Tự động hóa khi thiết kế phân xưởng cracking xúc tác năng suất 3 000 000 tấn 1 năm

Tự động hóa khi thiết kế phân xưởng cracking xúc
tác năng suất 3.000.000 tấn/ năm
I. Mục đích và vai trò của tự động hóa.
Qúa trình điều khiển tự động là quá trình ứng dụng các dụng cụ, các thiết bị và
các máy móc tự động điều khiển vào quá trình công nghệ.Những phương tiện này
cho phép thực hiện các qúa trình công nghệ theo một phương trình tiêu chuẩn đã
được tạo dựng phù hợp với công nghệ, đảm bảo cho máy móc thiết bị hoạt động
theo chế độ tối ưu nhất, việc tự động hoá không chỉ làm đơn giản các thao tác trong
sản xuất, tránh được nhầm lẫn, tăng năng suất lao động và cho phép giảm số lượng
công nhân và còn là biện pháp hữu hiệu trong an toàn lao động.
Trong phân xưởng cracking xúc tác thì các thiết bị làm việc ở điều kiện nhiêt độ
cao, hàm lượng hơi các hydrocacbon lớn chúng là những chất rất dễ gây cháy nổ.
Ngoài các hơi sản phẩm của quá trình còn có các khí độc hại cho sức khoẻ và có
hại cho môi trường : H2S , NH3 , SO2, CO2, CO... do đó cần phải nghiêm ngặt về an
toàn trong sản xuất và đảm bảo sức khoẻ cho công nhân và môi trường xung quanh
nhà máy. Để đảm bảo các yêu cầu vừa nêu thì việc sử dụng hệ thống tự động đo
lường và các biện pháp tự động hoá trong sản xuất không chỉ là một vấn đề cần
thiết mà còn có tính chất bắt buộc với công nghệ cracking xúc tác nói riêng và
trong nhà máy lọc dầu nói chung. Trong khi hoạt động chỉ một thiết bị không ổn
định thì chế độ ổn định của dây chuyền công nghệ bị phá vỡ, trong nhiều trường
hợp phải dừng hoạt động của cả dây chuyền để sửa chữa cho dù chỉ do một thiết bị.
Như vậy từ các đặc điểm đã cho thấy đo lường tự động hoá và tự động hóa trong
dây chuyền công nghệ là một vấn đề hết sức quan trọng. Nó không chỉ tăng năng
xuất của công nghệ, công suất của thiết bị mà là cơ sở để vận hành công nghệ tối
ưu nhất tăng hiệu quả thu hồi sản phẩm đồng thời làm giảm đáng kể các chi phí


khác đảm bảo an toàn cho nhà máy sản xuất. Nhờ có điều khiển tự động mà cho ta
biết được những nơi xảy ra hịên tượng rò rỉ không an toàn cũng như các sự cố
trong thiết bị. Quá trình này giúp cho người lao động trong phân xưởng tránh phải
tiếp xúc với các điều kiện độc hại nó còn thay thế cho con người làm việc trong

các điều kiện khắc nghiệt những khu vực con người không thể vào được.
Tự động hoá đảm bảo các thao tác điều khiển các thiết bị công nghệ một cách
chính xác và tránh được các sự cố xảy ra trong thao tác điều khiển, tự động báo
động khi có sự cố xảy ra.
II. Hệ thống điều khiển tự động.
Hệ thống tự động điều chỉnh bao gồm đối tượng điều chỉnh (ĐT) và bộ điều
chỉnh ( BĐC ). Bộ điều chỉnh có thể bao gồm bộ cảm biến và bộ khuyếch đại. Bộ
cảm biến dùng để phản ánh sự sai lệch các thông số điều chỉnh so với giá trị cho
trước và biến đổi thành tín hiệu.
Bộ khuyếch đại làm nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu của bộ cảm biến giá trị có thể
điều khiển (CQĐK), cơ quan này tác động nên đối lượng nhằm xoá đi độ sai lệch
của các thông số điều chỉnh.
Mạch điều chỉnh được khép kín nhờ quan hệ ngược. Quan hệ này được gọi là
quan hệ hồi tiếp chính.
III. Các dạng điều khiển tự động.
Tự động kiểm tra các thông số công nghệ ( nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, nồng
độ ...) kiểm tra các thông số công nghệ đó có thay đổi hay không. Nếu có thì cảnh
báo chỉ thị ghi lại giá trị thay đổi đó, truyền tín hiệu tác động điều chỉnh đến đối
tượng.
Sơ đồ tự động kiểm tra và tự động điều chỉnh


5.a

5.b
1

2

3

5.c
4
5.d

Trong

đó :
1: Đối tượng điều chỉnh.
2: Cảm biến đối tượng.

