Tiểu luận Điều khiển quá trình trong công nghệ hóa học Ứng dụng điều khiển tự động vào quy trình công nghệ trong kho xăng dầu

Điều kiển tự động các quá trình công nghệ
MỞ ĐẦU
Hiện nay khi đất nước ta đang bước vào giai đoạn CNH, HĐH thì vấn đề tự
động hoá trong công nghiệp được các đơn vị sản xuất hết sức quan tâm. Những tiện
ích mà tự động hoá đem lại là rất to lớn, không chỉ nâng cao năng suất lao động mà
còn đem lại sự an toàn lao động cho con người.
Chính từ những lợi ích mà tự động hóa mang lại mà các nhà công nghệ luôn
tìm mọi cách tự động hóa trong dây chuyền sản xuất đến mức có thể, phù hợp với
những chỉ tiêu cho phép.
Trong tiểu luận này em xin trình bày “Ứng dụng điều khiển tự động vào quy
trình công nghệ trong kho xăng dầu”.
Các đơn vị hoạt động trong lĩnh vực xăng dầu hiện nay đã và đang tiến hành
đầu tư nâng cấp mới các hệ thống tự động hoá tại các kho xăng dầu của mình từ
cấp độ trong từng công đoạn Xuất-Nhập-Tồn cho tới cấp độ tự động hoá tích hợp
toàn kho. Việc áp dụng công nghệ tự động hoá kho xăng dầu đã từng bước mang
lại những hiệu quả to lớn, khẳng định tính tất yếu và hướng đi đúng đắn cho việc
đầu tư hệ thống kho xăng dầu đồng bộ.


Điều kiển tự động các quá trình công nghệ
PHẦN I: KHÁI QUÁT VỀ KHO XĂNG DẦU
Hiện nay song hành cùng với các hệ thống kho xăng dầu dân sự để đảm bảo
an ninh năng lượng cho quốc gia. Còn rất nhiều hệ thống kho xăng dầu quân sự
nằm rải rác trên toàn quốc với nhiệm vụ chính là bảo đảm xăng dầu cho các đơn vị
Quân đội thực hiện các nhiệm vụ SSCĐ với quy mô lớn, nhỏ khác nhau.
Trong bài tiểu luận này em xin giới thiệu về kho xăng dầu Quân sự Hà Nam
– thuộc Cục Xăng dầu. Quy mô của kho xăng dầu này nhỏ (4000m 3), nhưng đầy đủ
hạng mục hạ tầng và chức năng công nghệ như các tổng kho lớn khác. Kho xăng
dầu quân sự Hà Nam được hoàn thành hồ sơ thiết kế thi công năm 2003 và chính
thức đưa vào sử dụng tháng 7/2005 với nhiệm vụ chính là tiếp nhận, bảo quản, cấp
phát xăng dầu cho các đơn vị tại khu vực Miền Trung. Đến năm 2011 được thiết kế

bổ sung hệ thống tự động hóa cho kho góp phần giải phóng và nâng cao năng suất
lao động, mức độ an toàn cao hơn.
I. Bố trí tổng mặt bằng
Trên cơ sở hồ sơ thiết kế của Kho đã được phê duyệt. Các tiêu chuẩn thiết kế
hiện đang được áp dụng tại Việt nam. Cùng với các tính toán công nghệ hệ thống
đường ống, phòng cháy chữa cháy và các hạng mục phụ trợ khác đã định ra được
mặt bằng của công trình.
Đảm bảo đủ diện tích, các khoảng cách tối thiểu giữa các bể chứa và phạm vi
an toàn cháy nổ theo quy phạm.
Đảm bảo hệ thống đường ống xuất, nhập và các hệ thống đường ống cứu hỏa
là thuận tiện và ngắn nhất, tạo nên hiệu quả đầu tư.
Đảm bảo giao thông khu vực thuận tiện, đặc biệt là việc thoát hiểm khi có sự
cố xảy ra.
Đảm bảo sự liên hệ bộ phận quản lý kho với các đơn vị thuận tiện và hài hoà.
Trọng tâm của công trình là khu vực bể chứa (gồm 4 bể chứa trụ đứng bằng
thép với tổng sức chứa 4.000 m3), khoảng cách từ bể đến các công trình lân cận xác
định theo các quy phạm hiện hành. Bên ngoài mỗi bể chứa đều có tường bao để
chống tràn khi có sự cố xảy ra. Xung quanh khu vực bể được trồng cỏ. Trong khu
vực bể chứa còn có các hạng mục phục vụ cho xuất nhập như trạm bơm và giàn cấp
phát.
II. Giải pháp công nghệ và thiết bị


