater Transmitter
Cảm biến đo nhiệt độ
LY
Lever Transducer Relay
Chuyển đổi mức
PDI
Pressure Differential Indicator
Hiển thị độ chênh áp
LI
Level Indicator
Hiển thị mức
PI
Pressure Indicator
Hiển thị áp suất

TI
Temperator Indicator
Hiển thị nhiệt độ
LC
Lever Control
Bộ điều khiển mức
LG
Lever Gause
Bộ hiển thị mức dạng vạch
CB

Cảm biến



Lời nói đầu
1
LỜI NÓI ĐẦU

Nước ta đi lên từ một nền kinh tế lạc hậu, để phát triển đất nước toàn diện phải có
một ngành năng lượng tương xứng, trong đó ngành công nghiệp dầu khí chiếm một vai
trò quan trọng. Sản phẩm khí thô thương phẩm trong mỏ dầu khí được dùng làm nhiên
liệu cho các nhà máy điện, chiếm 85 – 90% sản lượng khí, khí đồng hành được ứng dụng
trong nhiều ngành như: dệt may, đồ gia dụng… phục vụ cho công nghiệp và đời sống
nhân dân. Trước bối cảnh ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam đang trên đà phát triển,
các mỏ khí mới được phát hiện… chuẩn bị đi vào hoạt động, yêu cầu về việc nghiên cứu
các công nghệ xử lý khí thích hợp nhằm đạt được năng suất cao cho quá trình xử lý khí
đồng hành là cần thiết. Trên cơ sở đó, em đã làm đồ án tốt nghiệp với đề tài: Thiết kế hệ
thống điều khiển giàn nén khí Mỏ Rồng. Đồ án gồm 4 phần chính:
Phần 1: Tổng quan về giàn nén khí mỏ Rồng

Phần 2: Tổng quan về hệ thống điều khiển DCS và bộ điều khiển logic khả trình
Phần 3: Thiết kế cấu hình phần cứng và chương trình phần mềm
Phần 4: Mô phỏng giao diện giám sát bằng WinCC
Bằng những kiến thức đã học ở nhà trường cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của các
quý thầy cô giáo trong bộ môn Tự Động Hóa Công Nghiệp em đã hoàn thành đồ án này.
Do khả năng, trình độ hiểu biết còn hạn chế, thiếu sót về tài liệu và kinh nghiệm thực tế
nên đồ án còn nhiều sai sót. Vì vậy, em kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến của
thầy cô.
Em xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới quý thầy cô và nhà trường, đặc biệt là thầy
giáo hướng dẫn TS. Nguyễn Mạnh Tiến đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình
học tập và hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn.

Hà Nội, ngày 14 tháng 06 năm 2015
Sinh viên thực hiện


Trần Tuấn

Chương 1. Tổng quan về giàn nén khí Mỏ Rồng
2
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ GIÀN NÉN KHÍ MỎ RỒNG

1.1. Giới thiệu xí nghiệp liên doanh Dầu khí Việt – Nga
Xí nghiệp liên doanh Dầu khí Việt – Nga hay Vietsovpetro là liên doanh thăm dò
và khai thác dầu khí giữa Việt Nam và Liên bang Nga. Trụ sở chính của Vietsovpetro đặt
tại số 105 đường Lê Lợi, thành phố Vũng Tàu, Việt Nam.
Vietsovpetro đang quản lý và khai thác nhiều mỏ như mỏ Bạch Hổ, Bắc trung tâm
Rồng, Đông Nam Rồng, Nam Rồng – Đồi Mồi và sắp đưa vào khai thác mỏ Nam trong
tâm Rồng, Đông Bắc Rồng, Mỏ khí Thiên Ưng đang được thiết kế và sẽ đưa vào khai

thác sớm vào năm 2016. Xí nghiệp bắt đầu đi vào hoạt động từ ngày 26 tháng 6 năm
1986.
Bảng 1.1. Sản lượng dầu thô khai thác được qua các năm
Năm
1992
1993
1999
2001
2005
2009
2010
Sản lượng (triệu tấn)
10
20
50
100
150
180
183

