Thiết kế bộ điều khiển nhiệt độ cho tháp tách ethane c 01 tại nhà máy xử lý khí dinh cố
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.86 MB, 116 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Đinh Xuân Diệu
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ CHO THÁP TÁCH
ETHANE C-01 TẠI NHÀ MÁY XỬ LÝ KHÍ DINH CỐ
Chuyên ngành: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. PHAN XUÂN MINH
HÀ NỘI - 2008
Mục lục
Lời mở đầu
Tên chương mục
Trang số
Chương I. Mô tả vai trò công nghệ của tháp C-01
1
1.1
Tổng quan công nghệ nhà máy xử lý khí GPP
1
1.2
Tháp C-01 và các cụm thiết bị liên quan tới hoại động của tháp C01
7
1.2.1
Cấu tạo tháp C-01
7
1.2.2
Tháp C-05
8
1.2.3
Bồn V-03
8
1.2.4
Tháp C-02
8
1.2.5
Máy nén K-01A/B
9
1.2.6
Thiết gia nhiệt E-01
9
1.2.7
Bồn trung gian V-15
10
1.2.8
Nguồn dầu nóng H-31A/B/C
10
1.3
Hoạt động của tháp C-01
11
1.3.1
Các dòng sản phẩm nhập liệu vào tháp C-01
11
1.3.2
Các thông số hoạt động trên tháp C-01
12
1.3.3
Sản phẩm ra từ tháp C-01 bao gồm
13
Chương II. Yêu cầu của bài toán điều khiển
14
2.1
Hệ thống điều khiển đang sử dụng tại nhà máy GPP
14
2.1.1
Cấu hình hệ thống
14
2.1.2
Hoạt động của hệ thống
15
2.1.2.1 Hoạt động của CDCM
15
2.1.2.2 Hoạt động của WDCM
16
2.1.2.3 Hoạt động của OCM
17
2.1.2.4 Hoạt động của PCM
17
2.1.2.5 Hoạt động của Printer
18
2.1.2.6 Hoạt động của thiết bị giao tiếp
18
2.1.3
Chức năng hệ thống
19
2.1.3.1 Chức năng theo dõi quá trình
19
2.1.3.2 Chức năng điều khiển quá trình
20
2.2
Các nhân tố có ảnh hưởng đến chế độ hoạt động tháp C-01
21
2.3
Các bộ điều khiển số có quan hệ tới hoạt động tháp C-01
23
2.3.1
Điều khiển tại bồn V-03
23
2.3.1.1 Điều khiển áp suất bồn V-03
23
2.3.1.2 Điều khiển mức bồn V-03
23
2.3.2
Điều khiển tại tháp C-05
24
2.3.3
Điều khiển tại tháp C-01
25
2.3.3.1 Điều khiển áp suất tại đỉnh tháp C-01
25
2.3.3.2 Điều khiển nhiệt độ tại đáy tháp C-01
26
2.3.3.3 Điều khiển mức bồn trung gian V-05
26
2.3.4
Điều khiển tại tháp C-02
26
2.3.4.1 Điều khiển dòng ra tại đáy tháp
26
2.3.4.2 Điều khiển nhiệt độ tại đáy tháp C-02
27
2.3.5
27
Điều khiển cho nguồn dầu nóng cấp cho nhà máy
2.3.5.1 Điều khiển nhiệt độ cho cụm tạo dầu nóng H-31ABC
27
2.3.5.2 Điều khiển áp suất cho mạng phân phối dầu nóng
27
2.4
Các tồn tại của vai trò điều khiển tại tháp C-01
28
2.5
Yêu cầu đặt ra của bài toán điều khiển
29
Chương III. Mô hinh hoá đối tượng điều khiển
31
3.1
Thu thập số liệu tháp C-01
31
3.1.1
Thu thập số liệu khi thay đổi độ mở van cấp dầu dầu nóng vào bộ
gia nhiệt (E-01) của tháp C-01
3.1.2
Thu thập số liệu khi thay đổi lưu lượng dòng nhập liệu từ tháp C-05
về tháp C-01
3.1.3
31
31
Thu thập số liệu khi thay đổi lưu lượng dòng nhập liệu lỏng từ bồn
V-03 về tháp C-01
31
3.2
Xây dựng mô hình toán học cho đối tượng
32
3.2.1
Mô hình đối tượng cho tháp C-01 theo nhiệt độ đáp ứng đầu ra TI1307 tại đáy tháp C-01
32
3.2.1.1 Xác định mô hình đối tượng có W1(s) là khâu quán tính bậc nhất có
trễ
33
3.2.1.2 Xác định mô hình đối tượng có W1(s) là khâu quán tính bậc hai 34
3.2.1.3 Xác định đối tượng có W1(s) là khâu quán tính bậc hai có trễ
36
3.2.2
37
Xác định mô hình đối tượng Gp
3.2.3 Mô hình đối tượng ảnh hưởng do tác động thay đổi lưu lượng dòng
lỏng tháp C-05 vào tháp C-01
45
3.2.4 Xác định mô hình đối tượng do tác động thay đổi lưu lượng dòng lỏng
V-03
57
Chương IV. Lựa chọn phương pháp và xây dựng bộ điều khiển
64
4.1
Lựa chọn phương pháp điều khiển cho tháp C-01
64
4.2
Thiết kế bộ điều khiển nhiệt độ cho tháp C-01
64
4.2.1
Cấu trúc bộ điều khiển nhiệt độ đáy tháp C-01
64
4.2.2
Tính toán các tham số bộ điều khiển
65
4.2.2.1 Tính toán tham số cho bộ điều khiển GC
65
4.2.2.2 Tính toán tham số cho bộ điều khiển GFF1 và GFF2
70
4.3
Lập trình thực hiện bộ điều khiển theo cấu trúc thiết kế
71
4.3.1
Các khối chức năng trong phần mềm D3 DCS
71
4.3.2
Lập trình bộ điều khiển nhiệt độ trên phần mềm D3 DCS
81
4.3.2.1 FF-1201, khối tạo tín hiệu Feed Forward từ dòng lỏng tháp C-05 82
4.3.2.2 FF-0302, khối tạo tín hiệu Feed Forward từ dòng lỏng bồn V-03 85
4.3.2.3 Khối tạo tín hiệu điều khiển TIC-1307
4.3.3
Chạy chương trình để khởi tạo bộ điều khiển nhiệt
88
92
Chương V. Chạy mô phỏng bộ điều khiển trên phần mềm Matlab 93
5.1
Chạy mô phỏng cho cấu trúc Gc và Gp
5.2
Chạy mô phỏng cho cấu trúc Gff1, Gc và Gp
105
5.3
Chạy mô phỏng cho cấu trúc Gff2, Gc và Gp
107
Tài liệu tham khảo.