Điều kiển tự động các quá trình công nghệ
1. Giới thiệu chung
Nhiệm vụ chính của Kho xăng dầu Hà Nam là tồn chứa và phân phối xăng
dầu. Sức chứa các loại nhiên liệu và công suất xuất - nhập được thể hiện tại bản vẽ
sơ đồ công nghệ.
2. Giải pháp công nghệ và thiết bị
a) Quy hoạch sức chứa

Sức chứa của kho xăng dầu được phân bổ linh hoạt bao gồm chứa độc lập và
chứa lẫn. Cách qui hoạch chứa lẫn có ưu điểm là dễ đáp ứng nhu cầu chứa theo
từng thời điểm khác nhau và tận dụng tối đa sức chứa (tăng số vòng quay kho hoặc
số vòng luân chuyển hàng). Tuy nhiên việc bố trí chứa lẫn có nhược điểm là phải
súc rửa bể nhiều, dễ gây ô nhiễm môi trường, hao hụt lớn, ảnh hưởng đến chất
lượng hàng hoá. Mặt khác, phải bố trí thêm ống, van, gây phức tạp trong vận hành.
Phù hợp với xu thế chung về yêu cầu hiện đại hoá các kho xăng dầu, trong sơ
đồ công nghệ của Kho xăng dầu Hà Nam bố trí phương án chứa độc lập mỗi loại
hàng. Chỉ khi nào cần thiết mới sử dụng chung bể và cũng hạn chế ở loại hàng như
xăng Mogas 83 với nhiên liệu bay TC-1.
Căn cứ vào sức chứa cần có của chủng loại xăng dầu và loại bể chứa đã được
xác định, sức chứa được quy hoạch như sau:
Xăng Mogas 83: Chứa trong 01 bể 1.000 m3.
Dầu TC-1: Chứa trong 02 bể 1.000m3.
Diezen 0,25S: Chứa trong 01 bể 1.000m3.
b) Quy trình công nghệ
* Quy trình.
Xăng dầu được vận chuyển bằng các tầu dầu cập cảng 1.000DWT và được
bơm của tầu bơm nhập vào các bể chứa đặt trong kho.
Xăng dầu sau khi nhập vào các bể chứa được xuất cho các phương tiện thuỷ,
bộ và đường ống bằng các máy bơm có trong kho và hệ thống ống công nghệ.
Căn cứ vào cơ cấu của chủng loại nhiên liệu và cơ cấu chọn bể chứa hệ
thống công nghệ trong kho được thiết kế như sau:
* Trạm bơm.
- 02 bơm xuất thủy, máy bơm li tâm (01 máy bơm DO và xăng, 01 máy bơm
TC-1) dùng để xuất TC, Xăng và DO cho các phương tiện đường thuỷ.


Điều kiển tự động các quá trình công nghệ
- 03 bơm xuất bộ, máy bơm li tâm dùng để xuất Xăng, DO và TC-1 cho các