Đến nay, Vietsovpetro đã sản xuất trên 20 tỉ tấn khí đồng hành, đóng góp khoảng
80% lượng dầu thô xuất khẩu hàng năm từ Việt Nam, đưa Việt Nam đứng hạng thứ 3
trong các nước sản xuất và xuất khẩu dầu ở khu vực Đông Nam Á.
Trong thời gian qua, xí nghiệp liên doanh Dầu khí Việt – Nga đi vào sản xuất hai
sản phẩm chính là dầu và khí, trong đó dầu ở cả hai mỏ Bạch Hồ và mỏ Rồng đều là dầu
thôi có nhiều parafin, với hàm lượng sulfur rất thấp. Với chất lượng tốt, ít lưu huỳnh,
dầu thô từ Việt Nam rất được ưa chuộng bởi khách hàng tại các quốc gia như Nhật Bản,
Singapore và các nước khác. Xuất khẩu dầu thô là nguồn thu ngoại tệ rất lớn của Việt
Nam. Bên cạnh dầu thô, Xí nghiệp Liên Doanh Vietsovpetro cũng sản xuất hàng tỉ mét
khối khí đồng hành. Hệ thống thi gom và xử lý khí cùng với hệ thống ống dẫn khí từ mỏ

Bạch Hổ về Bà Rịa bắt đầu được đưa vào sử dụng từ tháng 5 năm 1995, chủ yếu để sản
xuất điện năng. Vào năm 1996, Vietsovpetro đã cung cấp hơn 300 triệu mét khối khí cho
nhà máy điện Bà Rịa, nhà máy điện Phú Mỹ và nhà máy xử lý khí Dinh Cô.

Chương 1. Tổng quan về giàn nén khí Mỏ Rồng
3

Hình 1.1. Sơ đồ toàn cảnh mỏ Bạch Hổ và Rồng
 Hoạt động khai thác dầu khí tại liên doanh dầu khí Vietsovpetro qua các thời kỳ
Với mục tiêu nâng cao hệ số thu hồi dầu, Vietsovpetro đã áp dụng thành công
nhiều giải pháp vi sinh hóa lý, giải pháp bơm ép nước, giải pháp nâng cao hệ số bao
trùm… và đặc biệt quan trong hơn là giải pháp điều chỉnh chế độ và hệ thống khai thác.
Hệ thống khai thác đầu tiên được áp dụng từ trước năm 1993, trong đó có tổ chức đới
mũ khí tiềm năng và đới khác thác, chưa có bơm ép, các giếng đều thẳng đứng.
Từ cuối năm 1993, Vietsovpetro đã áp dụng thử nghiệp bơm ép vào thân dầu
trong đá móng nứt nẻ. Chính vì vậy từ thời điểm này hệ thống khai thác thứ 2 được đề
xuất, trong đó bổ sung thêm đới bơm ép từ -3850m xuống đáy thân dầu.
Từ những năm cuối của thập kỷ 90, các chuyên gia của Vietsovpetro đã nhận thấy
rằng nếu duy trì bơm ép thì khó có khả năng hình thành mũ khí và các giếng khoan
nghiêng có khả năng cho dòng hoặc độ tiếp nhận tốt hơn, đồng thời để hạn chế tạo thành
lưỡi nước xâm nhập vào các giếng khai thác cần hình thành đới chuyển tiếp cũng như

Chương 1. Tổng quan về giàn nén khí Mỏ Rồng
4
đẩy khoảng bơm xuống dưới -4000m. Nhờ bơm ép nước mà áp suất vỉa thân dầu trong
móng mỏ Bạch Hổ được duy trì ổn định hơn. Theo kết quả tính toán, do giải pháp bơm
ép nước, tổng sản lượng dầu tích dồn của thân dầu trong móng mỏ Bạch Hổ có khả năng
nâng lên từ 78 triệu tấn lên trên 190 triệu tấn.
Khu vực mỏ Rồng là khu vực mỏ vừa và nhỏ. Đây là thành công lớn của
Vietsovpetro trong việc xây dựng hệ thống khai thác liên hoàn cho 6 – 7 mỏ trên cơ sở