5.a : Cảnh báo.
5.b : Chỉ thị bằng kim hoặc bằng số.


3: Bộ khuyếch đại.

5.c : Ghi lại sự thay đổi.

4: Yếu tố nhiễu.

5.d : Phân loại.
Sơ đồ tự động điều khiển

2

1

3

5

4
Trong đó :
Đối tượng điều khiển.
Cảm biến đối tượng
Bộ khuyếch đại
Yếu tố nhiễu
Bộ đặc
Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển tự động

1

2

6

5

7

3

4

Trong đó :
1: Đối tượng điều chỉnh.

5: Bộ đặc.

2: Cảm biến đối tượng.

6: Bộ so sánh

3: Bộ khuyếch đại.

7: Cơ cấu chấp hành

4: Yếu tố nhiễu.


Trong tất cả các dạng tự động điều khiển thường được sử dụng nhất là kiểu hệ
thống tự động điều khiển có tín hiệu phản hồi ( mạch điều khiển khép kín ).Giá trị
thông tin đầu ra của thiết bị dựa trên sự khác nhau giữa các giá trị đo được của biến
điều khiển với giá trị tiêu chuẩn. Sơ đồ được mô tả như sau:
Sơ đô mạch điều khiển phản hồi.
N
Y

Đại lượng ra

Đại lượng đặt

X
Phản
hồi

XĐT

∆X

XCB

CB

XPH

Trong đó :
Y : là đại lượng đặt

O tượng điều chỉnh
O : Đối

ĐT: Phần tử đặt trị

XĐT : Giá trị đặt trị

X : Đại lượng ra

XPH : Tín hiệu phản hồi

ĐC : phần tử điều chỉnh

∆X = XĐT - XCB

N : Tác nhân nhiễu

CB : cảm biến

XCB : Gía trị cảm biến.

SS : phần tử so sánh

Phần tử cảm biến : Là phần tử làm nhiệm vụ nhận tín hiệu điều chỉnh X và dịch
chuyển nó ra một rạng thông số khác phù hợp với thiết bị điều chỉnh


Phần tử đặt trị : Là bộ phận ấn định các thông số cần duy trì hoặc giá trị phạm
vi các thông số cần điều chỉnh ( XĐT ). Khi thông số vận hành lệch ra khỏi giá trị đó
thì thiết bị điều chỉnh tự động phải điều chỉnh lại các thông số cho phù hợp.
Phần tử so sánh : Là cơ cấu tiếp nhận gía trị của phần tử định trị quy định ( X ĐT)
so sánh với giá trị thông số nhận được từ phần tử cảm biến X CĐ, xác định sai lệch
của hai thông số ∆X = XĐT - XCB để đưa tín hiệu vào cơ cấu điều chỉnh.
Cơ cấu điều chỉnh : Có nhiệm vụ biến các tín hiệu đã nhận về sai lệch ∆X để
gây ra tác động điều chỉnh trực tiếp.
Giá trị điều chỉnh được thay đổi liên tục tương ứng với sự thay đổi liên tục của cơ
cấu điều chỉnh.

IV. Hệ điều khiển tự động phản hồi.
Sơ đồ điều khiển nồng độ.

Thiết bị

Dụng cụ
đo
LC

Bộ điều
khiển
Van điều
chỉnh

Dòng ra

Trong sơ đồ này biến được điều khiển là nồng độ, tốc độ dòng chảy là biến thao
tác. Tín hiệu được điều khiển sinh ra bằng cách so sánh các giá trị của biến được
điều khiển với giá trị mong muốn ( giá trị cài đặt )

Sự sai khác giữa hai tín

hiệu này được gọi là tín hiệu sai khác, hệ thống điều khiển thông tin luôn là hàm


của các tín hiệu sai khác. Tín hiệu điều khiển được dùng bằng hơi nước hoặc dùng
bằng điện. Tín hiệu điều khiển được truyền qua van điều khiển bằng van điều
khiển đến các vị trí đặc biệt hoặc đóng , mở . Khi thay đổi một trong các tín hiệu
điều khiển thì dẫn đến các thay đổi có thể tính trước trong tốc độ dòng chảy của
chất lỏng khi ra khỏi thiết bị.
Như vậy về nguyên tắc thì nguyên lý điều khiển của hệ thống như trên hầu như là
giống nhau trong tất cả các hệ thống.

V. Các ký hiệu thường dùng trong tự động hoá.
t

0

:Dụng cụ đo nhiệt độ.
:

Dụng cụ đo áp suất.

:Dụng cụ đo lưu lượng.

TI

:Dụng cụ đo nhiệt độ hiển thị tại trung tâm điều khiển

TT

:Dụng cụ đo nhiệt truyền xa đặt tại trung tâm điều khiển.
:

P cz

Thiết bị đo áp suất tự động điều chỉnh ( van an toàn ).