phương tiện đường bộ.
- Kết hợp 02 máy bơm xuất thuỷ để xuất đường ống.
- 01 máy bơm dự phòng.
* Chức năng công nghệ.
• Nhập:
Các loại nhiên liệu được nhập từ tầu hoặc xà lan tại cầu tầu 1.000 DWT bằng
máy bơm của tầu thông qua hệ thống ống nhập dẫn về bể chứa.
• Xuất:
Xuất bộ: Các loai nhiên liệu được xuất cho ô tô xitec tại nhà xuất dầu ô tô
bằng 03 máy bơm đặt tại nhà bơm thông qua lưu lượng kế, van định lượng, cần
xuất.
Xuất thủy: Các loại nhiên liệu xuất cho xà lan tại cầu tầu 1000 DWT bằng 02
máy bơm đặt tại trạm bơm, thông qua hệ thống ống xuất, lưu lượng kế, ống mềm…
Xuất đường ống: Nhiên liệu TC-1 xuất bằng đường ống bằng 02 máy bơm
đặt tại nhà bơm thông qua lưu lượng kế, hệ thống ống xuất, các máy bơm trung
gian (dùng 02 máy bơm của xuất thuỷ).
c) Hệ thống ống công nghệ
Hệ thống ống công nghệ trong kho sau khi thi công được thử bền, thử kín và
thổi sạch các cặn bẩn cục bộ và trong quá trình sử dụng việc xả cặn được thực hiện
tại các bể chứa và lấy ra ngoài trong quá trình súc rửa.
III. Tổng mặt bằng kho xăng dầu Hà Nam
(Có sơ đồ kèm theo)
IV. Sơ đồ công nghệ kho xăng dầu Hà Nam
( Có sơ đồ kèm theo)


Điều kiển tự động các quá trình công nghệ
PHẦN II: THIẾT LẬP HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN KHO XĂNG DẦU
I. Mô hình hệ thống
Đặc điểm của công nghệ tồn chứa kho xăng dầu là các thiết bị phân bố trên

mặt bằng rộng, cách xa nhau, yêu cầu cao về an toàn và chịu ảnh hưởng từ môi
trường.
Hệ thống tự động hóa kho xăng dầu thực hiện chức năng thu thập các tín
hiệu, xử lý, giám sát, điều khiển các thiết bị, đảm bảo quá trình vận hành đơn giản,
hệ thống hoạt động chính xác, linh hoạt, tiết kiệm năng lượng, đáp ứng các yêu cầu
công nghệ.
1. Chức năng
Sử dụng hệ điều khiển tập trung, toàn bộ Hệ điều khiển được lắp đặt trong
phòng điều khiển trung tâm.
Hệ thống điều khiển có khả năng độc lập điều khiển hoạt động ngay cả khi
máy tính PC có sự cố.
Cài đặt và thay đổi các thông số điều khiển, chế độ làm việc của hệ thống các
tham số hoạt động của thiết bị (thời gian, chu kỳ của các van điện, bơm nước thải,
máy thổi khí...), đặt các tham số môi trường theo mong muốn.
Tự bảo vệ hoạt động an toàn, bảo vệ hệ thống, các thiết bị đo, điều khiển và
các thiết bị khác. Có khả năng cảnh báo và lưu lại sự thay đổi của hệ thống bằng
chuông, đèn và đĩa cứng.
Hiển thị các số liệu các thông số đo lường, trạng thái hoạt động của hệ thống
trên máy tính điều khiển. Hiển thị sơ đồ công nghệ hệ thống và các sơ đồ có liên quan.
Số liệu được lưu trữ, thống kê thuận tiện cho quản lý vận hành. Vẽ đồ thị các
tham số môi trường trong toàn hệ thống và in ra dưới dạng báo cáo, số liệu cho
phần mềm quản lý.
- Có khả năng bảo mật phần mềm.
- Có khả năng phối ghép với các mạng khác.
- Có khả năng mở rộng hệ thống trong tương lai.
2. Nhiệm vụ
- Thu thập, tính toán các thông số công nghệ
- Điều khiển các thiết bị trong hệ thống vận hành theo yêu cầu của công
nghệ.

Điều kiển tự động các quá trình công nghệ
- Lưu trữ các dữ liệu cần thiết trong máy tính.
- Hiển thị các thông số công nghệ và trạng thái các thiết bị trong hệ thống.
- Kiểm tra lỗi, cảnh báo, bảo vệ hệ thống khi gặp sự cố.
Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển
( Có phụ lục kèm theo)
II. Chức năng và thiết lập hệ thống
1. Sơ đồ công nghệ kho xăng dầu Hà Nam ứng dụng tự động hóa
(Có sơ đồ kèm theo)
2. Đo lường bể
Hệ thống đo lường bồn bể theo thiết kế chia thành hai bộ phận: Các thiết bị
cấp trường và các thiết bị tại phòng điều khiển trung tâm. Hệ thống được lắp đặt sẽ
tự động đo mức và nhiệt độ của các bể chứa, hiển thị ở chân bồn và truyền về
phòng điều khiển trung tâm.