93
LỜI MỞ ĐẦU:
Nhà máy xử lý khí Dinh Cố (GPP) nằm trên xã An Ngãi, Huyện Long Đất,
Tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu. Chức năng, nhiệm vụ của nhà máy GPP là tiếp nhận
sản phẩm khí ẩm từ giàn bạch hổ đưa về theo đường ống để xử lý và cho
ra sản phẩm khô (khí thương phẩm) và sản phẩm lỏng (LPG, Condensate).
Tháp C-01 có một vai trò quan trọng trong công nghệ xử lý sản phẩm lỏng
tại nhà máy GPP. Hiện tại phần điều khiển nhiệt độ cho tháp C-01 chưa
hoạt động được ở chế độ tự động điều chỉnh, nguyên nhân do bộ điều
khiển hiện hữu tại nhà máy còn một số khiếm khuyết. Hiện nay người vận
hành đang phải thực hiện chức năng điều chỉnh thay cho bộ điều khiển
nhiệt độ tại tháp C-01 này. Để đảm bảo chất lượng xử lý sản phẩm tại nhà
máy đồng thời giảm tải cho người vận hành, nhu cầu khôi phục chức năng
tự động điều chỉnh nhiệt độ cho tháp C-01 là rất cần thiết. Vì vậy đề tài này
đưa ra nhằm mục đích khảo sát, nghiên cứu và đưa ra giải pháp để khắc
phục vấn đề tồn tại nêu trên. Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân
thành tới các đồng nghiệp và đặc biệt là PGS. TS. Phan Xuân Minh đã hỗ
trợ, giúp đỡ tác giả hoàn thành nội dung cho đề tài này.
Tác giả.
LUẬN VĂN CAO HỌC – ĐINH XUÂN DIỆU
Trang 1
Chương I
CHƯƠNG I: MÔ TẢ VAI TRÒ CÔNG NGHỆ THÁP C-01
1.1
Tổng quan công nghệ nhà máy xử lý khí GPP:
Nhà máy xử lý khí GPP Dinh Cố nằm trên xã An Ngãi, Huyện Long Đất, Tỉnh
Bà Rịa Vũng Tàu. Chức năng, nhiệm vụ của nhà máy GPP là tiếp nhận sản
phẩm khí ẩm (bao gồn methane, ethane, propane, butane, condensate)
được vận chuyển từ giàn Bạch Hổ vào đất liền theo đường ống, sản phẩm
khí ẩm sau khi được xử lý tại nhà máy cho ra các sản phẩm đầu ra bao
gồm: Sản phẩm khí khô (hay còn gọi là khí thương phẩm bao gồm thành
phần khí methane và ethane) được vận chuyển theo tuyến ống đi cung cấp
cho các nhà máy nhiệt điện chạy bằng tua bin khí, sản phẩm khí hoá lỏng
LPG (là sản phẩm hoá lỏng của Butane và Propane) và Condensate (hay
còn gọi là xăng nhẹ) được vận chuyển theo 3 đường ống tới kho cảng khí
hoá lỏng Thị Vải, tại đây sản phẩm xuống tàu để đi phân phối khắp mọi nơi.
Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ Slug Catcher, bồn V-03, bồn V-03, tháp V-06AB.
LUẬN VĂN CAO HỌC – ĐINH XUÂN DIỆU
Trang 2
Chương I
Dòng sản phẩm khí vào nhà máy có áp suất tại đầu vào khoảng 109 BarG
với lưu lượng từ 3.9 đến 5,5 triệu M3/ngày, dòng khí đầu tiên được đưa vào
cụm thiết bị bẫy chất lỏng Slug Catcher (SC-01): Chức năng của giàn thiết
bị này là tách pha lỏng Condensate ra khỏi hỗn hợp khí.