:

LRA

Bộ điều chỉnh mức chất lỏng tự ghi có báo động, khí cụ lắp tai trung tâm

điều khiển.
:

PIR

Bộ điều chỉnh áp suất tự ghi và hiển thị, khí cụ lắp tại trung tâm điều chỉnh
: Cơ cấu để điều chỉnh.
: Cơ cấu để chấp hành.
:Tự động mở khi mất tín hiệu.

:Tự động đóng khi mất tín hiệu.
:Giữ nguyên
VI. Cấu tạo của một số thiết bị tự động cảm biến.
VI.1. Bộ cảm biến áp suất.
P
Z

Bộ cảm ứngP kiểu màng
ứngpiston
kiểu piston

Bộ cảm ứng kiểu

Bộ

cảm

Trong các bộ điều chỉnh thường sử dụng bộ cảm ứng áp suất kiểu màng, hộp xếp
piston, ống cong đàn hồi...việc chọn bộ cảm ứng áp suất phụ thuộc vào việc camr
ứng và độ chính xác theo yêu cầu.
VI.2. Bộ cảm ứng nhiệt độ.

Z

Z


Cảm ứng nhiệt độ kiểu màng
hộp xếp

Cảm ứng nhiệt độ kiểu

Cảm ứng nhiệt độ kiểu thanh
Cảm ứng nhiệt độ
kiểu
lưỡng kim giãn nở
điện trở
Hoạt động của cảm ứng nhiệt độ dựa trên nguyên lý giãn nở nhiệt, mối quan hệ
giữa nhiệt độ của chất khí và áp suất hơi bão hoà của nó trong hệ kín, dựa trên
nguyên lý nhiệt điện trở.

VI.3 Bộ cảm ứng mức đo chất lỏng.
Mức các chất lỏng có thể đo bằng nhiều cách khác nhau nhưng cách đơn giản và
có độ chính xác cao là đo bằng phao.
Z

Kiểu
phao

Z

Kiểu
Màng


VI.4. Bộ cảm biến lưu lượng.
Bộ cảm biến lưu lượng được xây dựng trên sự phụ thuộc
Q = f.V
Trong đó:
f : là diện tích của đường ống dẫn.

V : là tốc độ chất lỏng chảy trong ống dẫn theo định luật Becnuli.
V =

2 × ∆P
ρ

∆P: độ chênh lệch áp suất chất lỏng.
ρ : tỷ trọng của chất lỏng.
Nếu tỷ trọng không đổi thì lưu lượng thể tích phụ thuộc vào 2 thông số là tiết diện
S và sự chênh lệch áp suất ∆P.
Ta có hai cách đo lưu lượng:
 Khi tiết diện không đổi đo lưu lượng bằng độ chênh lệch áp suất trước và
sau thiết bị có ống hẹp.
 Khi độ chênh lệch áp suất không đổi đo diện tích tiết diện của ống dẫn xác
C
h
ê
n
h
á
p
k
h
ô
n
g
bi
ến
đổ

C
h
ê
n
h
á
p
bi
ến
đổ
i

định được lưu lượng của dòng chảy.

Z

Z


Kết luận
Cracking xúc tác là một phương pháp chế biến sâu và có một tầm quan trọng rất
lớn trong công nghiệp chế biến dầu mỏ hiện nay vì nó đã góp phần giải quyết và
đáp ứng kịp thời nhu cầu tiêu thụ nhiên liệu của thị trường về cả số lượng và chất
lượng.
Sau hơn 3 tháng nghiên cứu và tìm hiểu, em đã hoàn thành đề tài thiết kế phân
xưởng cracking xúc tác có năng xuất 3.000.000 tấn/năm.
Qua bản đồ án này đã giúp em hiểu được cơ bản các bước về quá trình


Thiết kế một phân xưởng sản xuất. Bản đồ án này giúp em hiểu được việc đưa một

thành quả của việc áp dụng nghiên cứu vào sản xuất là một quá trình hết sức phức
tạp, nó đòi hỏi phải có sự liên quan đến quá trình sản xuất.
Bản đồ án này đã được hoàn thành nhưng vì điều kiện cũng như tài liệu tham
khảo còn hạn chế, hơn nữa vì bước đầu làm quen với việc thiết kế phân xưởng sản
xuất cho nên chắc chắn không tránh khỏi sai sót. Vậy em rất mong được sự chỉ bảo
cùng những ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp để bản đồ án
được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo trong Bộ
môn Công nghệ Hoá dầu - Hữu cơ và các bạn. Đặc biệt là thầy giáo TS. Lê Văn
Hiếu đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này.