Sơ đồ lắp đặt thiết bị tự động hoá đo lường bể
Thiết bị đo mức sử dụng loại radar (Radar Tank Gauge - RTG), còn thiết bị
đo nhiệt độ sử dụng loại đầu đo đa điểm (Multiple Spot Thermometers - MST).
Tuỳ thuộc chiều cao bồn, nhà thầu tính toán lựa chọn số điểm đo phù hợp cho MTS
và hiệu chỉnh chức năng của RTG. Thông số đo của từng bể sẽ hiển thị tại chỗ trên
bộ thu thập và hiển thị số liệu đo DAU (Data Accquisition Unit) cũng như được
đưa về phòng điều khiển trung tâm qua bộ kết nối bus trường FCU (Field
Communication Unit) và bộ chuyển đổi tín hiệu FBM (Field Bus Modem).


Điều kiển tự động các quá trình công nghệ
Phần mềm viết cho hệ thống đo lường bồn bể cần đáp ứng yêu cầu có giao
diện đồ hoạ thân thiện, cấu hình quản lý nhóm bể theo vị trí cụm bể hoặc theo
chủng loại nhiên liệu, có chức năng cảnh báo mức cao, mức thấp, mức quá cao,

mức quá thấp, và có khả năng kết nối với các hệ khác khi mở rộng.

Hình minh hoạ
Các đặc điểm thiết bị trong hệ thống đo lường bồn bể
Thiết bị

Thống số kỹ thuật

Thiết bị đo

- Độ chính xác thiết bị : ±0.5mm

mức radar

- Dải đo : 0.85 đến 20m tính từ cuối ăngten

RTG

- Áp suất : -0.2 đến 2 bar
- Nguồn cung cấp : điện áp 100-240VAC, 50-60 Hz, công suất
trung bình 15 W
- Ngõ nhập: Nhiệt độ (Pt 100), 2 ngõ 4-20 mA (có 1 ngõ
HART®)


Điều kiển tự động các quá trình công nghệ
Thiết bị

Thống số kỹ thuật
- Ngõ xuất:

TRL/2 field bus, 1 ngõ 4-20 mA, Profibus DP,

Foundation Fieldbus, Tiway, 2 ngõ relays, field buses các nhà
cung cấp khác.
- Hiển thị tại chân bồn : Trên thiết bị khác như DAU, RTU,
Phòng điều khiển.
- Chứng chỉ lắp đặt trong vùng cháy nổ: ATEX: CE 0575 II
1/2 G CENELEC: EEx d[ia] IIB T6UL: Class 1, Div 1, Groups C
and D.
- Độ chính xác : ±0.25° C (0.45° F)
Đầu đo nhiệt
độ đa điểm
MTS

- Dải đo : -40° C to +40° C (-40° F to +104° F)
- Loại điểm đo: Pt-100
- Số điểm đo: Tối đa 14 điểm đo

Bộ hiển thị
chân bồn
RDU
Modem

- Kiểu màn hình Graphic LCD 128 x 64 pixel
- Nhiệt độ làm việc -20°C đến +55°C
- Cấp phòng chống nổ ATEX: II 2 (I) G, EEx ib IIC T4 FM:
Intrinsically safe, Class 1, Div 1, Group A, B, C, D
- Nguồn cung cấp : qua bộ chuyển đổi AC/DC đi kèm(6-12V).