-
Tại Slug Catcher (SC-01):
Pha lỏng đi ra từ SC-01 bao gồm Condensate lỏng, và một phần pha khí
(methane, ethane, propane, butane) bị cuốn theo được đưa về bồn V-03:
bồn V-03 có tác dụng ổn định và tách hai pha lỏng và khí trước khi đưa vào
khâu xử lý tiếp theo.
Pha khí đi ra từ SC-01 bao gồm methane, ethane, propane, butane được
đưa tới bồn tách V-08: Tại đây sản phẩm pha lỏng tách ra tại đáy bồn và
được dẫn tới bồn V-03, sản phẩm pha khí tách ra tại đỉnh bồn.
-
Tại bồn V-03:
Sản phẩm pha lỏng có thành phần chủ yếu là Condensate (hay còn gọi là
C5+) đi ra từ đáy bồn V-03 cho đi qua bộ trao đổi nhiệt Exchanger E-04 để
trao đổi nhiệt với dòng sản phẩm Condensate nóng (nhiệt độ từ 132 đến
145 độ C) đi ra từ đáy tháp C-02, dòng sản phẩm lỏng đi ra từ đáy V-03
sau khi trao đổi nhiệt được đưa tới tháp C-01 tại vị trí khay số 20.
Sản phẩm pha khí đi ra từ đỉnh bồn V-03 cho qua cụm van điều áp PV-1305
(có chức năng giữ ổn định áp suất cho bồn V-03) và đi vào tháp C-01 tại
vùng đỉnh tháp (vị trí khay số 1).
-
Tại bồn V-08:
Sản phẩm khí đi ra từ bồn V-08 được đưa tới cụm tháp V-06A/B: tại đây
nước trong sản phẩm khí được hấp thụ.
Sản phẩm khí sau khi được tách nước tại tháp V-06A/B được tiếp tục cho đi
qua cụm thiết bị lọc F-01A/B: tại đây các cặn bẩn trong sản phẩm được loại
bỏ.
LUẬN VĂN CAO HỌC – ĐINH XUÂN DIỆU
Trang 3
Chương I
Dòng sản phẩm đi ra từ F-01A/B được dẫn tới tháp C-05 theo làm hai
đường:
9 Dòng sản phẩm chiếm tỷ lệ lưu lượng khoảng 1/3 dòng tổng được cho đi
qua bộ trao đổi nhiệt Exchanger (E-14): Tại E-14 có sự trao đổi nhiệt giữa
dòng khí đi ra từ F-01A/B và dòng khí lạnh đi ra từ đỉnh tháp C-05. Dòng
khí đi ra từ F-01A/B sau khi đi qua E-14 tiếp tục qua van điều khiển FV1001 (áp suất giảm xuống còn khoảng 32 Barg) rồi đi vào tháp C-05 tại
vùng đỉnh tháp (vị trí khay số 1).
9 Dòng sản phẩm chiếm tỷ lệ lưu lượng khoảng 2/3 dòng tổng được cho
qua cụm thiết bị Tubor-Expander CC-01: Tại CC-01 dòng sản phẩm này sinh
công làm quay động cơ cho phần nén của CC-01 hoạt động, chức năng nén
của CC-01 có tác dụng nâng áp suất dòng sản phẩm khí đi ra từ đỉnh tháp
C-05 (sau khi đã đi qua bộ trao đổi nhiệt E-14). Dòng sản phẩm khí sau khi
sinh công áp suất bị giảm xuống còn khoảng 32 BarG tiếp tục đi vào tháp
C-05 tại vùng đáy tháp (phía dưới khay số 12).
LUẬN VĂN CAO HỌC – ĐINH XUÂN DIỆU
Trang 4
-
Chương I
Tại tháp C-05:
Sản phẩm đi ra từ đỉnh tháp bao gồm gồm khí methane, ethane sau khi qua
CC-01 áp suất được nâng lên khoảng 60 Barg tiếp tục cho qua bộ đo đếm
ME-13 và vận chuyển đi theo đường ống 16” để cung cấp cho các nhà máy
nhiệt điện Bà Rịa và Phú Mỹ.
Hình 1.2
Sơ đồ công nghệ tháp C-05, E-14, CC-01.
Sản phẩm lỏng đi ra từ đáy tháp bao gồm chủ yếu Propane, Butane và một
phần sản phẩm nhẹ Ethane, methane (được gọi là C2-) được dẫn tới tháp
tách “Ethane C-01” tại vùng đỉnh tháp (vị trí khay số 1).
LUẬN VĂN CAO HỌC – ĐINH XUÂN DIỆU
Trang 5
-
Chương I
Tại tháp C-01:
Sản phẩm dòng nhập liệu từ bồn V-03 và tháp C-05 bao gồm chủ yếu
Condensate (C5+), propane, Butane và một lượng sản phẩm nhẹ Methane
và Ethane (C2-).
Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ tháp C-01, máy nén K-01AB.
Chức năng của tháp C-01 là tách sản phẩm nhẹ C2- đi ra theo đường đỉnh
tháp và sản phẩm nặng (hỗn hợp sản phẩm lỏng Condensate, propane và
butane) đi ra theo theo đường đáy tháp.
Sản phẩm nhẹ C2- được tách ở dạng pha khí có áp suất khoảng 27 BarG
được đưa tới cụm máy nén K-01AB để nâng áp suất lên 75 BarG và sau đó
tiếp tục đưa tới đầu vào cụm máy nén K-02/03 để nâng áp suất lên 107
BarG gần với giá trị áp suất đầu vào nhà máy và đưa quay về khâu xử lý khí
phía trước tại bồn tách lỏng/khí V-08.