sử dụng chung hệ thống bơm ép nước, hệ thống gaslift, hệ thống lưu chứa dầu và hệ
thống bơm vận chuyển khí vào bờ.
Cũng như mỏ Bạch Hổ, mỏ Bắc Trung tâm Rồng và mỏ Đông Nam Rồng đều
được tổ chức khai thác với chế độ khai thác ổn định, vượt hơn rất nhiều so với thiết kế
ban đầu và đang được nghiên cứu để mở rộng, gia tăng sản lượng khai thác. Theo sơ đồ
công nghệ khai thác năm 2000, tổng sản lượng tích dồn đến năm 2020 toàn mỏ Đông
Nam Rồng là 6,8 triệu tấn dầu. Do áp dụng nhiều giải pháp thực sự có hiệu quả, như
khoan đan dày, áp dụng gaslift, điều chỉnh hợp lý chế độ bơm ép nên đến hết năm 2009
tổng sản lượng dầu tích dồn đã vượt con số trên và dự kiến thăm dò, xây dựng các công
trình biển bổ sung có khả năng cho tổng sản lượng dầu vượt qua 13-14 triệu tấn.
Giải pháp hàng đầu nâng cao hệ quả khai thác mỏ là chế độ bơm ép. Kinh nghiệm
cho thấy hệ số thu hồi dầu không vượt quá 0,15 – 0,20 nếu không bơm ép nước. Tuy
nhiên, nếu không tổ chức bơm ép và điều chỉnh đúng một cách hợp lý thì hệ số thu hồi
dầu có thể còn thấp hơn. Lựa chọn được chế độ khai thác tối ưu trên cơ sở phải đảm bảo
gradient thủy động lực luôn nhỏ hơn hoặc dao động xung quanh gradient trọng trường.
Áp dụng bơm ép theo chu kỳ, bơm ép ở phần dưới ranh giới dầu nước là những yêu cầu
đặc biệt quan trọng, cần được nghiên cứu, áp dụng một cách phù hợp cho từng mỏ cụ
thể. Chiều dày đới chuyển tiếp càng lớn thì hiệu quả bơm ép càng cao. Áp dụng các
phương pháp cơ học như bơm ngầm và gaslift với chế độ khai thác hợp lý cũng là giải
pháp nâng cao khả năng thu hồi trữ lượng.
Các giải pháp xử lý vùng cận đáy giếng là vấn đề đặc biệt quan trọng góp phần
tăng khả năng thu hồi dầu cỉa giếng. Kinh nghiệm cho thấy vùng cận đáy giếng luôn bị
nhiễm bẩn khiến cho dòng ở phần cận đáy giếng bị mất dẫn đến lưu lượng giếng giảm đi
rõ rệt. Hiện tượng này rất khó xử lý đối với các giếng khoan hoặc á ngang. Việc khoan
giếng ngang hoặc á ngang có rất nhiều nhược điểm như: khó khảo sát, không thu được
thông tin chính xác của giếng, khó điều chỉnh được khoảng bơm ép nên khó điều chỉnh
chế độ khai thác, khó làm sạch vùng cận đáy giếng.

Chương 1. Tổng quan về giàn nén khí Mỏ Rồng
5

Vietsovpetro đã áp dụng thành công công nghệ mới nhằm tăng khả năng cho
dòng của giếng như nứt vỉa thủy lực, xử lý axit, vi sinh hóa lý và ngăn cách điều chỉnh
dòng.
Do nhận thấy sự thiết yếu của phương pháp bơm ép vỉa để gia tăng hệ số thu hồi
dầu nên việc xây dựng các giàn nén khí để thu gom khí đồng hành tạo khí áp suất cao
đưa trở lại mỏ làm khí gaslift là rất quan trọng. Việc xây dựng các giàn nén khí với
nguồn nguyên liệu là khí đồng hành thu gom được ngày càng phổ biến hơn. Giàn nén
khí mỏ Rồng DGCP là một trong những giàn như vậy.
1.2. Giới thiệu giàn nén khí mỏ Rồng DGCP
Giàn nén khí mỏ Rồng DGCP được xây dựng để thu hồi khí đồng hành bị đốt bỏ
tại khu vực mỏ Rồng và mỏ Đồi Mồi. DGCP được kết nối tới RP3 bằng cầu dẫn dài
khoảng 60m. Một số hệ thống phụ trợ của giàn DGCP sẽ được kết nối và cung cấp bởi
RP3 như hệ thống nước kỹ thuật, nước cứu hỏa và nơi ăn ở của CBCNV giàn DGCP.
Mỏ Rồng nằm trong bể Cửu Long, cách bờ biển Vũng Tàu khoảng 120 km với độ
sâu 56 m so với mức nước biển. Mỏ Rồng được phát hiện từ năm 1984 và dòng dầu
công nghiệp đầu tiên được đưa lên vào năm 1994. Trong khoảng thời gian này, sản
lượng dầu khai thác được vào khoảng 1 triệu tấn mỗi năm.
Hiện tại, trong khu vực mở Rồng có 3 giàn khai thác cố định (RP1, RP2, RP3) và
một số giàn nhẹ (RC1, RC2, RC3, RC4, RC5, RCDM) đã được lắp đặt và đưa vào khai
thác. Giữa mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng có hệ thống đường ống kết nối cho dầu thôi và
gaslift (áp suất 100 - 110 atm). Khí gaslift tiêu thụ của mỏ Rồng hiện được cung cấp từ
mỏ Bạch Hổ bằng đường ống 8” đi ngầm dưới dáy biển với khoảng cách xấp xỉ 28,5 km
so với mỏ Rồng. Hiện tại, khi chưa có giàn thu gom khí thì tất cả khí đồng hành thu gom
được từ các giàn khai thác mỏ Rồng đều được đốt bỏ.
Nguồn khí đầu vào của giàn DGCP được đưa về từ mỏ Rồng và mỏ Đồi Mồi, các
nguồn khí này được đưa vào ống góp khí chung trên RP3 và đưa đến DGCP bằng đường
ống 14” vào bình tách đầu vào Slug Catcher. Các thiết bị chính và những thiết bị khác
trên giàn DGCP được thiết kế với lưu luợng dòng khí đầu vào lớn nhất là 0,96 triệu
m
3