truyền thông - Chuẩn tín hiệu TRL/2
mạng (FBM) - Kết nối máy tính : RS-232
- Nguồn cung cấp : điện áp 115-230VAC, 50-60 Hz, công suất
Bộ kết nối

max 10 W

bus trường

- Nhiệt độ làm việc -40°C đến +70°C

FCU

-Truyền thông : TR2 Bus, ModBus
- Số lượng bể quản lý : max 32 bể

3. Đo và điều khiển xuất hàng


Điều kiển tự động các quá trình công nghệ

Trong phần hệ tự động hoá giám sát xuất hàng, thiết kế sử dụng thiết bị điều
khiển xuất chuyên dụng Batch Controller. Nhân viên cài đặt lượng hàng cần xuất
trực tiếp vào bộ Batch Controller tại bến xuất. Từ thông tin này, bộ PLC căn cứ vào
những dữ liệu khác như thông số nhiệt độ, áp suất, thông số đo lường bể để tiến
hành chạy bơm công nghệ, mở van định lượng và xuất hàng tại cần xuất tương ứng.
Van điều khiển lưu lượng là loại van đóng mở bằng điện, hoạt động như thiết
bị chấp hành, lấy tín hiệu điều khiển từ bộ Batch Controller để đóng hay mở hoàn
toàn. Sau khi đạt lượng yêu cầu thì dừng hoạt động và in phiếu xuất và lưu vào cơ
sở dữ liệu.

Thiết bị công nghệ (cho 1 họng xuất)
TT ĐVT
1

Bộ

Mô tả

SL

Lọc tinh & Tách khí 4" (ANSI 150# RF)

1

Lưu lượng kế 4" (BiRotor Plus, model B281)
- Mặt bích ghép nối (End Connection): 150# ANSI
- Kết cấu hai lớp vỏ (Double case construction)
- Độ tuyến tính (Sai số): ( 0.10%, sai số lặp lại: ( 0.01%
2

Bộ

- Lưu lượng làm việc: 96 m3/h (chế độ liên tục); 124 m3/h
(chế độ intermittent)

1

- Nhiệt độ làm việc: - 290C to 820C
- Phòng chống cháy nổ
- Chi thị số điện tử, model Tri-10

3

Bộ

Đầu đo nhiệt độ RTD Pt-100

1


Điều kiển tự động các quá trình công nghệ
TT ĐVT

Mô tả

SL

- Kiểu Pt-100 RTD (IEC)
- Chiều dài: 4,5 inches (~120 mm)
- đầu nối ren 1/2" NPT
- Thermowell bảo vệ
- Phòng chống cháy nổ
Van điều khiển 4", model BV88
- Mặt bích ghép nối (End Connection): 150# ANSI
4

Bộ

- Thân van làm bằng thép

1

- Các van solenoid 220 VAC/24 VDC
- Phòng chống cháy nổ
Bộ điều khiển định lượng
(Electronic Preset/Batch Controller)
- model 1010A2
- Sử dụng đồng thời cho tối đa 2 họng xuất
- Màn hình hiển thị 112x62 mm (dot matrix)
- Bàn phím chịu lửa, 11 phím số & chữ cái, 7 phím chức
năng
5

Bộ

- Hai cổng truyền thông RS-485 (dự phòng)
- Enclosure Material: Powder coated aluminium
- Glands and Approvals for the enclosure: SAA Approved
with 5 x M25
- Sealing: IP66 (Nema 4X) weather-proof
- Hazardous area approvals for the enclosure:
European Approval Cenelec EEx d IIB T6
USA & Canadian CSA for Class 1, Groups C & D

KẾT LUẬN

1


Điều kiển tự động các quá trình công nghệ
Mục đích của bản tiểu luận này là bước đầu xác lập một hệ thống điều khiển

tự động quy trình công nghệ kho xăng dầu Hà Nam. Ưu điểm của hệ thống này, đó
là:
- Hệ thống làm việc tăng an toàn lao động cho công nhân vận hành, cán bộ
kỹ thuật.
- Hệ thống có độ chính xác cao trong đo lường, giảm được tỷ lệ hao hụt.
- Các số liệu của quá trình xuất hàng được lưu trữ, thuận tiện cho công tác
quản lý.
- Giảm nhân công vận hành, tăng giá trị lao động.
- Giao nhận hàng nhanh và thuận tiện.


Điều kiển tự động các quá trình công nghệ
TÀI LIỆU THAM KHẢO