LUẬN VĂN CAO HỌC – ĐINH XUÂN DIỆU
Trang 6
Chương I
Hỗn hợp sản phẩm Condensate, propane, butane được đưa tới tháp tháp C02 để tiếp tục xử lý.
-
Tại tháp C-02:
Tháp này có chức năng tách hỗn hợp sản phẩm đầu vào gồm Condensate,
Propane và Butane thành hai sản phẩm gồm có Condensate và Bupro.
Dòng sản phẩm Condensate đi ra từ đáy tháp có nhiệt độ cao (từ 132 dến
145 độ C) được cho qua cụm trao đổi nhiệt Exchanger (E-04) để trao đổi
nhiệt với dòng condensate từ V-03 về C-01 sau đó tiếp tục cho qua bộ làm
mát Air Cooler (E-09) rồi đi vào bồn chứa TK-21.
Trên đường sản phẩm Bupro đi ra từ tháp C-02 có lắp đặt đường tín hiệu
lấy mẫu sản phẩm để đưa về thiết bị phân tích trực tuyến (Online GCX1601). Chất lượng sản phẩm ra sẽ được theo dõi thành phần và từ đó người
vận hành có cơ sở để đưa ra quyết định điều chỉnh lại các giá trị đặt cho
phù hợp.
Hình 1.4 Sơ đồ công nghệ tháp C-02, bồn V-21ABC, bồn TK-21.
LUẬN VĂN CAO HỌC – ĐINH XUÂN DIỆU
Trang 7
Chương I
Dòng sản phẩm đi ra từ đỉnh tháp C-02 được dẫn đi qua bộ làm mát Air
Cooler (E-02) rồi cho vào bồn ổn định sản phẩm V-02 và sau đó được đưa
vào bồn chứa V-21A/B.
1.2
Tháp C-01 và các cụm thiết bị liên quan tới hoại động tháp
C-01:
1.2.1
Cấu tạo tháp C-01:
Tháp C-01 có cấu tạo gồm hai phần hình trụ đứng ghép lại như sau:
1
Cấu tạo các khay
có số thứ tự lẻ
9234 mm
13
2600 mm
610 mm
14
20
Cấu tạo các khay
có số thứ tự chẵn
17410 mm
32
3050
mm
1300 mm
Hình 1.5 Sơ đồ cấu tạo tháp C-01.
Tháp được cấu tạo bao gồm:
-
Hình trụ lớn nửa dưới: chiều cao 17.41 m , đường kính 3.05 m.
-
Hình trụ nhỏ nửa trên: chiều cao 9.234 m, đường kính bằng 2.6 m.
LUẬN VĂN CAO HỌC – ĐINH XUÂN DIỆU
Trang 8
Chương I
-
Trong tháp gồm có 32 (đĩa) khay có chức năng tách sản phẩm.
-
Các đầu vào ra, các thiết bị cảm biến nhiệt độ, áp suất.
Các thông số thiết kế:
-
Thể tích tháp: 178 m3.
-
Áp suất: 32.63 Barg;
-
Nhiệt độ: -25 -:- 210 Độ C;
Các thông số vận hành:
-
Áp suất: 27 Barg;
-
Nhiệt độ: -20 -:- 195 Độ C.
1.2.2
Tháp C-05:
Tháp C-05 là hình trụ đứng: chiều cao: 20.86m , đường kính: 2.14m, thể
tích: 60.2 m3, có 12 khay bên trong tháp.
Thông số thiết kế:
-
Áp suất: 61.2 Barg;
-
Nhiệt độ: -70 -:- 80 Độ C.
Thông số vận hành:
-
Áp suất: 34.2 -:- 51 Barg;
-
Nhiệt độ: -43 -:- 21 Độ C.
1.2.3
Bồn V-03:
Bồn tiếp nhận và ổn định sản phẩm lỏng tách ra từ nguồn khí đầu vào nhà
máy sau khi đi qua thiết bị bẫy lỏng Slug Catcher SC-01.
Thông số thiết kế:
-
Áp suất: 82.5 Barg
-
Nhiệt độ: 80 Độ C
Thông số vận hành:
-
Áp suất: 74 Barg
-
Nhiệt độ: 20 Độ C
1.2.4
Tháp C-02:
LUẬN VĂN CAO HỌC – ĐINH XUÂN DIỆU
Trang 9
Chương I
Tháp có chức năng tách sản phẩm đi ra từ đáy tháp C-01 thành hai sản
phẩm Condensate và Bupro. Dòng sản phẩm Condensate nóng (132 – 145
độ C) đi ra từ đáy tháp được thực hiện trao đổi nhiệt với dòng sản phẩm
lỏng từ V-03 về tháp C-01 nhờ thiết bị trao đổi nhiệt E-04.