/ngày đêm, cho điều kiện bình thường là 0,9 triệu m
3
/ngày đêm.
Trên DGCP lắp đặt 2 tổ máy nén cao áp, cụm khí nhiên liệu, máy phát điện đảm
bảo hoạt động của giàn và các thiết bị phụ trợ khác.


Chương 1. Tổng quan về giàn nén khí Mỏ Rồng
6
1.3. Sơ đồ công nghệ chung của giàn nén khí mỏ Rồng

Hình 1.2. Sơ đồ công nghệ chung giàn nén khí mỏ Rồng - DGCP

Chương 1. Tổng quan về giàn nén khí Mỏ Rồng
7
Thuyết minh công nghệ:
Khí thu gom tại khu vực mỏ Rồng và Đồi Mồi từ các RC và RP2 theo hệ thống
đường ống về RP3 áp suất từ 5 barg ÷ 6 barg theo đường ống gom 14” tới trạm nén khí,
trước tiên vào Bình tách đầu vào V-101 (Slug Catcher) để tách chất lỏng, do khoảng cách
vận chuyển xa, tốc độ dòng chảy tương đối chậm, chênh lệch nhiệt độ lớn do trao đổi
nhiệt dưới biển có khả năng tạo ra nút chất lỏng (Bình tách đầu vào thiết kế có tính đến
khả năng Slug), chất lỏng thoát ra khỏi bình tách dưới sự điều khiển của van điều khiển
mức LV-101, chất lỏng được tập hợp cùng các dòng chất lỏng được tách, thoát ra từ các
bình tách khí khác của trạm nén khí và chảy tới hệ thống chứa chất lỏng tại RP3. Không
cần dùng bơm vì áp suất chất lỏng đủ lớn để tới RP3. Khí thoát ra khỏi bình tách đầu vào
V-101 sẽ đi qua tấm chắn (có cấu tạo là những màng chắn mịn, những đường khúc khuỷu
tổ ong tạo va đập. các hạt nhỏ sẽ bị giữ lại sau đó liên kế thành hạt lớn hơn và lắng
xuống) như vậy phần này giữ lại những hạt chất lỏng có kích thước rất nhỏ.
Dòng khí ra khỏi Bình tách đầu vào tiếp tục được chia ra đi tới đầu vào của 02 tổ
máy nén khí cao áp, hai tổ máy nén tương đương nhau, sau đây chỉ trình bày 01 tổ máy.

Dòng khí vào mỗi tổ máy qua van chặn (shutdown valve) tới bình tách khí V-
201A/B (đầu vào tổ máy – Inlet scrubber) bình tách này dùng để ngăn chặn chất lỏng
xâm nhập vào các tầng nén (cánh công tác) của máy nén, lượng chất lỏng được tách ra tại
đây không nhiều do phần lớn chất lỏng đã được tách trước khi vào tổ máy nén, dưới sự
điều khiển của van điều khiển mực LV-301A/B chất lỏng gom vào đường chung tới RP3.
Tại bình tách Inlet scrubber V-201A/B trên đường khí thoát ra cũng qua tấm màng
tiêu chuẩn để ngăn lại những hạt chất lỏng có kích thước rất nhỏ (tấm màng được trang bị
cho tất cả các bính tách khí tại phía trên bình phù hợp với các bình theo yêu cầu), dòng
khí vào cấp nén thứ nhất K-201A/B, với tốc độ quay lớn, liên tục của máy nén ly tâm
cùng với việc lắp đặt các tầng cánh nối tiếp nhau của cấp nén thứ nhất, thúc đẩy việc tăng
tốc các phần tử khí khi qua máy nén, sau đó động năng của vận tốc được chuyển thành áp
suất dòng khí dẫn tới tăng áp suất dòng khí, qua cấp nén thứ nhất áp suất khí tăng từ 5
barg lên 31,36 barg và nhiệt độ khí từ 29ºC lên 150,9ºC khí nén được làm mát tại thiết bị
làm mát cấp I là AC-201A/B , dòng khí ra khỏi cụm làm mát AC-201A/B nhiệt giảm
xuống còn 45ºC. Một lượng chất lỏng được tạo ra do việc giảm nhiệt độ và được tách tại
bình tách trung gian dưới sự điều khiển của van điều khiển mực LV-401A/B chất lỏng
gom vào đường chung tới RP3.