Thông số thiết kế:
-
Áp suất: 12.5 Barg
-
Nhiệt độ: 170 Độ C
Thông số vận hành:
-
Áp suất: 10 Barg
-
Nhiệt độ: 60 -:- 145 Độ C
1.2.5
Máy nén K-01A/B:
Các cụm máy nén này dùng để nâng áp suất cho dòng sản phẩm khí
(methane và ethane) đi ra từ đỉnh tháp C-01 lên giá trị áp suất khoảng 75
BarG, dòng khí tiếp tục đưa tới cụm K-02/03 để nâng áp suất lên khoảng
107 Barg, dòng khí sau khi nâng áp được đưa về khâu xử lý khí phía trước
có áp suất cao hơn.
Tham số thiết kế:
-
Áp suất: 60 Barg
-
Nhiệt độ: 80 Độ C
Thông số vận hành:
-
Áp suất: 49 Barg
-
Nhiệt độ: 49.1 Độ C
1.2.6
Thiết bị gia nhiệt E-01:
Thiết bị gia nhiệt E-01 có chức năng gia nhiệt cho tháp C-01. Thiết bị gia
nhiệt thực hiện bằng phương pháp trao đổi nhiệt từ nguồn dầu nóng với
sản phẩm ở vùng đáy tháp C-01.
Tham số thiết kế:
-
Áp suất: 35 Barg
LUẬN VĂN CAO HỌC – ĐINH XUÂN DIỆU
Trang 10
-
Chương I
Nhiệt độ: 210 Độ C
Thông số vận hành:
-
Áp suất: 27 Barg
-
Nhiệt độ: 100 Độ C
1.2.7
Bồn trung gian V-15:
Bồn có chức năng tiếp nhận và ổn định sản phẩm ra từ đáy tháp C-01 trước
khi chuyển sang tháp C-02 để xử lý tiếp.
Tham số thiết kế:
-
Áp suất: 35 Barg
-
Nhiệt độ: 210 Độ
Thông số vận hành:
-
Áp suất: 27 Barg
-
Nhiệt độ: 100 Độ C
1.2.8
Cụm thiết bị tạo nguồn dầu nóng H-31A/B/C:
Thiết bị tạo dầu nóng cho nhà máy gồm 3 cụm thiết bị H-31A, H-31B, H31C cung cấp sản phẩm dầu nóng cho toàn bộ thiết bị gia nhiệt của nhà
máy:
Thông số thiết kế:
-
Nhiệt độ: 300 Đô C
-
Áp suất: 13.5 Barg
-
Lưu lượng: 750 m3/h
Thông số vận hành:
-
Nhiệt độ: 255 Độ C;
-
Áp suất : 7.5 Barg;
-
Lưu lượng:
m3/h
Dòng dầu nóng được điều chỉnh nhiệt độ và áp suất ổn định và cấp cho
toàn bộ nhà máy.
LUẬN VĂN CAO HỌC – ĐINH XUÂN DIỆU
Trang 11
1.3
Chương I
Hoạt động của tháp C-01:
Tháp C-01 nhận các sản phẩm từ bồn V-03 (bao gồm Condensate và sản
phẩm khí) và tháp C-05 (bao gồm Condensate, Propane, Butane, Ethane,
Methane) và thực hiện chức năng tách sản phẩm.
Sơ đồ công nghệ của tháp C-01 được biểu diễn như sau:
PIC
PIC
1305
PV-2002
2002A
PT-2002
PT-1305
K-01A/B
PV-1305
Từ V-03
Từ C-05
1
TE-1301
Tới TK-21
3
13
TE-1322
Từ C-02
TE-1303
Từ đáy V-03
E-04
TIC
1307
14
TE-1323
20
TE-1324
C-01
TE-1307
TE-1325
32
TV-1307
E-01
V-15
LIC
1302
LT-1302
FIC
1301
Tới C-02
FT-1301
FV-1301
Hình 1.6 Sơ đồ công nghệ tháp C-01.
Tại tháp C-01 sẽ thực hiện chức năng chưng cất để tách sản phẩm, thành
phần nhẹ khí Methane và Ethane (C2-) được dẫn ra theo đường đỉnh tháp,
các sản phẩm năng gồm ethane, propane, butane và condensate (C5+) sẽ
được dẫn ra theo đường đáy tháp.
1.3.1
-
Các dòng sản phẩm nhập liệu vào tháp C-01:
Sản phẩm tới từ bồn V-03:
LUẬN VĂN CAO HỌC – ĐINH XUÂN DIỆU
Trang 12
Chương I
Dòng sản phẩm lỏng từ đáy bồn V-03:
9 Lưu lượng (FI-0302): 4500 -:- 14000 kg/h.
9 Nhiệt độ trước E-04 (TI-0305): 20 -:- 33 Độ C.
9 Nhiệt độ sau E-04 (TI-1303): 70 -:- 92 Độ C.
9 Áp suất (PI- 0301): 45 -:- 46.5 Barg.
Dòng sản phẩm này đi ra từ đáy bồn V-03 có nhiệt độ 20 -:- 33 Độ C qua
trao đổi nhiệt với dòng sản phẩm lỏng (nóng) đi ra từ đáy tháp C-02 có
nhiệt độ 132 -:- 145 Độ C (qua thiết bị trao đổi nhiệt E-04), dòng sản phẩm
được gia nhiệt tới giá trị nhiệt độ 70 -:- 78 Độ C và tiếp tục đi vào tháp C01 tại vị trí khay số 20.
Mức lỏng trong bồn V-03 có thiết bị theo dõi LI-0302, lưu lượng dòng sản
phẩm đi ra từ đáy bồn V-03 có thiết bị theo dõi FI-0302.