Chương 1. Tổng quan về giàn nén khí Mỏ Rồng
8
Dòng khí ra khỏi bình tách trung gian đi tới cấp nén thứ II và trích ra một phần đi
tới cụm xử lý khí nhiên liệu qua thiết bị tách lọc F-501, dòng khí qua khỏi F-501 được
chia ra làm hai nhánh, một đi tới hệ thống xử lý khí làm kín (seal gas system) của tổ hợp
máy nén khí, phần còn lại dưới sự điều khiển của van điều khiển áp suất PV-1401/1402
khí tiếp tục được xử lý làm nhiên liệu, dòng khí nhiên liệu áp suất giảm còn 11,66 barg
tới bình tách khí nhiên liệu sau đó phin lọc tiếp tục tới thiết bị gia nhiệt. Khí nhiên liệu ra
khỏi cụm xử lý khí nhiên liệu cung cấp tới Turbine máy nén, turbine máy phát điện, duy
trì đuốc, có thể xuất qua RP-3. Một lượng chất lỏng được tách ra tại bình tách khí nhiên
liệu dưới sự điều khiển của van điều khiển mực chất lỏng gom vào đường chung tới RP3.
Dòng khí vào cấp nén thứ II là K-202A/B áp suất khí tăng từ 31,36 barg lên 109

barg và nhiệt độ khí từ 45ºC lên 141,9ºC khí nén được làm mát tại thiết bị làm mát cấp II
là AC-202A/B, dòng khí ra khỏi cụm làm mát cấp 2 nhiệt giảm xuống còn 45ºC. Một
lượng chất lỏng được tạo ra do việc giảm nhiệt độ và được tách tại bình tách đầu ra V-
203A/B dưới sự điều khiển của van điều khiển mực LV-402A/B chất lỏng gom vào
đường chung tới RP-3.
Dòng khí ra khỏi bình tách đầu ra của hai tổ máy nén đi tới đường chung qua cụm
đo khí đầu ra của trạm nén khí PK-201 và hòa vào hệ thống gaslift của mỏ Rồng & Bạch
Hổ.
Khí đầu ra của trạm nén khí cao áp Rồng dùng cho gaslift tại mỏ Rồng, phần còn
dư sẽ về mỏ Bạch Hổ chiều dài ống khoảng 28.000 m, nhiệt độ dòng khí ra 45ºC sẽ giảm
xuống 25ºC. Trong thành phần dòng khí ra một lượng condensate sẽ tạo thành, về lâu dài
sẽ ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển khí và khai thác dầu gaslift bằng nguồn khí này.
Vậy cần phải tính đến phương án có thể thu lượng condensate này ngay tại đầu ra của
trạm nén cao áp bằng cách lắp đặt thiết bị làm lạnh (Cold system) ở đầu ra giàn nén khí
cao áp.
Toàn bộ lượng khí xả ra khi dừng tồ máy nén, khi sự cố dừng trạm nén sẽ đi vào
đường gom chung tới bình tách đuốc V-401sau đó ra đuốc để đốt tại trạm nén khí, lượng
chất lỏng được tách ra tại bình tách đuốc được chảy xuống thùng chứa V-301 từ đây chất
lỏng được bơm ly tâm tăng áp và đi vào đường chung tới RP3.
Trên trạm nén khí lắp đặt một hệ thống xả hở, toàn bộ nước từ các mặt sàn, đường
thải của các bình tách khí trên trạm nén khí xả xuống thùng chứa chất lỏng của hệ thống
xả hở V-302 (Slops caisson), từ đây nước nhiễm dầu được tách dầu và bơm bởi bơm
ngầm đi vào đường chung tới RP3, nước đạt yêu cầu về môi trường được thải ra biển.

Chương 1. Tổng quan về giàn nén khí Mỏ Rồng
9
1.4. Thiết bị giàn nén khí Mỏ Rồng
1.4.1. Bình tách đầu vào (Slug Catcher V-101)

Hình 1.3. Sơ đồ bình tách đầu vào Slug Catcher

Chương 1. Tổng quan về giàn nén khí Mỏ Rồng
10
Bảng 1.2. Thông số Thiết bị tách đầu vào Slug Catcher
Thiết bị
Slug Catcher (V-101)
Kích thước
2250 mm (ID) X 7200 mm (T/T)
Công suất thiết kế
0.96 MMSCMD
Thể tích
28,6 m
3
Áp suất( thiết kế/ vận hành)
2500/570 kPag
Nhiệt độ( thiết kế max và min/ nhiệt độ
vận hành)
125 và -29
o
C / 26
o
C
Bình tách pha là một hệ thống thiết bị trong hệ thống vận chuyển xử lý dầu thô. Ứng
dụng thông thường nhất là tách dầu, khí nước khỏi nhau.
Chất lỏng phải được loại bỏ ra khỏi khí để tránh sự tích tụ của chúng trong đường dẫn
khí làm hạn chế tốc độ dòng chảy.
1.4.2. Tổ máy nén khí cao áp (V-201A, V-202A, V-203A)

Hình 1.4. Sơ đồ máy nén khí cao áp
Khí đi ra khỏi bình tách đầu vào đi đến ống đầu vào và phân chia vào 2 tổ máy nén

cao áp, hai tổ máy nén tương đương nhau. Mỗi máy nén cao áp có các đặc tính sau đây:

Chương 1. Tổng quan về giàn nén khí Mỏ Rồng
11
Bảng 1.3. Thông số một máy nén khí cao áp
Năng suất thiết kế
0,45 triệu m
3
/ngày đêm
Năng suất bình thường
0,45 triệu m
3
/ngày đêm
Áp suất đầu hút
4,7 bar
Áp suất đầu ra (tại mặt bích máy
nén)
111 bar
Thiết bị truyền động
Tuốc bin khí Solar Centaur 50 ( Công suất
2750 kW, tốc độ vòng quay lớn nhất là 15000
vòng/phút
Trên các bình tách V-201A, V-202A, V-203A đều có một có đặt một transmiter đo
mức chất lỏng trong bình, qua đó để hiện thị mức chất lỏng về màn hình DCS và dùng để
điều khiển độ mở van điều khiển trên đường đến Condensate Header tại vị trí mỗi bình.
1.4.3. Bình tách hệ thống xả kín (Closed Drain Drum V-301)

Hình 1.5. Sơ đồ bình tách hệ thống xả kín

Chương 1. Tổng quan về giàn nén khí Mỏ Rồng

12
Để giải phóng chất lỏng từ các thiết bị, bình công nghệ của giàn khi tiến hành việc
thổi rửa, chuẩn bị cho việc bảo dưỡng sửa chữa, trên giàn có hệ thống xả kín. Bình V-301
có chức năng gom Condensate lại từ các bình tách Slug Catcher V101, các bình tách nén
khí cao áp V-201A/B, V-202A/B, V-203A/B đi qua bơm để đưa qua hệ thống thu gom
chung Condensate. Khi mức trong bình nằm trong khoảng từ 300 mm đến 400 mm, hai
bơm đều ở chế độ nghỉ. Khi mức trong bình nằm trong khoảng từ 400 mm đến 824 mm,
chương trình sẽ cho tín hiệu chạy bơm P-301A. Khi mức trong bình nằm trong khoảng từ
824 mm đến 924 mm, chương trình sẽ cho tín hiệu chạy bơm P-301A/B. Khí tách ra đưa
vào đường đuốc thấp áp để đốt.
1.4.4. Bình tách đuốc cao áp V401

Hình 1.6. Sơ đồ bình tách đuốc cao áp
Bình tách đuốc cao áp (Flare Scrubber V-401) nằm trong hệ thống đuốc bao gồm
các đường gom khí xả cao áp, đường gom khí xả thấp áp, bình tách đuốc cao áp, cụm
đánh lửa và đầu đuốc.
Hệ thống ống gom khí xả cao áp gom khí từ van an toàn bình tách đầu vào, từ các
mình tách của cụm máy nén, từ cụm xử lý khí nhiên liệu, từ cụm đo khí. Tất cả khí này
được đưa vào bình tách đuốc cao áp để tách khí và thành phần lỏng. Khí đi thẳng lên
đuốc để đốt, còn chất lỏng từ bình tách đuốc cao áp qua van điều khiển mức đi vào bình
tách hệ thống xả kín ( Closed Drain Drum V-301).