Dòng sản phẩm khí từ đỉnh bồn V-03:
9 Lưu lượng (FI-0301): 1650 -:- 3100 m3/h.
9 Nhiệt độ (TI-0304): 18 -:- 23 oC.
9 Áp suất (PI-1305): 45 -:- 46.5 Barg.
Dòng sản phẩm khí này được dẫn về đỉnh tháp C-01 tại vị trí khay số 1
phần đỉnh tháp. Trước khi đi vào tháp C-01 phải qua van điều áp PV-1305,
van này có chức năng điều chỉnh để ổn định áp suất cho bồn V-03.
-
Dòng sản phẩm lỏng đi ra từ đáy tháp C-05:
9 Lưu lượng (FI-1201): 120 -:- 145 m3/h.
9 Nhiệt độ (TI-1301): -25 -:- - 9 Độ C.
Dòng sản phẩm này được dẫn tới tháp C-01 tại vị trí khay số 1 trên đỉnh
tháp.
Mức lỏng trong tháp C-05 có thiết bị theo dõi LI-1201, lưu lượng dòng sản
phẩm lỏng đi ra từ đáy tháp C-05 có thiết bị theo dõi FI-1201.
1.3.2
Các thông số hoạt động trên tháp C-01:
Áp suất làm việc của tháp: 27 Barg
LUẬN VĂN CAO HỌC – ĐINH XUÂN DIỆU
Trang 13
Chương I
Cột áp trên tháp (PDI-1321): 15 -:- 16.5 KpaG.
Nhiệt độ tại vị trí khay số 13 (TI-1322): 32 -:- 39 Độ C.
Nhiệt độ tại vị trí khay số 14 (TI-1223): 33 -:- 40 Độ C.
Nhiệt độ tại vị trí khay số 20 (TI-1324): 40 -:- 50 Độ C.
Nhiệt độ tại vi trí khay số 32 (TI-1325): 80 -:- 87 Độ C.
Nhiệt độ tại vùng đáy tháp C-01 (TI-1307): 97 -:-104 Độ C.
1.3.3
-
Sản phẩm ra từ tháp C-01 bao gồm:
Dòng sản phẩm khí Methane và Ethane (còn gọi là C2-) đi ra từ đỉnh
tháp được dẫn theo đường ống tới đầu vào cụm máy nén K-01A/B:
9 Lưu lượng (FI-1302): 15000 -:- 33000 m3/h.
9 Áp suất (PI-1302): 26.9 -:- 27.1 Barg.
9 Nhiệt độ (TI-1309): 6 -:- 15 Độ C.
-
Sản phẩm lỏng đáy tháp C-01:
Sản phẩm đi ra từ đáy tháp C-01 cho qua cụm gia nhiệt E-01. Sản phẩm từ
đỉnh cụm gia nhiệt được đưa quay về vùng đáy tháp C-01 để ổn định nhiệt
độ cho tháp. Nhiệt độ vùng đáy tháp được theo dõi nhờ thiết bị đo nhiệt độ
TI-1307.
Dòng sản phẩm đi ra từ đáy cụm gia nhiệt E-01 được dẫn tới bồn trung gian
V-15 sau đó được đưa tới tháp C-02 ( tháp tách Bupro/ Condensate):
9 Lưu lượng (FI-1301): 80 -:- 96 m3/h.
9 Áp suất: 26.9 -:- 27.1 Barg.
9 Nhiệt độ: 97 -:- 104 Độ C.
Mức sản phẩm trong bồn V-15 có thiết bị theo dõi LI-1302, dòng sản phẩm
đi ra từ V-15 tới tháp C-02 có thiết bị theo dõi FI-1301.
LUẬN VĂN CAO HỌC – ĐINH XUÂN DIỆU
Trang 14
Chương II
CHƯƠNG II: YÊU CẦU CỦA BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN
2.1
Hệ thống điều khiển đang sử dụng tại nhà máy GPP:
2.1.1
Cấu hình hệ thống điều khiển phân tán DCS:
Hệ thống điều khiển phân tán DCS tại nhà máy GPP là sản phẩm tích hợp
của hãng GSE Inc. Hoa Kỳ. Phần mềm sử dụng cho hệ thống là D3 DCS
version 9.0 chạy trên hệ điều hành Open VMS 7.1 trên các máy tính Alpha
của hãng Digital.
HỆ THỐNG DCS TẠI GPP
THIẾT BỊ HIỆN
TRƯỜNG
Hình 2.1
Các phần tử của hệ thống DCS được liệt kê sau đây:
-
CDCM (Configurator Display Control Module), 01 cái: Dùng để cấu hình
hệ thống tổng thể, quản lý truyền thông cho hệ thống và là máy chủ trong
hệ thống.
-
WDCM (WorkStation Display Control Module), 01 cái: Làm việc dự phòng
cho CDCM trong việc quản lý truyền thông của hệ thống, và là máy chủ
LUẬN VĂN CAO HỌC – ĐINH XUÂN DIỆU
Trang 15
Chương II
trong hệ thống.
-
OCM (Operator Control Module), 03 cái: Dùng phần mềm giao diện đồ
hoạ giúp người vận hành dễ dàng theo dõi và điều khiển quá trình công
nghệ trong nhà máy.
-
PCM2000 (Process Control Module), 01 bộ: Là phần tử điều khiển trung
tâm, có chức năng điều khiển và giám sát quá trình công nghệ trong nhà
máy, có các thiết bị vào ra remote I/O card giao diện trực tiếp với các thiết
bị ngoài hiện trường.
-
Event/Alarm Printer, 02 cái: 01 sử dụng để in các sự kiện báo động của
các tham số công nghệ, 01 sử dụng để in báo cáo ngày về các số liệu sản
xuất của nhà máy.
-
Color Hard Copier, 01 cái: Dùng để in màu các màn hình công nghệ
trong nhà máy.
-
Terminal Server, 01 bộ: Dùng để kết nối máy in vào mạng của hệ thống.
-
RS232 switch, 01 bộ: Sử dụng để kết nối PCM2000 với hệ thống khác
phục vụ cho truyền nhận dữ liệu.
-
Ethernet Switches (Cisco 2950) 02 cái: Dùng để kết nối mạng cho hệ
thống.
-
System Panel, 1 bộ: dùng làm giá đỡ cho PCM2000.
-
Remote I/O Panael: Bao gồm mo mạch vào ra của hệ thống.
-
Marshaling panel: Bao gồm các thiết bị kết nối trung gian giữa bo mạch
và thiết bị hiện trường, các thiết bị bảo vệ hạn chế dòng áp.
2.1.2
Hoạt động của hệ thống:
2.1.2.1 Hoạt động của CDCM:
CDCM là một máy tính Alpha Station 255 được cài phần mềm D3 DCS
version 9.0 chạy trên hệ điều hành Open VMS version 7.1.
LUẬN VĂN CAO HỌC – ĐINH XUÂN DIỆU
Trang 16
Chương II
Trong hệ thống DCS, CDCM dùng để thiết kế, phát triển, cấu hình và quản
lý toàn bộ hệ thống. Nếu thiếu CDCM không thể thực hiện cấu hình cho hệ
thống được. Thông thường hoạt động của CDCM bao gồm như sau:
-
Xây dựng cấu hình hệ thống.
-
Tạo, sửa đổi và lưu giữ cơ sở dữ liệu cho hiển thị và quá trình.
-
Thực hiện quản lý OCM và event/alarm printer.
-
Thực hiện lưu dữ khối lượng dữ liệu quá trình và hệ thống.
-
Tạo định dạng cho báo cáo.
-
Tạo, sửa đổi tham số liên quan.
-
Quản lý quyền người dùng.
-
Tạo các đường biểu diễn khuynh hướng các thông số công nghệ mang
tính lịch sử (historical trend).
-
Thực hiện thay đổi cơ sở dữ liệu trực tuyến.
-
Thực hiện chức năng giao diện với phần tử điều khiển chính PCM.
2.1.2.2 Hoạt động của WDCM:
WDCM là một máy tính Alpha Station 255, được cài đặt phần mềm D3 DCS
version 9.0 của hãng GSE Inc. Hoa Kỳ chạy trên hệ điều hành Open VMS
7.1.
Trong hệ thống DCS, WDCM đảm nhận quyền quản lý giao tiếp toàn bộ hệ
thống khi CDCM hỏng. Thông thường hoạt động của WDCM bao gồm như
sau:
-
Tạo, sửa đổi và lưu giữ cơ sở dữ liệu cho hiển thị và quá trình.
-
Thực hiện quản lý OCM và event/alarm printer.
-
Thực hiện lưu dữ khối lượng dữ liệu quá trình và hệ thống.
-
Tạo, sửa đổi tham số liên quan.
-
Quản lý quyền người dùng.
-
Tạo các biểu diễn khuynh hướng cho các thông số công nghệ (historical
trend).
LUẬN VĂN CAO HỌC – ĐINH XUÂN DIỆU
Trang 17
-
Chương II
Thực hiện giao diện với phần tử điều khiển chính PCM.
CDCM và WDCM là máy chủ (Server) của các OCMs, nếu CDCM và WDCM
hỏng tại cùng một thời điểm thì vận hành viên không thể theo dõi và kiểm
soát thông qua OCM được. Nếu CDCM hoặc WDCM hoạt động thì toàn bộ
quá trình vận hành bình thường.
2.1.2.3 Hoạt động của OCM:
OCM là máy tính Alpha Station 255, được cài phần mềm D3 Console Version
9.0 chạy trên hệ điều hành Window NT 4.0.
OCM được thiết kế để theo dõi và điều khiển nhà máy. Trên OCM, có các
phần mềm giao diện Người - Máy (MMI) chuyên dụng cho theo dõi và điều
khiển không cần đến chức năng của phần quản lý hệ thống.
Khi OCM dùng CDCM và WDCM làm Server, OCM phải kết nối tới CDCM
hoặc WDCM. Tiếp đó OCM có thể sử dụng cơ sở dữ liệu và các xử lý khác
như báo cáo khi cần thiết. Nếu kết nối hỏng, OCM không thể hoạt động
chức năng của nó.
InstAlarm và VersaTrend là ứng dụng riêng của OCM. CDCM cũng có chức
năng hiển thị alarm và trend dựa trên cửa sổ DEC trong môi trường Open
VMS, nhưng ứng dụng chạy trên OCM hiệu quả hơn và dễ dàng cho sử
dụng.