Chương 2. Tổng quan về hệ thống điều khiển DCS và bộ điều khiển logic khả trình
13
Chương 2
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DCS VÀ
BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH

2.1. Hệ thống điều khiển DCS
2.1.1. Cấu hình chung của hệ DCS (Distributed Control System)

Như đã trình bày ở chương 1, có thể đưa ra một số đặc điểm về công nghệ và yêu
cầu điều khiển của giàn nén khí Mỏ Rổng như sau :
 Giàn nén khí Mỏ Rồng có diện tích nhỏ được chia làm hai phân khu chính :
phân khu thứ nhất nằm ở tầng Topsides bao gồm hệ thống phụ trợ cho các bình tách đầu
vào V101, bình tách hệ thống xả kín V301, bình tách đuốc cao áp V401 và phân khu thứ
hai nằm phía trên tầng Topsides bao gồm hệ thống phụ trợ cho máy nén vào gồm các
bình V201A,V202A,V203A.
 Thuật toán điều khiển không phức tạp, chủ yếu là tác động ON/OFF. Chức năng
thu thập dứ liệu cho giám sát là quan trọng.
Từ những đặc điểm trên, cấu hình cơ bản hệ thống điều khiển giàn nén khí Mỏ
Rồng được đề xuất gồm các thành phần sau:
 Các trạm vận hành OS (Operator Station).
 Trạm kỹ thuật ES (Engineering Station) và các công cụ phát triển.
 Bộ điều khiển cục bộ PLC S7-300 của hãng Siemens.
 Hệ thống truyền thông (field bus, system bus).
Trong hệ DCS thường gồm 3 cấp và thực hiện liên kết với một phần cấp quản lí và
điều hành sản xuất thông qua hệ thống quản lí thông tin. Sơ đồ cấu hình tiêu biểu của hệ
DCS như hình 2.1.
 Cấp trường (Field Bus) - Cấp chấp hành – cảm biến : gồm các bộ phân phối I/O
phân tán (ví dụ ET 200 M hoặc I/O S7-300, ) để ghép nối với các cảm biến, các cơ cấu
chấp hành, xử lí sơ bộ trước khi gửi lên cấp điều khiển. Cấp trường có thể có các bộ điều

Chương 2. Tổng quan về hệ thống điều khiển DCS và bộ điều khiển logic khả trình
14
khiển cục bộ nhỏ (ví dụ S7 300,…) thực hiện điều khiển các công đoạn nhỏ, hoặc độc
lập.
 Cấp điều khiển: Bao gồm một số bộ điều khiển cơ lớn (Control Station). Bộ
điều khiển có thể là máy tính , PLC (ví dụ Siemens : PLC S7400;) Yokogawa : VP-
Centum; Centun CS 3000,…), bộ điều khiển công nghiệp hoặc máy tính cá nhân công
nghiệp Yokogawa : VP-Centum; Centun CS 3000,…). Bộ điều khiển thực hiện các

thuật toán điều chỉnh ví dụ các bộ điều khiển PID và điều khiển lôgíc ( PLC) có chức
năng điều khiển cục bộ các công đoạn của nhà máy và toàn nhà máy. Ngoài ra còn có
chức năng truyền thông với cấp cảm biến , điều khiển cơ cấu chấp hành để lấy thông tin
đầu vào và xử lý tín hiệu, thực hiện các thuật toán điều khiển và gửi tín hiệu xuống điều
khiển cơ cấu chấp hành ở cấp chấp hành. Các bộ điều khiển có thể truyền thông nhau qua
mạng truyền thông cấp điều khiển.
Thông thường, các trạm điều khiển gồm các khâu: khối xử lý trung tâm (CPU),
khối môđun vào ra tương tự và số, khối giao diện với Bus hệ thống, khối giao diện với
Bus trường.
 Cấp vận hành , giám sát chỉ huy : Trạm vận hành (OS) giao diện Người - máy
với quá trình, Cung cấp đồ họa mô tả hoạt động nhà máy, Trạm kỹ thuật (ES).
Các trạm vận hành có thể vận hành độc lập hoặc song song. Để tiện quản lý, mỗi
trạm vận hành tương ứng với mỗi công đoạn. Tuy nhiên các trạm vận hành nối chung
một mạng và phần mềm trên tất cả các trạm hoàn toàn giống nhâu, nên có thể truy nhập
vào nhau hoặc có thể thay thế nhau.
Chức năng cơ bản của trạm vận hành :
 Hiển thị lưu đồ công nghệ, điều khiển một quá trình của một công đoạn : Tổng
quan, nhóm, từng thiết bị, đồ thị thời gian thực, lịch sử vận hành và lỗi,…
 Hỗ trợ hệ thống thông qua các công cụ thao tác.
 Tạo và quản lý các công thức điều khiển .
 Xử lý các lỗi và sự kiện.
 Lưu trữ, quản lý, xử lý dữ liệu.
 Chuẩn đoán hệ thống , hỗ trợ người vận hành và bảo trì hệ thống.
 Hỗ trợ lập báo cáo .