Thông thường hoạt động của OCM bao gồm như sau:
-
Cung cấp thông tin hệ thống và quá trình bằng các hiển thị màu sắc.
-
Cho phép người vận hành sửa đổi tham số quá trình dùng bàn phím.
-
Cung cấp hiển thị báo động có phân cấp.
-
Cung cấp hiển thị historical Trend và current trend.
2.1.2.4 Hoạt động của PCM:
PCM là phần tử điều khiển trung tâm của hệ thống, được sử dụng Model
PCM2000, dùng bộ xử lý 80386 có tốc độ xử lý 25MHz.
LUẬN VĂN CAO HỌC – ĐINH XUÂN DIỆU
Trang 18
Chương II
PCM2000 thu thập dữ liệu từ thiết bị ngoài hiện trường thông qua thiết bị
vào ra Remote Input card và dữ liệu từ hệ thống khác thông qua thiết bị
truyền thông GPXIO card, và gửi lệnh vận hành viên tới thiết bị hiện trường
thông qua Remote Output cards.
PCM2000 được thiết kế có cấu trúc dự phòng gồm có MICRO-A và MICROB. Bình thường 02 MICRO đều hoạt động nhưng chỉ 01 Micro khoẻ nhất
trong hai MICRO được chọn để điều khiển quá trình, cái còn lại dùng để dự
phòng, điều này làm tăng độ ổn định và an toàn cho hệ thống.
Một khi CDCM nạp cơ sở dữ liệu cho PCM, PCM hoạt động với cơ sở dữ liệu
và phần tử xử lý của chính nó. Vì vậy thậm chí CDCM và WDCM hỏng, PCM
vẫn hoạt động tiếp tục với các giới hạn chương trình và cơ sở dữ liệu được
nạp cho nó. Một PCM hoạt động với chức năng sau:
-
Thu thập thông tin hệ thống và dữ liệu hiện trường.
-
Truyền lệnh vận hành viên tới thiết bị hiện trường.
-
Thực hiện các khoá liên hoàn (interlock logic) trông công nghệ cho vận
hành nhà máy.
-
Thực hiện tự chẩn đoán (self-diagnostics).
2.1.2.5 Hoạt động của Printer:
-
Event/Alarm printer : In ra mỗi sự kiện/ báo động mà nó được định
nghĩa trong cơ sở dữ liệu và được theo dõi bởi PCM như là lệnh vận hành
viên và báo mức bồn cao.
-
Report printer : In ra mỗi báo cáo như báo cáo ngày inlet flow.
-
Color hard copier : In ra hình ảnh hoặc báo cáo màu.
2.1.2.6 Hoạt động của thiết bị giao tiếp:
-
Terminal server : Hoạt động như là cổng nối tiếp của CDCM, WDCM và
OCM.
-
Ethernet Switch: Kết nối các thiết bị CDCM, WDCM, OCM, Terminal
server lại với nhau; kết nối hệ thống DCS với SCADA.
LUẬN VĂN CAO HỌC – ĐINH XUÂN DIỆU
Trang 19
-
Chương II
RS232 switch : Kết nối hệ thống DCS với các hệ thống khác. GPXIO card
của PCM có thể giao tiếp với các hệ thống khác nhờ thiết bị này.
2.1.3
Chức năng hệ thống:
2.1.3.1 Chức năng theo dõi quá trình:
Mức theo dõi và điều khiển gần nhất đối với các thiết bị hiện trường là PCM.
PCM giao diện với các thiết bị hiện trường thông qua MODICON remote I/O
card. Tín hiệu vào/ra được chuẩn hoá công nghiệp (DC24V, 4~20 mA và
pulse). Đối với thiết bị thuộc khu vực nguy hiểm, thiết bị bảo vệ IS barrier
được dùng trong mạch nhằm hạn chế dòng và áp. Thiết bị hiện trường là
các thiết bị cảm biến lưu lượng, mức, nhiệt độ, van điều khiển, bơm và các
hệ thống thiết bị khác như máy nén.
PCM giao diện với CDCM, WDCM thông qua mạng Ethernet cấu trúc mạng
Star có dự phòng kép. Mạng này dùng Ethernet với giao thức TCP/IP và
DECnet (giữa CDCM và WDCM), các giao thức này có cơ chế tự động dò lỗi
và sửa lỗi. Với hệ thống mạng dự phòng kép tin cậy được lắp đặt, nếu 1
tuyến mạng này bị hỏng, tuyến mạng còn lại sẽ được dùng để truyền dữ
liệu giữa các phần tử hệ thống.
PCM giao diện với các hệ thống khác bao gồm:
-
Hệ thống dừng khẩn cấp SSD
-
Hệ thống báo rò rỉ và cháy F&G
-
Cụm máy nén đầu vào Inlet-Compressor
-
Hệ thống đo đếm Metering
-
Máy phân tích sắc ký khí GCx/Analyzer
-
Hệ thống thu thập dữ liệu điều khiển và giám sát SCADA
Thông qua giao diện với hệ thống SSD, hệ thống DCS có thể theo dõi tín
hiệu dừng khẩn cấp nhà máy USD, PSD and ESD.
Thông qua giao diện với hệ thống F&G, hệ thống DCS có thể theo dõi trạng
thái báo động về cháy nổ của nhà máy.
LUẬN VĂN CAO HỌC – ĐINH XUÂN DIỆU