Chương 2. Tổng quan về hệ thống điều khiển DCS và bộ điều khiển logic khả trình
15
Trong trạm vận hành có các dạng : Màn hình, bàn phím, chuột và hiện nay là các
màn hình chạm (Touch Screen). Một trạm vận hành có thể bố trí theo kiểu một ngưởi sử
dụng (một hoặc nhiều màn hình) hoặc nhiều người sử dụng với nhiều thiết bị đầu cuối.

Trạm kỹ thuật là nơi cài đặt các công cụ phát triển, cho phép cài đặt hệ thống; tạo và
theo dõi các chương trình ứng dụng điều khiển và giao diện người máy; đặt cấu hình và
tham số hoá các thiết bị trường.

Hình 2.1. Cấu hình chung hệ thống DCS
Một số hệ điều khiển phân tán tiêu biểu của các dây chuyền sản xuất ở Việt Nam:
PCS7 của Siemens, Centum CS1000 / CS3000, Centum VP (mới nhất) của Yokogawa,
Advant OCS của ABB (mới nhất hiện nay l à 800xA System).
2.1.2. Chức năng của hệ DCS
a. Chức năng điều khiển: Chức năng điều khiển quá trình công nghệ toàn nhà
máy là chức năng quan trọng nhất. Chức năng điều khiển được thực hiện bằng các bộ
điều khiển đặt ở phòng điều khiển trung tâm hoặc các trạm vận hành của các công đoạn.
Chức năng điều khiển có hai chức năng : Điều khiển cơ bản và truyền thông.
 Chức năng điều khiển cơ bản: DCS thực hiện tất cả các chức năng điều khiển của
một nhà máy. Các thành phần thực hiện chức năng điều khiển cơ bản trong DCS gọi là
khối hàm (Function Block).

Chương 2. Tổng quan về hệ thống điều khiển DCS và bộ điều khiển logic khả trình
16
 Chức năng truyền thông, trao đổi thông tin với các hệ thống phụ
Trong hệ DCS, còn có các PLC nhỏ điều khiển một số thiết bị nhỏ, hoặc thiết bị
phụ : trạm bơm, trạm nén khí, xử lý nước … Các tham số làm việc và trạng thái của các
hệ thống phụ cần được đưa vào hệ DCS phục vụ giám sát.
b. Chức năng vận hành và giám sát hệ thống
 Hiển thị trạng thái hoạt động của toàn nhà máy nhờ công cụ đồ họa
 Hiển thị trạng thái là việc thông qua đồ thị theo thời gian các thông số của nhà
máy thông qua các TAGNAME. Nhiều hình thức hiển thị: Đồ thị thời gian thực, Giá trị
thực và đặt, bảng số liệu,
c. Chức năng cảnh báo
Cảnh báo nguy cơ (Warrning); Báo động (Alarm); Lỗi (Fault)

d. Chức năng lập báo cáo
Lưu trữ dữ liệu cho báo cáo định kỳ: Thông số làm việc, trạng thái làm việc, sự cố.
e. Chức năng an toàn hệ thống
Phân quyền truy nhập vào hệ thốn : Tuỳ theo trách nhiệm mà chỉ được truy nhập vào
từng vùng của hệ,…
2.2. Tổng quan về bộ điều khiển logic khả trình PLC
2.2.1. Giới thiệu hãng sản xuất tự động hóa Siemens
SIEMENS có truyền thống là nhà cung cấp hàng đầu về hệ thống tự động hóa quá
trình và thiết bị đo cho thị trường châu Âu. Vài năm gần đây, siemens đã tiến những bước
đi dài trong việc phát triển kinh doanh trong lĩnh vực này trên thị trường toàn cầu thông
qua việc mua lại các công ty khác cũng như thay đổi cơ cấu tổ chức.
Mục tiêu của Siemens A&D (Automation & Drives) trong các ngành tự động hóa,
truyền động, thiết bị đóng cắt hạ thế, và công nghệ lắp đặt diện là trở thành công ty dẫn
đầu thị trường thế giới, điồng thời mở rộng hoạt động kinh doanh mang lại lợi nhuận cao
trong các lĩnh vực này. Để đạt được những mục tiêu ày công ty đã tăng cường hoạt động
trong lĩnh vực tự động hóa quá trình và phát triển phần mềm dùng cho các hệ thống điều
khiển phức tạp dựa trên nền tảng Tự Động Hóa Tích Hợp Toàn Diện – TIA.
SIEMENS đã nổi lên như là một trong những nhà cung cấp hàng đầu thế giới
trong lĩnh vực công nghiệp xử lý- chế biến trên thị trường thế giới, và đặc biệt là tại thị
trường Bắc Mỹ. Nếu sự phát triển trong lĩnh vực này là thông thường thì công ty sẽ tiếp